单片机工业现场报警器 (2)

1、等级:湖南工程学院课 程 设 计课程名称 单片机原理与应用 课题名称 单片机工业现场报警器 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气1105 学 号 201101010501 姓 名 肖亚克 指导教师 肖峰 2014年 7 月 4 日湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 单片机原理与应用 课 题 单片机工业现场报警器 专业班级 电气工程1105 学生姓名 肖亚克 学 号 201101010501 指导老师 肖峰 审 批 任务书下达日期 2014 年 6 月 23 日任务完成日期 2014 年 7 月 4 日设计内容与设计要求设计内容：利用单片机为核心设计一个工业现场报警器系统，要求为

2、检测现场有害气体在规定的范围内,超标则报警。设计要求：1）确定系统设计方案； 2）进行系统的硬件设计；3）完成必要的参数计算与元器件选择；4）完成应用程序设计；*5）进行部分单元电路及应用程序的调试；主 要 设 计 条 件本系统要求：1）检测现场有害气体在规定的范围内。2）8路输入信号,可检测8种有害气体,超标则闪光响铃报警,处于安全范围保持正常状态不变。3)检测电路有自检功能。说 明 书 格 式1. 课程设计任务书2. 目录3. 系统总体方案选择与说明4. 系统结构框图与工作原理5. 各单元硬件设计说明及计算方法6. 软件设计与说明（包括流程图）7. 调试结果与必要的调试说明8. 使用说明9

3、. 总结10、参考文献附录附录A 系统原理图附录B 程序清单进 度 安 排设计时间为两周第一周星期一、上午：布置课题任务，讲课及课题介绍 下午：借阅有关资料，总体方案讨论星期二、确定总体设计方案星期三、硬件模块方案设计星期四、软件模块方案设计星期五、各硬件模块设计第二周星期一、各硬件模块设计星期二、各软件模块设计星期三、各软件模块设计星期四、写说明书星期五、上午：写说明书，整理资料下午：交设计资料，答辩参 考 文 献参考文献1、 教材单片微型计算机技术 刘国荣 编 机械工业出版社2、 单片微型计算机原理、应用及接口技术 张迎新 编 国防工业出版社3、 单片机实用系统设计技术 房小翠 编 国防工

4、业出版社4、单片机应用系统设计 何立民 编 北航出版社5、单片机原理及接口技术 曹琳琳编 国防科技大学出版社 目录第1章 绪论.1 1.1 概述1 1.2设计要求及意义1第2章 总方案论证与设计 3 2.1总体设计方案3 2.2设计要求 4第3章 系统硬件设计 5 3.1总体设计方案 5 3.2系统组成 5 3.3 ADC0808的简要介绍6 3.4工业现场报警器电路图 7第4章 系统的软件设计11 4.1自检程序设计11 4.2气体检测程序设计13 4.3 注意事项 14第5章 系统调试与测试结果分析15 5.1软件测试.15 5.2硬件测试.15结论16参考文献18附录1程序19附录2 仿

5、真果图 27 第1章 绪论气体报警器就是气体泄露检测报警仪器。当工业环境中可燃或有毒气体泄露时，当气体报警器检测到气体浓度达到爆炸或中毒报警器设置的临界点时，报警器就会发出报警信号，以提醒工作采取安全措施，并驱动排风、切断、喷淋系统，防止发生爆炸、火灾、中毒事故，从而保障安全生产。 1.1概述 随着科学技术的发展，单片机作为嵌入式微控制器在工业测控系统，智能仪器和家用电器中得到广泛应用。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中单片机往往是作为一个核心部件来使用。工业现场报警系统的基本要求是能够在无人监控的情况下自动进行工作，可以检测有害的气体；在气体达到一定的浓度时报警器报警，对超过极限值的浓度

6、都有相应的灯闪动和蜂鸣器来报警。只要当专业人员来检修时按下手动开关来关闭蜂鸣器，但是指示灯却是只要当浓度下降到安全范围内时才会停止工作。这样工人们就能更加清楚身边的环境，能及时的排除工作中的隐患可以让人们更安心工作。1.2设计要求及意义工业现场报警器在日常生活及工业领域中应用相当广泛，气体报警器由报警控制器和探测器组成，控制器可放置于值班室内，主要对各监测点进行控制，探测器安装于气体最易泄露的地点，其核心部件为内置的电位计，检测空气中气体的浓度。探测器将电位计检测到的气体浓度转换成电信号，通过线缆传输到控制器，气体浓度越高，电信号越强，当气体浓度达到或超过报警控制器设置的报警点时，报警器发出报

