家用燃氣報警器畢業(yè)設計論文課件

1、學校代碼： 10128學 號：200810107021 本科畢業(yè)設計說明書（題 目：家用燃氣泄漏報警裝置的設計學生姓名：學 院：機械學院系 別：測控系專 業(yè)：測控技術與儀器班 級：測控08-1指導教師： 高 級 實 驗 師二 0 一 二 年 六 月內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書摘 要燃氣(人工煤氣、天然氣)的普及，為市民提供了方便，也提高市民的生活質量，但是任何事物都有它的兩面性，在使用燃氣的過程中，因燃氣泄漏等原因造成的燃氣爆炸、中毒等意外事故時有發(fā)生，給人們的生命和財產安全帶來了嚴重的威脅，因此安全使用燃氣，是不可忽視的一個重中之重的工作。家用燃氣泄漏報警裝置能有效監(jiān)測環(huán)境中可燃氣體(如

2、CH4)的濃度，一旦其濃度超出報警限定值，就能發(fā)出聲光報警信號，并且能隨著濃度的增加報警音量逐漸加大，能及時起到安全防范的作用。本設計所研究的可燃性氣體報警系統(tǒng)包括：氣體信號采集電路、調理電路、模數轉化電路、單片機系統(tǒng)電路、報警電路組成，首先利用傳感器對可燃氣體濃度信號進行監(jiān)測并且轉變成電壓信號，選擇合適的放大電路，將電壓放大到A/D所要求的電壓，經過模數轉換，將檢測的電壓值送入單片機，在單片機內完成與設定的電壓信號進行比較，當氣體濃度超標時，驅動聲音和燈光報警。關鍵詞：傳感器；報警器；單片機AbstractWith the popularity of Gas ,for example( ar

3、tificial coal gas, natural gas ), It is provide a convenient to citizens and improve the quality of lives, But every coin has its two sides,at the use of gas in the process, gas explosion caused by gas leak, So that poisoning and other accidents have occurred, It is harm for people and property and

4、brings the seriously threat to the safe use of gas at the same time, The Domestic gas leakage alarm device can effectively monitor the environment of combustible gases (such as CH4) leakage, Once its concentration beyond the alarm limit value, can send out sound and light alarm signals, and with the

5、 increasing concentration of alarm volume increased gradually, The alarm plays a significant role. the sensor especially gas sensors usage and use research are needed.The design and research of the family gas alarm system includes: gas signal acquisition circuit, analog-to-digital conversion electri

6、c control circuit, The signals are monitored and converted into voltage signal, select the appropriate amplification circuit, the voltage amplification to the requirement of the A/D voltage, after analog-digital conversion, the detected voltage value into the microcontroller, in the MCU completed wi

7、thin the voltage signal is compared with the set, when the gas concentration exceed the standard, drive the sound and light alarm.Keywords: sensor；alarm；SCM目 錄引 言1第一章 概 述21.1家用燃氣泄露報警的概述21.2家用燃氣泄露報警的發(fā)展21.3家用燃氣泄露報警研究的目的與意義3第二章 燃氣檢測傳感器的選擇42.1氣體傳感器的選型42.1.1氣體傳感器介紹42.2.2氣體傳感器的主要參數和特性72.2.2氣體傳感器的選定82.2.3

8、MC101介紹8第三章 家用燃氣泄露報警裝置的硬件部分設計113.1系統(tǒng)硬件電路總體設計113.2家用燃氣報警器的功能113.2.1聲光報警功能113.2.2標準工作條件113.2.3外圍接口電路的設計163.2.4 A/D轉換主要技術指標183.2.5單片機與ADC0808接口電路183.2.6串口轉并口芯片74HC164193.2.7數碼管顯示203.2.8聲音燈光報警電路223.3總電路設計22第四章 燃氣泄漏報警系統(tǒng)的軟件部分設計244.1軟件設計重要性244.2主程序設計流程圖244.3軟件設計的子程序基本思想284.3.1A/D轉換284.3.2濃度轉換294.3.3 數碼顯示30

9、結 論32謝 辭33參考文獻34圖表清單表2-1 各種氣體傳感器可檢測的氣體種類 7表2-2 MC101技術指標 8圖2-1 靈敏度特性圖 9圖2-2響應恢復特性圖 9圖2-3 輸出信號隨環(huán)境溫度的變化圖 9圖2-4 輸出信號隨環(huán)境溫度的變化圖 10圖2-5 輸出信號隨工作電壓的變化圖 10圖2-6 輸出信號隨工作電壓的變化圖 10圖2-7 傳感器基本測試電路圖 10表3-1 地址選通輸入端 17表3-2引腳說明 20表3-3功能表 20圖3-1燃氣報警系統(tǒng)結構框圖 12圖3-2 AT89C51單片機 12圖3-3時鐘和復位電路 15圖3-4電源電路電路、信號采集及放大電路16圖3-5 ADC

