AT89C51一氧化碳报警设计.docx

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1、第一章绪论 1第一节设计背景 1第二节一氧化碳报警器概述 1第三节 设计的目的及意义 1第二章 设计方案 2第一节单片机的介绍和选用 2第二节设计要求及思路 2第三节初始方案与确定 2第四节系统组成 3第五节一氧化碳报警器系统的三大部分 4第三章硬件电路设计 6第一节单片机基础知识简介 6第二节模数转换部分电路设计 7第三节传感器部分电路设计 8第四节报警电路的设计 9第四章软件设计 10第一节单片机编程 10第二节 汇编语言概况 10第三节源程序 11结束语 13谢辞 14参考文献 15第一章绪论第一节设计背景一氧化碳（CO为无色、无味、无刺激性气体，比重0.967，几乎不溶于水，不易被活性

2、炭吸附。当碳物质燃烧不完全时，可产生CO如人体短时间内吸收较高浓度的C0,或浓度虽低，但吸时间较长，均可造成急性中毒。CO与血红蛋白结合能力超过氧和血红蛋白的结合能力的 200-300 倍,当CO与血红蛋白 结合形成的碳氧血红蛋白含量达到 5%寸，就会对人体产生慢性损害，达到 60% 时就会昏迷，达到90%就会死亡。唐山开滦集团中润煤化工有限公司甲醇分厂， 利用炼焦过程产生的焦炉气，经过净化、湿脱硫、压缩、精脱硫、合成、精馏 等工段生产出高品质甲醇。净化后焦炉气主要含量是CO在生产现场周围不可避免的有煤气存在，如果环境中 CO含量超出安全范围，常人很难发现，为了保 证人们生命健康和正常生产不受

3、影响， 实时检测CO含量十分重要。所以基于单 片机设计制作一氧化碳报警器，来保障人们的生命财产安全。第二节一氧化碳报警器概述首先我们应该对国家标准规定的燃气报警器的种类有所了解。燃气报警器 可分为可燃气体泄漏仪（简称“检漏仪”），可燃气体报警控制器（简称“控 制器”）、可燃气体探测器（简称“探测器”）、可燃气体报警器（简称“报 警器”）四大系列产品。可燃气报警器的核心是气体传感器，俗称“电子鼻”。 当气体传感器遇到燃气时，传感器电阻随燃气浓度而变化，随之产生电信号， 供燃气报警器后继线路处理。经过电子路线处理变成浓度成比例变化的电压信 号，由线性电路加以补偿，使信号线性化，经微机处理、逻辑分析

4、，输出各种 控制信号，即当燃气浓度达到报警设定值时，燃气报警器发出声光报警信号。第三节设计的目的及意义设计出性能更加可靠，经济实惠的一氧化碳报警器。意义在于：（1成本低廉并能对一氧化碳准确报警。（2）该产品不需专业人员操作，只要放在合适位置，通电即可，连续使用方便，操作简单。（3）能起到预防一 氧化碳中毒的效果，使人们安全放心的工作。（4）出现一氧化碳漏或者着火时，报警器能够立即鸣笛报警，告之工作人员及时采取措施。第二章设计方案第一节单片机的介绍和选用单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据 处理能力的中央处理器 CPU随机存储器RAM只读存储器ROM多种I/O 口和中

5、 断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模 拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的 计算机系统，目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域 没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络 通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智 能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控 制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机，更不用说自动控制 领域的机器人、智能仪表以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与 应用将造就一批计算机应用与智能化

6、控制的科学家、工程师。设计选用ATMEl公司的AT89C51和美国国家半导体公司生产的 ADCO80第二节设计要求及思路设计要求：报警器需在一氧化碳浓度达到100ppm时启动报警。具体实现如下功能：（1）系统要求设置正常工作状态除正常工作状态外 丄ED红灯处于熄灭状 态，蜂鸣器处于关闭状态。（2） 在正常工作状态下，绿灯应长亮。当室内一氧化碳浓度达到100ppm时系统应启动蜂鸣器报警，红灯闪烁。设计思路：采用单个传感器检测气体浓度，将检测结果通过高精度运算放大器放大后送入模 /数转换芯片中进行转换， 传给单片机进行数据处理。处理后的信息将通过单片机控制，驱动报警。第三节初始方案与确定（1）初始

