一氧化碳檢測報警裝置..

1、洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）I基于單片機的一氧化碳濃度監(jiān)測及報警系統(tǒng)設計摘要本設計采用MQ-7傳感器，利用A/D轉換將其所測室內環(huán)境中的一氧化碳濃 度轉化為電壓信號， 緊接著通過ADC0809將模擬電壓信號直接轉化為數字電壓信 號送入單片機， 讓AT89C51進行運算和處理。A/D轉換器的精度直接影響數據顯 示的準確度。為了方便廣大用戶實時了解一氧化碳監(jiān)測裝置所處環(huán)境中的一氧化 碳濃度值，本設計采用了LCD1602液晶顯示器對當前環(huán)境中的一氧化碳濃度和當 前設置的報警值進行實時顯示。報警值可以通過預先設置的三個按鍵進行設置， 其中一個按鍵是選定按鍵，按下以后進入設置狀態(tài)光標開始閃爍，通過另外兩

2、個 鍵可以對報警值設置進行加減，最后再按一下選定按鍵進行確認，當前報警值就 被保存進單片機。如果氣體濃度達到或者超過預先設置好的報警值，那么由單片 機控制的發(fā)光二極管和蜂鳴器會同時發(fā)出報警信號：紅色發(fā)光二極管會不停地閃 爍，蜂鳴器發(fā)出嘰嘰的叫聲，同時繼電器會吸合啟動排風扇，及時將一氧化碳排 出降低所檢測環(huán)境中的一氧化碳濃度。關鍵詞：單片機，傳感器，ADC0809液晶顯示器洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）2Microcontroller-based carbon monoxide monitoring and alarmsystem designABSTRACTThis desig n uses t

3、he MQ-7 sen sor will measure its concen trati on of carb on monoxide in the in door en vir onment into a voltage sig nal , followed by ADC0809 an alogvoltage sig nal into a digital voltage sig nal directly in to the microc on troller , allowingAT89C51 judgment and processing. To facilitate the under

4、standing of the majority of usersin real time concen trati on of carb on mono xide mon itori ng devices in their en vir onmentcarb on mono xide , the desig n uses a liquid crystal display 1602 in the curre nt en vironment and carb on mono xide alarm values are curre ntly set for real-time display .

5、Alarmvalue can be set by the three pre-set butt ons , one butt on is selected keys, press en terafter sett ing state cursor starts bli nking , you can add or subtract to the alarm sett ingsthrough two key and click the last electio n set butt on to confirm that the curre nt alarmvalue is saved into

6、the microcontroller . If the gas concentration reaches or exceeds apre-set alarmvalue , the n con trolled by the microc on troller both LEDs and buzzer alarmsig nal: red LED will bli nk , Jiji buzzer sounds , while relay will pull the exhaust fan startspromptly detected carb on mono xide exhaust to

7、reduce the concen trati on of carb on monoxide in the en vir onment .KEY WORDS: Microcontroller, sensors, ADC0809, LCD monitors洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）3、八刖言.1第 1 章XXXXXX. 21.1XXXXX. 21.1.1XXXXX.21.1.2XXXXX.21.1.3XXXXX.4第 2 章XXXXXX. 62.1XXXXX. 62.1.1XXXXX.62.1.2XXXXX.62.2XXXXX. 82.2.1XXXXX.8第 3 章XXXXXX.123.1XX

8、XXX.123.1.1XXXXX.錯誤！未定義書簽。3.1.2XXXXX.錯誤！未定義書簽。3.2XXXXX.12第 4 章XXXXXX.294.1XXXXX.294.1.1XXXXX.錯誤！未定義書簽。4.1.2XXXXX.錯誤！未定義書簽。4.2XXXXX.錯誤！未定義書簽。第 5 章XXXXXX.365.1XXXXX.365.1.1XXXXX. 365.1.2XXXXX. 365.2XXXXX.365.2.1XXXXX. 36522xxxxx.36洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）4結論.37謝辭.38參考文獻.39附 錄.41外文資料翻譯. 42洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）1當今社會科學技術

9、和經濟社會都有著日新月異的發(fā)展，從工業(yè)生產到 農業(yè)生產以至于到我們普通百姓生活的各個方面，人們都會直接或間接接 觸到各種各樣的有毒有害氣體，由此引發(fā)的中毒，活在和爆炸事故屢見不 鮮，嚴重影響了人們的生命健康和財產安全，有毒氣體由此成為一種新的 社會安全隱患。繼而人們對空氣環(huán)境中的有毒成分監(jiān)測和分析技術的研究 更加重視。以往的分析氣體組成成分和濃度的方法是以色譜法為代表化學 計量方法，雖然檢測精度比較高，但操作程序復雜整個實驗周期長，無法 對有毒有害氣體進行不氣間斷全天候的檢測，而氣體傳感器則滿足這種要 求，而且在人們平時生活中體傳感器的應用也對減少氣體爆炸，火災事故 發(fā)生起到了很大作用。當前世