7、警信号，并可启动电磁阀、排气扇等外联设备，自动排除隐患。本次课程设计对我有以下意义: 1 通过这次课程设计，加深对单片机理论方面的理解。2 掌握单片机的内部模块的应用，如片内外存储器、A/D 转换器等。3 了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现单片器应用系统打下良好基础。4 通过简单课题的设计练习，了解必须提交的工程文件，也达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。 第2 章 总体方案论证与设计2.1总体设计方案 本设计的硬件部分由四大模块电路构成，分别是：传感器模块电路、单片机控制模块电路、显示模块电路、报警模块电路。控制模块外围，设计有系统的复位模

8、块电路和振荡电路，使系统更稳定，更实用，更方便。 控制模块主要利用了AT89C51单片机作为整个报警器的控制系统。传感器部分通过感应通过的物体，形成电平信号输出，并经过单片机处理，实现传感器信号的判断、延时、显示、报警等功能。该系统用于集中检测报警，能对受控制的多个点进行实时检测，当检测到一个或多个点有报警信号时，能用声和数码显示出报警地点，实现了智能报警控制。测试表明，各模块电路能够正常运行，信号接收灵敏度高，报警声音响，较好地实现了单片机多路控制智能报警功能我们不得不把目光投向工业有害气体。人们对于气体的防范意识还不是很好，其实这是一个严重地问题。它已经严重的威胁到我们的身体健康。为此我们

9、设计了一套能够检测出气体浓度并且还能起报警作用的自动系统。我们知道只有在气体达到一定的浓度时才会对人体产生影响，但是对于气体浓度的检测却是不能用直接的方式来检测，故我们可以把气体的浓度转化为对电压高低的检测。设置一定的电压为极限电压，超过这个电压表示有害气体的浓度已经能够危害到工人的身体。这样通过蜂鸣器的提示能够让专家及时赶到解决这些问题，从而提高了工厂的安全系数。只要每种有害气体的浓度的极限值都能够通过LED显示屏来直观大表达出来，对超过极限值的浓度都有相应的灯闪动和蜂鸣器来报警。只要当专业人员来检修时按下手动开关来关闭蜂鸣器，但是指示灯却是只要当浓度下降到安全范围内时才会停止工作。这样工人

10、们就能更加清楚身边的环境。 2.2设计要求利用单片机为核心设计一个工业现场报警器系统，要求为检测现场有害气体在规定的范围内,超标则报警。本系统要求：1）检测现场有害气体在规定的范围内。2）8路输入信号,可检测8种有害气体,超标则闪光响铃报警,处于安全范围保持正常状态不变。3) 检测电路有自检功能。第3章 系统硬件设计3.1 总体设计方案由于系统要求实现8路有害气体监测，考虑到一般的电位计产生模拟电压信号，因此系统中使用ADC0809作为电压信号的采样芯片。MCU选取ATMEL公司的89C51单片机。显示部分选择一个指示灯，一旦气体超标就会发光。报警部分使用一个蜂鸣器，通过向其发送一定频率的脉冲

11、使之产生人耳能够听到的声音。在仿真时，使用八个可调电阻，其滑动触点与ADC0808的8路模拟信号输入端相连，以模拟监测8种不通气的电位计。硬件设计方框图如图3-1所示。气体检测AT89C51单片机报警器自检6检ADC0808信号输入气体浓报警图3.1硬件电路方框图3.2 系统组成报警器自检程序就是让指示灯点亮一次，用延时程序让蜂鸣器响三声。这样整个自检程序就结束了。通过模拟电平来限制气体浓度的最大值，在正常情况下，8种气体的浓度低于安全浓度以下。为此，我们设计了8个可变电阻来调节电平的变化，电平的变化可以看成是8种气体通过传感器的电平变化。当电平低于设定的电平时，单片机通过报警程序中的检验程序

