气体泄漏报警装置设计

1、课程设计(论文)题 目 名 称 气体泄漏报警装置设计 课 程 名 称 现代测控技术 学 生 姓 名 学 号 系 、专 业 10 指 导 教 师 2013年7月1日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业 学生姓名 学 号 题目名称气体泄漏报警装置设计设计时间2013年6月16日2013年6月27日课程名称现代测控技术课程编号设计地点智能仪器及开发实验室创新实验室（214）（305）一、 课程设计（论文）目的课程设计是在校学生素质教育的重要环节，是理论与实践相结合的桥梁和纽带。现代测控技术课程设计，要求学生更多的动手实践方案，解决目前学生课程设计过程中普遍存在的缺乏动手能力的现象. 现代测控技术课

2、程设计是继电子技术、和单片机原理与应用课程之后开出的实践环节课程，其目的和任务是训练学生综合运用已学课程“电子技术基础”、“现代测控技术”的基本知识，独立进行现代测控应用技术和开发工作。二、 已知技术参数和条件运用所学单片机及现代测控技术知识，设计一个厨房可燃性气体泄漏情况的检测报警装置。三、 任务和要求设计一个厨房可燃性气体泄漏情况的检测报警装置。当厨房中天然气（CH4）或液化石油气（C4H10）浓度大于某个数值（例1000ppm）时，用蜂鸣器报警并发出控制信号，启动抽油烟机。注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

3、四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）已学的数字电子技术、模拟电子技术、单片机技术、现代测控技术创新实验室智能仪器及开发实验室五、进度安排2013年6月16日-17日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求总体方案设计2013年6月18日-21日：硬件电路设计2013年6月21日-25日：软件设计2013年6月25日-30日：系统调试改进2013年6月26日：整理书写设计说明书2013年6月27日：答辩并现场考核六、教研室审批意见教研室主任（签名）： 年 月 日七|、主管教学主任意见 主管主任（签名）： 年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：邵阳学院课程设

4、计（论文）评阅表学生姓名 学 号 系 电气工程系 专业班级 10 题目名称 气体泄漏报警装置设计 课程名称 现代测控技术 一、学生自我总结通过这次课程设计，加深了我对书本知识的认识，同时很好的锻炼了我理论与实践相结合的能力。在这次课程设计中，我学会了电路设计的基本流程和方法，以及一些智能芯片的使用,对今后的学习设计会有很大的帮助。 学生签名： 年 月 日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权 重304030单项成绩指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权

5、重”根据各系的考核细则和评分标准确定。摘要随着电子科学技术的发展，电子技术成为安全方面的有力手段，许许多多安全方面的电子产品，是人们的生活的得力助手。本设计利用单片机技术结合A/D转换芯片构建了一个可燃气体检测报警器。当环境中可燃性气体(CH4、C4H10）)泄露时，当气体检测模块检测到可燃气体浓度达到报警器设置的临界点时，可燃气体报警器就会发出报警信号，同时开通抽油烟机排放可燃性气体。本次设计采用MQ-2气体传感器作为可燃气体的信号采集工具，采集到的模拟电压量经过ADC0808转换为数字信号。单片机采集到ADC0808的数字信号后经过计算，如果可燃气体浓度达到报警器设置的临界点时单片机将驱动

6、蜂鸣器发出报警信号，同时驱动抽油烟机排气，直可燃性气体浓度降到报警下限。关键词：MQ-2传感器；AT89C51单片机；ADC0808芯片； 摘要. I1 系统硬件芯片的介绍11.1单片机（AT89C51）11.2 MQ-2传感器21.3 ADC0808模/数转换芯片32 设计要求及电路框图62.1 设计要求62.2 设计框图63 电路单元模块73.1 气体浓度检测模块73.2 A/D模数转换模块73.3 报警电路模块83.4 排气模块84 电路仿真9结束语10参考文献11附录I.12附录II.131 系统硬件芯片的介绍1.1单片机（AT89C51）单片机采用MCS-51系列单片机。由ATMEL

