畢業(yè)論文-基于單片機(jī)的室內(nèi)一氧化碳監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)

PAGEPAGE4不明白的細(xì)節(jié)可以到我的群里討論問(wèn)我4429-3550內(nèi)容摘要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(shí)有發(fā)生，給人們的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)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(kāi)發(fā)研制了智能煤氣報(bào)警系統(tǒng).計(jì)算機(jī)的普及和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，不明白的細(xì)節(jié)可以到我的群里討論問(wèn)我4429-3550人們己不滿足于傳統(tǒng)的居住環(huán)境，對(duì)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(lái)。人們對(duì)居住環(huán)境要求的日見(jiàn)增高，體現(xiàn)在希望住宅不僅更便利、舒適而且更安全。家庭及住宅小區(qū)智能化的定義，在國(guó)際上至今尚無(wú)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(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、通信與網(wǎng)絡(luò)及智能卡等技術(shù)，建立一個(gè)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(guó)家建設(shè)部規(guī)定，目前住宅小區(qū)應(yīng)實(shí)現(xiàn)六項(xiàng)智能化要求，其中包括實(shí)行安全防范系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控管理;防盜報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)安裝紅外或微波與煤氣泄漏報(bào)警器等各種類(lèi)型報(bào)警探測(cè)器。基于此項(xiàng)規(guī)定，煤氣泄漏自動(dòng)報(bào)警實(shí)現(xiàn)智能化勢(shì)在必行。本系統(tǒng)主要針對(duì)傳統(tǒng)煤氣檢測(cè)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。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(shí)接通和斷開(kāi)煤氣控制電磁閥：有煤氣泄漏時(shí)有語(yǔ)音報(bào)警，并通過(guò)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(gè)子系統(tǒng)。關(guān)鍵詞51單片機(jī)氣體傳感器RS485總線目錄前言 3第一章需求分析 41.1煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警器現(xiàn)狀 41.2煤氣泄漏的危害 5第二章相關(guān)技術(shù)及器件的基本知識(shí) 62.1氣體傳感器的基本知識(shí) 62.28951系列單片機(jī)介紹 62.3RS485總線介紹 82.4看門(mén)狗電路和復(fù)位電路介紹 8第三章煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 93.1系統(tǒng)功能 93.2系統(tǒng)電路組成 93.3軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10第四章結(jié)論 11參考文獻(xiàn) 12便攜式氣體檢測(cè)儀集控制器，探測(cè)器于一體，小巧靈活。與固定式氣體報(bào)警器相比主要區(qū)別是便攜式氣體檢測(cè)儀不能外聯(lián)其他設(shè)備。燃?xì)鈭?bào)警器的核心是氣體傳感器，俗稱“電子鼻”。這是一個(gè)獨(dú)特的電阻，當(dāng)“聞”到燃?xì)鈺r(shí)，傳感器電阻隨燃?xì)鉂舛榷兓?，燃?xì)膺_(dá)到一定濃度，電阻達(dá)到一定水平時(shí)，傳感器就可以發(fā)出聲光報(bào)警。什么叫聲光報(bào)警？燃?xì)庑孤┦故覂?nèi)濃度達(dá)到報(bào)警器濃度后，報(bào)警器的紅色指示燈亮，蜂鳴器發(fā)出“辟-辟-”的報(bào)警聲，所以叫做聲光報(bào)警。1.2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(shí)內(nèi)可以承受的最大濃度200ppm2-3小時(shí)后，輕微頭痛、乏力400ppm1-2小時(shí)內(nèi)前額痛；3小時(shí)后威脅生命800ppm45分鐘內(nèi)，眼花、惡心、痙攣；2小時(shí)內(nèi)失去知覺(jué)；2-3小時(shí)內(nèi)死亡1600ppm20分鐘內(nèi)頭痛、眼花、惡心；1小時(shí)內(nèi)死亡3200ppm5-10分鐘內(nèi)頭痛、眼花、惡心；25-30分鐘內(nèi)死亡6400ppm1-2分鐘內(nèi)頭痛、眼花、惡心；10-15分鐘死亡12800ppm1-3分鐘內(nèi)死亡第二章相關(guān)技術(shù)和器件的基本知識(shí)2.1氣體傳感器介紹燃?xì)鈭?bào)警器的核心是氣體傳感器，俗稱“電子鼻”。這是一個(gè)獨(dú)特的電阻，當(dāng)“聞”到燃?xì)鈺r(shí)，傳感器電阻隨燃?xì)鉂舛榷兓?，燃?xì)膺_(dá)到一定濃度，電阻達(dá)到一定水平時(shí)，傳感器就可以發(fā)出聲光報(bào)警。什么叫聲光報(bào)警？燃?xì)庑孤┦故覂?nèi)濃度達(dá)到報(bào)警器濃度后，報(bào)警器的紅色指示燈亮，蜂鳴器發(fā)出“辟-辟-”的報(bào)警聲，所以叫做聲光報(bào)警。氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。探測(cè)頭通過(guò)氣體傳感器對(duì)氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理儀表顯示部分氣體傳感器是一種將氣體的成份、濃度等信息轉(zhuǎn)換成可以被人員、儀器儀表、計(jì)算機(jī)等利用的信息的裝置！氣體傳感器一般被歸為化學(xué)傳感器的一類(lèi)，盡管這種歸類(lèi)不一定科學(xué)?！皻怏w傳感器”包括：半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導(dǎo)式氣體傳感器、紅外線氣體傳感器等。2.289C51系列單片機(jī)1．