基于单片机的气体检测系统设计

1、-ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY本 科 毕 业 论文基于单片机的气体检测系统设计TheDesign of Gas Detection System Based on SCM系院名称：电子信息与电气工程学院专业班级：学生：学生*：指导教师：指导教师职称： 讲 师 2021 年 5 月. z-毕业设计论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人重承诺：所呈交的毕业设计论文，是我个人在指导教师的指导下进展的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的

2、材料。对本研究提供过帮助和做出过奉献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了意。作 者 签 名： 日 期：指导教师签名： 日期：使用授权说明本人完全了解工学院关于收集、保存、使用毕业设计论文的规定，即：按照学校要求提交毕业设计论文的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览效劳；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的局部或全部容。作者签名： 日 期：. z-目录摘要IAbstractII引言1第一章绪论21.1 设计背景21.2 设计意义3第二章硬件的选择42.1可燃气体的传感器42.2 MQ

3、-6的构造和测量电路42.3 MQ-6气体传感器的技术参数52.3.1 MQ-6的规格52.3.2 MQ-6的特点62.3.3 MQ-6的应用62.4 芯片的选择62.5 AT89S52的功能特点72.6 中央处理器CPU72.7 单片机引脚介绍7第三章系统硬件设计123.1 电源电路123.2 转换电路123.2.1 ADC0809原理133.2.2 ADC0809使用及时序图153.3 液晶显示驱动模块163.3.1 LCD1602液晶主要功能163.3.2 LCD1602液晶引脚和指令功能163.3.3 LCD1602的RAM地址映射17. z-3.3.4 LCD1602液晶模块部的控制

4、器指令183.3.5 LCD1602液晶时序193.3.6 LCD1602液晶初始化过程203.4 时钟电路和复位电路203.5 报警电路223.6 硬件电路总图23第四章软件设计254.1 ADC0809采样时钟软件实现254.2 可燃气体浓度显示程序254.3 可燃气体浓度报警程序264.4 程序流程图27结论29致30参考文献31附录32. z-基于单片机的气体检测系统设计摘要：随着可燃性气体的种类和应用围的增加，其使用场所和贮存仓库的泄漏，火灾爆炸事故日益增多，从平安、环保及经济上考虑，设计一种检测可燃气体自动报警装置的控制器是非常必要的。本设计对可燃气体检测及报警进展了深入的研究，采

5、用了“探测器和单片机控制电路的设计思路，具有检测误差小，反响速度快等优点。选用气敏传感器对可燃气体浓度进展测量，用A/D转换器以完成信号到电压的转换。采用功能和性价比比较高的AT89S52单片机作为中央处理单元，对浓度进展采集、数据显示、报警等工作。本设计的可燃性气体报警设计可以检测到空气中烷类气体为主的多种可燃气体的浓度，实时现实浓度值，当到达预先设定的上下限报警等级值时，发出声音报警，以提示人们采取平安对策。关键词：可燃气体 气敏传感器 A/D转换器 AT89S52 报警The Design ofGas Detection System Based on SCMAbstract：With

6、the bustible gas type and the scope of application of increasing, its use place and storage warehouse in leakage, fire and e*plosion accidents increase, from safety, environmental protection and economic considerations, design a kind of testing bustible gas automatic alarm device controller is very

7、necessary. This design of flammable gas detection and alarm studied, using a "detector and single-chip microputer control circuit" design train of thought, has the testingerror is smaller, anyway speed, etc. Choose gas-sensitive sensor measurements of bustible gas concentration, with A/D c

8、onverter to plete the signal to the voltage conversion. Using function and high ratio of AT89S52 SCM as the central processing unit of concentration, the collection and data display, alarm, etc. This design of bustible gas alarm design can detect the air of silane variety of flammable gas mainly gas

9、 concentration, real-time reality chroma value, when the upper reaches pre-set alarm level value, sound alarm, to remind people take safety countermeasures. Key words：Flammable Gas ; Gas Sensors ; A/D Converter ;AT89S52 ;Alarm. z-引言随着信息时代的到来，作为获取信息手段之一的传感器技术得到了显著的开展，其应用领域越来越广，对其要求越来越高，需求也越来越迫切。因此，了解

