毕业论文-基于单片机的智能煤气总控系统的设计与实现

1、大连东软信息学院本科毕业设计（论文）论文题目论文题目：基于单片机的智能煤气总控系统的设计与实现 系 所：电子工程系 专 业：电子信息工程（微电子制造方向） 学生姓名： 学生学号： 指导教师： 导师职称：讲师 完成日期：2014年4月28日 大连东软信息学院Dalian Neusoft University of Information大连东软信息学院毕业设计（论文） 摘要 IV基于单片机的智能煤气总控系统的设计与实现摘 要随着现代高科技的不断发展，越来越多的可燃性气体作为能源应用于工业生产和人们的日常生活当中。但是可燃气体在给人们带来巨大便利的同时，也存在着巨大的安全隐患。其中由于一氧化碳泄漏

2、造成的中毒死亡事故尤为严重，因此，设计一套可燃性气体的检测报警系统很有必要。本论文主要实现管道煤气泄露的测量与报警，系统主要以半导体气体传感器为研究对象，以单片机为核心构成一个具备数据采集、对象控制、结果显示、数据通信等功能的完整系统。通过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、蜂鸣器及切断电路，实现对煤气泄露事故的实时监测及控制；程序实时监测系统状态。因此本系统也可作为智能家居系统的一个子系统。本设计的特色：本设计实现的智能煤气总控系统采用微电脑控制，实现室内可燃气体浓度的实时检测，当室内气体浓度过高时，系统可以自动切断气阀，并通过使能蜂鸣器以向用户示警，避免悲剧发生，进

3、而保证用户的生命、财产安全。本设计是以数字集成电路技术为基础，以STC12C5A60S2单片机为核心，软件、硬件相结合，组成煤气检测及控制电路、实现了煤气的检测、声光报警、气阀切断及煤气浓度的LCD显示等功能。关键词：气体传感器，STC12C5A60S2单片机，声光报警大连东软信息学院毕业设计（论文） AbstractDesign and Implementation of Intelligent Gas Master Control System AbstractWith the development of technology, more and more flammable gas a

4、s the energy used in industrial production and peoples daily lives. The combustible gas brought us great convenience, but also there is a huge risk. Therefore, the design of a set of natural gas detection and alarm system is necessary.This paper mainly achieved pipeline gas leak measurement and alar

5、m systems primarily for the study of semiconductor gas sensor, a microcontroller as the core components of a data collection with object control, the results show that the complete system and data communication functions. Through the I/O output interface; output signal to drive the corresponding dri

6、ve circuits respectively control warning lights, buzzers and cut off the circuit, to achieve real-time gas leak accident monitoring and control; process real-time monitoring system status. Therefore, the system can also be used as a subsystem of smart home systems.The design characteristics: Smart G

7、as Master Control System Design and Implementation of the microcomputer control, real-time detection of combustible gas concentrations indoors when the indoor air concentration is too high, the system can automatically cut off the valve, and by enabling the buzzer to user warning to avoid the traged

8、y, thus ensuring the users life and property safety.This design is a digital integrated circuit technology as the basis, STC12C5A60S2 microcontroller core, software, hardware combine to form a gas detection and control circuit, a gas detection, sound and light alarm, the concentration of the gas val

9、ve off and LCD display function.Key words: Gas sensor, STC12C5A60S2 microcontroller, Sound and light alarm 大连东软信息学院毕业设计（论文） 目录目 录 TOC o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _Toc6279 IAbstract PAGEREF _Toc28550 II第1章绪 论 PAGEREF _Toc2641 11.1 研究背景 PAGEREF _Toc28685 11.2研究的目的和意义 PAGEREF _Toc7220 11.3研究的特色和预期成果 PAGEREF _T

10、oc16541 2第2章关键技术介绍 PAGEREF _Toc22008 32.2 Keil C51编译器 PAGEREF _Toc22162 32.3 Altium Designer Release 10 PAGEREF _Toc31093 42.4 MQ-5煤气传感器 PAGEREF _Toc11943 4第3章系统分析 PAGEREF _Toc20915 53.1 系统结构 PAGEREF _Toc3091 53.2 系统开发环境 PAGEREF _Toc28696 53.3 系统任务的可行性分析 PAGEREF _Toc28637 63.3.1 技术实用性 PAGEREF _Toc19

11、281 63.3.2 经济可行性 PAGEREF _Toc23145 63.3.3 技术可行性 PAGEREF _Toc15030 6第4章 系统设计 PAGEREF _Toc23361 74.1 CPU的选择 PAGEREF _Toc14013 74.2 设计中涉及到重要器件介绍 PAGEREF _Toc10407 84.2.1 STC12C5A60S2系列单片机 PAGEREF _Toc21181 84.2.2 DS1302时钟芯片 PAGEREF _Toc28204 84.2.3 DS2Y继电器 PAGEREF _Toc17210 94.2.4 LCD1602液晶介绍 PAGEREF _