12、后，由于没有达到报警条件，不执行报警，也就是说此时报警器不蜂鸣，指示灯也都不亮。当电平高于预设的安全电平时，单片机通过报警程序的检验程序后，由于达到了报警条件，立即执行报警，也就是说此时报警器蜂鸣，相应的指示灯点亮。当报警后，我们通过开关检验程序判断报警声音停止手动开关是否按下，当检验到有电平按下时，要执行关断蜂鸣器的程序，这里我们可以通过一个中断程序来实现。当检验没有电平按下时，就继续保持原状。完成以上程序后，我们设置一个浓度检验程序，即通过电平的高低来判断是否终止亮相应的指示灯，这里我们也可以采用一个中断程序来实现。当检测到电平低于预设的安全电平时，启动中断程序，停止亮灯。当监测到电平高于

13、预设安全电平时，不启动中断程序。同时设置启动中断程序时，返回监测电平的变化，至此，整个工业现场报警器程序完毕。3.3 ADC0808的简要介绍ADC0808有8路模拟量的输入端口，本次设计只要用其中一个，8路模拟开关无需进行切换选通。ADC0808的8路模拟输入8路数字输出的逐次逼近法A/D器件。其主要技术指标和特性为： (1).分辨率为8位。(2).转换时间取决于芯片时钟频率。本次单元电路仿真采用640KHZ的时钟方波信号。(3).单一电源+5V。模拟输入电压范围单极性0-5V,双极性5V或10V。本次课程设计由于只有一个模拟输入量，且电压变化都为正值，故采用单极性电源接法。(4).启动转换

14、控制方式为脉冲式（正脉冲），上升沿使内部所有寄存器清“0”，下降沿使A/D转换开始。主要管脚说明：CLK:为时钟信号输入端，决定A/D转换的速度，转换一次为64各时钟周期。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。START:为启动转换信号，正脉冲有效。此信号通常与系统信号相连，控制AD转换器的启动。EOC:转换结束信号，高电平有效，表示一次AD转换已完成。可作为中断触发信号，也可用程序查询的方法检测转换是否结束。OE:输出允许信号，高电平有效，可与系统读选通信号相连。当计算机发出此信号时，ADC0808的三态门被打开，此时可通过

15、数据线读到正确的转换结果。DC0808的逻辑结构及引脚功能如图3-3所示 图3-3DC0808的逻辑结构及引脚功能3.4工业现场报警器电路图设计1，主电路设计主电路也就是报警器的核心，我们的工业现场报警器进行正常工作时，就是通过此电路来进行控制其他电路的工作的。工业现场报警器的自检以及气体浓度检测报警，以及以后的控制都是通过AT89C51单片机来控制的，它是整个电路的主体。具体电路图如下图3-4。2，蜂鸣器电路设计我们把蜂鸣器设计成通过P2.0输出，通过P2.0来输出报警声音，蜂鸣器电路设计如下图3-5：图3-5电路连接图3，电平输入设计因为要输入电平，也就是要模拟传感器输入的气体浓度检测信号

16、，我们要用电平的变化来模拟，电平的输入我们通过ADC0808输入端后，输出端接AT89C51单片机的P1口的8个端口，这里我们只需要8个可调电阻就可以实现，具体电路图如下图3-6：图3-6电路连接图4，相应的数码管显示设计 我们通过P1口直接输出来控制灯的显示，8个灯分别用共阴极的数码管接通，显示八种气体的浓度。某一种气体超标时，其对应的指示灯就会发光，8种气体的电路图如下3-7： 图3-7电路连接图 第4章 系统的软件设计 一个应用系统，要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而

17、代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单。以下为设计的具体程序。4.1自检程序的设计我们设计工业现场报警器的自检程序，其中包括两个方面：一方面是指示灯同时点亮一次，这里我们可以采取移位寄存的方法实现。另一方面是利用延时程序来使蜂鸣器响1声。用P1口直接输出数码管。#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define unchar unsigned char#define unint unsigned int#define LCD_PORT P2#define ADC_PORT P1sbit rs

18、= P05;sbit wr = P06;sbit e = P07;sbit ECO = P30;sbit BEEP = P31;sbit ADD_A = P32;sbit ADD_B = P33;sbit ADD_C = P34;sbit Start = P35;sbit ALE = P36;sbit OE = P37;sbit SW = P04; sbit LED = P03;unchar Beep_flag = 0x00;char code *table="0123456789"void delay(unchar xms);void beep(void);void wr

19、ite_date(unchar date);void write_date(unchar date);void LCD_init();void xianshi(unchar x,unchar y,unchar num);void Put_txt(unchar volnum,unchar num);unchar Get_ADC(unchar Channel);4.2气体检测程序设计首先，我们预设一个安全电平，同时用P1口实时显示电平高低，当检测到电平高于预设值时，启动报警程序，其中包括相应的指示灯点亮，还有蜂鸣器报警。当报警后，我们通过开关检验程序判断报警声音停止手动开关是否按下，此开关通过P2