10、并掌握各类传感器的根本构造、工作原理及特性是非常重要的。由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制。但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能直接影响系统性能的好坏。因此，不仅必须掌握各类传感器的构造、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析和了解，才能将传感器和信息通信以及信息处理结合起来，来适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领

11、域，每个领域都为了提高生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。可燃气体传感器便是其中重要的一类传感器。现在，人们对可燃气体的使用越来越多，它给我们带来很多便利，但是如果不注意可燃气体的使用平安，可燃气体同样会给我们带来祸害。当空气中的可燃性气体到达一定浓度时就会发生自燃自爆的危险，涉及面大，后果将十分严重。易燃易爆的可燃性气体泄露如不及时发现并处理，将会造成燃烧，爆炸，危及到人民生命财产的平安。因此，可燃性气体的检测在化工、石油、电力、环保等部门以及人们的日常生活中显得尤其重要。石化厂、煤气站、油库等场所对泄漏可燃气体的监控、报警

12、是确保平安隐患的关键措施。近年来煤气爆炸事件时有发生，对人们的生命构成了严重的威胁，因此如果能放置一个可燃气体浓度检测装置，当有可燃气体泄露时进展报警，提醒人们采取补救措施就显得十分必要。第一章绪论1.1 设计背景在冶金、石油、化工、石化、煤炭工业等行业的生产中，工业现场存在着因为可燃性气体泄漏而发生爆炸的隐患，因此对工业现场的可燃性气体进展检测是关系到生命平安和生产平安的重要平安问题。可燃气体检测报警系统种类也相当繁多，有用于一般家庭、集体住宅、饮食餐店、医院、学校、工厂的各种气体检测报警系统,有单体别离型报警系统、外部报警系统、集中监视系统、遮断连动系统、防止中毒报警防护系统等。构造型式有

13、袖珍型便携式、手推式、固定式报警等；工业用固定式报警又有壁挂式、台放式、单台监控式、多路巡检式等。由于气体本身存在的扩散性，可燃性气体一旦发生泄漏，在外部风力和部浓度梯度的作用下，气体会沿逐渐扩散，从而扩大危害区域。因此，只有及时可靠地探测空气中*些气体的含量，才能及时采取有效措施进展补救。可燃性气体检测报警系统在工业生产的实际应用中往往需要对工业现场的的*个区域的可燃气体浓度进展多点监测，而且有时还要求报警器不仅能够在工业现场发出声光报警做出平安保护动作，还要求报警器能够接入工业网络，方便进展远程监控。随着我国经济的迅猛开展和工业生产的日益繁荣，人们对生产、生活中的平安问题也越来越重视。可燃

14、气体是人类生活中使用比较多的一种能源，它给我们的生活带来方便的同时也会给我们带来潜在的平安隐患。随着人类的进步，各种先进技术被应用于安防当中。如今，人们一直在研究可燃气体的监测技术，经过多年的开展，现在有了众多灵敏度非常高的可燃性气体传感器，使人们更加容易、方便的检测到空气中的可燃气体的浓度。气敏传感器是一种将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电气信号的装置。根据这些电气信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中存在情况有关的信息，从而可以进展检测、监控、报警。单片微型计算机是现在智能电路中使用较多的器件，这种单片微型计算机简称单片机，它被应用于各种场合，给人们的生活带来了极大的方便。A/D转换器

15、用于将现实中的模拟信号转化为数字信号。ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的逻辑控制CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接连接。ADC0809非常适用于过程控制、微控制器输入通道的接口电路、智能仪器和机床控制等领域。1.2 设计意义在石油、化工、电力等系统装置，存在着各种易燃易爆的可燃气体。这些气体一旦泄漏并积聚在周围环境中，很容易产生燃烧和爆炸。为了防患于未然，严密监测工艺装置或储运设施环境中可燃气体的浓度，确保平安生产，在装置设计的同时，对可燃气体检测报警系统的设计是十分必要的。在石油、化工生产装置中采用固定式可燃气体检测系统，实时检测生产

