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前言
本次设计以STC89C52单片机为控制核心，通过使用MQ-2烟雾传感器模块、LCD1602液晶显示模块、按键控制模块、蜂鸣器报警模板，实现对烟雾的检测。本次设计主要针对的是检测厨房空气中液化气、氢气等其他可燃气体的浓度并进行预警。
一、系统方案设计
本系统由STC89C52单片机、LCD1602液晶显示屏、蜂鸣器报警、LED指示灯、按键、MQ-2烟雾传感器组成。
1、使用高精度的MQ-2烟雾传感器进行实时检测空气中的可燃气体浓度值，使用DS18B20温度传感器检测实时检测温度，并通过LCD1602液晶屏显示出来。
2、LCD1602液晶屏的第一行显示当前测到的MQ-2的浓度值，第二行显示设定的浓度报警值。按下设置键,依次进入预设温度值、烟雾浓度值的调节模式。
3、按键说明：三个按键用来设定浓度报警值，减键、加键、确定键。单独一个控制为复位按键。设置成功后,再按确定键退出,返回到正常监测模式。
4、当粉尘浓度值高于设定值时，蜂鸣器和指示灯会发出声光报警。
二、使用步骤
1.MQ-2传感器模块
MQ-2传感器其原理
当室内空气中的可燃气体处于传感器检测范围内时，其内部对角安放着红外线发光二极管和光电晶体管，使得其能够探测到空气中尘埃反射光，即使非常细小的如烟草烟雾颗粒也能够被检测到，由于这些灰尘而散射的光射入传感器光接收元件后，传感器会产生对应关系的电压输出。当烟雾传感器所处环境中存在可燃气体时，烟雾传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。MQ-2气体烟雾传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。
MQ-2模块引脚
（1）VCC：电源正极接口，可外接3.3~5v供电电源
（2）GND：电源负极接口，可外接电源负极或地线（GND）
（3）DOUT：数字信号输出接口（0和1），可外接单片机的GPIO
（4）AOUT：模拟信号输出接口，可外接单片的ADC采样通道
MQ-2实物图如下：
2.DS18B20温度传感器模块
DS18B20模块特性
DS18B20是常用的数字温度传感器，其输出的是数字信号，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。
DS18B20模块引脚
(1)DQ为数字信号输入/输出端；
(2)GND为电源接地端；
(3)VDD为外接供电电源输入端
DS18B20引脚对比
3.按键电路模块
在使用51单片机读取按键转态时，将按键连接的单片机接口赋值1（这种方式适合51单片机，但不一定适合其他单片机），如果按键按下，则端口被拉低。因此，通过读取单片机接口的电平状态就可以判断按键是否按下，如果输入时高电平，则按键没有按下；如果输入是低电平，则按键按下。当按下或松开按键时，由于按键的机械抖动，使信号也会存在抖动。
信号的抖动会造成单片机的误判断。可能造成按下一下按键却判断成按下了多次按键。为了得到正确的结果，要对按键进行去抖。去抖分为硬件去抖和软件去抖两种。硬件去抖就是在按键的两端加上一个电容，软件去抖则不需要增加硬件成本。只需要软件处理。软件去抖的具体方法是：当判断有按键按下时，程序延时一段时间，跳过这个抖动区域，之后再检测按键状态。如果再次检测时输入时高电平，说明是抖动或干扰造成的。如果输入是低电平，说明确实有按键按下。
下面的代码是对按键按下的典型判断语句，先判断KEY的值是否为0，如果为0则延时10ms，然后再次读取KEY的值，依然为0则判断为按键按下，进行按键按下的处理代码，最后等待按键松开后退出。
if(KEY==0) //按键KEY按下
{
delay1ms(10); //延时10ms去抖
if(KEY==0) //再次判断按键KEY按下
{
//加入处理代码
}
while(KEY==0); //等待按键松开
}
4.LCD1602显示屏
LCD1602显示屏，从其命名就可看出其特性，就是可以显示2行，每行16个字符的液晶。它的工作电压是4.5V~5.5V，对于这点在设计电路的时候，直接按照5V系统设计，但是保证5V系统最低不能低于4.5V。在5V工作电压下测量它的工作电流是2mA，值得注意的是，这个2mA仅仅是指液晶，而它的黄绿背光都是用LED做的，所以功耗不会太小的，10~20mA还是有的。点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成。显示屏上64×16个显示单元与显示RAM区的1024字节相对应，每一字节的内容与显示屏上相应位置的亮暗对应。
模块参数
（1）显示容量：16×2个字符。
（2）芯片工作电压：4.5~5.5V。
（3）工作电流：2.0mA（5.0V）。
（4）模块最佳的工作电压：5.0V。
（5）字符尺寸：2.95mm×4.35mm（宽×高）
引脚功能说明图
LCD1602 初始化过程(8bit)
（1）延时 15ms
（2）写指令 38H(不检测忙信号)
（3）延时 5ms
（4）以后每次写指令，读/写数据操作均需要检测忙信号
（5）写指令 38H：显示模式设置
（6）写指令 08H：显示关闭
（7）写指令 01H：显示清屏
（8）写指令 06H：显示光标移动设置
（9）写指令 0CH：显示开及光标设置
三、仿真电路图
四、程序如下
#include <reg52.h> //包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义
#include "intrins.h"
#define u8 unsigned char //宏定义
