基于单片机的易燃气体报警装置的设计与制作

北方民族大学学士学位论文论文题目: 基 于 单 片 机 的 易 燃 气 体 报 警 装 置 的 设 计 与 制 作院(部)名 称: 电气信息工程学院 学 生 姓 名: 周璐瑶 专业: 电 气 工 程 及 其 自 动 化 学 号: 20110414 指导教师姓名: 黄现莲 论文提交时间: 2015 年 5 月 16 号 论文答辩时间: 2015 年 5 月 24 号 学位授予时间: 2015 年 6 月 10 号 北方民族大学教务处制 摘 要易燃气体不慎泄露或使用不当容易使其浓度过高而引发火灾，造成不可挽救的事故灾难。火灾又多伴随着爆炸，速度快、破坏范围广，扑灭难度高，且燃烧物对环境污染严重，对人民生命财产安全造成了严重的威胁。因此开发设置易燃气体报警装置是预防火灾，保护环境的迫切要求。本课题设计了一个基于STC89C52 单片机的易燃气体报警装置，其系统主要由气体浓度测量模块、按键模块、显示模块以及报警模块构成；软件程序包括主程序，初始化子程序，显示子程序以及报警子程序等。其中通过按键模块，使用者可以设定需要的参数值，如气体浓度触发报警的最低浓度数值。此次实物制作完成了以 STC 系列单片机芯片作为主控单元，实现对易燃气体浓度的监测，对超过预设的最低气体浓度的浓度值进行蜂鸣报警的易燃气体报警装置。关 键 词 ： 易 燃 气 体 ， 报 警 器 ， STC89C52， 传 感 器ABSTRACTFlammable gas leak or improper use of easy gas concentration is too high, causing a fire accident caused irreparable disaster. And the accident is due to the high concentration of combustible gas and cause. Fire and explosion damage with fast speed, wide range, put out is a high degree of difficulty, and the combustion of serious environmental pollution. This topic is designed combustible gas alarm apparatus STC89C52 based microcontroller, the system consists of gas concentration measurement module, button module, display module and alarm modules. Software programs including the main program, initialization routines, display routines and subroutines alarmThrough the key module, the user can set the desired parameter values,such as the lowest concentration of the gas concentration values trigger the alarm. The physical production is complete with STC series microcontroller chip as the main control unit, to achieve the monitoring of flammable gas concentration exceeds a preset concentration values were lowest gas concentration of flammable gas alarm buzzer alarm.KEY WORDS: flammable gas, alarm, STC89C52, sensor目 录第 1 章 前 言 .11.1 背景介绍 .11.2 课题研究的意义和主要研究任务 .11.2.1 课题研究的意义 .11.2.2 课题主要的目标 .21.3 本课题来源及内涵 .3第 2 章 总体方案设计 .42.1 方案设计 .42.2 气体浓度检测过程 .42.3 显示内容 .5第 3 章 系统的硬件设计 .73.1 单片机简介 .73.1.1 单片机引脚及其功能 .83.1.2 单片机最小系统 .93.2 气体传感器的选型 .103.2.1 气体传感器介绍 .113.2.2 易燃性气体传感器的选定 .113.2.3 MQ-2 传感器介绍 .113.3 模数转换芯片 ADC0832 .133.3.1 引脚介绍 .133.3.2 A/D 转换的方法 .143.4 按键显示模块 .143.4.1 按键模块 .143.4.2 显示模块 .153.5 报警模块 .173.6 系统整体电路接线图 .18第 4 章 软件设计部分 .194.1 软件设计原理及设计使用工具 .194.1.1 软件设计原理 .194.1.2 软件设计所用工具 .194.2 主程序设计及流程图 .194.3 主程序初始化流程图 .21第 5 章 总 结 .22致 谢 .23参考文献 .24附录 1 源程序 .25附录 2 电路原理图 .25附录 3 实物图 .32附录 4 英文原文 .33附录 5 中文翻译 .40北方民族大学学士学位论文 基于单片机的易燃气体报警装置的设计与制作第 1 页 共 52 页 第 1 章 前 言1.1 背景介绍 因易燃性气体引发的火灾称为 C 类火灾，是 4 类火灾中火势扩散最迅速，危害面积最广的，而当如果易燃性气体在空气中的浓度达到了爆炸零界点之后，遇到火星便会引发强烈的燃烧，导致在一定的环境空间里气体的体积速度膨胀，从而因此引发爆炸，造成更加严重的破坏和危害。