基于单片机煤气控制器(检测仪)设计与实现毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机煤气控制器(检测仪)设计与实现毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

晶振、电容产生，第二种是直接从单片机外部引入时钟脉冲信号。 ③时钟电路的要求 为了保证单片机同步工作方式的实现，系统应在唯一的时钟信号控制下，严格地按时序进行工作。 另外 ,在设计电路板时，晶体振荡器和电容应尽量安装得与单片机 靠近些，以减小寄生电容的存在，从而更好的保障系统稳定、可靠的工作。 数据采集电路 数据采集电路是煤气控制器非常重要的组成部分，该模块选用气敏传感器MQ5 采集煤气浓度。 当煤气传感器检测到煤气，其电阻值会随着浓度的变化而变化，从而产生一个电信号。 MQ5 简介 80 C 51VCCVCCRESETVSS1 k80 C 51VCCVCCRESETVSSRESETR 1R 2( a ) 上电自动复位 ( b ) 按键手动复位200 +CR1 kC+ 桂 林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 38 页 MQ5是一种气敏传感器。 MQ5型气敏元件对不同种类，不同浓度的气体有不同的电阻值。 它 对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度，对乙醇、烟雾几乎不响应， 有快速的响应恢复特性和长期的使用寿命和可靠的稳定性，它简单的测试电路。 （ 1） MQ5的规格简介 ①标准工作条件如表 ： 表 符号 参数名称 技术条件 备注 Vc 回路电压 ≤ 15V AC or DC VH 加热电压 177。 AC or DC RL 负载电阻 可调 RH 加热电阻 31Ω177。 3Ω 室温 PH 加热功耗 ≤ 900mW ② 环境条件如表 ： 表 符号 参数名称 技术条件 备注 Tao 使用温度 10℃ 50℃ Tas 储存温度 20℃ 70℃ Rh 相对湿度 小于 95%Rh O2 氧气浓度 21%(标准条件 ) 氧气浓度会影响灵敏度特性 最小值大于２％ ③ 灵敏度特性表 ： 表 MQ5规格 符号 参数名称 技术参数 备注 Rs 敏感体电阻 10KΩ 60KΩ (1000ppm 甲烷 ) 探测范围： 3005000ppm 液化气，天然气，煤气。 α (1000ppm/5000ppm CH4) 浓度斜率 ≤ 标准工作条件 温度： 20℃177。 2℃ Vc:177。 相对湿度： 65%177。 5% Vh: 177。 预热时间 不少于 24小时 （ 2） MQ5 测试电路 MQ5 测试电路如图 所示。 根据测试电路可以得出， Rs/RL=(VccVout)/Vout。 气敏传感器需要预热一段时间，待其稳 定后， AB 端相当于一个电阻，即 Rs， Rs随着浓度的增大减小。 滑动变阻器 RL 选用 20kΩ， H 外接 5V的电源， A 端接 5v电压， B端与滑动变阻 桂 林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 8 页 共 38 页 器分压输出。 图 MQ5测试电路 （ 3） MQ5 灵敏度特性曲线 图 MQ5 型灵敏度特性 MQ5 型气敏传感器的灵敏度特性曲线如图 所示。 Rs为气敏传感器在不同气体、不同浓度下的电阻值， Ro 为气敏传感器在洁净空气中的电阻值 ,经测量，Ro=。 根据 MQ5 的灵敏度特性曲线和测试电路，可以得出电压与浓度的关系。 数据采集电路 数据采集电路如图 所示。 在数据采集电路中，煤气传感器 MQ5 检测煤气的浓度，并将其检测到的浓度转化成电阻值，不同的浓度对应不同的电阻值。 滑动变阻器 R00分压输出，取 R00=20KΩ。 由于输出电压在 0~5V 间变化，所以运放 LM358 在这里起电压跟随器的作用，起缓冲及隔离作用，有阻抗匹配的作用。 在本设计中，由于检测的气体是煤气，煤气的主要成分的 CO，所以把输出电压MQ5110100 1000 10000ppmRs/RoH2LPGCH4COalcoholAir 桂 林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 9 页 共 38 页 代入 CO 的电压 浓度关系式就可以求出浓度。 本设计还可以检测 CH alcohol等燃气。 图 数据采集电路 A/D 转换电路 图 A/D 转换电路 A/D 转换电路如图 所示。 在 A/D 转换电路中，由于只需用一个通道，所以选用 IN0， ADDA、 ADDB、 ADDC 接地， IN0 采集数据， ADC0809 将 IN0 采集的模拟电压转换成数字电压送至单片机的 P0口。 ADC0809需要 500KHz的时钟信号，由单片机提供。 VREF（＋）接 +5V， VREF（－）接地。 人机交互电路 人机交互电路如图 所示，人机交互模块可以让用户自己设定报警值，并且当用户听见报警时，可以退出报警。 由于按键只有四个，所以每一个按键对应 桂 林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 10 页 共 38 页 一个 I/O 口。 按下按键 S5，报警值加 100；按下按键 S4，报警值减 100；当按下S3 时确定报警值；按下按键 S2，系统退出报警。 该模块加入上拉电阻，上拉电阻可以产生上拉电压，使电路更稳定。 图 显示电路 图 显示电路如图 ，液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。 这里采用字符型液晶模块是一种用 5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为 1行 16个字、 2行 16个字、 2行 20个字等。 