智能家用燃气泄漏器

1、智能家用燃气泄漏报警器家用扫地机: cqygqc 南京邮电大学高等教育自学考试 专接本专业毕 业 设 计 (论文)设计题目：家用燃气泄漏报警器的设计专科学校 姓 名 准考证号 本科专业 指导教师完成日期 年 月日附表一南京邮电学院高等教育自学考试 专接本专业毕业设计任务书（本科）下达任务书： 年 月 日附表二开 题 报 告注：不够可另加附页。附表三毕业设计(论文)工作中期检查表年 月 日附表四毕业设计（论文）评语表（本科）摘 要随着经济和科学技术的快速发展,人们对生活质量的提高和生活环境的改善越来越重视,液化气、煤气进入家庭的使用为人们带来了方便,也改善了城市的环境,但同时也给人们带来了潜在的

2、危险,其中一氧化碳是最主要的危险源。一氧化碳是一种无色无味的气体，同时燃气燃料在使用中，若管道和阀门密封不好，它们泄露出去，轻者引起中毒，重者造成火灾，危及人们的生命财产。由于这些原因，对于气体的检测与控制就变得很重要了，使用燃气报警器是对付燃气泄漏的重要手段之一。基于此现实，现提出利用单片机系统进行有效的预防措施。本论文针对家庭燃气主要类型与成分而设计的燃气泄露报警系统，以气敏传感器和单片机为核心器件。该燃气报警器是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格廉价的报警器，它具有很强的实用性。当这些气体在室内达到一定要求浓度（安全值）时，该装置能够进行声光报警，提醒人们注意有家里有燃气泄漏，及时采

3、取措施。关键词： 气敏传感器； 单片机； 模数转换； 报警器系统；ABSTRACTWith the rapid development of economy, science and technology, people to improve the quality of life and improving the living environment more and more attention , liquefied gas into the home 's convenient for people to use , but also to improve the urban

4、 environment, but at the same time also gave rise to a potential risk , which is the most dangerous source of carbon monoxide . Carbon monoxide is a colorless , odorless gas fuel in use at the same time , if the piping and valve seal is not good, they leaked out , the light can cause poisoning, caus

5、ed severe fire , endangering people's lives and property . For these reasons, the detection and control of gas becomes very important, the use of combustible gas is one of the important means to deal with a gas leak . Based on this reality , the use of single-chip systems are proposed for effect

6、ive preventive measures.In this thesis, the main types of home and composition of gas and gas leak alarm system designed to gas sensors and microprocessor as the core device . The combustible gas is a simple structure , stable performance, easy to use, inexpensive price alarm, it has a strong practi

7、cality. When these gas concentrations in the indoor meet certain requirements ( safety value ) , the device can be audible and visual alarm , a reminder of the family has had a gas leak , take timely measures .Keywords：Gas sensors; SCM; analog-digital converter; alarm system;目 录第一章 概述 . 11.1 课题的背景、目

8、的和意义 . 11.1.1 课题的背景 . 11.1.2 课题的目的和意义 . 11.2 题目可燃性气体报警器的国内外现状 . 11.3 报警系统实现的基本内容和功能 . 31.3.1 报警系统实现的基本内容 . 31.3.2 报警系统实现的基本功能 . 3第二章 系统总体方案设计 . 42.1 燃气泄漏报警系统的设计思路 . 42.2 系统原理及基本框图 . 42.3 燃气报警系统总电路设计 . 5第三章 燃气泄漏报警系统的硬件设计 . 73.1 控制模块 . 73.1.1 单片机的简介 . 73.1.2 引脚介绍 . 73.1.3 最小系统 . 83.2 模数转换模块 . 113.2.1

9、ADC0809的简介 . 113.2.1 引脚介绍 . 123.3 气体检测模块 . 143.3.1 传感器MQ-2简介 . 143.3.2 MQ-2参数 . 153.3.3 传感模块最小系统 . 163.4 显示模块 . 173.4.1 LCD简介 . 173.4.2 LCD工作原理 . 183.4.3 显示器最小系统 . 193.5 报警模块 . 203.5.1 LED和蜂鸣器 . 203.5.2 报警工作原理 . 203.6 硬件电路的调试 . 21第四章 软件部分的设计及测试 . 224.1 主程序设计流程与编程 . 224.2 主程序设计流程图 . 224.3 程序测试 . 244.

