毕业设计--家居智能安保系统设计.doc

家居智能安保系统设计 家居智能安保系统设计摘要本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一煤气泄漏自动报警系统。本设计将采用MQ_5传感器，再将信号通过ADC0809直接转换成数字信号送给单片机，电路简单，成本低；实现声光报警。选用MQ-5型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器实现烟雾的检测，具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。采用SMC1602A液晶显示模块可以直观的显示实时温度和气体浓度。选用AT89S52单片机对所采集的数据进行处理。该系统结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉，具有一定的实用价值。关键字：煤气监控系统 单片机 MQ-5AbstractBased on single chip microcomputer combined with the sensor technology and development and design the gas leakage alarm system automatically. MQ-5 sensor is adopted in this design, then send signal directly by ADC0809 converts digital signals to single chip and circuit is simple, the cost is low; Implement sound and light alarm. Use MQ to 5 type semiconductor gas sensitive element smoke sensor realize smoke detection, high sensitivity, fast response, and the advantages of strong anti-jamming capability, and low cost, long service life. Using SMC1602A liquid crystal display module can be intuitive display real-time temperature and gas concentration. Selects the AT89S52 single chip microcomputer to deal with data that is collected. The system has simple structure, stable performance, convenient use, low prices, has certain practical value.Keywords: gas monitoring system, chip microcomputer, MQ - 5.目录摘要1AbstractII目录III1概述11.1课题研究背景11.2物联网发展历程21.3研究内容52系统总体设计62.1系统功能设计62.2系统设计原则63方案论证与比较73.1系统构成方案73.2控制器系统方案83.3A/D转换电路方案83.4显示电路方案93.5操作模块方案93.6声光报警模块方案93.7控制电路方案94系统硬件结构114.1整体硬件设计思路114.2单片机最小系统电路114.3数据采集电路124.4A/D转换电路164.5操作模块电路164.7声光报警电路184.8控制模块电路184.8.1电磁阀控制模块184.8.2电风扇驱动模块195系统软件设计205.1程序流程图206调试24总结26致谢27参考文献28附录28 家居智能安保系统的设计 1概述1.1课题研究背景随着社会的发展,人们为了提高生活质量,广泛的应用着各种能源。比如会用到天燃气、电、水等。这些东西给人们带来方便的同时,也存在一定的安全隐患,给家带来灾难。如果家中无人或只有老人,就对家居的智能安全提出较高要求。智能家居最早追溯到20世纪80年代的美国。早期人们利用电子技术,设计的家居自动控制电路,如门铃控制等。随着计算机技术的发展,大规模集成电路的广泛应用,人们逐渐利用单片机等设计程序化的家居控制。近年来随着通信技术的发展,人们又开始探索使用无线传感器和移动通信网络,进行智能家居控制系统的设计,并取得了一定效果。80年代末,美国人利用CAN总线技术,设计了smarthome智能家居模型。智能家居的发展,不仅是控制手段的发展,更与控制内容的扩展密不可分。早期有些国家做智能家居,主要控制水表、电表、天然气表的数据测量等基本家居数据。