#define u16 unsigned int
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar yushe_wendu=50; //温度预设值
uchar yushe_yanwu=100; //烟雾预设值
uint wendu; //温度值全局变量
uchar yanwu; //用于读取ADC数据
//运行模式
uchar Mode=0; //=1是设置温度阀值 =2是设置烟雾阀值 =0是正常监控模式
//管脚声明
sbit Led_Reg =P2^2; //红灯
sbit Led_Yellow =P2^4; //黄灯
sbit Buzzer =P2^0; //蜂鸣器
/********************************************************************
* 名称 : delay_1ms()
* 功能 : 延时1ms函数
* 输入 : q
* 输出 : 无
***********************************************************************/
void delay_ms(uint q) //延时函数,原理:单片机每走一个时钟周期,大概是1us
{
uint i,j;
for(i=0;i<q;i++)
for(j=0;j<110;j++);
}
/***********************************************************************************************************
LCD1602相关函数
***********************************************************************************************************/
//LCD管脚声明 （RW引脚实物直接接地，因为本设计只用到液晶的写操作，RW引脚一直是低电平）
sbit LCDRS = P2^7;
sbit LCDEN = P2^6;
sbit D0 = P0^0;
sbit D1 = P0^1;
sbit D2 = P0^2;
sbit D3 = P0^3;
sbit D4 = P0^4;
sbit D5 = P0^5;
sbit D6 = P0^6;
sbit D7 = P0^7;
//LCD延时
void LCDdelay(uint z) //该延时大约100us（不精确，液晶操作的延时不要求很精确）
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=10;y>0;y--);
}
void LCD_WriteData(u8 dat)
{
if(dat&0x01)D0=1;else D0=0;
if(dat&0x02)D1=1;else D1=0;
if(dat&0x04)D2=1;else D2=0;
if(dat&0x08)D3=1;else D3=0;
if(dat&0x10)D4=1;else D4=0;
if(dat&0x20)D5=1;else D5=0;
if(dat&0x40)D6=1;else D6=0;
if(dat&0x80)D7=1;else D7=0;
}
//写命令
void write_com(uchar com)
{
LCDRS=0;
LCD_WriteData(com);
// DAT=com;
LCDdelay(5);
LCDEN=1;
LCDdelay(5);
LCDEN=0;
}
//写数据
void write_data(uchar date)
{
LCDRS=1;
LCD_WriteData(date);
// DAT=date;
LCDdelay(5);
LCDEN=1;
LCDdelay(5);
LCDEN=0;
}
/*------------------------------------------------
选择写入位置
------------------------------------------------*/
void SelectPosition(unsigned char x,unsigned char y)
{
if (x == 0)
{
write_com(0x80 + y); //表示第一行
}
else
{
write_com(0xC0 + y); //表示第二行
}
}
/*------------------------------------------------
写入字符串函数
------------------------------------------------*/
void LCD_Write_String(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *s)
{
SelectPosition(x,y) ;
while (*s)
{
write_data( *s);
s ++;
}
}
//========================================================================
// 函数: void LCD_Write_Char(u8 x,u8 y,u16 s,u8 l)
// 应用: LCD_Write_Char(0,1,366,4) ;
// 描述: 在第0行第一个字节位置显示366的后4位,显示结果为 0366
// 参数: x:行,y:列,s:要显示的字,l:显示的位数
// 返回: none.
