家用煤氣泄漏檢測(cè)器

1、本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)單片機(jī)原理及接口技術(shù)單片機(jī)原理及接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目： 家用煤氣泄漏檢測(cè)器設(shè)計(jì)家用煤氣泄漏檢測(cè)器設(shè)計(jì) 學(xué)學(xué) 院：院： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 教師職稱(chēng)：教師職稱(chēng)： 起止時(shí)間：起止時(shí)間： 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程及其自動(dòng)化注：成績(jī)：平時(shí) 20% 論文質(zhì)量 60% 答辯 20% 以百分制計(jì)算學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專(zhuān)業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)（論文）題目家用煤氣泄漏檢測(cè)器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（

2、論文）任務(wù)該檢測(cè)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣中煤氣濃度，當(dāng)煤氣濃度超過(guò) 0.1%報(bào)警，傳感器可采用數(shù)字式或模擬式。當(dāng)超過(guò)閾值時(shí)要發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并設(shè)有消音鍵可以消除聲報(bào)警，并附加時(shí)間、濃度顯示功能。設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)任務(wù)：1. CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括 CPU 選擇，晶振電路，復(fù)位電路）2. 傳感器選擇以及接口電路設(shè)計(jì)3. 鍵盤(pán)顯示電路設(shè)計(jì)4. 程序流程圖設(shè)計(jì)及程序清單編寫(xiě)技術(shù)參數(shù)：技術(shù)參數(shù)：1檢測(cè)器的工作電源為 AC220V2顯示器采用 4 位 LED 數(shù)碼管設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求：1、分析系統(tǒng)功能，盡可能降低成本，選擇合適的單片機(jī)、AD 轉(zhuǎn)換器、輸出電路等；2、應(yīng)用專(zhuān)業(yè)繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖；3、

3、按規(guī)定格式，撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，其中程序開(kāi)發(fā)要有詳細(xì)的軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明，詳細(xì)闡述系統(tǒng)的工作過(guò)程，字?jǐn)?shù)應(yīng)在 4000 字以上。進(jìn)度計(jì)劃第 1 天 查閱收集資料第 2 天 總體設(shè)計(jì)方案的確定第 3-4 天 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 5 天 傳感器選擇及接口電路設(shè)計(jì)第 6 天開(kāi)關(guān)量輸出接口及報(bào)警電路設(shè)計(jì)第 7 天 程序流程圖設(shè)計(jì)第 8 天 軟件編寫(xiě)與調(diào)試第 9 天 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)完成第 10 天 答辯指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日本科生課程設(shè)計(jì)（論文）摘 要煤氣作為一種清潔型能源進(jìn)入家庭得到廣泛使用，為人們的生活帶來(lái)了方便，減少了城市的污染，提高了生活

4、質(zhì)量和效率，但是同時(shí)，也受到了由于設(shè)備使用不當(dāng)或者設(shè)備老化而導(dǎo)致的煤氣泄漏的巨大威脅，甚至威脅到了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。針對(duì)這種情況本文設(shè)計(jì)了一種煤氣泄漏監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以很好的在家用煤氣發(fā)生泄漏的時(shí)候發(fā)出警報(bào)，使危急情況得到處理。本系統(tǒng)以 AT89C51 單片機(jī)為核心，由 MQ-4 傳感器、單片機(jī) AT89C51、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 完成氣體濃度信號(hào)的采集顯示內(nèi)容的傳輸、顯示等功能。本文設(shè)計(jì)的檢測(cè)器由傳感器、數(shù)碼管顯示器、聲光報(bào)警器、A/D 轉(zhuǎn)換等模塊組成。軟件上采用 C 語(yǔ)言編程，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單運(yùn)行穩(wěn)定。該檢測(cè)系統(tǒng)能夠檢測(cè)煤氣濃度，當(dāng)檢測(cè)煤氣濃度低于設(shè)定報(bào)警閾值的時(shí)候，數(shù)碼管顯示器僅僅