10、0808引腳圖 17圖3-6單片機與0808接口電路 19圖3-7 74HC164 19圖3-8數碼管顯示圖 21圖3-9 聲音燈光報警電路 22圖3-10燃氣報警系統(tǒng)總電路圖 23圖4-1 主程序流程圖25圖4-2 A/D轉換程序流程圖28圖4-3 濃度轉換流程圖29圖4-4數碼管顯示流程圖30引 言隨著我國燃氣的變革及西氣東輸工程的進行，目前家家戶戶做飯離不開煤氣、天然氣，一旦泄露后果不堪設想，每年，因煤氣泄漏引發(fā)的中毒事件，或因室內燃氣泄漏濃度過高引起的爆炸，類似的事件也不少見。該設計裝置可避免悲劇的發(fā)生，同時它又非常實用，具有良好的市場前景。本設計是一種實用的燃氣泄漏報警裝置，首先是氣

11、體濃度檢測，并對氣體濃度信號進行放大處理，經過A/D轉換，將轉換后的數字信號送入單片機，由單片機系統(tǒng)完成對氣體濃度的顯示以及報警功能，報警電路由蜂鳴器和二極管組成，顯示電路由7407反相器驅動顯示。家用燃氣的主要成分是CH4，設計中傳感器的選擇是首要任務，經過市場調查，選取靈敏度高和性價比比較高的MC101傳感器。在產品技術含量上，國內產品和國外產品差別不是很大，在一些指標上也有一定的超越，但是產品的大規(guī)?；a才剛起步，需要積累經驗和技術，所以在產品的一致性和長期穩(wěn)定性存在差距，國內正在擴大發(fā)展大型企業(yè)和集團，以便帶領國內企業(yè)沖擊國外市場。34第一章 概 述1.1家用燃氣泄露報警的概述燃氣泄

12、漏報警器是非常重要的燃氣安全設備，它是安全使燃氣的不可或缺一道保護。本設計中傳感器的選擇和單片機是設計的核心，可燃氣體報警器的探測可燃氣體的傳感器主要有氧化物半導體型、催化燃燒型、熱線型氣體傳感器，還有少量的其他類型，如化學電池類傳感器。這些傳感器都是通過對周圍環(huán)境中的可燃氣體的吸附，在傳感器表面產生化學反應或電化學反應，造成傳感器的電物理特性的改變、經過單片機處理后實現報警功能。燃氣泄漏報警器由氣體傳感器探測周圍環(huán)境中的低濃度可燃氣體，通過信號采樣電路，將探測信號用模數轉化電路轉換成單片機可識別的數字量，當可燃氣體濃度超過單片機控制設定的值時，控制器通過執(zhí)行器或執(zhí)行電路發(fā)出聲光報警信號。1.

13、2家用燃氣泄露報警的發(fā)展目前，氣體傳感器的集中表現為：一是提高傳感器靈敏度和工作性能，降低功耗和成本，縮小尺寸，簡化電路，與應用整機相結合,這也是氣體傳感器一直追求的目標，如日本費加羅公司提出了檢測（0.1-10*106硫化氫低功耗氣體傳感器，美國GneralMonitors公司在傳感器中嵌入微處理器，實現了多功能化，智能化，氣敏元件傳感器作為新型氣敏傳感器在國家列為重點支持發(fā)展的情況下，國內已有一定的基礎現狀是：燒結型氣敏元件仍是市場的主流。在工藝方面引入了表面摻雜、表面覆膜以及制作表面催化反應層和修隔離層等工藝。低功耗氣敏元件已從產品研究進入中試。國內氣敏元件傳感器產量已經超過“九五”初期

14、的400萬支?？偟恼f來，我國的安防報警產品才剛剛起步，無論從產品的技術含量、產品系列完整性、使用性、還是社會影響程度都是相當低的。國外的產品和品牌占領了我國的大部分市場，所以我們應該抓住機遇，迎接挑戰(zhàn)，慶幸的是國營企業(yè)，民營企業(yè)經過幾次產品的更新換代，為安防報警產品的技術提供了新的活力與動力，隨著更多企業(yè)更大程度的投入安防產品的開發(fā)，使得我們奪回了很多產品的國內市場，同時也整裝待發(fā)，向海外市場提出挑戰(zhàn)。1.3家用燃氣泄露報警研究的目的與意義燃氣的泄露，給市民的生活帶來了不便，嚴重影響了生命安全，如果采用燃氣報警就能得到及時的警鐘，有關部門專家經過長期測試，燃氣報警器能防止泄露造成的事故發(fā)生的有

