畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于AT89S51單片機(jī)的家用煤氣報(bào)警器

1、1濱江學(xué)院濱江學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題題目目 基于 AT89S52 單片機(jī)的家用煤氣報(bào)警器院院系系電子工程系專專業(yè)業(yè)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)生姓名學(xué)生姓名學(xué)學(xué)號(hào)號(hào)指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師20 11年年 05 月月 20 日日2目目錄錄1 引言引言.41.1 課題研究的背景.41.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài).41.3 研究意義.52 方案選擇與論證方案選擇與論證.52.1 系統(tǒng)方案選擇.52.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本內(nèi)容.62.1.3 系統(tǒng)總體框架.63 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).63.1 主機(jī)單元電路.73.1.1 AT89S51 單片機(jī).83.1.2 復(fù)位電路.103.1.3 時(shí)鐘電路.113.

2、2 功能模塊部分.123.2.1 TLC549 的數(shù)據(jù)采集單元.123.2.2 液晶顯示模塊.143.2.3 人機(jī)交換模塊.153.2.4 聲光報(bào)警模塊.153.2.5 氣體傳感器信號(hào)采集模塊.163.2.5.1 MQ-2 的管腳連接.163.2.5.2 MQ-2 管腳介紹.173.2.5.3 傳感器靈敏度特性.184 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì).194.1 單片機(jī)流程圖.194.2 主程序清單.204.3 1602 頭文件.錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。5 小結(jié)小結(jié).28參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).293附錄附錄 1.30歡迎畫面. 30進(jìn)行報(bào)警. 31濃度正常. 32附錄附錄 2.33實(shí)物照片：

3、.334基于 AT89S51 單片機(jī)的家用煤氣報(bào)警器李洲南京信息工程大學(xué)濱江學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)，南京 210044摘要：本論文設(shè)計(jì)的煤氣報(bào)警器采用了 AT89S51 單片機(jī)為報(bào)警器的核心部件，對(duì)煤氣報(bào)警器進(jìn)行控制。通過 MQ-2 半導(dǎo)體氣體傳感器對(duì)煤氣進(jìn)行檢測(cè)，將所得的濃度值以百分比的形式表現(xiàn)出來，并與設(shè)定濃度值的百分比相比較得到偏差。通過對(duì)偏差信號(hào)的處理獲得控制信號(hào)，發(fā)生報(bào)警信號(hào)，煤氣濃度對(duì)應(yīng)的模擬量利用 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并加入了鍵盤輸入控制報(bào)警上限，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家用煤氣漏氣的監(jiān)控。整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)合理，性能安全可靠。關(guān)鍵詞 ：51 單片機(jī); 氣體傳感器; 煤氣濃度1 引言1.1

4、課題研究的背景隨著我國(guó)燃?xì)獾淖兏锛拔鳉鈻|輸工程的進(jìn)行，煤氣或天燃?xì)庖殉蔀槎鄶?shù)家庭的燃料。每年，因煤氣泄露造成的煤氣中毒事故中，因使用熱水器不當(dāng)或產(chǎn)品本身的質(zhì)量問題，造成的煤氣中毒事故，全國(guó)均有不少事例。有甚者，因室內(nèi)煤氣濃度過高，引起煤氣爆炸的事故也不少見1。家用煤氣有時(shí)會(huì)因各種原因發(fā)生泄漏，煤氣的主要成分是甲烷，甲烷是一種可燃性氣體，遇到明火會(huì)發(fā)生燃燒甚至爆炸，所以如果在煤氣泄漏時(shí)打電話，使用家用電器的話，煤氣遇到電火花可能會(huì)發(fā)生爆炸事故。人呆在煤氣泄漏的空間內(nèi)，甲烷的不完全燃燒可能會(huì)生成一氧化碳，人體吸入有毒氣體一氧化碳后，一氧化碳將會(huì)迅速與血液中的紅細(xì)胞結(jié)合導(dǎo)致人體中毒昏迷，如果長(zhǎng)時(shí)間吸

