智能化煤气检测毕业论文.doc

中文摘要 i 摘要 随着经济和科学技术的快速发展,人们对生活质量的提高和生活环境的改 善越来越重视,液化气、煤气进入家庭的使用为人们带来了方便,也改善了城市 的环境,但同时也给人们带来了潜在的危险,其中一氧化碳是最主要的危险源。 本设计利用 gs 系列传感器，将置于测试环境中待测气体的浓度转换为模拟 电压，再通过 adc0809 将模拟电压转换为数字信号，送入单片机 at89c51 中进行处理。为了用户对气体浓度进行实时了解，将 at89c51 外接 3 片 74ls164 作为 3 位 led 显示器的静态显示接口，把单片机的 rxd 作为数据 输出线，txd 作为移位时钟脉冲。74ls164 为 ttl 单向 8 位移位寄存器， 通过 8 位移位寄存器 74ls164 可进行静态显示。通过设置气体浓度报警值， 用单片机控制发光二极管和声控同时报警。利用单片机控制技术，制作了程 控一氧化碳报警器。该仪器对一氧化碳（co）进行实时监控，当一氧化碳的 浓度超过允许值时，控制电路进行报警，并通过外接排风扇与电磁阀对其进 行程控，以防事故的发生。另外为了防止程序陷入死循环，还利用 x25045 芯 片组成的看门狗电路在程序陷入死循环时让单片机复位，而不用整个系统断 电，从而保护了硬件电路。 由于所设计的数字气体报警器采用单片机 at89c51，其价格便宜，性能 稳定，易于产品化。以 gs 气体传感器和 at89c51 单片机为核心， 设计气 体泄漏报警器，该报警器设计方法简单易行，使用效果良好，下面给出了气 体泄漏报警器的总体设计原理，关键的硬件电路和所有的软件程序设计。 关键字关键字：单片机 传感器 智能化 一氧化碳 英文摘要 ii abstract with the rapid development of economy and science and technology, the improvement of peoples life quality and the improvement of the living environment more and more attention, the use of liquefied petroleum gas, gas entering the family brings convenient for people, also improves the environment of the city, but also brings the risk of potential at the same time, in which carbon monoxide is the main hazards。this design using the gs series sensors, will be placed in a test environment to test the gas concentrations are converted to analog voltage, again through the adc0809 analog voltage is converted to digital signals, processed into single chip microcomputer at89c51. for user to understand the gas concentration, at89c51 external 3 74 ls164 as three led display static display interface, rxd microcontroller as a data output line, displacement of txd as a clock pulse. 74 ls164 for ttl one-way 8 bits shift register, by 8 bits shift register 74 ls164 static display can be performed. by setting the gas concentration alarm value, using single-chip microcomputer control leds and acoustic alarm at the same time. using single-chip microcomputer control technology, make the spc carbon monoxide alarm. circuit, and through external fan and electromagnetic valve to spc, to prevent the occurrence of accidents. into dead circulation, in order to prevent the program also uses x25045 chip watchdog circuit in a infinite loop in the application of the single-chip microcomputer reset, instead of the whole power system, so