15、效率達95%以上。面對這種隱形殺手的威脅，因此，無論是從中國企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，還是為了維護家家戶戶一個平安的生活切身利益，都急需探究一款高效穩(wěn)定的安防產品。在改革開放的30多年間，我國有很多企業(yè)不斷發(fā)展壯大，已成為具有世界競爭力的世界級企業(yè)，但也有很多以前成功的企業(yè)現在卻失敗了，總結我國成功企業(yè)戰(zhàn)略管理的成功經驗，分析失敗企業(yè)的教訓，加以推廣，對于解決我國企業(yè)當前和未來所面臨的問題與挑戰(zhàn)，單片機在日用電子產品中的應用越來越廣泛，燃氣泄漏則是人們日長生活中需要測量和控制的一個重要問題，為了防止中毒事件再次發(fā)生，利用單片機系統(tǒng)進行有效的預防對策。所以提高新的燃氣報警產品有重要的實踐意義，怎樣防止煤氣

16、中毒與爆炸已成為人們的迫切需要。只有這樣才能夠在解釋中國情景上形成新的理論，豐富或者補充國際上對新興市場、經濟帶來的挑戰(zhàn)。第二章 燃氣檢測傳感器的選擇2.1氣體傳感器的選型氣體傳感器是能將被測氣體的濃度、類別和成分按一定規(guī)律轉換成一定關系的電量輸出的裝置。通過電信號的大小可以獲得待測氣體的相關信息，從而可以進行檢測、監(jiān)控和報警。它是氣電變換器，它將可燃性氣體在空氣中的含量（即濃度）轉化為電壓或者電流信號，通過A/D轉換電路，將模擬量轉換成數字量后送到單片機，進而由單片機完成數據處理、及報警控制等工作。氣體傳感器作為氣體濃度信號采集部分，是整個設計的核心之一，所以氣體傳感器選型是首要工作。2.1

17、.1氣體傳感器介紹2.1.1.1氣體傳感器的分類氣體傳感器種類繁多，從檢測原理上可以分為三大類：1利用物理化學性質的氣體傳感器：如半導體氣體傳感器、接觸燃燒式氣體傳感器。2利用物理性質的氣體傳感器：如熱導氣體傳感器、光干涉氣體傳感器、紅外傳感器。3利用電化學性質的氣體傳感器：如電流型氣體傳感器、電勢型氣體傳感器等。2.1.1.2氣體傳感器應滿足的基本條件1能選擇性的檢測單一性氣體，而對共存的其他氣體不相應或低相應；2能對被測氣體具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內的氣體濃度；3對檢測信號相應速度快，重復性好；4長期工作穩(wěn)定性好；5使用壽命長；6制造成本低，使用與維護方便。2.1.1.3常見

18、氣體傳感器簡介1半導體氣體傳感器半導體氣體傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作匡氣體傳感器，以及用單晶半導體器件制作的氣體傳感器。自1962年半導體金屬氧化物氣體傳感器問世以來，由十具有靈敏度高、響應快、輸莊信號強、耐久性強、結構簡單、價格便宜等諸多優(yōu)點，得到了廣泛的應幾。該傳感器己成為世界上產量最大、使用最廣的氣體傳感器之一。按貶敏感機理分類，可分為電阻型和非電阻型。2固體電解質氣體傳感器固體電解質氣體傳感器使用固體電解質氣敏材料作為氣敏兀件，其厚理是利用氣敏材料在通過氣體時產生離子，測量其形成電動勢從而測量氣體濃度。由十這種傳感器電導率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣泛的應用，

19、幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個領域，其產量僅次于半導體氣體傳感器的一類傳感器。但這種傳感器制造成本高，檢測氣體范圍有限，在檢測環(huán)境污染領域中有優(yōu)勢。3接觸燃燒式傳感器可燃性氣體與空氣中的氧接觸，發(fā)生氧化反應，產生反應熱，使得作為敏感材料的鉑絲溫度升高，電阻值相應增大。一般情況下，空氣中的可燃氣體的濃度都不太高。可燃性氣體可以完全燃燒，發(fā)熱量與其濃度有關?？諝庵锌扇細怏w的濃度越大，氧化反應產生的熱量就越多，鉑絲的濃度變化越大，其電阻值增加就越多。陰齒，只要測定作為敏感件的鉑絲的電阻變化值（R）就可以檢測空氣中可燃氣體的濃度。4高分子氣體傳感器利用高分子氣敏材料制作的氣體傳感器近年來得到很大的發(fā)

20、展。高分子氣敏材料在遇到特定氣體時，其電阻、介電常數、材料表面聲波傳播進度和頻率、材料重量等物理性能發(fā)生變化。高分子氣敏材料由十具有易揀作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價格低廉、易與微結構傳感器和聲表雨波器件相結合，在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。高分子氣體傳感器具有對特定氣體分子靈敏度高，選擇性好，且結構簡單，能在常溫下使用，可以彌補其它氣體傳感器的不足。5電化學傳感器電化學傳感器由膜電極和電解液封裝而成。氣體濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號傳出。它的優(yōu)點是: 反映速度快、準確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測，但壽命較短(大約兩年)。它主要適用十毒性氣體檢測。目前國際