5、入泄露的煤氣甚至?xí)l(fā)生中毒死亡。一氧化碳中毒屬內(nèi)科急癥，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)及治療，將會(huì)危及生命。近年來，我國(guó)部分地區(qū)非職業(yè)性一氧化碳中毒事件時(shí)有發(fā)生。特別是冬春季高發(fā)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó) 2006 年因非職業(yè)性一氧化碳中毒，造成至少 3850 人中毒，142 人死亡。2007 年 3-5 月份，南匯區(qū)發(fā)生了 2 起非職業(yè)性一氧化碳中毒事件。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)5民用可燃?xì)怏w報(bào)警器為居民家庭用的燃?xì)鈭?bào)警器，一般安裝在廚房，遇燃?xì)庑孤r(shí)，報(bào)警器可發(fā)出聲光報(bào)警，或同時(shí)伴有數(shù)字顯示，同時(shí)聯(lián)動(dòng)外部設(shè)備。有的報(bào)警器可自動(dòng)開啟排風(fēng)扇，把燃?xì)馀懦鍪彝?；有的?bào)警器在報(bào)警時(shí)可自動(dòng)關(guān)閉燃?xì)忾y門，以防燃?xì)饫^續(xù)泄

6、漏。在應(yīng)用方面，目前最廣泛的是可燃性氣體氣敏元件傳感器，已普及應(yīng)用于氣體泄漏檢測(cè)和監(jiān)控，從工廠企業(yè)到居民家庭，應(yīng)用十分廣泛。僅以用于安全保護(hù)家用燃?xì)庑孤﹫?bào)警器為例，日本早在 1980 年 1 月開始實(shí)行安裝城市煤氣、液化石油氣報(bào)警器法規(guī)，1986 年 5 月日本通產(chǎn)省又實(shí)施了安全器具普及促進(jìn)基本方針。美國(guó)目前已有 6 個(gè)州立法，規(guī)定家庭、公寓等都要安裝 CO 報(bào)警器。報(bào)警器種類也相當(dāng)繁多，有用于一般家庭、集體住宅、飲食餐店、醫(yī)院、學(xué)校、工廠的各種氣體報(bào)警器和系統(tǒng)，有單體分離型報(bào)警器、外部報(bào)警系統(tǒng)、集中監(jiān)視系統(tǒng)、遮斷連動(dòng)系統(tǒng)、防止中毒報(bào)警防護(hù)系統(tǒng)等。結(jié)構(gòu)型式有袖珍型便攜式、手推式、固定式報(bào)警等；

7、工業(yè)用固定式報(bào)警又有壁掛式、臺(tái)放式、單臺(tái)監(jiān)控式、多路巡檢式等。氣體檢測(cè)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了智能化、多功能化。美國(guó)工業(yè)科學(xué)公司（ISC）一臺(tái)攜帶式氣體監(jiān)控儀可實(shí)現(xiàn) 4 種氣體監(jiān)測(cè)，采用了統(tǒng)一的軟件，只需要換氣體傳感器，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定氣體監(jiān)測(cè)。美國(guó)國(guó)際傳感器技術(shù)（IST）公司應(yīng)用一種“MegaCas傳感器和微程序控制單元，可檢測(cè) 100 種以上毒性氣體和可燃性氣體，通過其“氣體檢索”功能掃描，能很快確定是哪一種氣體。而我國(guó)在這方面的普及相對(duì)西方發(fā)達(dá)國(guó)家來說很薄弱，近年來我國(guó)也有意識(shí)的在氣體泄漏檢測(cè)和監(jiān)控方面下功夫，國(guó)內(nèi)相繼出現(xiàn)多款類似的產(chǎn)品?？偟目磥?，我國(guó)氣敏元件傳感器及其應(yīng)用技術(shù)有了較

