便携式可燃气体检测仪_毕业设计论文(编辑修改稿)

便携式可燃气体检测仪_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

本文所设计的可燃气体数字报警器是利用 AT89S52 单片机为控制核心。 以 MQX 系列可燃气体传感器为采集器件，将气体传感器放置于检测的环境中，气体传感器根据可燃气体浓度的变化输出电压的值，然后通过 TLC549 进行模数转换，模数转换完成后送入主控芯片 AT89S52 进行处理，把处理得到的浓度值通过串口与上位机通信，把浓度值在上位机界面显示出来和在液晶显示屏 LCD1602 显示出来，以便与进行实时监测。 通过外围的按键电路可以实现对报警浓度的上限值设置，当所检测到的浓度高于设置的浓度值时，主控芯片控制外围的报警电路，使发光二极管发光和蜂鸣器发出声音从而达到报警的目的。 系统以 AT89S52 为核心，以可燃气体传感器为采集器件， TLC549 作为模数转换器件， LCD1602 液晶显示屏来显示实时的浓度值， MAX232 串口模块为通信桥梁设计的。 实现： 环境中的可燃气体的泄露； ； ； AT89S52 与上位机的通信； 5 实现主控芯片对各个模块的控制； ； 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 67 页 3 研究方案 设计是利用单片机控制技术，制作了一氧化碳、乙炔、甲烷三种气体与一体的报警器。 该仪器对这三种气体进行实时监控， 当 这些气体 的浓度超过 上限值 时， 单片机发送所接收到的气体浓度给上位机进行实时的监测，并且 单片机控制电路进行 发声发光 报警， 时刻提醒人们 ，以防事故发生。 基于 AT89S52 性 价比高的优势，主要运用了 AT89S52单片机进行控制。 而对与报警器而言至关重要的部分是传感器，由于 MQX 系列气敏元件采用半导体敏感材料，其灵敏度、选择性、稳定性、抗干扰性、响应时间及寿命等主要性能，均达到国内先进水平 .用该系列元件组装成易燃易爆气体泄漏报警器及检测装置，可广泛运用于矿山、油田、化工、国防、医药及家庭，所以在设计中采用的是 MQX系列传感器。 在模数转换这块，利用 TLC549 实现模数转换， TLC549 是 8 位逐次渐进型的 A/D 转换器，它采用 COMS 工艺 8 个引脚双列直插式封装，与微机相连时不需要附 加接口电路。 为了方便用户了解浓度信息，好提前准备，还采用了显示环节。 显示环节又分为液晶显示和上位机显示。 显示器显示常用两种方法：静态显 示和动态扫描显示。 所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的 I/O 接口用于笔划段字形代码。 这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片机中 CPU 的开销小。 可以提供单独锁存的 I/O 接口电路很多。 上位机显示就是通过串口连接上位机机，把要显示在上位机上的数据通过串口发送到上位机上面。 总 的来说， 本次 设计主要利用了以上的检测模块， A/D 转换模块，显示模块，控制模块 四 大模块，组成了可燃气体探测报警器。 而最核心的控制器又是由 AT89S52 单片机控制其余的外围电路的。 所以叫基于 AT89S52 单片机的便携式可燃气体检测仪。 国内外报警行业的发展 随着我国的改革开放，我国的经济科技得到了飞跃的发展，我国电子信息业在上世纪八十年代第一次腾飞后，国民经济信息化进程的加快，之后又进入持续快速发展的新时期。 这个时期电子信息产业的主要特征表现为：一是正在从单一的制造业转变为物质生产与知识生产，装备制 造与系统集成，硬件制造与软件制造，工业生产与信息服务相结合的现代信息产业；二是产业结构，产品结构，企业结构，运行机制，管理模式等方面发生了深刻变化；三是我国信息产业成为国民经济的支柱产业和先导产业，是新世纪的战略产业，为国民经济和社会信息化建设提供主要技术和物质支撑。 报警器技术及其产业的特点是：基础、应用两头依附；技术、投资两个密集；产品、产业两大分散。 基础、应用两头依附，是指报警器技术的发展依附于敏感机理、敏感材桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 67 页 4 料、工艺设备和计测技术这四块基石。 敏感机理千差万别，敏感材料多种多样，工艺设备各不相同，计 测技术大相径庭，没有上述四块基石的支撑，报警器技术难以为继。 仪器仪表行业在中国经过一个阶段的发展，已经趋近成熟。 而气体报警器作为工业仪器仪表的一个重要项目，它不仅代表了仪器仪表的发展状况，也反映了工业化的发展程度。 用于气体报警器的传感器也在经历着飞速的变化，经过了多次的技术创新和更新换代，传感器行业，可燃气体报警器行业又迎来了新的发展和突破。 在传感器行业，一直在进行着反复试验，希望通过工程创新方法来改善传感器的灵敏度，但遗憾的是业界并没有一个新的框架来总括所有的经验法则，以 作为 新一代传感器的设计 方法。 而来自美国普度大学的工程师补足了这个遗憾，为设计可燃气体报警器传感器提供了新的途径。 为了测试他们的可燃气体报警器传感器设计法则系统，他们着手研究使用哪一种纳米级传感器设计，是透过目标分子进行感测最适合的材料。 研究人员过去就已经发现，当感测单个分子时 (例如气体烟雾探测器或生物、化学探测器 )，感测组件越小越好，但其原因一直没有一个理论来解释和证实，是否与目标分子的扩散情况会限制传感器运作速度有关系。 而艾姆和尼尔宣称已经证实了以上理论。 首先，他们比较了传统的平面传感器组件与圆柱形的单纳米管传感器组件，结果显 示较小的圆柱形传感器的灵敏度至少高出传统的平面传感器 100 倍，这足以证明感测器组建越小越好的理论是正确的。 2 主要元件简介 AT89S52 单片机 AT89S52 单片机简介 AT89S52 为 ATMEL 所生产的一种低功耗，高性能的 8 位微控制器，具有 8K 的可编程Flash 存储器。 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k bytes 的可反复擦写的 Flash只读程序存储器和 128 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产 ，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，内置功能强大的微型计算机的 AT89C51 提供了高性价比的解决方案。 AT89C51 是一个低功耗高性能单片机， 40 个引脚， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2 个外中断口， 2 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口， AT89C51 可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。 其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 67 页 5 的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。 