論文題目：基于單片機(jī)的天然氣檢測系統(tǒng)密期限）摘要當(dāng)今社會(huì)，隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，以及各類天然氣、煤氣、液化氣的開采、生產(chǎn)、應(yīng)用越來越廣泛。本文在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中選取MQ-4傳感器作為天然氣含量的數(shù)據(jù)采集和捕獲的終端設(shè)備，借助于系統(tǒng)程序構(gòu)建電壓信號與天然氣含量兩者之間的數(shù)據(jù)關(guān)系，進(jìn)而對兩者進(jìn)行任意的轉(zhuǎn)換，最終實(shí)現(xiàn)濃度的實(shí)時(shí)顯示和聲光告警系統(tǒng)的及時(shí)告警。設(shè)計(jì)中采用ADC0832處理器作為信號處理的設(shè)備，而MCU則是借助于STC89C52，通過這些器件實(shí)現(xiàn)可燃?xì)怏w含量的全時(shí)段監(jiān)測和數(shù)據(jù)的傳輸、處理和顯示等功能。設(shè)計(jì)包括6個(gè)環(huán)節(jié)，其中有傳感器、聲光告警器、數(shù)碼管顯示器、控制電路、A/D轉(zhuǎn)換和電源模塊。在編程的時(shí)候上采用C語言編程。本系統(tǒng)能夠檢測天然氣的濃度。并且，當(dāng)被檢測天然氣濃度低于初始設(shè)定的警告閾值時(shí)，數(shù)碼管屏幕僅顯示當(dāng)前天然氣的濃度;當(dāng)空氣中天然氣濃度達(dá)到指定的報(bào)警閾值超過時(shí)，檢測器就會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。關(guān)鍵詞：MQ-4傳感器；ADC0832；STC89C52；數(shù)碼管；聲光報(bào)警

目錄TOC\o"1-3"\h\u緒論 11基于單片機(jī)的天然氣檢測系統(tǒng)概述 31.1天然氣泄漏檢測報(bào)警器的概述 31.2家用天然氣泄漏檢測報(bào)警器現(xiàn)狀 31.3家庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警的發(fā)展趨勢 41.4天然氣泄漏檢測報(bào)警設(shè)計(jì)意義 42天然氣泄露檢測報(bào)警系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 52.1天然氣泄漏檢測報(bào)警系統(tǒng)簡介 52.2氣體傳感器的選型 52.3天然氣泄露報(bào)警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案 62.3.1天然氣泄漏報(bào)警器工作原理 62.3.2天然氣泄漏報(bào)警器的結(jié)構(gòu) 62.3.3報(bào)警器各模塊的功能 73天然氣泄露報(bào)警的硬件部分設(shè)計(jì) 83.1主控電路設(shè)計(jì) 83.1.1STC89C52單片機(jī)簡介 83.1.2STC89C52單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 83.1.3STC89C52RC單片機(jī)的引腳 93.2電源電路設(shè)計(jì) 113.3可燃?xì)怏w信號采集部分 123.4MQ-4氣體傳感器 123.5A/D轉(zhuǎn)換部分 133.5.1A/D轉(zhuǎn)換電路 133.5.2A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832 143.6氣體結(jié)果測量計(jì)算 163.7聲光報(bào)警部分 163.8計(jì)數(shù)器譯碼顯示電路 173.8.1LED的綜述 173.8.2LED的結(jié)構(gòu) 173.8.3LED數(shù)碼管的顯示方法 183.9復(fù)位電路 193.10最小系統(tǒng)及按鍵 194燃?xì)庑孤z測報(bào)警系統(tǒng)的軟件部分 214.1程序設(shè)計(jì)流程與編程 214.2系統(tǒng)調(diào)試 22 23后記 24參考文獻(xiàn) 25緒論隨著當(dāng)代人民群眾生活水平的提高和環(huán)境保護(hù)意識的提高，各個(gè)國家對于環(huán)保型能源的需求越來越大，全球的政府結(jié)構(gòu)都在致力于借助法律手段來展現(xiàn)這一趨勢。而在這些環(huán)保型能源中最為環(huán)保的一種就屬天然氣了，1990年，發(fā)生在中東的石油危機(jī)讓歐美等一些對于石油依賴程度很大的國家開始著手新興能源的推廣，所以在新的可再生能源出現(xiàn)之前，天然氣這種環(huán)保型能源的消耗量將大幅度增加。天然氣是一種輕烷烴的混合物，它當(dāng)中甲烷的含量是最高的，而且在燃燒過程中產(chǎn)生的物質(zhì)只有水和二氧化碳，這也造成了它環(huán)保的一種特質(zhì)；當(dāng)然它還在儲(chǔ)存和輸送方面有著明顯的優(yōu)勢，所以這也是為什么在人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)加熱中歡迎度很高的一個(gè)主因。而天然氣管道的建設(shè)已經(jīng)成為了現(xiàn)代城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施當(dāng)中的一個(gè)重要部分，但是這其中也存在一定的問題和隱患，這主要體現(xiàn)在很多輸送管道老化破損和房屋裝修時(shí)損壞管道，以及被其他生物侵蝕破壞管道等方面，這些問題就會(huì)導(dǎo)致天然氣的泄露，進(jìn)而發(fā)生火災(zāi)。這種氣體沒有顏色、也沒有味道，其中也不含有害物質(zhì)，雖然不會(huì)導(dǎo)致民眾中毒，但是泄露引發(fā)的燃燒或者爆炸問題將給會(huì)人民的健康和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。天然氣的潛在隱患，某種意義上給人民的生活帶來一定的心理壓力，被定性為一種新的社會(huì)危害。所以對于自然環(huán)境中有害氣體的檢測和消除已經(jīng)成為了當(dāng)前較為熱門的一個(gè)研究方向。以往最為常用的方法是色譜檢測法為主要方法的多種借助于化學(xué)手段而完成計(jì)量的方法，其最為明顯的優(yōu)勢是檢測精度很高，但是也存在檢測流程繁瑣，時(shí)間跨度時(shí)間長等問題，這就導(dǎo)致其對于有毒氣體的監(jiān)測無法做到實(shí)時(shí)和連續(xù)，但是氣體傳感器卻具有這樣的優(yōu)越特性，因此它在現(xiàn)代氣體監(jiān)測方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，成為了火災(zāi)預(yù)防和降低可燃?xì)怏w爆炸等危險(xiǎn)事故發(fā)生的有力保證。在歐美等先進(jìn)國家，可燃?xì)怏w監(jiān)測告警裝置普及率非常高，甚至?xí)粡?qiáng)制性加裝，比如在美國的紐約、法國的巴黎和日本的東京等發(fā)達(dá)城市，已經(jīng)有超過80%的民眾在家中加裝了具有氣體監(jiān)測和告警功能的測漏設(shè)備。而我國諸如北京、天津、武漢和西安等一二線城市，時(shí)常會(huì)由于燃?xì)庵卸净蛘呤潜ǖ氖鹿拾l(fā)生，為此他們都采取了很多科學(xué)有效的舉措。1998年，國家技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)了天然氣管理國家標(biāo)準(zhǔn)GB16914-1997，其中提到了加裝燃具的位置處要有燃?xì)庑孤z測報(bào)警和自主斷氣功能的設(shè)備。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是著力于開發(fā)一款價(jià)格低廉、安裝流程簡單和調(diào)試過程簡化的智能化的燃?xì)庑孤└婢到y(tǒng)。