12、Toc12469 94.3 PCB板电路设计 PAGEREF _Toc14916 94.3.1 单片机最小系统电路设计 PAGEREF _Toc8134 104.3.2 液晶显示电路设计 PAGEREF _Toc16419 114.3.3电磁阀控制的设计 PAGEREF _Toc9746 124.3.4煤气传感器驱动电路设计 PAGEREF _Toc12830 134.3.5 实时时钟电路的设计 PAGEREF _Toc23457 13第5章系统实现 PAGEREF _Toc8336 155.1 软件设计流程图 PAGEREF _Toc19979 155.2 系统主要程序 PAGEREF _T

13、oc20150 155.2.1 DS1302主要驱动程序 PAGEREF _Toc30611 155.2.2 继电器控制程序 PAGEREF _Toc27093 16第6章系统测试 PAGEREF _Toc17455 186.1 软件系统调试 PAGEREF _Toc31405 186.2 硬件系统调试 PAGEREF _Toc15297 196.3 整体联调 PAGEREF _Toc27468 196.4 本章小结 PAGEREF _Toc25348 19第7章结论 PAGEREF _Toc3268 21参考文献 PAGEREF _Toc12541 22致 谢 PAGEREF _Toc904

14、5 23附 录 PAGEREF _Toc9464 24大连东软信息学院毕业设计（论文）- 第1章绪 论随着现代科技的不断发展，越来越多的可燃性气体作为能源应用于工业生产和人们的日常生活当中。但可燃气体在给人们带来巨大便利的同时，也有着巨大的安全隐患。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。可燃性气体发生泄漏到达爆炸极限后，一旦在有火源的情况下，便会引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失，以及危及人们的生命安全。为了减少此类事故的发生，对这些可燃性气体进行现场实时检测显得尤为重要，使用先进安全可靠的检测仪表，严密监测环境中可燃性气体的浓度，预防事故的发生，采取有效措施手段，才

15、能确保工业安全以及家庭生活安全。家用煤气报警器更是时下所需，因为它更加的简捷易用，方便居民生活。1.1 研究背景国外在上世纪30年代开始开发气体传感器和相应的报警系统。加上人们安全意识的逐步提高，可燃性气体检测报警系统在国外得到了很大程度的发展。可燃性气体检测报警系统在国外已经发展成为一种相当成熟的产品。尤其是美国、日本等发达国家在此领域的技术一直处于世界的前列，无论是在气体探测器的研制上还是在警报器的性能上。其开发的产品以采用最灵敏的探测器，响应速度快，灵敏度高，性能稳定，寿命长而著称。我国在可燃性气体检测报警系统等领域的发展较发达国家而言相对滞后，但随着气体安全问题越来越被人们所认知，从7

16、0年代开始到现在也取得了长足的进步。越来越多的厂家开始生产可燃性气体探测器和报警控制器。可燃性气体检测报警系统生产型号齐全，品种多样，应用范围广泛，但就主要的生产技术和工艺而言，较国际先进水平还有一定的差距。1.2研究的目的和意义 根据中国城市燃气协会的统计数据显示，2011年，我国共发生燃气事故776起，其中，因为户内燃气泄漏导致的事故所占比例最大超过了50%为51.61%。燃气安全已经成为居民最关注的问题之一。而家用煤气报警器的出现，为解决这个问题，提供了有力的帮助。煤气报警器因为小巧，适合普通家庭使用。煤气报警器能够及时防范有煤气泄漏而引起的一系列恶性事故，它已经在许多国家都有广泛的应用

17、。 随着城市煤气、天然气事业及化学工业的迅速发展，易燃、易爆的气体种类和应用范围在不断增加，这些易燃易爆气体在生产和使用过程中，一旦发生泄漏将会引起中毒、火灾、爆炸等重大事故，人们在对安全生产的重视程度日益增加的同时，对生产技术手段也进行不断的提高，研制一种新型、性能稳定、准确监测可燃性气体报警控制器势在必行。 为了防止家用煤气因各种原因发生泄漏，而导致的人身伤害和财产损失，开发先进，可靠的安全检测仪表，严密检测环境中可燃气体的浓度，及早发现事故隐患，采取有效措施，将事故消灭在萌芽之中。以确保安全生产和居民的财产安全。家用煤气报警器更是时下所需，因为它更简捷易用，方便居民生活。当燃气泄漏之后，