楼宇对讲系统、摄像头、家用电器等的安全纳入控制范围,但是这些原始控制手段,布线麻烦,成本较高,未能有效的推广。随着网络技术、通信技术的发展,计算机网络、有线电视、数字电视、移动电话等逐步普及,人们的家居结构也发生了变化,与之相对应的智能化家居控制系统开始起步,但是只是控制内容的丰富,而控制手段并未有较大的创新性提高。目前业界人士对智能家居的定义更加有层次性,整个智能家居系统可参考人体生理特征进行模块化分层,首先是智能控制系统,类似于人体大脑,这部分系统主要控制人们家庭内部的各类硬件设备,如微波炉、冰箱、空调等家用电器，水管、天然气、暖气等管道系统,有线电视、计算机、电话等数据通讯系统。其次就是家居的安防系统,他类似于人体的眼睛等,通过摄像头、楼宇对讲机、无线通讯网络或计算机网络,将家庭内部与外部实时联系在一起,保证整套家居系统的安全性。现代智能家居系统根据硬件的分布,大体可分为以下几个部分： 监测系统:小区基本上都装备了摄像头等监控设备,特别是别墅更是装备了视频采集设备,楼宇对讲门不是传统的按键与电话挂机,而是在楼宇门口设置了隐形摄像头,主人可以通过摄像头,在室内的LED显示屏上,一目了然的看到来访客人的情况,极大的提高了楼宇安防性。防盗系统:早期人们主要是在门窗加装防盗窗,后期逐渐的在门窗安装报警器,现在人们逐渐将门窗安防设计的更隐蔽更精准,采用摄像头与自动报警组合方式,能够同时将防盗信息储存并传递给保安人员。室内应用系统:过去人们的家庭电气,除了灯光照明,几乎就没什么东西了。而如今各类家居设备几乎都能实现自动化,随之带来的是大量的控制要求,如天然气泄露报警装置。太阳能自动上水装置。空调自动预热装置等等,还有有线电视、数字电视、家庭互联网等通讯设备人们在享受科技发展带来的便捷与舒适的同时,也埋下了无数的安全隐患,如何对这些繁多的家庭室内设备进行安全控制,是家居安全智能系统的最大目标科技发展是社会发展的大势所趋,而享受科技发展带来的优越性和舒适性,更是普通大众的内在追求。家居的安全性关系到人们的生命财产安全,特别是随着人们安全意思的加强,人们对家居的安全要求更高而我国社会发展逐渐进入老龄化,人们的生活节奏又在不断加快,智能家居安全系统具有巨大的市场前景。1.2物联网发展历程物联网的概念是在1999年提出的。当时基于互联网、RFID技术、EPC标准，在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、无线数据通信技术等，构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网“Internet of things”（简称物联网），这也是在2003年掀起第一轮华夏物联网热潮的基础。传感网是基于感知技术建立起来的网络。中科院早在1999年就启动了传感网的研究，并已取得了一些科研成果，建立了一些适用的传感网。1999年，在美国召开的移动计算和网络国际会议提出了，“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。2003年，美国技术评论提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了ITU互联网报告2005：物联网，引用了“物联网”的概念。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。根据ITU的描述，在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。物联网概念的兴起，很大程度上得益于国际电信联盟(ITU)2005年以物联网为标题的年度互联网报告。然而，ITU的报告对物联网缺乏一个清晰的定义。虽然目前国内对物联网也还没有一个统一的标准定义，但从物联网本质上看，物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用，使人与物智慧对话，创造一个智慧的世界。因为物联网技术的发展几乎涉及到了信息技术的方方面面，是一种聚合性、系统性的创新应用与发展，也因此才被称为是信息技术的第三次革命性创新。物联网的本质概括起来主要体现在三个方面：一是互联网特征，即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络；二是识别与通信特征，即纳入物联网的“物”一定要具备自动识别与物物通信（M2M）的功能；三是智能化特征，即网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点。2009年月日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。2009年2月24日消息，IBM大中华区首席执行官钱大群在2009IBM论坛上公布了名为“智慧的地球”的最新策略。