一氧化碳检测报警装置

1、洛阳理工学院毕业设计（论文）基于单片机的一氧化碳浓度监测及报警系统设计摘 要本设计采用MQ-7传感器，利用A/D转换将其所测室内环境中的一氧化碳浓度转化为电压信号，紧接着通过ADC0809将模拟电压信号直接转化为数字电压信号送入单片机，让AT89C51进行运算和处理。A/D转换器的精度直接影响数据显示的准确度。为了方便广大用户实时了解一氧化碳监测装置所处环境中的一氧化碳浓度值，本设计采用了LCD1602液晶显示器对当前环境中的一氧化碳浓度和当前设置的报警值进行实时显示。报警值可以通过预先设置的三个按键进行设置，其中一个按键是选定按键，按下以后进入设置状态光标开始闪烁，通过另外两个键可以对报警值

2、设置进行加减，最后再按一下选定按键进行确认，当前报警值就被保存进单片机。如果气体浓度达到或者超过预先设置好的报警值，那么由单片机控制的发光二极管和蜂鸣器会同时发出报警信号：红色发光二极管会不停地闪烁，蜂鸣器发出叽叽的叫声，同时继电器会吸合启动排风扇，及时将一氧化碳排出降低所检测环境中的一氧化碳浓度。关键词：单片机，传感器，ADC0809，液晶显示器 Microcontroller-based carbon monoxide monitoring and alarm system designABSTRACTThis design uses the MQ-7 sensor will measur

3、e its concentration of carbon monoxide in the indoor environment into a voltage signal , followed by ADC0809 analog voltage signal into a digital voltage signal directly into the microcontroller , allowing AT89C51 judgment and processing. To facilitate the understanding of the majority of users in r

4、eal time concentration of carbon monoxide monitoring devices in their environment carbon monoxide , the design uses a liquid crystal display 1602 in the current environment and carbon monoxide alarm values are currently set for real-time display . Alarm value can be set by the three pre-set buttons

5、, one button is selected keys, press enter after setting state cursor starts blinking , you can add or subtract to the alarm settings through two key and click the last election set button to confirm that the current alarm value is saved into the microcontroller . If the gas concentration reaches or

6、 exceeds a pre-set alarm value , then controlled by the microcontroller both LEDs and buzzer alarm signal: red LED will blink , Jiji buzzer sounds , while relay will pull the exhaust fan starts promptly detected carbon monoxide exhaust to reduce the concentration of carbon monoxide in the environmen

7、t .KEY WORDS: Microcontroller, sensors, ADC0809, LCD monitors5目录前言1第1章 ××××××21.1 ××××××21.1.1 ××××××21.1.2 ××××××21.1.3 ××××××2第2章 ×××

8、×××42.1 ××××××42.1.1 ××××××42.1.2 ××××××42.2 ××××××52.2.1 ××××××5第3章 ××××××63.1 ××××&

9、#215;×63.1.1 ××××××63.1.2 ××××××63.2 ××××××6第4章 ××××××74.1 ××××××74.1.1 ××××××74.1.2 ×××××

10、×74.2 ××××××7第5章 ××××××85.1 ××××××85.1.1 ××××××85.1.2 ××××××85.2 ××××××85.2.1 ××××××8

11、5.2.2 ××××××8结论9谢 辞10参考文献11附录13外文资料翻译14前言当今社会科学技术和经济社会都有着日新月异的发展，从工业生产到农业生产以至于到我们普通百姓生活的各个方面，人们都会直接或间接接触到各种各样的有毒有害气体，由此引发的中毒，活在和爆炸事故屡见不鲜，严重影响了人们的生命健康和财产安全，有毒气体由此成为一种新的社会安全隐患。继而人们对空气环境中的有毒成分监测和分析技术的研究更加重视。以往的分析气体组成成分和浓度的方法是以色谱法为代表化学计量方法，虽然检测精度比较高，但操作程序复杂整个实验周期长，无法对有毒有害气体

12、进行不气间断全天候的检测，而气体传感器则满足这种要求，而且在人们平时生活中体传感器的应用也对减少气体爆炸，火灾事故发生起到了很大作用。当前世界很多强国都把传感器技术视为国家重点发展的技术，国防工业现代化、工业生产过程自动化，家用电器自动化都与传感器技术的发展息息相关，今天的传感器技术已经融入到了国民经济生活的各个领域，功能和作用日益突出。加多功能化、技术精微细化、智能化、集成化、指标高精度化和性能高稳定、高可靠化已经成为人们研究和开发传感器的重要方向。泄漏检测报警系统被广泛应用于各个领域，如石油运输管线，石油化工企业，锅炉炉管，城市自来水地下管线，发动机箱体等各种领域。泄漏检测技术的之所以得到

