微机控制与接口技术课程设计一氧化碳浓度报警器设计

1、 课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书 课程名称：课程名称：微机控制与接口技术课程设计 题题 目：目：一氧化碳浓度报警器设计 学学 院：院：电气信息学院 专专 业：业：测控技术与仪器 年年 级：级：2007 级 学学 生：生： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 完成日期：完成日期：2010 年 12 月 12 日 一氧化碳浓度报警器设计一氧化碳浓度报警器设计 摘摘 要：要：本设计主要是由一个 mq-5 传感器采集气体浓度信号，系统建立浓度与电压 关系，进行浓度电压转换，电压浓度转换，浓度显示，声光报警构成的报警装置。本 系统由 adc0809 处理数据，mcu 采用 at89c52 单

2、片机，完成气体浓度信号的采集显示内 容的传输、显示等功能。本设计的可燃气体警报器由六个部分组成：传感器、led 显示 器、声光报警器、控制电路、a/d 转换和电源模块。对采集的数字信号进行处理和判断， 运用一定的算法计算出待检测气体成分及浓度并送到 led 显示器显示出来。当检测气 体浓度低于设定报警阀值的时候，led 显示器仅仅显示测得的可燃气体浓度；当检测气 体浓度超出设定报警阀值时给出声光报警。 关键词：关键词： 传感器 adco8o9 单片机 led 显示器 声光报警 abstract: : this design is mainly a mq-5 from the gas conce

3、ntration sensor signal acquisition system to establish the concentration and voltage relationship for the concentration of voltage conversion, voltage conversion concentration, concentration display, sound and light alarm warning devices posed. the system consists of adc0809 processing data, mcu usi

4、ng at89c52 scm, the completion of the acquisition of gas concentration display signal transmission, display and other functions. the design of the combustible gas alarm consists of six components: sensor, led display, sound and light alarm, control circuit, a / d conversion and power module. on the

5、acquisition of digital signal processing and judgments, the use of certain algorithms to calculate the composition and concentration of gas to be detected and sent to the led display is displayed. when the test gas concentration less than the threshold set alarm time, led display shows only the meas

6、ured concentration of combustible gas; when gas concentrations exceed the detection threshold when the alarm set to sound and light alarm. keywords: : sensor、 adc0809、 single chipmicrocomputer、 leddisplay、 sound and light alarm 目目 录录 1 前前 言言.1 2 方案论证与比较方案论证与比较.2 2.1 方案一 .2 2.2 方案二 .2 2.3 方案三 .2 2.4

7、方案论证与比较 .2 3 硬件电路设计硬件电路设计.4 3.1 概述.4 3.2 参数指标.4 3.3 特殊器件介绍.4 3.3.1 at89c52 单片机.4 3.3.2 adc0809.6 3.3.3 mq-5 气体传感器.8 3.4 单元模块介绍.10 3.4.1 电源模块的设计.10 3.4.2 通信部分的设计.11 3.4.3 led 显示及驱动 .11 3.4.4 a/d 采集与单片机最小系统 .12 5.软件设计软件设计.13 5.1 单片机程序流程图 .13 5.2 程序设计.14 5.3 a/d、单片机数据传输设计 .14 6 系统测试系统测试.16 6.1 测试仪器.16

8、6.2 测试方法.16 6.2.1 电源测试.16 6.2.2 传感器工作测试.16 6.2.3 a/d 采集与单片机最小系统电路的调试.16 7 结论结论.17 8 参考文献参考文献.18 附录一：相关设计图附录一：相关设计图.19 附录二：相关设计程序附录二：相关设计程序.20 1 前前 言言 鉴于家用煤气中毒和矿井中瓦斯爆炸时常发生，造成意外伤害的发生。这些不必 要的伤害都源于有些可燃气体，在无色无味或在浓度较小的气体环境下，很难被人所 发现，但可能此时已经构成了安全隐患。可燃气体报警是一种安全的检测仪器，它只 是检测空气中可燃气体的含量，如果可燃气体超出正常的空气含量威胁到人身安全或