10、4 软件程序的调试 . 25结束语 . 26致谢 . 27参考文献 . 28附录一 家用燃气报警系统的程序设计 . 29附录二 系统和大图 . 35附录三 系统实物图 . 36南京邮电大学2014级毕业论文第一章 概述1.1 课题的背景、目的和意义1.1.1 课题的背景随着科技的发展，我国燃气的变革及西气东输工程的进行，煤气或天然气已成为多数家庭的燃料。但是可燃性气体在给我们带来极大便利的同时，也存在巨大隐患。每年因煤气泄漏造成的煤气中毒事故中，因使用热水器不当或产品本身的质量问题造成的一氧化碳中毒事故全国均有不少事例。更有甚者，因室内煤气浓度过高引起煤气爆炸的事故也不少见。因为燃气使用造成严

11、重经济损失，甚至会危及生命安全。为了减少这类事故的发生，就必须对这些可燃性气体进行现场实时检测，采用可靠的燃气报警装置，严密监测室内环境中可燃性气体的浓度，及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保家庭生活安全。因此，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发展领域的一个重要课题。1.1.2 课题的目的和意义人们面对燃气泄漏而造成的种种事故威胁，就真的没有一个彻底的解决办法吗？据有关专家介绍，使用燃气报警器是对付燃气无形杀手的重要手段之一。燃气专家指出，燃气泄漏或废气排放而大量产生的一氧化碳是燃气中毒事件响应的根源，如果采用燃气泄漏报警器就能得到及时的警示。有

12、关部门经长期测试同样得出结论，燃气报警器防止一氧化碳中毒事故发生的有效率达95%以上。随着科学技术的迅猛发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，燃气泄漏则是人们日常生活中常常需要测量和控制的一个问题。人们己不满足于传统的居住环境，对家庭及住宅小区安全提出了更高的要求，报警系统被引入家庭，并迅速在世界各地发展起来。人们对居住环境要求的日见增高，体现在希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。1.2 题目可燃性气体报警器的国内外现状国外从20世纪30年代开始研究及开发气体传感器，且发展迅速，一方面是因为人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是因为传感器市场增长受1南京邮电大学

13、2014级毕业论文到政府安全法规的推动。据有关统计，美国1996年2002年气体传感器年均增长率为27%30%。随着传感器生产工艺水平逐步提高，传感器日益小型化、集成度不断增大，使得气体检测仪器的体积也逐渐变小，提高了气体检测仪器的便携性，更加利于生产、运输及市场推广。1963年5月，日本开发完成第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，次年12月其改良产品问世，改良的报警器可以检测燃气、一氧化碳等气体，可以安装在浴室或者采用集中监视。我国在70年代初期开始研制可燃性气体报警器，生产型号多样、品种较齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增加。但主

14、要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，进行研究与开发形成自己的特色。近年来，在气体选择性和产品稳定性上也有很大进步。燃气报警器可分为民用可燃气体报警器、工业用可燃性气体报警器、有毒有害气体报警器三大系列产品。(1)民用可燃气体报警器民用可燃气体报警器为居民家庭用的燃气报警器,一般安装在厨房，遇燃气泄漏时，报警器可发出声光报警，或同时伴有数字显示，同时联动外部设备。有的报警器可自动开启排风扇，把燃气排出室外；有的报警器在报警时可自动关闭燃气阀门，以防燃气继续泄漏。(2)工业用可燃性气体报警器及有毒有害气体报警器工业用可燃性气体报警器及有毒有害气体报警器只是检测探头有差异，而在原理

15、和应用中都很相近。工业用燃气报警器及有毒气体报警器根据检测环境的不同，也可分为检漏仪、控制器和探测器。检漏仪的体积较小，可随身携带或手持，主要应用于燃气管理的查漏与巡检。若有燃气泄漏，检漏仪便会发出声光报警，同时数字显示气体浓度，以便及时采取安全措施，防止爆炸等恶性事故的发生。控制器与探测器结合使用，可在防爆现场长期监测气体的浓度。探测器安装在防爆现场，控器壁挂在值班室等有人值守的地方，二者采用屏蔽电缆线连接。当在现场的探测器探测到燃气泄漏之后，通过屏蔽电缆线将信号传到控制器，控制器发出声光报警，同时启动排风装置或关闭电磁阀切断气源，以确保安全。此种仪器广泛应用于液化气站、汽车加气站、锅炉房等

