基于51單片機煤氣濃度檢測及報警系統(tǒng)的設計-

1、目錄摘要1英文摘要21 緒論31.1 課題的研究背景31.2 課題的研究目的與意義31.3 課題目前研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)41.4課題的研究內(nèi)容42 煤氣報警系統(tǒng)的總體方案設計42.1系統(tǒng)的功能要求42.2 系統(tǒng)的技術要求52.3 系統(tǒng)的組成及方案設計53 系統(tǒng)的硬件設計63.1 主控電路73.1.1 時鐘電路73.1.2 復位電路83.2 煙霧探測電路的設計93.2.1 MQ-2介紹93.2.2 ADC0809介紹103.3 液晶顯示電路設計113.4 聲光報警提示電路123.4.1 燈光提示電路133.4.2 聲音報警電路133.5電機驅(qū)動電路133.6 按鍵電路144 系統(tǒng)的軟件設計144.

2、1 EDA仿真軟件Proteus144.2 系統(tǒng)程序流程圖154.3 煙霧探測子程序的設計164.4 按鍵電路子程序的設計174.5 電機驅(qū)動子程序的設計18總結19參考文獻21致謝22附錄:程序23 基于51單片機煤氣濃度檢測及報警系統(tǒng)的設計機電工程學院 自動化專業(yè) 徐本波（21106061093）指導老師：郭一軍 （講師）摘要: 隨著社會的進步，科技的發(fā)展，人們的生活水平得到提升，天然氣煤氣逐漸進入我們的家庭，它給我們帶來方便的同時也給我們帶來了危害。所以煤氣濃度檢測報警系統(tǒng)的制作很有必要。而且計算機及單片機的普及和信息技術的迅猛發(fā)展，使人們已經(jīng)對家庭住宅環(huán)境提出了更高的要求，智能化，信息

3、化被引入家庭，便利，舒適而且更加安全。煤氣報警器中采用STC89C52為主控制器，利用氣體傳感器MQ-2、ADC0809數(shù)模轉換芯片等實現(xiàn)基本功能。通過這些傳感器和芯片，當環(huán)境中煤氣濃度發(fā)生變化時，LCD1602液晶顯示器會實時顯示煤氣濃度值，并且發(fā)出相應的燈光報警信號和聲音報警信號，以此來實現(xiàn)煤氣報警，當煤氣濃度達到一定的范圍時，系統(tǒng)還可以驅(qū)動繼電器工作，繼電器通過驅(qū)動排風扇排出有毒氣體，以此來實現(xiàn)智能報警控制。 本系統(tǒng)主要針對傳統(tǒng)煤氣，液化氣的泄漏進行檢測，報警。本系統(tǒng)有如下特點：用單片機實現(xiàn)控制，電路簡單，價格便宜，可靠性好。此外，本系統(tǒng)還可作為智能家居的一個安全系統(tǒng)。 關鍵詞：單片機；

4、MQ-2傳感器；ADC0809；煤氣報警；智能控制33Design of Gas Concentration Detection and Alarm system Detection Based on 51 MCUXu Benbo Director: Guo Yijun（College of Mechanical and Electrical Engineering，Huangshan University）Abstract: With the progress of society, the development of science, peoples living standard ha

5、s been improved, natural gas and coal gas gradually into our family. They bring us convenience, but also brings us harm. So its necessary to make a gas concentration detection alarm system. In addition, the rapid development of the popularity of computer and single chip computer and information tech

6、nology, people have on the house environment proposed higher requirements, intelligent, informatization is introduced family, convenient, comfortable and safer.Gas alarm in the paper uses STC89C52 as the core controller, the realization of the basic functions of the gas sensor MQ-2, ADC0809 converte

7、r, etc. Through these sensors and chips, when environmental smoke concentration or combustible gas concentration changes the system sends out corresponding light alarm signal and the sound alarm signal, in order to achieve smoke alarm, when the

8、smoke reaches a certain range, the system can also drive the relay, So that the relay can discharges poisonous gases through the exhaust fan . Implementation of intelligent alarm control.This system is mainly for conventional gas, liquefied petroleum

9、 gas leak detection, alarm system has the following characteristics: with MCU control circuit is simple, cheap, and reliability. In addition, this system can be used as a smart home security system.Key Words: MCU; MQ-2 sensor; ADC0809; Gas alarm; intelligent control1 緒論1.1 課題的研究背景現(xiàn)在的社會，人們越來越離不開煤氣，天然

10、氣等與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P的能源。但隨著煤氣使用普及率提高的同時，煤氣泄漏引起的問題發(fā)生的次數(shù)也隨之變高，從而給人們的人身安全和財產(chǎn)安全帶來了很多隱患，所以如何去預防和規(guī)避煤氣泄漏是我們在現(xiàn)實生活中需要認真考慮的。由于氣體本身特性存在擴散性，發(fā)生可燃氣泄漏以后，在外部條件作用下，可燃氣體會迅速在空間擴散，形成大面積危險區(qū)。這一類事故往往具有破壞性大，危害面積廣等特點。另外，煤氣的主要成分是一氧化碳芳香烴等。煤氣有毒主要原因是其中的一氧化碳等氣體易與人體中的血紅蛋白結合，造成缺氧，使人頭暈，惡性及虛脫等，嚴重的會危及生命。當發(fā)現(xiàn)可燃氣體發(fā)生泄漏時，我們務必要及時使用適當?shù)拇胧┻M行處理，才能將這類