10、界很多強國都把傳感器技術視為國家重點發(fā)展的技術，國防工 業(yè)現(xiàn)代化、工業(yè)生產過程自動化，家用電器自動化都與傳感器技術的發(fā)展 息息相關，今天的傳感器技術已經融入到了國民經濟生活的各個領域，功 能和作用日益突出。加多功能化、技術精微細化、智能化、集成化、指標 高精度化和性能高穩(wěn)定、高可靠化已經成為人們研究和開發(fā)傳感器的重要 方向。泄漏檢測報警系統(tǒng)被廣泛應用于各個領域，如石油運輸管線，石油化 工企業(yè)，鍋爐爐管，城市自來水地下管線，發(fā)動機箱體等各種領域。泄漏檢測技術的之所以得到了很好的應用和發(fā)展，必須滿足以下幾個 要求：1.準確可靠地判斷泄露的發(fā)生。2.準確可靠地判斷泄露程度，具有相對較高的靈敏度。3.

11、檢測原理簡單，易于操作和維護。第 1 章緒論1.1 論文研究來源、目的和意義1.1.1論文研究來源隨著科學技術的發(fā)展， 人們在能源工業(yè)生產領域和日產生活中越來越 多得接觸到CO洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）2氣體。技術的進步給我們帶來了極大的方便，但隨之出現(xiàn) 的類似于CO氣體一樣的還原性有毒氣體也日益增多帶來了巨大的安全隱 患。一氧化碳氣體發(fā)生泄漏到達爆炸極限后，遇到明火后，就會引發(fā)火災 爆炸等事故，造成嚴重的經濟損失，加之CO氣體本身就具有強烈的毒性，會給人們的生命健康帶來極大的威脅。為了有效控制這類事故的發(fā)生，就 必須對這些CO氣體進行現(xiàn)場實時監(jiān)測，采用先進可靠地安全檢測儀表， 嚴格監(jiān)控環(huán)境

12、中CO氣體的濃度，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，控 制和減少事故的發(fā)生，從源頭上確保工業(yè)生產安全和家庭生活安全。因而，研究可燃性氣體的檢測方法與研制可燃性氣體報警器就成為傳感器技術領 域發(fā)展的一個重要課題。1.1.2課題研究的目的和意義CO是一種毒性非常強的極其容易爆炸的氣體，常溫下無色無味、難 溶于水，但極其容易溶于氨水。由于其相對與空氣的密度略低，因而可以 均勻的擴散于監(jiān)測環(huán)境中。在被CO污染的環(huán)境中，大多數人在慢性中毒的過程中完全意識不到它的存在，CO的這一特性加劇了它的危害性。CO被毫無知覺地吸入人體肺部后，由于CO與血紅蛋白的親和能力比氧氣和血紅蛋白的親和能力大約高250300倍，

13、形成碳氧血紅蛋白。而且他們結合后不易分離，它們的分離速度只有血紅蛋白和氧的1/3600。因此造成血紅蛋白更容易和CO結合而不是與氧氣結合，使輸送到人體各組織器官的 血液供氧不足。甚至有可能奪走人體內的氧氣，導致組織低氧癥，使人體腦和其他組織因為缺氧窒息而中毒。當空氣中的CO達到一定的濃度時，會直接威脅人的生命健康安全。接觸到極高濃度的CO在極其短暫的時間里也可引起窒息。CO給工業(yè)生產安全帶來巨大危害，在煤礦井下，CO是引發(fā)瓦斯爆炸的最主要氣體成分之一。在化工生產中，CO是一種有毒的危及工人生命安全的副產品。CO也是鋼鐵冶煉工業(yè)中的有毒氣體，在諸如冶金企業(yè)的 焦爐、高爐、鐵合金礦熱爐等冶金生產中

14、都伴隨有大量的CO產生。在火災的提前預報中，CO也被作為最重要的氣體之一來監(jiān)控，傳統(tǒng)的感溫、 感煙、感火焰洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）3的火災探測儀從原理上將都是利用它的物理特性來探測火災 的，不便于火災早起預測預報。與此同時還容易受環(huán)境因素的影響而產生 誤測誤報，可靠性差。近幾年，科技有了踢飛猛進的發(fā)展，體傳感器技術 有了巨大進步。在在日常生活中，CO是智能家居系統(tǒng)，大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的重要檢測指標參數，由于人們居住和工作環(huán)境的改善，城市居民每天 在室內的活動時間已經占到80%左右，因而人們愈發(fā)的關注室內空氣質量問題。液化氣、煤氣進入家庭為人們生活帶來了方便，改善了人們的生活， 但同時也給人們