13、了很好的应用和发展，必须满足以下几个要求：1.准确可靠地判断泄露的发生。2.准确可靠地判断泄露程度，具有相对较高的灵敏度。3.检测原理简单，易于操作和维护。 第1章 绪论1.1 论文研究来源、目的和意义1.1.1 论文研究来源随着科学技术的发展，人们在能源工业生产领域和日产生活中越来越多得接触到CO气体。技术的进步给我们带来了极大的方便，但随之出现的类似于CO气体一样的还原性有毒气体也日益增多带来了巨大的安全隐患。一氧化碳气体发生泄漏到达爆炸极限后，遇到明火后，就会引发火灾爆炸等事故，造成严重的经济损失，加之CO气体本身就具有强烈的毒性，会给人们的生命健康带来极大的威胁。为了有效控制这类事故的

14、发生，就必须对这些CO气体进行现场实时监测，采用先进可靠地安全检测仪表，严格监控环境中CO气体的浓度，及早发现事故隐患，采取有效措施，控制和减少事故的发生，从源头上确保工业生产安全和家庭生活安全。因而，研究可燃性气体的检测方法与研制可燃性气体报警器就成为传感器技术领域发展的一个重要课题。1.1.2 课题研究的目的和意义CO是一种毒性非常强的极其容易爆炸的气体，常温下无色无味、难溶于水，但极其容易溶于氨水。由于其相对与空气的密度略低，因而可以均匀的扩散于监测环境中。在被CO污染的环境中，大多数人在慢性中毒的过程中完全意识不到它的存在，CO的这一特性加剧了它的危害性。CO被毫无知觉地吸入人体肺部后

15、，由于CO与血红蛋白的亲和能力比氧气和血红蛋白的亲和能力大约高250300倍，形成碳氧血红蛋白。而且他们结合后不易分离，它们的分离速度只有血红蛋白和氧的1/3600。因此造成血红蛋白更容易和CO结合而不是与氧气结合，使输送到人体各组织器官的血液供氧不足。甚至有可能夺走人体内的氧气，导致组织低氧症,使人体脑和其他组织因为缺氧窒息而中毒。当空气中的CO达到一定的浓度时，会直接威胁人的生命健康安全。接触到极高浓度的CO在极其短暂的时间里也可引起窒息。 CO给工业生产安全带来巨大危害，在煤矿井下，CO是引发瓦斯爆炸的最主要气体成分之一。在化工生产中，CO是一种有毒的危及工人生命安全的副产品。CO也是钢

16、铁冶炼工业中的有毒气体，在诸如冶金企业的焦炉、高炉、铁合金矿热炉等冶金生产中都伴随有大量的CO产生。在火灾的提前预报中，CO也被作为最重要的气体之一来监控，传统的感温、感烟、感火焰的火灾探测仪从原理上将都是利用它的物理特性来探测火灾的，不便于火灾早起预测预报。与此同时还容易受环境因素的影响而产生误测误报，可靠性差。近几年，科技有了踢飞猛进的发展，体传感器技术有了巨大进步。在在日常生活中，CO是智能家居系统，大气环境监测系统的重要检测指标参数，由于人们居住和工作环境的改善，城市居民每天在室内的活动时间已经占到80%左右，因而人们愈发的关注室内空气质量问题。液化气、煤气进入家庭为人们生活带来了方便

17、，改善了人们的生活，但同时也给人们带来了潜在的危险，CO就是最重要的危险源；在智能化家居系统中，CO也是被列出的重点监测气体之一，CO也是餐厅空气卫生监测的一项重要指标，在食物加工过程中产生的CO也不容忽视，他直接影响后厨工作人员和顾客的身体健康。为了完成对CO的检测，要装设可燃气体检测器，做到快速有效地发现事故隐患、尽早采取补救措施是极其有必要的。为了保证生产安全、工作和生活环境的空气质量从而开展的有害气体浓度检测是非常复杂而重要的课题。在当前社会的各个领域都需要监测CO的浓度。工业铝电解产生大量的CO气体。当前煤气、天然气在人们日常生活中得到了广泛应用，城市鼓励液化气小区取代传统的液化石油

