1、.城南學(xué)院 室內(nèi)煤氣和天然氣走漏報警器的設(shè)計PAGE ：.；摘要全國燃氣行業(yè)開展迅猛，液化氣、天然氣、煤氣等城市燃氣作為清潔能源已在工商業(yè)和城鎮(zhèn)居民用戶中得到廣泛運用，特別是隨著“西氣東輸工程的快速進展，燃氣行業(yè)開展?jié)摿甏?。但是隨著燃氣的廣泛運用，由于燃氣走漏所引發(fā)的爆炸、中毒和火災(zāi)事故也時有發(fā)生，這在某種程度上添加了城市的不平安和不穩(wěn)定要素。為了使燃氣更好地造福于民，造福于社會，減少并杜絕各種因燃氣走漏而引發(fā)的爆炸及火災(zāi)事故，各燃氣運用單位及居民用戶選擇一種適宜的室內(nèi)煤氣泄露報警器實為必要之舉。燃氣報警器的中心是氣體傳感器及單片機。當(dāng)氣體傳感器遇到燃氣時，傳感器電阻隨燃氣濃度而變化，隨之產(chǎn)

2、生電信號，供燃氣報警器后級線路處置。經(jīng)過電子線路處置變成濃度成比例變化的電壓信號，由線性電路加以補償，使信號線性化，經(jīng)微機處置、邏輯分析，輸出各種控制信號，即當(dāng)燃氣濃度到達報警設(shè)定值時，燃氣報警器發(fā)出聲光報警信號并可顯示燃氣濃度或啟動外部聯(lián)運設(shè)備。本文正是經(jīng)過分析目前燃氣報警器的現(xiàn)狀，設(shè)計制造室內(nèi)缺點監(jiān)測報警系統(tǒng)，保證人們的生命財富安。關(guān)鍵詞：煤氣報警；煤氣走漏；傳感器；監(jiān)測THE DESIGN OF ALARM FOR GAS LEAKINGABSTRACTThe rapid development of the national gas industry, liquefied gas, n

3、atural gas, coal gas and other city gas as a clean energy business and urban residents in users has been widely used, and gas industry has great potential. But with the extensive use of gas, due to gas leak caused an explosion, poisoning and fire accidents have also occ- urred to some extent, increa

4、sed the citys insecurity and instability. In order for gas to better benefit the people, the benefit of the community, to reduce and eliminate all due to gas leak caused the explosion and fire, the gas unit and residential customers use to select a suitable indoor gas leak alarm is actually necessar

5、y move. Gas sensor is the core of combustible gas. When the gas face gas sensor, the sensor resistance change with gas concentration, the resulting electrical signal for processing of combustible gas line after the class. After dealing with electronic circuit into a voltage proportional to the conce

6、ntration change signal to be compensated by the linear circuit, the signal linearization, by computer processing, logical analysis, the output of various control signals, that is, when the gas concentration alarm set value , combustible gas audible alarm signal can display gas concentration or start

7、 an external transport equipment. It is through this analysis of the current status of combustible gas, indoor design fault monitoring alarm system to protect peoples lives and property.Key words:Gas Leak;Gas Alarm;Sensor;Monitoring目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc10619 1 緒論1 HYPERLINK l _Toc18592

8、 1.1 課題背景及目的1 HYPERLINK l _Toc21080 1.2 國內(nèi)外研討情況2 HYPERLINK l _Toc30829 1.3 設(shè)計內(nèi)容及研討方法2 HYPERLINK l _Toc4711 2 系統(tǒng)方案及模塊設(shè)計4 HYPERLINK l _Toc24060 2.1 設(shè)計思緒4 HYPERLINK l _Toc13349 2.2 設(shè)計框圖4 HYPERLINK l _Toc84 2.3 系統(tǒng)模塊設(shè)計5 HYPERLINK l _Toc20793 2.3.1氣體濃度檢測模塊5 HYPERLINK l _Toc18562 2.3.2溫度檢測與顯示模塊7 HYPERLINK

9、l _Toc17883 2.3.3主控制模塊10 HYPERLINK l _Toc15070 2.3.4 聲光報警模塊11 HYPERLINK l _Toc15686 3 硬件電路設(shè)計12 HYPERLINK l _Toc2324 3.1 氣體檢測模塊的設(shè)計12 HYPERLINK l _Toc24041 3.2 溫度檢測及顯示模塊的設(shè)計 PAGEREF _Toc24041 13 HYPERLINK l _Toc28056 3.3 單片機模塊的設(shè)計18 HYPERLINK l _Toc1750 3.4 聲光報警模塊的設(shè)計18 HYPERLINK l _Toc8000 4 程序設(shè)計 PAGERE

10、F _Toc8000 20 HYPERLINK l _Toc23041 4.1 溫度采集部分程序設(shè)計 PAGEREF _Toc23041 22 HYPERLINK l _Toc14316 4.2 顯示部分程序設(shè)計： PAGEREF _Toc14316 23 HYPERLINK l _Toc25876 4.3 主函數(shù)程序設(shè)計： PAGEREF _Toc25876 24 HYPERLINK l _Toc29846 4.4 中斷函數(shù)設(shè)計 PAGEREF _Toc29846 25總結(jié) HYPERLINK l _Toc32272 參考文獻 PAGEREF _Toc32272 29 HYPERLINK l