18、报警器能发出警报，保全家人的安全与健康。单凭这一点，煤气报警器的研究工作是非常有意义的。1.3研究的特色和预期成果本设计实现的智能煤气总控系统采用微电脑控制，实现室内可燃气体浓度的实时检测，当室内气体浓度过高时，系统可以自动切断气阀，并通过使能蜂鸣器以向用户示警，避免悲剧发生，进而保证用户的生命、财产安全。本论文主要实现管道煤气泄露的测量与报警，系统主要以半导体气体传感器为研究对象，以单片机为核心构成一个具备数据采集、对象控制、结果显示、数据通信等功能的完整系统。通过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、蜂鸣器及切断电路，实现对煤气泄露事故的实时监测及控制；程序实时监测系

19、统状态。因此本系统也可作为智能家居系统的一个子系统。本设计是以数字集成电路技术为基础，以STC12C5A60S2单片机为核心，软件、硬件相结合，组成煤气检测及控制电路、实现了煤气的检测、声光报警、气阀切断及煤气浓度的LCD显示等功能。 大连东软信息学院毕业设计（论文）第2章关键技术介绍2.1微控制器处理器简介微控制器处理器，又称微 HYPERLINK /doc/422704.html t _blank 控制器（Microcontroller Unit），全名叫单片微型计算机（英语：Single-Chip Microcomputer），常用英文字母的缩写MCU表示单片机。其原理就是把 HYPER

20、LINK /doc/735320.html t _blank 中央处理器、存储器和定时/计数器（Timer/Counter）、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。它最早是被用在工业控制领域，而早期的设计理念是通过大量外围设备和CPU集成在一个芯片中使计算机系统更小，更容易集成复杂的对体积要求严格的控制设备当中。单片机里的芯片是靠程序运行的，而且是可以修改的，通过更改程序来实现不同的功能，特别是一些独特的功能，这是别的器件很难做到的。单片机的应用领域非常之广，几乎无时无刻都存在我们的生活当中。单片机的主要应用领域有：智能化家用电器（洗衣机、空调、电视机、微波炉、电冰箱、电饭

21、煲以及各种视听设备）、办公自动化设备（打印机、复印机、传真机、绘图仪、考勤机、电话以及通用计算机中的键盘译码、磁盘驱动等）、商业营销设备（电子称、收款机、条形码阅读器）、航空航天系统和圜防军事、尖端武器等领域。单片机机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益。更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。2.2 Keil C51编译器Keil C51是由美国Keil Software公司出品，它能兼容51系列单片机C语言软件开发系统。与传统汇编语言相比，C语言在许多方面都有明显的优势，

22、易学易用。Keil提供了包括C编译器、连接器和一个功能强大的仿真调试器在内的完整系统，并通过一个集成开发环境将这些部分连接在一起。运行Keil软件需要Windows操作系统。如果你学习和工作中使用C语言编程，那么Keil将会成为你的最佳搭档，其实如果你仅用汇编语言编程，Keil方便易懂的集成环境、强劲的仿真调试工具也会令你事半功倍。uVision与Ishell是Keil C51工具包的整体结构，他们的IDE(集成开发环境)分别是 C51 for Windows和for Dos，编译、编辑、仿真、调试等流程都可以用它来完成。您可以用他的IDE去编辑C或者是汇编源文件。之后目标文件分别用A51和C

23、51编译器编译来生成。目标是由LIB51创建生成，也能将库文件一起经L51来连接定位，最后生成绝对目标文件。绝对目标文件文件由OH51转换成标准十六进制文件，用以进行源代码级别的调试，也可以用仿真器使用直接对目标进行调试，也可以直接写入程序存贮器中。2.3 Altium Designer Release 10Altium的（全名是Protel International Limited）有限公司是于1985年由Nick Martin在塔斯马尼亚岛的霍巴特成立的，主要是开发计算机软件用于辅助进行印刷电路板设计。该公司推出的第一套DOS版本PCB设计工具被澳大利亚电子行业广泛接受，到1986年中期

24、，Altium的厂商开始通过销售商出口到美国和欧洲的设计方案。伴随着PCB设计软件包的成功，Altium公司不断地增大商品范围，产品包括原理图输入，PCB自动布线和自动PCB元件布局软件。Altium Designer提供一个统一的应用方案，其综合电子产品一体化唯一的程序，必须制定所有必要的技术和功能。 Altium Designer的集成板级和FPGA系统设计在一个单一的设计环境中嵌入软件开发以及PCB版图设计，编辑和制造基于FPGA和分立处理器。并集成了现代设计数据管理功能，让Altium Designer成为电子产品开发的完整解决方案 - 既要满足当前，但也能够满足未来发展需求以及解决方