21、上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。 6熱傳導傳感器熱傳導傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結構形式，但是測量原理不同。它的測量原理是:將加熱后的鉑電阻線圈置十目標氣體中，由于向目標氣體傳送熱量造成溫度降低，引起電阻值變化，傳感器即測量電阻值的變化情況。溫度的變化情況是目標氣體熱傳導率的函數，而對十一種給定的氣體或汽化物，熱傳導率是它固有的物理特性。 7紅外傳感器紅外傳感器通常用兩束紅外光進行氣體測量，主光束通過測量兀件內的目標氣體，參考光束通過比較兀件內的參考氣體。在測量和比較兀件中，紅外射線被氣體有選擇地吸收了。未吸收的紅外光由光電探測器測量，產生一個正比十目標氣體濃度的差分信號。非擴散式

22、紅外探測器NDIR(non-dispersive IR)是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴散和損耗被記錄下來。不同的氣體吸收不同波長的IR，所以傳感器根據目標氣體而調整，典型應用包括測量CO和CO2，冷凍劑厭惡和一些易燃氣，由于非碳氫化合物易燃氣體（如氫）不吸收電磁普中IR部分能量，所以這種傳感器可以精確地測量碳氫化合物，并且有最小的交叉靈敏度，而且不受其他氣體的腐蝕以及高濃度目標煙霧的影響。2.1.1.4常見氣體傳感器可檢測氣體種類由于氣體的種類繁多，一種類型的氣體傳感器不可能檢測所有的氣體，通常只能檢測一種或者兩種特定性質的氣體。例如氧化物半導體氣敏傳感器主要檢測各種還原性煙霧，如

23、CO、H2、C2H5OH、CH3OH等。固體電解質氣體傳感器主要用于檢測無機氣體，如O2、CO2、H2、Cl2、SO2等。簡要例舉出已經研究、開發(fā)的各類氣體傳感器及其可檢測的氣體種類表2-1 各種氣體傳感器可檢測的氣體種類 傳感器的種類CO2H2sNH3HCNHClCOCl2Cl2NOxSO2O2CH4C2H2H2H2O半導體氣體傳感器固體電解質傳感器催化燃燒式傳感器電化學傳感器高分子電解質氣體傳感器2.2.2氣體傳感器的主要參數和特性靈敏度靈敏度是氣敏傳感器的一個重要參數，用K表示，它標志著氣敏元件對氣體的靈敏程度。用K表示，用其阻值變化量R與氣體濃度變化量P之比表示。響應時間氣敏傳感器的響

24、應時間是指在工作溫度下氣敏元件對被測氣體的響應速度。從氣敏元件與被測氣體接觸，到氣敏元件的阻值達到新的恒定值所需要的響應時間。選擇性氣敏傳感器在相同條件下，接觸同一濃度、不同種類氣體是，區(qū)分氣體種類的能力成為選擇性，傳感器催某種氣體的選擇性好，就表示傳感器對它有較高的的靈敏度。穩(wěn)定性當檢測的氣體濃度不變時，氣敏元件的輸出也應保持不變，單實際情況會受其他條件變化的影響而發(fā)生變化，這種在其他條件發(fā)生變化時氣敏元件輸出特性保持不變的能力稱為穩(wěn)定性。溫度特性氣敏元件的特性歲溫度變化兒發(fā)生變化的特性稱為溫度特性。元件自身溫度對靈敏度的影響相當大，解決這個問題的措施之一就是用溫度補償法。濕度特性氣敏元件的

25、特性歲環(huán)境濕度不同而發(fā)生變化的特性稱為濕度特性。電壓特性氣敏元件的靈敏度隨電壓變化的特性稱為電源電壓特性。2.2.2氣體傳感器的選定根據傳感器的主要參數和特性指標以及結合本設計所要求的檢測濃度范圍，選MC101作為本設計的傳感器2.2.3 MC101介紹2.2.3.1簡介MC101型催化元件根據催化燃燒效應的原理工作，由檢測元件和補償元件配對組成電橋的兩個臂，遇可燃性氣體時檢測元件電阻升高，橋路輸出電壓變化，該電壓變化隨氣體濃度增大而正比例增大，補償元件起到參比及溫度補償作用。2.2.3.2MC101特點橋路輸出電壓呈線性響應速度快具有良好的重復性、選擇性元件工作穩(wěn)定、可靠優(yōu)異的抗H2S，有機

