基于单片机的可燃气监测报警控制系统的设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的可燃气监测报警控制系统的设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

28 结论 32 参考文献 33 谢辞 34 附录 35 滨州学院本科毕业设计（论文） 1 引言 煤矿爆炸、厂房起火、工人中毒、家庭煤气泄漏等此类新闻报道层出不穷。 矿井、石油化工、室内煤气等众多易燃易爆场所的安全问题一直被广泛关注。 因此设计一款能稳定并实时采集现场可燃气体信号测量检测系统就尤为重要。 近年来大规模集成电路发展迅速，同时也带动了单片机的迅猛发展，这给在野外以及无人监测的 地方进行实时监测带来了巨大的方便。 “个头小、价格低、功能强大”是单片机的一大特征，与微型计算机的功能相似。 在环境监测仪中运用单片机技术，不仅能降低成本，还能减小其体积和质量，提高环境监测仪的自动化水平，对环境监测更加准确。 按系统功能实现要求，决定控制系统采用市场上很普遍的 AT89C51 单片机， A/D转换采用 ADC0804，其转换速度完全可以达到本次设计的要求，显示部分由LCD1602 液晶屏进行显示。 本设计是通过采用 MQ2 气体传感器作为可燃气体的信号采集工具 ，系统建立浓度与电压关系，利用单片机技术 将采集到 的模拟电压量经过 AD 转换为数字信号，经过信号处理计算 ，浓度值由液晶显示，触发声光报警，启动无线控制排气装置。 滨州学院本科毕业设计（论文） 2 第一章 报警器的概述 报警器的 研究背景 中国在逐步进入工业化的同时，工业事故也在屡屡发生。 煤矿爆炸、厂房起火、工人中毒、家庭煤气泄漏等此类新闻报道层出不穷。 这些事故的主要原因是工业环境中不当使用有毒有害、易燃易爆气体。 在日常生活中到处充斥着有毒有害、易燃易爆气体，一旦发生泄露，不仅污染了环境，造成严重的人员伤亡和财产损失。 而且还会严重地威胁到了人们的日常生活。 报 警器 的研究意义 近年来大规模集成电路发展迅速，同时也带动了单片机的迅猛发展，这给在野外以及无人监测的地方进行实时监测带来了巨大的方便。 个头虽小、价格便宜但功能强大是单片机的一大特征，与微型计算机的功能相似。 将单片机技术运用到环境监测仪中，不仅能降低成本，而且还可以减小环境监测仪的体积和质量，提高环境监测仪的自动化水平，增强环境监测的准确性。 基于以上优点，可燃报警控制系统能广范应用于工业和家庭中。 气体传感器的分类 表 气体传感器的分类 气体传感器分类 原理 特点 金属氧化物半导体式传感器 被测气体的吸附后，半导体的电导率变化，从而使电流变化，驱动报警电路。 反应灵敏，成本低廉，适宜于民用气体检测。 催化燃烧式传感器 是目前使用最多的检测可燃气体的原理之一。 输出信号线形好、无与其他非可燃气体的交叉干扰等特点 [1]。 定电位电解式传感器 是测毒类使用最多的一种。 滨州学院本科毕业设计（论文） 3 隔膜迦伐尼电池式氧气传感器 把氧气通入电解质时，阳极金属被氧化，释放电子，形成的电流与通入的氧气浓度成正比 [2]。 整个过程中阳极金属在逐渐损耗，因此传感器需经常更换。 红外式传感器 不同元素吸收的光的波长不同。 反应灵敏， 能适用于多数碳氢化合物，但成本较高结构复杂。 系统整体方案及硬件设计 本次设计采用 AT89C51 单片机，配合 ADC0804 转换芯片构成一个简易的可燃气体监测报警系统。 可燃气体的浓度用 LCD1602 显示器进行显示。 该电路通过 MQ2传感器检测可燃气体，并输出 05V 的电压信号，然后输入到 ADC0804 芯片采样模拟量电压，经过模 /数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道 DB0～ DB7 传送给 AT89C51 单片机的 P1 口。 AT89C51 单片机负责把接收到的数字量经过数据处理，LCD1602 显示可燃气体浓度。 当环境中可燃或有毒气体泄露时，并且可燃气体浓度达到报警值时，单片机将驱动 LED 和蜂鸣器，就会发出声光报警。 通过关联的无线控制模块触动阀门以打开排气、排风设备，从而实现现场可燃气体的安全控制。 本系统有单片机最小系统、电源、信号采集电路、报警电路、按键和 LCD 显示、组成。 基本原理如图 ： 滨州学院本科毕业设计（论文） 4 图 系统基本方框图 上电复位 报警电路 P3 P0 AT89C51 P2 P1 ADC0804 电源电路 LCD 显示器 排风设备 MQ2 滨州学院本科毕业设计（论文） 5 第二章 主要元件介绍 单片机 概述 AT89C51 单片机 的 FLASH 存储器 为 4k 且为 高性能、低电压 CMOS 8 位 CPU。 AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程 又 可擦除 的 ROM，能重复 擦除 1000 次。 该器件采用 的是 ATMEL 高密度非易失存储器 的制造技术 ， 且能 与 MCS51 输出管脚和指令集兼容。 在一 个芯片中 同时置入 8 位 CPU 和闪烁存储器， 使得 AT89C51更加 高效， AT89C2051 是它的一种精简版本。 AT89C51 单片机 因其灵活性高，且成本较低而成为 嵌入式控制系统 的首选方案 [3]。 