7、设计以设计思路展开研究：根据该设计要实现的基本功能，设计 大概应该分为信号接收，信号处理，信号控制和信号响应四个部分。A. 信号采集接收部分即通过检测一氧化碳气体浓度，并将这种变化量转换 成电压或者 电流等模拟量的变化。B. 信号处理部分是将接收部分得到的电压或电流等变化进行必要放大，为 后一部分信号控制提供准备。C. 信号控制部分是通过预定控制方式等实现对设计要求的准确操作。D. 信号响应是通过事故处理部分和显示部分实现控制部分的要求。(2) 对上述四个部分进行分析，得到如下一些基本的结论：A. 信号接收部分为了能准且采集到气体浓度的变化应选用传感器敏感器 件，为使其有效部分的检测房间中气体

8、浓度，必须选用高温一氧化碳传感器。B. 信号处理部分应该根据实际情况选用电荷放大，或比较器等装置，这部 分电路将包含在传感器接口电路中。C. 控制部分为了实现精确控制，采用单片机较为合适。D. 信号响应及报警部分，用蜂鸣器和 LED灯即可。根据对上面设计系统的分析，我们得到该设计思想框图如下图2-1所示:图2-1设计思想框图(3) 方案确定 经过分析采用初始方案设计，即用单个传感器检测一氧化 碳气体浓度，将检测到的浓度结果通过运算放大器放大后送入模/数芯片ADC0809中进行模一数转换，传入单片机中，由 AT89C51单片机处理数据，并 利用单片机控制报警器进行声音报警。分析：此设计十分简单，

9、也十分实用。虽然对气体浓度的采集不是很精确， 但报警方面已经十分符合设计目的。第四节系统组成本设计属于单片机应用系统。单片机在系统检测以及工程控制方面的应 用，是典型的嵌入式系统。通常将满足海量高速数据计算的计算机称为通用计 算机系统；而把面向工控领域对象，嵌入到工控系统中，实现嵌入式应用的计 算机称之为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统。嵌入式系统分为四种：工控 机，通用CPU莫块，嵌入式微处理，单片机。嵌入式系统具有以下特点：(1) 面对控制对象。如传感器信号输入、人机交互操作、伺服驱动等。(2) 嵌入到工控应用系统中的结构形态。（3）能在工业现场环境中可靠运行的品质。（4）突出控制功能。如

10、对外部信息的捕捉、对控制对象实时控制和有突出控 制功能的指令系统（I/O控制、位操作和转移指令等）。单片机有唯一的专门为嵌入式应用系统设计的体系结构与指令系统，最能 满足嵌入式应用要求。单片机是完全按嵌入式系统要求设计的单芯片形态应用系统，能满足面对控制对象、应用系统的嵌入、现场的可靠运行及非凡的控制 品质等要求，是发展最快、品种最多、数量最大的嵌入式系统。第五节一氧化碳报警器系统的三大部分单片机应用系统的结构分三个层次。（1）单片机：通常指应用系统主处理机，即所选择的单片机器件。（2）单片机系统：指按照单片机的技术要求和嵌入对象的资源要求而构成 的基本系统，如时钟电路、复位电路和扩展存储器等

