一氧化碳報警器設計說明

..一氧化碳報警器的設計

一氧化碳報警器的設計一氧化碳報警器的設計

一氧化碳報警器的設計

[

[[

[摘要

摘要摘要

摘要]

]]

]一氧化碳〔CO是人們日常生活生產中常見的一種無色無味有毒

氣體,不易被人們發(fā)現(xiàn),當人處于CO氣體之中是十分危險的,甚至威脅到生命

安全。而經常產生于煤炭等碳素的燃料的燃燒不充分,危害最大的就是一氧化碳

中毒。因此,從安全、環(huán)保及經濟上考慮,研制一種檢測可燃性氣體自動報警和

自動打開排器裝置的一種控制器是非常必要的。由于本設計需要用到CO傳感

器,所以在滿足基本要求的基礎上,電路的設計還要考慮到傳感器電路部分需要

具有良好的溫度、濕度穩(wěn)定性。

本設計是對空間的CO濃度進行報警、控制其他器件進行工作。采用了"探

測器+單片機控制電路"設計思路,該方案具有檢測誤差小,反應速度快等優(yōu)點。

選用一種十分穩(wěn)定的CO傳感器MQ7,對一定空間的一氧化碳濃度進行檢測,

采用功能和性價比較高的STC89C52單片機作為中央處理單元,對濃度信號進行

采集、數(shù)據處理、顯示、報警及打開排氣裝置等工作。也就是說報警器對CO進

行實時控制,當一氧化碳的濃度超過允許值時,控制電路進行報警。

[

[[

[關鍵詞

關鍵詞關鍵詞

關鍵詞]

]]

]一氧化碳；報警器；單片機；電化學〔氣敏傳感器

1

目錄

目錄目錄

目錄前言

前言前言

前言..............................................................................................................................................31.緒論

緒論緒論

緒論..........................................................................................................................................41.1課題研究背景

課題研究背景課題研究背景

課題研究背景......................................................................................................41.2課題研究的目的及意義

課題研究的目的及意義課題研究的目的及意義

課題研究的目的及意義...............................................................................51.3一氧化碳報警器的概述

一氧化碳報警器的概述一氧化碳報警器的概述

一氧化碳報警器的概述...............................................................................51.4設計的主要任務

設計的主要任務設計的主要任務

設計的主要任務................................................................................................52.方案設計

方案設計方案設計

方案設計..............................................................................................................................62.1設計要求

設計要求設計要求

設計要求..................................................................................................................72.2初始化方案

初始化方案初始化方案

初始化方案...........................................................................................................72.2.1總體方案的選擇

總體方案的選擇總體方案的選擇

總體方案的選擇.............................................................................82.2.2MQ-7氣體傳感器

氣體傳感器氣體傳感器

氣體傳感器.......................................................................82.3系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)的組成...........................................................................................................113.報警控制器的硬件設計

報警控制器的硬件設計報警控制器的硬件設計

報警控制器的硬件設計.......................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。3.1CO報警器的設計

報警器的設計報警器的設計

報警器的設計...........................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

?。?/p>

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。3.1.1報警器的總體結構

報警器的總體結構報警器的總體結構

報警器的總體結構........................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

?。?/p>

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。3.1.2主控電路原理

主控電路原理主控電路原理

主控電路原理................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。3.2STC89C52系列單片機系統(tǒng)結構特點

系列單片機系統(tǒng)結構特點系列單片機系統(tǒng)結構特點

系列單片機系統(tǒng)結構特點...........錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。3.3一氧化碳報警器電路設計

一氧化碳報警器電路設計一氧化碳報警器電路設計

一氧化碳報警器電路設計.......................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。

23.3.1A/D

轉換電路

轉換電路轉換電路

轉換電路.................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。3.3.2電源電路

電源電路電源電路

電源電路.........................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。3.3.3聲音報警

聲音報警聲音報警

聲音報警電路

電路電路

電路................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。3.3.4ADC0809與單片機連接

與單片機連接與單片機連接

與單片機連接.............................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

！！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。3.3.5傳感器的電路

傳感器的電路傳感器的電路

傳感器的電路.................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。4.報警器的軟件設計