9、财产安全的时候，可燃使用煤气或矿井工作中要注意采取并完善安全措施、控制事故 隐患。但是，不可能达到绝对安全，仍然会出现万有一失的情况。况且有时难免会有 人们的疏忽。因此，事故隐患的检测报警，在家庭、矿井等场所可燃气体检测报警， 是非常必要的。对避免和控制事故具有重要的意义。气体报警器就会自动报警，提醒 人们及早的采取措施，避免事故发生。 由于可燃气体本身的危险性和对人民生产生活造成的巨大危害，因此对可燃气体 的检测和报警是一项必要的工作。可燃气体报警是利用气体传感器技术，将检测到的 可燃气体浓度和标准值进行比较，当高过一定浓度值时候进行相应的声光报警，提醒 正在作业的人员进行相应的处理，组织人

10、员撤离或对该场所通风排气，避免不安全事 故的发生，对现在的家庭、作业场地安全起着非常重要的作用。基于种种社会想法， 笔者所设计一种低成本的可燃性气体报警器设计，能够监控可燃气体的浓度，显示测 量结果，并对当前的环境状态做出判断，发出报警信息。 2 方案论证与比较方案论证与比较 2.1 方案一方案一 （采用纯模拟电路）电路输入级为气敏元件，和二极管、三级管构成的电子开关。 再用两个三极管构成互补多谐振荡器，他与继电器和发光二级管组成闪光报警器。电 位器为报警灵敏度调节，可燃气体浓度一定，三极管导通，继电器通断工作，二极管 闪烁报警。 2.2 方案二方案二 电路输入级将浓度信号转换成电压信号，并采

11、用多级非门驱动发光二级管报警， 气体浓度越大，发光二级管点亮得越多。 2.3 方案三方案三 电路气敏元件采集浓度信号，a/d 处理数据，单片机控制电路，led 数据显示，对 不同的气体浓度进行声光报警。 气体传感器 （mq-5） a/d 转换器 （adc0809） 单片机 （at89c52） 数据显示 （led） 报警 （蜂鸣器、发 光二极管） 串口通信 （rs232） 图 2.1 方案二功能框图 2.4 方案论证与比较方案论证与比较 方案一结构小巧，采用电位器可以对报警灵敏度进行调节，但是属于纯模拟电路 报警，在调节过程中相对比较困难。方案二采用多级非门驱动 led 报警，可对气体浓 度进行

12、定量分析，浓度越大点亮的发光二极管越多。从定性到定量，方案二较方案一 从设计上有所提高，但由于只是通过 led 发光来报警，不能很好的引起使用者的重视。 方案三采用以单片机为核心的控制电路，对采集的数字信号进行处理和判断，运用一 定的算法计算出待检测气体成分及浓度并送到 lcd 显示器显示出来。并通过软件控制 设定一定的报警阀值，当浓度达到此阀值时有选择的进行声光报警。但是此电路在设 计时即有硬件的设计又有软件的设计，较一二方案更为复杂。 本设计的可燃气体警报器由六个部分组成：传感器、led 显示器、声光报警器、控 制电路、a/d 转换和电源模块，传感器部分采用的气体传感器能感知环境中某种气体

13、并 将与气体种类和浓度有关的信息转换成电信号。这种电信号是连续变化的模拟信号需 要经过 a/d 转换将其转化离散的数字信号。控制电路以单片机为核心，能够对采集的 数字信号进行处理和判断，运用一定的算法计算出待检测气体成分及浓度并送到 led 显示器显示出来。当检测气体浓度超出设定报警阀值时给出声光报警。本系统可以对 检测的数据和设定的阀值参数进行存储并自备电源。 3 硬件电路设计硬件电路设计 3.1 概述概述 该设计中采用半导体气体传感器 mq-5，感应外界可燃气体，其以金属氧化物半导 体为基础材料，当被测可燃气体在该内部半导体表面吸附后，引起其电学特性(例如电 导率)发生变化。由于电导率的改

14、变产生不同的阻抗，时而产生不同的模拟电压信号。 然后采用 8 位并行的 a/d 转换器 adc0809，将时间和幅值都连续的电压模拟量，经 过取样、保持、量化和编码等过程，转换为时间、幅值离散的数字量，同时将转换结 束的数字量赋给主控芯片单片机 at89c52。 单片机 at89c52 根据外界可燃气体与对应变换电压的函数关系，处理数据.并将得 到的对应浓度数据交给 led 数码管及时显示。当检测气体浓度低于设定报警阀值的时 候，led 显示器仅仅显示测得的可燃气体浓度；当检测气体浓度超出设定报警阀值时 同时还给出声光报警。 3.2 参数指标参数指标 检测气体：液化气、天然气、一氧化碳等可燃气

