1、摘 要隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的提高和生活環(huán)境的改善越來(lái)越重視。天然氣作為一種清潔型能源進(jìn)入家庭得到廣泛使用，為人們的生活帶來(lái)了方便，減少了城市的污染，提高了生活質(zhì)量和效率，但是同時(shí)，天然氣也是潛在的“危險(xiǎn)品”，天然氣在使用過程中，若管道和閥門密封不好，一旦泄漏出去極易爆炸，危及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。面對(duì)燃?xì)庑孤┒斐傻姆N種事故威脅，我們需要一個(gè)解決辦法。然而使用天燃?xì)鈾z測(cè)系統(tǒng)成為了一個(gè)重要的研究課題。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是基于單片機(jī)的天然氣泄漏檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)主要是由一個(gè)MQ-4傳感器采集氣體濃度信號(hào)，系統(tǒng)建立濃度與電壓關(guān)系，進(jìn)行濃度電壓轉(zhuǎn)換，濃度顯示，聲光報(bào)警構(gòu)成的報(bào)警裝

2、置。本系統(tǒng)由ADC0832處理數(shù)據(jù)，MCU采用STC89C52，完成氣體濃度信號(hào)的采集顯示內(nèi)容的傳輸、顯示等功能。本設(shè)計(jì)的可燃?xì)怏w報(bào)警器由六個(gè)部分組成：傳感器、數(shù)碼管顯示器、聲光報(bào)警器、控制電路、A/D轉(zhuǎn)換和電源模塊。軟件上采用C語(yǔ)言編程，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單運(yùn)行穩(wěn)定。該檢測(cè)系統(tǒng)能夠檢測(cè)天然氣濃度，當(dāng)檢測(cè)天然氣濃度低于設(shè)定報(bào)警閾值的時(shí)候，數(shù)碼管顯示器僅僅顯示測(cè)得的可燃?xì)怏w濃度；當(dāng)檢測(cè)天然氣濃度超出設(shè)定報(bào)警閾值時(shí)給出聲光報(bào)警，并伴有語(yǔ)音提醒。關(guān)鍵詞：MQ-4傳感器；ADCO832；STC89C52；數(shù)碼管；聲光報(bào)警AbstractWiththerapiddevelopmentofeconomyandthes

3、ciencetechnology , peoplepaymoreandmoreattentiontothequalityoflifeandtheimprovementoflivingenvironment.Naturalgasarewidelyusedinourdailylifeandbringsconvenienceforpeopleslivesasacleanerfuel,reducethecityspollutionandimprovethelifequalityandefficiency. butatthesametime,naturalgasisalsopotentialdanger

4、ous,Ifnotsealedpipesandvalves,theyleaked,easilycausedbyfire ,endangeringpeopleslivesandproperty.Facingthe gasleakallkindsofaccidentscausedbythreats,weneedasolution.Anditisobviously veryimportanttostudyontheinspectionmethodsandsensorsofallkindsofgases. This graduation design is a gas leak detection a

5、larm system based on single chip microcomputer. This design mainly by an MQ - 4 gas concentration sensor acquisition signals, Concentration and voltage relations system,To convert the concentration of voltage, concentration of voltage conversion, concentration, according to the sound and light alarm

6、 alarm device.This system by ADC0832 processing data, use STC89C52 MCU, complete the gas concentration signal collection and display content transmission, display, and other functions.The design of the combustible gas alarm is composed of six parts: sensor,digital tube, sound and light alarm, contro

7、l circuit, A/D conversion and power module.The software system is based on the C language programming, whose structure is simple and running stable.This detection alarm system can detect the density of gas , When detecting gas concentration is lower than the set alarm threshold, digital tube display

8、 show only measured concentration of combustible gas; When detecting gas concentration exceeds the alarm threshold acousto-optic alarm.Keywords：MQ-4；ADC0832；STC89C52；Digital tube；Sound and light alarm目 錄摘 要1Abstract2緒 論11基于單片機(jī)的天然氣泄漏檢測(cè)系統(tǒng)概述21.1天然氣泄漏檢測(cè)報(bào)警器的概述21.2家用天然氣泄漏檢測(cè)報(bào)警器現(xiàn)狀21.3家庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警的發(fā)展趨勢(shì)21.4天然氣泄漏檢

9、測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)意義32天然氣泄露檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)42.1天然氣泄漏檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)簡(jiǎn)介42.2氣體傳感器的選型42.3 天然氣泄露報(bào)警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案52.3.1天然氣泄漏報(bào)警器工作原理52.3.2天然氣泄漏報(bào)警器的結(jié)構(gòu)52.3.3報(bào)警器各模塊的功能63天然氣泄露報(bào)警的硬件部分設(shè)計(jì)73.1主控電路設(shè)計(jì)73.1.1STC89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介73.1.2 STC89C52單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)73.1.3 STC89C52RC單片機(jī)的引腳83.2電源電路設(shè)計(jì)103.3可燃?xì)怏w信號(hào)采集部分113.4 MQ-4氣體傳感器113.5 A/D轉(zhuǎn)換部分133.5.1 A/D轉(zhuǎn)換電路133.6 氣體結(jié)果測(cè)量計(jì)算15

