單片機(jī)課程設(shè)計——煤氣自動檢測報警系統(tǒng)

1、單片機(jī)課程設(shè)計 任務(wù)說明書 題 目： 煤氣濃度檢測系統(tǒng) 所在院系： 機(jī)電汽車工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)101-4班 學(xué) 號： 姓 名： 完成日期： 2013/6/6 指導(dǎo)教師： 姜風(fēng)國 煙臺大學(xué)摘要隨著時代的發(fā)展，煤氣已成為人們生活中必不可少的能源了，煤氣泄漏事件時有發(fā)生，給人們的人身安全和財產(chǎn)安全帶來了很多隱患，所以怎樣防止煤氣中毒與爆炸已成為人們的迫切需要.為此我們開發(fā)研制了智能煤氣報警系統(tǒng).計算機(jī)的普及和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們己不滿足于傳統(tǒng)的居住環(huán)境，對家庭及住宅小區(qū)提出了更高的要求，智能化被引入家庭，并迅速在世界各地發(fā)展起來。人們對居住環(huán)境要求的日見增高，體現(xiàn)在希望住宅不僅更便利、舒適而

2、且更安全。家庭及住宅小區(qū)智能化的定義，在國際上至今尚無一致的般認(rèn)為，在現(xiàn)代化的城鄉(xiāng)住宅小區(qū)內(nèi)綜合采用微型計算機(jī)、自動控制、通信與網(wǎng)絡(luò)及智能卡等技術(shù)，建立一個由住宅小區(qū)綜合物業(yè)管理中心與安防系統(tǒng)、信息通信服務(wù)與管理系統(tǒng)和家庭智能化系統(tǒng)組成的“三合一”住宅小區(qū)服務(wù)與管理集成系統(tǒng)，最終目的是使每一住戶得到滿足其要求的最佳方案。國家建設(shè)部規(guī)定，目前住宅小區(qū)應(yīng)實現(xiàn)六項智能化要求，其中包括實行安全防范系統(tǒng)自動化監(jiān)控管理;防盜報警系統(tǒng)應(yīng)安裝紅外或微波與煤氣泄漏報警器等各種類型報警探測器?；诖隧椧?guī)定，煤氣泄漏自動報警實現(xiàn)智能化勢在必行。本系統(tǒng)主要針對傳統(tǒng)煤氣檢測系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)以滿足要求，至此本系統(tǒng)具有如下

3、特點用單片機(jī)實現(xiàn)定時控制，電路簡單、價格便宜、可靠性好。采用氣敏傳感器及防爆型電磁閥安全可靠，能有效的保證隨時接通和斷開煤氣控制電磁閥：有煤氣泄漏時有語音報警，并通過總線通知管理室雙重保障。因此本系統(tǒng)也可作為智能家居系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。課程設(shè)計任務(wù)書題目：煤氣、酒精檢測課題的任務(wù)和要求本設(shè)計以MCS-51系列單片機(jī)為核心，采用常用的電子器件設(shè)計，自行設(shè)計電源，選用合適的氣體傳感器，檢測氣體濃度，數(shù)碼管顯示，當(dāng)濃度超標(biāo)的時候報警。設(shè)計步驟1、根據(jù)課題，查閱相關(guān)資料2、畫出系統(tǒng)原理框圖；3、畫出單元電路圖；4、編寫相應(yīng)部分程序；、5、撰寫說明書23目錄u1、前言41.1、煤氣檢測報警器的意義41.2

4、、煤氣檢測報警器的應(yīng)用41.3、煤氣泄漏的危害5u2、總體電路設(shè)計62.1、總體電路的系統(tǒng)框圖62.2總體電路圖工作原理6u3、單元電路及器件的設(shè)計與分析83.1、單片機(jī)AT89C51介紹83.2、數(shù)模轉(zhuǎn)化ADC0804介紹103.3、數(shù)碼管LED介紹123.4、蜂鳴器報警介紹13u4、程序清單15u5、總結(jié)20u6、參考文獻(xiàn)21u7、主要元件清單22u 1、前言1.1、煤氣檢測報警器的意義近年來，全國煤氣行業(yè)發(fā)展迅猛，液化氣、天然氣、煤制氣等城市燃?xì)庾鳛榍鍧嵞茉匆言诠ど虡I(yè)和城鎮(zhèn)居民用戶中得到廣泛應(yīng)用，特別是隨著“西氣東輸”工程的快速進(jìn)展，燃?xì)庑袠I(yè)發(fā)展?jié)摿薮?。城市燃?xì)獾钠占芭c應(yīng)用無疑對改善城