報警器的軟件設計報警器的軟件設計

報警器的軟件設計...................................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。4.1STC89C52單片機調試及開發(fā)工具

單片機調試及開發(fā)工具單片機調試及開發(fā)工具

單片機調試及開發(fā)工具............錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。4.2CO氣體報警控制器軟件流程及設計

氣體報警控制器軟件流程及設計氣體報警控制器軟件流程及設計

氣體報警控制器軟件流程及設計.........錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。4.3單片機編程

單片機編程單片機編程

單片機編程...........................................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。4.4電路仿真

電路仿真電路仿真

電路仿真............................................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

?。?/p>

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。5系統(tǒng)調試

系統(tǒng)調試系統(tǒng)調試

系統(tǒng)調試..........................................................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。5.1硬件的調試

硬件的調試硬件的調試

硬件的調試.........................................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。5.1.1排除邏輯故障

排除邏輯故障排除邏輯故障

排除邏輯故障................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。5.1.2排除元器件故障

排除元器件故障排除元器件故障

排除元器件故障...........................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。5.1.3排除電源故障

排除電源故障排除電源故障

排除電源故障................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。5.2軟件調試

軟件調試軟件調試

軟件調試................................................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。5.3軟

軟軟

軟、

、、

、硬件整體調試

硬件整體調試硬件整體調試

硬件整體調試..........................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。6.結束語

結束語結束語

結束語..................................................................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。7.參考文獻

參考文獻參考文獻

參考文獻............................................................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。8.附錄

附錄附錄

附錄........................................................................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。附錄

附錄附錄

附錄A：

：：

：硬件電路總圖

硬件電路總圖硬件電路總圖

硬件電路總圖........................................................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

！！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。附錄

附錄附錄

附錄B：

：：

：程序的相關代碼

程序的相關代碼程序的相關代碼

程序的相關代碼...............................錯誤

錯誤錯誤

錯誤！

??！

！未定義書簽

未定義書簽未定義書簽

未定義書簽。

。。

。

3

前言

前言前言

前言當今,單片機微型計算機技術發(fā)展迅猛,基于單片機開發(fā)的智能化監(jiān)測控

制設備和產品都廣泛的應用到各個領域,促進了生產技術水平的提高。單片機智

能控制電路具有延展性好,反應快,高集成,準確性高等優(yōu)點,有利于實現(xiàn)對特

定情況的快速控制。此次的一氧化碳報警器檢測系統(tǒng)正是單片機應用系統(tǒng)中的一

種。單片機應用系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件是指單片機擴展的存儲器、輸入/

輸出設備以及各種實現(xiàn)單片機系統(tǒng)控制要求的接口電路和有關的外圍電路芯片

或部件；軟件是指單片機應用系統(tǒng)實現(xiàn)其特定控制功能的各種工作程序和管理程

序。只有系統(tǒng)硬件和軟件緊密配合、協(xié)調一致,才可能組成高性能的單片機應用

系統(tǒng)。在單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)過程一般包括系統(tǒng)的總體設計、硬件設計、軟件

