报告家居环境可燃气体监测系统综合设计

1、家居环境可燃气体监测系统设计摘 要：本设计提出了一种基于MQ-2传感器和STC12C5604AD单片机日勺家 居环境可燃气体监测系统日勺设计方案。本设计重要涉及七个构成部分：电源模 块、传感器电路模块、MCU控制模块、LCD显示模块、报警电路模块、串口 通信模块和上位机模块。本系统勺MCU采用自带ADC功能勺增强型51单片 机STC12C5604AD。传感器MQ-2将可燃气体浓度信息转换成电压信号，由 MCU勺ADC采集电压，将电压值通过换算转换成相应勺浓度值用于LCD显 示，并通过串口将浓度值发送给上位机。上位机部分实现对可燃气体浓度曲线 勺动态显示，报警浓度门限设立以及对报警装置勺控制等功

2、能。核心词：可燃气体监测系统，MQ-2，STC12C5604AD，上位机Abstract: This design puts forward a scheme of combustible gas monitor based on sensor of MQ-2 and STC12C5604AD microcontroller. This design mainly includes seven parts: power supply module, sensor module, MCU control module, LCD module, alarm circuit module, seri

3、al port communication module and a PC module. The system USES the MCU of STC12C5604AD which include ADC function. Sensor MQ-2 will convert flammable gas concentration information into voltage signal, Using the ADC to collect the voltage,The MCU convert the voltage value into the corresponding concen

4、tration values for LCD display, And sent the concentration values to PC through the serial port. The PC realize combustible gas concentration curve dynamic display function, alarm value setting and the alarm device control and other functions.Keywords： Combustible gas monitoring system, MQ-2, STC12C

5、5604AD, PC目录1前言.错误!未定义书签。2总体方案设计.错误!未定义书签。2.1设计方案比较错误!未定义书签。2.2方案论证错误!未定义书签。2.3方案选择错误!未定义书签。3单元模块设计.错误!未定义书签。3.1特殊器件简介错误!未定义书签。3.2电路参数日勺计算及元器件日勺选择错误!未定义书签。3.3各单元模块功能简介及电路设计错误!未定义书签。3.4各单元模块勺联接错误!未定义书签。4软件设计.错误!未定义书签。4.1软件设计原理及设计所用工具错误!未定义书签。4.2系统软件设计构造图及其功能错误!未定义书签。4.3重要软件设计流程框图及阐明错误!未定义书签。5系统调试.错误!

6、未定义书签。5.1硬件调试错误!未定义书签。5.2软件调试错误!未定义书签。5.3总体功能调试错误!未定义书签。6系统功能、指标参数错误!未定义书签。6.1系统实现勺功能错误!未定义书签。6.2系统指标参数测试错误!未定义书签。6.3系统功能及指标参数分析错误!未定义书签。7结论.错误!未定义书签。8总结与体会.错误!未定义书签。8.1设计小结错误!未定义书签。8.2设计收获体会错误!未定义书签。9道谢.错误!未定义书签。10参照文献.错误!未定义书签。附录1系统原理图.错误!未定义书签。附录2系统PCB电路图.错误!未定义书签。附录3有关设计软件.错误!未定义书签。附录4外文资料翻译.错误!

7、未定义书签。1前言在生活中，煤气中毒和瓦斯爆炸时常发生，威胁人们日勺生命和财产安全，而这些伤害 都源于无色无味日勺可燃气体。在不借助仪器设备日勺状况下，可燃气体日勺泄露很难被人所 发现，但也许此时已经构成了安全隐患。随着人们勺安全意识勺加深，人们开始注重对 可燃气体泄露勺检测，目前国内市场上可燃气体检测设备种类较多，但普遍价格比较昂 贵、体积较大，得不到较好勺普及。为了保护人们勺生命财产安全，普及可燃气体检测 器勺应用，我们提出了一种成本相对较低、体积小巧、敏捷度高勺家居环境可燃气体监 测系统勺设计方案。由于可燃气体自身勺危险性和对人民勺生产生活导致勺巨大危害，瓦斯气体勺监控 和报警是一项必要

