1、河南科技學(xué)院新科學(xué)院2014屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于單片機(jī)的可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警控制系統(tǒng)學(xué)生姓名： 侯青青所在院系：新科學(xué)院電氣工程系所學(xué)專業(yè)：電子信息工程導(dǎo)師姓名： 王紅軍完成時(shí)間：2015年4月10日基于單片機(jī)的可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警控制系統(tǒng)摘 要隨著電子科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，電子技術(shù)逐漸成為安全方面的有力手段，許多安全方面的電子產(chǎn)品，是人們?cè)谏钪械牡昧χ帧１驹O(shè)計(jì)利用單片機(jī)技術(shù)結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)建了一個(gè)可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)環(huán)境中可燃?xì)怏w泄露并達(dá)到一定濃度時(shí)，可燃?xì)怏w報(bào)警報(bào)警系統(tǒng)將會(huì)檢測(cè)到并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以提醒工作人員采取安全措施。本文首先簡(jiǎn)要介紹了可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警控制系統(tǒng)的主要方式以及單

2、片機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，后又詳細(xì)地介紹了可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，以及硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，給出了硬件電路的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，包括各個(gè)部分電路、芯片的選擇、方案的可行性分析等。 本系統(tǒng)主要由傳感器MQ-2、單片機(jī)AT89C52、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0808、液晶顯示屏LCD1602構(gòu)成，其功能是對(duì)環(huán)境中可燃?xì)怏w的濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)濃度達(dá)到原本設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，就會(huì)觸發(fā)聲光報(bào)警。其主要工作流程為：首先由傳感器MQ-2對(duì)環(huán)境中有害氣體的濃度進(jìn)行采集，然后將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓值，將模擬信號(hào)采集處理后傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0808，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳送給單片機(jī)AT89C52，單片機(jī)內(nèi)部建立濃度與電壓的關(guān)

3、系，將結(jié)果送入LCD進(jìn)行顯示，若可燃?xì)怏w濃度達(dá)到報(bào)警值時(shí)會(huì)觸發(fā)聲光報(bào)警，從而能夠降低日常生活中可燃?xì)怏w泄漏所引起的事故的發(fā)生。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，可燃?xì)怏w，MQ-2傳感器Design of Ignitable Gas Alarm Detector and Controller Based on MCUAbstractWith the progress and development of electronic science and technology, electronic technology has become the powerful tools for the security, m

4、any security electronic products, is people in life's right-hand man. This design using the single chip microcomputer technology combined with the A/D conversion chip built A combustible gas detection alarm system. When the combustible gas leakage in the environment and achieve a certain concent

5、ration, combustible gas alarm alarm system will be detected and signal alarm, to remind staff to take safety precautions. This paper first briefly introduces the main way of combustible gas detection alarm control system and the advantage of single chip microcomputer system, and introduces in detail

6、 the design process of the control system of flammable gas detection alarm, and the design of hardware system and software system, details the design of hardware circuit are given, including the selection of each part of the circuit, chip, project feasibility analysis, etc.MQ - 2 this system is main

7、ly composed of sensor, microcontroller AT89C52, modulus conversion chip ADC0808, LCD display LCD1602, its function is to the concentration of the combustible gas in environment monitoring, when the concentration reaches originally set alarm value, will trigger a sound and light alarm. Its main worki

8、ng process is: first by the sensor MQ - 2 to acquisition of the concentration of harmful gas in the environment, and then translate them into corresponding voltage value, the analog signal collection and processing will be sent to ADC0808 modulus conversion chip, then the converted digital signal tr

9、ansmitted to the single chip microcomputer AT89C52, MCU internal build relations between the concentration and voltage, the results into the LCD display, if combustible gas concentration reaches the alarm value, will trigger the acousto-optic alarm so that they can reduce daily life caused by combus

10、tible gas leakage accidents.Key words: AT89C52, combustible gas, MQ - 2 sensor目錄緒論11 報(bào)警器的概述11.1 報(bào)警器的研究背景及意義11.2 氣體傳感器的分類22 系統(tǒng)組成框圖與工作原理23 主要原件介紹33.1 STC89C52單片機(jī)33.1.1 概述33.1.2 管腳介紹33.1.3最小系統(tǒng)53.2 轉(zhuǎn)換芯片ADC080863.2.1 概述63.2.2 管腳介紹73.3 氣體傳感器MQ-283.4 液晶顯示模塊94 電路單元硬件設(shè)計(jì)94.1 可燃?xì)怏w信號(hào)采集部分電路94.2 A/D轉(zhuǎn)換部分電路104.3 顯示