11、損害降到最低。那么如果我們有能夠檢測可燃氣體濃度的裝置，并且當氣體濃度達到預警值時，儀器能夠自動報警并且自動處理這一類的險情，這無疑是我們想要的。這就對煤氣的檢測和報警系統(tǒng)的檢測設備設置了一個較高的門檻。隨著國家互聯(lián)網(wǎng)+戰(zhàn)略的提出，物聯(lián)網(wǎng)和智能家居這些概念也越來越被人民大眾所熟悉。美的擁抱小米和京東、TCL入局360智能家居，海爾牽手阿里巴巴、長虹聯(lián)姻騰訊.1+1>2的戰(zhàn)略模式在自能家居領域蔓延開來。而煤氣報警系統(tǒng)本身就可以作為智能家居的一部分，它既可以作為家庭智能家居的一部分，為家庭保駕護航；又可以作為智能社區(qū)的一部分，通過把小區(qū)用戶的煤氣數(shù)據(jù)都傳到小區(qū)主機為社區(qū)提供安保保障。1.2

12、課題的研究目的與意義目的：隨著現(xiàn)代家庭用煤氣，天然氣的增加，家庭煤氣中毒及煤氣爆炸的頻率也越來越高。煤氣泄漏的危害，很容易被人們所忽視，主要是因為泄露的氣體不容易被人們所發(fā)覺。意義：在中國，煤氣泄漏帶來的危害每天都在發(fā)生，所以每一個家庭都應該足夠重視這方面的危害。如皋能夠根據(jù)家庭的實際情況，提起采取必要的措施，有些悲劇完全可以避免。一系列悲劇的發(fā)生，由國家到社會各界意識到，煤氣檢測報警系統(tǒng)對家庭和工業(yè)環(huán)境的必要性。據(jù)調(diào)查，在發(fā)生煤氣泄漏危害的家庭里都是沒有安裝類似煤氣檢測報警器的。因此，煤氣檢測及報警系統(tǒng)對我們生活的重要性。1.3 課題目前研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)如今應用最廣泛的煤氣檢測報警器與氣敏

13、元件傳感器，已經(jīng)應用于氣體泄漏檢測，僅用于安全保護家用煤氣檢測報警器為例，不少西方發(fā)達國家在法律上已經(jīng)明確規(guī)定家庭、公寓、餐廳、醫(yī)院、學校、工廠的必須按要求安裝報警器。國外報警器發(fā)展很快，是由于人們安全意識很強，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求較高；另一方面是由于燃氣泄漏報警器市場的增長受到政府安全法規(guī)的推動。因此，國外煤氣檢測報警器技術得到了較快發(fā)展，據(jù)有關統(tǒng)計，美國在1996年2002年就煤氣檢測報警器的年均增長率為2730。在這些方面，國內(nèi)的安全意識有待增強。煤氣檢測報警器的發(fā)展趨勢集中表現(xiàn)為，一是提高檢測靈敏度和工作性能，降低功耗和成本，減小尺寸，簡化電路，與應用整機相結合，這也是煤氣檢測

14、報警器一直追求的目標；二是增強可靠性，實現(xiàn)元件和應用電路集成化，多功能化，發(fā)展MEMS技術，發(fā)展現(xiàn)場適用的變送器和智能型天然氣檢測氣報警器。如美國在天然氣泄漏報警器中嵌入微處理器，使燃氣泄漏報警器具有控制校準和監(jiān)視故障狀況功能，實現(xiàn)了智能化、涉多功能化。1.4 課題的研究內(nèi)容煤氣報警器，主要檢測可燃氣體泄漏。通過單片機控制相應的聲光報警電路和驅(qū)動負載電路。通過液晶顯示當前的煤氣濃度值，通過按鍵設定相應的報警值。該項目主要是為了完成任務，包括：（1）硬件部分：包括煙霧探測電路的設計，顯示模塊的選擇，電機驅(qū)動電路的設計，聲光報警電路等的設計。（2）軟件部分：包括微處理器控制程序的編制和原理圖的繪制