其運(yùn)用領(lǐng)域非常廣泛，包括自來水管道監(jiān)測、鍋爐設(shè)備連接管道、石油輸送管道和化工廠內(nèi)部連接線路，以及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣路連接等不同方面。泄漏檢測這項(xiàng)新興的技術(shù)在管道密封性監(jiān)測方面的運(yùn)用已經(jīng)非常成熟了，其運(yùn)用要具備以下這三個(gè)優(yōu)勢：一是能夠在很短的時(shí)間內(nèi)對發(fā)生泄露的位置做出精準(zhǔn)的判斷。二是能夠?qū)崿F(xiàn)對泄露嚴(yán)重程度的精準(zhǔn)判斷，即使是量很小也能發(fā)現(xiàn)。三是工作機(jī)制簡單易懂，具有很強(qiáng)的操作性和維護(hù)性。天然氣是一種輕烷烴的混合物，它當(dāng)中甲烷的含量是最高的，而且在燃燒過程中產(chǎn)生的物質(zhì)只有水和二氧化碳，這也造成了它環(huán)保的一種特質(zhì)；當(dāng)然它還在儲(chǔ)存和輸送方面有著明顯的優(yōu)勢，所以這也是為什么在人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)加熱中歡迎度很高的一個(gè)主因。而天然氣管道的建設(shè)已經(jīng)成為了現(xiàn)代城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施當(dāng)中的一個(gè)重要部分，但是這其中也存在一定的問題和隱患，這主要體現(xiàn)在很多輸送管道老化破損和房屋裝修時(shí)損壞管道，以及被其他生物侵蝕破壞管道等方面，這些問題就會(huì)導(dǎo)致天然氣的泄露，進(jìn)而發(fā)生火災(zāi)。這種氣體沒有顏色、也沒有味道，其中也不含有害物質(zhì)，雖然不會(huì)導(dǎo)致民眾中毒，但是泄露引發(fā)的燃燒或者爆炸問題將給會(huì)人民的健康和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。天然氣的潛在隱患，某種意義上給人民的生活帶來一定的心理壓力，被定性為一種新的社會(huì)危害。所以對于自然環(huán)境中有害氣體的檢測和消除已經(jīng)成為了當(dāng)前較為熱門的一個(gè)研究方向。以往最為常用的方法是色譜檢測法為主要方法的多種借助于化學(xué)手段而完成計(jì)量的方法，其最為明顯的優(yōu)勢是檢測精度很高，但是也存在檢測流程繁瑣，時(shí)間跨度時(shí)間長等問題，這就導(dǎo)致其對于有毒氣體的監(jiān)測無法做到實(shí)時(shí)和連續(xù)，但是氣體傳感器卻具有這樣的優(yōu)越特性，因此它在現(xiàn)代氣體監(jiān)測方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，成為了火災(zāi)預(yù)防和降低可燃?xì)怏w爆炸等危險(xiǎn)事故發(fā)生的有力保證?；趩纹瑱C(jī)的天然氣檢測系統(tǒng)概述天然氣泄漏檢測報(bào)警器的概述在燃?xì)獍踩O(shè)備中，天然氣泄漏檢測報(bào)警器是極其重要的一部分，主要由氣敏傳感器、單片機(jī)和報(bào)警器組成。在使用燃?xì)獾臅r(shí)候，它也是最可靠的保護(hù)設(shè)備。天然氣檢測報(bào)警器通過一個(gè)氣敏傳感器來計(jì)測運(yùn)輸管道和家庭廚房中的天然氣濃度，再通過采樣電路，將氣敏傳感器捕捉到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后傳遞給控制器或控制電路。如果檢測到空氣中燃?xì)獾暮繑?shù)值沒有超出系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的告警數(shù)值，那么外接的數(shù)據(jù)顯示裝置就只是完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示的功能，但是如果檢測到的燃?xì)夂繑?shù)值大于系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的告警數(shù)值，那么就會(huì)發(fā)出借助于聲光手段實(shí)現(xiàn)的告警提示。光敏傳感器是一款專門用來檢測空氣中可燃?xì)怏w的設(shè)備，根據(jù)其個(gè)工作機(jī)理的不同可以分為半導(dǎo)體氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學(xué)氣敏傳感器等多種樣式，它們發(fā)生作用的共性就是能夠借助于對外部環(huán)境中的可燃性較高的氣體的吸收，并在內(nèi)部發(fā)生能夠合成某種新興物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對于傳感器內(nèi)部元器件的性能的改變和影響，再經(jīng)過單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理之后將其轉(zhuǎn)化成為檢測氣體的響應(yīng)濃度。其中用的最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器。天然氣泄漏檢測報(bào)警是燃?xì)獍踩O(shè)備中非常重要的一部分。它由氣體傳感器，數(shù)據(jù)指令控制系統(tǒng)和告警裝置三部分組成，它在現(xiàn)代城鎮(zhèn)燃?xì)馐褂眠^程中的安全問題發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。天然氣泄漏監(jiān)測告警裝置借助于氣體傳感器的數(shù)據(jù)采集功能實(shí)現(xiàn)天然氣含量的數(shù)據(jù)采集，并借助于采樣電路實(shí)現(xiàn)信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換得到的信號傳輸?shù)较到y(tǒng)中的指令控制裝置中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和告警功能。如果監(jiān)測到的氣體含量的數(shù)值小于預(yù)先設(shè)定的數(shù)值時(shí)，如果檢測到空氣中燃?xì)獾暮繑?shù)值沒有超出系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的告警數(shù)值，那么外接的數(shù)據(jù)顯示裝置就只是完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示的功能，但是如果檢測到的燃?xì)夂繑?shù)值大于系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的告警數(shù)值，那么就會(huì)發(fā)出借助于聲光手段實(shí)現(xiàn)的告警提示。氣體傳感器是檢測特定氣體的傳感器。它主要包括半導(dǎo)體氣體傳感器，接觸燃燒氣體傳感器和電化學(xué)氣體傳感器。這些傳感器通過吸收周圍環(huán)境中的可燃?xì)怏w在傳感器表面上產(chǎn)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)。在由單片微計(jì)算機(jī)處理之后，電特性和物理特性的變化被轉(zhuǎn)換成檢測到的氣體的響應(yīng)濃度。其中，半導(dǎo)體氣體傳感器是最常用的。家用天然氣泄漏檢測報(bào)警器現(xiàn)狀現(xiàn)在每個(gè)家庭當(dāng)中都引入了天然氣，所以只要有管道進(jìn)入的地方就必須要加裝燃?xì)夂勘O(jiān)測告警裝置。