15、帶來了潛在的危險，CO就是最重要的危險源；在智能化家居系統(tǒng)中，CO也是被列出的重點監(jiān)測氣體之一，CO也是餐廳空氣衛(wèi)生監(jiān)測的一項重要指標，在食物加工過程中產生的CO也不容忽視，他直接影響后廚工作人員和顧客的身體健康。為了完成對CO的檢測，要裝設可燃氣體檢測器，做到快速有效地發(fā)現(xiàn)事故隱患、盡早采取補救措施是極其 有必要的。為了保證生產安全、工作和生活環(huán)境的空氣質量從而開展的有 害氣體濃度檢測是非常復雜而重要的課題。在當前社會的各個領域都需要 監(jiān)測CO的濃度。工業(yè)鋁電解產生大量的CO氣體。當前煤氣、天然氣在人們日常生活中得到了廣泛應用，城市鼓勵液化氣小區(qū)取代傳統(tǒng)的液化石 油氣鋼瓶，加之城市里的加油站

16、日益增多這些因素都可能有大量CO出現(xiàn),因此必須重視對CO的檢測。在氣體的生產、輸送、儲存和使用過程中， 違反操作規(guī)程或設備密封質量達不到要求，都有可能導致可燃氣體泄露的 事故發(fā)生，進而引發(fā)火災核爆炸事故，給國家和人民的生命財產造成不可 挽回的損失。因此，及準確的測出以上場合的CO濃度，對于防止CO中毒，火災的提前預報、保障工業(yè)安全生產等方面有著十分重要的意義。1.2 可燃性氣體報警器的國內外現(xiàn)狀1.2.1一氧化碳檢測的現(xiàn)狀目前在一氧化碳檢測領域采用比較多的是三點定電位的電化學原電池類型的傳感器。它誕生于20世紀70年代中期，是由美國Enterqertics Scienee公司利用三電極控制電位

17、原理開發(fā)出來的檢測CO濃度的敏感元器件專利產品。根據敏感元器件電解質的性質不同，可以劃分為膠體電解質CO敏洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）4感元件、液體電解質CO敏感元件和固體CO電解質CO敏感元件。按照分析方法來劃分，主要有：電氣法（熱導式和半導式）、光學吸收法（紅外吸收法和紫外吸收法）、色譜法（層析法）等。1.2.2我國的CO檢測發(fā)展我們國家的煤炭行業(yè)最早采用氣體檢測管測定CO濃度的時間是在20世紀50年代。氣體管發(fā)源自美國，美國哈佛大學研制出第一支CO氣體檢測管。隨著CO一體檢測技術的日益完善，其應用領域也在不斷擴大， 有最開始的定性檢測一種氣體發(fā)展到目前可以定性定量檢測多種氣體；目 前氣體

18、檢測管技術被廣泛應用于化工、礦井、冶金、以及地質領域安全檢 測及工藝過程分析和環(huán)境保護、污染源及突發(fā)事故檢測和勞動衛(wèi)生檢測等 諸多領域。當前氣體檢測管依然是氣體迅速檢測的一個非常重要的方法。我國在“六五”、“七五”期間引進并模仿制造了西德產品，撫順及大連化物所等相關單位也一直著力研制該產品。從國內生產的該款產品性能來看，由于受到我國當前材料加工水平的限制，所生產的CO檢測敏感元件測量范圍小，產品合格率低、易漏液而密封性差，使用壽命比較短，產 品性能與西方先進水平有較大差距。目前，我國北京、濟南和惠州已經有 一些廠家生產CO氣體報警器，但相對核心的敏感元器件仍由國外進口， 價格高昂。仍然存在技術

19、不過硬，使用壽命太短等問題。以至于一些需要 長壽命檢測報警儀器仍要從國外進口。目前國內只有少量的比較少數量的CO檢測報警儀應用于現(xiàn)場，尤其是在煤礦井下作業(yè)方面顯得更加落后，大部分煤礦依靠人工井下采樣、地上分析化驗的方法，甚至有些領域還采用檢測管檢測的方法。井下缺少對CO氣體安全監(jiān)測的設備， 難以滿足工作面的推進及新工作開展的要求。同樣也滿足不了煤礦井下采空區(qū)、密閉區(qū)和火區(qū)等具有高濃度CO的區(qū)域對CO檢測的需要。于是研發(fā)適應礦井檢測的CO檢測設備具有重要的意義。1.2.3各國一氧化碳檢測的發(fā)展洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）5當前市場上使用最廣泛的CO傳感器主要有電化學固體電解質型、金屬氧化物半導體

20、型和電化學固體高分子型等三種類型。自上個世紀70年代中期，電化學CO傳感器被研制出以來，憑借其具有使用維護方便、結構簡 單、選擇性及靈敏度高等特點，深受國內外煤礦企業(yè)的高度重視。當前國 外先進的電化學式CO傳感器絕大多數采用的是鉑黑催化電極，液體酸性 電解質材料，運用電化學中恒電位電解法的原理，對CO進行濃度的檢測。近些年，美國、德國、日本等對CO的開發(fā)相對迅速。他們當中最具有代表性的產品主要有以下幾種：日本理研計器株式會社研制的CO-82型,CO-7型電化學CO傳感器，美國Interscan公司的LD-145型電化學CO傳 感器；中美合資MSA有限公司研發(fā)的MiniCO型電化學CO傳感器。當