11、 _Toc720 致謝 PAGEREF _Toc720 30 HYPERLINK l _Toc30071 附錄A PAGEREF _Toc30071 31 HYPERLINK l _Toc11650 附錄B PAGEREF _Toc11650 37附件1第 PAGE 35 頁 共 34 頁1 緒論1.1 課題背景及目的隨著國家經(jīng)濟的提高，現(xiàn)代化、智能化的多功能建筑越來越多，對建筑的防火平安設(shè)計要求也越來越高。近年來，全國燃氣行業(yè)開展迅猛，液化氣、天然氣、煤制氣等城市燃氣作為清潔能源已在工商業(yè)和城鎮(zhèn)居民用戶中得到廣泛運用，特別是隨著“兩氣東輸工程的快速進展，燃氣行業(yè)開展?jié)摿甏?。以“西氣東輸工程

12、為開端的大規(guī)模天然氣利用工程的實施，意味我國城市燃氣將大踏步的進入“天然氣時代。我國天然氣市場將迎來一個千戟難逄的時機，城市燃氣需求的主要增長點將表達在天然氣上。2000年黨中央國務(wù)院提出“兩部大開發(fā)的艱苦戰(zhàn)略部署，特別是2002 年“兩氣東輸?shù)谝黄诠こ陶介_工。這無疑為開展兩部地域的燃氣產(chǎn)業(yè)帶來歷史性的機遇。西氣東輸工程，在西部優(yōu)勢資源和東部寬廣市場之間建立起了一座“金橋，西氣東輸工程投入運用后，每年供應(yīng)長江三角洲地域100億立方米天然氣。城市燃氣的普及與運用無疑對改善城市的環(huán)境質(zhì)量和提高具名的生活質(zhì)量發(fā)揚了宏大的作用。但是隨著燃氣的廣泛運用，由于燃氣走漏所引發(fā)的爆炸、中毒和火災(zāi)事故也時有發(fā)

13、生，這在某種程度上添加了城市的不平安和不穩(wěn)定要素。為了使燃氣更好地造福于民，造福于社會，減少并杜絕各種因燃氣走漏而引發(fā)的爆炸及火災(zāi)事故，各燃氣運用單位及居民用戶選擇一種適宜的燃氣報警器實為必要之舉?！皥缶?，損失少，進一步闡明了及吋報警的重要性，在家庭里也是如此。一旦發(fā)生火災(zāi)，提早報警，可以及時將火撲滅，以免小火釀成大火災(zāi)。目前常用的有感煙、感溫暖可燃氣體火災(zāi)報警器。像家庭中運用煤氣、液化石油氣和天然氣等燃料時，安裝一個可燃氣體報警器，但出現(xiàn)漏氣或者著火時，報警器可以立刻鳴笛報警，告之文人及時采取措施。室內(nèi)煤氣、天然氣的走漏嚴重危害人的生命安康以及性命財富平安，基于此現(xiàn)實，本設(shè)計旨在為家庭用戶

14、設(shè)計一種可以檢測煤氣、天然氣走漏的安裝，從而減少因煤氣和天然氣的走漏呵斥的事故的發(fā)生概率，進而保證人民的生命財富平安，減少不用要的損失。本設(shè)計用傳感器檢測室內(nèi)煤氣、天然氣的根本形狀，并將氣體濃度信號轉(zhuǎn)換為電信號，電信號進入單片機，單片機對信號進展處置。當(dāng)室內(nèi)煤氣、天然氣到達一定濃度時，該安裝發(fā)出聲光報警信號，提示用戶燃氣走漏，采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。經(jīng)過本系統(tǒng)設(shè)計，使學(xué)生能對本人所學(xué)專業(yè)知識加以綜合運用，了解和掌握實踐運用系統(tǒng)的設(shè)計、實現(xiàn)及運用的整個過程。1.2 國內(nèi)外研討情況當(dāng)前運用最廣泛的可燃性氣體走漏報警器與氣敏元件傳感器，已普及運用于氣體走漏檢測和監(jiān)控，僅用于平安維護家用燃氣走漏報警器為例

15、，不少興隆國家曾經(jīng)明確規(guī)定家庭、公寓等要求安裝相應(yīng)的報警器。國外可燃性氣體走漏報警器開展很快，是由于人們平安認識加強，對環(huán)境平安性和生活溫馨性要求提高；另一方面是由于燃氣走漏報警器市場增長遭到政府平安法規(guī)的推進。因此，國外燃氣報警器技術(shù)得到了較快開展，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計猜測，美國在1996年2002年就煤氣報警器的年均增長率為2730。在這些方面，國內(nèi)應(yīng)該加強平安認識加強。日本早在1980年1月開場實施安裝城市煤氣、液化石油氣報警器的法規(guī)，1986年5月日本通產(chǎn)省又實施了平安器具料及出盡根本方針。美國目前已有7個州11個城市經(jīng)過立法，規(guī)定家庭、公寓等要安裝一氧化碳報警器。隨著城市燃氣化的擴展，我國已有

16、北京市、遼寧省、黑龍江省、山西省、哈爾濱市、青島市、等相繼發(fā)布燃氣平安管理文件，做到政府立法和百姓本身提高平安維護認識有機結(jié)合。1.3 設(shè)計內(nèi)容級研討方法本設(shè)計方案按以下思緒展開研討：A根據(jù)該設(shè)計要實現(xiàn)的根本功能，設(shè)計大致應(yīng)該分為信號釆集放大，信號處置控 制，系統(tǒng)設(shè)置報警三個部分。1信號釆集部分即經(jīng)過氣體傳感器檢測室內(nèi)氣體濃度，將這種變化量轉(zhuǎn)化成電壓模擬量的變化，然后經(jīng)過運放進展必要的放大。2信號處置部分是將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送入進展處置，并將處置過的信號送存儲器保管和送顯示器顯示。3系統(tǒng)設(shè)置報警部分是經(jīng)過預(yù)定控制方式并利用蜂鳴器報警實現(xiàn)系統(tǒng)的準確操作。 B根據(jù)上面所說的思緒，得

