基于單片機的可燃氣監(jiān)測報警控制系統(tǒng)的設(shè)計_畢業(yè)設(shè)計論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 28 結(jié)論 32 參考文獻 33 謝辭 34 附錄 35 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 引言 煤礦爆炸、廠房起火、工人中毒、家庭煤氣泄漏等此類新聞報道層出不窮。 礦井、石油化工、室內(nèi)煤氣等眾多易燃易爆場所的安全問題一直被廣泛關(guān)注。因此設(shè)計一款能穩(wěn)定并實時采集現(xiàn)場可燃氣體信號測量檢測系統(tǒng)就尤為重要。 近年來大規(guī)模集成電路發(fā)展迅速，同時也帶動了單片機的迅猛發(fā)展，這給在野外以及無人監(jiān)測的 地方進行實時監(jiān)測帶來了巨大的方便?！皞€頭小、價格低、功能強大”是單片機的一大特征，與微型計算機的功能相似。在環(huán)境監(jiān)測儀中運用單片機技術(shù)，不僅能降低成本，還能減小其體積和質(zhì)量，提高環(huán)境監(jiān)測儀的自動化水平，對環(huán)境監(jiān)測更加準(zhǔn)確。 按系統(tǒng)功能實現(xiàn)要求，決定控制系統(tǒng)采用市場上很普遍的 AT89C51 單片機， A/D轉(zhuǎn)換采用 ADC0804，其轉(zhuǎn)換速度完全可以達到本次設(shè)計的要求，顯示部分由LCD1602 液晶屏進行顯示。 本設(shè)計是通過采用 MQ2 氣體傳感器作為可燃氣體的信號采集工具 ，系統(tǒng)建立濃度與電壓關(guān)系，利用單片機技術(shù) 將采集到 的模擬電壓量經(jīng)過 AD 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)過信號處理計算 ，濃度值由液晶顯示，觸發(fā)聲光報警，啟動無線控制排氣裝置。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第一章 報警器的概述 報警器的 研究背景 中國在逐步進入工業(yè)化的同時，工業(yè)事故也在屢屢發(fā)生。煤礦爆炸、廠房起火、工人中毒、家庭煤氣泄漏等此類新聞報道層出不窮。這些事故的主要原因是工業(yè)環(huán)境中不當(dāng)使用有毒有害、易燃易爆氣體。在日常生活中到處充斥著有毒有害、易燃易爆氣體，一旦發(fā)生泄露，不僅污染了環(huán)境，造成嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。而且還會嚴重地威脅到了人們的日常生活。 報 警器 的研究意義 近年來大規(guī)模集成電路發(fā)展迅速，同時也帶動了單片機的迅猛發(fā)展，這給在野外以及無人監(jiān)測的地方進行實時監(jiān)測帶來了巨大的方便。個頭雖小、價格便宜但功能強大是單片機的一大特征，與微型計算機的功能相似。將單片機技術(shù)運用到環(huán)境監(jiān)測儀中，不僅能降低成本，而且還可以減小環(huán)境監(jiān)測儀的體積和質(zhì)量，提高環(huán)境監(jiān)測儀的自動化水平，增強環(huán)境監(jiān)測的準(zhǔn)確性。基于以上優(yōu)點，可燃報警控制系統(tǒng)能廣范應(yīng)用于工業(yè)和家庭中。 氣體傳感器的分類 表 氣體傳感器的分類 氣體傳感器分類 原理 特點 金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器 被測氣體的吸附后，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率變化，從而使電流變化，驅(qū)動報警電路。 反應(yīng)靈敏，成本低廉，適宜于民用氣體檢測。 催化燃燒式傳感器 是目前使用最多的檢測可燃氣體的原理之一。 輸出信號線形好、無與其他非可燃氣體的交叉干擾等特點 [1]。 定電位電解式傳感器 是測毒類使用最多的一種。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 隔膜迦伐尼電池式氧氣傳感器 把氧氣通入電解質(zhì)時，陽極金屬被氧化，釋放電子，形成的電流與通入的氧氣濃度成正比 [2]。 整個過程中陽極金屬在逐漸損耗，因此傳感器需經(jīng)常更換。 紅外式傳感器 不同元素吸收的光的波長不同。 