10、3.7 聲光報(bào)警部分153.8 計(jì)數(shù)器譯碼顯示電路163.8.1 LED 的綜述163.8.2 LED 的結(jié)構(gòu)163.8.3 LED數(shù)碼管的顯示方法173.9 復(fù)位電路183.10 最小系統(tǒng)及按鍵184燃?xì)庑孤z測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的軟件部分204.1程序設(shè)計(jì)流程與編程204.2系統(tǒng)調(diào)試21結(jié) 論22參考文獻(xiàn)23附錄A 基于單片機(jī)的天然氣泄漏檢測(cè)系統(tǒng)原理圖25附錄B 基于單片機(jī)的天然氣泄漏檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)果圖26附錄C C程序27致 謝35緒 論隨著人民生活水平的提高及環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，世界需求干凈能源的呼聲高漲，各國(guó)政府也透過立法程序來(lái)傳達(dá)這種趨勢(shì)，天然氣曾被視為最干凈的能源之一，再加上1990年中東的波斯灣

11、危機(jī)，加深美國(guó)及主要石油國(guó)家研發(fā)替代能源的決心，因此，在還未發(fā)現(xiàn)真正的替代能源前，天然氣需求量自然消耗會(huì)增加。天然氣是一種高效、清潔、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的生活能源。近年來(lái)，隨著我國(guó)燃?xì)獾淖兏锛拔鳉鈻|輸工程的進(jìn)行，天然氣通過管道走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，極大地方便我們的生產(chǎn)生活，同時(shí)也帶來(lái)了不少的安全隱患。從工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域到人們家庭生活的各個(gè)方面，人們直接或間接接觸各種有毒有害氣體的機(jī)會(huì)大大增加，由此而引起的中毒，火災(zāi)和爆炸事故屢見不鮮，嚴(yán)重威脅到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，成為一種新的社會(huì)公害。因此對(duì)環(huán)境氣體進(jìn)行檢測(cè)和分析技術(shù)的研究日益受到人們的重視。傳統(tǒng)的分析氣體組分和濃度的方法是以色譜法為代表的各種化學(xué)計(jì)量

12、方法，盡管其測(cè)量精度很高，但操作手續(xù)繁雜，實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，無(wú)法對(duì)有毒、有害氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)、瞬時(shí)檢測(cè)，而氣體傳感器則滿足這種要求，并且在人們?nèi)粘Ｉ钪袑?duì)減少氣體爆炸、火災(zāi)等事故已經(jīng)發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。目前世界各大強(qiáng)國(guó)都把傳感器技術(shù)列為國(guó)家發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)，國(guó)防現(xiàn)代化、工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化、家庭電器化都與傳感器的發(fā)展休戚相關(guān)，今天的傳感器技術(shù)已滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，日益突出它的重要作用。集成化、多功能化、智能化、加工技術(shù)微精細(xì)化、指標(biāo)高精度化和性能高穩(wěn)定、高可靠化已經(jīng)成為人們開發(fā)和研究傳感器的重要方向。泄漏檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如石油化工企業(yè)、石油運(yùn)輸管線、城市自來(lái)水地下管線、鍋爐

13、爐管、發(fā)動(dòng)機(jī)箱體、缸蓋等各種領(lǐng)域。泄漏檢測(cè)技術(shù)在管道檢測(cè)之中的應(yīng)用得到了很好的發(fā)展。對(duì)于管道的泄漏檢測(cè)要滿足以下幾個(gè)要求：1.準(zhǔn)確可靠地判斷泄漏的發(fā)生，并能夠在較短的時(shí)間內(nèi)判斷出泄漏點(diǎn)具體的位置。2.準(zhǔn)確可靠地判斷泄漏程度，能對(duì)較小量的泄漏做出判斷。3.檢測(cè)原理簡(jiǎn)單，易于操作和維護(hù)。1基于單片機(jī)的天然氣泄漏檢測(cè)系統(tǒng)概述1.1天然氣泄漏檢測(cè)報(bào)警器的概述天然氣泄漏檢測(cè)報(bào)警器是燃?xì)獍踩O(shè)備非常重要的一部分，它是由氣敏傳感器、單片機(jī)和報(bào)警器組成。它是安全使用城市燃?xì)獾淖詈笠坏辣Ｗo(hù)設(shè)備。天然氣泄漏檢測(cè)報(bào)警器通過氣敏傳感器探測(cè)周圍環(huán)境中的天然氣濃度，在通過采樣電路，將探測(cè)到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳遞給控