11、部分電路114.4 報(bào)警電路125 軟件設(shè)計(jì)部分135.1 軟件設(shè)計(jì)流程圖135.2 軟件仿真過(guò)程136 總結(jié)15參考文獻(xiàn)16附錄17緒論煤礦爆炸、廠房起火、工人中毒、家庭煤氣泄漏等諸如此類新聞報(bào)道層出不窮。礦井、氣庫(kù)、石油化工、室內(nèi)煤氣等眾多易燃易爆場(chǎng)所的安全問(wèn)題一直都被廣泛關(guān)注。因此設(shè)計(jì)一款能穩(wěn)定并實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)怏w信號(hào)測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)尤為重要。近幾年來(lái)大規(guī)模的集成電路發(fā)展迅速，也帶動(dòng)了單片機(jī)的迅猛發(fā)展，這給在野外以及無(wú)人監(jiān)測(cè)的地方進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)帶來(lái)了很大的方便?！皞€(gè)頭小、價(jià)格低廉、性能強(qiáng)大”是單片機(jī)的一大特征。在環(huán)境監(jiān)測(cè)儀中運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)，不僅能夠降低成本，還能減小其體積和質(zhì)量，既能提高環(huán)境

12、監(jiān)測(cè)儀的自動(dòng)化水平，又對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)更加準(zhǔn)確。按系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)要求，決定控制系統(tǒng)采用市場(chǎng)上很普遍的AT89C52單片機(jī)，模數(shù)轉(zhuǎn)換采用ADC0808，轉(zhuǎn)換速度完全可以達(dá)到本次設(shè)計(jì)的要求，顯示部分由LCD1602液晶屏進(jìn)行顯示。本設(shè)計(jì)是通過(guò)采用MQ-2氣體傳感器作為可燃?xì)怏w的信號(hào)采集工具，系統(tǒng)建立濃度與電壓關(guān)系，利用單片機(jī)技術(shù)將采集到的模擬電壓量經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理計(jì)算，濃度值由液晶顯示，觸發(fā)聲光報(bào)警，啟動(dòng)無(wú)線控制排氣裝置。1 報(bào)警器的概述1.1 報(bào)警器的研究背景及意義在中國(guó)逐步進(jìn)入工業(yè)化的同時(shí)，工業(yè)事故的發(fā)生頻率也在逐步上升。工人中毒、煤礦爆炸、家庭煤氣泄漏、廠房起火等等諸如此類的

13、事故頻頻發(fā)生。發(fā)生這些事故的主要原因是在工業(yè)環(huán)境中對(duì)易燃易爆氣體、有毒有害氣體的使用。在我們的日常生活中到處都充斥著易燃易爆氣體和有毒有害氣體，一旦發(fā)生了泄漏，不僅使環(huán)境受到污染，還會(huì)造成人員的傷亡和財(cái)產(chǎn)的損失。比如說(shuō)天然氣，雖然它是一種被廣泛應(yīng)用的清潔能源，但它的危害我們不能忽略，天然氣的組成來(lái)源主要是甲烷，還包含有一些乙烷、丙烷等其他烴類，并且有少量的二氧化碳、氮?dú)狻⒘蚧瘹?、氫氣等非烴類組分。在日常生活中，如果使用不當(dāng)會(huì)造成天然氣泄漏使人因窒息而死亡。其次，天然氣的主要成分是烷烴（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等）和少量二氧化碳、二氧化硫，它的可燃燒成分是烷烴，烷烴本身無(wú)色無(wú)味，沒(méi)有毒性，而有氣味