18、气钢瓶，加之城市里的加油站日益增多这些因素都可能有大量CO出现，因此必须重视对CO的检测。在气体的生产、输送、储存和使用过程中，违反操作规程或设备密封质量达不到要求，都有可能导致可燃气体泄露的事故发生，进而引发火灾核爆炸事故，给国家和人民的生命财产造成不可挽回的损失。 因此，及准确的测出以上场合的CO浓度，对于防止CO中毒，火灾的提前预报、保障工业安全生产等方面有着十分重要的意义。 1.2可燃性气体报警器的国内外现状1.2.1一氧化碳检测的现状目前在一氧化碳检测领域采用比较多的是三点定电位的电化学原电池类型的传感器。它诞生于20世纪70年代中期，是由美国Enterqertics Science

19、公司利用三电极控制电位原理开发出来的检测CO浓度的敏感元器件专利产品。根据敏感元器件电解质的性质不同，可以划分为胶体电解质CO敏感元件、液体电解质CO敏感元件和固体CO电解质CO敏感元件。按照分析方法来划分，主要有：电气法（热导式和半导式）、光学吸收法（红外吸收法和紫外吸收法）、色谱法（层析法）等。1.2.2我国的CO检测发展我们国家的煤炭行业最早采用气体检测管测定CO浓度的时间是在20世纪50年代。气体管发源自美国，美国哈佛大学研制出第一支CO气体检测管。随着CO一体检测技术的日益完善，其应用领域也在不断扩大，有最开始的定性检测一种气体发展到目前可以定性定量检测多种气体；目前气体检测管技术被

20、广泛应用于化工、矿井、冶金、以及地质领域安全检测及工艺过程分析和环境保护、污染源及突发事故检测和劳动卫生检测等诸多领域。当前气体检测管依然是气体迅速检测的一个非常重要的方法。我国在“六五”、“七五”期间引进并模仿制造了西德产品，抚顺及大连化物所等相关单位也一直着力研制该产品。从国内生产的该款产品性能来看，由于受到我国当前材料加工水平的限制，所生产的CO检测敏感元件测量范围小，产品合格率低、易漏液而密封性差，使用寿命比较短，产品性能与西方先进水平有较大差距。目前，我国北京、济南和惠州已经有一些厂家生产CO气体报警器，但相对核心的敏感元器件仍由国外进口，价格高昂。仍然存在技术不过硬，使用寿命太短等

21、问题。以至于一些需要长寿命检测报警仪器仍要从国外进口。目前国内只有少量的比较少数量的CO检测报警仪应用于现场，尤其是在煤矿井下作业方面显得更加落后，大部分煤矿依靠人工井下采样、地上分析化验的方法，甚至有些领域还采用检测管检测的方法。井下缺少对CO气体安全监测的设备，难以满足工作面的推进及新工作开展的要求。同样也满足不了煤矿井下采空区、密闭区和火区等具有高浓度CO的区域对CO检测的需要。于是研发适应矿井检测的CO检测设备具有重要的意义。1.2.3 各国一氧化碳检测的发展当前市场上使用最广泛的CO传感器主要有电化学固体电解质型、金属氧化物半导体型和电化学固体高分子型等三种类型。自上个世纪70年代中

22、期，电化学CO传感器被研制出以来,凭借其具有使用维护方便、结构简单、选择性及灵敏度高等特点，深受国内外煤矿企业的高度重视。当前国外先进的电化学式CO传感器绝大多数采用的是铂黑催化电极，液体酸性电解质材料，运用电化学中恒电位电解法的原理，对CO进行浓度的检测。近些年，美国、德国、日本等对CO的开发相对迅速。他们当中最具有代表性的产品主要有以下几种：日本理研计器株式会社研制的CO-82型，CO-7型电化学CO传感器，美国Interscan公司的LD-145型电化学CO传感器；中美合资MSA有限公司研发的MiniCO型电化学CO传感器。当前CO检测仪的发展方向主要有微小型化、多功能化、网络嵌入式互联

