基于单片机的煤气泄漏报警系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的煤气泄漏报警系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

环境空气中含有硅烷之类的物质时，则传感器将使催化元件产生不可逆转的中毒，以致灵敏度很快就丧失。 当怀疑 检测环境中存在这些物质时，经常对探头进行标定，是必须且有效的办法。 因此，经常对传感器进行标定，是保证其准确性的必要的途径。 一般连续使用两个月后应对传感器进行量程校准，这种经常性对传感器的维护，无形中加大了工作人员的工作量，同时增加了报警器的维护成本。 半导体气敏传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的气体传感器以及用单晶半导体器件制作的气体传感器，它具有灵敏度高，响应快、体积小、结构简单，使用方便、价格便宜等优点，因而得到广泛应用。 半导体气敏传感器的性能主要看其灵敏度、选择性 (抗干扰性 )和稳定性 (使用寿命 )。 沈阳理工大学学士学位论文 8 经过对比上述两种气敏传感器的应用特性，发现半导体气敏传感器的优点更加突出：灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低等。 因此，本设计采用半导体气敏传感器作为报警器气体信息采集部分的核心。 而在众多半导体气敏传感器中，本设计选用 MQ2 型气敏传感器，这种型号的传感器具备一般半导体气敏传感器灵敏度高、响应快、抗干扰能力强、寿命长等优点。 煤气泄露报警系统的整体设计方案 煤气泄露报警器工作原理 本论文中的煤气泄漏报警器以 STC12C5A60S2 单片机为控制核 心，采用 MQ2 型电阻式半导体传感器采集气体信息。 首先，气体传感器送来的气体浓度对应的电压信号送入 STC12C5A60S2 单片机；然后，在 STC12C5A60S2 单片机内 A/D 转换、气体浓度比较，对数据进行线性化处理，将数字化电压信号转化成为对应的十进制浓度值；最后，判断气体浓度值是否超出报警限，当气体浓度处于正常状态红灯不会闪亮，当气体浓度超出设定的限定值时，发出声音报警并伴随红灯亮。 另外由于气体传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反应越快，响应时间和恢复时间就越快。 为提高响应 时间，保证气体传感器准确地、稳定地工作，报警器需要向气体传感器持续输出一个 5V的电压。 煤气泄露报警器的结构 为适应家庭对可燃性易爆气体安全性要求，设计的可燃性气体报警仪应不仅能在较宽的温度范围工作，而且应具有显示可煤气体浓度、可接计算机进行现场远测和实时控制等功能。 其目标是在传统的烟雾报警仪的基础上，尽量提高准确性，降低成本，缩小体积。 系统 使用 STC12C5A60S2 单片机，选用 气敏 传感器作为敏感元件， 显示电路 ， 及报警装置 开发了可用于 家庭或 小型单位 天煤气泄漏 报警器。 整个设计由 3 大部分构成：气敏 传感器、 STC12C5A60S2 单片机、显示电路。 气敏传感器是将现场气体浓度 非电信号转化为电信号；转换电路 是将 完成将 气体 传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。 沈阳理工大学学士学位论文 9 装置功能说明 煤气泄漏检测装置，顾名思义是用来检测煤气泄漏，使煤气使用更加安全。 在使用此装置前，首先设置好报警的气体浓度值，设置浓度可调，将装置放置在煤气容易泄漏的区域，当煤气或者其他煤气泄漏的时候，空气中气体浓度超过设定值时，装置会发出灯光及声音的报警。 装置效果图 图 2. 错误 !未找到引用源。 成品效果图 沈阳理工大学学士学位论文 10 3 煤气泄漏检测报警装置的硬件部分设计 硬件电路形象的说就是整 个装置的框架，硬件电路的设计，直接影响装置功能能否实现。 硬件电路的设计首先必须了解各原件的性能指标，工作原理，以及整体的电路连接。 本章主要介绍一些单片机最小系统，显示电路，传感器电路 STC12C5A60S2 系列单片机简介 STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟 /机器周期 (1T)的单片机，是高速 /低功耗 /超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 812 倍。 内部集成 MAX810 专用复位电路 ,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 转换 (250K/S.，即 25 万次每秒 )，针对电机控制，强干扰场合。 1. 增强型 8051 CPU， 1T，单时钟 /机器周期，指令代码完全兼容传统 8051 2. 工作电压： STC12C5A60S2 系列工作电压： （ 5V单片机） STC12LE5A60S2 系列工作电压： （ 3V单片机） 3. 工作频率范围： 0～ 35MHz，相当于普通 8051 的 0～ 420MHz 4. 用户应用程序空间 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字节 ...... 5. 片上集成 1280 字节 RAM 6. 通用 I/O 口（ 36/40/44 个），复位后为：准双向口 /弱上拉（普通 8051 传统 I/O 口）可设置成四种模式：准双向口 /弱上拉，强推挽 /强上拉，仅为输入 /高阻，开漏每个 I/O 口驱动能力均可达 20mA，但整个芯片最大不超过 120mA。 7. ISP（在系统可编程） / IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器 可通过串口（ ）直接下载用户程序，数秒即可完成一片 8. 有 EEPROM 功能 (STC12C5A62S2/AD/PWM 无内部 EEPROM) 9. 看门狗 MAX810 专用复位电路（外部晶体 12M 以下时，复位脚可直接 1K 电阻到地） 沈阳理工大学学士学位论文 11 11. 外部掉电检测电路 : 在 口有一个低压门槛比较器， 5V单片机为 ，误差为177。 5%, 单片机为 ，误差为177。 3% 12. 时钟源：外部高精度晶体 /时钟，内部 R/C 振荡器 (温漂为177。 5% 到177。 