8、快進(jìn)展，但與國(guó)外先進(jìn)水平仍有較大的差距，主要是產(chǎn)品制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用等方面的差距，與日本比較仍要落后 10 年。1.3 研究意義在小區(qū)內(nèi)保安室或是礦區(qū)主控室（以下簡(jiǎn)稱總臺(tái)）安裝好一個(gè)控制主機(jī)和報(bào)警模塊，在小區(qū)的每一個(gè)住戶安裝或是礦區(qū)的每一個(gè)礦點(diǎn)安裝一個(gè)到多個(gè)探測(cè)頭和報(bào)警模塊。這樣就可以同時(shí)在發(fā)生意外的時(shí)候及時(shí)的在總臺(tái)和發(fā)生意外的所在點(diǎn)產(chǎn)生聲光報(bào)警，及時(shí)的疏散意外所在點(diǎn)的人群并告之總臺(tái)的控制端?？偱_(tái)可以通過顯示模塊得知哪個(gè)點(diǎn)發(fā)生意外，并及時(shí)的進(jìn)行處理和疏導(dǎo)人群2。2 方案選擇與論證2.1 系統(tǒng)方案選擇方案一，通過傳感器感受到可燃性氣體，降低自身的阻值，來增大電流，并且驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。電路簡(jiǎn)單

9、、可靠但是靈活性和實(shí)用性差；6方案二，可以通過傳感器感知信號(hào)多級(jí)放大電路，并用電位器調(diào)節(jié)得到固定的電壓值，當(dāng)?shù)玫娇扇夹詺怏w信號(hào)時(shí)，電阻值立刻變小，放大器的放大倍數(shù)增加，電壓也就隨著增加，驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通報(bào)警電路。該方案有一定的靈活性和可執(zhí)性，但是電路比較復(fù)雜，智能性差；方案三，通過 51 系列單片機(jī)作為主控單元，并且能夠通過傳感器把模擬信號(hào)通過 A/D 信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并且讀取和顯示出來。鍵盤可以通過不同的應(yīng)用場(chǎng)合和針對(duì)不同氣體做出不同的濃度設(shè)定，并且儲(chǔ)存報(bào)警的上限，方便查詢和日后的工作調(diào)查3。綜合考慮，由于使用單片機(jī)設(shè)計(jì)靈活性更強(qiáng)、用途更寬廣，所以本設(shè)計(jì)采用方案三。2.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本

10、內(nèi)容本論文在硬件設(shè)計(jì)方面主要研究組成家用煤氣泄漏報(bào)警控制系統(tǒng)的單片機(jī)芯片、氣體傳感器的使用方法，同時(shí)研究電路設(shè)計(jì)思路、電路組成，包括控制芯片、氣體傳感器、單片機(jī)、顯示電路等的選用和設(shè)計(jì)，最后給出結(jié)構(gòu)框圖、電路原理圖。軟件設(shè)計(jì)部分主要是報(bào)警系統(tǒng)控制程序和 LCD 顯示程序。至此本系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制，電路簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、可靠性好13。2.1.3 系統(tǒng)總體框架單片機(jī)控制系統(tǒng)由于系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性、精確性和可靠性要求非常高，系統(tǒng)采用單片機(jī)作為現(xiàn)場(chǎng)控制器，完成對(duì)煤氣濃度信號(hào)采集、運(yùn)算、控制 LCD 顯示濃度數(shù)據(jù)。硬件電路組成框圖如圖 2-1 所示。圖 2-1 單片機(jī)控制系統(tǒng)組成3 系統(tǒng)硬件