14、制器或控制電路。當(dāng)檢測(cè)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(cè)得的可燃?xì)怏w濃度；當(dāng)檢測(cè)氣體濃度超出設(shè)定報(bào)警閾值時(shí)給出聲光報(bào)警。氣敏傳感器是一種檢測(cè)特定氣體的傳感器。它主要包括半導(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，這些傳感器都是通過對(duì)周圍環(huán)境中的可燃?xì)怏w的吸附，在傳感器表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，造成傳感器的電物理特性的改變，經(jīng)單片機(jī)處理后轉(zhuǎn)換成檢測(cè)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。1.2家用天然氣泄漏檢測(cè)報(bào)警器現(xiàn)狀現(xiàn)在每家每戶只要安裝天然氣管道的都必須安裝天然氣報(bào)警器。對(duì)于目前市場(chǎng)上天然氣報(bào)警存在以下問題：1、對(duì)天然氣的檢測(cè)不敏感或者檢測(cè)

15、到天然氣泄漏并不能及時(shí)報(bào)警作出相應(yīng)處理；2、對(duì)于天然氣檢測(cè)過于敏感，正常做飯燒水時(shí)難免會(huì)有少數(shù)天然氣溢出，此時(shí)報(bào)警器就不停關(guān)閥報(bào)警嚴(yán)重影響生活效率；3、存在謊報(bào)誤報(bào)的現(xiàn)象，當(dāng)空氣中存油煙時(shí)也會(huì)關(guān)閥報(bào)警所以很多家庭對(duì)探測(cè)報(bào)警器束之高閣當(dāng)成擺設(shè)，買了并不安裝；4、功能簡(jiǎn)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(wú)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(cè)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。1.3家庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警的發(fā)展趨勢(shì)二十多年前，我國(guó)的安防報(bào)警產(chǎn)品剛剛起步，無(wú)論產(chǎn)品技術(shù)含量、產(chǎn)品系列完整性、使用性，還是社會(huì)影響程度都是相當(dāng)?shù)偷?。?guó)外

16、的產(chǎn)品和品牌卻占領(lǐng)我們的大部分市場(chǎng)。由于中國(guó)的建設(shè)正在面臨飛速發(fā)展，我們應(yīng)該抓住廣闊的市場(chǎng)空間，慶幸的是中國(guó)企業(yè)抓住了這次機(jī)遇，頂住了挑戰(zhàn)，先是一批國(guó)家的科研院所，后是一批國(guó)營(yíng)企業(yè)、民營(yíng)企業(yè)，業(yè)內(nèi)也吸引和凝聚一大批國(guó)內(nèi)的技術(shù)和管理精英，花了多年時(shí)間，通過幾次產(chǎn)品更新?lián)Q代，就使自己的產(chǎn)品緊緊跟上了國(guó)際水平，并且奪回了大部分國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，使得現(xiàn)在大多國(guó)外產(chǎn)品只有招架之勢(shì)，這是典型的自力更生，走自己的路。當(dāng)然目前而言，我們基本占據(jù)的是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，對(duì)外還剛剛啟動(dòng)。但是，中國(guó)企業(yè)已經(jīng)做好準(zhǔn)備進(jìn)軍海外市場(chǎng)。1.4天然氣泄漏檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)意義天然氣泄漏造成的事故給我們帶來(lái)了不少的警示，而市場(chǎng)上的天然氣檢測(cè)報(bào)警器并不

17、能為我們提供完善的安全保障，為此我們要設(shè)計(jì)功能更加完善，探測(cè)更加精確的天然氣報(bào)警器是對(duì)付燃?xì)鉄o(wú)形殺手的重要手段之一。燃?xì)鈱＜抑赋?，燃?xì)庑孤┗驈U氣排放而大量產(chǎn)生的一氧化碳是燃?xì)庵卸臼录母?，如采用天燃?xì)庑孤﹫?bào)警器就能得到及時(shí)的警示。有關(guān)部門經(jīng)長(zhǎng)期測(cè)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(duì)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(lái)。人們對(duì)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。單片機(jī)在日用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，燃?xì)庑孤﹦t是人們?nèi)粘Ｉ钪谐３?/p>

18、需要測(cè)量和控制的一個(gè)問題。單片機(jī)有利于為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施。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(duì)策。所以怎樣防止燃?xì)庵卸九c爆炸已成為人們的迫切需要。2天然氣泄露檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)2.1天然氣泄漏檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)簡(jiǎn)介天然氣泄漏檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)不僅能夠檢測(cè)環(huán)境中的天然氣濃度，同時(shí)具有報(bào)警功能。儀器的最基本組成部分應(yīng)包括：氣體信號(hào)采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路。氣體信號(hào)采集電路一般由氣敏傳感器和模擬放大電路組成，將氣體信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從燃?xì)鈾z測(cè)電路送出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)

