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1、 课 程 设 计 说 明 书课程名称：微机控制与接口技术课程设计题 目：一氧化碳浓度报警器设计学 院：电气信息学院专 业：测控技术与仪器年 级：2007 级学 生：学 号：指导教师：完成日期：2010年12月 12日一氧化碳浓度报警器设计摘 要：本设计主要是由一个MQ-5传感器采集气体浓度信号，系统建立浓度与电压关系，进行浓度电压转换，电压浓度转换，浓度显示，声光报警构成的报警装置。本系统由ADC0809处理数据，MCU采用AT89C52单片机，完成气体浓度信号的采集显示内容的传输、显示等功能。本设计的可燃气体警报器由六个部分组成：传感器、LED显示器、声光报警器、控制电路、A/D转换和电源模
2、块。对采集的数字信号进行处理和判断，运用一定的算法计算出待检测气体成分及浓度并送到LED显示器显示出来。当检测气体浓度低于设定报警阀值的时候，LED显示器仅仅显示测得的可燃气体浓度；当检测气体浓度超出设定报警阀值时给出声光报警。关键词： 传感器 ADCO8O9 单片机 LED显示器 声光报警Abstract: This design is mainly a MQ-5 from the gas concentration sensor signal acquisition system to establish the concentration and voltage relationship
3、 for the concentration of voltage conversion, voltage conversion concentration, concentration display, sound and light alarm warning devices posed. The system consists of ADC0809 processing data, MCU using AT89C52 SCM, the completion of the acquisition of gas concentration display signal transmissio
4、n, display and other functions. The design of the combustible gas alarm consists of six components: sensor, LED display, sound and light alarm, control circuit, A / D conversion and power module. On the acquisition of digital signal processing and judgments, the use of certain algorithms to calculat
5、e the composition and concentration of gas to be detected and sent to the LED display is displayed. When the test gas concentration less than the threshold set alarm time, LED display shows only the measured concentration of combustible gas; When gas concentrations exceed the detection threshold whe
6、n the alarm set to sound and light alarm.Keywords: Sensor、 ADC0809、 Single ChipMicrocomputer、 LEDdisplay、 Sound and light alarm 目 录1 前 言12 方案论证与比较22.1 方案一22.2 方案二22.3 方案三22.4 方案论证与比较23 硬件电路设计43.1概述43.2参数指标43.3特殊器件介绍43.3.1 AT89C52单片机43.3.2 ADC080963.3.3 MQ-5气体传感器83.4单元模块介绍103.4.1电源模块的设计103.4.2通信部分的设计
7、113.4.3 LED显示及驱动113.4.4 A/D采集与单片机最小系统125.软件设计135.1 单片机程序流程图135.2程序设计145.3 A/D、单片机数据传输设计146 系统测试166.1测试仪器166.2测试方法166.2.1电源测试166.2.2 传感器工作测试166.2.3 A/D采集与单片机最小系统电路的调试167 结论178 参考文献18附录一：相关设计图19附录二：相关设计程序20 1 前 言 鉴于家用煤气中毒和矿井中瓦斯爆炸时常发生，造成意外伤害的发生。这些不必要的伤害都源于有些可燃气体，在无色无味或在浓度较小的气体环境下，很难被人所发现，但可能此时已经构成了安全隐患
8、。可燃气体报警是一种安全的检测仪器，它只是检测空气中可燃气体的含量，如果可燃气体超出正常的空气含量威胁到人身安全或财产安全的时候，可燃使用煤气或矿井工作中要注意采取并完善安全措施、控制事故隐患。但是，不可能达到绝对安全，仍然会出现万有一失的情况。况且有时难免会有人们的疏忽。因此，事故隐患的检测报警，在家庭、矿井等场所可燃气体检测报警，是非常必要的。对避免和控制事故具有重要的意义。气体报警器就会自动报警，提醒人们及早的采取措施，避免事故发生。由于可燃气体本身的危险性和对人民生产生活造成的巨大危害，因此对可燃气体的检测和报警是一项必要的工作。可燃气体报警是利用气体传感器技术，将检测到的可燃气体浓度
9、和标准值进行比较，当高过一定浓度值时候进行相应的声光报警，提醒正在作业的人员进行相应的处理，组织人员撤离或对该场所通风排气，避免不安全事故的发生，对现在的家庭、作业场地安全起着非常重要的作用。基于种种社会想法，笔者所设计一种低成本的可燃性气体报警器设计，能够监控可燃气体的浓度，显示测量结果，并对当前的环境状态做出判断，发出报警信息。2 方案论证与比较2.1 方案一（采用纯模拟电路）电路输入级为气敏元件，和二极管、三级管构成的电子开关。再用两个三极管构成互补多谐振荡器，他与继电器和发光二级管组成闪光报警器。电位器为报警灵敏度调节，可燃气体浓度一定，三极管导通，继电器通断工作，二极管闪烁报警。2.