5、顯示測(cè)得的煤氣氣體濃度；當(dāng)檢測(cè)煤氣濃度超出設(shè)定報(bào)警閾值時(shí)給出聲光報(bào)警。關(guān)鍵詞：MQ-4 傳感器；AT89C51 單片機(jī)；報(bào)警本科生課程設(shè)計(jì)（論文）目 錄第 1 章 緒論.11.1 家用煤氣泄漏檢測(cè)器概況 .11.2 本文研究?jī)?nèi)容 .1第 2 章 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì).22.1 家用煤氣泄漏檢測(cè)器總體設(shè)計(jì)方案 .22.2 CPU 的選擇 .32.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展 .42.4 復(fù)位電路設(shè)計(jì) .42.5 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) .52.6 CPU 最小系統(tǒng)圖 .6第 3 章 家用煤氣泄漏檢測(cè)器輸入輸出接口電路設(shè)計(jì).73.1 家用煤氣泄漏檢測(cè)器傳感器的選擇 .73.2 家用煤氣泄漏檢測(cè)器檢測(cè)接口電路設(shè)計(jì) .7

6、3.2.1 A/D 轉(zhuǎn)換器選擇.73.2.2 模擬量檢測(cè)接口電路圖.73.3 家用煤氣泄漏檢測(cè)器輸出接口電路設(shè)計(jì) .83.4 人機(jī)對(duì)話接口電路設(shè)計(jì) .9第 4 章 家用煤氣泄漏檢測(cè)器軟件設(shè)計(jì).114.1 軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述 .114.2 流程圖設(shè)計(jì) .114.2.1 主程序流程圖設(shè)計(jì).114.2.2 模擬量檢測(cè)流程圖設(shè)計(jì).124.2.3 家用煤氣泄漏檢測(cè)器流程圖設(shè)計(jì).124.3 程序清單 .14第 5 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析.215.1 系統(tǒng)原理圖 .215.2 系統(tǒng)原理綜述 .21本科生課程設(shè)計(jì)（論文）第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié).22參考文獻(xiàn).23本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 第 1 章 緒論1.1 家用

7、煤氣泄漏檢測(cè)器概況煤氣是一種高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的生活能源。極大地方便我們的生產(chǎn)生活，但同時(shí)也帶來(lái)了不少的安全隱患。煤氣泄漏造成的事故給我們帶來(lái)了不少的警示，而市場(chǎng)上的煤氣檢測(cè)報(bào)警器并不能為我們提供完善的安全保障，為此設(shè)計(jì)功能更加完善，探測(cè)更加精確的家用煤氣泄漏檢測(cè)器，是對(duì)付煤氣無(wú)形殺手的重要手段之一。現(xiàn)在每家每戶(hù)只要安裝煤氣管道的幾乎都安裝有煤氣泄漏檢測(cè)器。對(duì)于目前市場(chǎng)上天然氣報(bào)警存在以下問(wèn)題：對(duì)天然氣的檢測(cè)不敏感或者檢測(cè)到天然氣泄漏并不能及時(shí)報(bào)警作出相應(yīng)處理；對(duì)于天然氣檢測(cè)過(guò)于敏感，正常做飯燒水時(shí)難免會(huì)有少數(shù)天然氣溢出，此時(shí)報(bào)警系統(tǒng)就不停關(guān)閥報(bào)警嚴(yán)重影響生活效率；存在謊報(bào)誤報(bào)的現(xiàn)象，當(dāng)空氣中存

8、油煙時(shí)也會(huì)關(guān)閥報(bào)警所以很多家庭對(duì)檢測(cè)器束之高閣當(dāng)成擺設(shè)，買(mǎi)了并不安裝。所以市面上的天然氣泄漏檢測(cè)報(bào)警器亟待于改進(jìn)，從而才能更好地保障我們的生命財(cái)產(chǎn)安全，提高我們的生活質(zhì)量。1.2 本文研究?jī)?nèi)容本論文中的煤氣泄漏檢測(cè)器以單片機(jī)為控制核心，硬件電路大體可分為單片機(jī)小系統(tǒng)電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、聲光報(bào)警電路、LED 顯示電路，按鍵電路等。通過(guò) MQ-4 型電阻式半導(dǎo)體傳感器采集空氣中煤氣濃度，把探測(cè)到空氣中的煤氣的濃度轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，電壓信號(hào)送入 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理，將數(shù)字化電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成為對(duì)應(yīng)的濃度值顯示到數(shù)碼管上，同時(shí)判斷氣