設計和系統(tǒng)調試幾個階段。這幾個系統(tǒng)開發(fā)階段并不是相互獨立、各自進行的,

而應根據開發(fā)的實際需要,相互協(xié)調、交叉,有機的進行。

實現(xiàn)氣體濃度監(jiān)測離不開高性能的氣體傳感器。狹義上講,傳感器就是

能將外界信息轉換成電信號的裝置。隨著新技術和自動化的發(fā)展,傳感器的使用

數(shù)量越來越大,一切現(xiàn)代儀器、設備幾乎都離不開傳感器。此次設計中所利用到

的氣體傳感器就是要測量一氧化碳氣體濃度的動態(tài)信息,并且利用模數(shù)轉換芯片

將濃度值轉換為數(shù)字值,實現(xiàn)整個系統(tǒng)的檢測與報警功能。其中我們設計的方案

是通過傳感器輸出的電壓值來表示一氧化碳相應的濃度值。,不過該設計中并沒

有將這個濃度值顯示出來,只要求在氣體濃度超過給定值時候報警。

由于一氧化碳中毒是家庭小區(qū)以及礦工企業(yè)常見事故,給人們生命財產

帶來了極大的危害。為了能減少事故的發(fā)生,迫切需要一氧化碳報警裝置。

隨著電子技術與計算機技術的發(fā)展,面對各種檢查對象和大量的測試點,

需要利用數(shù)據采集系統(tǒng)將多路被測量轉換成數(shù)字量,再經過單片機或微型計算機

進行數(shù)據處理,實現(xiàn)實時測控。而此時采用單片機來實現(xiàn)一氧化碳報警不僅具有

采集控制方便、簡單、靈活等優(yōu)點,而且可以大幅度提高采集點的技術指標,從

而大大提高系統(tǒng)的可利用性。此次的設計正是把ADC0809與STC89C52單片機

4有機的結合起來,實現(xiàn)了數(shù)據采集系統(tǒng),也符合了本設計的要求。

1.

緒論

緒論緒論

緒論1.1課題研究背景

課題研究背景課題研究背景

課題研究背景隨著國家經濟的提高,現(xiàn)代化、智能化的多功能建筑越來越多,對建筑的防

火安全設計要求也越來越高。近年來,全國燃氣行業(yè)發(fā)展迅猛,液化氣、天然氣、

煤制氣等城市燃氣作為清潔能源已在工商業(yè)和城鎮(zhèn)居民用戶中得到廣泛應用,特

別是隨著"西氣東輸"工程的快速進展,燃氣行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?。?西氣東輸

工程"為開端的大規(guī)模天然氣利用工程的實施,意味我國城市燃氣將大踏步的進

入"天然氣時代"。西氣東輸工程,在西部優(yōu)勢資源和東部廣闊市場之間建立起

了一座"金橋",西氣東輸工程投入使用后,每年供應長江三角洲地區(qū)大量生產

生活所必須的天然氣。城市燃氣的普及與應用無疑對改善城市的環(huán)境質量和提高

具名的生活質量發(fā)揮了巨大的作用。但是隨著燃氣的廣泛使用,由于燃氣泄漏所

引發(fā)的爆炸、中毒和火災事故也時有發(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。為了使燃氣更好地造福于民,造福于社會,減少并杜絕各種因

燃氣泄漏而引發(fā)的爆炸及火災事故,各燃氣使用單位及居民用戶選擇一種適合的

氣體報警器實為必要之舉。

及時報警是非常重要的,在在公共場所或家庭里都一樣。一旦發(fā)生火災,提

早報警,可以及時將火撲滅,以免小火釀成大火災,這相當于盡最大的努力保護

我們的生命財產。目前常用的有感煙、感溫和可燃氣體火災報警器。像家庭中使

用煤氣、液化石油氣和天然氣等燃料時,安裝一個可燃氣體報警器,但出現(xiàn)漏氣

或者著火時,報警器能夠立即鳴笛報警,告之主人及時采取措施。

一氧化碳〔CO為無色、無味、無刺激性氣體,幾乎不溶于水,不易被活性

炭吸附。當碳物質燃燒不完全時,可產生CO,如人體短時間內吸收較高濃度的

C0,或濃度雖低,但吸時間較長,均可造成急性中毒。CO與血紅蛋白結合能力

超過氧和血紅蛋白的結合能力的200-300倍,當CO與血紅蛋白結合形成的碳氧

血紅蛋白含量達到5%時,就會對人體產生慢性損害,達到60%時就會昏迷,達到

90%就會死亡。

由于發(fā)生一氧化碳中毒事件的普遍性和隱蔽性,迫切需要一種能夠很好的監(jiān)

5控室內一氧化碳濃度的儀器,并且在一氧化碳濃度過高時能夠報警提高人們注意

力,保護人們生命財產安全。另外,一氧化碳還可以燃燒,但一定的空間內充斥

了足夠量的CO時,還必須避免火光的產生。

本文正是通過分析目前的氣體報警器的現(xiàn)狀,設計制作的一氧化碳報警器,

保障人們的生命財產安全。1.2

課題研究的目的及意義

課題研究的目的及意義課題研究的目的及意義

課題研究的目的及意義設計出性能更加可靠,經濟實惠的一氧化碳報警器。

目前,現(xiàn)有一氧化碳檢測儀器主要是面對工礦企業(yè)或者公共場所的檢測,價

格高昂,對家庭也不適用。因此,本次設計所面對的廣大居民,其優(yōu)點在于：

〔1成本低廉并能對一氧化碳準確報警

〔2該產品無需專業(yè)人員操作,只要放在合適位置,通電即可,連續(xù)使用、

方便簡捷。

〔3能起到預防一氧化碳中毒的效果,使人們高枕無憂。該產品必須能夠

有效預防廣大農村居民冬季燃煤取暖一氧化碳中毒事件發(fā)生,同時也能夠給城鎮(zhèn)