但是當(dāng)前國內(nèi)市場中售賣的告警器有以下問題：1、對天然氣的檢測不敏感或者檢測到天然氣泄漏并不能及時(shí)報(bào)警作出相應(yīng)處理；2、監(jiān)測過程對于燃?xì)獾姆磻?yīng)太過靈敏，在日常的烹飪或是加熱時(shí)勢必會(huì)有少量的燃?xì)鈴脑铑^處漏出，這時(shí)告警器就會(huì)頻繁發(fā)出告警聲音，對人們的日常生活帶來了極大的干擾；3、有時(shí)會(huì)有錯(cuò)誤告警或者虛假報(bào)警的情況發(fā)生，如果室內(nèi)油煙的含量過高時(shí)，也會(huì)引發(fā)告警器不斷告警，所以很多家庭對探測報(bào)警器束之高閣當(dāng)成擺設(shè)，買了并不安裝；4、功能簡單，當(dāng)天然氣發(fā)生泄漏時(shí)只會(huì)關(guān)閥報(bào)警，倘若家中無人閥門不緊，不能及時(shí)處理險(xiǎn)情通知戶主。所以市面上的天然氣泄漏檢測報(bào)警器亟待于改進(jìn)，從而才能更好地保障我們的生命財(cái)產(chǎn)安全，提高我們的生活質(zhì)量。家庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警的發(fā)展趨勢20年前，國內(nèi)的安防告警產(chǎn)品才開始進(jìn)入到市場，不管是產(chǎn)品的性能狀況、技術(shù)指標(biāo)和使用便捷性，還是民眾的認(rèn)知程度都是非常低的。我國市場中的大部分產(chǎn)品都是外國的一些知名品牌，值得慶幸的是國內(nèi)的一些生產(chǎn)廠商抓住了這樣的發(fā)展機(jī)遇，致力于告警裝置的研發(fā)和生產(chǎn)，在技術(shù)手段和產(chǎn)品質(zhì)量都相對落后的情況下，一些科研機(jī)構(gòu)和該領(lǐng)域的公司都開始投入時(shí)間精力和人力物力，以及財(cái)力來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化、更新?lián)Q代和升級，經(jīng)過多年的研發(fā)，我國的現(xiàn)有的告警裝置已經(jīng)具有了國際先進(jìn)水平，并主導(dǎo)了整個(gè)國內(nèi)市場，這充分反映出國人自主研發(fā)生產(chǎn)的決心和毅力。盡管我國自主生產(chǎn)的產(chǎn)品已經(jīng)占有了國內(nèi)市場的主體地位，但是對外銷售還是處于初步階段，但是這些公司及其產(chǎn)品已經(jīng)做了占據(jù)國外市場的準(zhǔn)備。天然氣泄漏檢測報(bào)警設(shè)計(jì)意義從近幾年發(fā)生的燃?xì)庑孤┍ㄊ鹿示湍芸闯?，現(xiàn)行市場上的燃?xì)飧婢b置仍然存在一定的弊端，無法為我們的安全提供有效的保證。所以我們要繼續(xù)在精準(zhǔn)高效系統(tǒng)的研發(fā)和設(shè)計(jì)上下功夫，以此來削弱燃?xì)獗ńo我們的生活帶來的威脅。很多學(xué)者提出，燃?xì)庑孤┗蛘吖I(yè)廢氣中含有的有毒氣體是造成人員中毒的主要因素，但如果能夠使用一些精準(zhǔn)度和控制效率更高的燃?xì)庑孤┭b置就可以得到及時(shí)的警示。有關(guān)部門經(jīng)長期測試得出結(jié)論，天燃?xì)鈭?bào)警器防止天然氣泄漏事故發(fā)生的有效率達(dá)95%以上。計(jì)算機(jī)的普及和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們己不滿足于傳統(tǒng)的居住環(huán)境，對家庭及住宅小區(qū)提出了更高的要求，智能化被引入家庭，并迅速在世界各地發(fā)展起來。人們對居住環(huán)境要求的日見增高，體現(xiàn)在希望住宅不僅更便利、舒適而且更安全。

隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品的不斷升級，其對于單片機(jī)的依賴也愈加突出，而燃?xì)庑孤┍O(jiān)測和處置更成為了當(dāng)下人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)生產(chǎn)中需要關(guān)注的一個(gè)問題。單片機(jī)作為現(xiàn)代控制的一個(gè)微小處理控制系統(tǒng)，在人們的日常生活、工作和科學(xué)研究中需要的基礎(chǔ)設(shè)施的研發(fā)和生產(chǎn)提供極大的便利。為了防止中毒事件再次發(fā)生，提出利用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行有效的預(yù)防對策。所以如何有效防范燃?xì)獗ɑ蛘咧卸境蔀榱爽F(xiàn)階段人們和相關(guān)部門較為關(guān)注的一個(gè)方向。天然氣泄露檢測報(bào)警系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)天然氣泄漏檢測報(bào)警系統(tǒng)簡介該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對燃?xì)夂康木珳?zhǔn)監(jiān)測和告警，它主要由具有數(shù)據(jù)采集功能、數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，以及指令控制功能這三種電路組成。數(shù)據(jù)采集電路當(dāng)中包含了模擬放大電路、氣敏傳感器，主要實(shí)現(xiàn)將采集到的氣體信號轉(zhuǎn)換成模擬性質(zhì)的電子信號。模數(shù)轉(zhuǎn)化電路主要是完成對于模擬電信號的數(shù)字轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號發(fā)送到單片機(jī)當(dāng)中，進(jìn)而這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評判，將其與系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比對，如果傳感器采集到的氣體含量數(shù)據(jù)小于系統(tǒng)的預(yù)先設(shè)定數(shù)值，那么外接的顯示裝置只發(fā)揮燃?xì)夂繑?shù)據(jù)顯示的功能；當(dāng)檢測氣體濃度超出設(shè)定報(bào)警閾值時(shí)給出聲光報(bào)警。同時(shí)報(bào)警裝置會(huì)通過語音模塊向戶主發(fā)送語音提醒以便讓戶主及時(shí)做出判斷處理。為了實(shí)現(xiàn)告警裝置的更優(yōu)化配置，需要將聲音告警和光亮提示告警兩種手段有機(jī)結(jié)合起來，這樣就能保證用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)告警信號，不至于出現(xiàn)周邊環(huán)境嘈雜而沒有聽到告警的問題。這就是監(jiān)測本文在設(shè)計(jì)監(jiān)測告警系統(tǒng)時(shí)主要的思路和構(gòu)想。氣敏傳感器和單片機(jī)是整個(gè)燃?xì)獗O(jiān)測告警裝置中的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，選取這兩種器件時(shí)要充分考慮其性能的優(yōu)劣、狀態(tài)的穩(wěn)定與否、以及價(jià)格的低廉與否。單片機(jī)是整個(gè)電路硬件構(gòu)建中的核心部分，在第3章中將會(huì)有敘述，而傳感器在后文中做了描述。氣體傳感器的選型燃?xì)庥|感器從某種層面上屬于氣敏傳感器，主要用來完成對于燃?xì)夥N類、含量和組成的監(jiān)測，并能夠?qū)⑦@些檢測到的信號轉(zhuǎn)換成為對應(yīng)的電信號，進(jìn)而借助于這些電信號的大小來判別環(huán)境當(dāng)中燃?xì)獾暮俊Ｋ栽搨鞲衅魇沁@類儀表匯總最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，由此說明了選取型號的重要程度。本文設(shè)計(jì)的燃?xì)庑孤└婢b置主要是用于家庭廚房之中，根據(jù)燃?xì)獾念悇e選用了接觸燃燒類型的傳感器，它的監(jiān)測探頭能夠有效預(yù)防燃?xì)庵卸旧踔潦潜ǖ娘L(fēng)險(xiǎn)。