11、与单片机构成了单片机系 统。（3）单片机应用系统：能满足嵌入对象要求的全部电路系统。在单片机系 统的基础上加上面向对象的接口电路，如前向通道、后向通道、人机交互通道（键盘、显示器、打印机等）和串行通行口（RS232以及应用程序等。单片机应用系统三个层次的关系如图 2-2所示。图2-2单片机应用系统三个层次的关系以此理解，一氧化碳报警器同样具有单片机应用系统的三个层次。其中以AT89C51单片机为核心构成单片机系统。在此系统中，检测信号进入单片机进行运算处理。为了更好的理清设计思路，将整个系统细分为三部分加以设 计说明。整个报警器由三个部分组成，分为三大模块：浓度检测模块、主控模 块和报警模块。

12、在本次设计中，使用的核心器件是单片机和一氧化碳传感器为了保重整个系统可靠的运行，设计中必须明确三大部分的实际联系：以单片 机为中心，其他各大模块一一展开。其中，浓度检测及显示模块所实现的功能 是将房间中的一氧化碳浓度值转换成为单片机能够处理的数字信号，并且浓度 值显示出来：主控模块以单片机为主，对其他模块的运行进行控制；报警模块 是此系统的外部电 路，它的功能是实现报警系统框图如图2-3所示。图2-3一氧化碳报警器系统组成框图下面就对各个模块的功能和实现形式做简单介绍：（1）气体浓度检测模块 一氧化碳报警器主要采用高稳定一氧化碳气体传感器MQ-7检测房间气体浓度，检测结果通过高精度运算放大器放

13、大后送入模/数转换芯片ADC080肿进行转换。（2）主控模块 系统采用单片机控制，用的是 AT89C51单片机，AT89C51单片机是美国In tel公司推出的一种4K字节可编程FLASH存储器，低电压、高 性能CMOS 8位微处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次，数据可保留10年。它的主要功能既是和 ADC080芯片一起共同接受检测信号， 又可以通过对数字型号的处理来控制外围电路以及显示电路。模数转换芯片采用ADC0809接收经过运算放大器处理后的一氧化碳传感器的检测值，检测结 果通过ADC080处理后才传给单片机进行数据处理。 处理后的信息将通过 单片 机控制，以驱动报警

14、。（3）报警模块 此模块主要有蜂鸣器、LED灯组成，在气体浓度过大，超 过安全值时，蜂鸣器工作，提供报警服务。 至此，本系统的三大模块功能和设 计思路已经确立，下文将介绍整个系统的详细设计过程，并且给出设计电路。第三章硬件电路设计第一节单片机基础知识简介介绍及主控电路设计：在实际的应用中，基本知识的掌握程度至关重要， 他影响到应用的好坏。硬件知识用来设计硬件电路，软件知识用来设计芯片处 理数据的先后顺序，数据的获得途径以及对数据做怎样的处理，还有其他的一 些驱动和显示功能等等。本设计用到的硬件知识主要有：电子技术、单片机技 术。在电子技术方面分为模拟电子技术和数字电子技术，模拟电子技术主要用

15、来放大传感器检测信号和驱动反光二极管以及显示穿管器检测气体浓度；数字 电子技术用来把模拟量转换成数字量，把从刚起检测到的模拟量转换成数字值。 利用单片机实现综合控制。主控电路中，以单片机为主体，通过分析A/D转换的得到的数字值，控制事故处理模块运行。设计采用的是AT89C51型单片机,AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能 CMOS位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。由于将多功能8位CPUS闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL勺AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为

16、很多嵌 入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3-1所示。Ft匹 pl iEPI陋 n遐P!吃 PJ.直 間国 om p; egrmno p.；01 时冊fl T丘 :AR ；6A-H * -1尸 AIKLb X 11 (界附叮JA時K 1 IX曹J i m(srl K K -一 t)LIf ku応1J第三节传感器部分电路设计(1) 传感器的定义：人们通常将能把非电量转换成电量的器件称为传感器， 传感器实质是一种功能模块，起作用是将来之外界的各种信号转换成电信号：它是实现测试与自动控制系统的首要环节。(2) 传感器的作用：传感器是又称之为电五官，是获取自然和生产领域中信