23、网化、集成化和智能化。与此同时对系统易维修性、长期工作稳定性等方面的要求越来越高。尤其是伴随着半导体工艺和MEMS技术的日趋成熟，使红外气体监测分析器便携化、微型化成为可能。1.3本论文主要任务本论文研究的主要内容是煤气泄漏自动检测报警，主要针对CO气体，实现煤气泄漏的监测与报警。数据采集模块利用传感器实现对环境中CO浓度的实时采集、利用单片机对电路状态信号和数据进行预处理。单片机利用处理子程序、报警子程序对采集到的数据进行处理并且发出报警信号，通过计算机的I/O接口输出；输出信号驱动相应的驱动电路，分别控制报警灯、蜂鸣器及排气扇，从而完成对煤气泄露事故的实时监测及控制。第2章 总体设计方案2

24、.1 系统设计要求2.1.1 一氧化碳浓度监测及报警装置系统的功能在本设计中，一氧化碳浓度监测及报警系统装置的主要功能就是快速准确的检测被测气体中的CO含量，通过LCD显示屏将CO气体浓度显示出来，当一氧化碳气体浓度达到一定门限门限值时发出声光报警，为了提高实用性系统还应该具备人机交互界面。为了实现以上功能系统必须具备气体传感器、A/D转换电路、LED数码显示、数据采集、单片机、输入键盘、声光报警单元和继电器控制排风扇单元。本系统的设计主要是为了实现以下几项功能：首先，实时监测环境中CO的浓度；其次，当环境CO浓度过大时，报警器要进行灯光报警，同时继电器吸合，控制排气扇工作，从而降低环境中CO

25、的浓度值。2.1.2 一氧化碳浓度监测及报警装置系统框图本设计主要由CO气体传感器电路、单片机、负载驱动电路、控制程序和编码程序组成。系统工作流程为：由装在室内的CO传感器获得测量对象（室内CO浓度）原始信号，经过MQ-7传感器处理后进入A/DC0809进行模数转换，得到被测对象的数字量信号，然后再将数据交由单片机进行处理，得到室内环境中CO浓度值，将此数据通过LCD显示屏显示出来并且保存起来，同时根据系统设定的限制参数判断环境浓度是否超过设定值。如果超过设定值立马向输出端口输出控制信号，蜂鸣器开始鸣叫，继而通过继电器打开排气扇排出室内高浓度的CO气体，当环境中的CO气体浓度恢复正常时蜂鸣器停

26、止鸣叫，单片机通过继电器关闭排气扇。图2-1 系统框图2.2 系统的技术要求在了解了这个系统的工作原理和功能之后，我们就可以基本确定系统的技术要求。系统采用的是成本较低的AT89C51单片机处理器，可以满足批量生产和各类工程的需求。对于完整的一个系统而言，为提高市场的竞争力，这个系统应满足功耗低、体积小、数字传输性能可靠和成本低廉等技术指标要求。具体指标和参数如下：（1）体积小：探测器的体积要尽可能得小，这样占用的空间才能减少，使用才会更方便；（2）功耗低：系统可以采用三节5号干电池供电或5v电源供电（3）可靠性高：由于系统工作的环境中可能存在不确定的电磁干扰，为了保证系统在较长时间内可以可靠

27、地连续工作，同时减少误报次数，所以选择多指示灯，指示不同的状态。具体技术指标如下：应用范围：工业生产和人民生活中的CO检测；检测对象：包括CO气体在内的各种还原性气体以及他们的混合气体检测范围：CO：01000ppm;检测精度：CO优于20ppm;报警浓度：100ppm300ppm;响应时间：小于等于30ms;电池电压：+5V；工作温度范围：-20+70;工作湿度范围：1095%RH。 2.2.1气体传感器介绍1.气体传感器是气味和气体检测的关键元件。根据其气敏特性，气体传感器可以分为六大类：（1）半导体气体传感器（2）固体电解质气体传感器（3）接触感染式气体传感器（4）高分子气体传感器（5）

28、电化学式气体传感器（6）光学式气体传感器2.气体传感器应满足的基本条件一个气体传感器可以是单功能的，也可以是多功能的；可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。但是，任何一个完整的气体传感器都必须具备以下条件：（1）能够有选择性地检测到某种单一气体，而对共存的其他气体不响应或者低响应。（2）对被测气体具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的气体浓度。（3）对检测信号响应速度快，重复性好。（4）器件能够长期稳定工作。（5）寿命时间相对较长（6）成本价格低廉，维护与使用方便。2.2.2气体传感器的选定气体传感器是本系统检测一氧化碳浓度的最基本器件，也是系统的核心和重点，选择与系统