17、到如下一些根本的結(jié)論1 信號釆集部分為了能準確釆集到氣體濃度的變化應(yīng)選用半導(dǎo)體氣體傳感器，為使其 有效的檢測室內(nèi)氣體濃度，釆用電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器：而放大部分運用運放進展比例 和反相兩級放大。2信號處置部分為了實現(xiàn)準確控制，釆用單片機較為適宜。將模擬信號送A/D模塊進展數(shù)模轉(zhuǎn)換，經(jīng)過處置后送存儲器保管和送顯示器顯示。3系統(tǒng)設(shè)置報警部分可以思索蜂鳴器報警。2 系統(tǒng)方案及模塊設(shè)計2.1 設(shè)計思緒用相應(yīng)的氣體傳感器檢測室內(nèi)煤氣、天然氣的根本形狀，并將氣體濃度信號轉(zhuǎn)換為電信號。經(jīng)過信號處置電路將有無氣體走漏兩種形狀轉(zhuǎn)換成高低電平，并將些電平經(jīng)過單片機I/O接口傳入單片機，經(jīng)過單片機編程控制報警電路的

18、任務(wù)形狀。室溫顯示部分經(jīng)過DS18B20溫度傳感器，將室內(nèi)溫度值轉(zhuǎn)換為16位二進制數(shù)，經(jīng)過單片機I/O接口傳入單片機，并經(jīng)過編程在七段數(shù)碼管上顯示出當(dāng)前溫度值。2.2 設(shè)計框圖如以下圖2.1所示：氣體檢測模塊：主要有氣體傳感器及LM358組成，其作用是將煤氣、天然氣的走漏與否轉(zhuǎn)換為利于單片機識別的高低電平，并將此信號傳到單片機。聲光報警模塊：由蜂鳴器和LED構(gòu)成。其作用是當(dāng)檢測到有煤氣、天然氣走漏時，發(fā)出聲光報警信號，提示用戶有煤氣、天然氣走漏，采取相應(yīng)措施。溫度檢測模塊：由DS18B20溫度傳感器構(gòu)成，DS18B20將檢測到的溫度值轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)，并傳到單片機進展處置。溫度顯示模塊：主要由7

19、4LS245和4位數(shù)碼管組成，其作用是顯示當(dāng)前溫度值。主控模塊：即單片機AT89C51，其作用是根據(jù)氣體檢測模塊輸出的高低電平，控制聲光報警模塊的任務(wù)形狀，并完成溫度的采集及顯示功能。 4 位七段數(shù) 碼管溫度顯 示模塊聲光報警溫度檢測 單片機AT89C51主控模塊氣體檢測 圖2.1 設(shè)計思緒框圖2.3 系統(tǒng)模塊設(shè)計2.3.1 氣體濃度檢測模塊傳感器是能把實測物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)化為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的電信號輸出的安裝。傳感器主要是由敏感元件、傳感元件組成，有時也將信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路、輔助電源作為傳感器的組成部分，如以下圖3.1.1所示。 敏感元件：敏感元件指可以靈敏地感受被測變量并做出呼應(yīng)的元件。

20、是傳感器中能直接感受被丈量的部分。傳感元件：又稱為轉(zhuǎn)換器，普通情況下，不直接感受被丈量，而是將敏感元件的輸出量轉(zhuǎn)化為電量輸出的元件。傳感器按任務(wù)原理可分為：電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、光電式傳感器、壓電式傳感器等。在這個設(shè)計中先把煤氣。天然氣氣體傳感器以以屬于電阻式傳感器，傳感器型號為MQ-7。MQ-7可以同時檢測煤氣和天然氣兩種氣體，與分別用兩種氣體傳感器檢測相比，明顯降低了設(shè)計本錢。半導(dǎo)體一氧化碳傳感器所運用的氣敏資料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫SnO2。采用高低溫循環(huán)檢測方式低溫1.5V加熱檢測 一氧化碳，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中一氧化碳氣體濃度添加而增大，高溫5.0V

21、加熱清洗低溫時吸附的雜散氣體。運用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化 ，轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。MQ-7氣體傳感器對一氧 化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測多種含一氧化碳的氣體，是一款適宜多種運用的低本錢傳感器。特點：對一氧化碳靈敏度高優(yōu)良的穩(wěn)定壽命長大的電信號輸出優(yōu)良的選擇性運用：用于家庭、商業(yè)、工業(yè)環(huán)境的一氧化碳、煤氣探測安裝MQ-7適用氣體： 一氧化碳CO 主要參數(shù)探測范圍101000ppm 特征氣體100ppm一氧化碳 靈敏度 R in air/R in typical gas5 敏感體電阻 1K20K in 100ppm CO 呼應(yīng)時間 150s70% Response 恢復(fù)時間

22、 150s70% Response 加熱電阻 313 加熱電流 加熱電壓 5.0V0.2V/1.5V0.1V 加熱功率 約350mW 丈量電壓 24V MQ-7任務(wù)條件 環(huán)境溫度：-20+55 濕度：95%RH 環(huán)境含氧量：21% MQ-7儲存條件 溫度: -20+70 濕度:70%RH A 一氧化碳傳感器MQ-7任務(wù)原理：傳感器的外表電阻為，對被測信號一氧化碳濃度的丈量是經(jīng)過與其串聯(lián)的負載電阻上的有效電壓信號侵奪遭遇惹得的。兩者之間的關(guān)系為：。MQ-7型氣敏元件的敏感是用非常穩(wěn)定的二氧化錫制成的，因此，它具有優(yōu)秀的長期穩(wěn)定性在正常運用條件下，其運用壽命可達5年。B 一氧化碳傳感器MQ-7靈敏