25、案。2.4 MQ-5煤气传感器MQ-5是一种气敏传感器。MQ-5型气敏元件对不同种类，不同浓度的气体有不同的电阻值。在清新的空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)被用来当做MQ-5气体传感器所使用的气敏材料。在传感器周围环境当中存在可燃性气体的时候，空气中煤气的浓度增大会促使传感器中的电导率随的增大。一个电路的使用可以简单的将改变输出信号的传导和气体浓度相应的转换。MQ-5煤气传感器对各种天然性气体很敏感，对甲烷和丙烷可较好的兼顾。这种传感器不仅可以可燃性气体，还是一款具有多种用途成本低廉的传感器。特点:（1）在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度。（2）对丁烷、丙烷、甲烷非常敏感。（3）

26、长寿命、低成本。（4）简单的驱动电路即可。应用:（1）家用小型煤气报警器。（2）工业用可燃气体的检测与报警器。（3）便携式气体检测器。第3章系统分析3.1 系统结构本设计为基于单片机的智能煤气总控系统，是以数字集成电路技术为基础，以STC12C5A60S2单片机为核心，软件、硬件相结合的结构，组成家庭煤气安全的防控系统、实现了室内煤气浓度的监控，当室内煤气浓度超标时，系统可以自动切断气阀，防止煤气的进一步扩散，并通过蜂鸣器进行预警提示，利用LCD可以查看当前系统的工作状态。本设计主要实现一个智能煤气总控系统，主要要实现室内煤气浓度的监控功能，当开启此监控模块后，当监控对象异常情况下，本系统会通

27、过蜂鸣器发出报警声音，提醒房主有意外发生，房主在解除险情之后，可以通过按键解除警报声响。系统由硬件系统和软件系统两部分组成。系统软件部分由C语言编写，易读，可移植性好。要求实现对各个功能模块中的主逻辑芯片的时序控制；硬件部分主要设计一个智能煤气总控系统，当启动监控模块后，发生警报后，系统可以通过蜂鸣器预警提示；系统结构框图如图3.1所示。图3.1 系统结构框图3.2 系统开发环境 操作系统： Window 7软件开发工具：Keil uVision4画图工具：Altium Designer Release 10 硬件控制器：STC12C5A60S23.3 系统任务的可行性分析3.3.1 技术实用

28、性 煤气现在已经走进各个住宅小区，在其给用户生活提供便利的同时，也带来了安全隐患，每年关于煤气泄漏引起的熟睡的人们在不知不觉中就中毒及火灾事件层出不穷，为了保证家庭成员生命安全及保护财产安全，该设计用煤气传感器实现屋内煤气的检测，检测是否有煤气泄漏；如果发送异常状态，系统中的蜂鸣器会响，进而提醒熟睡的人们有危险发生，以便第一时间进行防护。该案例贴近生活实际，通过该案例的研发，可以深入了解智能家居安防系统的方方面面，这些充分显示了该毕设所用技术的实用性。3.3.2 经济可行性本系统设计采用的单片机是STC12C5A60S2单片机，该单片机LQFP44封装的市场价格大约在5元左右，而显示部分的LC

29、D1602市场价格在13到15元左右，使用的MQ-5煤气传感器模块20元左右，综合上述的价格统计，本设计总体花费大概不超过四十元左右，可见在经济上具有可行性。因此系统所用芯片非常便宜，但是对于原理性研发此系统完全满足需求。3.3.3 技术可行性本系统所采用的关键技术包括煤气传感器模块的驱动、实时时钟模块的实现、蜂鸣器、继电器驱动电路及各功能模块的主逻辑芯片的时序控制，这些从网络、书籍中可以找到这些技术的相关文档，上面有这些技术详细的分析和解释，因此通过熟读这些技术文档就可以掌握本设计涉及的各项技术。另外在大学期间学习了数字信号处理、模拟电路、数字电路、单片机等课程，这些课程的学习为毕业设计的实

30、现打下了扎实的理论基础，因此，本毕业设计的实现在技术上是可行的。第4章系统设计4.1 CPU的选择对于基于单片机的智能煤气总控系统而言，因为贴近生活，所以社会需求量比较大，为了本设计可以更好地应用于实际，降低成本，我们要选择一款价格低廉，接口资源丰富的CPU十分重要，所以选择合适的主CPU是顺利完成设计的重中之重。看到许多的资料,仔细比对了各种单片机的型号，我感觉选择一个合适的单片机有时真的不太容易，要考虑的方面太多了。只能说某个特定场合比较适于采用某个 MCU 。不大可能某个牌子的 MCU 适合于所有的设计。选择一款适合设计的单片机要考虑到这几个因素。例如速度，程序存储器容量，这些事单片机的