11、設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)的電路包括主機(jī)單元的電路和功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模塊電路。主機(jī)單元主要由 89s51 單片機(jī)與復(fù)位電路和時(shí)鐘電路組成。功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模塊，由 A/D 轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)處理電路、液晶顯示模塊、聲光報(bào)警電路和傳感器組成。系統(tǒng)整體原理圖如圖 3-1。AT89C51傳感器濾波器A/D聲光報(bào)警電源模塊顯示按鍵設(shè)置參數(shù)7圖 3-1 系統(tǒng)整體原理圖3.1 主機(jī)單元電路主機(jī)模塊是由主控芯片 AT89s51、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路構(gòu)成。它是儀表的核心部分。復(fù)位電路防止系8統(tǒng)死機(jī)，保證程序正常運(yùn)行；時(shí)鐘電路產(chǎn)生時(shí)鐘周期驅(qū)動(dòng)芯片5。主機(jī)模塊總體連接如圖 3-2。圖 3-2 主機(jī)模塊總連接圖3.1.1 AT89S51 單片

12、機(jī)本設(shè)計(jì)中的主芯片采用美國(guó) ATMEL 公司的 AT89S51。引腳圖如圖 3-3。9圖 3-389S51 各個(gè)引腳控制器部分采用了美國(guó)ATMEL公司的AT89S51單片機(jī)，AT89S51 是美國(guó)ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含4K 的可編程的Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash 程序存儲(chǔ)器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8 位微處理器于單片機(jī)芯片中，ATMEL 公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位AT89S51 單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用

13、于各種控制領(lǐng)域。AT89S51 采用40 引腳雙列直插封裝(DIP) 形式， 內(nèi)部由CPU，4kB 的ROM，256 B 的RAM，2 個(gè)16b 的定時(shí)計(jì)數(shù)器TO 和T1，4 個(gè)8b 的I/O端15。主要功能表特性見表3-1。兼容 MCS-51 指令系統(tǒng)4k 可反復(fù)擦寫(1000 次）ISP Flash ROM32 個(gè)雙向 I/O 口4.5-5.5V 工作電壓2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率 0-33MHz全雙工 UART 串行中斷口線128x8bit 內(nèi)部 RAM6 個(gè)外部中斷源低功耗空閑和省電模式中斷喚醒省電模式三級(jí)程序加密鎖看門狗（WDT）電路軟件設(shè)置空閑和省電功能靈活的 IS

14、P 字節(jié)和分頁編程雙數(shù)據(jù)寄存器指針表 3-1主要功能表特性在本設(shè)計(jì)中，P0 接上拉電阻，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。；P2.7 作為片選端口用來使能報(bào)警器， RESET 接復(fù)位電路，RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。主機(jī) AT89S51 完成對(duì)煤氣濃度信號(hào)采集、運(yùn)算、控制 LCD 顯示濃度數(shù)據(jù)4。其最簡(jiǎn)單的連接圖如圖 3-4。10圖 3-4 89S51 最小系統(tǒng)3.1.2 復(fù)位電路系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，它將使整個(gè)控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下，也就是單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的初態(tài)開始運(yùn)行。單片機(jī) AT89S51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路

15、來實(shí)現(xiàn)的，其復(fù)位引腳 RST 通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連。該觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2,輸出的電平由復(fù)位電路采樣一次，然后得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。復(fù)位電路工作原理如圖 3-5 所示，VCC 上電時(shí)，C5 充電，在電阻 R2 上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位；幾個(gè)毫秒后，C5 充滿，電阻 R2 上電流降為 0，電壓也為 0，使得單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。工作期間，按下S6，C5 放電;松開按鍵 S6，C5 又充電，在 10K 電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位。幾個(gè)毫秒后，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。11圖 3-5 復(fù)位電路3.1.3 時(shí)鐘電路時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)中各功能部件的運(yùn)