9、體濃度值是否超出報(bào)警上限，當(dāng)檢測(cè)氣體濃度低于設(shè)定報(bào)警閾值的時(shí)候，數(shù)碼管顯示器僅僅顯示測(cè)得的可燃?xì)怏w濃度；當(dāng)檢測(cè)氣體濃度超出設(shè)定報(bào)警閾值時(shí)給出聲光報(bào)警。本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 家用煤氣泄漏檢測(cè)器總體設(shè)計(jì)方案 考慮煤氣濃度是由傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量，傳感器輸出的是 0-5V 的電壓值且電壓值穩(wěn)定，外部干擾小等。因此，可以直接把傳感器輸出電壓值經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得到數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行處理。此外，還需接入 LED 顯示，鍵盤(pán)，報(bào)警電路等。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如下：圖 2.1 煤氣檢測(cè)儀總體框圖 由 A/D 轉(zhuǎn)換器送來(lái)的轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性

10、化處理，將數(shù)字化電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成為對(duì)應(yīng)的濃度值顯示到數(shù)碼管上，同時(shí)判斷氣體濃度值是否超出報(bào)警限，當(dāng)檢測(cè)氣體濃度低于設(shè)定報(bào)警閾值的時(shí)候，數(shù)碼管顯示器僅僅顯示測(cè)得的可燃?xì)怏w濃度；當(dāng)檢測(cè)氣體濃度超出設(shè)定報(bào)警閾值時(shí)給出聲光報(bào)警。各模塊功能如下：（1）氣敏傳感器模塊：實(shí)時(shí)采集氣體濃度；（2）A/D 轉(zhuǎn)換模塊：把采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)傳送給單片機(jī)；（3）聲光報(bào)警模塊：當(dāng)檢測(cè)到氣體泄漏值超過(guò)報(bào)警限時(shí)，發(fā)生報(bào)警；（4）顯示模塊：顯示氣體濃度和報(bào)警上限；（5）鍵盤(pán)模塊：通過(guò)按動(dòng)按鍵實(shí)現(xiàn)各類(lèi)功能。 被測(cè)環(huán)境氣敏傳感器A/D轉(zhuǎn)換器單片機(jī)LED顯示聲光報(bào)警電路按鍵輸入本科生課程設(shè)計(jì)（論文）2.2 CPU 的選擇根

11、據(jù)任務(wù)書(shū)中的設(shè)計(jì)及計(jì)算要求要求，選擇 89C51 單片機(jī)。AT89C51 單片機(jī)是高性能、低電壓 CMOS 8 位 CPU，它的 FLASH 存儲(chǔ)器是 4K。AT89C51 具有2K 字節(jié)閃存的 ROM，其能夠編寫(xiě)程序還能夠擦除,可以反復(fù)擦除 1000 次。ATMEL 高密度不容易丟失的存儲(chǔ)器的制作技藝被運(yùn)用在 AT89C51 上,同時(shí)可以兼容 MCS-51 輸出管腳和指令集。AT89C51 中一起加入 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器,讓其效率更高。AT89C51 單片機(jī)以它的高敏捷性,價(jià)格低廉化為嵌入式控制系統(tǒng)的最佳選擇。主要特性如下：(1)4K 字節(jié) FLASH,可編程；(2)與 MCS-5

12、1 兼容；(3)在 0Hz-24MHz 下全靜態(tài)工作；(4)1000 次重復(fù)寫(xiě)/擦；(5)保留數(shù)據(jù)長(zhǎng)達(dá) 10 年；(6)內(nèi)部 RAM 為 1288 位；(7)可以鎖定三級(jí)程序存儲(chǔ)器；(8)32 個(gè)可編程 I/O 口；(9)中斷源 5 個(gè)；(10)16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器兩個(gè)；(11)擁有時(shí)鐘電路與片內(nèi)振蕩器；(12)閑置和掉電模式為低功耗；(13)1 個(gè)可編程串行通道口。其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖 1.2 所示： 1P1.02P1.13P1.24P1.35P1.46P1.57P1.68P1.79RESET10RXDP3.011TXDP3.1INT1P3.2INT1P3.314T0P3.415T1P3.5WR