通常情況下，阻緩?fù)ǔＪ窃跉怏w和其他硫物質(zhì)相互混合在一起，可能引發(fā)氣體的燃燒，長時(shí)間之后，有些物質(zhì)就會(huì)吸附到傳感器的表面，進(jìn)而對其工作的敏感性和效率產(chǎn)生一定的影響。而中毒是指空氣中硅烷類的氣體使得傳感器中起到催化作用的部件發(fā)生中毒，并致使其敏感程度受到嚴(yán)重影響。如果在檢測的環(huán)境當(dāng)中存在這些物質(zhì)，那么就需要在工作之前對其探頭進(jìn)行物質(zhì)含量的標(biāo)定，這項(xiàng)工作更是保證傳感器精準(zhǔn)度和靈敏度的一個(gè)有效手段。通常情況下，傳感器在使用2個(gè)月之后就要對其精準(zhǔn)度進(jìn)行校準(zhǔn)，而這種規(guī)律性的檢查維護(hù)要專業(yè)人員和相應(yīng)設(shè)備，因此就放棄使用這種傳感器?；谶@種考慮，文中選擇半導(dǎo)體氣敏傳感器，它根據(jù)制造材料的不同分為兩種類型，其一是采用經(jīng)過氧化處理的陶瓷材料制成的，其二是采用單晶的半導(dǎo)體制成的。它最大的特點(diǎn)就是在氣體監(jiān)測方面的靈敏度很高，系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間短，質(zhì)量輕便，構(gòu)成簡單，操作使用便捷和價(jià)格低廉等。因此其在氣體監(jiān)測領(lǐng)域的使用非常多，其性能在很大程度上取決于可靠性、抗干擾性和敏感程度等方面。經(jīng)過對于兩種氣敏傳感器的性能比對發(fā)現(xiàn)，后者的優(yōu)勢更加明顯，而且不會(huì)因?yàn)榭諝庵泻辛蛭镔|(zhì)或者是硅烷類物質(zhì)而導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)探頭阻緩或者中毒的問題。所以本文采用半導(dǎo)體氣敏傳感器作為告警裝置數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)的關(guān)鍵部件，選用對燃?xì)饷舾卸雀叩腗Q-4型傳感器，具有快速反應(yīng)快速恢復(fù)、使用壽命長、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。天然氣泄露報(bào)警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案天然氣泄漏報(bào)警器工作原理本論文中的天然氣泄漏報(bào)警器以STC89C52單片機(jī)為控制核心，通過MQ-4型電阻式半導(dǎo)體傳感器采集空氣中天然氣濃度。氣體傳感器MQ-4輸出的是模擬量，其作用是把探測到空氣中的天然氣的濃度轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電壓信號，電壓信號送入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0832轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號送入STC89C52單片機(jī)，單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理，將數(shù)字化電壓信號轉(zhuǎn)化成為對應(yīng)的濃度值顯示到數(shù)碼管上，同時(shí)判斷氣體濃度值是否超出報(bào)警限，當(dāng)檢測氣體濃度低于設(shè)定報(bào)警閾值的時(shí)候，數(shù)碼管顯示器僅僅顯示測得的可燃?xì)怏w濃度；如果監(jiān)測到的燃?xì)夂繑?shù)值超過了系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的告警數(shù)值，那么系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)聲光同步告警裝置，起到提示用戶的作用。天然氣泄漏報(bào)警器的結(jié)構(gòu)隨著信息技術(shù)的發(fā)展，家用電器趨向于智能化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化。為了滿足家庭對可燃性易爆氣體安全性要求，同時(shí)為了符合時(shí)代發(fā)展的潮流，在傳統(tǒng)的天然氣泄漏檢測報(bào)警器的基礎(chǔ)上對其的硬件結(jié)構(gòu)上特進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：燃?xì)庑孤z測告警裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖2.1，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和指令控制部件采用的是STC89C52單片機(jī)，其能夠完成燃?xì)鈹?shù)據(jù)采集、外部顯示和控制告警等功能，這些功能的實(shí)現(xiàn)主要是依賴于多種模塊的協(xié)同工作，包括電源供電模塊、數(shù)據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、聲光告警提示模塊、外部數(shù)據(jù)顯示模塊和指令傳輸控制模塊等。STC89C52單片機(jī)屬于51系列當(dāng)中的一個(gè)，同時(shí)也屬于8051系列的更高級產(chǎn)品，同時(shí)能夠保證其與51系列的指令傳輸引腳都是相互兼容的。氣體檢測模塊依靠MQ-4傳感器和ADC0832轉(zhuǎn)換芯片、外部數(shù)據(jù)的顯示需要借助于數(shù)碼管才能完成。電源電源MQ-4傳感器信號調(diào)試電路AD轉(zhuǎn)換52單片機(jī)聲光報(bào)警數(shù)碼管顯示模塊按鍵輸入圖2.1天然氣泄露檢測報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖報(bào)警器各模塊的功能（1）電源模版：提供電源、保護(hù)電路、電壓變換、穩(wěn)壓；（2）天然氣信號采集模塊：實(shí)時(shí)采集氣體濃度；（3）模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊：把采集的模似信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號傳送給單片機(jī)；（4）聲光報(bào)警裝置：當(dāng)檢測到氣體泄漏值超過報(bào)警受限時(shí)，發(fā)生報(bào)警；（5）顯示模塊：顯示氣體濃度和報(bào)警限值；（6）鍵盤模塊：通過按動(dòng)上下鍵調(diào)節(jié)報(bào)警限值；（7）語音模塊：向用戶提供語音提示；天然氣泄露報(bào)警的硬件部分設(shè)計(jì)主控電路設(shè)計(jì)STC89C52單片機(jī)簡介本文使用STC89C52單片機(jī)構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和指令控制器件，STC89C52是STC公司研發(fā)的一款性能卓越、功耗很低的CMOS8位微型控制器，配備有8K可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部編程的Flash數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器。該單片機(jī)在性能指標(biāo)上主要包含以下部分：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，MAXA810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，1個(gè)7向量4級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。