反應(yīng)靈敏， 能適用于多數(shù)碳氫化合物，但成本較高結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 系統(tǒng)整體方案及硬件設(shè)計 本次設(shè)計采用 AT89C51 單片機，配合 ADC0804 轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成一個簡易的可燃氣體監(jiān)測報警系統(tǒng)?？扇細怏w的濃度用 LCD1602 顯示器進行顯示。該電路通過 MQ2傳感器檢測可燃氣體，并輸出 05V 的電壓信號，然后輸入到 ADC0804 芯片采樣模擬量電壓，經(jīng)過模 /數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量經(jīng)過其輸出通道 DB0～ DB7 傳送給 AT89C51 單片機的 P1 口。 AT89C51 單片機負責(zé)把接收到的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，LCD1602 顯示可燃氣體濃度 。當(dāng)環(huán)境中可燃或有毒氣體泄露時，并且可燃氣體濃度達到報警值時，單片機將驅(qū)動 LED 和蜂鳴器，就會發(fā)出聲光報警。通過關(guān)聯(lián)的無線控制模塊觸動閥門以打開排氣、排風(fēng)設(shè)備，從而實現(xiàn)現(xiàn)場可燃氣體的安全控制。 本系統(tǒng)有單片機最小系統(tǒng)、電源、信號采集電路、報警電路、按鍵和 LCD 顯示、組成?；驹砣鐖D ： 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 圖 系統(tǒng)基本方框圖 上電復(fù)位 報警電路 P3 P0 AT89C51 P2 P1 ADC0804 電源電路 LCD 顯示器 排風(fēng)設(shè)備 MQ2 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第二章 主要元件介紹 單片機 概述 AT89C51 單片機 的 FLASH 存儲器 為 4k 且為 高性能、低電壓 CMOS 8 位 CPU。AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程 又 可擦除 的 ROM，能重復(fù) 擦除 1000 次。該器件采用 的是 ATMEL 高密度非易失存儲器 的制造技術(shù) ， 且能 與 MCS51 輸出管腳和指令集兼容。 在一 個芯片中 同時置入 8 位 CPU 和閃爍存儲器， 使得 AT89C51更加 高效， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C51 單片機 因其靈活性高，且成本較低而成為 嵌入式控制系統(tǒng) 的首選方案 [3]。 主要特性如下： （ 1） 4K 字節(jié) FLASH，可編程； （ 2） 與 MCS51 兼容 ； （ 3） 在 0Hz24MHz 下全靜態(tài)工作 ； （ 4） 1000 次重復(fù) 寫 /擦 ； （ 5） 保留數(shù)據(jù)長達 10 年 ； （ 6） 內(nèi)部 RAM 為1288 位 ； （ 7） 能 鎖定三級程序存儲器 ；（ 8） 32 個 可編程 I/O 口；（ 9） 中斷源 5 個 ；（ 10） 16 位 定時 /計數(shù)器兩個 ； （ 11） 具備 時鐘電路 和 片內(nèi)振蕩器 ； （ 12） 閑置和掉電模式 為低功耗； （ 13） 1 個 可編程串行通道 口 。 引腳和最小系統(tǒng) AT89C51 封裝結(jié)構(gòu)為 40 條 引腳雙列直插式，其引腳排列如圖 所示。其中，有 2 條電源引腳， 2 條外接晶體， 4 條控制引腳，其它為 I/O 引腳 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 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 圖 AT89C51 引腳圖 主要引腳介紹： VCC：電源。 GND：接地 。 P0 口： P0 口有 8 個雙向 I/O 引腳，每個引腳吸收的門電 流是 8TTL。第一次給P0 口送“ 1”， 稱為 高阻 輸入，此時需接上拉電阻。 P1 口： P1 口有 8 個雙向 I/O 引腳，其內(nèi)部自帶上拉電阻。