13、P3.6RDP3.718XTAL219XTAL120VSS21P2.022P2.123P2.224P2.325P2.426P2.527P2.628P2.7PSENPROGALEEAVPP32P0.733P0.634P0.535P0.436P0.337P0.238P0.139P0.040VCC89C51. 圖 2.2 89C51 引腳結(jié)構(gòu)圖 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展由于 89C51 單片機(jī)片內(nèi)只有 128B 的 RAM 存儲(chǔ)器，在實(shí)際運(yùn)用中僅靠這128B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以需要拓展外部存儲(chǔ)器。本設(shè)計(jì)中所需要的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器不大，因此可以選擇型號(hào)為 6116 靜態(tài)

14、RAM。6116 是 2K8 位靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，采用 CMOS 工藝制造，單一+5V 電源供電，額定功耗為 160mW，典型存取時(shí)間為 200ns，為 24 線雙列直插式封裝。6116 與AT89C51 的硬件連接如圖 1.4 所示。圖 2.3 6116 與 AT89C51 的硬件連接圖2.4 復(fù)位電路設(shè)計(jì)AT89C51 初始化動(dòng)作是復(fù)位。AT89C51 上電后,首先就是復(fù)位,其效果就是讓 CPU 與系統(tǒng)的其他元件還原為一個(gè)明確的初始形態(tài),在此基礎(chǔ)上就行下一步動(dòng)作。因此,復(fù)位是一個(gè)很重要的操作。但是 AT89C51 自身是不可以來(lái)復(fù)位的,需要結(jié)合外部復(fù)位電路才可以完成。本設(shè)計(jì)采用按鍵式復(fù)位電路

15、，如圖 2.4 所示：本科生課程設(shè)計(jì)（論文） .VCCRESETVSSAT89C51R21KC22uFR1200VCCRESET.圖 2.4 按鍵式復(fù)位電路原理圖2.5 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)AT89C51 的時(shí)鐘電路出現(xiàn)脈沖之后掌控指令準(zhǔn)確的發(fā)生動(dòng)作。CPU 掌控信號(hào)掌控指令發(fā)生動(dòng)作的時(shí)間順序?yàn)?AT89C51 的時(shí)序。AT89C51 內(nèi)部電路要按時(shí)序進(jìn)行運(yùn)行須在時(shí)鐘信號(hào)下才可以,可以保證各個(gè)部件同步運(yùn)行。外部時(shí)鐘與內(nèi)部時(shí)鐘為 AT89C51 時(shí)鐘的兩類(lèi)形式。運(yùn)用外面的振蕩脈沖連接到 XTAL1 或者 XTAL2 是外部時(shí)鐘的形式。HMOS與 CHMOS 單片機(jī)的外面的時(shí)鐘信息接進(jìn)去的形式是相異的。R

16、XD 接地,TXD 接入外部振蕩器。外部振蕩信號(hào)選擇頻率低于 12MHz 的信號(hào)因?yàn)樗鼪](méi)有特別的條件,僅僅保證脈沖寬度。片內(nèi)發(fā)生器出現(xiàn)兩相時(shí)鐘 P1 與 P2,提供給 AT89C51 應(yīng)用。這里選用內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路。其中 C1、C2 值為 30pF,晶振頻率為 12MHz。時(shí)鐘電路如圖 2.5。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） XTAL2XTAL1AT89C51C130pFC230pFY1. 圖 2.5 內(nèi)部時(shí)鐘振蕩電路2.6 CPU 最小系統(tǒng)圖AT89C51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)由起振電路、復(fù)位電路、AT89C51 芯片組成。單片機(jī)接+5V 電源；晶體振蕩器頻率為 12MHz（11.0592MHz），