15、。（3）系統(tǒng)的綜合調(diào)試與分析：在軟硬件完成以后，要對系統(tǒng)進行綜合的測試與實驗，分析系統(tǒng)的可靠性與實用性，調(diào)整系統(tǒng)的不足。2 煤氣報警系統(tǒng)的總體方案設計本課題主要是實現(xiàn)以51單片機作為控制器的煤氣濃度檢測報警系統(tǒng)，利用傳感器將空間中煤氣濃度信號轉化為模擬信號，并選擇合適的模數(shù)轉換芯片轉化模擬信號，再將轉換后的信號經(jīng)單片機處理，若大于預設值則報警，并啟動外接排風扇，避免事故的發(fā)生。2.1 系統(tǒng)的功能要求本系統(tǒng)的研制主要包括以下幾項功能：(1)煤氣濃度探測功能：為了提高煤氣泄漏報警的準確性和及時性，報警系統(tǒng)需要使用各種方法進行煤氣濃度探測。在實際使用中，根據(jù)不同的場所需要，用戶可以選用不同的煤氣傳感

16、器，設定不同的預設值，不同功率的排風扇。(2)燈光報警功能：當煤氣濃度過大、有可燃氣體泄漏等情況出現(xiàn)時，報警器要進行聲光報警。當檢測的煙霧值超過設定值時，可以使單片機驅(qū)動控制負載工作。2.2 系統(tǒng)的技術要求在了解這個系統(tǒng)的工作原理以及功能之后，相應的方案設計就可以進行了。系統(tǒng)采用的51系列單片機的成本都比較低而且功能強大，可以滿足生產(chǎn)成本和各類工程的需求。對于完整的一個系統(tǒng)而言，為提高產(chǎn)品本身的競爭力，這個系統(tǒng)應具備體積較小、功耗低、數(shù)傳性能穩(wěn)定可靠和成本低廉等一些技術要求。具體指標和參數(shù)如下:(1)體積?。禾綔y器的體積一定要盡量的小，這樣才能占用較小的空間，使用和更換才會方便。(2)功耗低：

17、系統(tǒng)可以采用三節(jié)5號干電池供電或5v電源供電。(3)可靠性高:由于不確定的電磁干擾可能存在在系統(tǒng)工作環(huán)境中，為了保證系統(tǒng)在工作長時間后仍能可靠的工作和盡量減少誤報次數(shù)，所以選擇多指示燈，指示不同的狀態(tài)。2.3 系統(tǒng)的組成及方案設計圖2-1 系統(tǒng)基本方框圖系統(tǒng)的組成結構如圖2-1所示：本設計主要由煙霧探測傳感器電路、主控電路、液晶顯示電路、聲光報警電路、電機驅(qū)動電路、控制程序等組成。3 系統(tǒng)的硬件設計硬件系統(tǒng)的電路包括主機單元的電路和功能實現(xiàn)系統(tǒng)模塊電路。主機單元主要有STC89C52單片機與復位電路和時鐘電路組成。功能模塊由煙霧探測電路，液晶顯示模塊，聲光報警提示電路，電機驅(qū)動電路，按鍵電路組

18、成。該系統(tǒng)正常工作時，首先系統(tǒng)得電，單片機進行初始化。然后由裝在室內(nèi)的MQ-2傳感器獲得室內(nèi)煤氣濃度的原始信號，再進入數(shù)模芯片ADC0809轉換器，把原始模擬的信號轉化為數(shù)字信號，從而得到被測對象的數(shù)字量信號，傳給單片機，再由單片機進行數(shù)據(jù)處理，最終把得到的濃度檢測值顯示在LCD1602上。通過LCD1602液晶顯示器實時顯示當前的煤氣濃度值，共設有4個報警值，綠燈亮設定值、黃燈亮設定值、紅燈亮設定值、煤氣報警設定值。而它們的大小都可以通過按鍵設定，并且三個燈的設定值依次增大。其中K1鍵是模式選擇鍵，用以選擇修改哪個設定值，而K2、K3用于相應設定值數(shù)字的增減。默認綠燈在215時亮起，一般顯示

19、的煙霧值不會小于2，小于2時就得檢測系統(tǒng)是否正常工作；黃燈為1530時亮起，當被檢測室內(nèi)有人吸煙時會亮起；紅燈為3060，當被檢測室內(nèi)吸煙較大，或是煤氣輕度泄露等原因，紅燈會亮起；當室內(nèi)煙量大于60，此時可能時煤氣泄露或是起火，蜂鳴器會報警，同時繼電器會吸合，使排風扇工作，進行換氣，防止災害的發(fā)生。圖3-1 系統(tǒng)電路圖3.1 主控電路本系統(tǒng)的主控芯片采用的是STC89C52,其引腳如圖3-2所示：圖3-2 STC89C52DIP封裝圖52單片機在一塊芯片中集成了微型計算機所具有的所有部件，從功能方面講，主要包括以下9個部分：一個8位的微處理器CPU；8KB的片內(nèi)程序存儲器Flash ROM,用