14、的是其中的二氧化硫。通常，如果天然氣中的二氧化硫含量極少。為了使人容易通過(guò)嗅覺(jué)感知管道泄漏，因而在天然氣中加入了少量二氧化硫氣體和硫化氫氣體，但是硫化氫是一種劇毒氣體，如果天然氣中含有較多的硫化氫，人在大量吸入后會(huì)造成健康損傷。 近幾年來(lái)大規(guī)模集成電路發(fā)展迅速，單片機(jī)也迅猛發(fā)展，將單片機(jī)技術(shù)運(yùn)用到環(huán)境監(jiān)測(cè)中，能夠大大降低成本，還可減少環(huán)境監(jiān)測(cè)儀的質(zhì)量跟體積，已與這些優(yōu)點(diǎn)，可燃報(bào)警控制系統(tǒng)能夠廣泛應(yīng)用于家庭和工業(yè)中。1.2 氣體傳感器的分類表1.1氣體傳感器分類氣體傳感器分類原理特點(diǎn)半導(dǎo)體式氣體傳感器被測(cè)氣體的吸附后，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率變化，從而使電流變化，驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路。反應(yīng)靈敏，成本低廉，適宜于民

15、用氣體檢測(cè)。催化燃燒式傳感器是目前使用最多的檢測(cè)可燃?xì)怏w的原理之一輸出信號(hào)線形好、無(wú)與其他非可燃?xì)怏w的交叉干擾等特點(diǎn)熱導(dǎo)池式氣體傳感器不同氣體的熱導(dǎo)率差別較大應(yīng)用范圍窄，限制因素較多紅外式傳感器不同元素吸收的光的波長(zhǎng)不同。反應(yīng)靈敏，能適用于多數(shù)碳?xì)浠衔?，但成本較高結(jié)構(gòu)復(fù)雜。磁性氧氣傳感器空氣中的氧氣可以被強(qiáng)磁場(chǎng)吸引的原理只能用于氧氣的檢測(cè)，選擇性極好2 系統(tǒng)組成框圖與工作原理本設(shè)計(jì)主要是對(duì)環(huán)境中的可燃?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè)分析，一旦有害氣體的濃度超過(guò)規(guī)定容許的氣體濃度范圍，系統(tǒng)將閃光響鈴報(bào)警。系統(tǒng)具有以下功能：（1）有害氣體傳感器的檢測(cè)功能；（2）數(shù)模轉(zhuǎn)換功能；（4）液晶顯示功能；（3）聲光報(bào)警功能；

16、通過(guò)對(duì)功能需求分析，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)對(duì)環(huán)境中可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要由氣體傳感器、信號(hào)調(diào)理、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)和聲光報(bào)警等幾部分構(gòu)成。首先有害氣體傳感器對(duì)有害氣體的濃度進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成電壓量，將氣體傳感器的輸出端口接到A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的IN0，并作為A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入。再將A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端D0D7接到單片機(jī)的P1口，將聲光報(bào)警電路接到單片機(jī)的P3.4和P3.5口，從而構(gòu)成氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)氣體傳感器檢測(cè)的濃度值大于或等于所設(shè)定的氣體濃度值，通過(guò)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換成高電平送到單片機(jī)的P1口，從而使P3.4=0，閃光就啟動(dòng)，同時(shí)P3.5=0，蜂鳴器啟動(dòng)，從而完成了氣體的

17、檢測(cè)。其硬件結(jié)構(gòu)圖如下：LCD液晶顯示C52單片機(jī)聲光報(bào)警電路A/D轉(zhuǎn)換電路傳感器電路圖2-1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖3 主要原件介紹3.1 STC89C52單片機(jī)3.1.1 概述本設(shè)計(jì)的氣體濃度檢測(cè)裝置需運(yùn)用單片機(jī)的判斷、運(yùn)算和控制能力及存儲(chǔ)、顯示功能，它所處理的信息量和復(fù)雜程度不是太大，采用8位單片機(jī)足以滿足設(shè)計(jì)要求，因此選擇了AT-MEL公司的COMS工藝的低功耗單片機(jī)AT89C52。89C52是INTEL公司MCS-51系列單片機(jī)中基本的產(chǎn)品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了CMOS的高速和高密度技術(shù)及CMOS的低

18、功耗特征，它基于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，屬于89C51增強(qiáng)型單片機(jī)版本，集成了時(shí)鐘輸出和向上或向下計(jì)數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達(dá)控制等應(yīng)用場(chǎng)合。89C52內(nèi)置8位中央處理單元、256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、8k片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ROM）32個(gè)雙向輸入/輸出(I/O)口、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和5個(gè)兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。3.1.2 管腳介紹AT89C52封裝結(jié)構(gòu)為40條引腳雙列直插式，其引腳排列如圖2.1所示。其中，有2條電源引腳，2條外接晶體，4條控制引腳，其它為I/O引腳圖3-1 AT89C52引腳圖主要的引腳介紹：VCC：電源； GN