17、晶振的兩個(gè)引腳分別連接在單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 端，晶振的兩端再分別連接一個(gè) 30pF電容后接地；復(fù)位電路經(jīng)電源正極（+5V）接 10uF 電容后接 10k 歐姆電阻接地，單片機(jī)復(fù)位端 RST 接在電容和電阻之間。由上述四節(jié)中的圖，可以畫(huà)出 CPU 最小系統(tǒng)總圖，如圖 1.5 所示。 圖 2.6 CPU 最小系統(tǒng)圖本科生課程設(shè)計(jì)（論文）第 3 章 家用煤氣泄漏檢測(cè)器輸入輸出接口電路設(shè)計(jì)3.1 家用煤氣泄漏檢測(cè)器傳感器的選擇本系統(tǒng)直接測(cè)量的室內(nèi)的煤氣濃度，故采用氣敏傳感器?？紤]到周?chē)諝庵械臍怏w成分可能影響傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確性，所以傳感器只能對(duì)煤氣敏感，對(duì)其他氣體不敏感，而在對(duì)液化氣

18、、丙烷、天然氣、氫氣以及其它可燃蒸汽檢測(cè)中 MQ-4 氣敏傳感器的靈敏度較高。SnO2 是 MQ-4 氣體傳感器所應(yīng)用的原料，其在干凈空氣中的導(dǎo)電率是十分低的。隨著煤氣濃度的增加，傳感器的電導(dǎo)率也隨之增加。電導(dǎo)率的變化通過(guò)分壓電路的轉(zhuǎn)換輸出的電壓信號(hào)和煤氣濃度相濃度照應(yīng)。傳感器的標(biāo)準(zhǔn)回路有兩部分組成。其一為加熱回路，其二為信號(hào)輸出回路，它可以準(zhǔn)確反映傳感器表面電阻值的變化。傳感器的表面電阻 RS 的變化，是通過(guò)與其串聯(lián)的負(fù)載電阻 RL 上的有效電壓信號(hào) VRL 輸出面獲得的。負(fù)載電阻 RL 可調(diào)為0.5-200K。加熱電壓 Uh 為 5v。 3.2 家用煤氣泄漏檢測(cè)器檢測(cè)接口電路設(shè)計(jì)3.2.1

19、 A/D 轉(zhuǎn)換器選擇本設(shè)計(jì)是將煤氣的變化量轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，被測(cè)量對(duì)象的有關(guān)變化量，如溫度、壓力、流量、速度等非電物理量，須經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的模擬電信號(hào)（電壓或電流），這些模擬電信號(hào)必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能在單片機(jī)中用軟件進(jìn)行處理。實(shí)現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱(chēng)為 A/D 轉(zhuǎn)換器（ADC）。本設(shè)計(jì)中，選用 ADC0809 轉(zhuǎn)換器，ADC0809 是一種逐次比較式 8 路模擬輸入、8 位數(shù)字量輸出的 A/D 轉(zhuǎn)換器，工作電源+5V，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100s。3.2.2 模擬量檢測(cè)接口電路圖由 MQ-4 氣體傳感器收集的電信號(hào)連接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 的 IN0 端口；V

20、REF(+)接 5V 電壓； CLOCK 接單片機(jī) ALE 端口；OUT0-OUT7 分別連接單片機(jī)的 P0.7-P0.0 端口；用作用是收集轉(zhuǎn)化為的數(shù)字信號(hào)；詳細(xì)的電路銜接方法如本科生課程設(shè)計(jì)（論文）圖 3.1 所示。 圖 3.1 檢測(cè)接口電路圖3.3 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)采集到的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)計(jì)算后，如果天然氣濃度達(dá)到報(bào)警器設(shè)置的臨界點(diǎn)時(shí)，單片機(jī)將控制蜂鳴器報(bào)警，報(bào)警電路采用聲光報(bào)警器。由揚(yáng)聲器 B，普通紅色發(fā)光三極管等組成。AT89C51 的 P3.5 引腳經(jīng)電阻接到發(fā)光三極管 N 端，當(dāng)輸出為低電平時(shí)，三極管將閃爍發(fā)光。達(dá)到聲光同時(shí)報(bào)警的效果。通過(guò)復(fù)位停止報(bào)警。如圖 3.3 所示。本科