16、行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)。本次設(shè)計(jì)用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式：?jiǎn)纹瑱C(jī) AT89S51 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，輸入端為芯片引腳 XTAL0，輸出端為引腳 XTAL1；這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。電路圖 3-6所示。圖 3-6時(shí)鐘電路圖123.2 功能模塊部分該部分中主要由數(shù)據(jù)采集模塊、液晶顯示模塊、信號(hào)處理模塊和聲光報(bào)警模塊?？梢詫?shí)現(xiàn) 89S51 單片機(jī)的對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行采集計(jì)算比較，并產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警措施。人機(jī)對(duì)話方面，可以通過鍵盤來調(diào)節(jié)設(shè)置值，并且查看現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試值10。3.2.1 TLC549 的數(shù)據(jù)采集單元本設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換器選擇了 TLC

17、549，該芯片是美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的 8 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片，可與通用微處理器、控制器通過 CLK、CS、DATAOUT 三條口線進(jìn)行串行接口。具有 4MHz 片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng) 17s， TLC549 為 40 000 次/s?？偸д{(diào)誤差最大為0.5LSB，典型功耗值為 6mW。采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，VREF-接地，VREF+VREF-1V，可用于較小信號(hào)的采樣6。TLC549 引腳介紹如圖 3-7 所示。圖 3-7TLC549 的引腳圖TLC549 片型小，采樣速度快，功耗低，價(jià)格便宜，控制簡(jiǎn)單.適用于低功耗的袖珍儀

18、器上的單路 A/D或多路并聯(lián)采樣。圖 3-8 工作時(shí)序圖13TLC549 有片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘與 I/O CLOCK 是獨(dú)立工作的，無須特殊的速度或相位匹配。其工作時(shí)序如圖 3-8 所示。當(dāng) CS 為高時(shí)，數(shù)據(jù)輸出(DATAOUT)端處于高阻狀態(tài)，此時(shí) I/O CLOCK 不起作用。這種 CS 控制作用允許在同時(shí)使用多片 TLC549 時(shí)，共用 I/O CLOCK，以減少多路(片)A/D 并用時(shí)的 I/O 控制端口14。一組通常的控制時(shí)序?yàn)椋?1)將 CS 置低。內(nèi)部電路在測(cè)得 CS 下降沿后，再等待兩個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘上升沿和一個(gè)下降沿后，然后確認(rèn)這一變化，最后自動(dòng)將前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位(D7)

19、位輸出到 DATAOUT 端上。(2) 前四個(gè) I/O CLOCK 周期的下降沿依次移出第 2、3、4 和第 5 個(gè)位(D6、D5、D4、D3)，片上采樣保持電路在第 4 個(gè) I/O CLOCK 下降沿開始采樣模擬輸入。(3)接下來的 3 個(gè) I/O CLOCK 周期的下降沿移出第 6、7、8(D2、D1、D0)個(gè)轉(zhuǎn)換位，(4)最后，片上采樣保持電路在第 8 個(gè) I/O CLOCK 周期的下降沿將移出第 6、7、8(D2、D1、D0)個(gè)轉(zhuǎn)換位。 保持功能將持續(xù)4個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期， 然后開始進(jìn)行32個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期的A/D轉(zhuǎn)換。 第8個(gè)I/O CLOCK后，CS 必須為高，或 I/O CLOCK 保

20、持低電平，這種狀態(tài)需要維持 36 個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘周期以等待保持和轉(zhuǎn)換工作的完成。如果 CS 為低時(shí) I/O CLOCK 上出現(xiàn)一個(gè)有效干擾脈沖，則微處理器/控制器將與器件的I/O 時(shí)序失去同步；若 CS 為高時(shí)出現(xiàn)一次有效低電平，則將使引腳重新初始化，從而脫離原轉(zhuǎn)換過程。在 36 個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘周期結(jié)束之前，實(shí)施步驟(1)(4)，可重新啟動(dòng)一次新的 A/D 轉(zhuǎn)換，與此同時(shí)，正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換終止，此時(shí)的輸出是前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果而不是正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換結(jié)果。若要在特定的時(shí)刻采樣模擬信號(hào)，應(yīng)使第 8 個(gè) I/O CLOCK 時(shí)鐘的下降沿與該時(shí)刻對(duì)應(yīng)，因?yàn)樾酒m在第 4 個(gè) I/O CLOCK 時(shí)鐘下降沿開始