19、D：接地；P0口：P0口含有8個(gè)雙向I/O引腳，每個(gè)引腳可吸收的門(mén)電流是8個(gè)TTL。當(dāng)?shù)谝淮谓oP0口送“1”，定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高；P1口：P1口含有8個(gè)雙向I/O引腳，其內(nèi)部自帶上拉電阻。內(nèi)部的緩沖器能接收/輸出的門(mén)電流為4個(gè)TTL。當(dāng)P1口被寫(xiě)入“1”后，自動(dòng)的被上拉電阻拉高，此時(shí)其可用作輸入引腳。P1口為低電平時(shí)，會(huì)輸出電流。在FLASH編程或校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低8位地址接收。 P2口：P2口含有8個(gè)雙向I/O引腳，其內(nèi)部自帶上

20、拉電阻。其內(nèi)部的緩沖器可接收/輸出的門(mén)電流為4個(gè)TTL，當(dāng)P2口被寫(xiě)入“1”時(shí)，其管腳被拉高，作為輸入口。作為輸入時(shí)，P2口為低電平時(shí)，可輸出電流。P2口訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或進(jìn)行16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存取時(shí)，P2口作高八位地址引腳。在給地址送“1”時(shí)，可利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)。當(dāng)進(jìn)行讀寫(xiě)外部8位地址/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。在FLASH進(jìn)行編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口接收高八位地址和控制信號(hào)。 P3口：P3口有8個(gè)雙向I/O引腳，其內(nèi)部都自帶上拉電阻?？山邮?輸出為4個(gè)TTL的門(mén)電流。給P3口送入“1”后，被內(nèi)部上拉為高電平，用作輸入端口。作為輸入時(shí)，外部下拉為低電平，P3口作為輸

21、出將輸出電流。P3口作為AT89C51的一些特殊功能口還具有一些特殊功能：P3.0 RXD作串行輸入引腳；P3.1 TXD作串行輸出引腳；P3.2 /INT0為外部中斷0引腳；P3.3 /INT1 為外部中斷1引腳；P3.4 /T0為定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部輸入引腳；P3.5 /T1為定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部輸入；P3.6 /WR為外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫(xiě)選通引腳；P3.7 /RD 為外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀選通引腳；RST：復(fù)位輸入。要對(duì)器件進(jìn)行復(fù)位時(shí)，保持RST引腳兩個(gè)周期的高電平。ALE/PROG：對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，該引腳鎖存地址的低位字節(jié)。進(jìn)行FLASH編程時(shí)，此引腳為編程輸入脈沖。一般ALE輸出周

22、期穩(wěn)定的正脈沖，此周期為振蕩器周期的6倍。所以它能為外部輸出脈沖，也可用來(lái)定時(shí)。但是作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將會(huì)跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期中/PSEN有效兩次。但對(duì)外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)，將不出現(xiàn)這兩次有效的信號(hào)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA為低電平期間，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，都為外部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式為“1”時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：振

23、蕩器輸出引腳。3.1.3最小系統(tǒng)電路中電容器C1和C2其穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，本次設(shè)計(jì)采用33pF電容。晶振頻率的典型值位12MHz,采用6MHz的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)際電路中使用比較多，本次設(shè)計(jì)采用12M晶體振蕩器。圖3-2晶振電路單片機(jī)的RST管腳是外部復(fù)位的信號(hào)輸入端口。復(fù)位電平為高電平有效，高電平持續(xù)的時(shí)間為2個(gè)機(jī)器周期以上。單片機(jī)有上電復(fù)位和手工復(fù)位兩種復(fù)位方式。下圖所示是51系列單片機(jī)常用的上電復(fù)位和手工復(fù)位組合電路，復(fù)位后，單片機(jī)內(nèi)各部件將會(huì)恢復(fù)到初始狀態(tài)。圖3-3復(fù)位電路3.2 轉(zhuǎn)換芯片ADC08083.2.1 概述ADC0808是CMO