20、于燒錄運行的程序，常數(shù)數(shù)據(jù)；256的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM,在程序運行時可以隨時寫入和讀出數(shù)據(jù)，用于存放函數(shù)相互傳遞的參數(shù)，接受的外部數(shù)據(jù)，運算的中間結果，最后結果以及顯示的數(shù)據(jù)等；128B特殊功能寄存器（SFR）控制單片機各個部件的運行。3個16位的定時器/計數(shù)器，每個定時器/計數(shù)器可以設置為計數(shù)方式，用于對外部事件信號進行計數(shù)，也可以設置為定時方式，滿足各種定時要求。有一個管理6個中斷源，2個優(yōu)先級的中斷控制器；4個8位并行I/O端口，每個端口既可以用作輸入，也可以用作輸出。一個全雙工的UART串行I/O口，用于單片機之間的通信，或者單片機有其他設備之間的串行通信；片內(nèi)震蕩電路和時鐘發(fā)生器，

21、只需外面接上一晶振或輸入震蕩信號，就可以產(chǎn)生單片機所需要的各種時鐘信號。有一個可尋址64KB外部數(shù)據(jù)存儲器，還可以尋址64KB外部程序存儲器的三總線的控制電路。3.1.1 時鐘電路STC89C52單片機通常產(chǎn)生兩種方式的時鐘信號：一種是內(nèi)部時鐘方式，另外一種外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式如圖3-3所示。在STC89C52單片機內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機的XTAL1(18)和XTAL2(19)引腳外接石英晶體(簡稱晶振)，就構成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率范圍在1.212MHz間選擇，本設計該值選

22、為12MHz。圖3-3 STC89C52內(nèi)部時鐘電路3.1.2 復位電路當在STC89C52單片機的RST引腳引入高電平并保持2個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復位操作。系統(tǒng)復位是任何微機系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，它使整個控制芯片回到默認的硬件狀態(tài)下，也就是單片機的片內(nèi)電路初始化，是單片機從一種確定的初態(tài)開始運行。復位電路工作原理如圖3-4所示，Vcc上電時，C3充電，在電阻R1出現(xiàn)電壓，使得單片機復位；幾個毫秒后，C3充滿，電阻R1上電流降為0，電壓也為0，使得單片機進入工作狀態(tài)。工作期間，按下S0，C3放電；松開按鍵后，C3又充電，在電阻R1上出現(xiàn)電壓，是單片機復位。幾個毫秒后，單片機進入工作狀態(tài)。

23、圖3-4 STC89C52復位電路3.2 煙霧探測電路的設計如圖3-5所示，在這個電路中，有兩個部分，主要是MQ-2煙霧傳感器和數(shù)模轉換芯片ADC0809。MQ-2傳感器獲得室內(nèi)煤氣濃度的原始信號，再進入數(shù)模芯片ADC0809轉換器，把原始模擬的信號轉化為數(shù)字信號，從而得到被測對象的數(shù)字量信號，傳給單片機。圖3-5 煙霧探測電路3.2.1 MQ-2介紹MQ-2型氣體傳感器用于以氫氣為主要成分的城市煤氣、天然氣的測量，而且它抗干擾能力很強，水蒸氣、煙等干擾氣體對它的影響很小。MQ-2型氣敏元件具有以下特點：(1) 采用燒結半導體所形成的敏感燒結體，具有穩(wěn)定的R (即器件在純潔空氣中的阻抗)阻值，

24、從而保證了長期工作的穩(wěn)定性。(2) 單電源供電，其功耗僅0.7W左右。(3) 對所測試的氣體有極高的靈敏度和信噪比。MQ-2型氣敏元件有兩種型號。MQ-2A型適用于天然氣、城市煤氣、石油液化氣、丙丁烷及氫氣等;MQ-2型適用于煙霧等減光型有害氣體。封裝好的氣敏元件有只針狀管腳，其中個用于信號取出，個用于提供加熱電流。圖3-6 MQ-2型元件通電時間特性曲線如圖3-6可看出，通電后60到90秒，元件即進入穩(wěn)定待測狀態(tài)。MQ-2的特點如下： 廣泛的探測范圍 高靈敏度/快速響應恢復 優(yōu)異的穩(wěn)定性/長壽命 簡單的驅(qū)動電路 3.2.2 ADC0809介紹ADC0809芯片共有28個引腳，并且采用雙列直插

25、式封裝，如圖所示。下面對各引腳功能進行說明。IN0IN7：8路模擬量輸入端,在該課題中，我們只選用一路，即IN0。D0D7：8位數(shù)字量輸出端，分別與單片機的P10P17所連。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路，而我們選用的是IN0,則這三位地址輸入線全部接地。ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效，與單片機的P33引腳相連接。START： A/D轉換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復位，下降沿啟動A/D轉換），與單片機的P33引腳相連接。EOC： 數(shù)模轉換結束信號，輸出，當數(shù)模轉換結束時，此端輸出一個高

26、電平（轉換期間一直為低電平），與單片機的P36引腳相連接。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A/D轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量，與單片機的P32引腳相連接。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ，與單片機的CLK引腳相連接。REF（+）、REF（-）：基準電壓。Vcc：5V電源。GND：地。首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動A/D轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到A/D轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D