此概念一经提出，即得到美国各界的高度关注，甚至有分析认为公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略，并在世界范围内引起轰动。认为，产业下一阶段的任务是把新一代技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网。针对中国经济的状况，钱大群表示，中国的基础设施建设空间广阔，而且中国政府正在以巨大的控制能力、实施决心、和配套资金对必要的基础设施进行大规模建设，“智慧的地球”这一战略将会产生更大的价值。在策略发布会上，IBM还提出，如果在基础建设的执行中，植入“智慧”的理念，不仅仅能够在短期内有力的刺激经济、促进就业，而且能够在短时间内为中国打造一个成熟的智慧基础设施平台。钱大群表示，当今世界许多重大的问题如金融危机、能源危机和环境恶化等，实际上都能够以更加“智慧”的方式解决。在全球经济形势低迷的同时，也孕育着未来的发展机遇，中国不仅能够籍此机遇开创新乐观产业和新的市场，加速发展，摆脱经济危机的影响。IBM希望“智慧的地球”策略能掀起了“互联网”浪潮之后的又一次科技革命。IBM前首席执行官郭士纳曾提出一个重要的观点，认为计算模式每隔15年发生一次变革。这一判断像摩尔定律一样准确，人们把它称为“十五年周期定律”。1965年前后发生的变革以大型机为标志，1980年前后以个人计算机的普及为标志，而1995年前后则发生了互联网革命。每一次这样的技术变革都引起企业间、产业间甚至国家间竞争格局的重大动荡和变化。而互联网革命一定程度上是由美国“信息高速公路”战略所催熟。20世纪90年代，美国克林顿政府计划用20年时间,耗资2000亿-4000亿美元,建设美国国家信息基础结构，创造了巨大的经济和社会效益。而今天，“智慧的地球”战略被不少美国人认为与当年的“信息高速公路”有许多相似之处，同样被他们认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。该战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮，不仅为美国关注，更为世界所关注。“物联网前景非常广阔，它将极大地改变我们目前的生活方式。”南京航空航天大学国家电工电子示范中心主任赵国安说。业内专家表示，物联网把我们的生活拟人化了，万物成了人的同类。在这个物物相联的世界中，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。物联网利用射频自动识别（）技术，通过计算机互联网实现物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享。可以说，物联网描绘的是充满智能化的世界。在物联网的世界里，物物相连、天罗地网。2008年11月在北京大学举行的第二届中国移动政务研讨会“知识社会与创新2.0”上，专家们提出移动技术、物联网技术的发展带动了经济社会形态、创新形态的变革，推动了面向知识社会的以用户体验为核心的下一代创新（创新2.0）形态的形成，创新与发展更加关注用户、注重以人为本。 有研究机构预计10年内物联网就可能大规模普及，这一技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场，其产业要比互联网大几十倍。1.3研究内容有毒有害气体检测:现在天然气供给是十分普遍的设施，带给用户方便的同时也存在着很多隐患，如果发泄露，后果可能是灾难性的，所以气体检测是十分必要的防范措施。所以这方面的检测是本系统的一部分。2系统总体设计2.1系统功能设计本课题要求设计一款煤气控制器，监控煤气炉附近是否有煤气泄漏现象，如有异常可自动关闭气源并进行通风。2.2系统设计原则(1)选用合适的煤气传感器，对液化气，天然气，人工煤气有较好的灵敏度，探测范围可达30010000PPM，要求响应时间不大于10S;(2)选用合适安装的煤气电磁阀，气体浓度达到设定报警值，就联动关闭气阀；(3)当气体浓度达到设定报警值，能驱动排风扇通风；(4)单片机实现数据记录，驱动声光报警。3方案论证与比较煤气控制器由MCU模块，数据采集模块，AD转换模块，操作模块，显示模块和控制模块组成。3.1系统构成方案（1）方案一 采用NE555时基电路设计，本报警电路由气敏元件QM-N5和电位器RP组成气体检测电路，时基电路NE555和其他外围元件组成多谐振荡器，它适用于对可燃性气体检测监控，适用范围：可燃性气体，如天然气煤气液化石油气等气体。因此用QM-N5可做煤气，可燃气等的检测探头。（2）方案二系统以单片机为核心，由MCU模块，数据采集模块，数据处理模块，操作模块，声光报警模块和控制模块。采用气敏元件MQ-5采集煤气数据。当可燃气体浓度超过控制电路设定值时，控制器通过执行机构发出报警信号并关闭阀门，进行通风。