31、基本参数。 I/O 引脚数量。单片机的加强功能；例如电子狗，双串口，RTC(实时时钟)，双指针，EEPROM ，扩展 RAM ，CAN 接口，I2C 接口，SPI 接口，USB 接口。封装；DIP (双列直插)，PLCC ( PLCC 有对应插座)还是贴片，DIP 封装在做实验时可能方便一点。功耗；在设计的时候必须加密，用信号线的取电只能提供几个毫安，使用 PIC 的原因就是因为功耗较低，之后又出了 MSP430 也不错。工作电压范围；比如设计玩具赛车遥控器， 至少需要两节干电池供电，至工作电压大概能在1.8到3.6伏之间。我们最为熟悉的单片机还是51系列单片机，自70年代诞生以来就有很多公司

32、来研发、生成各种型号的51单片机。51系列单片机最早由Intel公司推出，主要有8031系列，8051系列。后来Atmel公司以8051的内核为基础推出了AT89系列单片机。为了学习简单Atmel也推出了8051指令完全一样的AT89C2051、AT89C4051等单片机，这些单片机可以看成精简型的8051单片机。比较适合初学者的需要。 Intel公司也最早生成MSC-51系列单片机的厂商之一，随后又有许多公司，许多工程师来研发，使用该款单片机。无论是在技术的成熟度还是在芯片的功能方面都高于同类产品。51单片机的技术在国内已经非常成熟，许多初学者都是先学51单片机再学其他的单片机的。大多数大学

33、更是以51单片机为基础来教学。因此在本设计中采用处理数据的单片机是MSC-51系列的单片机。不但价格便宜，技术成熟，而且也非常容易在PROTUES中进行仿真，非常适合我们这样刚刚入门的初学者。MSC-51系列单片机在很多公司都有在生产，比较著名的是ATMEL公司生成的AT89C51系列单片机和国内生产的STC89C51系列单片机。AT89C51系列单片机的稳定性非常高，有较高的性价比。但是它下载程序的方式ISP下载方式，就是每次调试，下载程序都需要特殊的编程机才能给实物下载程序，因此比较麻烦。而STC89C51系列单片机下载程序是只需要串口下载就可以了，就是只有一根串口线我们就可以对单片机进程

34、程序的下载，调试。不但如此，STC89C51系列单片机在价格上也占有一定的优势，比AT89C51单片机每片要便宜2-5元钱。在资源上也远远多于AT89C51单片机，无论是在中断、时钟还是在内存方面都要优越于AT89C51单片机。因此本设计是以STC12系列单片机为基础而设计的。具体的单片机型号是STC12C5A60S2单片机。4.2 设计中涉及到重要器件介绍本设计中主要涉及到的主要器件有STC12C5A60S2单片机，DS1302时钟芯片，煤气传感器模块、声音报警模块、继电器控制模块和LCD1602液晶显示器。4.2.1 STC12C5A60S2系列单片机STC12C5A60S2单片机是由宏晶

35、科技研制的新一代增强型单片机，具有超强的抗干扰/高速/低功耗等能力，指令代码完全兼容8051单片机，具有12时钟/机器周期和16时钟/机器周期两种模式。造价低廉。主要特点：5V，3V的两种电压模式，工作范围为0 40MHz比单片机的休息，实际能达到的频率48MHz 4K ROM，最高可达到62k，RAM扩展到512字节和1280字节。具有ISP(系统可编程)和IAP（在应用可编程）两种模式，可以通过串口直接下载用户程序简单，方便。具有EEFROM和看门狗定时器功能。3个16位定时器，2个8位定时器，4路外部中断可用下降沿触发和低电平触发外部中断。4.2.2 DS1302时钟芯片DS1302 是

36、DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片,里边有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM,使用简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路.提供秒分时日日期.月年的信息,可以自动调整时钟的每个月的天数和闰年的天数，在操作的过程中可以通过AM/PM 的来指示决定采用24 或者是12 小时格式.只需要简单的三个口线就可以让DS1302 与单片机之间能采用同步串行的方式进行通信:1 RES 复位,2 I/O 数据线,3 SCLK串行时钟.时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31 个字节的字符组方式通信.DS1302 在工作的时候功耗很低,数据和时钟信息要保持在功率小于1mW。DS1302