在閑置狀態(tài)下，CPU終止工作，但此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部的RAM、串行端口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器繼續(xù)運(yùn)行。在突然斷電的情況下，RAM當(dāng)中存儲(chǔ)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中斷。其最高運(yùn)作頻率可以在35MHz和6T/12T兩者之間選擇。它有幾個(gè)主要組成部分：中央處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、并行模式下的I/O端口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。STC89C52構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)是具有簡單的結(jié)構(gòu)、低廉的價(jià)格、高效的微控系統(tǒng)，具有較高的性價(jià)比。STC89C52的主要性能：它屬于8051系列的更高級版本，同時(shí)配備有6時(shí)鐘和12時(shí)鐘兩種工作模式，用戶可根據(jù)實(shí)際需要任意選取，同時(shí)其內(nèi)部指令的傳輸和控制與8051具有很強(qiáng)的兼容性。對于數(shù)據(jù)傳輸I/O端口而言，配備有34組通用的I/O端口。當(dāng)接收到復(fù)位指令后，P1/P2/P3借助于準(zhǔn)雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞奖ＷC系統(tǒng)處于高電平，P0口是漏極開路輸出，作為系統(tǒng)總線實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能時(shí)的一個(gè)端口，不需要施加上拉電阻，但是如果用作I/O端口，就需要施加拉上電阻。配備有EEPROM功能和看門狗功能，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（也就是定時(shí)器T0、T1、T2），4個(gè)外部中斷，脈沖下降部分實(shí)現(xiàn)信號中斷或者是借助于低電平來完成電路的觸發(fā)。STC89C52單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)STC89C52單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路CPUROMRAM定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷系統(tǒng)串行接口并行接口圖3.1基本結(jié)構(gòu)圖由圖可知，STC89C52單片機(jī)的構(gòu)成如下：（1）CPU系統(tǒng)：8位CPU和閃爍儲(chǔ)存器；時(shí)鐘電路；總線控制邏輯。（2）存儲(chǔ)器系統(tǒng)：8KB的程序存儲(chǔ)器(ROM/EPROMFlash)；512Bit數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。（3）I/O端口和其他動(dòng)能單元：4個(gè)并行模式下的I/O端口；3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；2個(gè)全雙工串行通信口；中斷系統(tǒng)(5個(gè)中斷源)STC89C52RC單片機(jī)的引腳圖3.2STC89C52管腳示意圖1.引腳的分類（1）主電源及時(shí)鐘引腳：VCC、GND等。（2）P0端口（P0.0~P0.7，39~32引腳）。P0端口屬于一個(gè)漏極開路的8位雙向I/O端口。作為數(shù)據(jù)輸出的端口，每個(gè)引腳可以實(shí)現(xiàn)8個(gè)TTl負(fù)載的驅(qū)動(dòng)，P0端口寫入“1”時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)高阻抗的輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0端口能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合總線的功能，其主要完成低8位地址與8位數(shù)據(jù)的全時(shí)段傳輸。此時(shí)，P0端口可以保證其內(nèi)部的上拉電阻能夠發(fā)揮相應(yīng)的作用。在實(shí)現(xiàn)FlashROM編程過程中，P0端口接收指令控制數(shù)據(jù):而在效驗(yàn)程序過程中,則輸出指令控制數(shù)據(jù)。驗(yàn)證時(shí)，需要接通10K的上拉電阻。（3）P1端口（P1.0~P1.7，1~8引腳）：P1端口屬于1個(gè)自帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P1端口的輸出數(shù)據(jù)緩沖器能夠?qū)崿F(xiàn)4個(gè)TTL的數(shù)據(jù)輸入。P1端口讀寫“1”時(shí)，借助于內(nèi)部自帶的上拉電阻保證其處于高電平。當(dāng)P1端口起數(shù)據(jù)輸入作用過程中，由于其內(nèi)部自帶的上拉電阻，其中處于低電平的端口就能夠完成電流的輸出功能。表3.1P1.0和P1.1引腳復(fù)用功能引腳號功能特性P1.0T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出P1.1T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2捕獲/重裝觸發(fā)和方向控制）（4）P2端口（P2.0~P2.7，21~28引腳）：P2端口屬于1個(gè)內(nèi)部自帶上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2端口的輸出數(shù)據(jù)緩沖器能夠?qū)崿F(xiàn)4個(gè)TTL的數(shù)據(jù)輸入。當(dāng)給P2端口寫入1時(shí)，借助于內(nèi)部自帶的上拉電阻保證其處于高電平，此時(shí)P2端口就會(huì)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入的作用。P2端口起數(shù)據(jù)輸入口的作用時(shí)，由于其內(nèi)部自帶的上拉電阻，其中處于低電平的端口就能夠完成電流的輸出功能。P2端口也能夠?qū)崿F(xiàn)對于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片的實(shí)時(shí)訪問，如果訪問的是16位數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)芯片，那么P2端口輸出的數(shù)據(jù)就是高8位的地址數(shù)據(jù)。如果訪問的是8位地址數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)芯片，P2端口引腳輸出的數(shù)據(jù)信息在整個(gè)數(shù)據(jù)訪問過程中都不會(huì)發(fā)生改變。(5）P3端口（P3.0~P3.7，10~17引腳）：P3端口屬于1個(gè)內(nèi)部自帶上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3端口的輸出數(shù)據(jù)緩沖器能夠?qū)崿F(xiàn)4個(gè)TTL的數(shù)據(jù)輸入。如果P3端口讀寫1時(shí)，借助于內(nèi)部自帶的上拉電阻保證其處于高電平，此時(shí)P3端口就會(huì)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入的作用。