as to protect the hardware circuit. due to the design of digital gas alarm system by single chip microcomputer at89c51, the price is cheap, stable performance, easy to transition. gs gas sensors and at89c51 as the core, the design of gas leak alarm, the alarm design method is simple, the use effect is good, here are the general design principle of gas leak alarm and all key hardware circuit and software programming. key words: single chip microcomputer intelligent sensor carbon monoxide 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师 的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以 标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究 成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而 使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均 已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文） 的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本； 学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与 阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论 文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名： 日 期： 学位学位论论文原文原创创性声明性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位学位论论文版文版权权使用授使用授权书权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 指导教师评阅书指导教师评阅书 指导教师评价：指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩：建议成绩： 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 （在所选等级前的内画“”） 指导教师：指导教师： （签名） 单位：单位： （盖章） 年年 月月 日日 评阅教师评阅书评阅教师评阅书 评阅教师评价：评阅教师评价： 一、一、论论文（文（设计设计） ）质质量量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格 二、二、论论文（文（设计设计）水平）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩：建议成绩： 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 （在所选等级前的内画“”） 评阅教师：评阅教师： （签名） 单位：单位： （盖章） 年年 月月 日日 目录 教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）及教学系意见 教研室（或答辩小组）评价：教研室（或答辩小组）评价： 一、答一、答辩过辩过程程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格 二、二、论论文（文（设计设计） ）质质量量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格 三、三、论论文（文（设计设计）水平）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 目录 评定成绩：评定成绩： 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 （在所选等级前的内画“”） 教研室主任（或答辩小组组长）：教研室主任（或答辩小组组长）： （签名） 年年 月月 日日 教学系意见：教学系意见： 系主任：系主任： （签名） 年年 月月 日日 目录 目录目录 第第 1 章章 绪绪 论论.1 1.1 课题设计背景与意义1 1.2 煤气检测在国内状况2 1.3 本系统设计的主要内容3 第第 2 章章 方案论证方案论证.5 2.1 总体系统方案5 2.2 单片机比较5 2.3 传感器选择9 2.4 整体方案确定12 第第 3 章章 硬件设计硬件设计.14 3.1 89c51 简介.14 3.2 89c51 振荡电路.16 3.3 89c51 复位电路.17 3.4 89c51 译码及外部扩展.18 3.5 电源电路 .20 3.6 显示电路 .22 3.7 报警电路 .23 第第 4 章章 软件设计软件设计.25 4.1 软件部分的设计25 4.2 软件程序的调试 .33 结论35 致谢36 参考文献37 第一章绪论 第 1 章 绪 论 1.1 课题设计背景与意义课题设计背景与意义 随着煤气、液化石油气的用户越来越多，因使用不当而造成的事故时有 发生。