居民安全使用天然氣提供有力的保障。1.3

一氧化碳報警器的概述

一氧化碳報警器的概述一氧化碳報警器的概述

一氧化碳報警器的概述一氧化碳報警器是屬于燃氣報警器中的一種。燃氣報警器可分為可燃氣體

泄漏儀〔簡稱"檢漏儀",可燃氣體報警控制器〔簡稱"控制器"、可燃氣體探

測器〔簡稱"探測器"、家用可燃氣體報警器〔簡稱"報警器"四大系列產品。

報警器為居民家庭用的燃氣報警器,一般安裝在廚房或廁所,遇燃氣泄漏時,報

警器可發(fā)出聲光報警,以提醒居民。

燃氣報警器的核心是氣體傳感器,俗稱"電子鼻"。當氣體傳感器遇到匹配

氣體時,傳感器電阻隨燃氣濃度而變化,隨之產生電信號,然后將電信號傳輸?shù)?/p>

報警器后繼線路進行處理。經過電子路線處理變成濃度成比例變化的電壓信號,

由線性電路加以補償,使信號線性化,經微機處理、邏輯分析,輸出各種控制信

號,即當燃氣濃度達到報警設定值時,氣體報警器發(fā)出聲光報警信號。本文中的

一氧化碳報警器起基本工作原理也差不多。1.4

設計的主要任務

設計的主要任務設計的主要任務

設計的主要任務本文利用單片機電路制作一氧化碳報警器。設計過程中最關鍵的兩個部分：

6硬件的設計和控制軟件的程序編寫。這也是在設計過程中需要解決的最關鍵的問

題。

<1>對單片機報警器系統(tǒng)進行整體的規(guī)劃和結構的設計。

<2>以STC89C52單片機為中央處理器,對硬件電路進行設計和改進,使其功能更

加完善。系統(tǒng)硬件電路主要分為A/D轉換電路、STC89C52單片機接口電路、聲

音報警控制電路、三部分。硬件的設計需要單片機、模電及其數(shù)電的相關知

識。在解決這一問題的過程中,需要查閱大量資料,結合所學知識,向老師

獲取幫助。

<3>系統(tǒng)的軟件編制。在程序的編寫過程中,將數(shù)據采集轉換后經由單片機和已

知數(shù)據進行比較。需要對程序進行多次調試,以獲取最佳數(shù)值。最后根據需

要調試出來實際電路即可。

2.

