AT89C51单片机在家用煤气报警器中的应用

国家职业资格全省 或市 统一鉴定 家用电子产品维修工 论文 国家职业资格 II 级 论文题目 AT89C51 单片机在家用煤气报警器中的应用 姓 名 身份证号 准考证号 所在省市 所在单位 1 AT89C51 单片机在家用煤气报警器中的应用 周 摘摘 要要 家用煤气报警器主要用传感器检测煤气浓度 经 A D 转 换后送到 AT89C51 单片机内部进行控制 并用数码管显示煤气的浓 度 单片机的所设定的值与所显示的值进行比较 从而实现自动报警 功能 全文用单片机控制电路比较简单 价格便宜 可靠性好 关关键词键词 煤气 A D 转换器 单片机 气敏传感器 1 1 引言 引言 随着西气东输工程 不管是罐装煤气还是管道的 在我们日常 生活中越来越不可替代 但由于使用不当而发生的煤气泄漏时有发 生 每年因煤气泄漏而发生的火灾时常发生 危害人们的身体健康 并造成严重的财产损失 随之而来的安全隐患也让我们不得不考虑 如果煤气泄漏发现不及时 长时间处于煤气泄漏的状态下 吸入过 多的有害气体轻者昏迷 严重者可能危及自己的生命 所以家用煤 气报警器能有效的预警煤气泄漏 2 2 工作原理 工作原理 气敏传感器检测煤气的浓度 输出量为模拟信号 经信号放大 器进行放大 再利用 A D 转换器将气敏传感器输出的模拟信号转换 为数字信号送给单片机内部 进行数字化处理 然后利用电压信号 转换成相应的浓度值通过数码管进行显示 3 3 组成元器件介绍 组成元器件介绍 3 13 1 AT89C51AT89C51 单片机单片机 1 硬件特性 单片机集成度高 单片机包括 CPU 4KB 容量的 ROM 8031 无 128B 容量的 RAM 2 个 16 位定时 计数器 4 个 8 位并行口 全双工 串口行口 2 单片机工作条件 1 正确的电源条件 51系列单片机第40脚接电源 5V 第20 脚接地 电压过高或过低均会引起单片机CPU不工作 2 时钟电路 单片机指令执行是在时钟脉冲控制下进行的 2 时钟脉冲信号是由单片机内部时钟及 18 脚 19 脚外接晶振和电容 组成的时钟电路产生的 3 复位电路 复位是单片机的初始化操作 单片机启动运行 时 都需要先复位 其作用是使 CPU 和其他部件处于一个确定的初 始状态 并从这个状态开始工作 因而复位是一个很重要的操作 但 51 系列单片机本身不能自动进行复位 必须配合相应的外部电路 才能实现 89C51 单片机工作条件接线图如图 1 所示 123456 A B C D 654321 D C B A T itle N um berR evi sio nSi ze B D ate 14 F eb 20 12Sh eet of Fi le E 99 se勇勇勇 勇勇勇 dd bD raw n By P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P3 2 N T1 13 P3 1 IN T 0 12 P3 3 T 0 14 P3 4 T 1 15 E A V P 31 X 1 19 X 2 18 R ES ET 9 P3 6 W R 16 P3 7 RD P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 P0 3 36 P0 2 37 P0 1 38 P0 0 39 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PSE N 29 A LE P 30 P3 0 T XD 11 R XD 10 G ND 20 V CC 40 A T8 9C 51 12 M HZ C 1 30 pF C 2 30 pF C 3 10 uF R 11 47 0 R 12 10 K S 5V 图 1 单片机工作条件接线图 3 2A D3 2A D 转换的相关知识转换的相关知识 A D 转换器是将模拟信号转换为数字信号 常用的 A D 转换器 有逐次渐近行 双积分型 其中逐次渐近型 A D 转换器以转换精度 高 转换速度快的优点 获得了较为广泛的应用 3 33 3 气敏传感器气敏传感器 传感器技术是目前迅猛发展起来的高新技术之一 是现代科技 的开路锋 也是当代科学技术发展的重要标志之一 传感器可分为 光敏传感器 声敏传感器 气敏传感器 化学传感器 压敏 温敏 3 流体传感器 其中气敏传感器气体检测 气体报警中的应用比较广 泛 气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转 换器 探测头通过气体传感器对气体样品进行调理 通常包括滤除 杂质和干扰气体 干燥或制冷处理仪表显示部分 气体传感器包括 半导体气体传感器 电化学气体传感器 催化燃烧式气体传感器 热导式气体传感器 红外线气体传感器等 其中半导体气体传感器 的应用是非常广泛 它的成本很低 使用的寿命长 恢复的时间和 响应的时间比较快以及灵敏度很高 4 4 硬件设计硬件设计 本电路采用 89C51 单片机实现的家用煤气报警器如下图所示 该电路主要采用呢气敏传感器 信号放大器 A D 转换电路 单片 机电路 数码管显示 声音报警电路 硬件设计主框图如图 2 所示 气敏传感器信号放大器A D AT89C5 1 数码管 显示 声音 报警 电路 晶振 图 2 硬件框图 4 14 1 信号采集和放大电路信号采集和放大电路 信号采集和放大电路组成如下图所示 传感器输出来的信号 Vi 经过运算放大器 LM324 的同相输入端 但是为了保证引入的是负反 馈 