當(dāng)P3端口起數(shù)據(jù)輸入口的作用時(shí)，由于其內(nèi)部自帶的上拉電阻，其中處于低電平的端口就能夠完成電流的輸出功能。在對FlashROM編程或程序效驗(yàn)時(shí)，P3端口還可以實(shí)現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)控制信號的接收，P1端口完成低8位地址數(shù)據(jù)的接收。RST（9引腳）：復(fù)位信號的輸入。只有在滿足持續(xù)輸入的數(shù)據(jù)在2個(gè)時(shí)鐘以上的條件時(shí)，才能保證其高電平的數(shù)據(jù)起到應(yīng)有的作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位功能?？撮T狗完成計(jì)時(shí)功能之后，RST引腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位具有取消這種功能的權(quán)限。DISRTO位的默認(rèn)狀態(tài)是復(fù)位高電平有效。ALE（30引腳）：地址鎖存控制信號的作用是能夠?qū)崿F(xiàn)外部存儲(chǔ)器的訪問時(shí)，鎖存低8位地址數(shù)據(jù)的脈沖。在Flash編程時(shí)，在此引腳（PEOG）也用做編程輸入脈沖在一般情況下，ALE會(huì)以晶振頻率的1/6的頻率出脈沖，可以用來作為外部器件的定時(shí)器或時(shí)鐘來使用（本設(shè)計(jì)就用到單片機(jī)的ALE管腳通過四分頻后為ADC0809提供時(shí)鐘）。PSEN（29引腳）：外部程序存儲(chǔ)器的選通管腳。當(dāng)STC89C52執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序代碼時(shí)，PSEN需要在每個(gè)時(shí)鐘內(nèi)需要被激活2次，而訪問外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN就不需要被激活。EA/VPP（31引腳）：訪問外部程序存儲(chǔ)器的控制管腳。為了使從外部程序存儲(chǔ)器的0000H到FFFFH讀取指令數(shù)據(jù)，EA必須與大地相接。注意加密方式為1時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定位RESET。若是執(zhí)行內(nèi)部的程序指令，EA需要與VCC接通。XTAL1（19引腳）：振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入管腳。XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸出端。振蕩器的固有特性：XTAL1和XTAL2分別是反相放大器的輸入輸出端。這種反相放大器可以被配置為片內(nèi)振蕩器，而其主要是借助于石晶和陶瓷兩種物質(zhì)實(shí)現(xiàn)振蕩的作用。如果采用的是外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2則不需要連通。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻的觸發(fā)器，所以說對外部時(shí)鐘源的脈沖寬度沒有任何要求，但一定要保證脈沖的高低電平滿足規(guī)定的脈沖寬度。P3端口除作為一般I/O端口外，還可以實(shí)現(xiàn)其他的復(fù)用功能，具體見表3.2：表3.2P3口管腳管腳配置功能P3.0RXD（串行輸入端口）P3.1TXD（串行輸出端口）P3.2INT0（外部中斷0端口）P3.3INT1（外部中斷1端口）P3.4T0（定時(shí)器0的外部輸入）P3.5T1（定時(shí)器1的外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)間的寫入端口）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)間的讀取端口）電源電路設(shè)計(jì)如圖3.3，由USB接口提供電源，VCC接5V電壓，GND接地構(gòu)成電源模塊。圖3.3電源模塊可燃?xì)怏w信號采集部分如圖3.4，天然氣信號采集部分是由氣敏傳感器MQ-4、AD轉(zhuǎn)換器組成。圖3.4信號采集部分MQ-4氣體傳感器MQ-4氣體傳感器采用的反應(yīng)材料是二氧化錫（SnO2），這種物質(zhì)具有在純潔空氣中導(dǎo)電效率比較低的特性。如果監(jiān)測環(huán)境的空氣中含有可燃?xì)怏w，那么傳感器自身的導(dǎo)電效率就會(huì)隨著氣體含量的增多而逐漸變大，文中就是借助于系統(tǒng)電路在導(dǎo)電效率和氣體含量之前建立了一種對應(yīng)的輸出關(guān)系。MQ-4氣體傳感器在監(jiān)測氣體方面具有很高的靈敏度，尤其對于烷烴類氣體更是如此，同時(shí)對于天然氣和其他可燃性較高的其他也能精準(zhǔn)監(jiān)測，它是一種價(jià)格低廉、用途廣泛的燃?xì)鉁y量裝置。表3.3MQ-4材料組成部件材料1氣體敏感層二氧化錫2電極金（Au）3測量電極引線鉑（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基座膠木或尼龍圖3.5MQ-4基本電路MQ-4基本電路中有如公式3.5：（3.1）濃度與電壓的關(guān)系函數(shù)如公式3.2：濃度=(0.7-(10-10*ADdata)/1.4*14.43*ADdata)10^4（ppm）（3.2）A/D轉(zhuǎn)換部分A/D轉(zhuǎn)換電路MQ-4傳感器采集到的電壓信號接單片機(jī)P1.1。圖3.6A/D轉(zhuǎn)換部分A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832ADC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用ADC0832可是使我們了解A/D轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機(jī)技術(shù)水平的提高。ADC0832具有以下特點(diǎn)：8位分辨率；逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器；雙通道A/D轉(zhuǎn)換；輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；5V電源供電時(shí)輸入電壓在0～5V之間；工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32μS；一般功耗僅為15mW；8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC多種封裝；商用級芯片溫寬為0°Cto+70°C，工業(yè)級芯片溫寬為?40°Cto+85°C。如圖3.7，ADC0832芯片頂視圖：圖3.7ADC0832頂視圖芯片接口說明：CS_片選使能，低電平信號使能。CH0模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。CH1模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。GND芯片參考0電位(地)。DI數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。DO數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。CLK芯片時(shí)鐘輸入。Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入(復(fù)用)。氣體結(jié)果測量計(jì)算圖3.8MQ-4氣敏的靈敏度特性其中X軸表示外界可燃?xì)怏w的濃度，Y軸表示變化內(nèi)阻與固定電阻的值（Rs/Ro）。