21、采樣，卻在第 8 個(gè) I/O CLOCK 的下降沿開始保存。使用 TLC549 時(shí)一定要注意電路板的布線，電路板的布線要確保數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)隔開，模擬線和數(shù)字線特別是時(shí)鐘信號(hào)線不能互相平行11?？傮w設(shè)計(jì)如圖 3-9。圖 3-9 TLC549 的總體設(shè)計(jì)143.2.2 液晶顯示模塊該模塊是由 TC1602 液晶顯示器件組成,其各個(gè)管腳功能為：第 1 腳：GND 為地電源；第 2 腳：VDD 接 5V 正電源；第 3 腳：V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度；第 4 腳：RS 為寄存器

22、選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器；第 5 腳：RW 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS 和 RW 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)；第 6 腳：EN 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令；第 714 腳：D0D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線；第 1516 腳：背光電源腳。TC1602 基本操作時(shí)序如表 3-2?；緯r(shí)序操作輸入輸出讀狀態(tài)RS=L,R/W=H,E=HDOD7=狀態(tài)讀數(shù)據(jù)RS=H,R/W=H,E=H無寫指令RS

23、=L,R/W=L,E=高脈沖,DOD7=指令碼DOD7=數(shù)據(jù)讀指令RS=H,R/W=L,E=高脈沖,DOD7=數(shù)據(jù)無表 3-2LCD1602 基本操作時(shí)序TC1602 與單片機(jī) AT89S51 的應(yīng)用連接電路圖如圖 3-10 所示。15圖 3-10 液晶顯示模塊接口電路3.2.3 人機(jī)交換模塊通過按鍵的設(shè)置可以將報(bào)警的濃度上限進(jìn)行修改。當(dāng)按 KEY1 時(shí)，P2.3 為低電平，單片機(jī)會(huì)自行判斷程序的設(shè)置值并且在屏幕上顯示出來；KEY2 同理。本次程序設(shè)計(jì)是按百分比來顯示濃度的，設(shè)計(jì)程序默認(rèn)設(shè)置 KEY1 為+0.1%，KEY2 為-1%。設(shè)置按鍵與單片機(jī)的 pin 腳接口圖如圖 3-11。圖 3

24、-11 按鍵接口圖3.2.4 聲光報(bào)警模塊當(dāng)發(fā)生報(bào)警事件時(shí)，除了顯示濃度數(shù)值外，還要有聲光報(bào)警功能。用聲音或是燈光報(bào)警時(shí)，連續(xù)的聲響或常亮的燈光往往不易被人們的警覺，只有斷續(xù)的聲音或山所的燈光才能取得最佳的報(bào)警效果。就利用16時(shí)鐘翻轉(zhuǎn) P2.5、 P2.6 和 P2.7 來轉(zhuǎn)換電平，產(chǎn)生短促的報(bào)警聲音或閃爍燈光。當(dāng)濃度正常時(shí)，管腳 P2.5和 P2.7 為低電平，P2.6 為高電平，此時(shí) D17 燈滅 D18 燈亮，蜂鳴器不工作；當(dāng)濃度達(dá)到報(bào)警濃度上限時(shí)，管腳 P2.5 呈現(xiàn)高電平，管腳 P2.6 為低電平，從而使 D17 燈亮，D18 燈滅，同時(shí)管腳 P2.7 為高電平，使三極管的集電極與發(fā)