26、硅中毒能力表2-2 MC101技術指標產品型號MC101產品類型載體催化氣敏元件標準封裝塑料封裝工作電壓（V）3.0±0.1工作電流（mA）110±10靈敏度（mV）1%甲烷25501%丁烷30501%氫氣2545線形度（%）5測量范圍（%）0100響應時間（90%）<10s恢復時間（90%）<30s使用環(huán)境-40+70低于95%RH保存環(huán)境-20+70低于95%RH外形尺寸（mm）12mm*8mm2.2.3.3靈敏度、響應恢復特性圖2-1 靈敏度特性圖圖2-2響應恢復特性圖2.2.3.4輸出信號隨環(huán)境溫度的變化圖2-3 輸出信號隨環(huán)境溫度的變化圖圖2-4 輸出

27、信號隨環(huán)境溫度的變化圖2.2.3.5輸出信號隨工作電壓的變化圖2-5 輸出信號隨工作電壓的變化圖圖2-6 輸出信號隨工作電壓的變化圖2.2.3.6基本測試電路圖2-7 傳感器基本測試電路圖第三章 家用燃氣泄露報警裝置的硬件部分設計3.1系統(tǒng)硬件電路總體設計系統(tǒng)的工作原理是利用燃氣傳感器將可燃氣濃度變換為mV級模擬電流信號，放大器把信號放大后，通過A/D轉換器，變換成數字量送入單片機進行數據分析。對其進行分別處理。MC101催化燃燒式氣體傳感器主要是對CH4氣體濃度進行精密的單項檢測?？諝庵械臍怏w濃度信號同時進入單片機，單片機對其進行分析，并輸出信號到顯示器，當檢測信號達到限定的預設值時，單片機

28、將輸出信號驅動報警，驅動蜂鳴器發(fā)出聲響，報警LED發(fā)光。 燃氣泄漏報警系統(tǒng)結構框圖如圖所示，該系統(tǒng)傳感器和單片機是兩大核心，他們共同配合完成氣體信號采集、顯示、生意及閃爍報警功能，系統(tǒng)采用高性能的單片機，要求工作穩(wěn)定、測量精度高、通用性強、功耗低，保證報警器的精確性及可靠性，成本低，有利于減少報警器的體積。使用AT89C51單片機，選用催化式氣敏元件MC101作為敏感元件，通過A/D轉換器和聲光報警電路，設計可用于家用燃氣泄漏報警器，儀器的最基本組成部分包括：氣體傳感器，模數轉化電路，AT89C51單片機，聲光報警電路。傳感器將氣體濃度信號轉化為模擬的電信號。經過放大電路，將傳感器的輸出端微弱

29、信號轉化為A/D轉化器能識別的電壓信號范圍，單片機對該數字信號進行數字處理，并對處理后的數據進行分析，通過與預設值的比較，由單片機實現不同的聲光報警功能。3.2家用燃氣報警器的功能3.2.1聲光報警功能當傳感器檢測的氣體濃度達到預設值時，蜂鳴器開始報警，聲音70dB并隨著濃度的增加報警音量逐漸加大，同時伴隨紅燈閃爍，通過有明顯變化的信號引起人們的警覺意識。3.2.2標準工作條件3.2.2.1單片機的選擇氣體傳感器放大器A/D轉換器AT89C51單片機電源聲音報警燈光報警圖3-1燃氣報警系統(tǒng)結構框圖單片機作為燃氣泄漏報警的核心器件，一方面他要接受來自傳感器的氣體濃度的模擬信號和故障檢測信號，另一

30、方面要對兩種信號分別進行處理，控制后續(xù)電路的相應工作；同時，查詢是否有鍵按下的命令。在單片機實現的功能中，將模數轉換后的信號做數字濾波，在進行線性化處理，這一過程的軟件實現，需要單片機有較快的運算速度，使儀表檢測人員能夠觀測到并進行相應處理。同時，在能夠滿足報警器設計的計算速度及接口數的要求的同類型單片機中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧的機型，在保證了報警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎上，能夠不提高成本，縮小體積。3.2.2.2AT89C51單片機AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓、高性能CMOS8位單片機，片內含4KB的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128B的隨機存取

31、數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MSC-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位（CPU和Flash存儲單元）功能強大。3.2.2.3AT89C51的主要性能參數如下：（1）與MSC-51產品指令系統(tǒng)完全兼容。（2）4KB可重復擦寫Flash閃速存儲器。 （3）1000次擦寫周期。（4）三級加密程序存儲器。（5）128×8B內部RAM。（6）32個可編程I/O口線。（7）2個16位定時/計數器。（8）6個中斷源。（9）可編程串行UART通道。（10）低功耗空閑和掉電模式。（11）全靜態(tài)操縱：AT89C51為0Hz24MHz。（12）AT89C5

32、1的工作電源電壓為5V。3.2.2.5引腳功能說明P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時