近年来，发生了多起因易燃气体导致的爆炸引起的火灾，造成了多方的损失，以下是几起因易燃气体导致的爆炸引起的火灾事故统计：2010 年 5 月 28 日，南京栖霞区一方工地的丙烯管道不慎被破坏，丙烯泄露发生爆炸。2011 年 6 月 3 日，山西居民楼因为煤气泄露爆炸引起火灾，多人受伤。2012 年 12 月 22 日，高邑县一住户因天然气泄露引起室内火灾。2013 年 6 月 3 日，吉林省德惠市某公司因氨气泄露引发火灾。2014 年 12 月 31 日，佛山顺德区某公司发生了一起易燃气体爆炸事故。因为易燃气体导致的爆炸引起的火灾频繁，关乎人民的生命财产安全，因此易燃气体报警器的研究随科技的发展，种类开发越发丰富，并广泛用于加油站、油轮、煤石矿洞等存在易燃气体的地方。1.2 课题研究的意义和主要研究任务1.2.1 课题研究的意义从目前的情况来看，因为易燃气体引发的火灾事故频繁，且气体扩散迅速，防不胜防。并且如今居民普布生活水平提高，各自的家中也多在使用天然气管道代替了之前煤气瓶，可是一旦那些管道发生泄露就极有可能是发生在人口相对密集的城镇中，如此造成的后果十分严重。而石油化工厂等重工业场所因为易燃气体引发的爆炸火灾更是危害严重不堪设想。所以面对当前的严峻形势，除了正面北方民族大学学士学位论文 基于单片机的易燃气体报警装置的设计与制作第 2 页 共 52 页 开展加强防止化工易燃气体泄露的措施准备以及应策之外，安置和推广易燃气体报警装置则是十分需要和必要的。从历史上发生的多次易燃气体引起的火灾事故来看，易燃气体引发的火灾具有以下特点： 致伤程度大。因为居民日常使用引发的瓦斯、天然气等泄露引起的火灾多发生在密集的居民区，化工厂、矿场等。因而造成易燃气体的爆炸规模大，都具有波及面广，人员伤亡大的特点，严重危及人民生命及其财产的安全。 建筑、设施破坏严重。一旦易燃气体失控引起爆炸再者导致了火灾，很容易造成相当大规模的建筑物损坏，而一些公共设施自然也很难幸免于难。 处理难度大。火灾爆炸极有可能导致大量的有害气体产生，直接影响了周边人民的正常健康生活。由此可见，易燃气体导致的爆炸火灾给社会以及人民带来的危害极其巨大，必须采取相应措施，严防易燃气体爆炸事故的发生。本课题所研究的易燃气体报警装置，采用使用寿命长，灵敏性较强的 MQ-2型半导体烟雾传感器对所在地周围易燃性气体浓度进行测量。本装置的特点体现在： 反应灵敏。能敏锐的探测空气中的易燃气体浓度，在第一时间对超过稳定指标的气体浓度产生动作，进行报警。 成本低廉。装置采用价格低廉的烟雾传感器，倾向于居民的消费水平，在居民生活中更加实用，更具有推广价值。1.2.2 课题主要的目标 本课题的目标是完成基于单片机的易燃气体报警装置的设计与制作，以下是进行的主要步骤： a.先对系统进行预先的设想，再进一步的到具体的规划和结构的设计b通过比较选择后选取了 STC89C52 单片机作为本次系统中的中央处理器，结合硬件电路加以运行调试，确保系统的运作和功能符合预先期望，如有不妥之北方民族大学学士学位论文 基于单片机的易燃气体报警装置的设计与制作第 3 页 共 52 页 处，再加以更改和完善。c.系统的软件编程。按照需要实现的易燃气体报警装置的功能进行软件的编辑，要确保主程序和各项子程序能够相辅相成并且正常准确的运行，也要详细准确的编写各部分的子程序，确保各个部分功能的完善性和准确性。并且在程序编制过程之中，在程序模块旁边相应的佐以详细的文字注释，此做法可以方便后期进一步的核对和改进。d.结合硬件电路和软件进行综合的调试，确保易燃气体报警装置能够正常运作，并达到预期的效果。1.3 本课题来源及内涵如今普布及频繁的使用易燃气体使得其伴随的因未及时发现泄露而引起爆炸的火灾隐患增大，这要求人们研究出易燃气体报警装置加以预警，加强对人们生命及其财产安全的保障。所以此次制作的易燃气体报警装置能便捷迅速的反应易燃气体的浓度值，以 STC89C52 单片机作为此次系统的中央处理器，佐以软件程序，实现对于易燃气体的浓度测量和浓度比较，以及蜂鸣报警。北方民族大学学士学位论文 基于单片机的易燃气体报警装置的设计与制作第 4 页 共 52 页 第 2 章 总体方案设计2.1 方案设计。图2-1 总体设计方案本次设计的易燃气体报警装置的总体设计方案如图 2-1 所示，该设计是以STC89C52 单片机 作 为 此 次 易燃气体报警装置 系 统 的 主 要 处 理 器 ，连接一个传感器用来检测外界环境中的易燃气体的浓度大小，硬件电路中的 A/D 转换器的作用是将气体传感器检测到的外界环境中的易燃气体的浓度，转换成相应的方便电路传输的数字信号。1602 液晶显示屏则可以显示测到的外界易燃气体浓度和预先设定下来的最小报警气体浓度数值，按键设置可以用来调整最小气体浓度的报警限制数值。易燃气体报警装置通过测定的外界气体浓度与原始设定的最小报警气体浓度的数值进行比较再决定是否进行报警。2.2 气体浓度检测过程如果不慎有易燃气泄漏出来，那么传感器电路就会把检测到的易燃气体浓度的数值相应的转换成为可以方便被电路传输的电信号，再通过 A/D 转换将不太系STC8952单 片 机及 AD转 换 报 警 装 置液 晶 显 示按 键 装 置放 大 电 路串 行 通 信传 感 器电 源北方民族大学学士学位论文 基于单片机的易燃气体报警装置的设计与制作第 5 页 共 52 页 统化的模拟信号进一步转换成为可以方便被软件系统运行和处理的数字信号最终