16、装置中可燃气体的浓度情况，及时发出报警信号通知有关人员采取有效措施，对于防止爆炸及火灾的发生具有重大的意义。本课题利用所学相关课程的知识，设计、制作一套基于单片机控制的气体测试装置来解决可燃气体的平安使用问题。设计的主要容由气敏传感器组合成的测量电路采集可燃气体的浓度信息，用A/D转换器以完成信号到电压的转换。采用单片机AT89S52作为主控电路，控制外围电路的显示，以及接口电路、数据输出，最终能现实检测报警等功能。第二章 硬件的选择2.1 可燃气体的传感器气体传感器是一种能够感知环境中气体成分的敏感器件，它将气体种类及其浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱便可获得与待测气体在环境

17、中存在的有关信息，从而可以进展检测、监控、报警，有的还可通过接口电路与计算机组成自动检测控制和报警系统。适宜的气体传感器阵列对提高系统的性能至关重要。根据不同的分类标准，气体传感器的分类有很多种方法，有根据工作原理分类的气体传感器。如固态电解质气体传感器、半导体气体传感器、电化学气体传感器、外表波气体传感器、金属栅MOS气敏元件、光纤气体传感器、红外气体传感器等。其中半导体气体传感器在实际应用中应用围最为广泛，它是用具有半导体特性的金属氧化物材料制成的气敏元件，当其与*种气体接触时，外表吸附的气体导致半导体载流子浓度发生变化，引起电导率变化，电阻值也随之变化，根据这种变化可以检测出气体的成分和

18、浓度，因此半导体式气敏元件可视为是一种气敏电阻器。其中，旁热式SnO气敏器件最为常用。旁热式气敏器件是一个外表烧结有SnO厚膜气体敏感层的薄壁瓷管，敏感层两端设有一对金电极，分别用铂铱合金丝引出后焊接在管座插腿上，在薄壁瓷管装有一根绕成螺旋形的镍铬合金电阻丝作为加热器，电阻值为3040欧。传感器工作时，电阻丝通电发热，将薄壁瓷管上SnO敏感层加热至200-400，这时氧化锡气敏器件电阻值较小，并能够提高传感器的响应速度。由于薄壁瓷管热容量大，减少了环境温度变化、气流流动对传感器工作的影响。这种构造器件，抑制了直热式器件的缺点，其测量极与加热丝分开，防止了测量回路与加热回路之间的相互影响；而且器

19、件热容量大，降低了环境气氛对器件加热温度的影响，并容易保持Sn02材料构造稳定。所以这种类型器件的稳定性和可靠性较直接式器件有较好的改进。目前，国产MQ-6型气敏器件就是采用这种构造。与其他型号的传感器相比，MQ-6半导体气体传感器的主要优点是响应速度快、稳定性好、能耗少、寿命长，能够满足我们快速检测的需要。2.2 MQ-6的构造和测量电路MQ-6气敏元件的构造和外形如图2.1所示a或b，由微型瓷管、SnO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，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6只针状管脚，其中4只用于信号取出，2只用于提供加热电流。测量电路

20、如图2.2所示。ab图2.1MQ-6的构造和外形图2.2 测量电路2.3MQ-6气体传感器的技术参数MQ-6的规格MQ-6的标准工作条件，环境条件，灵敏度特性分别如表2.1，表2.2，表2.3所示。表2.1 标准工作条件符号参数名称技术条件备注Vc回路电压15VAC or DCVH加热电压5.0V±0.2VAC or DCRL负载电阻可调RH加热电阻31±3室温PH加热功耗900mW表2.2 环境条件符号参数名称技术条件备注Tao使用温度-10-50Tas储存温度-20-70Rh相对湿度小于95%RhO2氧气浓度21%(标准条件)氧气浓度会影响灵敏度特性最小值大于2表2.3

21、 灵敏度特性符号参数名称技术参数备注Rs敏感体电阻10K- 60K(1000ppm LPG)探测围：100-10000ppmLPG ,丁烷，丙烷，LNG(1000ppm/4000ppm LPG)浓度斜率0.6标准工作条件温度： 20±2 Vc:5.0V±0.1V对湿度：65%±5% Vh: 5.0V±0.1V预热时间不少于24秒MQ-6的特点1 对液化气，丁烷，丙烷有较高的灵敏度；2 对乙醇蒸汽，烟雾几乎不响应；3 快速的响应恢复特性； 4 具有长期的使用寿命和可靠的稳定性； 5 简单的驱动电路。MQ-6的应用MQ-6适用于家庭或工业上对LPG，丁烷，丙