33、可做輸入口，做輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。Flash編程和程序校驗期間，P1口接收低8位地址。P2口：P2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可做輸入口，做輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或16為地址的外部數據存儲器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時，P2口送出高8位地址數據。在訪問8位地址的外部數據存儲器（如執(zhí)行MOVXRI指令）時，P2

34、口線上的內容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2）寄存器的內容），在整個訪問期間不改變。Flash編程或校驗時，P2亦接受高位地址和其他控制信號。P3口：P3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，他們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。做輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。3.2.2.6控制信號線RST：復位輸入。當振蕩器工作室，RST引腳出現兩個機器周期以上的高電平將使單片機復位。ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使

35、不訪問外部存儲器，ALE仍以始終振蕩頻率1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。更注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。PSEN：程序存儲允許（PSEN）輸出時外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的PSEN信號不出現。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密

36、位LB1被編程，復位時內部會鎖存EA端狀態(tài)。XTAL1：振蕩器反相放大器及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.2.3.6時鐘和復位電路采用內部時鐘方式利用芯片內部的振蕩器，然后在引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接晶振，就構成了自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內部時鐘電路。外接晶振時，C1和C2的值通常選擇30pF左右；C1、C2對頻率有微調作用，晶振或陶瓷諧振器的頻率范圍可在1.212MHz之間選擇。本設計選擇了6MHz，電容為1uF，為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應盡可能安裝的與單片機引腳XTAL1和XTAL2靠近。復位電路的基本

37、功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。在整個燃氣報警系統(tǒng)中，要要進行不同的實驗，因而系統(tǒng)要先復位，單片機系統(tǒng)在上電運行時，都需要初始化，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，單片機本身不能進行復位，如果實現此功能必須配合相應的外部復位電路。單片機的外部復位電路有上電復位和按鍵均有效的復位兩種，我們在涉及單片機復位時選擇按鍵復位。圖3-3時鐘和復位電路AT89C51中有一個用于構成內部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XL

38、AT1和XLAT2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器，振蕩電路如圖所示。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1，C2接在放大器的反饋電路中并構成并聯振蕩電路。對外接電容C1，C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦電容使用30 pF±10pF，而如果使用陶瓷諧振器建議選40 pF±10pF。用戶可以采用外部時鐘。采用時鐘的電路如圖5右圖所示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內部時鐘發(fā)生器的輸入端，X

39、TAL2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器作為內部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產品技術條件的要求。3.2.3外圍接口電路的設計3.2.3.1數據采集單元可燃氣體經過MC101催化燃燒式傳感器檢測到2001000ppmCH4將其變成315mV電壓信號，有放大電路放大300倍，變成0.93V電壓信號，由于單片機需要可別的數字信號，所以將放大后的信號傳給A/D轉換芯片。放大電路中放大300倍公式： （3-1） （3-2）由此可得： （3-3）圖3-4電源電路電路、信號采集及放大電路3.2.3.2 ADC0808介紹A

40、DC0808是一種8位主次逼近式A/D轉換器，其內部結構如圖8-3所示，其中包括8路模擬量開關、地址鎖存與譯碼、8位A/D轉換器和三態(tài)輸出鎖存器。多路開關外接8路模擬量輸入端，可對8路05V的輸入模擬電壓信號分時進行轉換，輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到單片機數據總線上。A/D轉換器的電路綜合功能如下：（1） 分辨率為8位。（2） 最大不可調誤差小于±1LSB。（3） 單一+5V供電，模擬輸入范圍為05V。（4） 具有鎖存控制的8路模擬開關。（5） 可鎖存三態(tài)輸出，輸出與TTL兼容。（6） 功耗為15mW。（7） 不必進行零點和滿度調整。（8） 轉換速率取決于芯片的時鐘頻率，

41、時鐘頻率范圍為101280kHz，當時鐘為300kHz時，轉換速率為128us。ADC0808的引腳圖如圖所示，下面說明器引腳功能。ININ7 8路模擬量輸入端口。D0(28)D7(21) 8位數字量輸出端口。START 啟動控制器輸入端口，加正脈沖后，A/D轉換開始ALE 地址鎖存控制端口，高電平時把3個地址信號送入地址鎖存器，并經譯碼器得到地址輸出，以選擇相應的模擬輸入通道。EOC 轉換結束信號輸出端，轉換開始后，EOC信號變低，轉換結束時，EOC返回高電平。OE 輸出允許控制端口，OE端的電平由低變高時，打開三態(tài)輸出鎖存器，將轉換結果的數字量送到數據總線上CLK 時鐘信號端口。REF(+