譬如煤气炉在烧水或做饭期间，往往因为开水及稀饭外逸继而导致火 灾、爆炸事故。因此，在现有灶具上安装煤气意外报警电路是十分必要的。 又由于石油、化工生产过程具有易爆、易燃的性质，生产装置时常可能 泄漏可燃性气体或蒸汽，当这些气体或蒸汽在空气中的浓度达到一定数值时， 随时都可能发生爆炸火灾事故，威胁着人身与设备的安全。为了保证安全生 产，严密监测可燃性气体在空气中的浓度，是否能安全生产的必要条件。 在生产现场容易泄漏可燃性气体的地方安装可燃性气体报警器，当空气 中的可燃性气体或蒸汽的浓度达到或超过报警设定点时，可燃性气体检测报 警器便发出闪光和声响报警信号，以便及早采取必要的应急措施，避免爆炸 火灾事故的发生，达到安全生产的目的。 随着科学技术的发展，工业生产规模的扩大，在生产中使用的气体原料 和生产过程中产生的气体种类和数量也在增加。这些气体物质中有些是易燃 易爆的，有些是引起人们窒息，中毒的。煤气作为一种气体能源，在人们生 产和生活中已得到越来越广泛的应用。煤气（主要成分 co）的泄漏将严重 地污染环境并可能诱发爆炸及使人中毒等事故的发生。为了保证生产和生活 的安全，防患于未然，就需要对其进行有效的监控。 近年来随着人民生活水平的提高，管道煤气和罐装煤气已深入到寻常百 姓家。但由于使用不当或者设备老化等原因导致的煤气泄漏经常发生。煤气 泄漏事件发生时，将会引发中毒、火灾甚至爆炸事故，严重危害人民的生命 和财产安全。由于气体本身存在的扩散性，发生泄漏之后，在外部风力和内 部浓度梯度的作用下，气体会沿地表面扩散， 在事故现场形成燃烧爆炸或毒 害危险区，扩大危害区域。 而且，气体报警器的研发对于防止煤矿事故也是至关重要的，据权威部 门统计，仅去年煤矿事故死亡人数就高达 3786 人，同时也造成了巨大的经济 损失，我国特大煤矿事故也是非常严重的。由此可见报警器无论是在人们的 日常生活中，还是在煤矿等工业生产中都发挥着至关重要的作用，所以实时 吉林工程技术师范学院毕业论文 准确测量周围环境中的可燃性气体，有毒有害气体泄露，对保护人民的身体 健康和财产安全有重要意义。 泄漏检测技术在管道检测之中的应用得到了很好的发展。对于管道的泄 漏检测要满足以下几个要求: 1.准确可靠地判断泄漏的发生，并能够在较短的时间内判断出泄漏点具 体的位置。 2.准确可靠地判断泄漏程度，能对较小量的泄漏做出判断。 3.检测原理简单，易于操作和维护。 1.2 煤气检测在国内状况煤气检测在国内状况 目前市场上销售的煤气泄漏报警器在功能及线路结构方面不同程度上的 存在一些问题，因此煤气泄漏装置的功能和可靠性的加强成了迫切需要解决 的问题。本系统线路简单，价格便宜，易于操作和维修，是一种比较理想的 报警装置。 在将来的社会中，随着使用煤气的普及，煤气泄漏报警器会有更大的发 展，使用量会有更大的提高，前景比较光明。 随着我国燃气事业的高速发展，燃气安全技术越来越受到重视，传统的 安全检测已经不能满足人们对燃气安全生产运行的要求。以计算机为基础的 信息时代，燃气管网也进入了数字化的进程中，城市燃气安全运行管理有了 更为先进准确的手段。本文主要对基于城市燃气管网的特点，目前城市燃气 故障（泄漏）检测系统中的存在的问题进行分析，讨论目前存在的问题。希 望能够在一定程度上对检漏系统的设计和改造过程中有一定的帮助。 城镇燃气设计规范和城镇燃气管网抢修和维护技术规程为主的 国家标准构成了城市燃气安全体系的核心。国家标准中规定了各种燃气设施 的安全设计、运行与维护所要达到的要求，这些标准特别是强制性条文使得 城市用气安全有了保障。在规范和规程中的检漏体系，主要是规定了人工巡 检的机制，对燃气管网系统的管道及其附件，设备的安全检查。 人工巡检实质上就是间断性的检测，随着检测特点的不同可分为固定式 和便携式。固定式是指将检测设备固定在某点如用户厨房，检测井，阀门井 第一章绪论 中，对某一空间进行的监测，一旦发生泄漏并达到一定浓度时，便发出报警 信号。便携式是指巡检人员携带检测设备可对燃气管道的各个点进行检测， 就有高度的灵活性和灵敏度。现有的便携式检测设备很多，灵敏度都很高， 基于的原理也都不一样。 连续性检测技术使得检测变成了监测，在时间和空间保证了连续性，使 得燃气管网处于实时的监控之中。但连续性检测系统本身存在着一定的缺陷， 它的灵敏度和定位精度相对较低，微小泄漏难以察觉，误报率也现对较高。 间断性泄漏检测法敏感性和定位精度有着无可比拟的优越性，误报率也非常 低。如人或狗巡线（嗅觉）、取样分析法、光学检测法，遥感激光法等，通 过对管线进行沿线逐步测量发现管道是否存在泄漏和其他故障。面对处于复 杂城市环境，因而对其安全性有更高要求的城市燃气管网，连续性检测和间 断性检测，计算机监测和人工巡查，只有运用多种手段才能使得人们对燃气 系统安全运行得到可靠保证。