此系统方案简单，具有灵敏度高、稳定性好、响应和恢复时间短等特点。总结比较以上两种方案，方案一电路结构简单、工作可靠、成本低和易实现。但该系统功能单一，不能确保在无人的情况下自动切断气源，避免灾难发生。方案二硬件资源间接，价格低廉，系统能将复杂的硬件功能全部采用软件实现，因此系统控制灵活，易于拓展。可以从根本上解决可燃气体使用的安全问题，有效避免燃气泄漏造成的灾害、爆炸、窒息、死亡等恶性事故发生。3.2控制器系统方案（1） 方案一采用FPGA，其优点是运行湿度快，内部程序并行运行，有处理更复杂更能的能力，但成本相对较高。（2） 方案二采用AT89S52单片机，AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，其成本相对较低，在设计过程中，只需要对其IO口进行操作即可。 总结比较以上两种方案，方案一运行速度快，但成本高，虽然52单片机运行速度低的多，但是价格便宜，该设计是最常用的电压采集，对运行速度没有太高要求。用52单片机完全能完成要求。3.3A/D转换电路方案（1）方案一 采用积分型AD转换器，其工作原理是将输入电压转换成时间（脉冲宽度信号）或频率（脉冲频率），然后由定时器/计数器活的数字值。其优点是用简单电路获得高分辨率。（2） 方案二采用逐次比较式A/D转换器，逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经N次比较二输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在低分辨率（12位）时价格很高。 总结比较以上三种方案，方案一由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低，电路设计与连接复杂。方案二虽然转换速率较高，功耗低，在低分辨率（12位）时价格便宜，所以选用8位的ADC0809。3.4显示电路方案（1） 方案一选用数码管动态显示，它由单片机实现动态扫描，只需外接少量三极管作为驱动电路，电路简单，便于控制，价格便宜。但是占用大量I/O资源，以及单片机内部资源，显示不稳定。（2） 方案二选用液晶显示模块。它有很多不可代替的优点，首先它显示方便，显示信息全面，内容丰富，很符合人机交互的要求；其次，它有自己的储存器，显示时只要按时序将数据写入其中即可，不用进行扫描，也就不用占用CPU，并且它能显示丰富的字符。总结比较以上两种方案，方案一占用大量I/O资源以及单片机内部资源，并且显示不稳定。在设计中剩余的I/O口有限，并且需要显示的内容比较多，所以选用方案二。3.5操作模块方案由于本设计只需要4个按键，而且MCU的I/O口资源足够，所以每个按键就对应一个I/O口即可。用户可通过该模块按照自己的需要设定报警值，并且当有人发现报警时，可以通过按键退出报警。3.6声光报警模块方案该模块由三个发光二极管和一个蜂鸣器组成。三个发光二极管分别表示正常工作，临界报警，报警。蜂鸣器在煤气浓度超过警戒值时报警。3.7控制电路方案该模块由电磁阀和排风扇组成。电磁阀用于关闭气源，排风扇进行通风，将有毒气体排出室内，单片机可控制电磁阀使之关闭，自动关闭气源，并且驱动继电器是排风扇进行通风。4系统硬件结构4.1整体硬件设计思路本课题的家居智能安保系统是由AT89S52单片机为主控制芯片，将有害气体检测经过数模转换成数字信号传给单片机，同时声光报警，浓度显示，通过继电器驱动风扇排气，驱动电磁阀关闭煤气罐。图4.1整体框架图4.2单片机最小系统电路 单片机为本设计的核心部分，原理下图所示，数据采集模块将采集到的数据经过A/D转换后传给单片机，单片机进行判断，并将电压值转化成浓度，送到显示电路显示其浓度，当浓度达到报警值时，单片机驱动声光报警电路、控制电路。单片机最小系统包括单片机时钟振荡电路、复位电路、下载线接口等。复位电路是采用按键脉冲复位，它是利用RC微分电路产生正脉冲来达到目的的。晶振电路结合单片机内部电路产生单片机所需要的时钟频率。 图4.2单片机最小系统4.3数据采集电路QM-N5型气敏元件是以金属氧化物SnO2为主体材料的N型半导体气敏元件，当元件接触还原性气体时，其电导率随气体浓度的增加而迅速升高。特点：用于可燃性气体的检测（CH4、C4H10、H2等）灵敏度高响应速度快输出信号大寿命长，工作稳定可靠技术指标：加热电压（Vh） AC或DC 50.2V响应时间(trec)10S回路电压（Vc）最大DC 24V恢复时间(trec)30S负载电阴（Rl）2K元件功耗0.7W清洁空气中电阻 （Ra） 2000 K检测范围5010000ppm灵敏度（S=Ra/Rdg）4(在1000ppmC4H10中)使用寿命2年QM-N5型半导体气敏元件是以金属氧化物SnO2为主体材料的N型半导体气敏元件,当元件接触还原性气体时,其电导率随气体浓度的增加而迅速升高。