24、S為8位的器件，采用逐次逼近原理進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。它有一個(gè)8通道的多路開(kāi)關(guān)，它可以依據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，僅對(duì)選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)信號(hào)來(lái)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。3.2.2 管腳介紹圖3-4 ADC0808管腳圖ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如右圖所示。各引腳功能如下：（1）IN0IN7：8路模擬量輸入端,通過(guò)3根地址譯碼線ADDA ADDB ADDC來(lái)選通一路。（2）D7D0：AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微處理器數(shù)據(jù)線連接，8位排列順序是D7為最高為，D0為最低位。（3）ADDA、ADDB、ADDC：模擬通道選擇地址信號(hào)，ADDA為低位，ADDC為

25、高位。（4）VREF（+）和VREF（-）：正負(fù)電壓參考輸入端，用于提供片內(nèi)DAC電阻網(wǎng)絡(luò)的基電壓。在單極性輸入時(shí)，VREF（+）=5V，VREF（-）=0V，雙極性輸入時(shí)，VREF（+）和VREF（-）分別接正負(fù)極的參考電壓。(5) ALE：地址鎖存允許信號(hào)，高電平有效,當(dāng)此信號(hào)有效時(shí)，A、B、C三位地址信號(hào)被鎖存，譯碼選通對(duì)應(yīng)模擬通道，。使用時(shí)，該信號(hào)常與START信號(hào)連在一起，以便同時(shí)鎖存通道地址和啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。（6）START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，:正脈沖有效。加于該端的脈沖的上升延使逐次逼近寄存器清零，下降延開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換，如正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)又接到新的啟動(dòng)脈沖，則原來(lái)的轉(zhuǎn)換進(jìn)程

26、被中止，重新從頭開(kāi)始轉(zhuǎn)換。（7）EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平有效。該信號(hào)在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中為低電平，其余時(shí)間為高電平。該信號(hào)可作為被CPU查詢的狀態(tài)信號(hào)，也可作為對(duì)CPU的中斷請(qǐng)求信號(hào)。在需要對(duì)某個(gè)模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下，EOC也可作為啟動(dòng)信號(hào)反饋接到START端，但在剛加電時(shí)需要外電路第一次啟動(dòng)。（8）OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，高電平有效。當(dāng)微處理器送出該信號(hào)時(shí)，ADC0808的輸出三態(tài)門(mén)被打開(kāi)，使轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)總線被讀走。在中斷工作方式下，該信號(hào)往往是CPU發(fā)出的中斷請(qǐng)求響應(yīng)信號(hào)。3.3 氣體傳感器MQ-2MQ-2型傳感器可用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置，適宜于液化氣、丁烷、

27、丙烷、甲烷、酒精等的探測(cè)。MQ-2型傳感器屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導(dǎo)體。當(dāng)傳感器所處的環(huán)境中存在著可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率將會(huì)隨著空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。只要使用簡(jiǎn)單的電路就可以將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ-2型氣體傳感器對(duì)于丙烷、液化石油、天然氣的靈敏度很高，尤其對(duì)烷類煙霧更為敏感具有良好的抗干擾性，可準(zhǔn)確排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息，例如酒精。MQ-2傳感器可用于檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本的傳感器。MQ-2型氣體傳感器具有良好的重復(fù)性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。初始穩(wěn)定，響應(yīng)時(shí)間短，長(zhǎng)時(shí)間工作性能好。其檢驗(yàn)可燃?xì)怏w的范

28、圍為10010000ppm，電路設(shè)計(jì)的電壓范圍寬，24V以下均可。MQ-2氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖3.3所示(結(jié)構(gòu) A 或 B), 由SnO2 敏感層、微型Al2O3陶瓷管、測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。 部件材料1氣體敏感層二氧化錫2電極金（Au）3測(cè)量電極引線鉑（Pt）4加熱器鎳鉻合金（Ni-Cr）5陶瓷管 三氧化二鋁6防爆網(wǎng)100目雙層不銹鋼（SUB316）7卡環(huán)鍍鎳銅材（Ni-Cu）8基座膠木或尼龍9針狀管腳鍍鎳銅材（Ni-Cu）圖3-5結(jié)構(gòu)和外形3.4 液晶顯示模塊本設(shè)計(jì)選用的來(lái)顯示對(duì)環(huán)境中氣體的進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的是液