7、公司生产的AT89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有4K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在线系统可编程Flash，使得AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89C51具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、

8、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。而且，它还具有一个看门狗（WDT）定时/计数器，如果程序没有正常工作，就会强制整个系统复位，还可以在程序陷入死循环的时候，让单片机复位而不用整个系统断电，从而保护你的硬件电路。AT89C51有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。其

9、芯片引脚图如下：图1.1 AT89C51引脚图1.2 MQ-2传感器MQ-2/MQ-2S气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2/MQ-2S气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。MQ-2/MQ-2S气敏元件的结构和外形如图1.2所示(结构 A 或 B), 由微型Al2O3陶瓷管、SnO2 敏感层,测

10、量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有只针状管脚，其中个用于信号取出，2个用于提供加热电流。基本电路如图1.3。图1.2 结构和外形图1.3 MQ-2基本电路1.3 ADC0808模/数转换芯片ADC0808和ADC0809除精度略有差别外(前者精度为8位、后者精度为7位)，其余各方面完全相同。它们都是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和

11、过程控制、运动控制中应用十分广泛。1) 主要技术指标和特性（1）分辨率：8位。（2）总的不可调误差：ADC0808为LSB,ADC 0809为1LSB。（3）转换时间：取决于芯片时钟频率，如CLK=500kHz时，TCONV=128s。（4）单一电源:+5V。（5）模拟输入电压范围： 单极性05V；双极性5V,10V(需外加一定电路)。（6）具有可控三态输出缓存器。（7）启动转换控制为脉冲式(正脉冲)，上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使A/D转换开始。（8）使用时不需进行零点和满刻度调节。2) 内部结构和外部引脚ADC0808/0809的内部结构和外部引脚分别如图1.4和图1.5所示。内部各

12、部分的作用和工作原理在内部结构图中已一目了然，在此就不再赘述，下面仅对各引脚定义分述如下： 图1.4 ADC0808/0809内部结构框图（1）IN0IN78路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。（2）D7D0A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。（3）ADDA、ADDB、ADDC模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。地址信号与选中通道对应关系如表1.1所示。（4）VR(+)、VR(-)正、负参考电压输入端，用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。在单极性输入时，VR(+)

13、=5V，VR(-)=0V；双极性输入时，VR(+)、VR(-)分别接正、负极性的参考电压。图1.5 ADC0808/0809外部引脚图表1.1 地址信号与选中通道的关系地 址选中通道ADDCADDBADDA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7（5）ALE地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。在使用时，该信号常和START信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。（6）STARTA/D转换启动信号，正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始A/

14、D转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，则原来的转换进程被中止，重新从头开始转换。（7）EOC转换结束信号，高电平有效。该信号在A/D转换过程中为低电平，其余时间为高电平。该信号可作为被CPU查询的状态信号，也可作为对CPU的中断请求信号。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到START端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。（8）OE输出允许信号，高电平有效。当微处理器送出该信号时，ADC0808/0809的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。在中断工作方式下，该信号往往是CPU发出的中断请求响应信号。3) 工作时序与使用说明ADC 0808/

15、0809的工作时序如图1.6所示。当通道选择地址有效时，ALE信号一出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信号紧随ALE之后(或与ALE同时)出现。START的上升沿将逐次逼近寄存器SAR复位，在该上升沿之后的2s加8个时钟周期内(不定)，EOC信号将变低电平，以指示转换操作正在进行中，直到转换完成后EOC再变高电平。微处理器收到变为高电平的EOC信号后，便立即送出OE信号，打开三态门，读取转换结果。图1.6 ADC 0808/0809工作时序2 设计要求及电路框图2.1 设计要求运用所学的知识，设计一个气体泄漏报警装置，要求当厨房中天然气（CH4）或液化石油气（C4H10）浓度大于某个数值（例