特点：用于可燃性气体的检测(CH4,C4H10,H2等)灵敏度高响应速度快输出信号大寿命长,工作稳定可靠技术指标加热电压(VH) AC或DC 50.5V回路电压(VC) 最大DC 24V负载电阻(RL) 2K清洁空气中电阻(Ra) 4000K灵敏度(S=Ra/Rdg) 4(在1000ppmC4H10中)响应时间(tres) 10S恢复时间(trec) 30S检测范围 50-10000ppmVC输出信号RLVRLVH基本测试电路：图4.3MQ-5测试电路使用方法及注意事项：元件开始通电工作时，没有接触可燃性气体,其电导率也急剧增加1分钟后达到稳定,这时方可正常使用，这段变化在设计电路时可采用延时处理解决。加热电压的改变会直接影响元件的性能，所以在规定的电压范围内使用为佳。元件在接触标定气体1000ppm C4H10后10秒以内负载电阻两端的电压可达到(Vdg- Va)差值的80%(即响应时间)；脱离标定气体1000ppm C4 H1030秒钟以内负载电阻两端的电压下降到(Vdg- Va)差值的80%(即恢复时间)。符号说明：气体中电阻- Rdg 检测气体中电压- VdgRdg 与Vdg的关系： Rdg=RL(VC/Vdg-1)负载电阻检测可根据需要适当改动，不影响元件灵敏度。使用条件：温度-1535；相对湿度4575%RH；大气压力80106KPa。环境温湿度的变化会给元件电阻带来小的影响，当元件在精密仪器上使用时,应进行温湿度补偿，最简便的方法是采用热敏电阻补偿之。避元件六脚位置可与电子管七角管座匹配使用。MQ-5灵敏度特性曲线：免腐蚀性气体及油污染，长期使用需防止灰尘堵塞防爆不锈钢网。RS为气敏传感器在不同气体、不同浓度下的电阻值，Ro为气敏传感器在洁净空气中的电阻值，经测量，Ro=11.5欧。根据MQ-5的灵敏度特性曲线和测试电路，可以得出电压与浓度的关系。4.4A/D转换电路图4.5A/D转换电路A/D转换电路如上所示，在A/D转换电路中，由于只需用一个通道，所以选用IN0，ADD-A、ADD-B、ADD-C接地，IN0采集数据，ADC0809将IN0采集的模拟电压转换成数字电压送至单片机的P0口。ADC0809需要500KHz的时钟信REF(-)接地。4.5操作模块电路操作电路如下所示，该模块可以让用户自己设定报警值，并且当用户听到报警时，可以退出报警。由于按键只有四个，所以每一个按键对应一个I/O口。按下按键S5,报警值加100；按下按键S4,报警值减少100；当按下S3时确定报警值；按下按键S2.系统退出报警。该模块加上上拉电阻，上拉电阻可以产生上拉电压，使电路更稳定。图4.6操作电路4.6显示模块图4.7显示电路该模块用于显示煤气浓度值和用户设定的报警值。4.7声光报警电路图4.8声光报警电路4.8控制模块电路控制电路由电磁阀控制模块和风扇驱动电路组成。电磁阀模块用于关闭气源，风扇驱动模块用于通风，将有毒气体排出。4.8.1电磁阀控制模块图4.9电磁阀控制电路电路图如下所以，本设计选用燃气电磁阀。燃气电磁阀是燃气管道安全禁忌切断装置。它可以与燃气泄漏报警系统连接或与消防及其他只能报警控制终端模块等连接，实现现场控制或远程自动/手动紧急切断气源，确保用气安全。当发生有害的强烈震动时，阀门会自动关闭。在电磁阀模块中，由于电磁阀的额定电压是3V,而电路提供的电压是5V,，所以用二极管降压，二极管还有驱动作用。电磁阀不通电时默认关闭状态，上电即可导通。当检测煤气浓度超过警戒值时，单片机给三极管一个低电平，三极管截止，电磁阀关闭；当检测煤气浓度低于警戒值时，单片机给三极管一个高电平，三极管导通，电磁阀导通。4.8.2电风扇驱动模块图图4.10电风扇驱动电路5系统软件设计5.1程序流程图图5.1程序流程图MQ-5气敏传感器只能把煤气浓度转化成电阻，经信号调理后输出电压信号，因此需要找到电压和浓度的关系式，才能显示煤气浓度。MQ-5的灵敏度曲线如下图所示，根据它的灵敏度曲线和本设计的数据采集电路，可以得到Vout和浓度的离散点关系，经测试，Ro=11.5K欧，取RL=20K欧，计算过程如下：先列出每一点浓度对应一个Rs/Ro值，再求出Rs，通过数据采集电路可得到Rs/RL=（Vcc-Vout）/Vout,即Rs/20=（5-Vout）/Vout。因此可以求出每一点浓度对应的电压值，通过曲线拟合，可以得出电压和浓度对应的关系式。下面分别介绍CO、alcohol、CH4的电压=浓度曲线拟合过程。(1) CO的电压-浓度计算过程如下表所示：图5.2CO电压浓度图得出电压和浓度的关系，公式如下所示：（2） alcohol电压-浓度曲线：图5.3alcohol浓度电压图得出电压和浓度关系公式如下：(3)CH4电压-浓度曲线：图5.4CH4电压浓度图计算公式如下： 总结根据气敏传感器MQ-5的灵敏度曲线和测试电路，拟合了CO、alcohol、CH4的电压-浓度曲线，得出了电压和浓度的关系式。