21、前CO檢測儀的發(fā)展方向主要有微小型化、多功能化、網絡嵌入式互聯(lián)網化、 集成化和智能化。與此同時對系統(tǒng)易維修性、長期工作穩(wěn)定性等方面的要 求越來越高。尤其是伴隨著半導體工藝和MEMS技術的日趨成熟， 使紅外氣體監(jiān)測分析器便攜化、微型化成為可能。1.3 本論文主要任務本論文研究的主要內容是煤氣泄漏自動檢測報警，主要針對CO氣體，實現(xiàn)煤氣泄漏的監(jiān)測與報警。數據采集模塊利用傳感器實現(xiàn)對環(huán)境中CO濃度的實時采集、 利用單片機對電路狀態(tài)信號和數據進行預處理。 單片機 利用處理子程序、報警子程序對采集到的數據進行處理并且發(fā)出報警信號， 通過計算機的I/O接口輸出；輸出信號驅動相應的驅動電路，分別控制報 警燈

22、、蜂鳴器及排氣扇，從而完成對煤氣泄露事故的實時監(jiān)測及控制。第 2 章總體設計方案2.1 系統(tǒng)設計要求2.1.1一氧化碳濃度監(jiān)測及報警裝置系統(tǒng)的功能洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）6在本設計中，一氧化碳濃度監(jiān)測及報警系統(tǒng)裝置的主要功能就是快速準確的檢測被測氣體中的CO含量，通過LCD顯示屏將CO氣體濃度顯示出來，當一氧化碳氣體濃度達到一定門限門限值時發(fā)出聲光報警，為了提 高實用性系統(tǒng)還應該具備人機交互界面。 為了實現(xiàn)以上功能系統(tǒng)必須具備 氣體傳感器、A/D轉換電路、LED數碼顯示、數據采集、單片機、輸入鍵 盤、聲光報警單元和繼電器控制排風扇單元。本系統(tǒng)的設計主要是為了實 現(xiàn)以下幾項功能：首先，實時監(jiān)

23、測環(huán)境中CO的濃度；其次，當環(huán)境CO濃度過大時，報警器要進行燈光報警，同時繼電器吸合，控制排氣扇工作， 從而降低環(huán)境中CO的濃度值。2.1.2一氧化碳濃度監(jiān)測及報警裝置系統(tǒng)框圖本設計主要由CO氣體傳感器電路、單片機、負載驅動電路、控制程 序和編碼程序組成。系統(tǒng)工作流程為：由裝在室內的CO傳感器獲得測量對象（室內CO濃度）原始信號，經過MQ-7傳感器處理后進入A/DC0809進行模數轉換， 得到被測對象的數字量信號，然后再將數據交由單片機進行處理，得到室 內環(huán)境中CO濃度值，將此數據通過LCD顯示屏顯示出來并且保存起來， 同時根據系統(tǒng)設定的限制參數判斷環(huán)境濃度是否超過設定值。如果超過設 定值立馬

24、向輸出端口輸出控制信號，蜂鳴器開始鳴叫，繼而通過繼電器打 開排氣扇排出室內高濃度的CO氣體，當環(huán)境中的CO氣體濃度恢復正常時蜂鳴器停止鳴叫，單片機通過繼電器關閉排氣扇。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）7按鍵設置報警值繼電器排風扇蜂鳴器圖 2-1 系統(tǒng)框圖洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）82.2 系統(tǒng)的技術要求在了解了這個系統(tǒng)的工作原理和功能之后，我們就可以基本確定系統(tǒng)的技術要求。系統(tǒng)采用的是成本較低的AT89C51單片機處理器，可以滿足批量生產和各類工程的需求。對于完整的一個系統(tǒng)而言，為提高市場的競 爭力，這個系統(tǒng)應滿足功耗低、體積小、數字傳輸性能可靠和成本低廉等 技術指標要求。具體指標和參數如下：（

25、1）體積?。禾綔y器的體積要盡可能得小，這樣占用的空間才能減少，使用才會更方便；（2）功耗低：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：由于系統(tǒng)工作的環(huán)境中可能存在不確定的電磁干擾，為了保證系統(tǒng)在較長時間內可以可靠地連續(xù)工作，同時減少誤報次數，所以選擇多指示燈，指示不同的狀態(tài)。具體技術指標如下：應用范圍：工業(yè)生產和人民生活中的CO檢測；檢測對象：包括CO氣體在內的各種還原性氣體以及他們的混合氣體檢測范圍：CO:01000ppm;檢測精度：CO優(yōu)于20ppm;報警濃度：100ppm300ppm;響應時間：小于等于30ms;電池電壓：+5V;工作溫度范圍：-20+70C;工作濕度范