同时利用各种分析手段对管道进行风险评价， 对不同等级的管道运用不同的技术手段以保障其经济适用性。 基于神经网络的管道泄漏检测方法不同于已有的基于管道准确流动模型 描述的泄漏检测方法,能够运用自适应能力学习管道的各种工况,对管道运行状 况进行分类识别,是一种基于经验的类似于人类的认知过程的方法,该方法还可 以应用到管道堵塞、变形等多种故障。对于运行工况比较复杂的城市燃气管 网可以利用这些特点设计检测系统，目前已有单位申请了该种检测方法的发 明专利，具有广泛的应用前景 1.3 本系统设计的主要内容本系统设计的主要内容 本系统是利用单片机对 64 个房间进行自动监测，一旦出现煤气泄漏情况， 能立即报警，并指示泄漏地点的煤气泄漏自动报警系统。信号通过传感器电 路，转变成数字信号，传送给单片机。并通过循环检测，查出并同时显示出 报警地点。 主要技术参数： 响应时间： 40s 报警音量： 70db 工作电源： 220vac50hz 吉林工程技术师范学院毕业论文 报警浓度： 0.01% 温度范围： -10+70 第二章方案论证 第 2 章 方案论证 2.1 总体系统方案总体系统方案 系统设计方案如图 2-1。 图 2-1 系统设计方案图 2.2 单片机比较单片机比较 从硬件角度看：单片机具有小型化的特点，它采用超大规模技术将具有 数据处理能力的微处理器（cpu）、存储器（含程序存储器 rom 和数据存 储器 ram）、输入、输出接口电路（i/o 接口）集成在同一块芯片上，一片 单片机芯片就具有组成计算机的全部功能。 从软件角度看：单片机指令系统有精单指令的特点，容易学习。利用单 片机指令编写的源程序短小精悍，使单片机应用产品即体积小又具有智能化。 发展前景：纵观单片机的发展过程，可以预见单片机的发展有着广泛的 前景。尤其在工业控制、智能仪器仪表、计算机网络和通信领域、家用电器、 医用设备等领域中将有着广泛的发展前景。 单片机的各种主要用途如下。 （1）在智能仪器仪表上的应用 （2）在工业控制中的应用 （3）在家用电器中的应用 cpu 模块 显示模块 报警模块 检测模块 看门狗 吉林工程技术师范学院毕业论文 （4）在计算机网络和通信领域中的应用 （5）单片机在医用设备领域中的应用 此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的 用途。 单片机应用系统是一个工业测控系统，从这一观点出发，单片机应用于 系统工程应满足下列要求： （1）控制接口，这只在测控接口及测控功能电路配置和要求与测控对象 密切相关。 （2）必须适应现场环境要求。计算机系统及接口电路设计，配置必须考 虑到应用系统安放环境要求。 intel 公司推出的 mcs48 系列单片机，被称为第一代单片机。由于 8048 硬件结构相对简单，寻址能力也较弱，仅适用于一些简单实时控制场合。 mcs51 系列单片机，称为第二代单片机与 8048 相比，51 系列的硬件 结构和指令系统均有很大改进，支持更大存储空间，很强的外部扩展功能， 速度提高了 2-5 倍，可完成布尔运算等。目前 8051 已成为第二代工业标准单 片机。 近年来，又出现了十六位单片机，即 mcs96 系列。8096，8098 是先 进的十六位“片上计算机”，芯片内含有 12000 个发光晶体管，速度快，集成 度高，适合于 i/o 端口密集场合的复杂实时控制，但设计过程较复杂，价格 较高。下面就以上三种单片机的各部分进行比较。 1三种系列 cpu 比较 mcs48：8 位 cpu，累加器为算术逻辑运算中心，2 级工作寄存器， 累加器可以寻址，定时，控制，条件分支测试逻辑，时钟速度 1-11mhz. mcs51：8 位 cpu，累加器为算术逻辑运算中心，4 级工作寄存器， b 寄存器，具有寻址 64kb 数据存储器的位，dptr 寄存器定时，控制逻辑， 时钟速度 1-12mhz。 mcs96：16 位 cpu 相当于一个“累加器”，内部寄存器阵列可进位操 作，硬件实现乘除法，检测软硬件故障的定时器，定时与控制逻辑，时钟速 率为 1-12mhz。 第二章方案论证 2三种系列 i/o 端口及中断比较 mcs48：2 个 8 位并行口，1 个位定时器/计数器，2 路 8 位 a/d 转换 器。单级中断，两个中断器。 mcs 51：4 个 8 位并行口，1 个全双工串行口，2 个 16 位定时器/计数 器。它是二级中断，5 个中断源。 mcs96：5 个 8 位并行口，1 个全双工串行口，2 个 16 位定时器/计数 器，8 路十位 a/d 转换器。它是可编程级中断逻辑，20 个中断源。 89c51 是 intel 公司 mcs-51 系列单片机中基本的产品，它采用 atmel 公司可靠的 cmos 工艺技术制造的高性能 8 位单片机，属于标准的 mcs-51 的 hcmos 产品。它结合了 cmos 的高速和高密度技术及 cmos 的 低功耗特征，它基于标准的 mcs-51 单片机体系结构和指令系统，属于 89c51 增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功 能，适合于类似马达控制等应用场合。