23、度調(diào)整：MQ-7型氣敏器件對不同各類、不同濃度的氣體有不同的電阻值。因此，在運用此類型氣敏器件時，在靈敏度的調(diào)整是很重要的。當(dāng)準確丈量時：報警點的設(shè)定應(yīng)思索溫、濕度的影響。靈敏度的調(diào)整程序：將傳感器銜接在運用回路中；接通電源，通電老化48h以上；調(diào)整負載電阻至獲得對應(yīng)于某一個一氧化碳濃度時所需求的信號值。2.3.2 溫度檢測與顯示模塊由DS18B20溫度傳感器構(gòu)成，DS18B20將檢測到的溫度值轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)，并傳到單片機進展處置。DS18B20溫度傳感器簡介：特性：1運用中不需求外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫電路。 2測溫范圍-55+125，最大精度0.0625。 3只經(jīng)過一條數(shù)據(jù)線即可實現(xiàn)通訊

24、。 4每個DS1820器件上都有獨一無二的序列號，所以一條數(shù)據(jù)線上可以掛接很多該傳感器。 5內(nèi)部有溫度上、下限告警功能。操作簡介：DS18B20任務(wù)時需求接納特定的指令來完成相應(yīng)功能指令，可以簡單的了解為可以被識別并有相應(yīng)意義的一系列高低電平信號，它的指令可分為ROM指令和RAM指令；ROM指令主要對其內(nèi)部的ROM進展操作，如查所運用DS18B20的序列號等，假設(shè)只運用一個DS18B20，ROM操作普通就可以直接跳過了；RAM指令主要是完成對其內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)進展操作，如讓其開場進展數(shù)據(jù)采集、讀數(shù)據(jù)等。DS18B20數(shù)字溫度傳感器是單總線器件，數(shù)據(jù)的讀寫只經(jīng)過一條數(shù)據(jù)線進展并且這一條線上允許掛

25、很多該傳感器；這樣對器件進展讀寫指令時就會費事一些，必需運用特定時序來識別高低電平信號如寫高電平1，并不是把數(shù)據(jù)線直接拉高，而是用有一定時序關(guān)系的高低電平來代表寫1，所以指令表中的0、1在寫給DS18B20時就得變成代表0、1電平的時序段序列。同樣，從DS18B20讀數(shù)據(jù)時，也是由特定的時序來完成數(shù)據(jù)讀取。DS18B20的任務(wù)過程：1.復(fù)位操作 2.執(zhí)行ROM操作的5條指令之一：1讀ROM，2匹配ROM，3搜索ROM，4跳過ROM，5報警搜索。 3.存儲器操作命令：溫度轉(zhuǎn)換、讀取溫度、設(shè)定上下限溫度值等指令 4.讀取溫度數(shù)據(jù)：主機讀取溫度數(shù)據(jù)后進展數(shù)據(jù)處置。 可以初始化數(shù)據(jù)精度，按芯片手冊寫入

26、固定指令。數(shù)據(jù)位數(shù)可設(shè)置成9、10、11、12位，其中7位為溫度整數(shù)部分，1位表示溫度正負，其他位數(shù)為小數(shù)。如9位數(shù)據(jù)時，有1位為小數(shù)，精度為0.5。指令功能引見： 1ROM操作指令： 讀ROM指令 ：Read ROM 33h 這個命令允許總線控制器讀到DS18B20 的8 位系列編碼、獨一的序列號和8 位CRC 碼。只需在總線上存在單只DS18B20 的時候才干運用這個命令。假設(shè)總上有不止一個從機，當(dāng)一切從機試圖同時傳送信號時就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突漏極開路連在一同開成相與的效果。 匹配ROM指令 :Match ROM 55h 匹配ROM 命令，后跟64 位ROM 序列，讓總線控制器在多點總線上定位

27、一只特定的DS18B20。只需和64 位ROM 序列完全匹配的DS18B20 才干呼應(yīng)隨后的存儲器操作命令。一切和64 位ROM序列不匹配的從機都將等待復(fù)位脈沖。這條命令在總線上有單個或多個器件時都可以運用。 跳過ROM指令:Skip ROM CCh 這條命令允許總線控制器不用提供64 位ROM 編碼就運用存儲器操作命令，在單點總線情況下右以節(jié)省時間。假設(shè)總線上不止一個從機，在Skip ROM 命令之后跟著發(fā)一條讀命令，由于多個從機同時傳送信號，總線上就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突漏極開路下拉效果相當(dāng)于相與。 搜索ROM指令:Search ROM F0h 當(dāng)一個系統(tǒng)初次啟動時，總線控制器能夠并不知道單線總線

28、上有多少器件或它們的64 位ROM編碼。搜索ROM 命令允許總線控制器用排除法識別總線上的一切從機的64 位編碼。 報警搜索指令:Alarm Search ECh 這條命令的流程圖和Search ROM 一樣。然而，只需在最近一次測溫后遇到符合報警條件的情況，DS18B20 才會呼應(yīng)這條命令。報警條件定義為溫度高于TH 或低于TL。只需DS18B20 不掉電，報警形狀將不斷堅持，直到再一次測得的溫度值達不到報警條件。復(fù)位時序:DS18B20 需求嚴厲的協(xié)議以確保數(shù)據(jù)的完好性。協(xié)議包括幾種單線信號類型：復(fù)位脈沖、存在脈沖、寫0、寫1、讀0 和讀1。一切這些信號，除存在脈沖外，都是由總線控制器發(fā)出