42、)和REF(-) 參考電壓輸入端，一般的，REF(+)與VCC相連，REF(-)與GND相連。ADDAADDC 8路模擬開關的3為地址選通輸入端，用以選擇對應的輸入通道。其對應關系如表3-1所示。表3-1 地址選通輸入端ADDCADDBADDA輸入通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7VCC 電源電壓。GND 地。3.2.4 A/D轉換主要技術指標分辨率A/D轉換器的分辨率表示輸出數字量變化一個相鄰數碼所需輸入的模擬電壓變化量。習慣上以輸出的二進制位數或BCD碼位數表示。例如，分辨率為12 的A/D轉換器，表示該轉換器的輸出數據可以

43、用212個二進制數進行量化。如果用百分數來表示，則分辨率為：量化誤差量化誤差是由A/D轉換器的有限分辨率所引起的誤差。在布吉其他誤差的情況下，一個分辨率有閑的A/D轉換器的階梯狀轉移特性曲線與具有無限分辨率的A/D轉換器轉換特性曲線（直線）之間的最大偏差，稱為量化誤差。轉換精度A/D轉換器的轉換精度，反應了一個實際A/D轉換器在量化值上與理想A/D轉換器的差值，可以表示成絕對誤差和相對誤差。轉換速率A/D轉換器的轉換速率就是能夠重復進行數據轉換的速度，即每秒轉換的次數。而完成一次A/D轉換所需要的時間，則是轉換速率的倒數。3.2.5單片機與ADC0808接口電路A/D轉換器把05V電壓信號轉換

44、成8位的二進制數輸入單片機，電壓信號為0V時轉換器為00000000（00H），電壓信號為5V時轉換器為11111111（FFH）在設計仿真中電壓大于0.9時啟動報警電路報警。ADC0808內部帶有三態(tài)鎖存數據輸出緩沖器)，可直接與單片機相連。一個ADC開始轉換時，必須加一個啟動轉換信號，這一啟動信號要由單片機提供。通常用WR和地址譯碼器的輸出經一定的邏輯電路進行控制。對于電平啟動型ADC，當把符合要求的電平加到啟動控制端上時，立即開始轉換。在轉換過程中，必須保持這一電平，否則會終止轉換的進行。因此，在這種啟動方式下，單片機的控制信號必須經過鎖存器保持一段時間，本設計通過D觸發(fā)器實現。A/D轉

45、換器電路如下圖所示圖3-6單片機與0808接口電路3.2.6串口轉并口芯片74HC1643.2.6.1概述74HC164是高速硅門CMOS器件，與低功耗肖特基性TTL（LSTTL）器件的引腳兼容。74HC164是8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數據，然后并行輸出，數據通過兩個輸入端（DSA和DSB）之一串行輸入；任意輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數據輸入。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接入高電平，一定不要懸空。時鐘（CP）每次有低變高時，數據右移一位，輸入到Q0，Q0是兩個數據輸入端（DSA或DSB）的邏輯與，它將上升時鐘沿之前保持一個建立時間的長度。主復位（MR

46、）輸入端上的一個低電平將使其他所有端都無效，同時非同步地清除寄存器，強制所有的輸出為低電平。74HC13.2.6.2特性門控串行數據收入異步中央復位符合JEDEC標準no.7A靜電放電（ESD）保護：HBM EIA/JESD22-A114-B 超過 2000 V MM EIA/JESD22-A115-A 超過 200 V 。 多種封裝形式 額定從-40 °C至+85 °C和-40 °C至+125 °C。3.2.6.3極限參數直流電壓VDD：-0.5v7v輸入嵌位電流：-20MA20MA輸出嵌位電流：-20MA20MA連續(xù)輸出電流：-25MA25MA通過V

47、CC或GND電流：-50MA50MA引腳焊接溫度：+265度3.2.6.4引腳說明表3-2引腳說明符號引腳說明DSA1數據輸入DSB2數據輸入Q0Q336輸出GND7地（0v）CP8時鐘輸入（低電平到高電平邊沿觸發(fā)）MR9中央復位輸入（低電平有效）Q4Q71013輸出VCC14正電源3.2.6.5功能H=HIGH（高）電平h=先于低-至-高時鐘越變一個建立時間（set-up time）的HIGH（高）電平L=LOW（低）電平L=先于低-至-高時鐘越變一個建立時間（set-up time）的LOW（低）電平Q=小寫字母代表先于低-至-高時鐘越變一個建立時間的參考輸入（referenced inp

48、ut）的狀態(tài)=低-至-高時鐘越變3.2.7數碼管顯示本設計的顯示電路是由LED八段數碼管實現的，為了可以更加精確的實現所測可燃氣濃度，此顯示電路采用由四個數碼管組成的動態(tài)顯示電路。本次設計利用74HC164反相器作為數碼管的段驅動電路，7407反相器作為為驅動電路。圖3-8數碼管顯示圖3.2.8聲音燈光報警電路聲光報警電路如圖所示。報警裝置采用蜂鳴器較一般的蜂鳴器體積大，聲音響亮，對于家用燃氣報警器非常實用，能夠有效的引起人們的警覺意識，單片機AT89C51通過8個引腳（P1.0P1.7）驅動DAC0808達到控制三極管導通，蜂鳴器報警。紅燈不亮表示正常狀態(tài)，表示環(huán)境中的可燃氣濃度處于極低狀態(tài)