15、体 探测范围：300-5000ppm 报警浓度：2500ppm 响应时间； 10 s 工作电压： ac 220v10% 功 耗： 3w 使用温度：-10-50 储存温度：-20-70 相对湿度：2500) /浓度大于 2500ppm 时报警 didi(); void timer0() interrupt 1 / 定时器 0 中断子程序 th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; aa+; 6 系统测试系统测试 6.1 测试仪器测试仪器 序号类型型号 序号 类型型号 1示波器 yb4324 4 2 万用表dt9205 5 3 6.2 测试方法测试方

16、法 6.2.1 电源测试电源测试 用 220v 转 15v 变压器，通过电容的滤波，用数字万用表直流电压 20v 档测得三端 集成稳压器 7805 的 3 脚输出端，为 5.04v,数据表明正常。 6.2.2 传感器工作测试传感器工作测试 接通电源后，感受传感器是否发热，微微有热度表明工作正常，用可燃气体逐渐 靠近气体传感器，输出电压在 05v 变化，说明传感器工作增长。 6.2.3 a/da/d 采集与单片机最小系统电路的调试采集与单片机最小系统电路的调试 为确保电路焊接无误后，接通 5v 电源，用数字万用表直流电压 20v 档测量单片机 以下管脚的电压。 20 脚（vss）： 0 v 40

17、 脚（vcc）： 5.04v 9 脚（rst/vpd）：0.03v 31 脚（/ea/vpp）：5.02v 18 脚（xtal2）：2.27v 19 脚（xtal1）： 2.09v 通过以上数据可以判断出单片机正常工作。 正常接通电源后，用数字示波器检测 adc0809 一下管脚的信号波形 6 脚（start） 7 脚（eoc） 9 脚 （oe） 10 脚(clock) 都呈现不同频率的脉冲，其中 10 脚的频率为 460khz（接近 500khz），说明 ad 工作正 常。 7 结论结论 通过综合测试，本设计的系统基本能达到设计的预期要求，能够顺利感应外界可 燃气体浓度的变化，当可燃气体浓度

18、超过一定阀值的时候，给出声光报警。不过还存 在一些缺陷。 数码管显示数据不够稳定，延时时间没有达到最佳，当报警时，数码管显示的数据 会随之闪烁。 显示的数据线性性显示不强。 基于单片机可燃气体报警器设计在硬件的选择上留有空间，在增加相关硬件同时， 软件部分只需改动很少的部分就可实现其它功能，使系统功能更加完善。a/d 转换器是 8 通道的，可以扩展其他传感器，如温度和湿度进行监测的传感器。并且系统可以扩展 无线发射模块，将检测的信息及时地发到安全控制中心，在配合其它矿井内的安全监 控设备更好的确保井下作业的安全。 8 参考文献参考文献 1张毅刚 单片机原理及应用 高等教育出版社，2003 2杨

19、振江、杜铁军.流行单片机实用子程序及应用实例m.西安电子科技大学出版社，2002. 3肖洪兵 跟我学用单片机. 北京：北京航空航天大学出版社,2002.8 4何立民. 单片机高级教程 第 1 版北京：北京航空航天大学出版社，2001 5康华光 电子技术基础（模拟部分） 高等教育出版社，2005 6康华光 电子技术基础（数字部分） 高等教育出版社，2005 7徐惠民、安德宁 单片微型计算机原理接口与应用 第 1 版 北京：北京邮电大学出版社， 1996 8张培仁.基于 c 语言编程 mcs-51 单片机原理与应用m. 北京：清华大学出版社，2003. 附录一：相关设计图附录一：相关设计图 附录二：相关设计程序附录二：相关设计程序 #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit oe = p32; /定义各个 i/o 口 sbit eoc= p35; sbit st = p34; sbit beep=p21; /定义蜂鸣器 sbit deng=p20; /定义