16、工业场所。2南京邮电大学2014级毕业论文1.3 报警系统实现的基本内容和功能1.3.1 报警系统实现的基本内容针对经常发生的燃气泄漏中毒事件，采用煤气、甲烷、乙烷及一氧化碳等气体传感器、单片机、LCD显示器、LED发光二极管和蜂鸣器，设计一套基于单片机的燃气报警系统，控制系统主要是由STC89C52单片机、电源电路、AD数据采集电路、传感器电路、看门狗电路、复位电路、实时时钟电路、LCD显示，声光报警电路1等部分组成。单片机通过AD转换8路传感器来所得到的信号，进行比较处理，并且能够存储各个通道的报警上限和报警时的数据储存，并且在安全值内，轮回显示当前通道的测量值和设定值，在安全值外，产生声

17、光报警，并且轮回显示报警通道的当前值、设定值。报警系统由硬件和软件两大部分组成。其中硬件部分由蜂鸣器、LED发光二极管、LCD显示器、气敏传感器制器、AD转换器，单片机主控器等设备组成。软件部分主要是报警系统控制程序。气敏传感器用来检测空气中燃气的浓度，当空气中燃气含量超过允许标准浓度后，传感器所获得的感应模拟信号经过AD转换器后传到单片机控制系统中，再由单片机控制系统对各感应信号进行相应识别和处理，并将处理后的感应信号送至各个硬件，对各个硬件采取相应的警报动作。报警信号加至报警声响电路的控制端后，报警声响电路被触发，发出报警声，同时发光二极管发光报警。1.3.2 报警系统实现的基本功能本文所

18、设计的数字气体报警器采用单片机STC89C52，其价格便宜，易于产品化。本设计能将置于测试环境中的气体传感器输出的模拟电压通过A/D转换器送入单片机STC89C52中进行处理并通过液晶屏显示，通过设置报警值，当检测到的浓度达到或者超过设定值时，用单片机控制发光二极管发光报警，同时打开喇叭发出声音报警，来达到报警的目的。系统以MQ-2气体传感器和STC89C52 单片机为核心2, 设计气体泄漏报警器。实现：1准确测量周围环境中的可燃性气体、有毒有害气体的泄漏；2实现系统各个模块的功能控制；3实现单片机编程语言系统的控制及传感器电路的控制。4研究单片机各接口的作用及功能；5了解MQ-2气体传感器的

19、具体功能；6实现对基本报警电路的控制。3南京邮电大学2014级毕业论文第二章 系统总体方案设计2.1 燃气泄漏报警系统的设计思路根据在家庭室内使用易燃易爆的气体的安全性要求，设计的燃气泄漏报警器应不仅能在较宽的温度范围工作，而且应具备实时监测室内煤气浓度，发出声光报警。尽量减少成本，提高可靠性和稳定性。总得来说，燃气泄漏报警系统是通过气体传感器检测室内的可燃气体的浓度，再由单片机进行控制报警处理的。主要由三部分组成，一是传感器，能够采集环境中的气体浓度，安装在气体源附近；二是控制器，能够对煤气信号进行处理和控制报警；三是报警装置，根据控制器发出的信号采取相应的报警措施。2.2 系统原理及基本框

20、图根据毕业设计的要求本次设计采用STC89C52单片机机芯片配合ADC0809模/数转换芯片构成一个简易的可燃气体检测报警系统3，显示部分由LCD液晶显示屏显示可燃气体的浓度。该电路通过MQ-2传感器检测可燃气体并发出0-5V的电压信号并输入到ADC0809芯片采样模拟量电压，经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道DB0DB7传送给STC89C52单片机的P2口。STC89C52单片机负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正确的LCD的数据的实时显示。本系统有单片机最小系统及电源、LCD液晶显示、可燃气体检测、报警电路组成。基本原理如图2-1所示：4南京邮电大学2014级毕业论文图2

21、-1 系统基本方框图系统工作流程为:由装在室内的CO传感器获得被测量对象(室内CO浓度)原始信号,经过温度补偿和取样放大得到矫正后的可匹配信号，进入A/D转换,得到被测对象的数字量信号,再由单片机进行数据处理,得到最终的室内环境CO浓度值,将此数据通过LCD液晶显示并保存,同时根据系统设定的限值参数判断环境浓度是否超标,如果超过安全最低限度立即向报警电路输出控制信号,此时启动预警信号进行声光报警提示,提示室内人员打开门窗、关闭气源。具体技术指标如下：应用范围：家庭生活中的可燃性气体检测；检测对象：CO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：1