29、相匹配的传感器成为决定系统成功的关键。CO气体传感器属于气体敏感型传感器，通过A/D转换电路将模拟量转换成数字量以后送到单片机中，紧接着由单片机完成数据的处理、浓度分析和报警控制等工作。传感器作为一氧化碳浓度监测及报警系统的信号采集部分，是系统的核心组成部分之一。由此看来，传感器的选型是非常重要的。本检测系统最关键的部分在于室内一氧化碳浓度的检测，本设计考虑到室内空气中一氧化碳含量的大致范围，结合国家空气质量标准(GB30951996)规定的一氧化碳分级标准，我选用了MQ-7气体传感器,它的特点是对一氧化碳具有良好的选择性和灵敏度，只需简单的驱动即可，能够长期连续地稳定使用。适用于在室内对一氧

30、化碳气体、煤气的检测。表2-1 标准工作条件表2-2 环境条件表2-3 灵敏度特性MQ-7气体传感器所使用的气体敏感材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡。采用高低温循环检测方式（1.5V加热）检测一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳浓度增加而增大，高温（5.0V加热）清洗低温时吸附的杂散气体。使用简单的电路即可使电导率发生变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-7气体传感器对一氧化碳的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。11洛阳理工学院毕业设计（论文）第3章 系统的硬件设计3.1 总体电路总体硬件电路原理图可见附件1，附件1图为pro

31、tel99se所画。系统实时显示当前的浓度值，共有1个报警值（可以通过按键设定），默认开机时报警值是25，当浓度值小于25时，绿灯闪烁，继电器断开，当浓度值大于25时，红灯闪烁，继电器吸合，控制排气扇工作。3.2 MQ-7烟雾传感器的介绍MQ-7烟雾传感器主要用于以CO为主要成分的气体的检测，而且它具有很强的抗干扰能力，水蒸气、烟等干扰气体对它的影响小。MQ-7型气敏元件具有以下特点：（1）采用烧结半导体所形成的敏感烧结体，具有稳定的R（即器件咱纯洁空气中的阻抗值，从而给长期稳定工作做了有效保障。（2）一个电源供电，他的功率损耗只有0.7W左右。（3）对所测试的气体有极高的灵敏度和信噪比。器件

32、的灵敏度：S=Ro/Rx为1030。常见为QM系列的S值仅8左右。Rx为器件在丁烷浓度为0.2%时的阻抗。图3-1 MQ-7电路图器件的主要参数如下：响应时间：Tr10s恢复时间：Tn60s加热电压：V+=5+0.2V加热功率：约0.7W抗干扰能力： 丁烷浓度在0.2%时在浓度小于85%RH，在-10至+40温度下不会引起误报。工作环境：温度-10至+50 湿度85%RH下图是元件外形结构图，基座采用耐高温酚醛塑料压制而成，引脚为镀镍铜丝，上罩采用双层密纹不锈钢网压制，有较高的强度和防爆能力。图3-2 MQ-7元件外形结构MQ-7气敏元件的结构和外形如上图所示，有微型AL2O3陶瓷管、SnO2

33、敏感层，测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。封装好的气敏元件只有六只针状管脚，其中四个用于信号输出，两个用于提供加热电流。3.3主控电路3.3.1AT89C51的简介AT89C51是一种带4K字节闪速可电改写存储器Flash ROM的低功耗，性能比较好的COMS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C51片内数据存储器为128字节，地址为00H-7FH，用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等。AT89C51的可擦除只读存储器可以反复擦写100次，该单片机采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术，与工业标准的MCS-51指令集

34、和输出管脚相兼容。因为将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51是它的一个精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。3.3.2主要性能参数其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容，一个8位的80C51微处理器。4K字节可电改写的闪速程序存储器Flash ROM,用以存放程序、一些原始数据和表格。4个8位并行I/O端口P0-P3，每个端口既可以用作输入，也可以用作输出。静态工作：0Hz-24Hz，单片机内部有振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接，最高允许振荡频率为24Hz。片内

35、256字节数据存储器RAM/SFR，用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等。4个8位并行I/O口P0-P3，每个端口即可以用作输入，也可以用作输出。一个全双工UART（通用异步接发器）的串行I/O口，用以实现单片机之间或单片机与PC机之间的串行通信。两个16位定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成记数方式，用以对外部事件进行记数，也可以设置成定时方式，并可以根据记数或定时的结果实现计算机控制。AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时器，一个5级中断机构，一个全双工串行通信口，片内振

