基于单片机的家用煤气泄漏监控系统的设计与实现(编辑修改稿)

基于单片机的家用煤气泄漏监控系统的设计与实现(编辑修改稿)内容摘要：

9C51 的时钟电路出现脉冲之后掌控指令准确的发生动作。 CPU 掌控信号掌控指令发生动作的时间顺序为 AT89C51 的时序。 AT89C51 内部电路要按时序进行运行须在时钟信号下才可以 ,可以保证各个部件同步运行。 外部时钟与内部时钟为 AT89C51 时钟的两类形式。 内外部形式之时钟电路如图 4(a)和 4(b)。 运用外面的振荡脉冲连接到 XTAL1或者 XTAL2 是 外部时钟的形式。 HMOS 与 CHMOS 单片机的外面的时钟信息接进去的形式是相异的。 RXD 接地 ,TXD 接入外部振荡器。 外部振荡信号选择频率低于 12MHz的信号因为它没有特别的条件 ,仅仅保证脉冲宽度。 片内发生器出现两相时钟 P1 与P2,提供给 AT89C51 应用。 这里选用内部方式的时钟电路。 新乡学院本科毕业论文（设计） 11 (a) 内部方式时钟电路 (b) 外部方式时钟电路 图 4 时钟电路 复位电路 AT89C51 初始化动作是复位。 AT89C51 上电后 ,首先就是复位 ,其效果就是让 CPU 与系统的其他元件还原为一个明确的初始形态 ,在此基础上就行下一步动作。 因此 ,复位是一个很重要的操作。 但是 AT89C51 自身是不可以来复位的 ,需要结合外部复位电路才可以完成。 手动复位和上电复位是外部复位的两类形式。 上电复位是利用充电实现的。 如图 5(a),复位电路的参数被给出。 按键手动复位有按键电平和按键脉冲复 位两种形式。 如图 5(b)为按键电平复位 ,图 5(c)为按键脉冲复位。 在复位按键按下后 ,通过小电阻复位端和电源连通 ,马上放电 ,RST 转变成高电平 ,在复位按键释放后 ,经过电源给电容的再次充电 ,RST 引脚产生复位正脉冲 ,RC 电路时间常数决定了延续的时间长短。 这里选用按键电平复位。 新乡学院本科毕业论文（设计） 12 (a) 上电复位 (b) 按键电平复位 (c) 按键脉冲复位 图 5 复位电路 按键电路设计 按键接低的方式被本设计运用，用来读取按键， AT89C51 初始时，因为是高电平，在 按键按下的时候，会给 AT89C51 一个低电平，信号被 AT89C51 进行处理。 口的电平高低被单片机 I/O口获取作为判断是不是有按键按下是独立式键盘的实现方法。 连接地的端口是常开按键，单片机的一个 I/O 口与另一端口连接，把这个 I/O 口置为高电平在程序开始时，这个高电平被 I/O 口保卫在通常没有键按下的时候。 在有键按下的时候， I/O 口转变成低电平由于 I/O 口与地的短路。 按键松开后， I/O 口依旧维持在高电平因为 AT89C51 内部的上拉电阻使然。 如果我们想知道有没有按键动作的发生，只要在程序中查找这个 I/O 口的电平状 态就行了。 本设计有三个按键，用于设置温度与浓度上限，上键 K1 是设置键，用于设置温度和煤气浓度上限，一端接单片机 端口，一端接地，中间键 K2 是加值键，用于增高温度或者煤气浓度的报警值，一端接单片机 端口，一端接地，下键 K3 是减值键，用于减低温度或者煤气浓度的报警值，一个端口连接单片机 端口，另一端口接地。 按键电路如图 6。 新乡学院本科毕业论文（设计） 13 图 6 按键电路 信号采集电路设计 气体信号采集电路的设计 (1)MQ2 传感器 SnO2 是 MQ2 气体传感器所应用的原料，其在干净的空气的导电率 是十分低的。 随着煤气浓度的增加，传感器的电导率也随之增加。 电导率的变化通过分压电路的转换输出的电压信号和煤气浓度相浓度照应。 MQ2 实物图如图 7。 图 7 MQ2 气敏传感器实物 在对液化气、丙烷、天然气、氢气以及其它可燃蒸汽检测中 MQ2 气敏传感器的灵敏度较高。 图 8 中纵坐标是传感器的电阻比 (Rs/Ro),横坐标是气体浓度。 Rs 代表传感新乡学院本科毕业论文（设计） 14 器在不同浓度气体中的电阻值。 Ro 代表传感器在 1000ppm氢气中的电阻值 [6]。 灵敏度特性 : 图 8 传感器典型的灵敏度特性曲线 图 9 是传感器典型的温度、湿度特性曲线。 图中纵坐标是传感器的电阻比(Rs/Ro)。 Rs 代表在有 1000ppm 丙烷，不同温 /湿度下传感器的电阻值。 Ro 代表在有 1000ppm 丙烷， 20℃ /65%RH 要求下传感器的电阻值 [7]。 图 9 温度、湿度特性曲线 新乡学院本科毕业论文（设计） 15 图 10 传感器 基本测试电路 图 10 是传感器的基本测试电路。 该传感器需要施加 2 个电压 :给传感器供给特殊的运行温度的加热器电压 (VH),测试电压 (VC),来检测电阻 (RL)两端的电压(VRL)。 图 11 MQ2 原理图 (2)气体信号采集电路 本次设计中 ,用作信号采集器件的是 MQ2气体 传感器 ,器件的 4 脚被接到 +5V 电源的正极 , 6 脚被接到地。 被收集到的信号经 1k 电阻 R1 之后传递给 ADC0809 的模拟输入端 ,R2 作用是调整输出信号。 具体电路连接如图12 所示。 