22、烷，LNG的检测装置。具有优良的抵抗乙醇蒸汽、烟雾干扰的能力。对丙烷、丁烷、液化石油气的灵敏度高，对天然气也有较好的灵敏度。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本钱传感器。MQ-6型气敏器件对不同种类，不同浓度的气体有不同的电阻值。因此，在使用此类型气敏器件时，灵敏度的调整是很重要的。我们建议用1000ppm液化气或1000ppm丁烷校正传感器。当准确测量时，报警点的设定应考虑温湿度的影响。2.4 芯片的选择随着集成电路技术的开展，单片微型计算机简称单片机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。在自动化装置、智能化仪器仪表和家用电器等领域得到了广泛的应用。AT89

23、S系列单片机是美国ATMEL半导体公司继AT89C系列之后推出的功能更强的新产品。AT89S系列与AT89C系列相比，运算速度有了较大的提高，它的静态工作频率为033MHz，片集成有双数据指针DPTR、定时监视器watch dog timer，又称看门狗、低功耗休闲状态及关电方式、关电方式下的中断恢复等诸多功能，极满足了各种不同的应用场合要求。AT89S52是AT89S系列中的增强型高档机产品，它片存储器容量是AT89S51的一倍，即片8KB的Flash程序存储器和256KB的RAM。另外，它还增加了一个功能极强的，具有独特应用的16位定时/计数器2等多种功能。而且，AT89S52单片机与MC

24、S-51系列完全兼容，因此，AT89S52受广阔用户的青睐并被选择作为学习和应用系统的主机，使得AT89S52单片机为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。本次设计就是采用AT89S52作为主要控制电路来实现气体检测报警的功能。下面大致介绍一下AT89S52。2.5 AT89S52的功能特点AT89S52具有8K字节的Flash存储器，256字节的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级中断构造，全双工串行口通道，片晶振及时钟电路，三级加密程序存储器，电源下降标志等。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可

25、选择节电模式。空闲模式下，CPU停顿工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停顿，直到下一个中断或硬件复位为止。2.6 中央处理器CPUAT89S52的核心部件是一个字长为8位的高性能中央处理器CPU。它是AT89S52的指挥中心、执行机构。它的作用是读取和分析指令，并根据指令的功能要求，指挥指定操作，完成指令所要求的处理功能。CPU一般由运算器ALU、定时控制部件、假设干存放器等通过部总线连成一个整体而构成。2.7 单片机引脚介绍下面，根据单片机的原理来介绍单片机各引脚相应的功能。1.电源引脚VCC40脚：电源供电电压

26、接4.05.0V。GND20脚：接地。2.时钟引脚*TAL119脚：接外部晶振的一个引脚。CHMOS单片机采用外部时钟信号时，时钟信号由此引脚输入。*TAL218脚：接外部晶振的另一个引脚，HMOS单片机采用外部时钟信号时，外部时钟信号由此接入。3.复位、锁存和选通引脚RST9脚：复位信号输入端。振荡器起振后，该引脚置高电平，并持续2个机器周期以上系统进展复位。特殊功能存放器AU*R地址8EH中的DISRT0位可以使复位无效。默认的DISRT0位状态，RST引脚上的高电平有效。掉电后，此引脚可接备用电源，低功耗条件下保持部RAM中的数据。ALE/30脚：ALE为地址锁存使能端、当外部器件时AL

27、E的负跳变将低8位地址输入锁存器。在Flash编程时输入编程脉冲。在非外部器件期间，ALE仍以1/6振荡频率的常量输出，可用于外部计数或时钟信号。当外部数据器件时将跳过一个ALE脉冲。如果需要，可对特殊功能存放器区的地址为8EH单元的D0位置“1”可制止ALE输出。而只有在执行MOV*或MOVC等指令时ALE才被激活，仍输出锁存有效，否则被微弱拉高。在执行外部程序时，该设定制止ALE位无效。29脚：外部程序存储器读选通信号。取指令操作期间，的频率为振荡频率的1/6。在外部程序存储器读取指令码时，每个机器周期产生两次有效信号，即输出两个有效脉冲。在执行片程序存储器取指令码时不产生此脉冲，在读写外