22、00ppm300ppm；响应时间：30ms；电池电压：+5V；工作温度范围：-20+70；工作湿度范围：1095%RH。2.3 燃气报警系统总电路设计根据各模块的选择的方案、元器件，确定了各个模块的设计方案。5南京邮电大学2014级毕业论文控制模块：采用STC89C52增强型单片机；模数转换模块：采用ADC0809模数转换器；气体检测模块：采用MQ-2型气体传感器；显示模块：采用LCD1602液晶显示；声光报警电路：采用蜂鸣器和发光二级管报警；根据各个模块设计的电路，通过整合，由此得到了系统总体的电路设计，如图2-2所示。图图2-2系统总体设计框图 2-2系统总体设计框图6南京邮电大学2014

23、级毕业论文第三章 燃气泄漏报警系统的硬件设计3.1 控制模块3.1.1 单片机的简介STC89C52单片机是STC公司生产的八位单片机。在这一块芯片上集成了一台微型计算机的各个主要部分。其中主要有CPU，存储器，可编程I/O口，定时/计数器，串行口4等，各部分通过内部总线连接。STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。3.1.2

24、 引脚介绍STC89C52的引脚图如图3-1所示。 主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周图3-1 STC89C52引脚图期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可

25、编程输入/输出引脚（32根）STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。7南京邮电大学2014级毕业论文PO口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.73.1.3 最小系统单片机最小系统包括时钟电路和复位电路如图3-2所示：1.时钟电路STC89C52内部有一个用于构成振荡器

26、的高增益反相放大器6，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图33(a) 所示，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。图3-2 单片机最小系统图外部方式的时钟电路如图33（b）所示，XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分

27、频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。8南京邮电大学2014级毕业论文(a)内部时钟电路(b)外部部时钟电路XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频7，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。2.复位及复位电路 （1）复位操作复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除PC之外，复位操作还对其他一些寄

28、存器有影响，它们的复位状态如表3-1所示。寄存器 PC ACC PSW SP DPTR P0-P3 IP IE TMOD复位状态 0000H 00H 00H 07H 0000H FFH XX000000B 0X000000B 00H寄存器 TCON TL0 TH0 TL1 TH1 SCON SBUF PCON复位状态 00H 00H 00H 00H 00H 00H 不定 0XXX0000B表3-1 一些寄存器的复位状态图3-3时钟电路9南京邮电大学2014级毕业论文（2）复位信号及其产生RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若

29、使用颇率为12MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。复位信号如图3-4所示。图3-4 复位信号的电路逻辑图8 整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图35（a）所示。这佯，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键

30、电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如图35（b）所示：而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的。其电路如图35（c）所示：10南京邮电大学2014级毕业论文(a)上电复位(b)按键电平复位(c)按键脉冲复位图3-5复位电路图上述电路图中的电阻、电容参数适用于12MHz晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。本系统的复位电路采用图35（b）上电复位方式。3.2 模数转换模块 3.2.1 ADC0809的简介ADC0809具有8个通道的模拟输入线(IN0IN7)，可在程序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

31、分有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9，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，

32、且有三态输出能力，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。主要技术指标和特性11南京邮电大学2014级毕业论文（1）分辨率：8位。（2）总的不可调误差：ADC0809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（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。3.2.1 引脚介绍ADC0809芯片有28

33、条引脚，采用双列直插式封装10，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。CLK：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

34、最大值和最小值. VCC：电源，接5V。GND：接地。（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。（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12南京邮电大学2014级毕业论文压。在单极性输入时，VR(+)=5V，VR(-)=0V；双极性输入时，VR(+)、VR(-)分别接正、负极性的参考电压。（

35、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/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

36、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，ADC0809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。ADC0809的外部引脚图和外部引脚分别如图3-6和3-7所示：图3-6 ADC0809外部引脚图图3-7 ADC0809内部结构图ADC0809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。然后输入3位地址，并13南京邮电大学2014级毕业论文使ALE=1，

37、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。3.3 气体检测模块3.3.1 传感器MQ-2简介要进行个具体的测量工作，使用何种原理的传感器，需要分析多方面的因素。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传

38、感器更为合适，则需要考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量。考虑上述问题之后我们选用MQ-2气敏传感器，该传感器在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度，对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高，长寿命、低成本简单的驱动电路即可，该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。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。