方案設計

方案設計方案設計

方案設計設計就是根據題目的要求而對軟硬件進行規(guī)劃,并選擇最佳的硬件電路和軟

件程序來達到預期的目的。

硬件設計是通過對設計要求的分析,對各種元器件的了解,而得出分立元件

7與集成塊的某些連接方法,已達到設計的功能要求。并且把這些元器件焊接在一

塊電路板上。它包括對各種元器件的功能和接發(fā)；了解,以及對各種元器件的選

擇和設計方案的選擇。軟件設計是分析設計的硬件用程序實現(xiàn)其功能,前提是將

正確的相關程序燒錄到單片機上,已達到硬件實現(xiàn)功能的要求,并且調試優(yōu)化產

品功能。2.1

設計要求

設計要求設計要求

設計要求CO報警器應實現(xiàn)如下功能:報警器需在一氧化碳濃度達到100ppm時啟動報

警。

具體實現(xiàn)如下功能：

〔1系統(tǒng)要求設置正常工作狀態(tài)除正常工作狀態(tài)外,LED紅燈處于熄滅狀態(tài),

蜂鳴器處于關閉狀態(tài)。

〔2在正常工作狀態(tài)下,綠燈應長亮。當室內一氧化碳濃度達到100ppm時

系統(tǒng)應啟動蜂鳴器報警,紅燈閃爍。2.2

初始化方案

初始化方案初始化方案

初始化方案本設計研究的思路：

〔1根據該設計要實現(xiàn)的基本功能,設計大概應該分為信號接收,信號處

理,信號控制和信號響應四個部分。

A.信號采集接收部分即通過一氧化碳檢測房間氣體濃度,并將這種變化量

轉換成電壓或者電流等模擬量的變化。為了能準且采集到氣體濃度的變化應選用

傳感器敏感器件,為使其有效部分的檢測房間中氣體濃度,必須選用高溫一氧化

碳傳感器。

B.信號處理部分是將接收部分得到的電壓或電流等變化進行必要放大,為

后一部分信號控制提供準備。這一部分應該根據實際情況選用電荷放大,或比較

器等裝置,這部分電路將包含在傳感器接口電路中。

C.信號控制部分是通過預設定控制方式等實現(xiàn)對設計要求的準確操作。主

要是通過已編程的單片機芯片。

D.信號響應是通過事故處理部分實現(xiàn)控制部分的要求。用簡單的蜂鳴器和

LED燈即可。

根據對上面設計系統(tǒng)的分析,我們得到該設計思想框圖如下圖2.1所示：

8

圖2.1設計思想框圖

2.2.1

總體方案的選擇

總體方案的選擇總體方案的選擇

總體方案的選擇鑒于此系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能,提出方案進行分析。

首先,這個方案是利用一個一氧化碳氣敏傳感器對空間的氣體濃度進行檢

測,將檢測到的濃度結果經過放大器或比較電路后,實現(xiàn)對檢測信號的處理,再

將結果輸入A/C芯片后進行模數(shù)轉換,最后通過寫有程序的單片機STC89C52對

電路進行智能調控,實現(xiàn)聲光報警。此設計十分簡單,也十分實用。雖然對房間

氣體濃度的采集不是很精確,但報警方面已經十分符合生活必須的。

這個設計所用到的主控芯片是采用常規(guī)的ADC0809和STC89C52?；诒痉桨?/p>

所需的成本比較低,又能達到比較準確的測量,單片機的兼容性和性價比都很高,

因此這個方案是必然之選。通過對資料的收集,本設計將采用的傳感器是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。

2.2.2MQ-7

氣體傳感器

氣體傳感器氣體傳感器

氣體傳感器特點

特點特點

特點：

：：

：*對一氧化碳有很高的靈敏度和良好的選擇性

*具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性

應用

應用應用

應用

用于家庭、環(huán)境的一氧化碳探測裝置,適宜于一氧化碳、煤氣等的探測

規(guī)格

規(guī)格規(guī)格

規(guī)格

A.標準的工作條件：

B.環(huán)境條件：信

號

接收

裝置

信號

處理

裝置

信號

控制

裝置

信號

響應

裝置

9

C.靈敏度特性：

D.結構、外形、測試電路

MQ-7氣敏傳感器的結構如下圖1所示〔結構A或B,由微型三氧化二鋁陶瓷

管、二氧化錫敏感層、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。填充活性炭的過濾腔體,

進一步減弱了氮氧化物、烷類等氣體的干擾。封裝好的氣敏元件有六只管腳,其

中4個用于信號的取出,2個用于提供加熱電流。

基本測試回路圖：

10R22

RES1

A

4

A

6

B

1

B

3H

2

H

51

VCC

VCC

Vrl

基本測試回路圖

E.靈敏度特性曲線：

MQ-7型氣敏元件靈敏度特性曲線圖

上圖中給出了MQ-7型氣敏傳感器的靈敏度特性,其中溫度是20攝氏度,相對濕

度為65%,氧氣濃度為21%,RL=10k；Rs為旗艦在不同氣體不同濃度下的電阻值；

Ro為器件在潔凈空氣中的電阻值。

MQ

MQMQ

MQ-

--

-7

77

7工作原理

工作原理工作原理

工作原理：

：：

：

傳感器的表面電阻Rs是通過與其串聯(lián)的負載電阻