19、行處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，看是否大于或等于某個(gè)預(yù)設(shè)值(報(bào)警限)，當(dāng)檢測(cè)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(cè)得的可燃?xì)怏w濃度；當(dāng)檢測(cè)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(yǔ)音模塊向戶主發(fā)送語(yǔ)音提醒以便讓戶主及時(shí)做出判斷處理。為使報(bào)警裝置更加完善，可以在聲音報(bào)警基礎(chǔ)上，加入閃光報(bào)警，變化的光信號(hào)可以引起用戶注意，彌補(bǔ)嘈雜環(huán)境中聲音報(bào)警的局限。以上是根據(jù)檢測(cè)報(bào)警器應(yīng)具備的功能，提出的整體設(shè)計(jì)思路。氣敏傳感器及單片機(jī)是燃?xì)庑孤﹫?bào)警器的兩大核心，根據(jù)報(bào)警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟(jì)的氣敏傳感器及單片機(jī)芯片是至關(guān)重要的。傳感器的選型將在后面介紹。單片機(jī)作

20、為硬件電路的核心，它的概況將在第三章詳述。2.2氣體傳感器的選型氣體傳感器屬于氣敏傳感器。氣敏傳感器是用來(lái)檢測(cè)氣體類別、濃度和成分的傳感器。它將氣體種類及其濃度等有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱便可獲得與待測(cè)氣體在環(huán)境中存在情況有關(guān)的信息。所以氣體傳感器是儀表的核心組成部分之一。由此可見，氣體傳感器的選型是非常重要的。該設(shè)計(jì)的天然氣泄漏報(bào)警器主要應(yīng)用在廚房中，根據(jù)報(bào)警器檢測(cè)氣體種類的要求，一般選用接觸燃燒式氣敏傳感器或半導(dǎo)體氣敏傳感器。接觸燃燒式氣敏傳感器的探頭會(huì)出現(xiàn)阻緩及中毒的問題。阻緩是當(dāng)在氣體與空氣含硫物質(zhì)混合的情況下，則有可能在無(wú)焰燃燒的同時(shí)，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面

21、，阻塞載體的微孔，從而引起響應(yīng)緩慢反應(yīng)滯緩，靈敏度降低。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度的恢復(fù)的可能，但是如果長(zhǎng)期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會(huì)不斷下降，導(dǎo)致該傳感器最終喪失檢測(cè)煙霧的能力。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時(shí)，則傳感器將使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以致靈敏度很快就喪失。當(dāng)懷疑檢測(cè)環(huán)境中存在這些物質(zhì)時(shí)，需要經(jīng)常對(duì)探頭進(jìn)行標(biāo)定。經(jīng)常對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是保證其準(zhǔn)確性的必要的途徑。一般連續(xù)使用兩個(gè)月后應(yīng)對(duì)傳感器進(jìn)行量程校準(zhǔn)，這種經(jīng)常性對(duì)傳感器的維護(hù)需要專業(yè)人員和相應(yīng)設(shè)備，特此排除接觸式氣體傳感器，剩下只能選用半導(dǎo)體氣敏傳感器。半導(dǎo)體氣敏傳感器包括用氧化物半導(dǎo)

22、體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的氣體傳感器，它具有靈敏度高，響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體氣敏傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性(抗干擾性)和穩(wěn)定性(使用壽命)。 經(jīng)過對(duì)比上述兩種氣敏傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體氣敏傳感器的優(yōu)點(diǎn)更加突出：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)格便宜，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低等。因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體氣敏傳感器作為報(bào)警器氣體信息采集部分的核心。而在眾多半導(dǎo)體氣敏傳感器中，本設(shè)計(jì)選用MQ-4型氣敏傳感器，這種型號(hào)的傳感器對(duì)天然氣有很高的靈敏度對(duì)乙醇的靈敏度很低，具有快

23、速反應(yīng)快速恢復(fù)、使用壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。2.3 天然氣泄露報(bào)警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案2.3.1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(cè)到空氣中的天然氣的濃度轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，電壓信號(hào)送入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0832轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號(hào)送入STC89C52單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理，將數(shù)字化電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成為對(duì)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(cè)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(cè)得