28、部数据时，亦不产生信号。/31脚：为部或外部程序存储器选择信号，当CPU一开场就从0000HFFFFH单元外部程序存储器，则必须保持低电平接GND端，如果位被编程，则复位时部会锁存端的状态。当端保持高电平接VCC时则CPU首先从片0000H单元开场执行部程序存储器程序；如果外部还有扩展程序存储器，则CPU在执行完部程序存储器程序后自动转向执行外部程序存储器程序。为Flash编程电压。在对片Flash编程时，此引脚施加12V编程允许电压如果选用的Flash编程电压是12V允许值的话。4.多功能I/O口引脚P0口3932脚：8位并行I/O口，作为输出口时，每个管脚可以带8个TTL负载。在外扩存储器

29、时，它定义为低8位地址/数据总线。当定义为I/O口时，为准双向I/O口，需要外接上拉电阻，在写入“1”后就成为高阻抗输入口。在对片Flash编程时P0口接收字节代码，在程序校验时输出字节代码。程序校验期间应外接上拉电阻。P1口18脚：接上拉电阻的8位准双向I/O口，可以负担4个TTL负载。在Flash编程和校验时定义为低8位地址线。它的第二功能如下：P1.01脚：定时/计数器T2的外部计数输入；P1.12脚：定时/计数器T2捕获/再装入触发及方向控制；P1.56脚：MOSI用于系统部编程；P1.67脚：MISO用于系统部编程；P1.78脚：SCK用于系统部编程。P2口2128脚：接上拉电阻的8

30、位准双向I/O口。可以负担4个TTL负载。当外部存储器时，定义为高8位地址总线，只需8位地址线时，它将输出特殊功能存放器锁存器中的容。注意：当P2口的极为作为地址使用时，剩下的P2口不能作为I/O口线使用。P3口1017脚：接上拉电阻的8位准双向I/O口。可以负担4个TTL负载。它的第二功能如下：P3.010脚：R*D串行输入端口；P3.111脚：T*D串行输出端口；P3.212脚：外部中断0请求端；P3.313脚：外部中断1请求端；P3.414脚：定时/计数器0外部计数输入端；P3.515脚：定时/计数器1外部计数输入端；P3.616脚：外部数据写选通；P3.717脚：外部数据读选通。5.特

31、殊功能存放器AT89S52单片机共有21个字节的特殊功能存放器SFRspecial fuction regiters,起着专用存放器的作用，可用来设置片电路的运行方式，记录电路的运行状态，并说明有关标志等。此外，并行和串行I/O端口也映射到特殊功能存放器，对这些存放器的读/写，可实现从相应I/O端口的输入和输出操作。1累加器A累加器A是运算过程中的暂存存放器，用于提供操作数和存放操作结果。其他大局部操作也都要用到累加器A，所以它是应用最为频繁的存放器。在构造上通过部总线直接与ALU相连，一般信息的传递和交换都要通过累加器A。为了提高运算速度，压缩程序长度，在部构造上采取了一些措施，对一局部指令

32、的执行将累加器A旁路，以直接或间接地址寻址的方式使数据可以从片的任意地址单元直接送到另一个单元，从而不经过累加器A。这就提高了局部指令的操作速度，增强了实时性。2存放器B存放器B一般用于乘、除法操作指令，与累加器A配合使用。它里面存放的第二操作数、乘积的高位字节或除法的余数局部。其他情况下可以作为一般存放器或者中间结果的暂存器使用。3程序状态存放器PSW这是一个8位存放器，用于存放当前指令执行后的有关状态，为以后指令的执行提供状态条件。AT89S52的PSW是可编程的。PSW包括以下八种状态：CY：进、借位标志。反映运算中最高位有无进、借位情况。加法为进位，减法为借位。有进、借位时，CY=1；

33、无进、借位时，CY=0。AC:辅助进、借位标志。反映运算中高半字节与低半字节的进、借位情况。AC=1有进、借位；AC=0，无进、借位。F0：用户标志位。可由用户设定起含义。,:工作存放器组选择位。，取值为0011，分别选工作存放器组03组。OV：溢出标志位。补码运算的运算结果有溢出，OV=1,无溢出，OV=0.OV的状态由补码运算中的最高位进位D7位的进位CY和次高位进位D6位的进位CY-1的异或结果断定。P:奇/偶标志位。反映对累加器A操作后，A中“1”个数的奇偶。A中奇数个“1”，P=1;A中偶数个“1”，P=0。4堆栈指针SPAT89S52是在片RAM中开辟的一个存储区域。栈顶的地址码由