煤气的主要成分是CO，当气敏传感器MQ-5检测到煤气时，将其浓度转化成电阻，经信号调理后产生一个电压信号，单片机利用拟合CO曲线和公式将此电压信号转换成浓度，显示电路显示该浓度。本系统可以检测多种燃气，拟合的CH4和alcohol的电压-浓度曲线可以用于系统检测天然气和alcohol气体时计算其相应的浓度。6调试软件部分的调试失败直接影响到课题的实践环节。下面介绍在软件调试过程中遇见的问题及解决方法。（1）由于煤气传感器可以把煤气浓度直接转化成电阻，经信号调理后输出电压，所以直接由ADC0809采集输出的电压，ADC0809的通道选择直接接地，所以当启动转换后，不用进行通道选择。在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号启动A/D转换，即：ADC0809_E0=0,1,0后才能启动A/D转换，而我在编程时，只写了ADC0809_E0=0,1，所以ADC0809不工作。（2）在编写陈旭按键扫描程序时，注意延时消抖。（3）由于电磁阀上电导通，所以在检测到煤气浓度值超过警戒值时，单片机给控制电磁阀的三极管基极一个高电平，电磁阀关闭，当煤气浓度低于警戒值时电磁阀导通。（4）当单片机给继电器一个高电平时，继电器工作，排风扇被开启，低电平时，风扇停止转动。由于单片机默认高电平，所以主程序里一开始就要给控制继电器的那个单片机I/O口赋低电平。（5）当煤气浓度低于报警值，单片机控制绿灯亮；当快到达警戒值时，单片机控制黄灯闪烁；当煤气浓度超过报警值时，单片机控制红灯闪烁，蜂鸣器响，并检测退出报警系统的按键是否有 按下，若按下，则退出报警。（6）在计算浓度时，开始定义浓度类型为整型，取值范围在-3267832676之间，在检测过程中，浓度有时候大于32676，此时会溢出，煤气控制器停止报警，电磁阀导通，风扇停止工作，因此把数据类型改为无符号长整型。（7）由气敏传感器MQ-5的灵敏度曲线和测试电路可以得出每一点的浓度对应电压值Vout,如下表所示：该浓度为理论值。图6.1浓度电压对照表总结本课题利用单片机结合传感器技术而开发设计了基于单片机的煤气控制器，经过理论和誓言验证，改煤气控制器具有成本低，技术成熟，可靠性好，抗干扰能力强，实时性高等优点，系统整体结构简单容易实现，方便使用。符合安全系统的设计要求。该系统能够及时发现可燃气体，并且保证不管有人还是无人在家的情况下能够自动关闭气源，从根本上解决安全使用燃气的问题，有效避免燃气泄漏造成的灾害，爆炸，窒息，死亡等恶性事故的发生。可以广泛用于城市安防，小区，工厂，学校，家庭，燃气运输等众多领域。本设计包括MCU模块，数据采集你模块，A/D转换模块，操作模块，显示模块和控制模块。文中对每个模块的功能做了详细描述。整个系统的核心是进行浓度的实时监控，各项功能的实现满足了课题所有要求。气敏传感器检测煤气浓度，将浓度转化成电阻信号，并通过信号调理将电阻信号转化成不同的电压信号，并通过A/D转换后送入计算机中进行处理。另外，本系统的气体浓度监控装置设置电位器，使整个装置灵敏度为可调节的，从而可以从分满足用户的监控要求。而且这种调节非常简单，设计中加入了按键设定报警值，用户可以根据自己需要设定报警值。本设计应用性比较强，可扩展性高，投入量产将产生相当大的社会经济效益。 致谢 参考文献1黄继昌. 使用报警器电路无线电爱好者丛书精品系列M. 北京: 人民邮电出版社, 2005.2王华祥, 张淑英. 一种新型可燃性气体检测仪J. 自动化仪表, 2001, 10: 78.3雷晓平. 单片计算机及其应用M. 电子工业出版社, 2004.4李玉斌. 一利用单片机对煤气制气过程的检测与控制J. 仪表技术, 1997, 9: 78.5沙占友, 集成化. 只能传感器原理与应用M. 北京: 电子工业出版社, 2004.附录程序：- 主程序Main.c#include”ADC0809.h”#include”LCD1602DRIVER.h”#include”delay.h”#includeSbitsw5=p37;Sbitsw4=p36;Sbitsw3=p35;Sbitsw=p34;Voidscankey(void);Ucharkeyv=0;Unsignedintresult1=1000,result2,result3,out;Unsignedintresult;Voidscankey(void)If(sw5=0)Delay_Nms(20);If(sw5=0)Result1+=100;LCD1602_write_uint(10,0,result1);If(sw4=0)Delay_Nms(20);If(sw4=0)Result1-=100;LCD1602_write_uint(10,0,result1);If(sw3=0)Delay_Nms(20);If(sw3=0)Result3=result1;LCD1602_write_uint(10,1,result3);If(sw2=0)Delay_Nms(20);If(sw2=0)Out=1;Void