24、的可燃?xì)怏w濃度；當(dāng)檢測(cè)氣體濃度超出設(shè)定報(bào)警閾值時(shí)給出聲光報(bào)警。2.3.2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(duì)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(cè)報(bào)警器的基礎(chǔ)上對(duì)其的硬件結(jié)構(gòu)上特進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：天然氣泄露檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示，該系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心，天然氣檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)要完成天然氣信號(hào)采集處理、顯示和控制報(bào)警3大功能?？煞譃殡娫茨K、天然氣信號(hào)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、聲光報(bào)警模塊、數(shù)碼管顯示模塊和單片機(jī)控制模塊。STC89C52單片機(jī)是51系列單片機(jī)的一個(gè)成員，是8051

25、單片機(jī)的升級(jí)版，和51系列單片機(jī)的指令和輸出管腳相兼容。氣體檢測(cè)模塊依靠MQ-4傳感器和ADC0832轉(zhuǎn)換芯片、顯示模塊依靠數(shù)碼管完成顯示功能。 電源MQ-4傳感器 信號(hào)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(cè)報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖2.3.3報(bào)警器各模塊的功能（1）電源模塊：提供電源、保護(hù)電路、電壓變換、穩(wěn)壓；（2）天然氣信號(hào)采集模塊：實(shí)時(shí)采集氣體濃度；（3）A/D轉(zhuǎn)換模塊：把采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)傳送給單片機(jī)；（4）聲光報(bào)警模塊：當(dāng)檢測(cè)到氣體泄漏值超過報(bào)警限時(shí)，發(fā)生報(bào)警；（5）顯示模塊：顯示氣體濃度和報(bào)警限；（6）鍵盤模塊：通過按動(dòng)上下鍵調(diào)節(jié)報(bào)警

26、限；（7）語(yǔ)音模塊：向戶主提供語(yǔ)音提醒； 3天然氣泄露報(bào)警的硬件部分設(shè)計(jì)3.1主控電路設(shè)計(jì)3.1.1STC89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的處理器, STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，MAX810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，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下

27、，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。它有幾個(gè)主要組成部分：中央處理器、存儲(chǔ)器、并行I/O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(jiǎn)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：首先它是8051單片機(jī)的升級(jí)版，具有6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇的特點(diǎn)，其指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051。在IO口方面，通用I/O口（32個(gè)），復(fù)位后：P1/P2/P3是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不必加上拉電阻，當(dāng)作為I/O口

28、用時(shí)，要加上拉電阻。具有EEPROM功能和看門狗功能，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（即定時(shí)器T0、T1、T2），4路外部中斷，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路。3.1.2 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。 定時(shí)計(jì)數(shù)器 RAMROM 時(shí)鐘電路 CPU 中斷系統(tǒng) 并行接口 串行接口圖3.1基本結(jié)構(gòu)圖由圖可見，STC89C52單片機(jī)主要由以下部分組成：（1）CPU系統(tǒng)：8位CPU和閃爍存儲(chǔ)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/EPROM/Flash）；512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。（3）I/O口和其他動(dòng)能單元：4個(gè)并行I/O

29、口；3個(gè)16位定時(shí)/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） 3.1.3 STC89C52RC單片機(jī)的引腳圖3.2 STC89C52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（P0.0P0.7，3932引腳）。P0口是一個(gè)漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載，對(duì)端口P0寫入“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時(shí)，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時(shí)，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求接10K的

30、上拉電阻。（3）P1端口（P1.0P1.7，18引腳）：P1口是一個(gè)內(nèi)部自帶上拉的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可以直接驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL的輸入。給端口寫“1”時(shí)，利用內(nèi)部上拉電阻可以把端口拉高。當(dāng)把P1口用作輸入口來(lái)使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的端口就會(huì)輸出電流。 表3.1 P1.0和P1.1引腳復(fù)用功能引腳號(hào)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（P2.0P2.7，2128引腳）：P2口是一個(gè)內(nèi)部帶上拉的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器也可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL的輸入。當(dāng)給端口寫入

31、1時(shí)，利用內(nèi)部的上拉電阻可以把端口拉到高，此時(shí)P2口可以被用作輸入口。P2作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，那些被外部器件拉低的引腳就會(huì)輸出電流。P2口也可以訪問外部存儲(chǔ)芯片，訪問16位的存儲(chǔ)器時(shí)，P2送出的是高8位的地址。在訪問8位地址的外部芯片存儲(chǔ)器時(shí)，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器的SFR區(qū)中的，P2口寄存器的內(nèi)容），在訪問的整個(gè)期間都不改變。(5）P3端口（P3.0P3.7，1017引腳）：P3是一個(gè)內(nèi)部帶上拉的8位雙向I/O端口。P3口的輸出緩沖器可直接驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL輸入。給端口寫1時(shí)，利用內(nèi)部的上拉電阻把端口拉高，這時(shí)P3口就可以作為輸入口。當(dāng)P3用做輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)

