基于單片機的天然氣報警系統(tǒng)

1、基于51單片機天然氣報警設(shè)計 姓名：李洋 班級：自動化105 學(xué)號：2010800091 基于51單片機天然氣報警設(shè)計1 設(shè)計方案本文所設(shè)計的數(shù)字氣體報警器采用單片機STC89C52，其價格便宜，易于產(chǎn)品化。本設(shè)計能將置于測試環(huán)境中的氣體傳感器輸出的模擬電壓通過A/D轉(zhuǎn)換器送入單片機STC89C52中進行處理并通過LCD1602液晶進行顯示，通過設(shè)置報警值，當(dāng)檢測到的濃度達到或者超過設(shè)定值時，蜂鳴器出聲音報警，來達到報警的目的。系統(tǒng)以MQ氣體傳感器和STC89C52 單片機為核心, 設(shè)計氣體泄漏報警器。實現(xiàn)：1準(zhǔn)確測量周圍環(huán)境中的可燃性氣體、有毒有害氣體的泄漏；2實現(xiàn)系統(tǒng)各個模塊的功能控制；3

2、實現(xiàn)單片機編程語言系統(tǒng)的控制及傳感器電路的控制。4研究單片機各接口的作用及功能；5了解MQ氣體傳感器的具體功能；6實現(xiàn)對基本報警電路的控制。2 電路設(shè)計框圖本系統(tǒng)的電路系統(tǒng)框圖如圖1所示。STC89C52單片機通過ADC0832對天然氣濃度進行讀取，繼而控制1602液晶作出對應(yīng)的顯示。當(dāng)天然氣濃度高于設(shè)定時，蜂鳴器進行報警。液晶1602顯示模塊鍵盤模塊ADC0832天然氣報警模塊模擬量輸出STC89C52主控制模塊蜂鳴器報警 圖1 電路設(shè)計框圖3 主要單元電路的設(shè)計3.1核心單片機介紹STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存

3、儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。圖2 STC89C523.2單片機引腳功能介紹STC89C52單片機有40個引腳。Vcc：電源電壓+5VGND：接地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能驅(qū)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(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線服用，在訪問期間激活內(nèi)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口是

4、一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)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。Flash 編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。P2口：P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)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。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存

5、儲器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（MOVX Ri指令）時，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash 編程和程序校驗期間，P2亦接收低高位地址和其他控制信號。P3口：P3口是一組帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O，P3的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，見表1所示：P3口還接收一

6、些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外中斷0）P3.3INT1（外中斷1）P3.4T0（定時/計時器0外部輸入）P3.5T1（定時/計時器1外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）表1 P3口的第二功能圖RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。WDT溢出將使引腳輸出高電平，設(shè)置SFR AUXR的DISRT0（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRT0位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。ALE/PRO

7、G：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存器允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的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。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)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）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)STC89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程

8、序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的變成電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端?？撮T狗（WDT）：WDT是一種需要軟件控制的復(fù)位方式。WDT 由13位計數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門狗定時器復(fù)位存儲器（WDTRST）構(gòu)成。WDT 在默認情況下無法工作；為了激活WDT，用戶必須往WDTRST 寄存器（地址：0A6H）中依次寫入

9、01EH 和0E1H。當(dāng)WDT激活后，晶振工作，WDT在每個機器周期都會增加。WDT計時周期依賴于外部時鐘頻率。除了復(fù)位（硬件復(fù)位或WDT溢出復(fù)位），沒有辦法停止WDT工作。當(dāng)WDT溢出，它將驅(qū)動RSR引腳輸出一個高電平。可編程串口（UART）在STC89C52中，UART 的操作與STC89C52 和AT89C52 一樣。STC89C52系列單片機的串行通信口可以工作于同步和異步通信方式。當(dāng)工作于異步方式時，它具有全雙工的操作功能，也就是說，它可以同時進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。串行口內(nèi)的接收器采用的是雙緩沖結(jié)構(gòu)，能夠在接收到的第一個字節(jié)從接收寄存器讀走之前就開始接收第二個字節(jié)（當(dāng)然，如果第二個字