39、MQ-2气敏外形图3-8 MQ-2的结构和外形 结构14南京邮电大学2014级毕业论文元件的结构和外形如图3-8所示(结构 A 或 B), 由微型Al2O3陶瓷管、SnO2 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。封装好的气敏元件有只针状管脚，其中个用于信号取出，个用于提供加热电流。MQ-2气敏元件的各部件的材料组成如表3-2所示：表3-2 MQ-2的部件材料组成3.3.2 MQ-2参数A. 标准工作条件符号VcVHRLRHPH 参数名称 回路电压 加热电压 负载电阻 加热电阻 加热功耗 技术条件 15V 5.0V±

40、0.2 V 可调 31±3 900mW 备注 AC or DC AC or DC 室温B. 环境条件符号TaoTasRHO2 参数名称 使用温度 储存温度 相对湿度 氧气浓度 技术条件 -10-50 -20-70 小于 95%RH 21%(标准条件)氧气浓度会影响灵敏度特性 备注 最小值大于15南京邮电大学2014级毕业论文C. 灵敏度特性符号Rs 参数名称 敏感体表面电阻浓度斜率 技术参数 3K-30K (1000ppm 异丁烷 )0.6 备注 探测浓度范围 100ppm-10000ppm 液化气和丙烷 300ppm-5000ppm 丁烷 5000ppm-20000ppm 甲烷30

41、0ppm-5000ppm 氢气100ppm-2000ppm 酒精 (3000/1000) 异丁烷标准工作条件 温度： 20±2 Vc:5.0V±0.1V相对湿度： 65%±5% Vh: 5.0V±0.1V预热时间 不超过1小时3.3.3 传感模块最小系统气体传感器将采集的气体信号转化为电信号，不是纯粹的直流，与直流相差很大，还存在较大的脉动成分，即纹波。为滤除所采集到的电信号的脉动成分从而获得比较理想的直流电压，采用了电容元件设计了具有滤波作用的电路。传感模块的最小系统如图3-9所示。 RC低通电路的工作原理是通过电容元件在充放电过程中，使输出电压趋于平

42、滑稳定。经过滤波整流后，可大大提高检测的准确性、可靠性，减小因其它气体产生的干扰等。整流电路图如图3-10所。传感模块的引脚与ADCO809的IN0引脚连接，将经过滤波后的的模拟信号输送到模数转换器中。图3-9 传感模块的最小系统图3-10 RC低通电路图图16南京邮电大学2014级毕业论文3.4 显示模块3.4.1 LCD简介液晶是一种高分子材料，因其特殊的物理、化学、光学特性，广泛应用轻薄显示器上。液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯管构成画面。在本课程设计中用的是LCD1602，它可以显示文字，也可以显

43、示数据。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件11，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。在基于单片机实时家用燃气报警系统中我们应用液晶显示器作为输出器件，具有显示质量高、数字式接口、体积小、重量轻、功耗低等优点。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。其引脚图如图3-11所示：显示容量：工作电流：字符尺寸：17南京邮电大学2014级毕业论文3.4.2 LCD工作原理点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行

44、由16字节，共16×8=128个点组成，屏上64×16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，?（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。字符型液晶显示器LCD1602是一种专门用于

45、显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。LCD的外形尺寸如图3-12所示.图3-12 1602的外形尺寸LCD1602的接口说明如表3-3所示：18南京邮电大学2014级毕业论文表3-3 LCD1602各引脚接口说明3.4.3 显示器最小系统液晶显示器，主要能够显示我们我们测得的CO的浓度值，该液晶显示屏有两行，可以进行双行显示。由下图我们可以知道，液晶显示器的8个数据口和单片机的P1端口相接，可以进行数据的传输。液晶显示器还有其它的三个引脚和单片机的另三个口P30，P31，P32连接，通过控制这三个口的信号，单片机就能控制液晶显示显示数据

46、。其最小系统如图3-13所示。图3-13 LCD与单片机的连接图19南京邮电大学2014级毕业论文3.5 报警模块3.5.1 LED和蜂鸣器作为煤气泄露测试装置，声光报警部分不可缺少，当检测到CO气体在空气中的所占的比例超标时，就应该通过声光方式发出警报，防止由于CO气体含量过高而发生的意外事故。 蜂鸣器是用直流就可以进行驱动的装置，具有体积小，质量轻，价格低，结构可靠等优点，在电器设备中广泛应用，且声音非常尖锐，能够达到很好的报警作用，在软件编写上也非常方便，只需要给输出脚一个电平就可以。本系统选用一个红色LED报警指示灯和一个蜂鸣器。3.5.2 报警工作原理声光报警表现形式如下：(1)红色