32、部有上拉電阻，那些被外部器件拉低的引腳就會(huì)輸入一個(gè)電流。在對(duì)Flash ROM編程或程序校驗(yàn)時(shí)，P3還接收一些控制信號(hào)，P1接收低8位地址。RST（9引腳）：復(fù)位輸入。當(dāng)連續(xù)輸入兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)才能有效，用來(lái)完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，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位可以取消此功能。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(hào)的作用在訪問外部的存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的脈沖。在Flash編程時(shí)，在此引腳（PROG）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

33、出脈沖，可以用來(lái)作為外部器件的定時(shí)器或時(shí)鐘來(lái)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)機(jī)器周期內(nèi)需要被激活兩次，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，EA必須接地。注意加密方式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需要接VCC。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。XTAL

34、2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸出端。振蕩器特性: XTAL1和XTAL2分別是反向放大器的輸入輸出端。該反向放大器可以被配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩都可以被采用。若采用的是外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2則不能接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻的觸發(fā)器，所以說(shuō)對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬沒有任何要求，但必須要保證脈沖的高低電平所要求的寬度。P3口除作為一般I/O口外，還有其他一些復(fù)用功能，如表3.2所示：表3.2 P3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)

35、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）3.2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3.3可燃?xì)怏w信號(hào)采集部分如圖3.4，天然氣信號(hào)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(hào)采集部分3.4 MQ-4氣體傳感器MQ-4氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體

36、濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ-4氣體傳感器對(duì)液化氣、甲烷、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。 表3.3 MQ-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(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基座膠木或尼龍圖3.5 MQ-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

37、*ADdata)104 （ppm） （3.2）3.5 A/D轉(zhuǎn)換部分3.5.1 A/D轉(zhuǎn)換電路MQ-4傳感器采集到的電壓信號(hào)接單片機(jī)P1.1。圖3.6 A/D轉(zhuǎn)換部分3.5.2 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832 ADC0832 是美國(guó)國(guó)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

38、源供電時(shí)輸入電壓在05V之間；工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32S；一般功耗僅為15mW；8P、14PDIP（雙列直插）、PICC 多種封裝；商用級(jí)芯片溫寬為0C to +70C，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為40C to +85C。如圖 3.7，ADC0832 芯片頂視圖：圖3.7 ADC0832頂視圖芯片接口說(shuō)明：CS_片選使能，低電平芯片使能。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(hào)輸入，選擇通道控制。DO 數(shù)據(jù)信號(hào)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

39、）。3.6 氣體結(jié)果測(cè)量計(jì)算圖3.8 MQ-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=14.43 K)3.7 聲光報(bào)警部分采集到的數(shù)字信號(hào)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(lái)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3.8

40、計(jì)數(shù)器譯碼顯示電路3.8.1 LED 的綜述在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，為了便于人們觀察和監(jiān)視單片機(jī)的運(yùn)行情況，常常需要用顯示器顯示運(yùn)行的中間結(jié)果、狀態(tài)等信息，因此顯示器也是不可缺少的外部設(shè)備之一。LED顯示屏是八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來(lái)的新型信息顯示媒體，顯示屏由幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管像素點(diǎn)均勻排列組成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素點(diǎn)。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍(lán)色和純綠色LED的開發(fā)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用階段。LED顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。在短短的十來(lái)年中，LED點(diǎn)

41、陣顯示屏就以亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)迅速成長(zhǎng)為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。LED的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性、可靠性、全色化方向發(fā)展。LED顯示屏的應(yīng)用涉及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，主要包括：證券交易、金融信息顯示。（2）機(jī)場(chǎng)航班動(dòng)態(tài)信息顯示。（3）港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示。（4）體育場(chǎng)館信息顯示。（5）道路交通信息顯示。（6）調(diào)度指揮中心信息顯示。（7）郵政、電信、商場(chǎng)購(gòu)物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示。（8）廣告媒體新產(chǎn)品等。3.8.2 LED 的結(jié)構(gòu)LED數(shù)碼管顯示

42、器是由發(fā)光的二極管顯示字段組成的。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用最多的就是七段LED數(shù)碼管，有共陰極和共陽(yáng)極兩種。七段LED數(shù)碼管顯示器有8個(gè)發(fā)光二極管，其中從ag管腳輸入顯示代碼，可顯示不同的數(shù)字或字符，Dp顯示小數(shù)點(diǎn)。共陰極LED數(shù)碼管顯示器的公共端為發(fā)光二極管陰極，通常接地，當(dāng)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。共陽(yáng)極的LED數(shù)碼管顯示器的公共端為發(fā)光二極管的陽(yáng)極，通常接+5V電源，當(dāng)發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。本設(shè)計(jì)的顯示采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描來(lái)顯示。1個(gè)3位的共陽(yáng)極LED數(shù)碼管組成3位顯示上次測(cè)量的數(shù)據(jù)。單片機(jī)的P0口控制顯示字型，P2口控制顯示字位。顯示電路如圖3