10、節(jié)接收完畢，而第一個字節(jié)仍然沒有被讀走，那將會丟掉一個字節(jié)）。串行口的發(fā)送和接收操作都是通過特殊功能寄存器中的數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF進行的，但在SBUF的內(nèi)部，接收寄存器和發(fā)送寄存器在物理結(jié)構(gòu)上是完全獨立的。如果將數(shù)據(jù)寫入SBUF，數(shù)據(jù)會被送入發(fā)送寄存器準(zhǔn)備發(fā)送。如果執(zhí)行SBUF指令，則讀出的數(shù)據(jù)一定來自接收緩存器。因此，CPU對SBUF的讀寫，實際上是分別訪問2個不同的寄存器。這2個寄存器的功能決不能混淆。振蕩電路：STC89C52系列單片機的內(nèi)部振蕩器，由一個單極反相器組成。XTAL1反相器的輸入，XTAL2為反相器的輸出?？梢岳盟鼉?nèi)部的振蕩器產(chǎn)生時鐘，只要XTAL1和XTAL2引腳上一

11、個晶體及電容組成的并聯(lián)諧振電路，便構(gòu)成一個完整的振蕩信號發(fā)生器，此方式稱為內(nèi)部方式。另一種方式由外部時鐘源提供一個時鐘信號到XTAL1端輸入，而XTAL2端浮空。在組成一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)時，多數(shù)采用這種方式，這種方式結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可靠性高。在電路中，對電容C1和C2的值要求不是很嚴(yán)格，如果使用高質(zhì)的晶振，則不管頻率為多少，C1、C2通常都選擇30pF。定時/計數(shù)器：STC89C52單片機內(nèi)含有2個16位的定時器/計數(shù)器。RAM：高于7FH內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的地址是8位的，也就是說其地址空間只有256字節(jié)，但內(nèi)部RAM的尋址方式實際上可提供384字節(jié)。的直接地址訪問同一個存儲空間，高于7FH的

12、間接地址訪問另一個存儲空間。SFR：SFR是具有特殊功能的所有寄存器的集合，共含有22個不同寄存器，它們的地址分配在80HFFH中。中斷系統(tǒng)：STC89C52單片機有6個中斷源，中斷系統(tǒng)主要由中斷允許寄存器IE、中斷優(yōu)先級寄存器IP、優(yōu)先級結(jié)構(gòu)和一些邏輯門組成。IE寄存器用于允許或禁止中斷；IP寄存器用于確定中斷源的優(yōu)先級別；優(yōu)先級結(jié)構(gòu)用于執(zhí)行中斷源的優(yōu)先排序；有關(guān)邏輯門用于輸入中斷請求信號。3.3其他單元電路設(shè)計 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 在此用的A/D轉(zhuǎn)換電路中的AD是ADC0832，ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入

13、與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。天然氣傳感器天然氣傳感器用的是MQ-2煙霧傳感器模塊。可以用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、煙霧等的探測；它靈敏度可調(diào)，工作電壓5V 使用前，供電至少預(yù)熱2分鐘以上，傳感器稍微發(fā)燙屬于正?，F(xiàn)象，輸出形式有模擬量電壓輸出和數(shù)字開關(guān)量輸出（0和1）。顯示模塊設(shè)計設(shè)計采用1602液晶顯示進行顯示，1602LC

14、D是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。1602LCD 液晶具有如下的特性：3.3V或5V工作電壓，對比度可調(diào)。提供各種控制命令,如：清屏、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能。有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM。內(nèi)建有192個5X7點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM。8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。按鍵調(diào)整系統(tǒng)模塊設(shè)計按鍵采用3個獨立的按鍵，一個設(shè)置鍵、一個加按鍵、一個減按鍵通過這三個按鍵可以來合理的設(shè)置天然氣濃度上限的調(diào)整。4 程序流程框圖4.1主程序流程框圖單片機開始執(zhí)行程序后，首先進行數(shù)據(jù)初始化，并判斷是否高于天然氣上限值。如果是，