47、灯没有亮，蜂鸣器没有发声，此时CO浓度在正常范围之内。(2)红色灯点亮表示传感器检测到CO气体浓度超过下限值，但没有达到报警值，蜂鸣器不发声；(3)红色灯点亮，蜂鸣器发出报警，表示此时被测得CO气体含量已经达到报警值，通知用户；声音报警电路图如图3-14所示。报警装置采用蜂鸣器发出声音，声音响亮，装置简单，便宜实用，适用于家用燃气报警器的报警声音源。单片机本身I/O的驱动能力不是很高，所以对蜂鸣器的驱动需要加入一个PNP三极管，这样能够使蜂鸣器的声音更加响亮，起到更好的报警作用。三极管基极的电路保证了只有在单片机输出低电平时，蜂鸣器才会发声，避免了误报警的发生。一、本设计使用发光二级管报警，发

48、光二级管具有单向导电性，指示灯的作用，具有发光强度和发光亮度以及光通量大，能极大引起人们的视觉，寿命长。工作在小电流，温升不明显。最小电路如图3-15所示。20南京邮电大学2014级毕业论文图3-14声音报警电路 图3-15灯光报警电路3.6 硬件电路的调试本设计的元器件较少，所以采用万用板手工焊接。焊接完成后，检查有无可能出现的虚焊、漏焊，检查电源线和接地线。确定无问题后将电路板通电。首先用示波器观察单片机STC89C51的18、19管脚有无频率为12MHZ的三角波。若有，表示晶振正常工作，单片机能保证正常工作。若无，检查晶振电路，排除故障。接着用单片机仿真器向P1口送数值，检查LCD数码管

49、能否正常显示，若不能，检查电路连接是否正常，有无电压输出，检查LCD是否损坏。最后检查ADC0809在有电压15V接入的情况下，有无电压输出。若无问题，硬件调试完毕。21南京邮电大学2014级毕业论文第四章 软件部分的设计及测试4.1 主程序设计流程与编程软件设计编制的程序易于调试、修改，可读性好，软件的设计是一个将需求转变为软件陈述的过程。系统软件设计采用自顶向下、模块化、结构化的程序设计方法，把总的编程过程逐步细分，分解成一个个功能模块，每个模块相互独立，其正确与否不依赖其它模块，每个模块都能完成一个明确的任务、实现某个具体的功能。本设计程序是使用C语言编写的，C语言是结合了高级语言和低级

50、语言的另一种实用性语言，C语言是一种结构化语言。方便了我们采用分模块方式组织程序，而且层次清晰，在调试和维护上也很方便。C语言在现今表现出极强的处理能力，不仅具有丰富的运算符和数据处理类型，实现了各类复杂的数据结构。它还可以直接访问内存的物理地址，进行位一级的操作。实现对硬件的编程操作。4.2 主程序设计流程图本设计中包括主程序，系统初始化程序，AD0809控制端口定义，数据采集程序，1602控制显示程序，蜂鸣器报警程序，AD控制程序具体程序见附录。从该系统流程图可以看出，程序首先是进行系统的初始化，然后开始运行程序，系统就进入对气体信息的采集，经A/D转换，然后把转换的数据传送给单片机进行处

51、理、计算，将检测的气体浓度值显示于显示屏幕上，判断是否超出报警值，最后进行报警处理。22南京邮电大学2014级毕业论文图4-1主流程图23南京邮电大学2014级毕业论文4.3 程序测试本设计使用Keil C51软件编译的。程序输入完后就进入调试阶段。调试时采用逐个调试的方法，即先调试其中的每个子程序，确保无误后再对整个程序进行整体调试，直到程序顺利运行，达到设计目的。软件的测试重要是使用Keil C51软件，通过使用软件编程测试，重要是调试编程中出现的问题，在调试过程中经常出现的问题有一下几个问题：（1）C语言的基本程序函数不熟悉，所以有时候编写会出现程序太多、利用率差。（2）语法错误就比较经常见到，多点根据工具书进行修改和对比，并且运用到正确的调试和反汇编之后语