Rs：元件在不同氣體，不同濃度下的電阻值。Ro:元件在潔凈空氣中的電阻值。(Ro=14.43K)聲光報(bào)警部分采集到的數(shù)字信號經(jīng)過單片機(jī)計(jì)算后，如果天然氣濃度達(dá)到報(bào)警器設(shè)置的臨界點(diǎn)時(shí)，單片機(jī)將控制蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)LED亮。LED的正極與PNP三極管的集電極c相連，負(fù)極接2K電阻后接地。蜂鳴器采用PNP三極管來驅(qū)動(dòng)，三極管發(fā)射極e接電源正極（+5V），基極接1K電阻后接單片機(jī)P3.4端，集電極接蜂鳴器，通過蜂鳴器后接地。圖3.9聲光報(bào)警電路計(jì)數(shù)器譯碼顯示電路LED的綜述凡是在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中用到了單片機(jī)的系統(tǒng)，為了方便用戶能夠?qū)崟r(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和工作情況，通常都會(huì)使用外接的顯示設(shè)備來實(shí)時(shí)反映狀態(tài)的運(yùn)行狀態(tài)和具體的控制信息，所以外接的顯示設(shè)備的重要性也就不言而喻了。LED顯示屏自從上個(gè)世紀(jì)八九十年代就在全世界范圍內(nèi)開始被廣泛運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域，為各種不同類型的媒體手段和智能控制提供了硬件支持，它通常都是用成千上萬的半導(dǎo)體二極管按照一定的排列順序排布的點(diǎn)陣類型的顯示設(shè)備。通常情況下，使用不同的材料制造成的LED在顏色顯示上可以實(shí)現(xiàn)不同的效果。當(dāng)前黃綠紅三種顏色是運(yùn)用最多的，其中藍(lán)綠色的LED技術(shù)已經(jīng)非常成熟了。LED顯示屏在顯示過程中不僅能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字、字符和文字的顯示，也能實(shí)現(xiàn)對于圖片和照片的顯示，能夠用到室內(nèi)外不同的環(huán)境當(dāng)中，相比電視屏幕和投影儀等顯示終端其優(yōu)勢非常明顯。在過去的10年之內(nèi)，LED顯示屏幕憑借著其照明效果出色、耗費(fèi)功率低、使用壽命長和工作性能狀態(tài)穩(wěn)定等優(yōu)勢在各領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用，現(xiàn)在已經(jīng)成為了一種主流的顯示設(shè)備。LED在顯示領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿κ?，它的發(fā)展方向就是保證其環(huán)保性能出色、發(fā)光強(qiáng)度較強(qiáng)、穩(wěn)定性和可靠性突出，以及安全系數(shù)較高等。LED的應(yīng)用涉及到了很多的領(lǐng)域，包括：a.飛機(jī)場的航班數(shù)據(jù)信息動(dòng)態(tài)顯示。b.體育場館相關(guān)信息顯示。c.指揮控制中心數(shù)據(jù)顯示。d.廣告宣傳和媒體報(bào)道。e.交通信息的實(shí)時(shí)顯示。f.商場、旅游景點(diǎn)等服務(wù)行業(yè)的商品及其服務(wù)宣傳。g.車站和港口游客數(shù)據(jù)顯示等。LED的結(jié)構(gòu)LED數(shù)碼管的顯示設(shè)備通常包括能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光的二極管，其用來顯示的字段使用頻度最高的就是7段LED數(shù)碼管，它包括共陽極和共陰極2個(gè)數(shù)據(jù)顯示發(fā)射極。其中7段LED數(shù)碼管的顯示設(shè)備內(nèi)部設(shè)置有8組發(fā)光二極管，一般都是從a~g管腳輸入需要顯示數(shù)據(jù)的程序代碼，當(dāng)然包括各種數(shù)字和不同類型的字符，Dp用來顯示數(shù)字當(dāng)中的小數(shù)點(diǎn)。共陰極LED數(shù)碼管顯示器的數(shù)據(jù)輸入輸出公共端占用的是內(nèi)部發(fā)光二極管的陰極，一般情況下都要和大地相接，如果發(fā)光二極管的陽極處于高電平，那么發(fā)光二極管開始工作，發(fā)出光亮。共陽極的LED數(shù)碼管顯示設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入輸出公共端占用的是內(nèi)部發(fā)光二極管的陽極，一般情況下都是和+5V電源相接通的，如果發(fā)光二極管的陰極處于低電平，那么發(fā)光二極管開始工作，發(fā)出光亮。本文在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)顯示樣式事選擇了LED數(shù)碼管實(shí)時(shí)掃描的方式來實(shí)現(xiàn)。1個(gè)3位的共陽極LED數(shù)碼管組成3位實(shí)現(xiàn)對于前一次監(jiān)測到的數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。單片機(jī)的P0端口實(shí)現(xiàn)顯示的字體和大小的控制，P2端口實(shí)現(xiàn)顯示的位置和區(qū)域的控制。內(nèi)部電路見圖3.10。圖3.10顯示電路LED數(shù)碼管的顯示方法靜態(tài)顯示方式是指如果顯示設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)某一個(gè)具體字符的顯示，那么就要保證發(fā)光二極管的位選始終處于被選中的狀態(tài)。此時(shí)每一個(gè)LED數(shù)碼管顯示設(shè)備都需要一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出端口來實(shí)現(xiàn)顯示的實(shí)時(shí)控制。因?yàn)閱纹瑱C(jī)在提供I/O端口數(shù)量方面存在一定的局限性，在實(shí)際運(yùn)用過程中，一般都會(huì)采取拓展I/O端口數(shù)量的方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)量有限的問題。靜態(tài)顯示最突出的優(yōu)勢是在顯示性能上非常穩(wěn)定，發(fā)光二極管在接受到電流一定的前提下，外接顯示設(shè)備的亮度相對較強(qiáng)，同時(shí)在系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，如果需要對顯示內(nèi)容進(jìn)行更新，CPU發(fā)出更換顯示內(nèi)容的指令，進(jìn)而啟動(dòng)相應(yīng)的子程序，實(shí)現(xiàn)了CPU的時(shí)間節(jié)約和效率提升。它的缺點(diǎn)就是資源的占有率較大，通常情況下每個(gè)LED數(shù)碼管都要單獨(dú)占用8根數(shù)據(jù)輸出線。如果外接顯示設(shè)備的數(shù)量增加，那么就會(huì)導(dǎo)致I/O端口數(shù)量也會(huì)明顯增多。動(dòng)態(tài)顯示方式是指采取輪流顯示的手段來實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，在數(shù)據(jù)顯示過程中，每個(gè)數(shù)碼管會(huì)按照一定的規(guī)律被選取，多個(gè)數(shù)碼管一般都會(huì)共用一段選取地址。對每一個(gè)數(shù)據(jù)顯示設(shè)備而言，在符合一定時(shí)間間隔的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)顯示燈的點(diǎn)亮，其光亮程度和輸入的電流大小有關(guān)系，同時(shí)也和時(shí)間長度及間隔有關(guān)聯(lián)。