主要特性如下： （ 1） 4K 字节 FLASH，可编程； （ 2） 与 MCS51 兼容 ； （ 3） 在 0Hz24MHz 下全静态工作 ； （ 4） 1000 次重复 写 /擦 ； （ 5） 保留数据长达 10 年 ； （ 6） 内部 RAM 为1288 位 ； （ 7） 能 锁定三级程序存储器 ；（ 8） 32 个 可编程 I/O 口；（ 9） 中断源 5 个 ；（ 10） 16 位 定时 /计数器两个 ； （ 11） 具备 时钟电路 和 片内振荡器 ； （ 12） 闲置和掉电模式 为低功耗； （ 13） 1 个 可编程串行通道 口。 引脚和最小系统 AT89C51 封装结构为 40 条 引脚双列直插式，其引脚排列如图 所示。 其中，有 2 条电源引脚， 2 条外接晶体， 4 条控制引脚，其它为 I/O 引脚 滨州学院本科毕业设计（论文） 6 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1 图 AT89C51 引脚图 主要引脚介绍： VCC：电源。 GND：接地。 P0 口： P0 口有 8 个双向 I/O 引脚，每个引脚吸收的门电 流是 8TTL。 第一次给P0 口送“ 1”， 称为 高阻 输入，此时需接上拉电阻。 P1 口： P1 口有 8 个双向 I/O 引脚，其内部自带上拉电阻。 内部的缓冲器能接收 /输出的门电流为 4TTL。 给 P1 口送 1 后，自动的被上拉电阻拉高，此时其可用作输入引脚。 P1 口为低电平时，会输出电流。 FLASH 编程或校验时， P1 口作为地址的低 8 位接收数据。 P2 口： P1 口有 8 个双向 I/O 引脚，其内部自带上拉电阻。 其内部的缓冲器接收 /输出的门电流为 4TTL，给当 P2 口送“ 1”时，其管脚被拉高，作为输入口。 P2口为低电平时，可输出电流。 P2 口访问外部程序存储器或进行 16 位地址外部数据存储器存取时， P2 口作高八位地址引脚。 在给地址送“ 1”时，内部上拉成为一大优势。 当进行读写外部 8 位地址 /数据存储器时， P2 口输出 SFR 的内容。 在 FLASH进行编程和校验时， P2 口接收高八位地址和控制信号。 滨州学院本科毕业设计（论文） 7 P3 口： P3 口有 8 个双向 I/O 引脚，其内部自带上拉电阻。 可接收 /输出的门电流为 4TTL。 给 P3 口送入“ 1”后，由于内部的上拉电阻，引脚变为高电平，用 作输入端口。 当外部下拉为低电平， P3口作为输出将输出电流。 P3 口还具有一些特殊功能： 作串行输入引脚； 作串行输出引脚 ； 为外部中断 0 引脚； 为外部中断 1 引脚； 为定时 /计数器 0 外部输入引脚； 为定时 /计数器 1 外部输入； 为外部的数据存储器的写选通引脚； 为外部的数据存储器的读选通引脚； P3 口还能同时为编程和校验接收控制信号。 RST：复位输入引脚。 要对器件进行复位时，必须保持 RST 引脚两个周期的高电平。 ALE/PROG：对外部存储器进行读写时，该引脚锁存地址的低位字节。 进行FLASH 编程时，此引脚为编程输入脉冲。 一般 ALE 输出周期稳定的正脉冲，此周期为振荡器周期的 6 倍。 所以它能为外部输出脉冲，也可用来定时。 但是作为外部数据存储器时，将会跳过一个 ALE 脉冲。 /PSEN： External program memory（ 外部程序存储器）选通信号。 在由 External program memory 取指时，一个机器周期中 /PSEN 有效两次。 但对 External program memory 访问时，将不出现这两次有效的信号。 /EA/VPP： 当 /EA 为低电平期间，不管是否有内部程序存储器，都为外部程序存储器。 注意加密方式为“ 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）。 XTAL1：为内部时钟工作电路或振荡器反相放大器提供输入。 XTAL2：振荡器输出引脚。 最小系统由 AT89C5 12M 晶振、两个 33pF 电容、 10K 和 1K 电阻、复位开关组成。 滨州学院本科毕业设计（论文） 8 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40U?P80C51FAJN33pFC1Cap33pFC2Cap12Y1XTALS1SWPB10uFC3Cap Pol110KR1Res11KR2Res1D1LED1GNDGNDVCCGNDGNDVCCVCCVCCD0D1D2D3D4D5D6D7INT0WR 图 AT89C51 的最小系统 上电复位是用 RC 充电来实 现的。 按键复位又分为：按键电平复位，相当于 RST端通过电阻接高电平；按键脉冲复位，利用 RC 微分电路产生正脉冲 [4]。 图 中电容器 C1 和 C2 起稳定振荡频率、快速起振的作用，起电容值一般在1533pF， 本次设计采用 33pF 电容。 晶振频率的采用 6MHz 的情况比较多。 内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，实际电路中使用比较多，本次设计采用 12M 晶体振荡器。 时钟电路 单片机的时钟电路产生。