37、是由DS1202 改进而来,新加了几个的特性.在双电源管脚用于主电源和备份电源供应Vcc1,附加的七个字节存储器可编程涓流充电电源.它应用的领域非常之广泛，例如电池供电的仪器仪表、电话传真便携式仪器表等产品。4.2.3 DS2Y继电器HYPERLINK /search?word=电磁继电器&fr=qb_search_exp&ie=utf8电磁继的英文名是relay，它是由HYPERLINK /search?word=铁芯&fr=qb_search_exp&ie=utf8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

38、的作用下克服弹簧的拉力吸向HYPERLINK /search?word=铁芯&fr=qb_search_exp&ie=utf8铁芯，然后去带动衔铁静触点和动触点吸合。当线圈断开电源之后，电磁的吸引力也将会消失，这是衔铁就会在弹簧的反作用力下回到原来的位置上，让动触点和原来的静触点（常闭触点）共同释放。这样吸合、释放，这样就使电路达到了导通和切断的目的。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。本设计所采用的DS2Y继电器为松下产品，松下电工以

39、其优异的电气性应用于各个行业中。4.2.4 LCD1602液晶介绍图4.1 LCD1602液晶显示器LCD1602液晶是一种专门用来显示字符、数字、符号等的点阵型液晶。如图4.1所示，它由5*7或5*8个点阵位组成，每个点阵位都可以显示一个字符，每个点阵位都有间隔，因此，显示时有行距和列距，不能显示图形和汉字。LCD1602可以显示16*2行的字符，驱动程序有严格的读写指令和数据的时序。主要特点：具有字符发生器ROM显示192个字符，有64个字节的自定义字符RAM，8个自定义5*8点阵字符或5个自定义5*11点阵字符，80个字节的RAM。+5V电压对比度可调，低功耗，寿命长，高可靠性等特点。4

40、.3 PCB板电路设计印制线路板的设计工艺流程包括原理图的设计、电子元器件数据库登录、设计准备、区块划分、电子元器件配置、配置确认、布线和最终检验。在流程过程中，无论在哪道工序上发现了问题，都必须返回到上道工序，进行重新确认或修正。据电路功能需要设计原理图，如图4.2所示。原理图的设计主要是依据各元器件的电气性能根据需要进行合理的搭建，通过该图能够准确的反映出该PCB电路板的重要功能，以及各个部件之间的关系。原理图的设计是PCB制作流程中的第一步，也是十分重要的一步。图4.2 PCB电路图本系统硬件电路涉及到的主要模块包括单片机最小系统电路设计，液晶显示电路设计，煤气传感器模块以及继电器驱动电

41、路等模块组成。4.3.1 单片机最小系统电路设计单片机最小系统包括复位电路和时钟电路。复位电路又分为上电复位电路和开关复位电路。我使用的复位是上电复位电路，如图4.3所示。图4.3 STC12C5A60S2单片机最小系统单片机最小系统电路设计是指单片机能正常工作所必须的外围元器件，主要可以分为复位电路和时钟电路，因为内部时钟的频率比较低，当在XTAL1和XTAL2之间加上一个晶振，单片机内部振荡器便能产生自激震荡，产生时钟信号，在晶振的两侧加上2060pF的瓷片电容起到了微调时钟频率的作用，让频率更加稳定。STC12C5A60S2系列单片机的程序存储器和数据存储器是各自独立编址的.STC12C

42、5A60S2系列单片机的所有程序存储器都是片上Flash存储器，不能访问外部程序存储器，因为没有外部访问使能信号EA和程序存储启用信号PSEN。STC12C5A60S2系列单片机内部有1280字节的数据存储器，其在物理和逻辑上都分为两个地址空间：内部RAM(256字节)和内部扩展RAM(1024字节)。另外，STC12C5A60S2系列单片机还可以访问在片外扩展的64KB外部数据存储器。设置或重置的微控制器，目的是把电路初始化为一定的状态。单片机实现电复位的原理是在其复位的引脚RST上外接电容和电阻。在单片机内部复位值存储设备和一些寄存器装入制造初始到一个空的状态。一般来说，单片机复位电路的作

43、用是把一个状态机初始化到一个空的状态。当复位水平持续超过两个机器周期复位有效的单片机管理部，这是复位或电力电容器放电功率，RST也拉到高电平，但也由于电容器充电，将一段时间的高电平到单片机复位。4.3.2 液晶显示电路设计LCD1602的显示电路如图4.4所示。图4.4 LCD1602电路原理图在图中1脚和2脚表示电源，3脚接入一个10000欧姆电位器调节液晶显示对比度，4脚的LCD控制器和写数据写命令选择端，5脚的液晶显示读写终端，6端是液晶的使能信号端。4，5，6分别接到单片机的P12，P11，P10接口。714引脚是液晶的数据总线用了传输数据/命令，接到单片机的P0口，在他们之间加上10