10、2 方案二电路输入级将浓度信号转换成电压信号，并采用多级非门驱动发光二级管报警，气体浓度越大，发光二级管点亮得越多。2.3 方案三电路气敏元件采集浓度信号，A/D处理数据，单片机控制电路，LED数据显示，对不同的气体浓度进行声光报警。气体传感器（MQ-5）A/D转换器（ADC0809）单片机（AT89C52）数据显示（LED）报警（蜂鸣器、发光二极管）串口通信（RS232）图2.1方案二功能框图2.4 方案论证与比较方案一结构小巧，采用电位器可以对报警灵敏度进行调节，但是属于纯模拟电路报警，在调节过程中相对比较困难。方案二采用多级非门驱动LED报警，可对气体浓度进行定量分析，浓度越大点亮的发光
11、二极管越多。从定性到定量，方案二较方案一从设计上有所提高，但由于只是通过LED发光来报警，不能很好的引起使用者的重视。方案三采用以单片机为核心的控制电路，对采集的数字信号进行处理和判断，运用一定的算法计算出待检测气体成分及浓度并送到LCD显示器显示出来。并通过软件控制设定一定的报警阀值，当浓度达到此阀值时有选择的进行声光报警。但是此电路在设计时即有硬件的设计又有软件的设计，较一二方案更为复杂。本设计的可燃气体警报器由六个部分组成：传感器、LED显示器、声光报警器、控制电路、A/D转换和电源模块，传感器部分采用的气体传感器能感知环境中某种气体并将与气体种类和浓度有关的信息转换成电信号。这种电信号
12、是连续变化的模拟信号需要经过A/D转换将其转化离散的数字信号。控制电路以单片机为核心，能够对采集的数字信号进行处理和判断，运用一定的算法计算出待检测气体成分及浓度并送到LED显示器显示出来。当检测气体浓度超出设定报警阀值时给出声光报警。本系统可以对检测的数据和设定的阀值参数进行存储并自备电源。3 硬件电路设计3.1概述该设计中采用半导体气体传感器MQ-5，感应外界可燃气体，其以金属氧化物半导体为基础材料，当被测可燃气体在该内部半导体表面吸附后，引起其电学特性(例如电导率)发生变化。由于电导率的改变产生不同的阻抗，时而产生不同的模拟电压信号。然后采用8位并行的A/D转换器ADC0809，将时间和
13、幅值都连续的电压模拟量，经过取样、保持、量化和编码等过程，转换为时间、幅值离散的数字量，同时将转换结束的数字量赋给主控芯片单片机AT89C52。单片机AT89C52根据外界可燃气体与对应变换电压的函数关系，处理数据.并将得到的对应浓度数据交给LED数码管及时显示。当检测气体浓度低于设定报警阀值的时候，LED显示器仅仅显示测得的可燃气体浓度；当检测气体浓度超出设定报警阀值时同时还给出声光报警。3.2参数指标检测气体：液化气、天然气、一氧化碳等可燃气体探测范围：300-5000ppm报警浓度：2500ppm响应时间； 10 s工作电压： AC 220V10%功 耗： 3W使用温度：-10-50储存
14、温度：-20-70相对湿度：2500) /浓度大于2500ppm时报警 didi(); void timer0() interrupt 1 / 定时器0中断子程序 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; aa+;6 系统测试6.1测试仪器序号类型型号序号类型型号1示波器YB432442万用表DT9205536.2测试方法6.2.1电源测试用220v转15v变压器，通过电容的滤波，用数字万用表直流电压20V档测得三端集成稳压器7805的3脚输出端，为5.04v,数据表明正常。6.2.2 传感器工作测试接通电源后，感受传感器是否发热，微微有热度表