29、晶顯示模塊TC1602。以下是對(duì)TC1602芯片的說(shuō)明，TC1602是一種16字×2行的字符型液晶顯示模塊。TC1602的引腳排列如下圖所示，它有14個(gè)引腳可與外界相連，各引腳功能如下：圖3-6 顯示屏TC16021腳VSS：接地；2腳VDD：接5V電源；3腳VEE：對(duì)比度調(diào)整端，接正電源和接地時(shí)對(duì)比度分別為最高和最弱；4腳 RS：寄存器選擇端，當(dāng)RS為0時(shí)，選擇命令寄存器IR；當(dāng)RS為1時(shí)，選擇數(shù)據(jù)寄存器DR；5腳RW：讀寫(xiě)控制端，高電平時(shí)為讀操作，低電平時(shí)為寫(xiě)操作；6腳Enable：使能控制端，Enable為1時(shí)，則使能；Enable為0，則禁止；E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變

30、為低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令；7腳14腳D0D7：8位數(shù)據(jù)總線；15腳LED：背景光源，接5V；16腳LED：背景光源，接地。 4 電路單元硬件設(shè)計(jì)4.1 可燃?xì)怏w信號(hào)采集部分電路在本設(shè)計(jì)中，采用了的信號(hào)采集器件為MQ-2傳感器，器件的1、3、4引腳連接電源，一般使用+5V，2、5、6引腳接地。采集到的信號(hào)通過(guò)1k歐姆電阻后傳送到ADC0808的模擬輸入端，R2用來(lái)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的大小。具體的電路連接如圖4.1所示：圖4-1 信號(hào)采集電路4.2 A/D轉(zhuǎn)換部分電路以下是ADC0808的工作過(guò)程：通道選擇地址有效時(shí)，ALE信號(hào)一旦出現(xiàn)，地址則會(huì)存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)過(guò)譯碼選通8路模擬輸入之一到

31、比較器。而START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。START下降沿將會(huì)啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換，然后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD轉(zhuǎn)換完成后，EOC將會(huì)變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器中，而這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，打開(kāi)三態(tài)門(mén)，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 A/D轉(zhuǎn)換后所得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行及時(shí)處理。數(shù)據(jù)傳送的一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題是怎樣確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)數(shù)據(jù)傳送完成后，才能夠進(jìn)行傳送。為此可以采用以下三種方式： （1）定時(shí)傳送方式 轉(zhuǎn)換時(shí)間對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0808轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s，相當(dāng)于6MH

32、z的MCS-51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期。故可以依照此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)的子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后就可調(diào)用此子程序，當(dāng)延遲所需時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換就完成了，緊接著及可進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。 （2）中斷方式 中斷方式是指將表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)EOC作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，數(shù)據(jù)傳送方式就使用中斷方式。（3）查詢方式 ADC0808的EOC信號(hào)連在52的P2.5引腳上了，單片機(jī)通過(guò)循環(huán)查詢EOC信號(hào)，通過(guò)測(cè)試EOC的狀態(tài)，來(lái)確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成。不管使用上述的哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，便可通過(guò)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)，OE信號(hào)也為有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送給數(shù)據(jù)總線，單片機(jī)接受。ADC0808與單片機(jī)的連

33、接電路如下：圖4-2 A/D轉(zhuǎn)換部分電路4.3 顯示部分電路在電信號(hào)通過(guò)調(diào)理電路后輸出給單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換端口，再經(jīng)過(guò)計(jì)算和處理后以ppm顯示在液晶顯示模塊TCl602上。TC1602與單片機(jī)連接電路如下圖4.3所示：圖4-3 液晶顯示電路4.4 報(bào)警電路單片機(jī)的P3口用來(lái)控制光報(bào)警電路，依據(jù)不同的情況將會(huì)發(fā)出不同的光報(bào)警信號(hào)。當(dāng)濃度正常時(shí)，P3.3引腳控制的綠燈亮，當(dāng)濃度超標(biāo)時(shí)，P3.4引腳控制的紅燈亮，進(jìn)行報(bào)警。聲音報(bào)警電路也是在單片機(jī)P3口的控制下，當(dāng)濃度超標(biāo)時(shí)，P3.5引腳控制的蜂鳴器鳴響，進(jìn)行報(bào)警。如下圖所示：圖4-4光報(bào)警電路圖4-5蜂鳴器電路5 軟件設(shè)計(jì)部分5.1 軟件設(shè)計(jì)流程圖開(kāi)