44、K的上拉电阻使传输的数据更加稳定。15，16引脚背光液晶显示器。4.3.3电磁阀控制的设计用电子控制的器件称为继电器，它既有控制系统和被控制两大系统，通常应用于自动控制电路中，它的本质是一种自动开关器件，是用小电流去控制大电流。本设计当中所使用的继电器是电磁式继电器，它的构成部分是衔铁、线圈、铁芯、触点簧片等等组成。当我们在线圈两端加上一定的电压，即本设计中，置标号Relay对应的IO引脚为低电平时，三极管S8550导通，此时线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，继电器中的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，

45、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)吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。当Relay置成低电平时，该继电器吸合，即4、8脚导通，此时连接到4、8脚的电磁阀处于给电状态，具体电路图如下图4.5所示。图4.5 继电器驱动电路控制电磁阀的通断，就是控制12V电源的通断，本设计除了上面选择继电器用作开关作用外，本设计实现了mos管用作开关作用。MOS管用于MOS场效应管作为开关切换电路，场效应晶体管有三个极：源，漏极和栅极（或控制）G。其工作原理是：在源极和漏极是添加正确的极性（因为管类型有所不同，本设计采用P型管）的

46、电压和大小，然后以G极和源极之间的电压和控制，就会有相应大小的电流从源极流向漏极 ，将有从源到漏的相应电流的大小，如果信号电压足够大时，该电路可以瞬间饱和和成为一个开关。本设计中采用光耦和mos管的组合用作控制12V电源是否供电的开关。GIO是用来控制TLP181光耦的通断，当GIO为低电平时，光耦导通，即R91电阻相当于对地导通，故S极和G极直接产生压差，使MOS管导通，故源极S和漏极D导通，即标号VCC12V_OUT1为12V，当GIO为高电平时，源极、漏极截止，没有12V输出，故该设计中的mos管FDS4435起到了开关作用，具体电路图实现如下图4.6所示。图4.6 MOS管驱动电路4.

47、3.4煤气传感器驱动电路设计MQ-5煤气传感器的驱动电路如下图4.7所示。图4.7 烟雾传感器驱动电路4.3.5 实时时钟电路的设计美国DALLAS公司所推出的一款性能高、功耗低、还带RAM的实时时钟电路，它就是DS1302。这款电路不仅能对任何年月任何时间进行计时，还带有闰年补偿的功能，2.5V5.5V是它的工作电压。使用三线接口与CPU进行同步通讯，而且可用突发的方法一次性传递多个字节应用于临时性存放数据。DS1202的升级换代产品是DS1302，与DS1202能够很好的兼容，在提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力的同时，还增加了主电源/后背电源双电源引脚，本设计设计实时时钟电路如下图4

48、.8所示。图4.8 实时时钟电路该实时时钟电路可以用于设置煤气传感器模块定时开启时间。大连东软信息学院毕业设计（论文）第5章系统实现5.1 软件设计流程图系统上电后，软件会对系统进行初始化，包括对各种变量初始化，LCD1602液晶显示初始，串口和定时器的设置初始化，有了这些初始化才能保证系统数据的可靠性和正确性。软件控制流程图如图5.1所示。图5.1 软件控制流程图系统中包含按键对系统参数进行相关设置，实时时钟可以实现定时开启煤气传感器模块功能，继电器及mos管驱动电路用于控制电磁阀的通断，LCD1602用于显示系统的当前进程、相关参数及系统状态。5.2 系统主要程序本系统主要包括的程序是实时

49、时钟驱动程序、LCD1602液晶显示的驱动程序、煤气传感器模块驱动程序、继电器控制程序以及按键设定程序。系统中较为复杂的是DS1302实时时钟芯片驱动程序和LCD1602底层驱动程序的设计。下面我们主要对这两部分代码进行部分说明。5.2.1 DS1302主要驱动程序DS1302是采用了SPI三线接口和CPU进行同步通信，并且可以采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，所以广泛应用在你测量系统中。复位时序。使用DS1302时，首先要将其复位，之后才可以执行命令。复位的时候，主机将数据线激发位低电平并保持在一定数值，然后释放数据线，再由上拉电阻将数

50、据线拉升15到60us，再由DS1302发出相应信号，已将数据线激发成低电平，这样就完成了复位操作，如对DS1302时间进行设置的操作如下：void Set_RTC(void)unsigned char i，*p，tmp;for (i=0; i7; i+) / 转化为BCD格式：1字节其中高4位是十，低4位是个tmp = timedatai / 10;timedatai = timedatai % 10;timedatai = timedatai + tmp*16; Write_Ds1302(0 x8E，0 x00);/禁止写保护p = write_rtc_address;/传地址for (i