5、市的環(huán)境質(zhì)量和提高居民的生活質(zhì)量發(fā)揮了巨大的作用。但是隨著燃?xì)獾膹V泛應(yīng)用，由于燃?xì)庑孤端l(fā)的爆炸、中毒和火災(zāi)事故也時有發(fā)生，這在某種程度上增加了城市的不安全和不穩(wěn)定因素。為使燃?xì)飧玫卦旄Ｓ诿?，造福于社會，減少并杜絕各種因燃?xì)庑孤抖l(fā)的爆炸及火災(zāi)事故。因此本設(shè)計意義重大。1.2、煤氣檢測報警器的應(yīng)用煤氣報警器的核心是氣體傳感器，俗稱“電子鼻”。當(dāng)氣體傳感器遇到燃?xì)鈺r，傳感器電阻隨燃?xì)鉂舛榷兓S之產(chǎn)生電信號，供煤氣報警器后級線路處理。經(jīng)過電子線路處理變成濃度成比例變化電壓信號，由線性電路加以補償，使信號線性化，經(jīng)處理、邏輯分析，輸出各種控制信號，即當(dāng)燃?xì)鉂舛冗_(dá)到報警設(shè)定值時，煤氣報警器發(fā)

6、出蜂鳴報警信號。燃?xì)鈭缶骺煞譃槊裼每扇細(xì)怏w報警器、工業(yè)用可燃性氣體報警器、有毒有害氣體報警器三大系列產(chǎn)品。(1)民用可燃?xì)怏w報警器民用可燃?xì)怏w報警器為居民家庭用的燃?xì)鈭缶?一般安裝在廚房，遇燃?xì)庑孤r，報警器可發(fā)出聲音報警，或同時伴有數(shù)字顯示，同時聯(lián)動外部設(shè)備。(2)工業(yè)用可燃性氣體報警器及有毒有害氣體報警器工業(yè)用可燃性氣體報警器及有毒有害氣體報警器只是檢測探頭有差異，而在原理和應(yīng)用中都很相近。工業(yè)用燃?xì)鈭缶骷坝卸練怏w報警器根據(jù)檢測環(huán)境的不同，也可分為檢漏儀、控制器和探測器。檢漏儀的體積較小，可隨身攜帶或手持，主要應(yīng)用于燃?xì)夤芾淼牟槁┡c巡檢。若有燃?xì)庑孤?，檢漏儀便會發(fā)出聲音報，同時數(shù)字顯

7、示氣體濃度，以便及時采取安全措施，防止爆炸等惡性事故的發(fā)生?？刂破髋c探測器結(jié)合使用，可在防爆現(xiàn)場長期監(jiān)測氣體的濃度。探測器安裝在防爆現(xiàn)場，控器壁掛在值班室等有人值守的地方，二者采用屏蔽電纜線連接。當(dāng)在現(xiàn)場的探測器探測到燃?xì)庑孤┲?，通過屏蔽電纜線將信號傳到控制器，控制器發(fā)出聲音警，確保安全。此種儀器廣泛應(yīng)用于液化氣站、汽車加氣站、鍋爐房等工業(yè)場所。1.3、煤氣泄漏的危害一氧化碳的濃度與健康成年人中毒的可能癥狀50ppm 健康成年人在八小時內(nèi)可以承受的最大濃度200ppm 2-3小時后，輕微頭痛、乏力400ppm 1-2小時內(nèi)前額痛；3小時后威脅生命800ppm 45分鐘內(nèi)，眼花、惡心、痙攣；2