// 备注: 最大显示65535
//========================================================================
void LCD_Write_Char(u8 x,u8 y,u16 s,u8 l)
{
SelectPosition(x,y) ;
if(l>=5)
write_data(0x30+s/10000%10); //万位
if(l>=4)
write_data(0x30+s/1000%10); //千位
if(l>=3)
write_data(0x30+s/100%10); //百位
if(l>=2)
write_data(0x30+s/10%10); //十位
if(l>=1)
write_data(0x30+s%10); //个位
}
/*1602指令简介
write_com(0x38);//屏幕初始化
write_com(0x0c);//打开显示 无光标 无光标闪烁
write_com(0x0d);//打开显示 阴影闪烁
write_com(0x0d);//打开显示 阴影闪烁
*/
//1602初始化
void Init1602()
{
uchar i=0;
write_com(0x38);//屏幕初始化
write_com(0x0c);//打开显示 无光标 无光标闪烁
write_com(0x06);//当读或写一个字符是指针后一一位
write_com(0x01);//清屏
}
void Display_1602(yushe_wendu,yushe_yanwu,c,temp)
{
//显示预设温度
LCD_Write_Char(0,6,yushe_wendu,2) ;
//显示预设烟雾
LCD_Write_Char(0,13,yushe_yanwu,3) ;
//时时温度
LCD_Write_Char(1,6,c/10,2) ;
write_data('.');
LCD_Write_Char(1,9,c%10,1) ;
//时时烟雾
LCD_Write_Char(1,13,temp,3) ;
}
/***********************************************************************************************************
ADC0832相关函数
***********************************************************************************************************/
sbit ADCS =P1^5; //ADC0832 片选
sbit ADCLK =P1^2; //ADC0832 时钟
sbit ADDI =P1^3; //ADC0832 数据输入/*因为单片机的管脚是双向的,且ADC0832的数据输入输出不同时进行,
sbit ADDO =P1^3; //ADC0832 数据输出/*为节省单片机引脚,简化电路所以输入输出连接在同一个引脚上
//========================================================================
// 函数: unsigned int Adc0832(unsigned char channel)
// 应用: temp=Adc0832(0);
// 描述: 读取0通道的AD值
// 参数: channel:通道0和通道1选择
// 返回: 选取通道的AD值
// 备注:
//========================================================================
unsigned int Adc0832(unsigned char channel)
{
uchar i=0;
uchar j;
uint dat=0;
uchar ndat=0;
uchar Vot=0;
if(channel==0)channel=2;
if(channel==1)channel=3;
ADDI=1;
_nop_();
_nop_();
ADCS=0;//拉低CS端
_nop_();
_nop_();
ADCLK=1;//拉高CLK端
_nop_();
_nop_();
ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿1
_nop_();
_nop_();
ADCLK=1;//拉高CLK端
ADDI=channel&0x1;
_nop_();
_nop_();
ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿2
_nop_();
_nop_();
ADCLK=1;//拉高CLK端
ADDI=(channel>>1)&0x1;
_nop_();
_nop_();
ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿3
ADDI=1;//控制命令结束
_nop_();
_nop_();
dat=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
dat|=ADDO;//收数据
ADCLK=1;
_nop_();
_nop_();
ADCLK=0;//形成一次时钟脉冲
_nop_();
_nop_();
dat<<=1;
if(i==7)dat|=ADDO;
}
for(i=0;i<8;i++)
{
j=0;
j=j|ADDO;//收数据
ADCLK=1;
_nop_();
_nop_();
ADCLK=0;//形成一次时钟脉冲
_nop_();
_nop_();