主要特性：·與MCS-51兼容·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路89S51相對(duì)于89C51增加的新功能包括：--新增加很多功能，性能有了較大提升，價(jià)格基本不變，甚至比89C51更低！--ISP在線編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢(shì)在于改寫(xiě)單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個(gè)強(qiáng)大易用的功能。--最高工作頻率為33MHz，大家都知道89C51的極限工作頻率是24M，就是說(shuō)S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計(jì)算速度。--具有雙工UART串行通道。--內(nèi)部集成看門(mén)狗計(jì)時(shí)器，不再需要像89C51那樣外接看門(mén)狗計(jì)時(shí)器單元電路。--雙數(shù)據(jù)指示器。--電源關(guān)閉標(biāo)識(shí)。--全新的加密算法，這使得對(duì)于89S51的解密變?yōu)椴豢赡埽绦虻谋Ｃ苄源蟠蠹訌?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)不被侵犯。--兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列產(chǎn)品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容產(chǎn)品。也就是說(shuō)所有教科書(shū)、網(wǎng)絡(luò)教程上的程序（不論教科書(shū)上采用的單片機(jī)是8051還是89C51還是MCS-51等等），在89S51上一樣可以照常運(yùn)行，這就是所謂的向下兼容。2.3Rs485總線介紹RS-485總線,在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485串行總線RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測(cè)低至200mV的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。應(yīng)用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器2.4總線驅(qū)動(dòng)芯片MAX485MAX485接口芯片是Maxim公司的一種RS-485芯片。采用單一電源+5V工作，額定電流為300μA，采用半雙工通訊方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平的功能。MAX485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡(jiǎn)單，內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的RXD和TXD相連即可；RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)RE為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)DE為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)镸AX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可；A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端,當(dāng)A引腳的電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)A的電平低于B端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。在與單片機(jī)連接時(shí)接線非常簡(jiǎn)單。只需要一個(gè)信號(hào)控制MAX485的接收和發(fā)送即可。同時(shí)將A和B端之間加匹配電阻，一般可選100Ω的電阻。其管腳如圖：2.5復(fù)位及看門(mén)狗電路介紹受電網(wǎng)諧波及各種外界環(huán)境引起的電磁干擾的影Ⅱ自，單片機(jī)的正常運(yùn)行有時(shí)會(huì)受到嚴(yán)重的影響，出現(xiàn)程序跑飛，死機(jī)等現(xiàn)象，此時(shí)就需要喚醒單片機(jī)，使其正常運(yùn)行，這樣的電路稱為看門(mén)狗電路。本電路采用的是一片74123和555時(shí)基電路構(gòu)成的一個(gè)帶看門(mén)狗的復(fù)位電路。第三章煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)功能本系統(tǒng)也可作為智能家居系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。系統(tǒng)的主要功能如下：（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣泄漏的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；（2）實(shí)時(shí)跟蹤顯示現(xiàn)場(chǎng)煤氣濃度并根據(jù)傳感器老化曲線進(jìn)行誤差修正；（3）具有超限聲光報(bào)警功能；（4）根據(jù)報(bào)警狀況自動(dòng)關(guān)閉煤氣管道電磁閥并開(kāi)啟排氣裝置；（5）故障排除后，可控制煤氣管道電磁閥的自動(dòng)開(kāi)啟3.2系統(tǒng)電路組成系統(tǒng)以多機(jī)方式與前端機(jī)通信。本機(jī)采用主從工作模式。單片機(jī)系統(tǒng)作為從機(jī)與本地通信主機(jī)（上位機(jī)）聯(lián)系。第1級(jí)：中央控制操作站（上位PC機(jī)）PC機(jī)完成現(xiàn)場(chǎng)煤氣濃度數(shù)據(jù)顯示、現(xiàn)場(chǎng)位置確定、數(shù)據(jù)庫(kù)建立、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計(jì)、打印等操作。第2級(jí)：?jiǎn)纹瑱C(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、控制和向ＰＣ機(jī)傳送濃度數(shù)據(jù)。硬件電路組成框圖：硬件電路組成框圖如圖1所示。