15、則進行蜂鳴器報警程序；如果否，則進行判斷是否需要修改天然氣上限值，如果是則就行修改，如果否則進行讀取ADC中轉(zhuǎn)化的天然氣濃度并且進行數(shù)據(jù)分離，然后顯示直到程序結(jié)束。讀取ADC中的天然氣濃度轉(zhuǎn)化后的數(shù)值分離天然氣濃度并進行顯示顯示子程序返回開始判斷是否高于天然氣上限值？蜂鳴器報警是否初始化判斷是否要修改天然氣上限值？按鍵修改上限值是否圖3主程序流程框圖4.2 A/D轉(zhuǎn)換流程圖A/D轉(zhuǎn)換時首先進行端口初始化，然后進行通道的選擇，然后單片機讀取A/D端口的數(shù)據(jù)，讀取完成后，延遲，等待下一個A/D數(shù)據(jù)的讀取。開始A/D端口初始化選擇進行轉(zhuǎn)換的通道讀取A/D端口數(shù)值讀取完成返回圖4 A/D主程序流程框圖

16、仿真電路圖：程序源代碼：#include<reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*lcd1602顯示*/uchar tabel10="0123456789"uchar tabel112="Gas percent:"uchar tabel213="Set toplimit:"uchar temp,i,set_temp,flag;uchar CH=0x02; sbit lcden=P12;sb

17、it lcdrs=P10;sbit lcdrw=P11;sbit k1=P30;sbit k2=P31;sbit k3=P32;sbit CS=P17; /使能。sbit CLK=P15;/時鐘sbit Do=P16; / 數(shù)據(jù)輸出sbit Di=P16;/數(shù)據(jù)輸入sbit beep=P13;/蜂鳴器uchar A_D(void)uchar i;uchar data_f=0,data_c=0;Di=1;CS=1;_nop_();CS=0;Di=1; /芯片使能之前的初始化。第一個下降沿CLK=1;_nop_();_nop_();/*/CLK=0; / 確定通道模式、第2個下降沿_nop_();

18、_nop_();CLK=1;Di=(bit)(0x02&CH); /設(shè)定通道初始化_nop_();CLK=0;_nop_();_nop_(); CLK=1; Di=(bit)(0x01&CH); /設(shè)定通道初始化 .第3個下降沿_nop_();_nop_(); CLK=0; /AD轉(zhuǎn)化的初始化完成。Di=1; CLK=1;_nop_();_nop_(); CLK=0;_nop_(); CLK=1; for(i=8;i>0;i-)/得到一個正常排序的8位數(shù)據(jù) data_f|=Do;data_f<<=1; CLK=1;_nop_();_nop_(); CLK=0;

19、_nop_(); for(i=8;i>0;i-)/得到一個反序排列的8位數(shù)據(jù)data_c<<=1;data_c|=Do;_nop_();CLK=1;_nop_();_nop_();CLK=0;_nop_();CLK=0;_nop_();_nop_();CLK=1;_nop_();_nop_();CLK=0;_nop_();_nop_();CLK=1;_nop_();CS=1;_nop_();_nop_();data_f=data_f*100/256;return data_f;void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x>0;x-) fo

20、r(y=110;y>0;y-);void write_com(uchar com) lcdrs=0; P0=com; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0;void write_data(uchar date) lcdrs=1; P0=date; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0;void init() lcdrw=0; lcden=0; set_temp=20; write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x01); write_com(0x80);void dispay() if(flag%2=0) write_com(0x80+0x0c); if(temp/100>0) write_data(tabel(temp/100); delay(20); write_data(tabel(temp%100/10); delay(20); write_data(tabel(temp%100%10); delay(20); write_data('%'); write_com(0x80+0x0d+0x40); write_data(ta