內(nèi)部的緩沖器能接收 /輸出的門電流為 4TTL。給 P1 口送 1 后，自動的被上拉電阻拉高，此時其可用作輸入引腳。 P1 口為低電平時，會輸出電流。 FLASH 編程或校驗時， P1 口作為地址的低 8 位接收數(shù)據(jù)。 P2 口： P1 口有 8 個雙向 I/O 引腳，其內(nèi)部自帶上拉電阻。其內(nèi)部的緩沖器接收 /輸出的門電流為 4TTL，給當(dāng) P2 口送“ 1”時，其管腳被拉高，作為輸入口。 P2口為低電平時，可輸出電流。 P2 口訪問外部程序存儲器或進行 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器存取時， P2 口作高八位地址引腳。在給地址送“ 1”時，內(nèi)部上拉成為一大優(yōu)勢。當(dāng)進行讀寫外部 8 位地址 /數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口輸出 SFR 的內(nèi)容。在 FLASH進行編程和校驗時， P2 口接收高八位地址和控制信號。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 P3 口： P3 口有 8 個雙向 I/O 引腳，其內(nèi)部自帶上拉電阻?？山邮?/輸出的門電流為 4TTL。給 P3 口送入“ 1”后，由于內(nèi)部的上拉電阻，引腳變?yōu)楦唠娖?，?作輸入端口。當(dāng)外部下拉為低電平， P3口作為輸出將輸出電流 。 P3 口還具有一些特殊功能： 作串行輸入引腳； 作串行輸出引腳 ； 為外部中斷 0 引腳； 為外部中斷 1 引腳； 為定時 /計數(shù)器 0 外部輸入引腳； 為定時 /計數(shù)器 1 外部輸入； 為外部的數(shù)據(jù)存儲器的寫選通引腳； 為外部的數(shù)據(jù)存儲器的讀選通引腳； P3 口還能同時為編程和校驗接收控制信號。 RST：復(fù)位輸入引腳。要對器件進行復(fù)位時，必須保持 RST 引腳兩個周期的高電平。 ALE/PROG：對外部存儲器進行讀寫時，該引腳鎖存地址的低位字節(jié)。進行FLASH 編程時，此引腳為編程輸入脈沖。一般 ALE 輸出周期穩(wěn)定的正脈沖，此周期為振蕩器周期的 6 倍。所以它能為外部輸出脈沖，也可用來定時。但是作為外部數(shù)據(jù)存儲器時，將會跳過一個 ALE 脈沖。 /PSEN： External program memory（ 外部程序存儲器）選通信號。在由 External program memory 取指時，一個機器周期中 /PSEN 有效兩次。但對 External program memory 訪問時，將不出現(xiàn)這兩次有效的信號。 /EA/VPP： 當(dāng) /EA 為低電平期間，不管是否有內(nèi)部程序存儲器，都為外部程序存儲器。注意加密方式為“ 1”時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：為內(nèi)部時鐘工作電路或振蕩器反相放大器提供輸入。 XTAL2：振蕩器輸出引腳。 最小系統(tǒng)由 AT89C5 12M 晶振、兩個 33pF 電容、 10K 和 1K 電阻、復(fù)位開關(guān)組成。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40U?P80C51FAJN33pFC1Cap33pFC2Cap12Y1XTALS1SWPB10uFC3Cap Pol110KR1Res11KR2Res1D1LED1GNDGNDVCCGNDGNDVCCVCCVCCD0D1D2D3D4D5D6D7INT0WR 圖 AT89C51 的最小系統(tǒng) 上電復(fù)位是用 RC 充電來實 現(xiàn)的。按鍵復(fù)位又分為：按鍵電平復(fù)位，相當(dāng)于 RST端通過電阻接高電平；按鍵脈沖復(fù)位，利用 RC 微分電路產(chǎn)生正脈沖 [4]。 圖 中電容器 C1 和 C2 起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，起電容值一般在1533pF， 本次設(shè)計采用 33pF 電容。晶振頻率的采用 6MHz 的情況比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實際電路中使用比較多，本次設(shè)計采用 12M 晶體振蕩器。 時鐘電路 單片機的時鐘電路產(chǎn)生