89c51 内置 8 位中央处理单元、256 字节内部数据存储器 ram、8k 片内程序存储器（rom）32 个双向输入/输 出（i/o）口、3 个 16 位定时/计数器和 5 个两级中断结构，一个全双工串行 通信口，片内时钟振荡电路。此外，89c52 还可工作于低功耗模式，可通过 两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结 cpu 而 ram 定时器、串 行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存 ram 数据，时钟振荡停止， 同时停止芯片内其它功能。89c51 有 pdip（40pin）和 plcc（44pin）两种 封装形式。 vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0 口：p0 口为一个 8 位漏级开路双向 i/o 口，每脚可吸收 8 个 ttl 门 电流。当 p0 口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻输入。p0 能够用于外部 程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 fiash 编程时， p0 口作为原码输入口，当 fiash 进行校验时，p0 输出原码，此时 p0 外部 必须被拉高。 p1 口：p1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1 口缓冲器 能接收输出 4 个 ttl 门电流。p1 口管脚写入“1”后，被内部上拉为高，可用 作输入，p1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘 故。在 flash 编程和校验时，p1 口作为第八位地址接收。 吉林工程技术师范学院毕业论文 p2 口：p2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 口缓冲器可接 收，输出 4 个 ttl 门电流，当 p2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高， 且作为输入。并因此作为输入时，p2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这 是由于内部上拉的缘故。p2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据 存储器进行存取时，p2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内 部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2 口输出其特殊功 能寄存器的内容。p2 口在 flash 编程和校验时接收高八位地址信号和控制 信号。 p3 口：p3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 i/o 口，可接收输出 4 个 ttl 门电流。当 p3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平，p3 口将输出电流（ill）这是由于上拉 的缘故。p3 口作为 at89c51 的一些特殊功能口，管脚 备选功能，p3.0 rxd（串行输入口） ，p3.1 txd（串行输出口） ，p3.2 /int0（外部中断 0） ， p3.3 /int1（外部中断 1） ，p3.4 t0（计时器 0 外部输入） ，p3.5 t1（计时器 1 外部输入） ， p3.6 /wr（外部数据存储器写选通） ，p3.7 /rd（外部数 据存储器读选通） rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 rst 脚两个机器周期的高电平时间。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存 地址的地位字节。在 flash 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， ale 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因 此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作 外部数据存储器时，将跳过一个 ale 脉冲。如想禁止 ale 的输出可在 sfr8eh 地址上置 0。此时， ale 只有在执行 movx，movc 指令是 ale 才起用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ale 禁止， 置位无效。 psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每 个机器周期两/psen 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /psen 信号将不出现。 