34、栈指针SP指示。SP是一个8位的增量存放器，它指示的堆栈深度为0255个存储单元。AT89S52允许用户通过软件定义片RAM的*一个连续区域单元作为堆栈。数据进栈时SP先自动增“1”，然后将欲进栈的数据压入由SP所指示的堆栈单元；弹出时将SP所指示的堆栈单元的数据推出栈，然后SP自动减“1”。因而，SP总是指向装有数据的栈顶。在系统复位后，栈指针SP的初始值为07H，即栈底为08H单元。这显然与工作存放器区域重叠，因此必须通过软件重新定义SP，在片RAM中开辟一个适宜的堆栈区域。5数据指针DPTR数据指针DPTR是个独特的16位存放器，它由两个独立的8位存放器DPH和DPL组合而成，既可以作为

35、16位数据指针DPTR用，又可以分开以8位的存放器DPH、DPL各自单独使用。它常用于64KB围的任意地址单元。AT89S52设有两个DPTR，分别为DP0DP0H、DP0L和DP1DP1H、DP1L，通过软件对特殊功能存放器AU*R1片RAMSFR区，地址为A2H的DPS位进展设置选择，当DPS=0，选择DP0，DPS=1则选择DP1。两个DPTR便于部或者外部的有关数据单元。第三章 系统硬件设计经过对核心部件MQ-6可燃气体传感器、单片机芯片AT89S52的深入了解，以及对报警、显示等辅助电路的资料查阅后，形成了最终的系统电路，电路原理框图如图3.1所示。图3.1 电路原理框图下面对硬件电

36、路的各模块电路做详细的介绍。3.1 电源电路稳压块的作用是将电压进展降压处理并稳定为*一固定的值后输出，如三端稳压块7805可将小于35V的电压降成稳定的5V输出电压，它比只使用一只稳压二极管进展稳压的电路要好得多。它的部含有限流保护、过热保护和过压保护电路，采用了噪声低、温度漂移小的基准电压源，工作稳定可靠，所以应用还是很广泛的。在电源设计中采用了W78M00系列集成稳压块7805，最高输入电压为40V，稳定输出正5V电压。电源电路如图3.2所示。图3.2 电源电路3.2转换电路转换电路包括MQ-6型传感器和ADC0809芯片。其中，MQ-6型传感器通过采集空气中测试气体的浓度并把它转换为电

37、信号，电信号经过ADC0809则由模拟信号变为数字信号，最后电压以数字信号的形式进入单片机。电路图如图3.3和3.4所示。在图3.3中，要注意引脚连接顺序，不能接错，否则无法采集测试气体的浓度值。图3.3MQ-6构造图图3.4 ADC0809构造图3.2.1ADC0809原理ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的逻辑控制CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接连接。ADC0809非常适用于过程控制、微控制器输入通道的接口电路、智能仪器和机床控制等领域。其部构造图如图3.5所示。图3.5 ADC0809的部逻辑构造由图可知，ADC0809由一个8路

38、模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进展转换。三态输出锁存器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的据。下面分别介绍一下ADC0809的各个引脚极其功能：1IN0IN7是8条模拟量输入通道。ADC0809对模拟输入量要求：信号单极性，电压围是05V，假设信号太小，必须进展放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如果模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。2ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。A，B，C为地址输入线，用于选通IN0IN

39、7上的一路模拟输入量。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进展锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进入A/D转换器进展转换。3ST为启动转换信号。当ST上跳沿时，所有部存放器清零；下跳沿时，开场进展A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。4EOC为转换完毕信号。当EOC为高电平时，说明转换完毕；否则，说明正在进展A/D转换。5OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1时，输出转换得到的数据；OE0时，输出数据线呈高阻态。6D7D0为数字量输出线。7CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界