20、.3进行输入。当检验到有电平按下时，要执行关断蜂鸣器的程序，这里我们可以通过一个中断程序来实现。当检验没有电平按下时，就继续保持原状。此后，我们设置一个电平判断程序。当检测到电平低于预设的安全电平时，启动中断程序，停止亮灯。当监测到电平高于预设安全电平时，不启动中断程序。同时设置启动中断程序时，返回监测电平的变化，至此，整个工业现场报警器程序完毕。void main(void)/ unchar temp;LCD_init();IT0=1;EX0=1;EA=1;while(1)/ temp = Get_ADC(0);/ xianshi(0,0,0);/ xianshi(9,0,1);/ xian

21、shi(0,1,2);/ xianshi(9,1,3);display(); void display()/ xianshi(0,0,0);/ xianshi(9,0,1);/ xianshi(0,1,2);/ xianshi(9,1,3); unchar loop = 0,time;for(loop = 0;loop < 5;loop+)xianshi(0,0,loop);xianshi(9,0,loop + 1);xianshi(0,1,loop + 2);xianshi(9,1,loop + 3);for(time = 0;time < 20;time+)delay(200)

22、; 4.3注意事项在采集8路模拟信号时，由于存在先后的顺序，即检测到高危险气体时则会给出高危险气体对应的报警信号。同时也可以在出现地危险气体超标时，发生高危险气体超标，则会优先警告有高危险气体。如此便符合实际意义，维修人员可以根据报警提示，抢先修理安全隐患最大的故障。该系统无需设置，将检测不通气体的传感器接至ADC0808的8个模拟信号输入端即可。如需检查蜂鸣器，指示灯是否良好，断电重启即可进入自检程序。 第5章 系统调试与测试结果分析5.1软件调试本设计主要是用 proteus 软件绘图以及伟福软件进行编程仿真的。调试步骤由两个部分组成：首先，确定程序中错误的确切性质和位置；然后，对程序代码

23、进行分析，确定问题的原因，并设法改正这个错误。具体地说，由以下步骤组成：1.从错误的外部表现入手，确定程序中出错的位置；2.分析有关程序代码，找出错误的内在原因； 3. 修改程序代码，排除这个错误；4. 重复进行暴露了这个错误的原始测试以及某些回归测试，以确保该错误确实被排除且没有引入新的错误；5.2硬件测试这个电路是在老师指导下设计的，电路的实际在理论上完全行得通，不过接线是设计中最关键的一步，我的接线员则是从全局出发，逐个模块链接调试，最后总体调试，在这个指导思想下，我的安装还算是成功的。逐个模块连接在调试，可以为总体调试省去很多时间，只要每个模块，正常运行，几个模块通过纸质总线连接之后，

24、就不会出现太大问题了。 心得与体会 随着科学技术的迅猛发展，单片机被广泛应用于人们生活的各个领域，社会需要大量掌握单片机技术的人才，单片机的使用方法应该是我们熟练掌握的内容，水塔水位的单片机控制系统水塔水位控制在铁路、油田、化工等部门有着广泛的应用。在这学期的单片机课程设计中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找一些关于单片机的资料，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在老师的指导课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。&

25、#160;这对于我们的将来也有很大的帮助。不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。 通过此次设计，在查找资料的同时也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电气、电子等方面的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。特别是在软件调试部分，一定要细心和沉得住气，因为在这个部分中，很难说可以运行调试一次就成功的，经过多次的调试与修改才能出成绩。其中所学到的知识真是太深刻了。单片机课程设计是我作为一名即将完成大三学业的学生一次重要的作业，这既是对这个学期所学关于单片

26、机知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，这个设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力。同时，也是一份综合性作业，从老师的角度来说，指导做此设计是老师对学生所做的一次执手训练。与队友的合作是一件快乐的事情，只有彼此都付出，彼此都努力维护才能将作品做的更加完美。而团队合作也是当今社会所提倡的。   由于时间的紧缺和许多课业考试的繁忙，并没有做到最好，但是，我们没有放弃，这是我们的骄傲！相信以后我们会以更加积极地态度对待我们的学习、对待我们的生活。我们的激情永远不会结束，相反，我们会更加努力，努力的去弥