17、 息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数， 使设备工作在正常状态或最佳状态， 并使产品达到最好的质量。没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了 基础。传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用， 是十分明显的 世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现 一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。(3) 传感器的组成：传感器一般由敏感元件、传感元件和测量电路三部分 组成有时还加上辅助电源。通常可用方框图表示。敏感元件一一直接感受被测 量，并输出与被测量成确定关系的其他量的元件。传感元件 又称变换器

18、， 传感元件可以直接感受被测量而输出与被测量成确定关系的电量。也可以不直 接感受被测量，而只感受与被测量成确定关系的其他非电量。测量电路一一能 把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、控制和处理的有用电信号的 电路。使用较多的是电桥电路，也是用其他特殊电路，如高阻抗输入电路、脉 冲调宽电路、维持震荡的激振电路等。由于传感元件的输出信号一般比较小， 为了便于与显示和记录，大多数测量电路还包括了放大器。传感器与ADC0809勺连接 检测数据从INO 口输入，转换完毕送给单片 机P1 口供单片机进行数据处理。第四节报警电路的设计报警电路采用了蜂鸣器以及放光二极管。在设计中，单片机P2.0,P2.

19、1,P2.2 分别控制灯以及蜂鸣器，通过编程让传感器的数据和给定值进行比较。如果大 于则报警，即蜂鸣器鸣叫，发光二极管闪烁。电路图如图3-3所示。第四章软件设计第一节单片机编程本次设计用汇编语言编写程序。由于程序十分简单，所以用汇编语言能够 更直观更便于理解。下面介绍一下汇编语言：汇编语言是面向机器的程序设计 语言。在汇编语言中，用助记符代替操作码，用地址符号或标号代替地址码。 这样用符号代替机器语言的二进制码，就把机器语言变成了汇编语言。于是汇 编语言亦称为符号语言。使用汇编语言编写的程序，机器不能直接识别，要由 一种程序将汇编语言翻译成机器语言，这种起翻译作用的程序叫汇编程序，汇 编程序是

20、系统软件中语言处理系统软件。汇编程序把汇编语言翻译成机器语言 的过程称为汇编。第二节汇编语言概况汇编语言是一种功能很强的程序设计语言，也是利用计算机所有硬件特性 并能直接控制硬件的语言。汇编语言，作为一门语言，对应于高级语言的编译器，需要一个“汇编器”来把汇编语言原文件汇编成机器可执行的代码。高级 的汇编器如MASMTASM等等为我们写汇编程序提供了很多类似于高级语言的特 征，比如结构化、抽象等。在这样的环境中编写的汇编程序，有很大一部分是 面向汇编器的伪指令，已经类同于高级语言。现在的汇编环境已经如此高级， 即使全部用汇编语言来编写 windows的应用程序也是可行的，但这不是汇编语 言的长

21、处。汇编语言的长处在于编写高效且需要对机器硬件精确控制的程序。（1汇编语言直接同计算机的底层软件甚至硬件进行交互，它具有如下一 些优点：1.能够直接访问与硬件相关的存储器或I/O端口； 2.能够不受编译器 的限制，对生成的二进制代码进行完全的控制；3.能够对关键代码进行更准确的控制，避免因线程共同访问或者硬件设备共享引起的死锁；4.能够根据特定的应用对代码做最佳的优化，提高运行速度；5.能够最大限度地发挥硬件的功能。（2）汇编语言是一种层次非常低的语言，它仅仅高于直接手工编写二进制的机器指令码，因此不可避免地存在一些缺点：1.编写的代码非常难懂，不好维护；2.很容易产生bug,难于调试；3.只

22、能针对特定的体系结构和处理器进 行优化；4.开发效率很低，时间长且单调。（3）汇编语言的特点:1.面向机器的低级语言，通常是为特定的计算机或系列计算机专门设计的。2.保持了机器语言的优点，具有直接和简捷的特点。3.可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备，如磁盘、存储器、CPU I/O端口5.得到汇编源程序：STBITOEBIT P3.1ORG0000HLJMPMAINORG0030HMAIN: CLRP2.0CLRP2.2LCALLDELAY CLRSETBSTCLRSTLCALLDELAYSETBOEMOVP1,#0FFHMOVA,P1CLROECLRCSUBBA,#67HJNCALERMS