40、提供，通常使用频率为1MHZ。8VREF，VREF为参考电压输入。3.2.2 ADC0809使用及时序图ADC0809的使用说明如下：1ADC0809部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连；2初始化时，使ST和OE信号全为低电平；3把要转换的通道地址送入到A，B，C端口上；4在ST端输出一个至少有100ns宽的正脉冲信号；5是否转换完毕，根据EOC的信号来判断；6当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换后的数据输出给单片机。ADC0809的操作时序图如图3.6所示。图3.6ADC0809的时序图ADC0809主要特性：18路8位AD转换器，即分辨率8位；2具有转换起停控制端

41、；3转换时间约为128s；4单个5V电源供电；5模拟输入电压围05V，不需零点和满刻度校准；6工作温度围为-4085摄氏度；7低功耗，约为15mW；8转换精度为±0.4%；9可锁存三态输出，输出与TTL兼容。3.3 液晶显示驱动模块3.3.1LCD1602液晶主要功能140通道点阵LCD驱动；2可选择当作行驱动或列驱动；3输入/输出信号:输出,能产生20×2个LCD驱动波形;输入,承受控制器送出的串行数据和控制信号,偏压(V1V6)；4通过单片机控制将所测的频率信号读数显示出来。3.3.2LCD1602液晶引脚和指令功能1LCD1602液晶与单片机的连接如图3.7所示。图3

42、.7 LCD1602液晶与单片机的连接2LCD1602液晶引脚功能1602LCD采用标准的14脚无背光或16脚带背光接口，各引脚接口说明如表3.1所示。表3.1 LCD1602液晶引脚接口说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器比照度调整端，接正电源时比照度最弱，接地时比照度最高，比照度过高时会产生

43、“鬼影，使用时可以通过一个10K的电位器调整比照度。第4脚：RS为存放器选择，高电平时选择数据存放器、低电平时选择指令存放器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进展读操作，低电平时进展写操作。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为高电平时可以读忙信号，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。3.3.3LCD1602的RAM地址映射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的忙标

44、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，LCD1602的部显示地址如图3.8所示。图3.8LCD1602的部显示地址3.3.4LCD1602液晶模块部的控制器指令LCD1602液晶模块部的控制器共有11条控制如表3.2所示。表3.2 LCD1602液晶模块部的控制器指令序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮

45、器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM10要写的数据容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据容1602液晶模块的读写操作，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：光标和显示位置设置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右移，高电平表示有效，低电平表示无效。指令4：显示开关控制。D：控制整体的显示开与关，高电平表示开显示，低电

46、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 ：高电平时显示移动的文字，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，高电平时为双行显示，F：低电平时显示5*7的点阵字符，高电平时显示5*10的显示字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或数据，如果为低电平表示不忙。3.3.5LCD1602液晶时序LCD1602液晶根本操作时

47、序如表3.3所示表3.3 LCD1602液晶时序读状态输入RS=L，R/W=H，E=H输出D0D7=状态字写指令输入RS=L，R/W=L，D0D7=指令码，E=高脉冲输出无读数据输入RS=H，R/W=H，E=H输出D0D7=数据读和写操作时序如图3.9和图3.10所示。图3.9读操作时序图3.10 写操作时序3.3.6LCD1602液晶初始化过程1延时15ms；2写指令38H不检测忙信号；3延时5ms；4写指令38H不检测忙信号；5延时5ms；6写指令38H不检测忙信号；7以后每次写指令、读/写数据操作之前均需检测忙信号；8写指令38H：显示模式设置；9写指令08H：显示关闭；10写指令01H

48、：显示清屏；11写指令06H：显示光标移动设置；12写指令0CH：显示开及光标设置；3.4 时钟电路和复位电路1时钟电路AT89S52采用CMOS工艺，因此它与80C51系列一样，部有一个振荡器，可以用于CPU的时钟源。也允许采用外部振荡器，由外部振荡器产生的信号加到振荡信号的输入端，作为CPU的时钟源。*TAL1和*TAL2两引脚分别为单级片反相放大器的输入输出端，其频率围为033MHz。中选择片振荡时，外接晶体振荡器或者瓷振荡器，还需要外接两个小电容后接地。当外接的是晶体振荡器时，C1=C2=30±10pF；当外接瓷振荡器时，则C1=C2=40±10pF。中选择外部振荡