36、荡器及时钟电路。同时，AT89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz，并提供两种可用软件来选择的节电工作模式，分别为：空闲方式和掉电模式。空闲模式下停止CPU的工作，但允许RAM、定时/记数器、串行通信中断系统继续工作。掉电模式下片内震荡器停止工作，由于时钟被冻结，是一切功能都被暂停，因而只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。3.3.3管脚说明VCC：电源端,接+5V电压。VSS：接地端。P0口：P0口为一个8位漏极开路准双向I/O口，作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8个LS型TTL负载。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为输入。此时P0口的全部引脚浮空，可作为高阻

37、抗输入。P0能够用于访问外部程序数据存储器，它可以分时提供低8位地址和8位数据的复用总线。在FIASH编程时，P0 口接收指令字节，当FIASH进行校验时，P0输出指令字节，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器可以驱动4个TTL输入。P1口管脚写入1后，通过内部的上拉电阻将端口电压上拉为高电平，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其

38、管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。又因为作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。当P2口用于访问外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高8位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8位带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。在对

39、闪速存储器编程和程序校验时，P3口还接收一些控制信号。P3口除了做一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能。表3-1 P3口第二功能引脚备选功能P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RXD（串行输入口）TXD（串行输出口）/INT0（外部中断0）/INT1（外部中断1）T0（记时器0外部输入）T1（记时器1外部输入）/WR（外部数据存储器写选通）/RD（外部数据存储器读选通）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚

40、用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。图3-5 AT89C51管脚图/EA/VPP：当/EA

41、保持低电平时，则在此期间CPU只访问外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。然而需要注意的是如果保密位LB1被编程，则复位时在内部会锁存/EA端的状态；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：接外部晶体和微调电容的一端。在片内，它是震荡电路反向放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚输入外部输入时钟。XTAL2：接外部晶体和微调电容的另一端。在AT89C51片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的固有频率就是晶体的固有频率。若需采用外部时钟电路，则该引脚悬空。时钟振荡器：AT89C

42、51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端，这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷振荡器一起构成自激振荡器。用户还可以采用外部时钟，在这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。3.4模/数转换器ADC08093.4.1ADC0809的介绍ADC0809具有8个通道的模拟输入线（IN0IN7），可在程序的控制下对任意通道进行A/D转换，获得8位二进制数字量（D7D0）。模拟输入部分有

43、8路多路开关，可由3位地址输入ADDA、ADDB、ADDC的不同组合来选择，ALE为地址锁存信号，高电平有效，锁存这三条地址输入信号。主体部分是采用逐次逼近式的A/D转换电路，由CLK控制的内部电路的工作,START为启动命令，高电平有效，启动ADC0809内部的A/D转换，当转换完成，输出信号EOC有效，OE为输出允许信号，高电平有效，打开输出三态缓冲器,把转换后的结果送DB。ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三

44、态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与TTL兼容。3.4.2引脚功能ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，下面说明各引脚功能。 IN0IN7：8路模拟量输入端。D0D7：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。ALE：地址锁存选通信号，输入高电平有效。 START： AD转换启动信号，输入高电平有效。 EOC： AD转换结束信号，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入高电平有效。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CL

45、K：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基准电压输入端,它们决定了输入模拟电压的最大值和最小值. VCC：电源，接5V。GND：接地。图3-6 ADC0809管脚图3.4.3主要特性1. 8路8位AD转换器，即分辨率8位2. 具有转换起停功能控制端3. 转换时间为100s4. 单个5V电源供电5. 模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准6. 工作温度范围为-4085摄氏度7. 低功耗，约15mWADC0809的工作过程是：当模拟量送至某一输入通道IN0后，CPU将标识该通道编码的三位地址信号经数据线或地址线输入到ADDC、ADDB、ADDA引脚上。

46、然后输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD转换完成，转换开始,EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。转换结束,OE输入高电平，EOC可作为中断请求信号, 转换结束后，可通过执行IN指令，设法在输出允许OE脚上形成一个正脉冲，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。3.5CO气体检测电路的设计图3-7 MQ-7检测电路图如图3-7所示，在这个电路中，有两个部分，其中一部分是CO传感器检测气体浓度，将电压信号给传输给AD