27、轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。只要一旦確定轉換完成，即可通過指令進行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時，OE信號即有效，把轉換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機接受。圖3-7 ADC0809引腳圖3.3 液晶顯示電路設計LCD1602A 是一種常見的工業(yè)字符型液晶，能同時顯示32個字符。（16列2行）。在日常生活中，液晶顯示器對我們是非常常見的。在單片機系統(tǒng)中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：由于液晶顯示器每個點在收到信號后就始終保持那種色彩和亮度，穩(wěn)定發(fā)光，而無需像陰極射線管顯示器那樣需要不

28、斷刷新新亮點。所以，液晶顯示器畫質(zhì)好，不會閃爍。 液晶顯示器是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。 液晶顯示器應用顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 （1）引腳說明第1腳：VSS接地。 第2腳：VDD接+5V電源。 第3腳：液晶顯示器對比度調(diào)節(jié)端。 第4腳：數(shù)據(jù)/命令選擇端。第5腳：讀寫選擇端。第6腳：使能信號端。第714腳：D0D7為8位的雙向數(shù)據(jù)線。 第15腳：背光源正極。 第16腳：背光源負極。（2）1602LCD液

29、晶與單片機接口說明液晶1、2端為電源；15、16為背光電源。液晶3端為液晶對比度調(diào)節(jié)端，通過一個10K電位器接地來調(diào)節(jié)液晶顯示對比度。首次使用時，在液晶上電狀態(tài)下，調(diào)節(jié)至液晶上面一行顯示出黑色小格為止。液晶4端為向液晶控制器寫數(shù)據(jù)/寫命令選擇端，接單片機P2.3口。液晶5端為讀寫選擇端，因為我們不從液晶讀取任何數(shù)據(jù)，只向其寫入命令和顯示數(shù)據(jù)，因此此端始終選擇為寫狀態(tài)，即低電平接地。液晶6為使能信號，接單片機的P2.4。圖3-8 液晶顯示電路設計3.4 聲光報警提示電路3.4.1 燈光提示電路LED燈在該電路中起知識電路工作狀態(tài)的作用。綠色LED燈與單片機的P2.2引腳相連。當檢測到的煤氣濃度在

30、215之間時，綠燈亮，表示室內(nèi)煤氣濃度正常。當黃色LED燈亮時，表示檢測到的濃度為1530，此時表示室內(nèi)可能有煙霧泄漏源產(chǎn)生，而當紅色LED燈亮時，表示檢測的濃度值已超過30，有可能起火或煤氣泄漏。圖 3-9 燈光提示電路3.4.2 聲音報警電路蜂鳴器驅(qū)動電路一般都包含以下幾個部分：一個三極管、一個蜂鳴器、一個限流電阻。蜂鳴器為發(fā)聲元件，在其兩端施加直流電壓（有源蜂鳴器）或者方波（無源蜂鳴器）就可以發(fā)聲，其主要參數(shù)是外形尺寸、發(fā)聲方向、工作電壓、工作頻率、工作電流、驅(qū)動方式（直流/方波）等。這些都可以根據(jù)需要來選擇。本設計采用有源蜂鳴器。三極管采用S9012，其基極的低電平使三極管飽和導通，使

31、蜂鳴器發(fā)聲；而基極高電平則使三極管關閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。該電路用單片機的P2.5引腳控制，當該引腳為高電平時，蜂鳴器停止發(fā)聲；該引腳為低電平時，蜂鳴器發(fā)出警報聲。圖 3-10 聲音報警電路3.5 電機驅(qū)動電路電機驅(qū)動電路是由三極管 限流電阻，繼電器組成。單片機的P3.4能夠控制著電機的運行與停止。當單片機的P3.4引腳為高電平時，三極管不導通，電機停止運轉。當該引腳為低電平時，三極管導通，繼電器線圈中會有一定的電流，從而電磁效應產(chǎn)生，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合，電機通電運轉，排除有毒氣體。圖 3-11 繼電器控制電機驅(qū)動電路

32、3.6 按鍵電路本課題的按鍵為編碼鍵盤，通過按鍵可以對報警的濃度設定值上限進行修改。按鍵K1對應單片機的P26引腳，按鍵K2對應單片機的P27引腳，按鍵K3對應單片機的P37引腳。其中K1鍵用于模式選擇，比如是選擇修改紅色LED燈亮的設定值還是其它的設定值。而K2,K3分別用于修改設定值的大小。圖3-12 按鍵電路4 系統(tǒng)的軟件設計4.1 EDA仿真軟件ProteusProteus是一個功能強大的EDA工具軟件。它除了具有其它EDA軟件的仿真功能，而且還能仿真單片機及外圍器件。為了節(jié)約時間和控制成本，所以在硬件的設計時，采用了proteus對系統(tǒng)仿真。在仿真的過程中還可以與keil軟件進行聯(lián)調(diào)