29、的。和DS18B20 間的任何通訊都需求以初始化序列開場，初始化序列見上圖。一個復(fù)位脈沖跟著一個存在脈沖闡明DS18B20 曾經(jīng)預(yù)備好發(fā)送和接納數(shù)據(jù)適當(dāng)?shù)腞OM 命令和存儲器操作命令。顯示部分主要由74LS245和4位七段數(shù)碼管組成，其作用是顯示當(dāng)前溫度值。74LS245是我們常用的芯片，用來驅(qū)動led或者其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)8051單片機的P0口總線負載到達或超越P0最大負載才干時，必需接入74LS245等總線驅(qū)動器。當(dāng)片選端/CE低電平有效時，DIR=“0，信號由 B 向 A 傳輸；接納

30、DIR=“1，信號由 A 向 B 傳輸；發(fā)送當(dāng)CE為高電平常，A、B均為高阻態(tài)。由于P2口一直輸出地址的高8位，接口時74LS245的三態(tài)控制端1G和2G接地，P2口與驅(qū)動器輸入線對應(yīng)相連。P0口與74LS245輸入端相連,E端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。8051的/RD和/PSEN相與后接DIR，使得RD且PSEN有效時，74LS245輸入P0.1D1，其它時間處于輸出P0.1D1。2.3.3主控制模塊主控制模塊即單片機模塊，完勝利能是與各個功能模塊銜接，并經(jīng)過軟件編程控制各個功能模塊，完成煤氣、天然氣檢測報警及溫度顯示功能。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器FPEROMFlash P

31、rogrammable and Erasable Read Only Memory的低電壓、高性能CMOS 8位微處置器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)規(guī)范的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈敏性高且價廉的方案。外形及引腳陳列如下圖 AT89C51外形及引

32、腳陳列。主要性能參數(shù)：1與MCS-51 兼容24K字節(jié)可編程FLASH存儲器3壽命：1000寫/擦循環(huán)4數(shù)據(jù)保管時間：10年5全靜態(tài)任務(wù)：0Hz-24MHz6三級程序存儲器鎖定71288位內(nèi)部RAM832可編程I/O線9兩個16位定時器/計數(shù)器105個中斷源11可編程串行通道12低功耗的閑置和掉電方式13片內(nèi)振蕩器和時鐘電路圖2.2 AT89C51引腳圖2.3.4 聲光報警模塊此模塊主要由蜂鳴器、LED燈組成 ，在氣體濃度過大，超越平安值時，蜂鳴器任務(wù)，提供報警效力。在這個時候，用戶可以自行封鎖煤氣，并經(jīng)過對房間通風(fēng)來處理。 3 硬件電路設(shè)計3.1 氣體檢測模塊的設(shè)計 信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換 傳感元件

33、 敏感元件 輔助電源 圖 3.1傳感器任務(wù)原理圖 1氣體檢測模塊電路由于Protues軟件元件庫中沒有MQ-7氣體傳感器，由于MQ-7氣體傳感器兩信號輸出端為電阻信號，由附錄A中的MQ-7靈敏度特殊性可得Rs阻值范圍為2-20K，所以仿真時MQ-7氣體傳感器由20K滑動變阻器替代。當(dāng)沒有煤氣、天然氣走漏時，Rs的阻值應(yīng)該在20K左右，此時該氣體檢測模塊的輸出端為高電平，此時LED發(fā)光。當(dāng)有煤氣、天然氣走漏時，Rs的阻值應(yīng)該在2K左右，此時該氣體檢測模塊的輸出端為低電平，此時LED熄滅。 圖3.2 氣體檢測模塊原理圖 2氣體檢測模塊調(diào)試按照電路圖在面板上搭接氣體檢測模塊電路，該模塊輸出經(jīng)過100

34、K限流電阻接LED正端，該LED擔(dān)任拼接接地。當(dāng)MQ-7傳感器端不加氣體時，此時LED點亮，闡明此時輸出為高電平；當(dāng)MQ-7傳感器端加氣體時，此時LED熄滅，闡明此時輸出為低電平。剛上電時就在MQ-7端加氣體，此時LED不熄滅，緣由是RC延時電路起作用，防止誤報景象的發(fā)生；在1min左右之后，在MQ-7傳感器端加氣體，此時LED熄滅，開機延遲時間約為1min，該調(diào)試結(jié)果符合設(shè)計要求。3.2 溫度檢測與顯示模塊的設(shè)計DS18B20在編程時有嚴厲的時序要求，因些在編程過程中要多加留意，以下為DS18B20典型任務(wù)時序簡介。 1復(fù)位時序 運用DS18B20時，首先需將其復(fù)位，然后才干執(zhí)行其他指令。復(fù)

35、位時，主機將數(shù)據(jù)線激發(fā)為低電平并堅持480960s，然后釋放數(shù)據(jù)線，再由上拉電阻將數(shù)據(jù)線拉升1560s。然后再由DS18B20發(fā)出呼應(yīng)信號，以將數(shù)據(jù)線激發(fā)成低電平60240s，這樣，就完成了復(fù)位操作。其復(fù)位時序如圖3.3所示。圖3.3 DS18B20復(fù)位時序圖2寫時序在主機對DS18B20時，主機對DS18B20發(fā)送各種命令時，先將數(shù)據(jù)線激發(fā)為低電平，該低電平應(yīng)大于1s。然后根據(jù)寫“1或者“0來使數(shù)據(jù)線變高或繼續(xù)為低。DS18B20將在數(shù)據(jù)線變成低電平后1560s對數(shù)據(jù)線進展采樣。要求寫入DS18B20的數(shù)據(jù)繼續(xù)時間應(yīng)大于60s而小于120s，兩次寫數(shù)據(jù)之間的時間間隔應(yīng)大于1s。寫時隙的時序如