10% 以内 )用户在下载用户程序时，可选择是使用内部 R/C 振荡器还是外部晶体 / 时钟 常温下内部 R/C 振荡器频率为： 单片机为： 11MHz ～ 单片机为：8MHz ～ 12MHz，精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准 13. 共 4 个 16 位定时器 两个与传统 8051 兼容的定时器 /计数器 ,16 位定时器 T0 和 T1，没有定时器 2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器 ,再加上 2 路 PCA 模块可再实现 2 个 16 位定时器 14. 3 个时钟输出口，可由 T0 的溢出在 ，可由 T1 的溢出在 输出时钟 ,独立波特率发生器可以在 口输出时钟 15. 外部中断 I/O 口 7 路 ,传统的下降沿中断或低电 平触发中断 ,并新增支持上升沿中断的 PCA 模块， Power Down 模式可由外部中断唤醒， INT0/,INT1/,T0/, T1/, RxD/,CCP0/(也可通过寄存器设置到 ), CCP1/(也可通过寄存器设置到 ) 16. PWM(2 路） / PCA（可编程计数器阵列 ,2 路） 也可用来当 2 路 D/A 使用 也可用来再实现 2 个定时器 也可用来再实现 2 个外部中断 (上升沿中断 /下降沿中断均可分别或同时支持 ) 17. A/D 转 换 , 10 位精度 ADC，共 8 路，转换速度可达 250K/S(每秒钟 25 万次 ) 18. 通用全双工异步串行口 (UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用定时器或 PCA 软件实现多串口 19. STC12C5A60S2 系列有双串口，后缀有 S2 标志的才有双串口， RxD2/(可通过寄存器设置到 )， TxD2/(可通过寄存器设置到 ) 20. 工作温度范围： 40 ~ +85℃ (工业级 ) / 0 ~ 75℃ (商业级 ) 沈阳理工大学学士学位论文 12 ： LQFP48, LQFP44, PDIP40, PLCC44, QFN40I/O 口不够时，可用 2 到 3 根普通 I/O 口线外接 74HC164/165/595（均可级联）来扩展 I/O 口 ,还可用 A/D 做按键扫描来节省 I/O 口，或用双 CPU,三线通信，还多了串口。 STC12C5A60S2 系列单片机的内部结构 STC12C5A60S2 系列单片机的内部结构框图如下图所示。 STC12C5A60S2 单片机中包含中央处理器 (CPU)、程序存储器 (Flash)、数据存储器 (SRAM)、定时 /计数器、 UART 串口、串口 I/O 接口、高速 A/D 转换、 SPI 接口、 PCA、看门狗及片内 R/C 振荡器和外部晶体振荡电路等模块。 STC12C5A60S2 系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统。 管脚说明 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输 出 原 码 ， 此 时 P0 外 部 必 须 被 拉 高。 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出 4TTL门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL门电流，当 P2 口被写 ―1‖时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用 于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。 在给出地址 ―1‖时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口 ： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。 沈阳理工大学学士学位论文 13 当 P3 口写入 ―1‖后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平， P3 口 将 输 出 电 流 （ ILL ） 这 是 由 于 上 拉 的 缘 故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功 能口，如下表所示： 口管脚备选功能 RXD （串行输入） TXD （ 串 行 输 出 ） /INT0 （ 外 部 中 断 0 ） /INT1 （ 外 部 中 断 1 ） T0 （记时器 0 外部输入） T1 （记时器 1 外部输入） /WR （ 外 部 数 据 存 储 器 写 选 通 ） /RD （ 外 部 数 据 存 储 器 读 选 通 ） P3 口 同 时 为 闪 烁 编 程 和 编 程 校 验 接 收 一 些 控 制 信 号。 RST：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电 平用于锁存地址的地位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE 只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每 个机器周期两次/PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 /EA 当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1 时， /EA 将内部锁定为 RESET；当 /EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V编程电源（ VPP）。 X1 ： 反 向 振 荡 放 大 器 的 输 入 及 内 部 时 钟 工 作 电 路 的 输 入。 X2：来自反向振荡器的输出。 引脚电路如下图所示 沈阳理工大学学士学位论文 14 图 3 1 单片机引脚图 引脚电路的连接 ～ 为 I/O 口的 P2 口：内部带有弱上拉的双向 I/O 口，作为输入引脚使用前，先向 P2 口锁存器写入 1，使 P2 口引脚被上拉为高电平 RESET 为复位信号输入端，高电平有效。 /EA 为外部程序存储器选择信号，低电平有效。 在复位期间 CPU检测并锁存该引脚电平状态，当发现该引脚为高电平时，从片内程序存储器取指令，只有当程序计数。