ea/vpp：当/ea 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h- ffffh） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/ea 将内部锁定 第二章方案论证 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：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。 外接石英晶体或者陶瓷谐振器以及电容 c1、c2 接在放大器的反馈回路 （at89c52 内部有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大电路， xtal1、xtal2 分别是该放大器的输入和输出端）中构成并联振荡电路。 为了使装置能够被外部时钟信号激活，xatl1 应该有效，而 xtal2 应该被 悬空。由于输入到内部的时钟信号电路通过了一个二分频的信号，外部信号 的工作周期比没有别的要求，但是最大值和最小值的大小可以在数据表上观 察出来。当正常工作时，外部振荡器可以计算出 xtal1 上的电容，最大可 达到 100pf。这是由于振荡器电容和反馈电容之间的相互作用。当外部信号 是标准高电平或者低电平时，电容不会超过 20pf。 用户的软件都可以调用空置模式。当单片机出于这种模式，耗能就会自 然降低。特殊功能端和板子上的随机存储器在空置状态保持各自的电平。但 是处理器阻止装置执行指令。空置模式会被激活如果端口处于复位状态或者 中断系统有效。 根据上述，mcs51 系列单片机在 i/o 端口功能、种类、数量及系统扩 展和 cpu 处理上都有较高的性能。mcs51 系列可行性好，易扩展，控制 功能强，可谓是性能价格比最佳的八位单片机，特别适合我国国情。 因此，本设计采用 mcs51 系列单片机，根据设计要求，选取 mcs 51 系列的 89c51 作为实际的单片机控制。 2.3 传感器选择传感器选择 当泄漏的可燃性气体在空气中的浓度达到一定数值时，随时都可能发生 爆炸火灾事故，威胁着人身与设备的安全。为了保证安全生产，严密监测可 燃性气体在空气中的浓度。 在生产现场容易泄漏可燃气体的地方安装可燃性气体报警器，当空气中 吉林工程技术师范学院毕业论文 的可燃性气体浓度达到允许超过报警设定点时，可燃性气体检测报警器便发 出闪光和声响报警信号，以便及早采取必要的应急措施，避免爆炸火灾事故 的发生。 1可燃性气体检测器的选用 可燃性气体检测器技术近年来发展很快，生产的厂家也很多，但其工作 原理大致可分为催化燃烧法和半导体气敏元件法两种方式、每种方式又从使 用型式分为固定式和便携式，从采样形式分为泵吸式和扩散式。 2. 半导体气敏元件检测原理 半导体气敏元件有氧化锡半导体和氧化锌半导体两种类型，检测电路见 图 2-2。 加热电源 b 输出 u0 b a us 输出 uo 加热电源 us (a)氧化锡半导体式 (b) 氧化锌半导体式 图 2-2 半导体气敏元件检测原理图 在这两种电路中，以恒定的直流电源通过铂丝加热器进行加热，当空气 中无可燃气体存在时，氧化锡半导体 a、b 极间和氧化锌半导体源极 b 与加 热铂丝间呈高阻状态，此对无信号输出，当空气中有可燃性气体存在着吸附 在金属氧化物烧结体上引起电导率的变化，半导体器件阻值变小，从而将可 燃气体浓度转变为电信号输出。 从有关资料及使用情况分析，催化燃烧式检测器全量程灵敏度高，精度 较高，响应时间快，示值的重复性及线性好，但它受硫化物，氯化物气体污 染后失效。半导体气敏式检测报警器，虽然综合性能均低于催化燃烧式检测 器，但它能适用子含有少量硫化物、氯化物气体的场合，对微量泄漏较为敏 第二章方案论证 感，仅需了解可燃气体是否存在，对其变化趋势的了解要求不高的场合较为 适应。 3. 两种使用形式的应用情况 一般来说，便携式可燃气体检测报警仪适应于以下情况： （1）要求对可燃气浓度定时检测的场所； （2）临时处理可燃气体的场合检查容器内是否有残留气体； （3）阀门、法兰等处的微量泄漏； （4）在有可燃气体泄漏或滞留的场所临时作业时； （5）固定式可燃气体检测报警仪表因故短期停用的气体爆炸危险环境。 除此之外，所有需要连续监视是否有可燃气体泄漏及存在的场合，需重 点监视的场合等都应使用固定式可燃气体检测报警器。 4两种采样型式的应用 生产现场较多采用扩散式检测器，它适用于区域监测，一般性的重点监 测；泵吸引式检测器则用于泄漏点不易接近的场合，微量泄漏监测，特殊重 点监测等场合。 因此，在设计使用可燃气体检测报警系统时，应根据气体条件及检测报 警要求决定采用催化燃烧式还是半导体气敏元件式检测器，然后根据检测对 象及环境，是否需要配备便携式仪表，最后根据区域要求及测点条件等因素 决定各处检测器采样样式，因此达到合理有效地选用可燃气体检测报警仪。 5可燃气体检测器的安装要求 在设计中对无可燃性气体或蒸汽存在的场合、安装多少数量的检测器、 怎样安装测器等，是设计人员非常关心的问题，但由于尚无一般规则可供遵 循，只能依据产品说明书的要求，凭经验行事。通过对可燃气体检测报警系 统的设计和查阅资料认为：一般来讲，检测器的安装需统盘考虑可燃性气体 的性质、周围空气的流动性，建筑结构，整体布局，泄漏点及经济性等几个 方面。一般在设计时必须考虑到： （1）在空气不流通的环境，检测器应安置在可能存在泄漏气体的死角。 （2）可燃性气体比重小干 1 时，检测器应安装在泄漏点的上方气体易积 处，距屋顶大于 100rn m；比重大于 1 时，检测器应安装在泄漏点下方，一 吉林工程技术师范学院毕业论文 般距离地面 500m m 的高度。考虑到检测器维修及标定的方便，一般要求检 测器周围需 30 公分的空间。 （3）在空气流通的场合，其位置应考虑到风向的影响，使检测器总是位 于泄漏气体的下风侧。 （4）设置在建筑物内的压缩机、泵，反应器、贮罐，容易引起泄漏的高 压气体设备及易积聚气体的地方，在这些设备群的周围按每 10m 安装一个检 测器考虑。 （5）设置在建筑物外的（4）条所述的高压气体设备，这些设备接近其它 构筑物，墙壁或设置在坑内，在这些设备群的周围可按每 20 m 安装一个检测 器考虑。 （6）在有加热炉等火源的生产设施周围、气体易滞留的地方，可按每 20m 装一个检测器考虑。 （7）可燃性气体或液体的罐装口，在其周围需要安装二个以上的检测器。 （8）仪表控制室内设置一个以上的检测器。 （9）当检测器采取距阵均布时，各检测器之间的距离一般情况可按 15 m 间隔考虑，并视装置区设备的安装密度与生产过程产生爆炸的危险程度作 相应的增减。 6. 可燃气体报警仪报警值的设定 可燃气体检测报警器的表面刻度通常用可燃气体或蒸汽最终爆炸极限浓 度（lel）的百分值来标示，标示范围为 0100%lel。 在实际使用中，需要设定报警刻度值，对于每个报警回路只具有一个报 警设定点时，通常设定为 2030 lel，对于具有二个报警设定点的报 警器，一般将第一报警点设定在 20 lel，第二报警点设置在 40lel。 当然使用者可根据现场的需要对报警设定值作适当的调整，但是报警设定值 不得超过 60% lel，以便当仪表报警时，能有一定的时间进行紧急处理，避 免事故的发生。 2.4 整体方案确定整体方案确定 第二章方案论证 设计是利用单片机控制技术，制作了程控一氧化碳报警器。该仪器对一 氧化碳进行实时监控，当一氧化碳的浓度超过允许值时，单片机控制电路进 行报警，并通过外接排风扇进行程控，以防事故发生。基于 at89c51 性价比 高的优势，主要运用了 at89c51 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 gs 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和有毒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 gs 系列传感器。在模数转换这块，利用 adc0809 实现模数转换，adc0809 是 8 位逐次渐进型的 a/d 转换器，它采用 coms 工艺 20 个引脚双列直插式封 装，它有三态琐存器，直接驱动数据总线，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，这里运用了常用的 74ls164 8 位移位寄存器串并转换电路。 吉林工程技术师范学院毕业论文 吉林工程技术师范学院毕业论文 第 3 章 硬件设计 3.1 89c51 简介简介 89c51 是一种带 4k 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperom falsh programmable and erasable read only memory）的低电压、高性能 cmos8 位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦 除 100 次。该器件采用 atmel 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业 标准的 mcs-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 cpu 和闪烁存 储器组合在单个芯片中，atmel 的 89c51 是一种高效微控制器，89c51 是 它的一种精简版本。89c 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高 且价廉的方案。89c51 引脚图如图 3-1。 图 3-1 89c51 引脚图 vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0 口：p0 口为一个 8 位漏级开路双向 i/o 口，每脚可吸收 8ttl 门电流。 当 p1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。p0 能够用于外部程序数 据存储器，它可以被定义为数据/ 地址的低八位。在 fiash 编程时，p0 口 作为原码输入口，当 fiash 进行校验时，p0 输出原码，此时 p0 外部必须被 拉高。 第三章硬件设计 p1 口：p1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1 口缓冲器 能接收输出 4ttl 门电流。p1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输 入，p1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 flash 编程和校验时，p1 口作为第八位地址接收。 