49、时，则外部振荡器输出信号接*TAL1引脚，而*TAL2引脚则悬空。实际应用中一般采用片振荡，本课题设计中也是采用片振荡方式。时钟电路如图3.11所示。图3.11 时钟电路2复位电路复位是使CPU以及系统各部件处于确定的初始状态，并使系统从初始状态开场工作。AT89S系列的单片机的复位信号是从RST脚输入到片的复位电路，当系统处于正常工作状态，且振荡器工作稳定后，如在RST脚上有从低电平上升到高电平并持续2个机器周期以上，CPU就可以响应并将系统复位。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态而无法执行程序。因此要求单片机复位后能脱离复位状态。复位电路如以下图3.12所示。图3.12 复位

50、电路常用的复位方式有：1上电复位上电复位要求接通电源后自动实现复位操作。实现方法是在RST引脚上外接一个电容C至供电电源Vcc，下接一个电阻R到地即可。当系统上电时，复位电路通过电容C加给RST端一个短的高电平信号，此高电平随着Vcc对电容C的充电过程而逐渐回落，即RST端上的高电平持续时间取决于电容C充电时间，为了保证系统能可靠的复位，RST端上的高电平必须维持足够长的时间。2上电且开关复位该复位电路既可以上电复位，又可以手动复位。上电后，由于电容充电，使RST持续一段高电平时间。当单片机已在运行的时候，按下复位键也能使RST持续一段时间的高电平，从而实现上电且开关复位的操作。其中，电阻、电

51、容的取值随时钟频率的变化而变化。本课题设计就是使用此种复位方法。3定时监视器WDT，看门狗复位在单片机应用中，由于多种不确定因数如干扰、程序BUG等，导致单片机的运行软件不按预先规定的顺序执行称为“程序跑飞或进入死循环，从而达不到设计目的，甚至因不可预测的原因发生意外事故这在工业领域应用时尤为重要。特地在单片机中设置了一个专用的硬件定时器，称为“watchdog timerWDT即“看门狗。当设计者通过软件方式启动了WDT后，WDT就开场按初始化中设置的定时周期做定时运行。一旦定时完毕，无论当前软件运行到什么地方，将无条件强制CPU复位，然后从头运行软件。这就是WDT的实际应用。实际上这也就是

52、一种硬件抗干扰的手段。当然，为了防止程序在正常运行时不会被WDT中断而干扰正常运行，所以，软件设计者必须让运行软件在正常运行中，并且在WDT每一个定时周期对WDT的运行做复位操作。即，使得WDT重新从0开场计时。这就是所谓“喂狗。AT89S52置看门狗,它由13位的计数器组成。复位后,调用喂狗指令清零计数器,然后,每个机器周期该计数器自动加1,当记数值到达8191(1FFF)时,产生一个复位信号,系统复位。因此,在启用看门狗后,至少要在8191个机器周期,调用一次喂狗指令,防止看门狗溢出复位。另外,系统在掉电模式下,晶振停顿了震荡,看门狗停顿。当外部中断唤醒掉电模式时,最好调用一次喂狗指令,防

53、止看门狗溢出复位。由于AT89S52向下兼容AT98S51,AT89C51,所以在原有AT98S51,AT89C51的根底上,可以直接加上看门狗功能,方便了产品的生级。3.5 报警电路蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机I/O引脚输出的电流较小，单片机输出的TTL电平根本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路。S51增强型单片机实验板通过三极管C8550来放大电流以驱动蜂鸣器。如图3.13所示，蜂鸣器的正极接到VCC5V电源上面，蜂鸣器的负极接到三极管的集电极C，三极管的基级B经过限流电阻R后由单片机的P1.0引脚

54、控制，当P1.0输出低电平时，三极管截止，没有电流流过线圈，蜂鸣器不发声；当P1.0输出高电平时，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。因此，我们可以通过程序控制P1.0脚的电平来使蜂鸣器发出声音和关闭。程序中改变单片机P1.0引脚输出波形的频率，就可以调整控制蜂鸣器音调，产生各种不同音色、音调的声音。另外，改变P1.0输出电平的上下电平占空比，则可以控制蜂鸣器的声音大小，这些都可以通过编程实验来验证。图3.13 报警电路3.6 硬件电路总图最后，根据以上各局部电路的分析，我们可以设计出硬件原理图如图3.14所示。3.14 硬件电路图第四章软件设计4.1ADC0809采样时钟软件实现通过单片机产生1MHZ的方波时钟频率给ADC0809，节