16、1000ppm）时，用蜂鸣器报警并发出控制信号，启动抽油烟机；当浓度小于这个数值时，报警停止，抽油烟机关闭。2.2 设计框图排气电路AT89C51报警电路可燃性气体浓度采集A/D转换模块图2.1 设计总框图通过QM-2采集可燃性气体浓度，经ADC0808模数转换把数据传输给单片机AT89C51，单片机通过对ADC0808转换来的数据进行处理，当可燃性气体弄到达到设定为报警浓度时，单片机将驱动报警电路，开启蜂鸣器报警，同时驱动排气电路，开启抽油烟机进行排气，单片机通过实时检测，当浓度降至报警浓度一下，单片机发出信号关闭蜂鸣器和抽油烟机。3 电路单元模块3.1 气体浓度检测模块图3.1 模拟气体浓

17、度检测由于在protues中没有QM-2及QM系列气体传感器，所以我们只能用别的器件代替，因为气体浓度传感器QM-2是通过电阻的变化实现对气体感应做出反应，所以我们用一个电位器代替，如图3.1。3.2 A/D模数转换模块图3.2 ADC0808A/D模数转换因为单片机只能处理数字信号，我们不能直接让单片机处理模拟信号，所以我们要把气体传感器采集来的信号，通过模数转换后才能传给单片机，让单片机处理。这里我们用的是ADC0808，ADC0808有8个输入通道，这里我们只用了一个IN0。ADC0808通过IN0接收电位器信号，并把信号转换为数字信号从OUT口输出给单片机。3.3 报警电路模块图3.3

18、 报警电路当检测到的可燃性气体浓度高于设定的报警浓度时，系统通过软件响应P3.5驱动报警电路，知道浓度低于设定的报警浓度为止。3.4 排气模块图3.4 模拟排气模块图3.4是一个模拟排气模块，这里我们用一个马达代替了抽油烟机，同样的当单片机检测到的可燃性气体浓度大于了设定的报警浓度时，单片机通过响应P2.7口驱动马达进行排气动作，直到可燃性气体浓度低于这个报警浓度时，单片机又会响应P2.7口，给一个高电平关闭马达，停止排气。4 电路仿真图4.1 低于设定报警浓度时的仿真在此设计中，我们把“报警浓度”设为了3.3，图4.1浓度为2.55低于设定的报警浓度，没有达到报警跟排气的要求，所以从图中可以

19、看出，马达跟蜂鸣器都没有工作。图4.2 高于设定报警弄刚度时的仿真从图4.2中可以看出来，马达跟蜂鸣器都已经开启了，再看此时的浓度为4.40，大于设定的报警浓度，所以单片机驱动了报警电路和排气模块。结束语在此次课程设计中，我们将课本理论知识与实际应用联系起来。按照书本上的知识和王老师讲授的方法，首先和同学一起分析研究此次电路设计任务和要求，然后按照分析的结果进行实际连接操作，检测和校正，再进一步完善电路。在其中遇到一些不解和疑惑的地方，还有出现的一些未知问题，我们都认真分析讨论，然后对讨论出的结果进行实际检测校正，对一些疑难问题我们也认真向王跃球老师询问请教，和王老师一起探讨解决。通过此次电路

20、设计，我们加深了对课本知识的认识理解，对电路设计方法和实际电路连接也有了一定的初步认识。也对数字电子技术有了更深的认识。感谢王跃球老师的细心教导，感谢团队的积极合作，团队的力量是无限的。参考文献1王家桢.传感器与变送器M.北京:清华大学出版社,1996.2曾巧媛.单片机原理及应用M.北京：电子工业出版社.2002.3何力民.单片机高级教程M.北京：北京航空大学出版社.2000.4金发庆.传感器技术与应用M.北京：北京机械工业出版社.2000.5何立民. 单片机的语言应用程序设计M. 北京航空航天大学出版社，1997 143-164.附录I总电路图附录II系统程序#include#include#define uchar unsigned char #define uint unsigned intfloat SJND;sbit ADC_START=P20;sbit ADC_ALE=P21;sbit ADC_OE=P22;sbit ADC_EOC=P23;sbit D0