j=j<<7;
ndat=ndat|j;
if(i<7)ndat>>=1;
}
ADCS=1;//拉低CS端
ADCLK=0;//拉低CLK端
ADDO=1;//拉高数据端,回到初始状态
dat<<=8;
dat|=ndat;
return(dat); //return ad data
}
/***********************************************************************************************************
DS18B20相关函数
***********************************************************************************************************/
sbit DQ = P1^0; //ds18b20的数据引脚
/*****延时子程序：该延时主要用于ds18b20延时*****/
void Delay_DS18B20(int num)
{
while(num--) ;
}
/*****初始化DS18B20*****/
void Init_DS18B20(void)
{
unsigned char x=0;
DQ = 1; //DQ复位
Delay_DS18B20(8); //稍做延时
DQ = 0; //单片机将DQ拉低
Delay_DS18B20(80); //精确延时，大于480us
DQ = 1; //拉高总线
Delay_DS18B20(14);
x = DQ; //稍做延时后，如果x=0则初始化成功，x=1则初始化失败
Delay_DS18B20(20);
}
/*****读一个字节*****/
unsigned char ReadOneChar(void)
{
unsigned char i=0;
unsigned char dat = 0;
for (i=8;i>0;i--)
{
DQ = 0; // 给脉冲信号
dat>>=1;
DQ = 1; // 给脉冲信号
if(DQ)
dat|=0x80;
Delay_DS18B20(4);
}
return(dat);
}
/*****写一个字节*****/
void WriteOneChar(unsigned char dat)
{
unsigned char i=0;
for (i=8; i>0; i--)
{
DQ = 0;
DQ = dat&0x01;
Delay_DS18B20(5);
DQ = 1;
dat>>=1;
}
}
/*****读取温度*****/
unsigned int ReadTemperature(void)
{
unsigned char a=0;
unsigned char b=0;
unsigned int t=0;
float tt=0;
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作
WriteOneChar(0x44); //启动温度转换
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作
WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器
a=ReadOneChar(); //读低8位
b=ReadOneChar(); //读高8位
t=b;
t<<=8;
t=t|a;
tt=t*0.0625;
t= tt*10+0.5; //放大10倍输出并四舍五入
return(t);
}
//=====================================================================================
//=====================================================================================
//=====================================================================================
/*****校准温度*****/
u16 check_wendu(void)
{
u16 c;
c=ReadTemperature()-5; //获取温度值并减去DS18B20的温漂误差
if(c<1) c=0;
if(c>=999) c=999;
return c;
}
/***********************************************************************************************************
按键检测相关函数
***********************************************************************************************************/
//按键
sbit Key1=P1^6; //设置键
sbit Key2=P1^7; //加按键
sbit Key3=P3^2; //减按键
#define KEY_SET 1 //设置
#define KEY_ADD 2 //加
#define KEY_MINUS 3 //减
//========================================================================
// 函数: u8 Key_Scan()
// 应用: temp=u8 Key_Scan();
// 描述: 按键扫描并返回按下的键值
// 参数: NONE