47、C0809，另一部分是模数转换电路将模拟信号转换成数字信号给单片机，单片机再读取相应的数值进行处理。3.6液晶显示电路设计图3-8 液晶显示电路设计LCD1602A 是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02 即32个字符。（16列2行）。在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED数码管、液晶显示器。发光管和LED数码管比较常用，软硬件都比较简单。在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个

48、优点：由于液晶显示器的每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新亮点。因此，液晶显示器画面质量高且不会闪烁。 液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。 液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。 相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。 （1）引脚说明：第1脚：VSS为地电源。 第2脚：VDD接5V正电源。 第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对

49、比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。 第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第714脚：D0D7为8位双向数据线。 第15脚：背光源正极。 第16脚：背光源负极。（2）1602LCD的RAM地址映射以及标准字库表LCD1602液晶模块内部的字符发

50、生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符图有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母。它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的（说明：1为高电平，0为低电平）。指令1：清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H 。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 。S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效

51、 。指令4：显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标。 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁 。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标 。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线。 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示。 F：低电平时显示5X7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符 （有些模块是 DL：高电平时为8位总线，低电平时为4位总线）。指令7：字符发生器RAM地址设置 。指令8：DDRAM地址设置 。指令9：读出忙信号

52、和光标地址。 BF为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙，模块就能接收相应的命令或者数据。指令10：写数据 。指令11：读数据 。液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符。例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H 就可以将光标定位在第二行第 一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1，所以实际写入的数据应该是01000000B（40H）+10000000B(80H)=1100000

53、0B(C0H) 。在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。1602 液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如下图所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。液晶显示的原理是利用液晶的物理特性， 通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。

54、液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。3.7声光报警提示电路3.7.1灯光提示电路图3-9灯光提示电路LED英文单词的缩写，主要含义：LED = Light Emitting Diode，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光；它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。据分析，LED的特点非常明显，寿命长、光效高、辐射低与功耗低。作为目前全球最受瞩目的新一代光源，LED因其高亮度、低热量、长寿命、无毒、可回收再利用

55、等优点，被称为是21世纪最有发展前景的绿色照明光源。我国的LED产业起步于20世纪70年代，经过近40年的发展，产品广泛应用于景观照明和普通照明领域，我国已成为世界第一大照明电器生产国和第二大照明电器出口国。近几年来，随着人们对半导体发光材料研究的不断深入，LED制造工艺的不断进步和新材料（氮化物晶体和荧光粉）的开发和应用，各种颜色的超高亮度LED取得了突破性进展，其发光效率提高了近1000倍，色度方面已实现了可见光波段的所有颜色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出现，使LED应用领域跨越至高效率照明光源市场成为可能。曾经有人指出，高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后，最伟大的发明之一

56、。 本设计利用不同颜色的LED指示不同的烟雾浓度报警。3.7.2声音报警电路图3-10声音报警电路蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。 蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。1压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V直流工作电压）,多

57、谐振荡器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互缠绕,蜂鸣器驱动电路一般都包含以下几个部分：一个三极管、一个蜂鸣器、一个限流电阻。蜂鸣器为发声元件，在其两端施加直流电压（有源蜂鸣器）或者方波（无源蜂鸣器）就可以发声，其主要参数是外形尺寸、发声方向、工作电压、工作频率、工作

58、电流、驱动方式（直流/方波）等。这些都可以根据需要来选择。本设计采用有源蜂鸣器。三极管Q1起开关作用，其基极的低电平使三极管饱和导通，使蜂鸣器发声；而基极高电平则使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。  3.8 负载控制电路图3-12继电器控制负载电路电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这

59、样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。电路中继电器室通过PNP型三极管驱动，当阀值超过设定时，单片机会由高电平跳变成低电平，三极管导通继电器吸合，继电器起开关作用，可以驱动负载。3.9按键电路图3-13按键电路本设计采用按键接低的方式来读取按键，单片机初始时，因为为高电平，当按键按下的时候，会给单片机一个低电平，单片机对信号进行处理单片机键盘有独立键盘和矩阵式键盘两种：独立键盘每一个I/O 口上只接一个按键，按键的另一端接电源或接地（一般接地），这种接法程序比较简单且系统更加稳定；而矩阵式键盘式接法程序比较复杂，但是占用的I/O少