49、，當氣體傳感器檢測的濃度信號達到所限定值的要求時，紅燈開始閃亮，提醒用戶盡快采取安全方法措施。當可燃氣濃度超過報警所要求的預設值時，報警器發(fā)出聲音，紅燈閃亮，并且隨著燃氣濃度的增加燈光閃亮頻率加快，用戶能及時撤離現場。圖3-9 聲音燈光報警電路3.3總電路設計應設計要求，本設計通過AT89C551單片機實現，AT89C551單片機的主控電路包括：時鐘電路、復位電路。傳感器在本設計中實現了把非電量的氣體濃度信號轉換成電壓信號，21世紀，電子技術更新換代非?？欤S著電子計算機技術的飛速發(fā)展，只能檢測，自動控制彰顯出了它的優(yōu)勢，通常接觸的設備只能解決電信號，所以，需要將被測非電量的信號由傳感器轉換成

50、電信號。本設計氣體濃度信號采集是首要任務，傳感器也就在自動控制擔任首要的角色，如果傳感器不能精確的對原始信號進行采集和轉換，所有的自動檢測和自動控制系統(tǒng)也就失去了它的意義，傳感器的發(fā)展關乎著現代科學技術發(fā)展的命脈，所以要慎重的選用傳感器，本設計中，我們選擇的MC101型氣體傳感器接在放大器的輸入接口。將單片機與外圍接口電路，AT89C51與74HC164芯片相連的串口轉并口數碼管顯示電路、AT89C51與ADC0808實現A/D轉換的電路、AT89C51與聲光報警電路。就得到了以AT89C51為核心的氣體報警電路總電路圖。當氣體濃度達到200ppm時，催化式氣體傳感器產生模擬電壓，ADC080

51、8將傳感器產生的模擬信號，轉化成AT89C51單片機所能識別的數字量電壓量，由AT89C51單片機控制驅動聲光報警電路。綜上所述，總電路圖如圖所示：圖3-10燃氣報警系統(tǒng)總電路圖第四章 燃氣泄漏報警系統(tǒng)的軟件部分設計4.1軟件設計重要性 軟件開發(fā)階段包括軟件的設計、程序編碼、軟件測試，占據軟件項目開發(fā)總成本的絕大部分，是軟件開發(fā)質量的關鍵環(huán)節(jié)。 軟件設計是開發(fā)階段最重要的步驟，它包括總體設計和詳細設計，是將需求轉化為軟件產品的唯一途徑。 軟件設計作出的決策，最終影響軟件實現的成敗。 設計是軟件工程和軟件維護的基礎。4.2主程序設計流程圖主程序流程圖如圖所示，系統(tǒng)先進行初始化，數據采集的功能：傳

52、感器采集氣體濃度信號，信號經放大電路，經過A/D轉換成AT89C51單片機可識別的數字量。在單片機內部實現將濃度值與預先設定好的報警值比較，判斷是否報警，分200ppm，1000ppm兩個濃度等級報警，完善報警功能，使用戶更加便利。否是是不報警一級報警結束開始初始化工作方式調用A/D轉換子程序調用濃度轉換子程序調用顯示子程序是否<200是否<1000結束二級報警結束圖4-1 主程序流程圖4.2.1主程序的編程#include<reg51.h>#include<intrins.h>#define MIN 46/200ppm對應的數字量#define MAX 2

53、25/1000ppm對應的數字量sbit V0=P20;sbit V1=P21;sbit V2=P22;sbit V3=P23;sbit START=P36;sbit EOC=P32;sbit ALE=P27;sbit OE=P37;int A1,A2,A3,A4; float x,y,v;void delays(int a);/延時程序while(a-);float get_ADC0808()/計算ADC輸入電壓int getdata;ALE=1;START=1;ALE=0;START=0;delays(10);ALE=1;START=1;While(EOC!=0);OE=0;delays(

54、10);OE=1;getdata=P0;v=5/255*getdata;return(v);DONGDU()/濃度轉換int flag；y= get_ADC0808();x=y*2000/9;/濃度計算公式單位ppmA4=x%10；flag=x/10;A3=falg%10;flag=flag/100;A2=flag%10;flag=flag/1000;A1=flag;display()/顯示程序SBUF=A1;while(TI!=1); V1=0; delay (10);V1=1;SBUF=A2;while(TI!=1); V2=0; delay (10);V2=1;SBUF=A3;while(TI!=1); V