26、圍：1095%RH。2.2.1氣體傳感器介紹1.氣體傳感器是氣味和氣體檢測的關鍵元件。根據其氣敏特性，氣體傳感器可以分為六大類：（1）半導體氣體傳感器洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）9（2）固體電解質氣體傳感器洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）10（3）接觸感染式氣體傳感器（4） 高分子氣體傳感器（5） 電化學式氣體傳感器（6） 光學式氣體傳感器2.氣體傳感器應滿足的基本條件一個氣體傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的 實體，也可以是由多個不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個完整 的氣體傳感器都必須具備以下條件：（1） 能夠有選擇性地檢測到某種單一氣體，而對共存的其他氣體不響 應或者

27、低響應。（2） 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）對檢測信號響應速度快，重復性好。（4） 器件能夠長期穩(wěn)定工作。（5） 壽命時間相對較長（6） 成本價格低廉，維護與使用方便。222氣體傳感器的選定氣體傳感器是本系統(tǒng)檢測一氧化碳濃度的最基本器件，也是系統(tǒng)的核 心和重點，選擇與系統(tǒng)相匹配的傳感器成為決定系統(tǒng)成功的關鍵。CO氣體傳感器屬于氣體敏感型傳感器，通過A/D轉換電路將模擬量轉換成數字量以后送到單片機中，緊接著由單片機完成數據的處理、濃度 分析和報警控制等工作。傳感器作為一氧化碳濃度監(jiān)測及報警系統(tǒng)的信號 采集部分，是系統(tǒng)的核心組成部分之一。由此看來，傳感器的

28、選型是非常 重要的。本檢測系統(tǒng)最關鍵的部分在于室內一氧化碳濃度的檢測，本設計考慮 到室內空氣中一氧化碳含量的大致范圍，結合國家空氣質量標準（GB30951996）規(guī)定的一氧化碳分級標準，我選用了MQ-7氣體傳感器，它的特點是對一氧化碳具有良好的選擇性和靈敏度，只需簡單的驅動即可，能夠長 期連續(xù)地穩(wěn)定使用。適用于在室內對一氧化碳氣體、煤氣的檢測。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）11表 2-1 標準工作條件符號參數名稱技術條件備注Vc回路電壓10VAc or DeVH(H)加熱電壓（高）5. 0V+0. 2VAc orDcVH(L)加熱電壓（低）h 5V + 0. IVAc or DeRt負載電阻可調

29、RH加熱電阻31。壬 3。室溫TH(HI加熱時間（高）60=1 secondsTH（L）加熱時間（低）901 secondsFR加熱功耗約 350mw表 2-2 環(huán)境條件符號參數名稱技術條件備注Tao使用溫度-10Tas儲存溫度-sor-ror建議使用范圍RH相對濕度小于 95% RH0:氧氣濃度2%（標準條件）氧氣濃度會影響靈敏壓特 性最小值大于 2%表 2-3 靈敏度特性-參數名稱技術參數Rs敏感體電阻2-20k在 lOOppmCO 中a (300/100ppin)濃度斜率小于 0.6R5 (300pptn)/Rs(1 OOppm)標準工作條件溫度；arc 土 FC 相對濕度；65% 5%

30、Vc：5, OV+O, IV VH高)；5. O0. IV VH低 J : 1, 5V0+IV預熱時間不短于 4K 小時探測范圍：1 Oppin-（X）（ppm 一氧化碳MQ-7氣體傳感器所使用的氣體敏感材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫。采用高低溫循環(huán)檢測方式（1.5V加熱）檢測一氧化碳，傳感器的電導率隨空氣中一氧化碳濃度增加而增大，高溫（5.0V加熱）清洗低溫時吸附的雜散氣體。使用簡單的電路即可使電導率發(fā)生變化，轉換為與 該氣體濃度相對應的輸出信號。MQ-7氣體傳感器對一氧化碳的靈敏度高， 這種傳感器可檢測多種含一氧化碳的氣體，是一款適合多種應用的低成本 傳感器。洛陽理工學院畢業(yè)設計（

31、論文）12第 3 章系統(tǒng)的硬件設計3.1 總體電路總體硬件電路原理圖可見附件1，附件1圖為protel99se所畫。系統(tǒng)實時顯示當前的濃度值，共有1個報警值（可以通過按鍵設定），默認開機時報警值是25，當濃度值小于25時，綠燈閃爍，繼電器斷開，當濃度值大 于25時，紅燈閃爍，繼電器吸合，控制排氣扇工作。3.2 MQ-7 煙霧傳感器的介紹MQ-7煙霧傳感器主要用于以CO為主要成分的氣體的檢測，而且它具有很強的抗干擾能力，水蒸氣、煙等干擾氣體對它的影響小。MQ-7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（即器件咱純潔空氣中的阻抗值，從而給長期穩(wěn)定工作做了有效保障