23、JMPMAINALERM: SETB P2.2SETBP2.0MOVR4,#255DJNZR4,$CLRP2.0STMOV R5,#255第三节源程序P3.0报警值等。4.目标代码简短，占用内存少，执行速度快，是高效的程序设计语言。 经常与高级语言配合使用，应用十分广泛。对于不同型号的计算机，有着不同 的结构的汇编语言。汇编语言由于采用了助记符号来编写程序，比用机器语言 的二进制代码编程要方便些，在一定程度上简化了编程过程。汇编语言的特点 是用符号代替了机器指令代码，而且助记符与指令代码一一对应，基本保留了 机器语言的灵活性。使用汇编语言能面向机器并较好地发挥机器的特性， 质量较高的程序。DJ

24、NZ R5,$SJMP ALERMDELAY: MOV R2,#250AA: MOV R3,#255DJNZR3,$DJNZR2,AARETEND结束语在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法 可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去 很多.我趁着做毕业设计的同时也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试 内容有限，所以在这次毕业设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对 于其在电路中的使用有了更多的认识。经过两个多月的设计里，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也

25、曾一度热情高涨。从开始时的满富激情 到后来汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。 通过这次毕业设计 使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有 把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服 务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问 题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题， 同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够 深刻，掌握得不够牢固。当我以学子的身份踏入大学校门的那天起，便已注定我将在这里度过人生 中最美丽的青春年华。提笔写下“致辞”，我才惊觉自己即将

26、真正离开，人生 亦从此展开新的画卷。尽管不舍，却更珍惜，因为我的生命中有那么多可爱的 人值得感激。他们使我的大学生活充满了色彩，无论收获、遗憾，对我来说都 是一笔宝贵的财富。 两年的大学生活不知不觉中就要结束了， 在这段难忘的生 活中，有我许多美好的回忆。在这份大学的最后一页里，首先感谢学院给我们 提供这个能自我展示的平台，感谢我的指导教师程普、刘慧敏、张新岭老师， 你们从一开始的论文方向的选定，至原后的整篇文论的完成，都非常耐心的对 我进行指导。给我提供了大量数据资料和建议，告诉我应该注意的细节问题， 细心的给我指出错误，修改论文。谢谢我辅导员老师们，从大一到大二是你的 悉心教导、孜孜不倦我

27、们才能顺利的完成学业。我要感谢在我二年的学习中无 私传授我知识的各位老师，是你们将自己宝贵的财富无私地奉献给了我们，让 我们能在学业上有所成绩；是你们让我倍感教师职业的伟大，交给我们知识， 又不忘教育我们如何做人！我会在你们的教诲下成功步入社会，在社会中尽自 己的所能来回报社会和国家对我们的培养。我会踏踏实实做人，勤勤恳恳的工作，在今后的路途中也许也会有坎坷和困难，但我已经不是入学之初的我，经 受磨练的勇气和克服苦难的决心已经在老师和父母的指导教育下成长起来了， 所以在未来的人生中我会努力前行，风雨无阻。再次感谢所有给予我支持和帮 助的老师、同学和朋友们。参考文献1. 肖洪兵跟我学用单片机北京航空航天大学出版社20022. 赵晓安单片机原理及应用天津大学出版社20013. 李广第单片机基础北京航空航天大学出版社199919964. 徐惠民、安德宁单片微型计算机原理接口与应用北京邮电大学出版社5. 夏继强单片机实验与实践教程北京航空航天大学出版社20016. 吴运昌模拟集成电路原理与应用华南理工大学出版社19957. 康华光电子技术基础高教出版社20088. 王爽汇编语言