43、.10。 圖3.10 顯示電路3.8.3 LED數(shù)碼管的顯示方法靜態(tài)顯示方式是指當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，發(fā)光二極管的位選始終被選中。在這種顯示方式下，每一個(gè)LED數(shù)碼管顯示器都需要一個(gè)8位的輸出口進(jìn)行控制。由于單片機(jī)本身提供的I/O口有限，實(shí)際使用中，通常通過擴(kuò)展I/O口的形式解決輸出口數(shù)量不足的問題。靜態(tài)顯示主要的優(yōu)點(diǎn)是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導(dǎo)通電流一定的情況下顯示器的亮度大，系統(tǒng)運(yùn)行過程中，在需要更新顯示內(nèi)容時(shí)，CPU才去執(zhí)行顯示更新子程序，這樣既節(jié)約了CPU的時(shí)間，又提高了CPU的工作效率。其不足之處是占用硬件資源較多，每個(gè)LED數(shù)碼管需要獨(dú)占8條輸出線。隨著顯示器位數(shù)的增加，需要的I/

44、O口線也將增加。動(dòng)態(tài)顯示方式是指一位一位地輪流點(diǎn)亮每位顯示器（稱為掃描），即每個(gè)數(shù)碼管的位選被輪流選中，多個(gè)數(shù)碼管公用一組段選，段選數(shù)據(jù)僅對(duì)位選選中的數(shù)碼管有效。對(duì)于每一位顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。通過調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可以既保證亮度，又保證顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則顯示器的公共端只需一個(gè)8位I/O口進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描（稱為掃描口），控制每位顯示器所顯示的字形也需一個(gè)8位口（稱為段碼輸出）。通過比較，我們可以發(fā)現(xiàn)LED靜態(tài)顯示更加適合本設(shè)計(jì)，所以采用此方法。3.9 復(fù)位電路單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部

45、件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。52系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。 圖3.11 復(fù)位電路3.10 最小系統(tǒng)及按鍵STC89C52單片機(jī)的最小系統(tǒng)由起振電路、復(fù)位電路、STC89C52芯片組成。單片機(jī)接+5V電源；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

46、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。按鍵分別接單片機(jī)P1.4、P1.5、P1.6、P1.7端。S1是數(shù)字鍵加，S2是數(shù)字鍵減，S3是確認(rèn)鍵，S4是模擬報(bào)警鍵，當(dāng)按下S4時(shí)蜂鳴器報(bào)警，LED亮；再次按下S4用來(lái)取消報(bào)警。 圖3.12 最小系統(tǒng)及按鍵電路4燃?xì)庑孤z測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的軟件部分4.1程序設(shè)計(jì)流程與編程程序流程圖如圖4.1所示，軟件設(shè)計(jì)包含AD采樣程序、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 Y

47、圖4.1 程序設(shè)計(jì)流程圖STC89C52單片機(jī)對(duì)ADC0832傳送的氣體濃度信號(hào)進(jìn)行處理，將濃度值與報(bào)警限設(shè)定值相比較，判斷是否報(bào)警。對(duì)采集的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和判斷，運(yùn)用一定的算法計(jì)算出待檢測(cè)氣體成分及濃度并送到數(shù)碼管顯示器顯示出來(lái)。當(dāng)檢測(cè)氣體濃度低于設(shè)定報(bào)警閥值的時(shí)候，數(shù)碼管顯示器僅僅顯示測(cè)得的可燃?xì)怏w濃度；當(dāng)檢測(cè)氣體濃度超出設(shè)定報(bào)警閥值時(shí)給出聲光報(bào)警。在程序設(shè)計(jì)上我采用的是C語(yǔ)言編程。C語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能。C語(yǔ)言擁有功能豐富的庫(kù)函數(shù)，運(yùn)算速度快、編譯效率高，有良好的可移植性，可以直接對(duì)系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)控制。C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)

48、語(yǔ)言，它支持目前程序設(shè)計(jì)中被廣泛采用的由頂向下的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。此外，C語(yǔ)言程序還具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件設(shè)計(jì)中采用的模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保障。因此，使用C語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已成為軟件開發(fā)的一個(gè)主流。用C語(yǔ)言來(lái)編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)，用C語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢(shì)。所以一個(gè)技術(shù)全面并涉足較大規(guī)模的軟件系統(tǒng)開發(fā)的單片機(jī)開發(fā)人員最好能夠掌握基本的C語(yǔ)言編程。編寫C 語(yǔ)言要使用到C 編譯軟件，以便把寫好的C 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。4.2系