32、。（2） 一個電源供電，他的功率損耗只有0.7W左右。（3）對所測試的氣體有極高的靈敏度和信噪比。器件的靈敏度：S=Ro/Rx為1030。常見為QM系列的S值僅8左右Rx為器件在丁烷濃度為0.2%時的阻抗。圖 3-1 MQ-7 電路圖洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）13器件的主要參數如下: 響應時間：Tr10s恢復時間：Tn60s加熱電壓：V+=5+0.2V加熱功率：約0.7W抗干擾能力： 丁烷濃度在0.2%時在濃度小于85%RH，在-10C至+40C溫度下不會引起誤報。工作環(huán)境：溫度-10C至+50C濕度w85%RH下圖是元件外形結構圖，基座采用耐高溫酚醛塑料壓制而成，引腳為 鍍鎳銅絲，上罩采用

33、雙層密紋不銹鋼網壓制，有較高的強度和防爆能力。陽.5圖 3-2 MQ-7 元件外形結構MQ-7氣敏元件的結構和外形如上圖所示，有微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層，測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制 成的腔體內，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 件只有六只針狀管腳，其中四個用于信號輸出，兩個用于提供加熱電流。3.3 主控電路3.3.1AT89C51的簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃速可電改寫存儲器Flash ROM的低功耗，性能比較好的COMS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C51片內數據存儲 器為128字節(jié)，地址為00H-7FH，用于存放運算的中

34、間結果、數據暫存以 及數據緩沖等。AT89C51的可擦除只讀存儲器可以反復擦寫100次，該單片機采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。因為將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）14個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C51是它的一個精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高 且價廉的方案。332主要性能參數其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容，一個8位的80C51微處理器。4K字節(jié)可電改寫的閃速程序存儲器Flash ROM,用以存放程序、一些原始數據和表格。

35、4個8位并行I/O端口P0-P3,每個端口既可以用作輸入， 也可以用作輸出。靜態(tài)工作：0Hz-24Hz，單片機內部有振蕩器和時鐘產生電路，但石英晶體和微調電容需要外接，最咼允許振蕩頻率為24Hz。片內256字節(jié)數據存儲器RAM/SFR，用以存放可以讀寫的數據，如運算的中間 結果、最終結果以及欲顯示的數據等。4個8位并行I/O口P0-P3，每個端口即可以用作輸入，也可以用作輸出。一個全雙工UART（通用異步接發(fā)器）的串行I/O口，用以實現(xiàn)單片機之間或單片機與PC機之間的串行通信。兩個16位定時器/計數器，每個定時器/計數器都可以設置成記數方式， 用以對外部事件進行記數，也可以設置成定時方式，并可

36、以根據記數或定 時的結果實現(xiàn)計算機控制。AT89C51提供以下標準功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時器，一個5級中斷機構，一個全 雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51是用靜態(tài)邏輯來設計的，其工作頻率可下降到0Hz，并提供兩種可用軟件來選擇的節(jié)電工作模式，分別為：空閑方式和掉電模式?？臻e模式下停止CPU的工作，但允許RAM、定時/記數器、串行通信中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電模式下片 內震蕩器停止工作，由于時鐘被凍結，是一切功能都被暫停，因而只保存 片內RAM中的內容，直到下一次硬件復位為止。3.3.3管腳說明VCC:電源端，

37、接+5V電壓。VSS:接地端。P0口：P0口為一個8位漏極開路準雙向I/O口，作為漏極開路的輸出端口，每位能驅動8個LS型TTL負載。當P1口的管腳第一次寫1時， 被定義為輸入。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）15此時P0口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。P0能夠用于訪問外部程序數據存儲器，它可以分時提供低8位地址和8位數據的復用總線。在FIASH編程時，P0口接收指令字節(jié)， 當FIASH進行校驗時，P0輸出指令字節(jié)，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器可以驅動4個TTL輸入。P1口管腳寫入1后，通過內部的上拉電阻將 端口電壓上拉為高電平，

38、可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電 阻拉高，且作為輸入。又因為作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。當P2口用于訪問外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高8位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀 寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接

39、收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8位帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“T后，它們被內部上拉為高電平，并用作 輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。在對閃速存儲器編程和程序校驗時，P3口還接收一些控制信號。P3口除了做一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能。表 3-1 P3 口第二功能引腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）16P3.4P3.5P3.6P3.7T0（記時器

40、0外部輸入）T1（記時器1外部輸入）/WR（外部數據存儲器寫選通）/RD（外部數據存儲器讀選通）RST:復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG:當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖 存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是： 每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令 是ALE才起作