21、生課程設(shè)計(jì)（論文） P3.5(T1)AT89C51R10KQVCCLS. 圖 3.2 聲光報(bào)警電路 3.4 人機(jī)對(duì)話接口電路設(shè)計(jì)LED 顯示有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式。本設(shè)計(jì)使用并行輸入硬件譯碼靜態(tài)顯示電路，靜態(tài)顯示電路中，各位可獨(dú)立顯示，只要在該位的段碼線上保持段碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。電路中采用了鎖存譯碼器將 P1 口低 4 位輸出的 BCD 碼譯成七段字型碼，利用 P1 口高四位做為各鎖存譯碼器的所存信號(hào)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定顯示。LED 使用的是共陰極 7 段數(shù)碼管。數(shù)碼管顯示電路如圖 3.3。本次設(shè)計(jì)電路中加入 4 個(gè)按鍵，用于人為報(bào)警和設(shè)置報(bào)警的上限值。按鍵分別接單片機(jī) P2

22、.0、P2.1、P2.2、P2.3 端。S1 是數(shù)字鍵加，S2 是數(shù)字鍵減，S3 是確認(rèn)鍵，S4 是模擬報(bào)警鍵，當(dāng)按下 S4 時(shí)蜂鳴器報(bào)警，LED 亮；再次按下 S4 用來(lái)取消報(bào)警。具體接線見(jiàn)圖 3.3。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）A ABAAABBBCCCC CD D DDD DD DCECECECECECE1111P1.3P1.0P1.1P1.2P1.4P1.5P1.6P1.7acdbefgHHabc cd de ef fg gab bc cdefgHabcd defg gH89C51abfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgDPY_7-SEGabfcgdeDPYLEDgn123

23、4567abcdefgDPY_7-SEGabfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgDPY_7-SEGabfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgDPY_7-SEG. .圖 3.3 LED 顯示電路圖 3.4 按鍵電路本科生課程設(shè)計(jì)（論文）第 4 章 家用煤氣泄漏檢測(cè)器軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述軟件設(shè)計(jì)包含A/D采樣程序、數(shù)據(jù)處理程序、數(shù)碼管顯示程序、按鍵掃描程序、系統(tǒng)報(bào)警程序。當(dāng)傳感器將采集的煤氣信號(hào)由ADC0809轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)后，由軟件將信號(hào)進(jìn)行分析處理，最后由LED顯示電路輸出結(jié)果。4.2 流程圖設(shè)計(jì)4.2.1主程序流程圖設(shè)計(jì) N Y Y 圖 4.1

24、程序設(shè)計(jì)流程圖 開(kāi)始初始化 天然氣濃度采集 AD 轉(zhuǎn)換采集數(shù)據(jù) 設(shè)定值 聲光報(bào)警 報(bào)警子程序 結(jié)束數(shù)碼管顯示本科生課程設(shè)計(jì)（論文）單片機(jī)對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換器傳送的氣體濃度信號(hào)進(jìn)行處理，將濃度值與報(bào)警限設(shè)定值相比較，判斷是否報(bào)警。對(duì)采集的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和判斷，計(jì)算出待檢測(cè)氣體成分及濃度并送到數(shù)碼管顯示器顯示出來(lái)。當(dāng)檢測(cè)氣體濃度低于設(shè)定報(bào)警閥值的時(shí)候，數(shù)碼管顯示器僅僅顯示測(cè)得的可燃?xì)怏w濃度；當(dāng)檢測(cè)氣體濃度超出設(shè)定報(bào)警閥值時(shí)給出聲光報(bào)警。主程序流程圖如圖 4.1 所示 4.2.2 模擬量檢測(cè)流程圖設(shè)計(jì)ADC0809 初始化后，把 0 通道輸入的 0-5V 的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字量00H-FFH，

25、然后將對(duì)應(yīng)數(shù)值存儲(chǔ)到內(nèi)存單元。程序框圖如圖 4.2 圖 4.2 模擬量檢測(cè)流程圖4.2.3 聲光報(bào)警電路流程圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)由軟件設(shè)定閾值，閾值的千位放入 50H 中，百位和十位放入 5lH，個(gè)位放人 52H 中。報(bào)警電路分為蜂鳴器報(bào)警電路和發(fā)光報(bào)警電路組成。當(dāng)輸入端 P3.5啟動(dòng) ADC0809 通道，并延時(shí) 100s讀出 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果結(jié)果存入內(nèi)存單元開(kāi)始返回轉(zhuǎn)換完？YN本科生課程設(shè)計(jì)（論文）為低電平時(shí)，有電流通過(guò)蜂鳴器，蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警。而當(dāng)輸入端為高電平時(shí)不報(bào)警。流程圖如圖 4.3 所示。A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)放入 40H、4lH、42H 單元，并進(jìn)行十進(jìn)制轉(zhuǎn)換。40H 和 50H 分別存放的