33、，方便觀察仿真效果。如圖4-1所示。圖 4-1 系統(tǒng)仿真圖4.2 系統(tǒng)程序流程圖主程序的功能是是完成系統(tǒng)的初始化，信號的采集及處理、按鍵檢測和信息顯示、濃度超線報警。根據(jù)系統(tǒng)工作特點，程序采用結構化的設計方法。主程序流程圖如圖4-1所示：Y結束設置相應參數(shù)顯示設置數(shù)值判斷當前煙霧范圍讀取AD轉換煙霧值初始化開始執(zhí)行相應的指示控制判斷按鍵是否按下N圖 4-1 系統(tǒng)程序流程圖圖4-2 主程序流程圖4.3 煙霧探測子程序的設計在這個模塊中，主要包括MQ-2傳感器和ADC0809數(shù)模轉換芯片。所以，在設計這個模塊的程序時，主要是把MQ-2傳感器獲得的模擬信號轉換為數(shù)字信號傳給P1口。如圖4-3在KEI

34、L中關于煙霧探測子程序的截圖。 圖4-3 KEIL中煙霧探測子程序4.4按鍵電路子程序的設計該子系統(tǒng)的設計主要是為了對設定值進行修改，如圖4-4所示：START寄存器初始化單片機I/O口初始化檢測是否有按鍵按下，并通過延時判斷是否真的按下是否為Key1鍵按下NY判斷Key1按下幾次通過Key1鍵選擇相對應的設定值，用Key2和Key3進行修改NKey1是否按下5次結束Y圖4-4 按鍵子系統(tǒng)的設計流程圖4.5 電機驅(qū)動子程序的設計該子系統(tǒng)主要是利用檢測的煤氣濃度值和煤氣濃度報警設定值進行比較，如果檢測值大于設定值，則排風扇啟動，否則停止。如圖4-5所示。ATART檢測值是否大于設定值使P3.4引

35、腳變?yōu)楦唠娖?，使排風扇停止使P3.4引腳變?yōu)榈碗娖?，使排風扇啟動結束圖4-5 電機驅(qū)動程序的設計流程圖總結煤氣泄漏為一種在人們?nèi)粘Ｉ钪邪l(fā)生頻率較高的災害，已經(jīng)使人類的生命財產(chǎn)和社會安全穩(wěn)定構成了極大的威脅。由此引發(fā)的重大安全事故每天發(fā)生，所以人類一直也未停止過對此方面的研究。該設計在參考了國內(nèi)外大量資料的基礎上，針對傳統(tǒng)的一系列煤氣報警探測器存在的問題，合理地提出了煤氣檢測報警器的設計方法。極大地提高了產(chǎn)品的實用性和市場競爭力。本課題中設計的煤氣檢測報警探測器由傳感器電路與電機驅(qū)動電路兩大部分構成。控制處理器是以管腳資源豐富的STC89C52為核心，利用MQ-2傳感器將煤氣濃度信號轉化為電信

36、號，并選擇模數(shù)轉換芯片ADC0809將模擬信號進行轉化，再將轉換后的信號經(jīng)單片機處理，若大于預設值則報警，并啟動外接排風扇，避免事故的發(fā)生。應用程序以C語言編寫，充分利用芯片的內(nèi)部資源，提高了代碼執(zhí)行效率，減小了代碼的容量。由于該探測器具有體積小、功耗低、安裝調(diào)試簡單、可靠性高等優(yōu)點，因此，該設計完全符合了畢業(yè)設計的要求。本文中煤氣報警系統(tǒng)的設計，在智能控制方面，采用了單片機STC89C52作為系統(tǒng)控制核心，最大限度的將其具備的資源應用到設計中，即體現(xiàn)了單片機應用的靈活性，又實現(xiàn)了功能多樣的智能控制。由于采用了單片機技術為主導的智能化管理，可實現(xiàn)對煤氣濃度的動態(tài)監(jiān)控，運行穩(wěn)定可靠，靈敏度高，具

37、有非常重要的市場應用價值。在實際使用中，不同的應用場合有著不同的報警濃度下限。經(jīng)過一個多月的畢業(yè)設計，使我真正有機會對大學期間所學的專業(yè)知識進行了系統(tǒng)的總結，運用所學知識分析問題，通過查閱資料解決問題，從課題的分析設計到最后的硬件電路設計和軟件編程的實現(xiàn)，都是自己認認真真的完成的。為了完成好本次畢業(yè)設計和降低本次畢業(yè)設計的成本，我首先是把該設計的要求看好，然后按照這個要求畫了系統(tǒng)流程圖。接下來就是按照要求用PROTEUS仿真和選擇元器件，我覺得畫仿真圖是簡單的，難的就是選擇元器件，有些就是查了很久的資料才搞懂。再仿真圖搞定之后，我又對著圖用KEIL寫程序，過了一個星期之后才和PROTEUS進行