34、始定時(shí)器初始化，液晶顯示屏初始化啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，標(biāo)度變換，保存數(shù)值在液晶上顯示當(dāng)前濃度判斷濃度是否超標(biāo)對(duì)應(yīng)的報(bào)警燈亮是否圖5-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖5.2 軟件仿真過(guò)程A/D轉(zhuǎn)換仿真圖，由于Proteus里沒(méi)有傳感器模型，所以用一個(gè)0-5V直流電壓表接滑動(dòng)變阻器代替?zhèn)鞲衅鞯?-5V的電壓的輸出，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程的仿真，當(dāng)調(diào)節(jié)調(diào)動(dòng)變阻器使其顯示不同阻值時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換也將會(huì)得到不同的值，。下圖所顯示的電路仿真是濃度正常的仿真：圖5-2電路仿真圖當(dāng)電路進(jìn)行報(bào)警時(shí)的電路：圖5-3報(bào)警電路圖6 總結(jié)本次的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警控制的目的，以89C52為主要芯片，通過(guò)MQ-2傳感器對(duì)可燃

35、氣體濃度的采集，再經(jīng)過(guò)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后送給單片機(jī)處理，處理后的結(jié)果送給液晶顯示屏，并觸發(fā)聲光報(bào)警。，就這樣構(gòu)建了一個(gè)可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警控制系統(tǒng)。在仿真時(shí)，由于PROTEUS軟件中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的MQ-2傳感器模塊，采用0-5V的電源模擬傳感器的輸入。仿真通過(guò)后，開(kāi)始實(shí)際電路的搭構(gòu)。本系統(tǒng)使用的工具是面向?qū)ο蟮木幊蘇EIL和PROTEUS進(jìn)行設(shè)計(jì) ,既解決了傳感信號(hào)的放大，也解決模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，完成了系統(tǒng)的綜合測(cè)試。該系統(tǒng)采用了一些常見(jiàn)的應(yīng)用電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)可燃?xì)怏w的檢測(cè)和控制。參考文獻(xiàn)1 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)（第三版）M.北京：清華大學(xué)出版社，2005.7.2 李強(qiáng).無(wú)線收發(fā)模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)J.江西通

36、訊科技，2010，1:38-403 陳光東.單片微型計(jì)算機(jī)原理及其C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2004.4.4 史小軍.電化學(xué)氣體傳感器在煙霧監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用J.中國(guó)儀器儀表，2009，6:90-91.5 李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用M. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.3.6ISBN 7-900101-08-X，夏路易，電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程protel 99se，-1版，-北京，-北京希望電子出版社，20027 ISBN 7-81077-517-0，李光飛，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)，-1版，-北京，-北京航空航天大學(xué)出版社，2004致謝我的的畢業(yè)課題是可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警控制

37、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是一個(gè)實(shí)際的小工程。作為一個(gè)本科生，我對(duì)實(shí)際的工程設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)還不夠，經(jīng)驗(yàn)也不足，在設(shè)計(jì)的整體框架中，難免有很多的細(xì)節(jié)沒(méi)有考慮。我們的指導(dǎo)老師王老師并沒(méi)有指責(zé)，而是給予我們鼓勵(lì)和很多寶貴的建議，并且悉心引導(dǎo)，給予我一個(gè)清晰的設(shè)計(jì)思路。我們沿著這條經(jīng)驗(yàn)之路，不斷地進(jìn)行嘗試探索，慢慢地也掌握了思考的方法和設(shè)計(jì)的基本流程。在設(shè)計(jì)中我遇到了很多的難題，比如硬件器件的選擇，功能的實(shí)現(xiàn)等。然而這樣的問(wèn)題并不是我一個(gè)人所能解決的，幸運(yùn)的是有我們的指導(dǎo)老師，在王老師的悉心指導(dǎo)下，一個(gè)個(gè)看似復(fù)雜的問(wèn)題便迎刃而解。 最后我還要再次深深地感謝王紅軍老師，正是基于王老師的悉心指點(diǎn)和自身的努力，我才能比較順利地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。謝謝大家！附錄#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit clk=P27; /時(shí)鐘信號(hào)sbit start=P24; /啟動(dòng)轉(zhuǎn)換sbit eoc=P25; /轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)sbit oe=P26; /控制數(shù)據(jù)的輸出sbit lcdrs=P36; / 液晶命令數(shù)據(jù)選擇端sbit lcden=P37; /液晶使能信號(hào)sbit led1=P33;