41、用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀 態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指令期 間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次 有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。圖 3-5 AT89C51 管腳圖PLO.fTT亟fTTfiT麗PT7RSTP3J0(RXTJP3.1CTOD)p珍imojP3JCTL)KTAL3yTALfQtTD1402刃333437S36435734S心33AT89C51:10113012291328H27汀鋪K251724IE2319222021P33PH2222?HZP24PODPOlPO7P

42、O7F07ALE洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）17/EA/VPP:當/EA保持低電平時，則在此期間CPU只訪問外部程序存儲器（OOOOH-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。然而需要注意的是如 果保密位LB1被編程，則復位時在內部會鎖存/EA端的狀態(tài)；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1:接外部晶體和微調電容的一端。在片內，它是震蕩電路反向放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳輸入外部輸入時鐘。XTAL2:接外部晶體和微調電容的另一端。在AT89C51片內它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的固有頻率就是

43、晶體的固有頻率。若 需采用外部時鐘電路，則該引腳懸空。時鐘振蕩器：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XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端，這個放大器與作為反饋元件 的片外石英晶體或陶瓷振蕩器一起構成自激振蕩器。用戶還可以采用外部時鐘，在這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證 脈沖的高低電平要求的寬度。3.4 模/數轉換器 ADC08093.4.1ADC0809的介紹ADC0809具有8個通道的模擬輸入線 （IN0IN7），可在

44、程序的控制下 對任意通道進行A/D轉換，獲得8位二進制數字量（D7D0）。模擬輸入部分有8路多路開關，可由3位地址輸入ADDA、ADDB、ADDC的不同組合來選擇，ALE為地址鎖存信號，高電平有效，鎖存這三條地址輸入信號。主體部分是采用逐次逼近式的A/D轉換電路，由CLK控制的內部電路的工作,START為啟動命令，高電平有效，啟動ADC0809內部的A/D轉換，當轉換完成，輸出信號EOC有效，0E為輸出允許信號， 高電平有效，洛陽理工學院畢業(yè)設計(論文)18打開輸出三態(tài)緩沖器，把轉換后的結果送DB。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器，它由8路模擬 開關、地址鎖存與譯碼器、比較

45、器、8位開關樹型D/A轉換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單 獨工作。輸入輸出與TTL兼容。342引腳功能ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，下面說明各引腳 功能。IN0IN7:8路模擬量輸入端。D0D7:8位數字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC:3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE:地址鎖存選通信號，輸入高電平有效。START:A/D轉換啟動信號，輸入高電平有效。EOC:A/D轉換結束信號，當A/D轉換結束時，此端輸出一個高 電平(轉換期間一直為

46、低電平)。OE:數據輸出允許信號，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，輸出數字量。CLK:時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。REF(+)、REF(-):基準電壓輸入端，它們決定了輸入模擬電壓的最 大值和最小值VCC:電源，接+5V。GND:接地。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）19圖 3-6 ADC0809 管腳圖3.4.3主要特性1.8路8位A/D轉換器，即分辨率8位2.具有轉換起停功能控制端3.轉換時間為100卩s4.單個+5V電源供電5模擬輸入電壓范圍0+5V，不需零點和滿刻度校準6.工作溫度范圍為-40+85攝氏度7.低功耗，約15mW

47、ADC0809的工作過程是：當模擬量送至某一輸入通道IN0后，CPU將標識該通道編碼的三位地址信號經數據線或地址線輸入到ADDC、ADDB、ADDA引腳上。然后輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地 址鎖存器中。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，轉換開始，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉換結束，結果數據已存入鎖存器， 這個信號可用作中斷申請。轉換結束，OE輸入高電平，EOC可作為中斷請求信號，轉換結束后，可通過執(zhí)行IN指令，設法在輸出允許OE腳上形成一個正脈沖，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數字量輸出到數據總

48、線上。INN1N41N7START0ECLKVCVrefrGNDDO12822732642552462372282192010191112ADC0SO9 ；13161415IN2 INIINOADDA直DDBADDCALED7DgD5Vref-D2洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）203.5CO 氣體檢測電路的設計圖 3-7 MQ-7 檢測電路圖如圖3-7所示，在這個電路中，有兩個部分，其中一部分是CO傳感器檢測氣體濃度，將電壓信號給傳輸給ADC0809，另一部分是模數轉換電路將模擬信號轉換成數字信號給單片機，單片機再讀取相應的數值進行處ADC08092 D1D123心r6=789101112131

49、4ADC0809,|n3In2In4In1In5In0,In6ADDAIn7ADDBSTARTADDCEOCALED3D7,OED6,CLOCKD5i /ccD4,Vref+D0,GNDVref-,D1D2282726IN25 k$GND222120191811615D7D6D5D4D0+5EOC .D3OECLKADC1STGNDMQ-2洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）213.6 液晶顯示電路設計1602-16PIN圖 3-8 液晶顯示電路設計LCD1602A是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字 符。（16列2行）。在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示 模塊已作為很