15、明工作正常，用可燃气体逐渐靠近气体传感器，输出电压在05V变化，说明传感器工作增长。6.2.3 A/D采集与单片机最小系统电路的调试 为确保电路焊接无误后，接通5V电源，用数字万用表直流电压20V档测量单片机以下管脚的电压。20脚（VSS）： 0 V 40脚（VCC）： 5.04V9 脚（RST/VPD）：0.03V 31脚（/EA/VPP）：5.02V18脚（XTAL2）：2.27V 19脚（XTAL1）： 2.09V通过以上数据可以判断出单片机正常工作。正常接通电源后，用数字示波器检测ADC0809一下管脚的信号波形6脚（START） 7脚（EOC） 9脚 （OE） 10脚(CLOCK)都
16、呈现不同频率的脉冲，其中10脚的频率为460KHZ（接近500KHZ），说明AD工作正常。7 结论通过综合测试，本设计的系统基本能达到设计的预期要求，能够顺利感应外界可燃气体浓度的变化，当可燃气体浓度超过一定阀值的时候，给出声光报警。不过还存在一些缺陷。数码管显示数据不够稳定，延时时间没有达到最佳，当报警时，数码管显示的数据会随之闪烁。显示的数据线性性显示不强。基于单片机可燃气体报警器设计在硬件的选择上留有空间，在增加相关硬件同时，软件部分只需改动很少的部分就可实现其它功能，使系统功能更加完善。A/D转换器是8通道的，可以扩展其他传感器，如温度和湿度进行监测的传感器。并且系统可以扩展无线发射模
17、块，将检测的信息及时地发到安全控制中心，在配合其它矿井内的安全监控设备更好的确保井下作业的安全。8 参考文献1张毅刚 单片机原理及应用 高等教育出版社，20032杨振江、杜铁军.流行单片机实用子程序及应用实例M.西安电子科技大学出版社，2002.3肖洪兵 跟我学用单片机. 北京：北京航空航天大学出版社,2002.8 4何立民. 单片机高级教程 第1版北京：北京航空航天大学出版社，2001 5康华光 电子技术基础（模拟部分） 高等教育出版社，20056康华光 电子技术基础（数字部分） 高等教育出版社，20057徐惠民、安德宁 单片微型计算机原理接口与应用 第1版 北京：北京邮电大学出版社，199
18、6 8张培仁.基于 C 语言编程 MCS-51 单片机原理与应用M. 北京：清华大学出版社，2003.附录一：相关设计图附录二：相关设计程序#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit OE = P32; /定义各个I/O口sbit EOC= P35;sbit ST = P34;sbit beep=P21; /定义蜂鸣器sbit deng=P20; /定义发光二极管sbit dula=P26; /数码管位选sbit wela=P27; /数码管段选uint digtial4;uint U3;uchar bai,
19、shi,ge,qian;uchar Getdata; /AD变量定义/float ADdata;uint NongDu,UV;uchar aa,i;uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/*延时子函数*void delay_1(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void delay_2(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void display() /显示浓度uchar a;digtial3 = NongDu/1000; /最高位数值digtial2 = NongDu%1000/100; digtial1 = NongDu%100/10;digtial0 = NongDu%10;/最低位数值 for(a=1;a2500) /浓度大于2500ppm时报警 didi(); void timer0() interrupt 1 / 定时器0中断子程序 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; aa+;