// 返回: 按下的键值
// 备注: 该函数带松手检测,按下键返回一次键值后返回0,直至第二次按键按下
//========================================================================
u8 Key_Scan()
{
static u8 key_up=1;//按键按松开标志
if(key_up&&(Key1==0||Key2==0||Key3==0))
{
delay_ms(10);//去抖动
key_up=0;
if(Key1==0) return 1;
else if(Key2==0)return 2;
else if(Key3==0)return 3;
}
else if(Key1==1&&Key2==1&&Key3==1)
key_up=1;
return 0;// 无按键按下
}
void main (void)
{
u8 key;
wendu=check_wendu(); //初始化时调用温度读取函数 防止开机85°C
Init1602(); //调用初始化显示函数
LCD_Write_String(0,0,"SET T:00 E:000"); //开机界面
LCD_Write_String(1,0,"NOW T:00.0 E:000");
delay_ms(1000);
wendu=check_wendu(); //初始化时调用温度读取函数 防止开机85°C
while (1) //主循环
{
key=Key_Scan(); //按键扫描
yanwu=Adc0832(0); //读取烟雾值
wendu=check_wendu(); //读取温度值
if(key==KEY_SET)
{
Mode++;
}
switch(Mode) //判断模式的值
{
case 0: //监控模式
{
Display_1602(yushe_wendu,yushe_yanwu,wendu,yanwu); //显示预设温度，预设烟雾，温度值，烟雾值
if(yanwu>=yushe_yanwu) //烟雾值大于等于预设值时
{
Led_Reg=0; //烟雾指示灯亮
Buzzer=0; //蜂鸣器报警
}
else //烟雾值小于预设值时
{
Led_Reg=1; //关掉报警灯
}
if(wendu>=(yushe_wendu*10)) //温度大于等于预设温度值时（为什么是大于预设值*10：因为我们要显示的温度是有小数点后一位，是一个3位数，25.9°C时实际读的数是259，所以判断预设值时将预设值*10）
{
Buzzer=0; //打开蜂鸣器报警
Led_Yellow=0; //打开温度报警灯
}
else //温度值小于预设值时
{
Led_Yellow=1; //关闭报警灯
}
if((yanwu<yushe_yanwu)&&(wendu<(yushe_wendu*10))) //当烟雾小于预设值并且温度也小于预设值时 （&&：逻辑与，左右两边的表达式都成立（都为真，也就是1）时，该if语句才成立）
{
Buzzer=1; //停止报警
}
break;
}
case 1://预设温度模式
{
SelectPosition(0,5) ; //指定位置
write_com(0x0d); //阴影闪烁
if(key==KEY_ADD) //加键按下
{
yushe_wendu++; //预设温度值（阀值）加1
if(yushe_wendu>=99) //当阀值加到大于等于99时
yushe_wendu=99; //阀值固定为99
LCD_Write_Char(0,6,yushe_wendu,2) ; //显示预设温度
}
if(key==KEY_MINUS) //减键按下
{
if(yushe_wendu<=1) //当温度上限值减小到1时
yushe_wendu=1; //固定为1
yushe_wendu--; //预设温度值减一,最小为0
LCD_Write_Char(0,6,yushe_wendu,2) ; //显示预设温度
}
break; //执行后跳出switch
}
case 2: //预设烟雾模式
{
SelectPosition(0,12) ; //指定位置
write_com(0x0d); //打开显示 无光标 光标闪烁
if(key==KEY_ADD) //加键按下
{
if(yushe_yanwu>=255) //当阀值加到大于等于255时
yushe_yanwu=254; //阀值固定为254
yushe_yanwu++; //预设烟雾值（阀值）加1,最大为255
LCD_Write_Char(0,13,yushe_yanwu,3) ;//显示预设烟雾
}
if(key==KEY_MINUS) //减键按下
{
if(yushe_yanwu<=1) //当烟雾上限值减小到1时
yushe_yanwu=1; //固定为1
yushe_yanwu--; //预设温度值减一,最小为0
LCD_Write_Char(0,13,yushe_yanwu,3) ;//显示预设烟雾
}
break;
}
default :
{
write_com(0x38); //屏幕初始化
write_com(0x0c); //打开显示 无光标 无光标闪烁
Mode=0; //恢复正常模式
break;
}
}
}
}
总结
本次设计的烟雾报警系统的设计成功的实现报警、烟雾浓度预警值和温度预警值的设定，烟雾浓度级别和温度的显示等功能，本方案设计的烟雾报警系统具有性能优越、成本低廉、反应速度快等优点，同时简单快捷的操作方式给使用者带来极大的方便。
另外小伙伴们有什么想学的小项目，欢迎评论或私信留言。
转自：
https://blog.csdn.net/m0_47235364/article/details/130536792