50、多電子產品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很 多家用電子產品中都可以看到，顯示的主要是數字、專用符號和圖形。在 單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和LED數碼管比較常用，軟硬件都比較簡單。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：由于液晶顯示器的每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新亮點。因此，液晶顯示器畫面質量高且不會閃爍。液晶顯示器都是數字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作 更加方便。液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的

51、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部的電極和驅動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為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，洛陽理工學院畢業(yè)設計(論文)22接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇 指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫 操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS

52、為低電平R/W為高電平時可以讀信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數據。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊 執(zhí)行命令。第714腳：DOD7為8位雙向數據線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。(2)1602LCD的RAM地址映射以及標準字庫表LCD1602液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符圖有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符 號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字 母“A”的代碼是01000001B(41H)，顯示時模塊把地址41H中的點陣字 符圖形顯示出來，我們就能看到字母。它

53、的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的(說明：1為高電平，0為低電平)。指令1:清顯示，指令碼01H，光標復位到地址00H位置。指令2:光標復位，光標返回到地址00H。指令3:光標和顯示模式設置I/D:光標移動方向，高電平右移，低電平左移。S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低 電平則無效 。指令4:顯示開關控制。D:控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯 示，低電平表示關顯示。C:控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標。B:控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5:光標或顯示移位S/C:高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標 。洛陽理工學

54、院畢業(yè)設計（論文）23指令6:功能設置命令DL:高電平時為4位總線，低電平時為8位總線。N:低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示。F:低電平時顯示5X7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符 （有些模塊是DL:高 電平時為8位總線，低電平時為4位總線）。指令7:字符發(fā)生器RAM地址設置。指令8:DDRAM地址設置 。指令9:讀出忙信號和光標地址。BF為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數據，如果為低電平表示不忙，模塊就能接收相應的命令或者數據。指令10:寫數據。指令11:讀數據。液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確 認模塊標志為低電平，表示不忙，否則此

55、指令失效。要顯示字符時要先輸 入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。例如第二行第一個字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1，所以實際寫入的數據應該是01000000B（40H）+10000000B（80H）=11000000B（C0H）。在對液晶模塊的初始化中要先設置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標是自動右移的，無需人 工干預。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，如下圖所示，這些字

56、符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常 用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的 英文字母 “A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點 陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、 適用于大規(guī)模集成電路直接驅動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）243.7 聲光報警提示電路3.7.1燈光提示電路圖 3-9 燈光提示電路LED英文單詞的縮寫，主要含義：LED = Light Emitting D

57、iode，發(fā)光二極管，是一種能夠將電能轉化為可見光的固態(tài)的半導體器件，它可以直 接把電轉化為光；它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理， 而采用電場發(fā)光。據分析，LED的特點非常明顯，壽命長、光效高、輻射低與功耗低。作為目前全球最受矚目的新一代光源，LED因其高亮度、低熱量、長壽命、無毒、可回收再利用等優(yōu)點，被稱為是21世紀最有發(fā)展前景的綠色照明光源。我國的LED產業(yè)起步于20世紀70年代，經過近40年的發(fā)展，產品廣泛應用于景觀照明和普通照明領域，我國已成為世界第 一大照明電器生產國和第二大照明電器出口國。近幾年來，隨著人們對半 導體發(fā)光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷進步和

58、新材料（氮化物晶體和熒光粉）的開發(fā)和應用，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進展，其發(fā)光效率提高了近1000倍，色度方面已實現(xiàn)了可見光波段的所有顏色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出現(xiàn)，使LED應用領域跨越至高效率照明光源市場成為可能。曾經有人指出，高亮度LED將是人類繼愛迪生發(fā)明白熾燈泡后，最偉大的發(fā)明之一。本設計利用不同顏色的LED指示不同的煙霧濃度報警。3.7.2聲音報警電路被廣泛應用在便攜式電腦、數字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領域。MLEDR Rt 22kI亠K LEDG嚴笫洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）25蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應 用于計

59、算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話 機、定時器等電子產品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。 蜂鳴器在電路中用字母“H或“HA（舊標準用“FM、“LB”、“JD等）表示。1壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼 上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成。當接通電源后（1.515V直流工作電壓），多諧振蕩器起振，輸出1.52.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推 動壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。 在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經極化和老化

60、處理后，再與黃銅片或不銹鋼 片粘在一起。電磁式蜂鳴器電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁 線圈，使電磁線圈產生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互纏繞，蜂鳴器驅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，其主要參數是外形尺寸、發(fā)聲方向、工 作電壓、工作頻率、工作電流、驅動方式（直流/方波）等。這些都可以根據需要來選擇。本設計采用有源蜂鳴器。三極管Q1起開關作用，其基極的低電平使三極管飽和導通，使蜂鳴器發(fā)聲；而基極高電平則使