8、小時內(nèi)失去知覺；2-3小時內(nèi)死亡1600ppm 20分鐘內(nèi)頭痛、眼花、惡心；1小時內(nèi)死亡3200ppm 5-10分鐘內(nèi)頭痛、眼花、惡心；25-30分鐘內(nèi)死亡6400ppm 1-2分鐘內(nèi)頭痛、眼花、惡心；10-15分鐘死亡12800ppm 1-3分鐘內(nèi)死亡u 2、總體電路設(shè)計2.1、總體電路的系統(tǒng)框圖氣敏傳感器運算放大器數(shù)模轉(zhuǎn)換復(fù)位電路AT89C51LCD數(shù)碼顯示蜂鳴器報警2.2總體電路圖工作原理 總體電路圖如下所示，在本電路圖中使用定值電阻R1和電阻器RV3串聯(lián)分壓一模擬氣敏傳感器的輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0804后通過DB0.DB7引腳接入主芯片AT89C51中，至此完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。 經(jīng)過主芯片

9、AT89C51的控制輸出，從P0引腳輸出接到LED數(shù)碼管顯示氣體PPM數(shù)值，其數(shù)值以5毫秒每次的頻率檢測當(dāng)前數(shù)值。將數(shù)碼管所得到的數(shù)據(jù)反饋到主芯片AT89C51的P2.0.P2.3中，當(dāng)所得到的PPM數(shù)值達(dá)到300時，警報激發(fā)，由蜂鳴器開始發(fā)出警報。u 3、單元電路及器件的設(shè)計與分析3.1、單片機(jī)AT89C51介紹 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校

10、驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，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(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)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(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時

11、，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)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。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /I

12、NT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)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(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個A

13、LE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期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于

14、施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.2、數(shù)模轉(zhuǎn)化ADC0804介紹本試驗采用的A/D芯片為ADC0804，它是CMOS 8位單通道逐次漸近型的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其規(guī)格及引腳圖如圖3所示，根據(jù)手冊我們可以得到各個引腳的大致功能如下：/CS：芯片片選信號，低電平有效，即/CS=0,該芯片才能正常工作，在外接多個ADC0804芯片時，該信號可以作為選擇地址使用，通過不同的地址信號使能不同的ADC0804芯片，從而可以實現(xiàn)多個ADC通道的分時復(fù)用。/WR:啟動ADC0804進(jìn)行ADC采樣，該信號低電平有效，即/W

15、R信號由高電平變成低電平時，觸發(fā)一次ADC轉(zhuǎn)換。/RD:低電平有效，即/RD=0時，可以通過數(shù)據(jù)端口DB0DB7讀出本次的采樣結(jié)果。UIN（+）和UIN（-）：模擬電壓輸入端，模擬電壓輸入接UIN（+）端，UIN（-）端接地。雙邊輸入時UIN（+）、UIN（-）分別接模擬電壓信號的正端和負(fù)端。當(dāng)輸入的模擬電壓信號存在“零點漂移電壓”時，可在UIN（-）接一等值的零點補償電壓，變換時將自動從UIN（+）中減去這一電壓。VREF/2：參考電壓接入引腳，該引腳可外接電壓也可懸空，若外界電壓，則ADC的參考電壓為該外界電壓的兩倍，如不外接，則Vref與Vcc共用電源電壓，此時ADC的參考電壓即為電源電

16、壓Vcc的值。CLKR和CLKIN：外接RC電路產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的時鐘信號，時鐘頻率CLK = 1/1.1RC，一般要求頻率范圍100KHz1.28MHz。AGND和DGND：分別接模擬地和數(shù)字地。 /INT:中斷請求信號輸出引腳，該引腳低電平有效，當(dāng)一次A/D轉(zhuǎn)換完成后，將引起/INT=0，實際應(yīng)用時，該引腳應(yīng)與微處理器的外部中斷輸入引腳相連（如51單片機(jī)的INT0,INT1腳），當(dāng)產(chǎn)生/INT信號有效時，還需等待/RD=0才能正確讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，若ADC0804單獨使用，則可以將/INT引腳懸空。DB0DB7：輸出A/D轉(zhuǎn)換后的8位二進(jìn)制結(jié)果。3.3、數(shù)碼管LED介紹引腳定義:每一筆