51、=0; i7; i+)/7次写入 秒分时日月周年Write_Ds1302(*p，timedatai);p+; Write_Ds1302(0 x8E，0 x80);/允许写保护最后说明，Write_Ds1302(0 x8E，0 x80);是写保护，主要是担心实时时钟正常工作计时的过程中对DS1302关键寄存器因为干扰而误操作，就是在正常工作时不能改变DS1302里的数据，就要进行写保护，就像家里要锁上一把锁，当要进行对里面的时间数据进行调整时就要取消写保护了即允许写，注意写完后要打开禁止写的保护才可以。5.2.2 继电器控制程序控制继电器是一种自动电器，它适用于远距离接通和分断交、直流小容量控制

52、电路，并在电力驱动系统中供控制、保护及信号转换用。控制继电器的输入量通常是电流、电压等电量，也可以是温度、压力、速度等非电量，输出量则是触点动作时发出的电信号或输出电路的参数变化。继电器的特点是当其输入量的变化达到一定程序时，输出量才会发生阶跃性的变化。 图5.2 继电器原理图/按K1 继电器吸合/按K2 继电器断开/*/#include sbit K1 =P32 ; /K1sbit K2 =P33 ; /K2sbit JDQ=P10; /继电器/*/void Delay(unsigned int ii) /1MSunsigned int jj;for(;ii0;ii-)for(jj=0;jj

53、4) * 10);Month = (timedata4 & 15) + (timedata44) * 10);Day = (timedata3 & 15) + (timedata34) * 10);Hour = (timedata2 & 15) + (timedata24) * 10);Minute = (timedata1 & 15) + (timedata14) * 10);Second = (timedata0 & 15) + (timedata04) * 10);sprintf(strDisplayLine2,Time is:%02d:%02d:%02d,Hour,Minute,Sec

54、ond);w_string(0 xC0,strDisplayLine2); ShowADResult(3); /煤气传感器对应的AD/MQ-5可燃气体浓度越高，电阻值越低，分压越小，电压输出越大if(DOUT=0)NoPowerBuzzerBeep();Relay = 1;if(fADConversionResult3000)sprintf(strDisplayLine1,Warning! %04d,fADConversionResult);/NoPowerBuzzerBeep();Relay = 1;elsesprintf(strDisplayLine1,System OK! %04d,fA

55、DConversionResult);Relay = 0;/sprintf(strDisplayLine2,AD Value:%04d mv,(UINT)(nADValue&0 xFFFF);/sprintf(strDisplayLine2,AD Value:%04d mv,(UINT)(fADConversionResult&0 xFFFF);w_string(0 x80,strDisplayLine1);elseif(nMode = 1)if(KEY1 =0 )while(KEY1=0);Hour+;if(Hour=24)Hour = 0;bChanged = 1;if(KEY2 =0 )

56、while(KEY2=0);Minute+;if(Minute=60)Minute = 0;bChanged = 1;if(KEY3 =0 )while(KEY3=0);Second+;if(Second=60)Second = 0;bChanged = 1;/重新赋值timedata6 = Year;timedata5 = 20;timedata4 = Month;timedata3 = Day;timedata2 = Hour;timedata1 = Minute;timedata0 = Second;sprintf(strDisplayLine2,H:%02d M:%02d S:%02d

57、 ,Hour,Minute,Second);else if(nMode = 2)if(KEY1 =0 )while(KEY1=0);StartHour+;if(StartHour=24)StartHour = 0;if(KEY2 =0 )while(KEY2=0);StartMinute+;if(StartMinute=60)StartMinute = 0;if(KEY3 =0 )while(KEY3=0);StartSecond+;if(StartSecond=60)StartSecond = 0;sprintf(strDisplayLine2,H:%02d M:%02d S:%02d ,S

58、tartHour,StartMinute,StartSecond);else if(nMode = 3)if(KEY1 =0 )while(KEY1=0);StopHour+;if(StopHour=24)StopHour = 0;if(KEY2 =0 )while(KEY2=0);StopMinute+;if(StopMinute=60)StopMinute = 0;if(KEY3 =0 )while(KEY3=0);StopSecond+;if(StopSecond=60)StopSecond = 0;sprintf(strDisplayLine2,H:%02d M:%02d S:%02d ,StopHour,StopMinute,StopSecond);else if(nMode = 6)if(KEY1 = 0 )while(KEY1=0);nControlMode = 0;/手动模式sprintf(strDisplayLine2,%s,Manual Mode );if(KEY2 = 0 )while(KEY2