49、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(cè)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(duì)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(yǔ)音報(bào)警、聲光報(bào)警。經(jīng)過不斷的實(shí)驗(yàn)測(cè)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)上下鍵可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。將打火機(jī)排出的氣體對(duì)準(zhǔn)傳感器時(shí)，顯示屏上的氣體濃度立即不斷升高；當(dāng)氣體濃度上升到報(bào)警限時(shí)，聲光報(bào)警器立即開啟，并開始語(yǔ)音提醒：鄧

50、曉佳提醒您，存在安全隱患，請(qǐng)您注意。結(jié) 論氣體檢測(cè)報(bào)警器可保障生產(chǎn)與生活的安全，避免火災(zāi)和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和安全生產(chǎn)所必備的儀器，具有廣闊的市場(chǎng)空間與發(fā)展前景。本文設(shè)計(jì)的天然氣泄漏檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)采用性價(jià)比很高的STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，利用其強(qiáng)大的處理能力和較豐富的外圍接口，合理選用I/O端口，較好地完成了天然氣泄漏檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本論文設(shè)計(jì)的氣體報(bào)警器由氣體信號(hào)采集電路與單片機(jī)控制電路兩大部分構(gòu)成。根據(jù)設(shè)計(jì)要求、使用環(huán)境、成本等因素，選用MQ-4型半導(dǎo)體電阻式氣體傳感器。該傳感器是對(duì)以烷類氣體為主的多種氣體有良好敏感特性的廣譜型半導(dǎo)體敏感器件。它的靈敏度

51、適中，具有響應(yīng)與恢復(fù)特性好，長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性、重現(xiàn)性、不易受環(huán)境影響及抗溫濕度影響等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空氣中天然氣濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并顯示，當(dāng)檢測(cè)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(cè)得的可燃?xì)怏w濃度；當(dāng)檢測(cè)氣體濃度超出設(shè)定報(bào)警閾值時(shí)給出聲光報(bào)警。該設(shè)計(jì)的天然氣泄漏檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的綜合功能遠(yuǎn)高于市面上的天然氣報(bào)警系統(tǒng)，減少誤報(bào)關(guān)閥的困擾。本設(shè)計(jì)在電路方案采用模塊化設(shè)計(jì)，可以方便實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展，從而滿足特殊應(yīng)用領(lǐng)域中的功能和可靠性需求。在下一步的工作中，可將GPRS模塊的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)改善，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享，也可以在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上手機(jī)遠(yuǎn)程控制防火滅火報(bào)警燈功能。在元件及調(diào)制方面，由

52、于采用的電路使用了很多集成電路。外圍元件不是很多，所以調(diào)試不太難。電路中除集成電路外，對(duì)各電子元件也無(wú)特別要求。未來(lái)的時(shí)代是個(gè)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，等我具備編寫電腦軟件的能力后，我會(huì)開發(fā)出對(duì)天然氣檢測(cè)報(bào)警的聯(lián)網(wǎng)控制，從而可以與消防隊(duì)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。參考文獻(xiàn)1高凌云，諶海云，林立憑基于89C52的煤氣泄露監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)J中國(guó)儀器儀表，2012，12(11)：70-72.2秦龍主編MSP430單片機(jī)常用模塊與綜合系統(tǒng)實(shí)例精講M北京：電子工業(yè)出版社，2010.3趙建領(lǐng)51單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解M北京：電子工業(yè)出版社，2009.4揚(yáng)立微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)M北京：中國(guó)鐵道出版社，2008.5袁麗娟GPRS

53、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端研究與設(shè)計(jì)D：碩士學(xué)位論文四川：西南交通大學(xué)電力電子與電力傳動(dòng)，2008.6彭小軍用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘J新余高專學(xué)報(bào)，2009，9(2)：2-4.7王守中讀就通51單片機(jī)開發(fā)M北京：電子工業(yè)出版社，2011.8姜志海，劉連鑫，王蕾單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用M北京：電子工業(yè)出版社，2011.9洪志剛，杜維玲，井娥林單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.10 張儀和，陳敵北，謝亮例說(shuō)8051M北京：人民郵電出版社，2010.11 汪貴平，李登峰，龔賢武，雷旭新編單片機(jī)原理及應(yīng)用M西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009.12蔣敏單片微機(jī)萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)J職大學(xué)報(bào)，2009，2(23)：4-6. 13張毅剛單片機(jī)原理及應(yīng)用（第一版）M北京：高等教育出版社，2009.14張志偉一種遠(yuǎn)程礦井瓦斯?jié)舛葯z測(cè)儀的設(shè)計(jì)J煤礦安全，2011，11(2)：78-80.15凌藝春，劉惠娟MSC-51單片機(jī)及匯編編程M北京：中國(guó)鐵道出版社，2011.16盧艷君單片機(jī)原理與應(yīng)用M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2