36、圖3.4所示。圖3.4 寫時序圖 3讀時序 當(dāng)主機從DS18B20讀數(shù)據(jù)時，高機先向數(shù)據(jù)線激發(fā)出低電平，然后釋放，以使數(shù)據(jù)線再升為高電平。DS18B20在數(shù)據(jù)線從高電平變?yōu)榈碗娖降?5s內(nèi)將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)線上，主機可在15s后讀數(shù)據(jù)線以獲得數(shù)據(jù)其時序圖如圖3.5所示。圖3.5 讀時序圖選用DS18B20溫度傳感器。DS18B20可以把溫度直接轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號，運用不不需求附加電路，但與主機通訊有嚴厲的時序要求。溫度檢測模塊原理圖如下圖，DS18B20選 用默許的12位精度的分辨率，此時輸出羰DQ輸出的溫度值為16位二進制補碼的表達方式，DS18B20輸出端DQ輸出的溫度值為16位二進制補碼的

37、表達方式，DS18B20輸出端DQ與單片機引腳P1.0相接，將數(shù)據(jù)傳入單片機進展處置。 溫度顯示設(shè)計如下：如圖3.6所示，74LS245的任務(wù)形狀為數(shù)據(jù)由B向A傳送。七段數(shù)碼管段選位經(jīng)過限流電阻接到74LS245的A總線，74LS245的B總線接到單片機的P2口。由于室內(nèi)溫度不會超越100，因此顯示時百位不加以顯示。而北方有些地域冬天會比較冷，室內(nèi)溫度有能夠到達0以下，因此顯示符號位。因此用4位七段數(shù)碼管顯示溫度，4個位分別顯示符號位、十位、個位、一個位小數(shù)位。數(shù)碼管的4位位選接晶體管集電極，失眠晶體管的基極B1B4分別接單片機的P3.1P3.4。圖3.6 溫度顯示模塊原理圖 當(dāng)溫度為正值時，

38、此時仿真如圖3.7所示，此時DS18B20設(shè)定溫度為15.5，經(jīng)4位七段數(shù)碼管顯示為15.5，顯示結(jié)果正確。當(dāng)溫度為正值時，此時仿真如圖3.8所示，此時DS18B20設(shè)定溫度為-25.5，經(jīng)4位七段數(shù)碼管顯示為-25.5，顯示結(jié)果正確。圖3.7 溫度為正值的仿真圖圖3.8 溫度為負值仿真圖 由于DS18B20輸出為16位二進制數(shù)，實驗中無法測得此信號，因此僅對溫度顯示部分進展調(diào)試。驅(qū)動模塊選擇，實驗中測得74LS245輸出高電平為3.8V，而74HC245輸出高電平為5V。由于74HC245與74LS245相比價錢較貴，而74LS245輸出3.8V高電平足以驅(qū)動七段數(shù)碼管，因此設(shè)計中選用74L

39、S245。限流電阻阻值計算，由于七段數(shù)碼管任務(wù)電壓為2V，而74LS245輸出高電平3.8V，因此限流電阻兩端電壓為1.8V。而七段數(shù)碼管每位正常任務(wù)的電流為2mA，而4位七段數(shù)碼管的第一個一樣段位又是并聯(lián)的方式銜接的，為了保證每位亮度一樣，因此每位段位電流應(yīng)該為2mA4=8mA，即渡過限流電阻的電流為8mA。因此限流電阻的阻值=1.8V/8mA=225，實踐設(shè)計中采用220的電阻作為限流電阻。按照電路圖銜接溫度顯示部分電路圖，編寫程序使其顯示1749，并下載該程序。經(jīng)過實驗驗證顯示結(jié)果正確，并且顯示亮度比較亮，符合設(shè)計要求。3.3 單片機模塊的設(shè)計單片機模塊，完勝利能是與各個功能模塊銜接，并

40、經(jīng)過軟件編程控制各個功能模塊，完成煤氣、天然氣檢測報警及溫度顯示功能。圖3.9 主控制模塊原理圖3.4 聲光報警模塊的設(shè)計3.4.1 聲光報警電路如下圖，OUT3與單片機P1.3引腳相接，當(dāng)檢測到有煤氣、天然氣走漏時經(jīng)過單片機編程控制P1.3輸出方波信號，此時LED D1閃爍，并且蜂鳴器以一樣的頻率發(fā)出聲音，產(chǎn)生霞光報警信號，提示用戶煤氣、天然氣走漏，采取相應(yīng)的措施。 圖3.10 聲光報警原理圖 3.4.2 聲光報警模塊的調(diào)試 由于Protues軟件庫中蜂鳴器無法仿真，因些用LED串聯(lián)電阻替代圖所聲光報警電路。當(dāng)OUT1端為高電平常，表示此時沒有煤氣、天然氣走漏，OUT3為高電平5V，此時LE