26、是處理后的測(cè)量值與閾值的千位的壓縮BCD 碼，41H 和 51H 分別存放的是處理后的測(cè)量值與閾值的百位、十位壓縮的BCD 碼，42H 和 52H 分別存放的是處理后的測(cè)量值與閾值的個(gè)位的壓縮 BCD 碼。NYN開(kāi)始40H 中存放較大的 BCD 碼與閾值相等41H 中存放較大的 BCD 碼與閾值相等返回報(bào)警YNYNYYN 圖 4.3 聲光報(bào)警電路流程圖41H 中存放較大的 BCD 碼本科生課程設(shè)計(jì)（論文）4.3 程序清單 C 程序：#include #include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsign

27、ed int #define ulong unsigned long#define K_MG_MV 120/66 unsigned char code dispcode0=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0, 0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8, 0 x80,0 x90;/顯示段碼值 09,不包含 DP 點(diǎn)uchar code table1=0 x40,0 x79,0 x24,0 x30, 0 x19,0 x12,0 x02,0 x78, 0 x00,0 x10;/顯示段碼值 09,包含 DP 點(diǎn)uchar code table3=0 x89,0 xC7;sbit LE

28、D0=P14;/定義第 0 個(gè)數(shù)碼管sbit LED1=P15;/定義第 1 個(gè)數(shù)碼管sbit LED2=P16;/定義第 2 個(gè)數(shù)碼管sbit LED3=P17;/定義第 3 個(gè)數(shù)碼管sbit alarm=P35;/蜂鳴器接口sbit key_up=P20;/數(shù)字鍵加+sbit key_down=P21;/數(shù)字鍵減-sbit key_ok=P22;/確認(rèn)鍵sbit key_manual=P23/模擬手動(dòng)報(bào)警和解除報(bào)警按鍵bit SetUpFlag=0;bit set_manual=0;本科生課程設(shè)計(jì)（論文）uchar key_manual_num=0;ulong gas_uplimit=15

29、0;/*定義變量*/unsigned char data1;unsigned char count;unsigned char cycle;unsigned long data2;longValue,num=0;uchartemp,getdata;uchar jian,bai,shi,ge;uchar time_ms1; /微秒顯示函數(shù)void Delayus(uchar i) while(-i); /毫秒顯示函數(shù) void delay1ms(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void ad(void) /ad 采樣函數(shù) uchar

30、temp_=0 x00;/轉(zhuǎn)化初始化 ST=0;/開(kāi)始轉(zhuǎn)換 ST=1; ST=0; while(EOC=0)/外部中斷等待 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束 OE=1;/讀取轉(zhuǎn)換的 AD 值本科生課程設(shè)計(jì)（論文）temp_=Data_ADC0809;OE=0;return temp_;void cal() /計(jì)算把采樣到的值轉(zhuǎn)換成實(shí)際電壓值 Value=data1*1.0/256*500; Value=Value*K_MG_MV; Value=Value-5; if(Value=gas_uplimit)/判斷可燃?xì)怏w的濃度是否超出設(shè)定范圍，如超出LED 亮并報(bào)警。 alarm=0; else alarm=1;

31、void SysInit_two(void)/初始化定時(shí)器 T0 TMOD=0 x01; /定時(shí)器工作在方式 1ET0=1; EA=1;TH0=(65536-50000)/256; /對(duì) TH0 TL0 賦值TL0=(65536-50000)%256; /使定時(shí)器 0.05 秒中斷一次TR0=1; /開(kāi)始計(jì)時(shí)本科生課程設(shè)計(jì)（論文）/*- 主函數(shù)-*/void main() SysInit_two();/初始化定時(shí)器 T0 while(1) Key_set_scan(); manual_simulate(); if(SetUpFlag=1) display_set(gas_uplimit); e