38、聯(lián)調(diào)，最終在修改中使仿真電路圖成功。最后就是按照圖焊接實物圖并進行調(diào)試。通過本次畢業(yè)設計的鍛煉，我學到了很多分析問題和解決問題的方法，也鞏固了單片機的知識。期間也碰到過許多問題，比如氣體檢測模塊等，但我通過查閱相關資料，使問題得到了解決。同時我也明白只有實踐與理論結合，才能更好的鍛煉自己的能力。在調(diào)試過程中首先要檢測的就是硬件電路的設計原理是否正確、能否達到預期效果以及實現(xiàn)方法是否簡便等等；其次在焊接好難有線電路之后，認真檢查電路的焊接情況。這次采用的是分塊調(diào)試的方法，煙霧探測電路，控制電路以及單片機控制電路進行調(diào)試。在對每個模塊的進行調(diào)試過程中又采用了由局部到整體，由簡單到復雜的調(diào)試方法，最

39、后再將各個模塊總和成一個整體。在調(diào)試過程中遇到的問題有：由于在焊電路之前沒有認真的查看STC89C52的管腳，使得管腳的順序全部焊錯了，最后只好重新焊。Smog值一直顯示很高，經(jīng)過查閱資料和換元件測試發(fā)現(xiàn)，MQ-2煙霧傳感器初次使用得通電幾小時以上才可以正常使用，要做老化試驗。在程序的編寫過程中，隨著理解的深入也作了相應的修改。該設計的仿真都是可以正常運行的，但到實物中LCD1602不顯示，通過排查，ADC0809芯片的引腳接錯了。在大學的四年的學習期間，非常感謝所有的任課老師，感謝他們辛勤的教導和幫助。雖然有時也不是那么非常聽老師的話，但是真要離別的時候才能感覺到他們的好。在此，也非常感謝我

40、的指導老師郭老師，感謝他對我們負責任的態(tài)度和敬業(yè)精神。參考文獻1 郭振華 半導體氣體傳感器及其陣列的檢測技術研究J 電子工業(yè)出版社,2009,16-252 周國運，魯慶賓 單片機原理及應用J 中國水利水電出版社,2009，25-313 童詩白,華成英 模擬電子技術基礎D 北京:高等教育出版社,2000，21-344 譚浩強 C程序設計D 北京:清華大學出版社,2005,36-395 楊欣,王玉鳳，萊·諾克斯 電子設計從零開始D 清華大學,2010,15-266 程國鋼,楊后川 Proteus原理圖設計與電力仿真就這么簡單J 電子工業(yè)大學,2014，12-297 王程研 基于AVR單片

41、機的智能家庭測控報警系統(tǒng)設計J 科技創(chuàng)新導報，2010（26）：92-92.8 王杰 CAN總線在直流電機調(diào)速控制系統(tǒng)中的應用D 電子科技大學，2008,17-239 余成波 傳感器與自動檢測技術J 高等教育出版社,2004,2-510 何立民 單片機實用文集D 北京航天航空大學,1993,21-2611 劉廣玉 新型傳感器技術及應用J 北京航空航天大學,2003：11-1312 Intel MCS-51 Family of Single Chip Microcomputer Users Manual J. 1990.13 Behzad Razavi Design of Analog CMOS

42、 Integrated CircuitsM，2001，21-2514 陳志旺 51單片機快速上手 機械工業(yè)出版社D，2009，36-4115 王連英，吳靜進 單片機原理及應用J，化學工業(yè)出版社,2011,26-3216 秦進平 數(shù)字電子與EDA技術 科學出版社J，2011,3-817 汪明添 電子元器件 北京航空航天大學D，2008,25-3618 徐瑞平 模擬電子技術與仿真 西北工業(yè)大學，2007,3-15致謝這次畢業(yè)設計是我在大學最后一次的系統(tǒng)學習，所以我很珍惜這次機會。在剛開始的時候很茫然，不知道從何入手，特別是在元器件選型，就不知道選擇什么型號的三級管。當然，最后通過查閱資料問題也得到

43、了解決。在此畢業(yè)設計中，我得到了很多人的幫助，其中郭老師對我的關心和支持尤為重要，每次遇到難題，我首先想到的就是向郭老師尋求幫助。另外，他嚴謹?shù)淖黠L使我的論文即使在謹小細微處也給予了糾正，讓我的論文無論是結構還是內(nèi)容變得更加公整、緊湊，感謝郭老師對我的悉心指導。感謝校方給予我這樣一次機會，能夠獨立地完成這樣一個設計，作為檢驗這些年來學習的成果,在這個過程當中，學校給予我們各種方便，使我們在即將離校的最后一段時間里，能夠更多學習一些實踐應用知識，增強了我們實踐操作和動手應用能力，提高了獨立思考的能力。再一次對我的母校表示感謝。感謝在整個畢業(yè)設計期間和我密切合作的同學，和曾經(jīng)在各個方面給予過我?guī)椭?/p>

44、的伙伴們，正是因為有了你們的幫助，才讓我不僅學到了本次課題所涉及的新知識，更讓我感覺到了知識以外的東西，那就是團結的力量。附錄/程序頭文件#include <reg52.h>/顯示函數(shù)頭文件#include <display.h>/宏定義#define uint unsigned int #define uchar unsigned char/定義Data_ADC0809為P1口#define Data_ADC0809 P1 /管腳聲明sbit LED_R= P22; /紅燈sbit LED_Y= P21; /黃燈sbit LED_G= P20; /綠燈sbit Fen