41、D不發(fā)光。當(dāng)OUT1端為低電平常，表示此時有煤氣、天然氣走漏，經(jīng)過模擬示波器測得此時OUT3輸出為方波信號，其周期為2s的方波信號，此時LED每2s亮滅一次。將編輯好的程序經(jīng)過單片機下載器下載到單片機中，將單片機插入面包板，20腳、40腳分別接地和5V電源。蜂鳴器與LED串聯(lián)，負端接到P1.3口，正端接5V電源。當(dāng)P1.1口接5V電源時，LED熄滅，蜂鳴器不報警；當(dāng)P1.1口接地時，LED閃爍，同時蜂鳴器以一樣頻率發(fā)聲報警。此時用示波器測得P1.3口波形為周期為1.2s的方波信號，與實際值之間存在一定的誤差，誤差產(chǎn)生的緣由有： 1 單片機運用的晶振為11.059MHz，而不是12MHz，從而使

42、單片機機器周期大于1s，而實際計算時按1s計算，從而產(chǎn)生誤差； 2單片機定時程序指令執(zhí)行時，有一定的執(zhí)行時間，而此時間與1s相比力氣活，編程時將其忽略，從而導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生； 3同時丈量信號也受實驗器材、環(huán)境等諸多要素的影響。設(shè)計中對方波信號的要求不是很高，由于方波信號的周期只影響報警的頻率，并不影響報警功能，因此不需求對其進展修正。4 程序設(shè)計本設(shè)計可以用C言語編程序，也可以用匯編言語編程序，本人選擇了用C言語編程序。主要編程序來控制定時、計時中斷、和輸出等。下面引見C言語編程的優(yōu)點。C言語是一種計算機程序設(shè)計言語。它既具有高級言語的特點，又具有匯編言語的特點。它由美國貝爾研討所的D.M.Ri

43、tchie于1972年推出。1978后，C言語已先后被移植到大、中、小及微型機上。它可以作為任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計言語，編寫系統(tǒng)運用程序，也可以作為運用程序設(shè)計言語，編寫不依賴計算機硬件的運用程序。它的運用范圍廣泛，具備很強的數(shù)據(jù)處置才干，不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且各類科研都需求用到C言語，適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動畫。詳細運用比如單片機以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。它兼顧了多種高級言語的特點，并具備匯編言語的功能。C言語有功能豐富的庫函數(shù)、運箅速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而 且可以直接實觀對系統(tǒng)硬件的控制。C言語是一種構(gòu)造化程序設(shè)計言語，它支持當(dāng)前程序 設(shè)計中廣泛釆用的由頂向下構(gòu)造化程序設(shè)計

44、技術(shù)。此外，C言語程序具有完善的模塊程序 構(gòu)造，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計方法提供了有力的保證。因此，運用C言語 進展程序設(shè)計已成為軟件開發(fā)的一個主流。用C言語來編寫目的系統(tǒng)軟件，會大大縮短開 發(fā)周期而且明顯地添加軟件的可讀性，便于改良和擴展，從而研制出規(guī)模更大、性能更完 備的系統(tǒng)。C言語特點1C是高級言語。它把高級言語的根本構(gòu)造和語句與低級言語的適用性結(jié)合起來。C 言語可以像匯編言語一樣對位、字節(jié)和地址進展操作，而這三者是計算機最根本的任務(wù)單元。2C是構(gòu)造式言語。構(gòu)造式言語的顯著特點是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此獨立。這種構(gòu)造化方式可使程序?qū)哟蚊魑?，?/p>

45、于運用、維護以及調(diào)試。C 言語是以函數(shù)方式提供應(yīng)用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向，從而使程序完全構(gòu)造化。3C言語功能齊全。具有各種各樣的數(shù)據(jù)類型，并引入了指針概念，可使程序效率更高。而且計算功能、邏輯判別功能也比較強大，可以實現(xiàn)決策目的的游戲。4 C言語適用范圍大。適宜于多種操作系統(tǒng)，如Windows、DOS、UNIX等等；也適用于多種機型。C言語對編寫需求硬件進展操作的場所，明顯優(yōu)于其它高級言語，有一些大型運用軟件也是用C言語編寫。C言語缺陷1 C言語的缺陷主要表如今數(shù)據(jù)的封裝性上，這一點使得C在數(shù)據(jù)的平安性上有很大缺陷，這也是C和C+的一大區(qū)別。 2 C言

46、語的語法限制不太嚴厲，對變量的類型約束不嚴厲，影響程序的平安性，對數(shù)組下標越界不作檢查等。從運用的角度，C言語比其他高級言語較難掌握。軟件部分是用來配合硬件電路，控制后面電路的呼應(yīng)，以實現(xiàn)設(shè)計預(yù)定功能。其主要由兩部分功能組成：一部分是是對傳感器接遭到的信號進展處置：另一部分是實行中斷處 理，控制設(shè)置報警模塊。兩部分信號的處置都是釆用査詢方式。本系統(tǒng)釆用網(wǎng)路巡回檢測， 輪換選擇4個傳感器任務(wù)，并且在顯示器上輪番顯示任務(wù)傳感器所檢測到的濃度值。當(dāng)檢 測到的濃度小于設(shè)定值時，等待定時器中斷：當(dāng)檢測到的濃度超越設(shè)定值時，執(zhí)行中斷程 序進展報警處置，顯示濃度。4.1 溫度采集部分程序設(shè)計 溫度丈量經(jīng)過D

47、S18B20數(shù)字溫度傳感器丈量室內(nèi)溫度，將室內(nèi)溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量接入AT89C51單片機中，溫度采集的流程圖如下所示：DS18B20初始化跳過ROM溫度轉(zhuǎn)換指令延時等待DS18B20初始化匹配ROM讀出溫度指令讀出溫度值圖4.1 溫度采集流程圖4.2 顯示部分程序設(shè)計：數(shù)碼管顯示普通分靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式，本文采用動態(tài)顯示，數(shù)碼管顯示是單片機外部指令輸出的重要途徑。開場循環(huán)變量附初值=1000關(guān)個位，十位，開小數(shù)位，送小數(shù)位數(shù)值調(diào)用延時子程序關(guān)個位，十位，開小數(shù)位，送小數(shù)位數(shù)值調(diào)用延時子程序關(guān)小數(shù)位，十位，開個位，送個位數(shù)值調(diào)用延時子程序循環(huán)變量-1=0子程序前往 圖4.2 顯示流程圖4.