32、lse display_temp(Value); /調(diào)用顯示函數(shù) if(set_manual=0)Alarm_Limit(); void Timer0(void) interrupt 1 /定時(shí)器 T0 中斷函數(shù)TH0=(65536-50000)/256; /對(duì) TH0 TL0 賦值TL0=(65536-50000)%256; /重裝計(jì)數(shù)初值time_ms1+;/每 50ms 加 1 if(time_ms1=10) time_ms1=0; ad(); cal();本科生課程設(shè)計(jì)（論文）第 5 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析5.1 系統(tǒng)原理圖硬件電路分為單片機(jī)小系統(tǒng)電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、聲光報(bào)警電路、LE

33、D 顯示電路，按鍵電路?？傠娐穲D見(jiàn)圖 5.1。 圖 5.1 總體電路圖5.2 系統(tǒng)原理綜述本設(shè)計(jì)為利用 MQ4 氣敏傳感器測(cè)量空氣中煤氣濃度并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳給 AT89C51 單片機(jī)系統(tǒng)，由單片機(jī)及其相應(yīng)外圍電路進(jìn)行信號(hào)的處理，顯示煤氣濃度值以及超閾值聲光報(bào)警。程序采用模塊化設(shè)計(jì)思想，各個(gè)子程序的功能相對(duì)獨(dú)立，便于調(diào)試和修改。而硬件電路又大體可分為單片機(jī)小系統(tǒng)電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、聲光報(bào)警電路、LED 顯示電路，按鍵電路。當(dāng)泄漏的煤氣的濃度超過(guò) 0.1%時(shí)，檢測(cè)儀就會(huì)發(fā)生警報(bào)，防止事故的發(fā)生。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)本文設(shè)計(jì)的家用煤氣

34、泄露檢測(cè)器可快速檢測(cè)工作環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度。采用嵌入式微控制技術(shù)，可靠性高，具有清晰的 LED 顯示屏，聲光報(bào)警提示，保證在非常不利的工作環(huán)境下也可以檢測(cè)危險(xiǎn)氣體并及時(shí)提醒預(yù)防。本文中家用煤氣泄露檢測(cè)裝置特點(diǎn)如下： 1.傳感器校正精度高，提高了報(bào)警準(zhǔn)確性。 2.顯示值放大倍數(shù)可以設(shè)置，重啟恢復(fù)正常。 3.整機(jī)體積小,重量輕，寬量程，維護(hù)方便。此次設(shè)計(jì)運(yùn)用了單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號(hào)分析與處理技術(shù)，使煤氣泄漏檢測(cè)裝置系統(tǒng)數(shù)字化，智能化，微型化。煤氣泄漏檢測(cè)是一項(xiàng)十分重要且有意義的工作，盡管本文實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)器基本要求，但在檢測(cè)精度，檢測(cè)系統(tǒng)等方面仍可進(jìn)一步改進(jìn)，也仍然存在一些不足需要進(jìn)一步改進(jìn)，如

35、：關(guān)于零點(diǎn)漂移的抑制問(wèn)題應(yīng)進(jìn)一步研究；關(guān)于報(bào)警器報(bào)警閉值確定問(wèn)題還需研究以提高檢測(cè)的可靠性。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）參考文獻(xiàn)1 張毅剛.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（C51 編程）第 2 版.人民郵電出版社,2016.62 賀茂乾.變壓器瓦斯保護(hù)原因分析及應(yīng)對(duì)措施.電力技術(shù),2014.10：184-1853 楊帥. 基于 AVR 的變壓器氣體繼電器檢測(cè)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沙理工大學(xué),20114高凌云，諶海云，林立憑基于 89C52 的煤氣泄露監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)J中國(guó)儀器儀表，2012，12(11)：70-72.5秦龍主編MSP430 單片機(jī)常用模塊與綜合系統(tǒng)實(shí)例精講M北京：電子工業(yè)出版社，2010.6王守中讀就通 51 單片機(jī)開(kāi)發(fā)M北京：電子工業(yè)出版社，2011.7姜志海，劉連