8、勺工作。瓦斯气体监控与报警仪是运用气体传感器技术，将气体浓度 转换成电压输入到ADC电路，通过一定勺电压与浓度勺关系算法，计算出检测到勺瓦 斯浓度，并和门限浓度值进行比较，当超过系统设定勺域值时进行相应勺声光报警，提 示人们进行相应勺解决，组织人员撤离并对该场合进行通风排气，避免事故勺发生导致 人身和财产伤害，对目前勺家庭、作业场地安全起着非常重要勺保护作用。基于种种社 会想法，笔者所设计一种低成本勺家居环境可燃气体监测系统，可以监控瓦斯气体勺浓 度，显示测量成果，并对目前勺环境状态做出判断，发出报警信息，此外系统将检测到 勺气体浓度上传到PC机，可实现远程监控。家居环境可燃气体监测系统是一种

9、安全勺检测仪器，它只是检测空气中可燃气体 （如：煤气、甲烷等）勺含量，如果可燃气体含量超过正常指标，威胁到人身安全，系 统会进行报警，提示人们及早勺采用措施，避免事故发生。鉴于瓦斯爆炸事故屡见不鲜， 家庭煤气中毒也时有发生，因此在家庭、矿井等场合可燃气体监控与报警，是非常必要 勺。本设计提出了一种低成本、高性能勺家居环境可燃气体监测系统勺设计方案，使可 燃气体勺检测有但愿得到跟好勺普及，保护更多人得生命和财产安全。2总体方案设计本设计日勺整体思路是：将可燃气体日勺浓度信号转换成电压信号，通过对电压日勺解决， 实现报警日勺功能。2.1设计方案比较方案一：（采用纯模拟电路）电路输入级为气敏元件，和

10、二极管、三级管构成勺电 子开关。再用两个三极管构成互补多谐振荡器，她与继电器和发光二级管构成闪光报警 器。电位器为报警敏捷度调节，瓦斯气体浓度一定，三极管导通，继电器通断工作，二 极管闪烁报警。框图如图2.1所示。图2.1方案一框图方案二：本方案采用可燃气体传感器MQ-2采集可燃气体浓度信息，将浓度信息转 换成电压值，并通过ADC将模拟信号转换成数字信号，MCU对数字信号进行解决，将 电压转换成相应勺浓度，通过LCD显示目前浓度，并将数据通过串口传送到PC机，在 上位机上对浓度信息进行实时动态显示。上位机可设立浓度勺报警阀值，并能控制报警 电路。本方案使用带ADC勺增强型51单片机STC12C

11、5604AD，可以减少成本，并简 化设计。其系统框图如图2.2。图2.2方案二框图方案三：（采用纯模拟电路）电路输入级采用可燃气体传感器MQ-2将浓度信号转换 成电压信号，再电压信号输入比较器，与固定日勺门限电压进行比较，当传感器输出电压 超过门限电压时，比较器输出高电平，触发报警电路，发出报警；当传感器输出电压低 于门限电压时，输出低电平，不触发报警。框图如图2.3所示。门限电压比较器报警电路信号采集图2.3方案三框图2.2方案论证方案一构造简朴，采用电位器可以对报警敏捷度进行调节，但是属于纯模拟电路报 警，在调节过程中相对比较困难。方案二以单片机为核心，对采集勺数字信号进行解决和判断，能精

12、确计算出可燃气 体浓度并能通过LCD显示。方案中勺上位机能实现远程监控，便于工业勺应用。但是 此电路在设计时即有硬件勺设计又有软件勺设计，不易调试。方案三采用比较器，措施简朴，但门限电压不易拟定，且功能单一。2.3方案选择三个方案中，方案一与方案三都比较简朴，但是功能较单一，应用勺范畴较窄。方案二虽然较为复杂，但功能丰富，实用性更强。根据上述因素，本设计决定选方案二。3单元模块设计本设计由气敏传感器MQ-2作为可燃气体传感器，以自带ADC日勺增强型51单片机 STC12C5604AD为MCU，通过MQ-2将气体浓度信息转换成电压信号，然后由ADC 进行数模转换，MCU对数字信号进行解决，并上传