17、劃都是對應(yīng)一個字母表示 DP是小數(shù)點.A、靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的I/O埠進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)位*器*進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O埠多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機(jī)可用的I/O口才32個呢。故實際應(yīng)用時必須增加*驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬體電路的復(fù)雜性。B、動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，每個數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的I/O線控制，單片機(jī)對

18、位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。透過分時輪流控制各個LED數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。每位元數(shù)碼管的點亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。3.4、蜂鳴器報警介紹聲光報警單元與單片機(jī)的連接圖如上：單片機(jī)本身I/O的驅(qū)動能力不是很高，所以對蜂鳴器的驅(qū)動需要加入一個PNP三極管，

19、這樣能夠使蜂鳴器的聲音更加響亮，起到更好的報警作用。三極管基極的電路保證了只有在單片機(jī)輸出低電平時，蜂鳴器才會發(fā)聲，避免了誤報警的發(fā)生。u 4、程序清單#include<reg51.h> /包含51單片機(jī)寄存器定義的頭文件#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define ad1_7 P1 /AD數(shù)據(jù)口sbit adcs=P31; /芯片選擇信號,控制芯片的啟動和結(jié)果讀取,低電平有效sbit adrd=P37; /讀數(shù)據(jù)控制,低電平有效sbit adwr=P36; /AD轉(zhuǎn)換起動控制,上升沿有效sbit wain=

20、P30;unsigned char code Disp_Tab =0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40;/數(shù)字09的段碼unsigned char code dispbit4 =0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; /數(shù)碼管位選控制變量 unsigned char a4=10,10,10,10;uint m=1;/50us延時子程序/void delay_50us(uint t) uchar j; for(;t>0;t-) for(j=19;j>0;j-);void display()P0=Dis

21、p_Taba0;P2=dispbit3;delay_50us(1);P2=0xff;/每個數(shù)碼管按負(fù)值、打開、關(guān)閉的順序P0=Disp_Taba1;P2=dispbit2;delay_50us(1);P2=0xff;P0=Disp_Taba2;P2=dispbit1;delay_50us(1);P2=0xff;P0=Disp_Taba3;P2=dispbit0;delay_50us(1);P2=0xff;/啟動AD轉(zhuǎn)換子程序/void start_adc0804(void) adcs=0; /允許進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換 adwr=0;delay_50us(2);adwr=1; /WR由低變高時,AD開

22、始轉(zhuǎn)換 adcs=1; /停止AD轉(zhuǎn)換delay_50us(10);/讀A/D數(shù)據(jù)子程序/uchar read_ad() uint ad_data; ad1_7=0xff; adcs=0; /允許讀 adrd=0; /讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)結(jié)果 delay_50us(5); ad_data=ad1_7; /把數(shù)據(jù)存到ad_data中 adrd=1;adcs=1; /停止A/D讀取 return(ad_data);/說明:當(dāng)輸入電壓為5V時,A/D輸出為FFH,即輸入電壓=AD數(shù)據(jù)*(5/255)=AD數(shù)據(jù)/(255/5)=AD數(shù)據(jù)/51main()wain=0;EA=1; /開總中斷ET0=1;

23、 /定時器T0中斷允許 TMOD=0x01; /使用定時器T0的模式1TH0=(65536-500)/256; /定時器T0的高8位賦初值TL0=(65536-500)%256; /定時器T0的低8為賦初值TR0=1; /啟動定時器T0while(1)display();void time0_interserve(void) interrupt 1 using 1 uint c;TR0=0; /關(guān)閉定時器T0 start_adc0804();c=read_ad()*(1000/255);if(c>=300) wain=1;elsewain=0;a0=c%10;a1=c/10%10;a2=c/100%10;a3=c/1000%10;TH0=(65536-500)/256; /定時器T0的高8位賦初值TL0=(65536-500)%256; /定時器T0的低位賦初值 TR0=1; /開啟定時器T0u 5、總結(jié)新型單片機(jī)智能煤氣監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，是結(jié)合了計