本课设使用 2行 16个字液晶屏。 1602液晶模块内部的字符发生存储器（ CGROM)已经存储了 160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的 桂 林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 11 页 共 38 页 符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英 文字母“ A”的代码是 01000001B（ 41H），显示时模块把地址 41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“ A”。 本模块用于显示煤气的浓度值和用户设定的报警值。 声光报警电路 声光报警电路如图 所示，它由三个发光二极管和蜂鸣器组成。 正常时，绿色发光二极管亮；当接近警戒值时，黄色发光二极管闪烁；当超过警戒值时，红色发光二极管闪烁，黄色和绿色发光二极管灭，同时，蜂鸣器响。 图 声光报警模块 控制电路 控制电路由电磁阀控制模块和风扇驱动电路组成。 电磁阀模块用于关闭气源，风扇驱动模块用于通风，将有毒气体排出。 电磁阀控制模块 电磁阀控制模块如图 所示，本设计选用燃气电磁阀。 燃气电磁阀是燃气管道的安全紧急切断装置。 它可与燃气泄漏报警系统连接或与消防及其他智能报警控制终端模块等连接，实现现场或远程自动 /手动紧急切断气源，确保用气安全。 当发生有害的强烈震动时，阀门会自动关闭。 在电磁阀控制模块中，由于电磁阀的额定电压是 3V，而电路提供 的电压是 5V，所以利用二极管降压，二极管还有驱动作用。 电磁阀不通电时默认关闭状态，上 桂 林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 12 页 共 38 页 电即可导通。 当检测煤气浓度超过警戒值时，单片机给三极管一个低电平，三极管截止，电磁阀关闭；当检测煤气浓度低于警戒值时，单片机给三极管一个高电平，三极管导通，电磁阀导通。 图 电磁阀控制模块 风扇驱动模块 风扇驱动电路如图 所示，由 5V 的继电器控制 220V 的排风扇。 继电器在这里起开关作用。 由单片机来控制继电器的开关，从而控制排风扇的转停。 图 风扇驱动模块 硬件电路调试 硬件是系统的躯体，硬件的好坏直接影响了结果，也影响了程序调试的进度。 硬件调试是整个系统设计的重要环节。 在调试时，采用各模块分开测试，即分别编写各模块的程序，看个模块是否正常工作。 下面介绍在调试过程中遇到的问题及解决方法。 （ 1） 先下一个程序到单片机，看下载口是否可以用，经测试，发现无法正常下载程序。 检查后发现，是因为单片机下载口和液晶显示共用了 I/O 口，所以下载 桂 林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 13 页 共 38 页 程序的时候需把液晶 1602 取下来即可正常下载。 （ 2） 检查复位电路 ，发现复位电路不工作，仔细观察后，发现是原理图上复位按键的一端未加 VCC，经改正后，复位电路可以工作。 （ 3）再分别测试各模块，单片机可以正常工作，液晶显示模块能够正常工作，ADC0809 能够采集煤气传感器传来的信号。 （ 4）声光报警电路的发光二极管可以正常工作，但是蜂鸣器不能正常工作。 开始时蜂鸣器装在 NPN 三极管的集电极，由于 NPN三极管的基极未加限流电阻，而射极直接接地，所以当单片机给高电平给三极管基极时，基极其实只有 ，所以蜂鸣器声音不会响，把蜂鸣器接到射极，蜂鸣器有压降，并在基极接上一个限流电 阻，蜂鸣器即可正常工作。 （ 5） 人机交流模块不能正常工作，由于在检查人机交流模块时，开始只检查了P3_7 口控制的按键，发现其反应时间很长，也就是要按很久才会有反应，开始以为是延时的问题，但是无论怎么修改程序，情况都没有改善，后来发现按键是坏的，换了一个按键即可。 （ 6）风扇驱动模块不能正常工作，由于继电器封装和买的继电器不一致，所以割线后，继电器能正常工作。 （ 7）本设计中的燃气电磁阀有三根线，当在红黑两根线接入 3V 电压时，电磁阀导通，在黄黑两根线接入 3V 电压时，电磁阀关闭。 由于燃气电磁阀不上电时默认关闭 状态，而在红黑两根线接入 3V 电压时呈导通状态，所以在设计中，把黄线剪断，只需用三极管控制红黑两根线间是否有电压即可。 三极管导通时，红黑两根线间接入 3V电压，电磁阀导通；三极管不导通时，红黑两根线间没有电压，电磁阀关闭。 5 软件设计与调试 如果说硬件是电路的躯体，那么软件就是让这个躯体动起来的灵魂。 软件的设计要基于硬件的基础，以设计的功能为方向来实现。 软件设计主要包括 AD 采集模块，显示模块，键盘模块以及浓度的换算模块。 软件设计方法 设计一个好的应用软件，必须充分考虑如下的一些设计原则。 （ 1） 软件在结构上应清晰、简洁、流程合理。 （ 2） 各功能子程序应实现模块化、子程序化，以便于调试、连接、移植和修改。 （ 3） 程序存储区、数据存储区应合理规划，做到既节约内存容量，又方便操作。 （ 4） 对需要特殊抗干扰的应用系统应采用软件抗干扰措施，以提高系统的可靠性。 程序流程图 （ 1）主程序流程图如图 所示。 桂 林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 14 页 共 38 页 开 始关 闭排 气 扇声 光 报 警更 新 显 示声 光 报 警是 否 有 按 键按 下。 是 否 超 限打 开 煤 气YYNN系 统 初 始 化调 采 样 子 程 序按 键 扫 描程 序调 显 示 子 程 序更 新 显 示关 闭 煤 气 并 启 动 排 气 扇YN是 否 超 限 图 程序主流程图 桂 林电子科技大学毕业。