25、射極導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音12。電路的連接圖 3-12 如下。圖 3-12聲光報(bào)警電路3.2.5 氣體傳感器信號(hào)采集模塊3.2.5.1 MQ-2 的管腳連接MQ-2 的 1 腳和 3 腳、4 腳和 6 腳是信號(hào)傳輸腳；2 腳和 5 腳是用于提供加熱電流的；傳感器檢測(cè)到氣體，電阻隨燃?xì)鉂舛榷兓?，它的?fù)載也隨之發(fā)生改變，電壓改變的模擬信號(hào)被傳到 TLC549 的 ANLG IN管腳，然后 AD 轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再傳給 51 單片機(jī)進(jìn)行處理并顯示7。MQ-2 與 TLC549的管腳連接如圖 3-13 所示。17圖 3-13 MQ-2 與 TLC549 的管腳連接圖3.2.5.2

26、MQ-2 管腳介紹MQ-2 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖 3-14 所示(結(jié)構(gòu) AorB),由微型 AL2O3 陶瓷管、SnO2敏感層,測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有只針狀管腳，其中個(gè)用于信號(hào)取出，個(gè)用于提供加熱電流8。測(cè)量電路如圖 3-15 所示。18圖 3-14MQ-2 管腳圖圖 3-15測(cè)量電路3.2.5.3 傳感器靈敏度特性如圖3-16 給出了MQ-2型氣敏元件的靈敏度特性。其中：溫度：20、相對(duì)濕度：65%、氧氣濃度：21%、RL=5k、Rs：元件在不同氣體，不同濃度下的電阻值。R0: 元件在潔凈空氣

27、中的電阻值。圖 3-16 MQ-2 型氣敏元件的靈敏度特性如圖3-17給出了MQ-2型氣敏元件的溫濕度特性。Ro: 20，33%RH條件下，1000ppm氫氣中元件電阻。Rs: 不同溫度，濕度下，1000ppm 氫氣中元件電阻。19圖 3-17MQ-2 氣敏元件的溫濕度特性MQ-2型氣敏元件對(duì)不同種類、不同濃度的氣體有不同的電阻值。因此，在使用此類型氣敏元件時(shí)，靈敏度的調(diào)整是很重要的。當(dāng)精確測(cè)量時(shí)，報(bào)警點(diǎn)的設(shè)定應(yīng)考慮溫濕度的影響。4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 單片機(jī)流程圖主程序的功能是完成系統(tǒng)的初始化、信號(hào)采集及處理、時(shí)鐘和信息顯示、濃度超限報(bào)警。根據(jù)系統(tǒng)工作特點(diǎn)，程序采用結(jié)構(gòu)化的軟件設(shè)計(jì)方法9。主

28、程序流程圖如圖 4-1 所示。20開始數(shù)據(jù)初始化采樣子程序采樣數(shù)據(jù)設(shè)定值？初始化程序報(bào)警/控制子程序判斷按鍵是否按下按鍵處理程序設(shè)置值+0.1設(shè)置值-0.1YN結(jié)束圖 4-1 主程序流程圖4.2 主程序清單#include #include #includeLCD1602.h#includedelay.h#define ulong unsigned long21#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar number=0123456789; /1602 數(shù)組/uchar date;uint ad_data=0;uint d

29、at1=600;sbitclk_tlc1549=P33;/TLC1549 時(shí)鐘控制線sbitio_tlc1549=P34;/TLC1549 數(shù)據(jù)線sbitcs_tlc1549=P35;/TLC1549 片選控制線sbit key1=P23;sbit key2=P22;sbit speak=P27;sbit led1=P25;sbit led2=P26;void key_scan(void);void key_scan(void)if(0=key1)delay_ms(2);if(0=key1)while(!key1);dat1+;if(0=key2)delay_ms(2);if(0=key2)2

30、2while(!key2);dat1-;if(dat1999)dat1=999;if(dat11)dat1=0;/*/3 微秒延時(shí)程序void delay_3us();/A/D 轉(zhuǎn)換程序,讀取 AD 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)/個(gè)位存在 34H，十位 33H，百位 32H，千位 31H#void star_ad()unsigned char i;unsigned int j=0;cs_tlc1549=0;/;選擇 AD 芯片delay_3us();io_tlc1549=1;/置 IO 為 1，準(zhǔn)備讀入數(shù)據(jù)for(i=0;i10;i+)jdat1)led2=1;speak=1;led1=0;elseled1=