45、g = P25; /蜂鳴器sbit san=P34; /風扇/ADC0809sbit ST=P33;sbit EOC=P36;sbit OE=P32;/按鍵sbit Key1=P26; /設置鍵sbit Key2=P27; /加鍵sbit Key3=P37; /減鍵/函數(shù)聲明extern uchar ADC0809();extern void Key();/延時函數(shù)，大約延時z msvoid delay(uint z)uint i,j;for(i=0;i<z;i+)for(j=0;j<121;j+);/煙霧含量變量uchar temp=0;/*指示燈變量 初始值*/uchar GL

46、=2; /2到14綠燈亮起uchar YL=15; /15到29黃燈亮起uchar RL=30; /29到255紅燈亮起uchar FF=60;/蜂鳴器變量 大于60報警uchar Mode=0;/按鈕模式|0 正常|1 G|2 Y|3 R|4 F|void main() /主函數(shù)Init1602();/調(diào)用初始化顯示while(1)/進入while循環(huán)temp=ADC0809();/讀取AD數(shù)據(jù)if(Mode=0) /正常模式時Display_1602(GL,YL,RL,FF,temp);/顯示正常數(shù)據(jù)if(temp>=GL&&temp<YL) /數(shù)值大于綠燈小于

47、黃燈LED_G=0; /綠燈亮else /大于黃燈或小于綠燈LED_G=1; /綠燈熄滅if(temp>=YL&&temp<RL) /數(shù)值大于黃燈小于紅燈LED_Y=0; /黃燈亮else /大于紅燈或者小于黃燈LED_Y=1; /黃燈熄滅if(temp>=RL&&temp<=255)/滬指大于紅燈小于255LED_R=0; /紅燈亮else /小于紅燈LED_R=1; /紅燈滅if(temp>=FF&&temp<=255)/數(shù)值大于報警值Feng=0; /蜂鳴器響san=0; /繼電器吸和，風扇轉動else

48、/數(shù)值小于報警值Feng=1; /蜂鳴器不響san=1; /繼電器斷開，風扇停止Key(); /掃描按鍵函數(shù)/ADC0809讀取信息uchar ADC0809()uchar temp_=0x00;/初始化高阻太OE=0;/轉化初始化ST=0;/開始轉換ST=1;ST=0;/外部中斷等待AD轉換結束while(EOC=0)/讀取轉換的AD值OE=1;temp_=Data_ADC0809; /將P1的數(shù)據(jù)讀出到temp_OE=0;return temp_; /將數(shù)據(jù)返回void Key() /按鍵函數(shù)if(Key1=0) /模式選擇delay(80); /延時去抖while(Key1=0); /再

49、次判斷Feng=0; /蜂鳴器響write_com(0x38);/屏幕初始化write_com(0x0d);/打開顯示 無光標 光標閃爍write_com(0x06);/當讀或?qū)懸粋€字符是指針后移一位Mode+;/模式加switch(Mode)/判斷模式case 1:write_com(0x80+4);/選中位置閃爍Feng=1; /蜂鳴器停止鳴響，形成按鍵音break;case 2:write_com(0x80+9);/位置Feng=1;break;case 3:write_com(0x80+14);/位置Feng=1;break;case 4:write_com(0x80+0x40+4);

50、/位置Feng=1;break;case 5:/按5次后退出設置write_com(0x0c);/打開顯示 無光標 無光標閃爍Mode=0;/Mode清零break;if(Key2=0&&Mode!=0)/設置狀態(tài)時按下加鍵delay(80);/延時去抖while(Key2=0);/判斷按鍵Feng=0;/蜂鳴器響switch(Mode)/根據(jù)模式設置不同的值case 1:if(GL<YL-1)/綠燈比黃燈小1時，不可以減GL+;/綠燈加write_com(0x80+2); /寫入數(shù)據(jù)位置write_data('0'+GL/100); /將綠燈拆字后顯示百

51、位write_data('0'+GL/10%10); /將綠燈拆字后顯示十位write_data('0'+GL%10); /將綠燈拆字后顯示個位write_com(0x80+4); /重新指定位置閃爍 下同F(xiàn)eng=1;break;case 2:if(YL<RL-1)YL+;write_com(0x80+7);write_data('0'+YL/100);write_data('0'+YL/10%10);write_data('0'+YL%10);write_com(0x80+9);/位置Feng=1;break;case 3:if(RL<255-1)RL+;write_com(0x80+12);write_data('0'+RL/100);write_data('0'+RL/10%10);write_data('0'+RL%10);write_com(0x80+14);/位置Feng=1;break;case 4:if(FF<255-1)FF+;write_com(0x80+0x42);write_data('0'+FF/100);write_data('0'+FF/10%10