新乡学院本科毕业论文（设计） 16 图 12 信号采集电路 温度信号采集电路的设计 (1)温度传感器 DS18B20 外加不锈钢保护管封装 的 DS18B20 可组网数字温度传感器芯片， 其优点有体积小 ， 耐 性好 ， 便捷 ，封装 方式多等 ， 主要 用于 各类较 小 环境装置 数字测温 与控制 方面。 单线接口 的形 式 是其 独 特的 ，仅需一条口线 就 可 以完成 微处理器 和DS18B20 的双向通讯 ； － 55℃ ～＋ 125℃ 是 其温度测量 范围， ℃ 是其的 固定的测温分辨率 ；还 支持多点组网 的 功能 ；独 一的三线 上 可以并联多个 DS18B20，完成多处 温 度的测量； 工作电源 为 3～ 5V/DC； 在使用中不需要任何外围元件 [8]。 DS18B20 的性能特点如下： 1)选择 DALLAS 公司 单线接口 的形式是 独 有的 ， 只 需一条口线 就能够完成 微处理器 和 DS18B20 的双向通讯 ； 2)在使用中不需要任何外围元件； 3)+～ + 是 供电电压领域，可用数据线为其供电； 新乡学院本科毕业论文（设计） 17 4)测温范围： 55～ +125℃。 固有测温分辨率是 ℃ ； 5)用户可自设定报警的上下限值； 图 13 为 DS18B20 引脚图。 图 13 DS18B20 引脚图 各引脚功能为： I/O 是数据输入 /输出端 (即单线总线 )，是漏极开路输出，外接 上拉电阻，平常是高电平。 UDD 是能够选择的外部电源端，不用的时候接地，GND 是地， NC 为 空脚 [9]。 (2)温度信号采集电路 图 14 温度信号采集电路 A/D 转换部分电路设计 模数转换芯片 ADC0809 ADC0809 模数转换 芯片有 28 条引脚，双列直插式 封装 方式被其运用 ，如图新乡学院本科毕业论文（设计） 18 15 所示。 其 各引脚功能 如下： 图 15 ADC0809 引脚图 IN0～ IN7： 8 路模拟量 的 输入端。 21～ 28： 8 位数字量 的 输出端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址 的 输入线， 被 用于选通 8 路模拟输入 其中的一路。 ALE：地址锁存 的 允许信号，输入高电平 管用。 START：输入端 ，用于 A/D 转换 开 启脉冲， 要让它开动 (0809 复位 由于 脉冲上升沿，启动 A/D 转换 由于 下降沿 )得 输 进去 正脉冲 (最 少 100ns 宽 )。 EOC： 完成 信号，输出 端 ，当转换 完成的时候 ， 这个端口会 输出 来 一个高电平 (工作时是 低电平 )。 OE： 数据出 来的 允许信号，输入高电平 管用。 想要 打开输出 的 三态门，出来 数字量 就要在 A/D 转换 完成 时， 这个 端 口 输 进去 一个高电平。 CLK：时钟脉冲 的 输入端。 不高于 640KHZ 是 时钟频率 的 要求。 REF(+)、 REF()：基准电压。 Vcc：电源，单一 +5V。 GND：地 [10]。 怎样 确 定 A/D 转换的 实现是 数据传 递 的关键问题， 要来传递， 只有 明确实现 后 才可以。 可采用下 面 三种方式。 (1)定时传送方式 新乡学院本科毕业论文（设计） 19 就 A/D 转换器 来说，转换时间是固定 与 已知 的 技术指标。 因 此 策划 延时 的子程序 ， 移 用 这个 子程序 在模 /数 转换 开始之 后，转换 一 定已经 实现，只要 延迟时间到 了 ，接 下来 可 以来递送 数据。 (2)查询方式 转换完成的 形态信息在模 /数 转换芯片 上也 有 说明。 想要知道 转换 是不是实现，下一步的数据递送能够运 用查询 的形式 ，测试 EOC 的 形态。 (3)中断方式 中断请求 信号 是表示 转换 实现 的状态信号 (EOC)，数据 的传递用 中断 的形式。 想要 通过指令 来 数据传 递 ，只 有 确定转换完成， 无论运 用上 面的何种 方 法。 第一步发送的 口地址并以信号 管用的时候 ， OE信号 就有作用 ， 将 转换 的 数据 传递到 数据总线 ， 使 AT89C51 采纳。 A/D 转换电路 由 MQ2 气体 传感器收集的电信号连接电阻之后连接模数转换芯片ADC0809 的 IN0 端口； ADC0809 的 ADD A、 ADD B、 ADD C 和 VREF()端接地；VREF(+)接 5V电压； ALE 端接 START 接单片机的 端口； BOC 端口接单片机 ； CLOCK接单片机 ALE端口； OUT1OUT8分别连接单片机的 端口；用作用是收集转化为的数字信号； OE端连接 端口。 详细的电路衔接方 法如图 16 所示。 图 16 A/D 转换部分 新乡学院本科毕业论文（设计） 20 显示部分电路的设计 LCD1602 显示屏 在 AT89C51 的人和机器交流层面中 ,液晶显示器、发光管、 LED 数码管是输出方法的普通几类。 LCD1602 显示有几个突出特点 : (1)显示质量高； (2)数字式接口； (3)体积小、重量轻； (4)功耗低。 耗能低是液晶显示器的显著特点 ,内部的电极和驱动 IC 是主要耗能部件 ,耗所以用的电量就比其他的要少一些。 1602 字符型 LCD 简介 字符型液晶显示模块是特地展示字母、数字、符号等点阵式 LCD,现在普 遍应用 16*1,16*2,20*2 与 40*2 等类型 [。