31、1;speak=0;led2=0;int main(void)Init();speak=0;key1=1;key2=1;led1=1;led2=1;Getxy(0,1);write_Data(T);25write_Data(h);write_Data(i);write_Data(s);write_Data( );write_Data(M);write_Data(y);write_Data( );write_Data(D);write_Data(e);write_Data(s);write_Data(i);write_Data(g);write_Data(n);delay_ms(1000);wr

32、ite_com(0 x01);cs_tlc1549=1;/暫時(shí)不選擇 AD 芯片clk_tlc1549=0;while(1)star_ad();if(ad_data999)ad_data=999;if(ad_data1)ad_data=0;key_scan();display();1602 頭文件#ifndef LCD1602#define LCD1602#define uint unsigned int#define uchar unsigned char26#includedelay.hsbit En=P12;sbit rw=P11;sbit Rs=P10;void write_com(u

33、char com)rw=0;Rs=1;_nop_();Rs=0;En=0;delay_ms(1);En=1;delay_ms(1);P0=com;delay_ms(1);En=0;_nop_();Rs=1;void write_Data(uchar dat)rw=0;Rs=0;_nop_();Rs=1;27En=0;delay_ms(1);En=1;delay_ms(1);P0=dat;delay_ms(1);En=0;_nop_();Rs=0;void Init()delay_ms(10);write_com(0 x38);delay_ms(5);write_com(0 x0c);delay

34、_ms(5);write_com(0 x06);delay_ms(5);write_com(0 x01);delay_ms(5);void Getxy(uchar x,uchar y)28if(y=0)write_com(0 x80|x);if(y=1)write_com(x-0 x40);void Clear()uchar j;Getxy(0,0);for(j=0;j14;j+)write_Data( );Getxy(8,1);for(j=0;j8;j+)write_Data( );#endif5 小結(jié)本論文是利用 AT89S51 單片機(jī)作為主控芯片，TLC549 作為 A/D 轉(zhuǎn)換器，傳感

35、器接收模擬信號(hào)，經(jīng)過AD 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由 89S51 單片機(jī)接收電信號(hào)，進(jìn)而控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。通過對(duì)偏差信號(hào)的處理獲得控制信號(hào)，進(jìn)而發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并加入了鍵盤輸入控制報(bào)警的上限濃度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣泄露的監(jiān)控。本論文只是我的一個(gè)初步構(gòu)想方案，硬件和軟件部分將在今后的工作中逐步完善。29參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1姚豐、 劉念聰： 一種單片機(jī)智能煤氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) J， 天津職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2004 年 6 月 第 13 卷 第13 期。2閆坤：基于 CAN 總線小區(qū)煤氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) J，電子測(cè)試 2007 年第 5 期。3周捷：有毒可燃?xì)怏w報(bào)警器原理及設(shè)計(jì) J，科技信息 2008 年總第 5 期。4晃陽：?jiǎn)纹瑱C(jī) MCS-51 原理及應(yīng)用開發(fā)教程M,清華大學(xué)出版社 2007.15.6：376-385。5李全釗、遲榮強(qiáng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及接口技術(shù)M,高等教育出版史 2003 年。6TLC549 數(shù)據(jù)手冊(cè) OL，美國(guó)德州儀器公司出品。7何道清、張禾：傳感器與傳感器技術(shù) M,科學(xué)出版社 2008 年。8MQ-2 傳感器的應(yīng)用說明說，根本特殊化學(xué)株式會(huì)社 2002.12.12。9趙亮、候國(guó)銳：?jiǎn)纹瑱C(jī) C 語言編程與實(shí)例 M，北京人民郵電