p2 口：p2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 口缓冲器可接 收，输出 4 个 ttl 门电流，当 p2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高， 且作为输入。并因此作为输入时，p2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这 是由于内部上拉的缘故。p2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据 存储器进行存取时，p2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内 部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2 口输出其特殊功 能寄存器的内容。p2 口在 flash 编程和校验时接收高八位地址信号和控制 信号。 p3 口：p3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 i/o 口，可接收输出 4 个 ttl 门电流。当 p3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平，p3 口将输出电流（ill）这是由于上拉 的缘故。 p3 口也可作为 at89c51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd（串行输出口） p3.2 /int0（外部中断 0） p3.3 /int1（外部中断 1） p3.4 t0（记时器 0 外部输入） p3.5 t1（记时器 1 外部输入） p3.6 /wr（外部数据存储器写选通） p3.7 /rd（外部数据存储器读选通） p3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 rst 脚两个机器周期的 高电平时间。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存 吉林工程技术师范学院毕业论文 地址的地位字节。在 flash 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， ale 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因 此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作 外部数据存储器时，将跳过一个 ale 脉冲。如想禁止 ale 的输出可在 sfr8eh 地址上置 0。此时， ale 只有在执行 movx，movc 指令是 ale 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ale 禁 止，置位无效。 psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每 个机器周期两次/psen 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /psen 信号将不出现。 ea/vpp：当/ea 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h- ffffh） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 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：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。 3.2 89c51 振荡电路振荡电路 晶振是单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率的部件，单片机晶振 提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执 行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。 晶振一般采用三端式(考毕兹) 交流等效振荡电路；实际的晶振交流等效 电路中，其中 cv 是用来调节振荡频率，一般用变容二极管加上不同的 反偏电压来实现，这也是压控作用的机理；把晶体的等效电路代替晶体后。 其中 co，c1，l1，rr 是晶体的等效电路。 分析整个振荡槽路可知，利用 cv 来改变频率是有限的：决定振荡频率 的整个槽路 c=cbe,cce,cv 三个串联后和 co 并联再和 c1 串联。可以看出： c1 越小，co 越大，cv 变化时对整个槽路的作用就越小。因而能“压控”的频 率范围也越小。实际上，由于 c1 很小（1e-15 量级），co 不能忽略(1e-12 第三章硬件设计 量级，几 pf)。所以，cv 变大时，降低槽路频率的作用越来越小，cv 变小时， 升高槽路频率的作用却越来越大。这一方面引起压控特性的