27、补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐！快乐至上享受过程，而不是结果！认真对待课程设计的每一天，珍惜每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我们在单片机这门课的学习中学到的最重要的东西，也是以后都将受益匪浅的！不仅锻炼能力，而且可以学到很多东西，在与老师和同学的交流过程中，互动学习，将知识融会贯通。由于时间的紧缺，希望老师可以包容我们在设计上的不足。通过这次的课程设计，理论加上实践，我掌握了80C51单片机的基本工作原理和基本编程方法，熟悉了A

28、/D转换器ADC0808的功能和使用方法，还可以根据需要对单片机进行扩展。在此过程中我还熟悉了单片机的软硬件开发环境，提高了综合演练单片机的编程能力，并且亲身体验了单片机的开发成果。此次课程设计之后，我对单片机知识点了解了更多，脑海中能把一个个分离的知识模块联系成整体，让后对其进行分析与比较。在单片机课程中的部分知识学会了融会贯通，也让我深刻认识到“学以致用”的重要性。两周的课程设计结束了，在此我想对我的指导老师表达我衷心的谢意。在他们两个耐心的指导下，使我从这次课程设计取得丰富的理论知识和设计经验。这次设计过程中也得到了其他老师的指导和帮助，在此一并表示衷心的感谢。 参考文献 1.教材单片微

29、型计算机技术 刘国荣 编 机械工业出版社2.单片微型计算机原理、应用及接口技术 张迎新 编 国防工业出版社3.单片机实用系统设计技术 房小翠 编 国防工业出版社4.单片机应用系统设计 何立民 编 北航出版社5.单片机原理及接口技术 曹琳琳编 国防科技 附录1 程序/* +-+ * | 单片机工业现场报警器测量程序 | * +-+ * * 运行环境：STC89C52单片机 12M晶振 * 程序说明： */#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define unchar unsigned char#define unint unsigne

30、d int#define LCD_PORT P2#define ADC_PORT P1sbit rs = P05;sbit wr = P06;sbit e = P07;sbit ECO = P30;sbit BEEP = P31;sbit ADD_A = P32;sbit ADD_B = P33;sbit ADD_C = P34;sbit Start = P35;sbit ALE = P36;sbit OE = P37;sbit SW = P04; sbit LED = P03;unchar Beep_flag = 0x00;char code *table="0123456789&

31、quot;void delay(unchar xms);void beep(void);void write_date(unchar date);void write_date(unchar date);void LCD_init();void xianshi(unchar x,unchar y,unchar num);void Put_txt(unchar volnum,unchar num);unchar Get_ADC(unchar Channel);void display();/*主函数*void main(void)/ unchar temp;LCD_init();IT0=1;EX

32、0=1;EA=1;while(1)/ temp = Get_ADC(0);/ xianshi(0,0,0);/ xianshi(9,0,1);/ xianshi(0,1,2);/ xianshi(9,1,3);display(); void display()/ xianshi(0,0,0);/ xianshi(9,0,1);/ xianshi(0,1,2);/ xianshi(9,1,3); unchar loop = 0,time;for(loop = 0;loop < 5;loop+)xianshi(0,0,loop);xianshi(9,0,loop + 1);xianshi(0

33、,1,loop + 2);xianshi(9,1,loop + 3);for(time = 0;time < 20;time+)delay(200); /*延时函数*void delay(unchar xms) unchar i,j;for(i=0;i<xms;i+)for(j=0;j<110;j+);if(Beep_flag)LED = LED;/void beep(void)/ unsigned char i;/ for (i=0;i<100;i+)/ / delay(4);/ BEEP=!BEEP; /BEEP取反/ / BEEP=1; /关闭蜂鸣器/*LCD16

34、02写指令函数*void write_com(unchar com)rs=0;wr=0;LCD_PORT=com;delay(5);e=1;delay(5);e=0;/*LCD1602写数据函数*void write_date(unchar date)rs=1;wr=0;LCD_PORT=date;delay(5);e=1;delay(5);e=0;/*LCD1602初始化（设定显示模式）*void LCD_init()e=0;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);BEEP = 0;/*LCD1602显示的函数*void xianshi(unchar x,unchar y,unchar num)unchar volnum;volnum = Get_ADC(num);x = x % 16;y = y % 16;if(y = 0)write_com(0x80 + x); /设定液晶显示时第一个字