48、3 主函數(shù)程序設(shè)計：程序開場，定時器初始化，檢測空氣中一氧化碳的濃度能否到達報警值，假設(shè)到達報警值，調(diào)用報警子程序，報警。假設(shè)沒有到達報警值，那么LED置1，處于熄滅形狀，讀取房間內(nèi)溫度值，并顯示在數(shù)碼管上，并前往檢測，重新循環(huán)。能否到達報警值 開場定時器初始化關(guān)中斷LED置1讀取溫度值獲得顯示碼調(diào)用顯示函數(shù)調(diào)用報警程序YN 圖4.3 C言語主函數(shù)4.4 中斷函數(shù)設(shè)計中斷效力程序為，首先初始化定時器，此時TCNT+1。這時判別TCNT能否為8，假設(shè)不為8那么前往主程序，假設(shè)為8，那么將TCNT歸零，并將LED取反，然后再前往主程序。開場定時器初始化TCNT+1TCNT=0LED取反TCNT能否

49、為8前往YN 圖4.4 C程序中斷函數(shù)5 總結(jié) 經(jīng)過一個學(xué)期的努力，可以勝利的完成畢業(yè)設(shè)計所要求的義務(wù)。期間，我搜集了大量的關(guān)于檢測報警系統(tǒng)的資料，經(jīng)過比較分析得出此設(shè)計方案。特別是對氣體傳感器、數(shù)碼顯示做了深化的研討。并復(fù)習(xí)了數(shù)字電路、模擬電路和單片機的相關(guān)知識，經(jīng)過這些任務(wù)使我了解了本系統(tǒng)的任務(wù)原理及運用，而且熟習(xí)運用多種單片機電路在實踐當(dāng)中的運用，以及掌握了單片機與檢測電路的銜接和C51編程。在此次設(shè)計中，還有不完善的地方，在無人情況下，無法處置室內(nèi)煤氣走漏的問題，在教師的指點下，了解到可以經(jīng)過控制抽風(fēng)機將室內(nèi)走漏的煤氣抽出室內(nèi)。畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)四年專業(yè)所學(xué)知識的穩(wěn)定和深化，實際和實際知

50、識相結(jié)合，學(xué)以致用，使們學(xué)會了提出問題，分析，處理問題的才干。這對我們以后的任務(wù)和人生將產(chǎn)生深遠的影響。參考文獻1 尹勇，王洪成單片機接口技術(shù)與運用M北京：北京航天航空大學(xué)，2004.2 陳嶺麗，馮志華.檢測技術(shù)和系統(tǒng)M北京：清華大學(xué)，2005.3 李華.MCS-51系列單片機原理及運用M北京：北京航天航空大學(xué)，1995.4 周慈航.單片機運用程序設(shè)計技術(shù)M北京：北京航天航空大學(xué)，1991.5 趙寶軍，吳冬艷.一氧化碳報警器的研討J.中華臨床與衛(wèi)生，2004：122-1226 何希才，薛永毅.傳感器及其運用實例M北京：機械工業(yè)，2004.7 夏繼強.單片機實驗與實際教程北京M：北京航天航空大學(xué)

51、，2001.8 陳正義.單片機控制實習(xí)M北京：人民郵電，2006.9 陳小忠，黃寧，趙小俠.單片機接口技術(shù)適用子程序北京：人民郵電，2005.10 沙占友.集成化智能傳感器原理及運用M北京：電子工業(yè)，2004.1：198-222.11 李鴻.單片機原理及運用M.湖南：湖南大學(xué)，2004.12 R.Akaya,A.A.Kulaksiz.A microcontroller-based stand-alone photovoltaic power system for residential appliancesJ. Applied Energy 2004,(78):419-431.13 Bang-

52、Chao Yang. Duan Jianhua. Monoxide sensor applications and progress J. Sensor technology, 2001,(12).14 Wu-WeiHua,He-ZiLi.The application of new carbon monoxide sensor research J. Mining Express. 2001,(7).致謝經(jīng)過大半個學(xué)期以來，畢業(yè)設(shè)計在吳一帆教師的細心指點下終于勝利完成了！在此，對吳教師表示衷心的贊賞，在設(shè)計過程中，吳教師經(jīng)常督促我仔細完成各項義務(wù)，并經(jīng)常指點我攻克各處難題。吳教師不僅任務(wù)仔細擔(dān)任，以及對學(xué)生的嚴厲要求，也讓我受害匪淺。在設(shè)計過程中，也和同窗討論了不少，很多地方都有同窗給的建議在，在此也謝謝我身邊的同窗！再次贊賞吳教師，在您的指點下，我得以順利地完成畢業(yè)設(shè)計，給本人大學(xué)生涯畫上了一個完美的句號。附錄A 主程序C言語源代碼#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ = P10; /DS18B20 數(shù)據(jù)線引腳sbit LED = P1