输出端电压 Vo 通 R4 接到反相输入端 同时 反相输入端通过 电阻 R3 接到参考电压 V 信号采集和放大电路如图 3 所示 4 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date 16 Feb 2012Sheet of File E 99se勇勇勇 MyDesign1 MyDesign1 ddbDrawn By R2 100k R3 10k R4 39k R6 1 U1A LM324 R5 500k U2A LM324 14 25 NG1 2N007 9V VCC VCC 9V Vo P16 P11 Vi 图 3 信号采集和放大电路 4 24 2 数码管显示电路数码管显示电路 报警器的浓度显示采用数码管 P0 接两个数码管 共阴接法 P2 0 接数码管的十位 P2 1 接数码管的个位 数码管其结构如图 4 所示 5 123456 A B C D 654321 D C B A T itle Num berRevisionSize B Date 22 Feb 2012Sheet of File H 02 ddbDrawn By a bf c g d e VCC 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 DS AMBERCA 图 4 数码管结构图 4 34 3 A DA D 转换电路转换电路 经放大器放大后的煤气信号 Vo 送人 A D 转换电路 最后将信号 送人单片机内部 A D 转换电路如图 5 所示 123456 A B C D 654321 D C B A Title Num berRevisionSize B Date 20 Feb 2012Sheet of File C Docum ents and Settings Adm inistrator 勇勇 11 ddbDrawn By CS 1 RD 2 WR 3 CLK IN 4 INTR 5 VIN 6 VIN 7 AGND 8 VREF 2 9 DGND 10 PB7 M SB 11 PB6 12 PB5 13 PB4 14 PB3 15 PB2 16 PB1 17 PB0 LSB 18 CLK R 19 VCC VREF 20 U6 ADC0804 R13 1K R14 1K R15 10K C21 104 VCC VCC Q1 9018 V0 5V P3 5 P3 6 P3 7 图 5 A D 转换电路 4 44 4 声音报警电路声音报警电路 声音报警电路如下图所示 当煤气的浓度达到 8051 单片机内部 程序所设定的值时 报警电路中的喇叭将会发出刺耳的声音 将房 6 屋中的煤气浓度下降到安全值以下 声音报警将会自动解除报警 等待下一次报警 声音报警电路如图 6 所示 图 6 声音报警电路 5 5 软件设计软件设计 5 15 1 主程序设计流程图主程序设计流程图 7 开始 程序初始化 AD 转化 数据处理 是否超过报 警值 报警锁定 等待复位 浓度显示 8 5 25 2 报警电路程序设计报警电路程序设计 include include define uint unsigned int define uchar unsigned char sbit adrd P3 7 IO口定义 sbit adwr P3 6 sbit csad P3 5 sbit wei g P2 0 sbit wei s P2 1 sbit bjq P1 3 unsigned char j k adval void delay unsigned char i 延时程序 for j i j 0 j for k 125 k 0 k 开始 读取气显示 体浓度 是否大 于报警 值 启动报警器返回报警状态 9 uchar table 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f void display uchar sh c uchar g c 显示程序 wei g 1 wei s 0 P0 table g c delay 5 wei g 0 wei s 1 P0 table sh c delay 5 void main 主程序 uchar a A1 A2 while 1 csad 0 选通ADCS adwr 0 nop adwr 1 csad 1 关闭ADCS delay 10 for a 20 a 0 a display A1 A2 送去显示各位 P1 0 xff 读取P1口之前先给其写全1 10 csad 0 选通ADCS adrd 0 AD读使能 adval P1 AD数据读取赋给P1口 adrd 1 csad 1 关闭ADCS adwr 0 adval adval 0 25 数据处理 if adval 51 判断报警浓度大于20 报警 delay 20 if adval 51 bjq 1 while 1 报警控制 等待复位 A1 adval 10 分出十 和个位 A2 adval 10 6 6 小结 小结 新型家用煤气报警器采用呢从整体到部分 通过查阅资料详细 介绍呢家用煤气报警器 在智能方面 运用了 AT89C51 作为控制核 心 既体现单片机小系统的灵活性 又体现出智能控制 详细介绍 呢几个比较重要部分 并给出了程序 综合运用了数字电路 模拟 电路 单片机技术等主要基础知识 具有较高的技术含量 本设计 具有运行稳定可靠 灵敏度高 市场价值比较大 在现代电子不断发展的过程中 电子产品更新换代越来越快 小型化 集成化已经成为当代发