main(void)P2_2;/风扇关LCD1602Init();/1602初始化ADC0809_Init();/0809初始化Result3=2000;While(1)LABA=0;/关喇叭Result=GetDataFromADC0809();If(result=(result3-100)&(out=0)P2_3=0;/黄灯报警，闪烁Delay_Nms(250);P2_3=1;Delay_Nms(250);If(result=result3)&(out=0)P2_2=1;/开风扇P2_4=1;P2_3=1;LABA=1;/蜂鸣器响While(1)Result2=GetDataFromADC0809();/display();Scankey();If(out=1)break;If(result2result3)Break;ElseP2_0=0;/红灯报警，闪烁Scankey();Delay_Nms(500);P2_0=1;Scankey();Delay_Nms(500)；/LCD1602writestring(2,1,”alarm”);P2_2=0;/风扇关P2_1=1;/电磁阀P2_4=0;P2_3=1;P2_0=1;LABA=0;/蜂鸣器/LCD1602writestring(2,1,”normal”); A/D转换程序#include”ADC0809.H”#include”LCD1602DRIVER.h”#include/*初始化ADC0809*/Void ADC0809_Intit(void)ADC0809_E0=0；ADC0809_START=0;/*延时*/Void delay1(uint t)While(t-);/*从ADC0809读取数据*/Unsigned intGetDataFromADC0809()Ulongtemp;Floattem1;Floatx=0,y=0;Unsignedlonginta;Unsignedlongintb;ADC0809_START= 1;/启动ADADC0809_START=0;Delay1(10);While(1)If(ADC0809_E0C_BUSY=1)ADC0809_E0= 1;Temp = ADC0809_data;ADC0809_E0 = 0;Break;Temp = temp*(4560/255);/5V参考电压a=temp;x=a/1000+(a/100)%10)*0.1+(a%10)*0.001;y=1.64*x*x*x*x*x*x*x*x*x*x*x;b=yLCD1602_write_uint(0,1,a);LCD1602_write_uint(0,0,b);LCD1602writestring(6,0,”ppm”);Return b; 1602显示程序#include”LCD1602DRIVER.h”#include”delay.h”/*/函数名称：voidLCD1602writecommand(uchar command)/函数功能：向LCD1602写入指令/*Void LCD1602writecommand(uchar command)LCD1602RW = 0;/写指令：RW=0，RS=0,E=1Delay_Nus(500);LCD1602RS = 0;Delay_Nus(500);LCD1602E = 1;Delay_Nus(500);LCD1602DATA = command;LCD1602E = 0;/*/函数名称：void LCD1602writedata(uchar data)/函数功能：向LCD1602写入指令/*Void LCD1602writedata(uchar data)LCD1602RW = 0;写数据：RW=0,RS=1Delay_Nus(500);LCD1602RS = 1;Delay_Nus(500);LCD1602E = 1;Delay_Nus(500);LCD1602DATA = data;LCD1602E = 0;/*/函数名称：void LCD1602setXY(uchar x,uchar y)/函数功能：定义光标位置，也就是要显示数据的位置/*Void LCD1602setXY(uchar x,uchar y) /数据地质指针Uchar Address;If(y=1)Address = 0xc0+x; /第二行，0x80+0x40=0xc0Else Address = 0x80+x; /第一行LCD1602writecommand(Address); /送地址 /*/函数名称：void LCD1602setXY(uchar x,uchar y)/函数功能：1602初始化，详见数据手册/*Void LCD1602Init(void)Delay_Nms(15);LCD1602writecommand(0x3