A/D濾波器變送器變送器傳感器顯示AT89C51A/D濾波器變送器變送器傳感器顯示AT89C51電磁閥驅(qū)動(dòng)單元電磁閥驅(qū)動(dòng)單元聲光報(bào)警D/A聲光報(bào)警D/A通信口通信口排風(fēng)機(jī)繼電器驅(qū)動(dòng)器排風(fēng)機(jī)繼電器驅(qū)動(dòng)器電源電源EPROMEPROM程序運(yùn)行監(jiān)控程序運(yùn)行監(jiān)控圖1單片機(jī)控制系統(tǒng)組成2、系統(tǒng)原理：監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理是利用半導(dǎo)體氣敏傳感器將煤氣濃度變換為模擬電壓信號(hào)，此mV級(jí)電信號(hào)經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號(hào)，放大器把信號(hào)放大為0～5Ｖ后，送到A/D轉(zhuǎn)換器，變換成數(shù)字量送CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。當(dāng)空氣中的煤氣濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，將輸出數(shù)字量，經(jīng)變送器驅(qū)動(dòng)電磁閥，將煤氣管道關(guān)閉并打開(kāi)排氣裝置，并輸出數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)光電報(bào)警和向上位PC機(jī)輸出所處位置及報(bào)警值，以讓監(jiān)控人員進(jìn)行處理。故障排除后，可操縱控制面板按鍵，打開(kāi)閥門(mén)使其恢復(fù)供氣。3、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)PC機(jī)PC機(jī)顯示電路下位主機(jī)1下位主機(jī)2下為主機(jī)3語(yǔ)音提示電路RS485總線復(fù)位電路RS485總線3.2軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件采用MCS51匯編語(yǔ)言編制，包括系統(tǒng)主程序和中斷服務(wù)子程序、誤差自動(dòng)校準(zhǔn)子程序等。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、閥門(mén)關(guān)閉、啟動(dòng)排氣裝置及與上位機(jī)通信。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。主程序流程圖如圖2所示。NNY開(kāi)始數(shù)據(jù)初始化采樣子程序采樣數(shù)據(jù)>設(shè)定值？系統(tǒng)自檢報(bào)警/控制子程序通信子程序顯示等待中斷關(guān)中斷響應(yīng)

返回圖2主程序流程圖第四章結(jié)論新型單片機(jī)智能煤氣監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是結(jié)合了計(jì)算機(jī)、工控、機(jī)械、檢測(cè)等相關(guān)學(xué)科的技術(shù)而實(shí)現(xiàn)。在智能控制方面，采用了單片機(jī)AT89C51作為系統(tǒng)控制核心，最大限度的將其具備的資源應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，既體現(xiàn)了單片機(jī)小系統(tǒng)的應(yīng)用的靈活性，又實(shí)現(xiàn)功能多樣的智能控制。由于采用了單片機(jī)技術(shù)為主導(dǎo)的智能化管理，通過(guò)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的二級(jí)監(jiān)控體系，可實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣濃度的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，通過(guò)誤差自動(dòng)校正功能提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，靈敏度高，具有非常重要的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。在實(shí)際使用中，不同的應(yīng)用場(chǎng)合有著不同的報(bào)警濃度下限。因此，為了提高系統(tǒng)的靈敏度和準(zhǔn)確度，考慮到溫度、環(huán)境和電源電壓的影響，開(kāi)始報(bào)警濃度也應(yīng)有一定的變化范圍。出廠前按標(biāo)準(zhǔn)條件調(diào)整好，以確保環(huán)境條件變化時(shí)，也不致發(fā)生誤報(bào)和漏報(bào)。此外，也可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的情況對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行改造，以滿足不同的應(yīng)用需求。根據(jù)實(shí)習(xí)調(diào)研工作的基本要求，我認(rèn)真完成了這項(xiàng)工作。通過(guò)這次調(diào)研，我掌握了現(xiàn)在常見(jiàn)煤氣檢測(cè)的基本原理、典型電路。同時(shí)還分析了各種煤氣報(bào)警器的優(yōu)缺點(diǎn)。當(dāng)然，調(diào)研報(bào)告中只是大概描述了該方案的總體設(shè)計(jì)思路，以及各模塊需要完成的基本功能。至于各模塊究竟如何具體實(shí)現(xiàn)，以及如何繼續(xù)完善方案，需要進(jìn)一步的思考、探索。因此，以后的工作重要而艱巨。此次調(diào)研活動(dòng)，為方案的具體實(shí)現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。我也知道了如何一步一步的完成自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作?？傊@是一個(gè)有意義的工作，對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作具有重要的指導(dǎo)意義。第五章參考文獻(xiàn)（1）李廣弟等.單片機(jī)基礎(chǔ)(修訂版)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2001（2）何立民.單片機(jī)高級(jí)教程-應(yīng)用與設(shè)計(jì)(第2版).北京航空航天大學(xué)出版社,2007（3）于學(xué)禹.Protel2004電路設(shè)計(jì)入門(mén)與應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2007（4）周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)(修訂版)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2003（5）李華.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2001（6）來(lái)清民.