AT89S52 主要功能 拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash 晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz） 内部程序存储器（ ROM）为 8KB 内部数据存储器（ RAM）为 256 字节 32 个可编程 I/O 口线 8 个中断向量源 三个 16 位定时器 /计数器 三级加密程序存储器 全双工 UART 串行通道 单片机芯片引脚描述及应用 AT89S52 单片机如图 (a)所示： VCC： AT89S52 电源正端输入，接 +5V。 VSS： 电源地端。 图 （ a） XTAL1： 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 67 页 6 单芯片系统时钟的反相放大器输入端。 XTAL2： P0 口是一个 8 位宽的开路汲极（ Open Drain）双向输出入端口，共有 8 个位， 表示位 0， 表示位 1，依此类推。 其他三个 I/O 端口（ P P P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路， P0 在当做 I/O 用时可以推动 8 个 LS 的 TTL负载。 如果当 EA 引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器）， P0 就以多工方式提供地址总线（ A0～ A7）及数据总线（ D0～ D7）。 设计者必须外加一锁存器将端口 0 送出的地址栓锁住成为 A0～ A7，再配合端口 2 所送出的 A8～ A15 合成一完整的 16 位地址总线，而定址到 64K 的外部存储器空间。 PORT2（ ～ ）： P2 口是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，每一个引脚可以推动 4 个 LS 的 TTL 负载，若将端口 2 的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。 P2 除了当做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S52 扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节 A8～ A15，这个时候 P2 便不能当做 I/O 来使用了。 PORT1（ ～ ）： P1 口也是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4 个 LS TTL负载，同样地若将端口 1 的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。 如果是使用 8052或是 8032 的话， 又当做定时器 2 的外部脉冲输入脚，而 可以有 T2EX 功能，可以做外部中断输入的触发脚位。 PORT3（ ～ ）： P3 口也具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4 个 TTL 负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部 数据存储器内容的读取或写入控制等功能。 其引脚分配如下： ： RXD，串行通信输入。 ： TXD，串行通信输出。 本次设计使主控芯片能够与上位机通信的就是通过串行通信输出口来实现的。 串行口发送数据时，从片内总线向发送 SBUF 写入数据 (MOV SBUF,A)，启动发送过程，由硬件电路自动在字符的始、末加上起始位（低电平）、停止位（高电平）， A 中的数据送入 SBUF，在发送控制器控制下，按设定的波特率，每来一个移位脉冲，数据移出移位，先发送一位起始位（低电平），再由地位到高位一位一位通过 TXD（ ）把数据发送到外部电缆上，数据发送完毕，最后发一位停止位（高电平），一帧数据发送结束。 发送控制寄存器通过或门向 CPU 发出中断请求（ TI=1） ,CPU可以通过查询 TI 或者相应中断的方式，将下帧一数据送入 SBUF，开始发送下帧一数据。 ： INT0，外部中断 0 输入。 ： INT1，外部中断 1 输入。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 67 页 7 ： T0，计时计数器 0 输入。 ： T1，计时计数器 1 输入。 ： WR：外部数据存储器的写入信号。 ： RD，外部数据存储器的读取信号。 RST—— 复位输入。 当振荡器工作时， RST 引脚出现两个 机器周期 以上高电平将是单片机复位。 ALE/PROG—— 当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。 一般情况下， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的 脉冲信号 ，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。 要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 对 FLASH 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ PROG）。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（ SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止ALE 操作。 该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。 此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 禁止位无效。 PSEN—— 程序储存允许（ PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。 EA/VPP—— 外部访问允许，欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。 需注意的是：如果 加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。 如 EA 端为高电平（接 VCC 端）， CPU 则执行内部程序存储器的指令。 FLASH 存储器编程时，该引脚加上 +12V 的编程允许电源 VPP，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 VPP。 AT89S52 发送与接收时序图如图 (b)所示： 、 图 （ b）AT89s52 发送与接收时序图 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 8 页 共 67 页 8 MQX 系列可燃气体传感器 传感器的定义与组成 传感器是能感受规定的被测量 并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 在有些国家和有些科学领域，也将传感器称为变换器、检测器或探测器等。 一般来讲，传感器由敏感元件和转换元件组成。 但是，由于传感器输出的信号一般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或转换。