一般都會(huì)借助于調(diào)節(jié)和控制輸入電流和時(shí)間間隔等參數(shù)來實(shí)現(xiàn)亮度的變化和顯示的效果。如果顯示的設(shè)備使用的位數(shù)小于等于8位，那么其共用端口就需要1個(gè)8位的I/O端口來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描，一個(gè)字形的控制就需要1個(gè)8位的I/O端口。從兩種方式的比對中就不難發(fā)現(xiàn)，LED靜態(tài)顯示的優(yōu)勢更加明顯，因此本文選用這種顯示方式。復(fù)位電路單片機(jī)在真正啟動(dòng)之前都需要進(jìn)行復(fù)位操作，這樣就能最大限度的保證及附屬各個(gè)子系統(tǒng)和各個(gè)器件都是處于最初始的狀態(tài)，而且都是以這種狀態(tài)開始工作的。52系列的單片機(jī)的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到數(shù)據(jù)控制芯片當(dāng)中的施密特觸發(fā)器中的。如果系統(tǒng)運(yùn)行相對穩(wěn)定，同時(shí)振蕩器的狀態(tài)也相對穩(wěn)定CPU，RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)時(shí)鐘，那么此時(shí)CPU就能快速完成響應(yīng)并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位功能。圖3.11復(fù)位電路最小系統(tǒng)及按鍵STC89C52單片機(jī)當(dāng)中最微小的系統(tǒng)一般都是由以下幾個(gè)電路或者器件組成，包括STC89C52指令控制芯片、復(fù)位電路和振蕩電路。單片機(jī)要和+5V的電源實(shí)現(xiàn)連通；晶體振蕩器頻率為12MHz（11.0592MHz），晶振的兩個(gè)引腳分別連接在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2端，晶振的兩端再分別連接一個(gè)30pF電容后接地；復(fù)位電路經(jīng)電源正極（+5V）接10uF電容后接10k歐姆電阻接地，單片機(jī)復(fù)位端RST接在電容和電阻之間。本次設(shè)計(jì)電路中加入4個(gè)按鍵，用于人為報(bào)警和設(shè)置報(bào)警的上限值。按鍵分別與單片機(jī)的P1.4，P1.5，P1.6，P1.7四個(gè)端口相連通。S1是具有相加功能的數(shù)字鍵盤，S2是具有相減功能的數(shù)值間盤，S3是功能確認(rèn)間盤，S4是模擬告警提示鍵盤。如果按下S4，那么蜂鳴告警器就會(huì)發(fā)出聲音提示，同時(shí)LED燈發(fā)亮；如果再次按下S4鍵，那么就實(shí)現(xiàn)了告警取消的功能。圖3.12最小系統(tǒng)及按鍵電路

燃?xì)庑孤z測報(bào)警系統(tǒng)的軟件部分程序設(shè)計(jì)流程與編程程序流程圖見圖4.1，軟件設(shè)計(jì)包含AD程序采樣、數(shù)據(jù)處理程序、數(shù)碼管顯示程序、按鍵掃描程序、系統(tǒng)報(bào)警程序。開始開始初始化天然氣濃度采集AD轉(zhuǎn)換采集數(shù)據(jù)≥設(shè)定值聲光報(bào)警報(bào)警子程序結(jié)束數(shù)碼管顯示N圖4.1程序設(shè)計(jì)流程圖STC89C52單片機(jī)對ADC0832傳感器采集到的環(huán)境中的燃?xì)夂繑?shù)據(jù)信號進(jìn)行處理，同時(shí)將含量數(shù)據(jù)與系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對，判別是否需要發(fā)出告警。對采集到的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和精準(zhǔn)比對，使用合適的程序算法計(jì)算出需要監(jiān)測的燃?xì)獾暮亢头N類等數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)在外接的顯示設(shè)備中顯示出來。如果監(jiān)測到的氣體含量的數(shù)值小于預(yù)先設(shè)定的數(shù)值時(shí)，如果檢測到空氣中燃?xì)獾暮繑?shù)值沒有超出系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的告警數(shù)值，那么外接的數(shù)據(jù)顯示裝置就只是完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示的功能，但是如果檢測到的燃?xì)夂繑?shù)值大于系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的告警數(shù)值，那么就會(huì)發(fā)出借助于聲光手段實(shí)現(xiàn)的告警提示。本文在程序編碼設(shè)計(jì)上使用的是C語言。這是一種編譯效率極高的程序設(shè)計(jì)語言，其兼具了很多機(jī)器語言的優(yōu)勢，而且匯編語言的功能也是非常強(qiáng)大的。它擁有非常全面的函數(shù)數(shù)據(jù)庫，而且運(yùn)算處理效率非常高，編譯過程用時(shí)非常短，同時(shí)其兼容性非常強(qiáng)，適用于很多硬件和軟件當(dāng)中。C語言是一種面向過程的結(jié)構(gòu)化的機(jī)器語言，通常情況下在編程時(shí)都是采用自上而下的結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，C語言還能實(shí)現(xiàn)模塊化的程序結(jié)構(gòu)，這為系統(tǒng)構(gòu)建功能分割性好、排除故障效率高的模塊化編程設(shè)計(jì)提供了保證。所以在現(xiàn)代程序研發(fā)設(shè)計(jì)過程中，C語言已經(jīng)成為了有一種主流的程序言語，它給編程帶來了諸多便利，也能夠縮短研發(fā)人員工作的周期，同時(shí)也使得程序的可用性和兼容性大大提升，這樣就能保證軟件的更新?lián)Q代和升級更加高效，進(jìn)而為構(gòu)建龐大的數(shù)據(jù)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。因而想要開發(fā)出一個(gè)全面而功能強(qiáng)大，且運(yùn)行穩(wěn)定的軟件，就需要扎實(shí)掌握C語言編程。編寫C語言要使用到C語言編譯軟件，以便把寫好的C語言程序編譯為機(jī)器碼，這樣單片機(jī)才能執(zhí)行編寫好的程序。系統(tǒng)調(diào)試在系統(tǒng)調(diào)試階段我是分模塊分階段進(jìn)行的。我先調(diào)試的是氣體濃度檢測部分，該部分就是把模擬量變成數(shù)字量，其原理和數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)是一樣的。所以該部分的系統(tǒng)調(diào)試在設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表的原理基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)試的。然后調(diào)試數(shù)碼管顯示器，首先通過按鍵對報(bào)警閾值進(jìn)行設(shè)置，最后把氣體濃度與按鍵值統(tǒng)籌在一起就組成了報(bào)警閾值調(diào)節(jié)部分。然后添加進(jìn)語音報(bào)警、聲光報(bào)警。經(jīng)過不斷的實(shí)驗(yàn)測試，形成了系統(tǒng)整體程序。在設(shè)計(jì)好硬件的基礎(chǔ)上，下載程序。系統(tǒng)通上電，報(bào)警限顯示為18ppm，按動(dòng)上下