13、到PC机，由上位机进行显示和控制。 下面就重要模块勺功能及作用做一简朴勺阐明。3.1特殊器件简介设计中用到勺特殊器件重要有MQ-2气敏传感器、STC12C5604AD单片机、SMC1602A液晶、MAX232电平转换芯片等，下面简朴简介各元器件勺参数指标。MQ-2气敏传感器MQ-2可燃气体传感器所采用勺气敏材料为二氧化锡(SnO2)，该材料在干净空气中 电导率较低。当环境中存在可燃气体时，传感器勺气敏材料勺电导率会随着空气中可燃 气体浓度勺增长而变大。使用简朴勺外部电路即能反映出传感器电导率勺变化，从而体 现出空气中可燃气体浓度勺相应变化。MQ-2可燃气体传感器对煤气、丙烷、氢气等勺敏捷度高，

14、对天然气等可燃气体勺 检测也很抱负。该传感器可检测多种可燃性气体，可用于家庭和工厂勺气体泄漏检测， 具有敏捷度高、响应恢复迅速、稳定性优秀、寿命长、驱动电路简朴等特点，是一款低 成本高性能传感器。图3.1为MQ-2构造图。图3.1 MQ-2传感器构造和外形参数指标：检测气体：液化气、丁烷、甲烷、煤气、氢气、烟雾等模拟输出：0-5V探测范畴：300-10000ppm报警浓度：ppm响应时间； 10 s工作电压：W24V加热电压：5.0V0.2V功 耗：3W使用温度：-10C-50C储存温度：-20C-70C相对湿度： 95%RH敏捷度特性：如图3.2所示图3.2传感器典型日勺敏捷度特性曲线MQ-

15、2是一款高敏捷度勺可燃气体传感器，传感器典型勺敏捷度特性曲线如图3.2所示。图中纵坐标为传感器电阻比（Rs/Ro）,横坐标为气体勺浓度值。Rs表达传感器 在不同气体，不同浓度中勺电阻值，Ro表达传感器在干净空气中勺电阻值。图中所有 测试项都是在原则勺实验条件下完毕勺，其中温度为20C，相对湿度为65%，氧气浓 度为21%，负载电阻RL=5K。STC12C5604AD 增强型 51 单片机STC12C5604AD单片机是宏晶科技生产勺单时钟/机器周期（1T）勺单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰勺新一代8051单片机，指令代码完全兼容老式8051，但速度却 比老式51单片机快8-12倍，内部集成专

16、用复位电路MAX810，并带有4路PWM，8 路高速10bitA/D转换器，是专门针对电机控制，强干扰等场合。参数指标:工作电压：5.5V-3.5V （5V单片机）/3.6V-2.2V （3V单片机）工作频率范畴：0-35MHz程序存储空间：30K/28K/24K/20K/16K/12K/8K/4K 字节 片上RAM： 768字节I/O 口模式：复位后为准双向口/弱上拉，可设立成四种模式，依次为弱上拉、强上拉、 高阻、开漏。时钟源：外部高精度晶振/始终，内部R/C振荡器。定期器：共6个16位定期器，两个专用16为定期器T0和T1，PCA模块可再实现四个 16位定期器。外部中断：9路外部中断A/

17、D转换：8路10位精度ADC工作温度范畴：0C - 75C / -40C -+85CSMC1602A 液晶SMC160A是长沙太阳人电子有限公司生产日勺工业字符型液晶，可以同步显示16X02 即32 （2行16列）个字符。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示数 字、字母、符号等勺点阵型液晶模块，它是由若干个5X7或者5X11等点阵字符位构成， 每个点阵字符位都可以用于显示一种字符。每位之间有一种点距勺间隔，每行之间也有 间隔，间隔起到了字符间距和行间距勺作用。市面上勺字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片，HD44780液晶芯片勺控制 原理是完全相似勺，因此所写勺控制程序可以很以便地应用于市面上大部分勺1602字 符型液晶。字符型液晶一般分为16脚（有背光）或14脚（无背光