煤气检测系统设计

1、毕业设计（论文）毕业设计（论文） 专专 业业 通信技术通信技术 班班 次次 xxx 姓姓 名名 xxx 指导老师指导老师 www 成都电子机械高等专科学校成都电子机械高等专科学校 二零一一年五月十日 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 煤气检测系统的设计煤气检测系统的设计 摘要：摘要：当今社会上，出现了许多煤气报警器，而这些产品大都是针对煤气的泄漏所 做的相应的报警器，即为家庭式，随着社会的快速发展，煤气报警器也在发展。微 机控制技术、传感器在工业控制、机电一体化、智能仪表、通信、家用电器等方面 得到了广泛应用，显著提高了各种设备的技术水平和自动化程度。因此，对这些原 理和结构,

2、我们学习电子类的学生，就更需要很好的了解并掌握。 煤气检测系统采用at89c51单片机为系统的主控芯片，通过气体传感器对煤气 进行浓度的检测，煤气浓度经过放大处理和a/d转换，再通过单片机的数据处理， 实现报警功能，最后将煤气的气体浓度送给显示模块电路进行显示煤气浓度的功能 。最终达到实现对家用煤气漏气的报警和显示煤气浓度的功能。 关键词关键词 煤气检测；报警；单片机控制 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 目录目录 第第1章章 绪论绪论.1 1.1 课题研究的背景.1 1.2 课题研究的目的.1 1.3 国内外发展现状.1 第第2章章 煤气检测系统设计的基本内容煤气检测系统设计

3、的基本内容.3 2.1 煤气检测系统的主要任务.3 2.2 煤气检测系统的设计要求.3 第第3章章 煤气检测系统设计的硬件设计煤气检测系统设计的硬件设计.4 3.1 基于单片机实现.4 3.2 系统硬件电路的总体设计.5 3.2.1 气体传感器电路设计.5 3.2.2 放大电路的设计.9 3.2.3 a/d转换电路设计.10 3.2.4 单片机的最小系统设计.14 3.2.5 声光报警电路设计.16 3.2.6 数码管显示电路设计.17 第第4章章 煤气检测系统的软件设计煤气检测系统的软件设计.19 4.1 主程序设计流程图.19 4.2 a/d转换控制程序设计流程图.20 4.3 显示子程序

4、的设计流程图.21 4.4 报警子程序的设计流程图.22 第第5章章 系统的功能仿真系统的功能仿真.23 5.1 仿真软件介绍.23 5.2 煤气检测系统的模块仿真.23 5.2.1 a/d转换模块测试.23 5.2.2 显示模块测试.24 5.2.3 声光报警电路模块测试.25 5.3 系统误差分析.26 结语结语.27 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 致谢致谢.28 参考文献参考文献.29 附录附录1 煤气检测系统的仿真电路图煤气检测系统的仿真电路图.30 附录附录2 煤气检测系统的电路原理图煤气检测系统的电路原理图.31 附录附录3 浓度与电压值的对应关系浓度与电压值的

5、对应关系.32 附录附录4 煤气检测系统的源程序煤气检测系统的源程序.33 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 1 第第1章章 绪论绪论 1.11.1 课题研究的背景课题研究的背景 随着我国燃气的变革及西气东输工程的进行，煤气或天燃气已成为多数家庭的 燃料。每年，因煤气泄露造成的煤气中毒事故中，因使用热水器不当或产品本身的 质量问题，造成的煤气中毒事故，全国均有不少事例。有甚者，因室内煤气浓度过 高，引起煤气爆炸的事故也不少见。 家用煤气有时会因各种原因发生泄漏，煤气的主要成分是一氧化碳，是一种有 毒气体，遇到明火会发生燃烧甚至爆炸，所以如果在煤气泄漏时打电话，使用家用 电器的话

6、，煤气遇到电火花可能会发生爆炸事故。人呆在煤气泄漏的空间内，人体 吸入有毒气体一氧化碳后，一氧化碳将会迅速与血液中的红细胞结合导致人体中毒 昏迷，如果长时间吸入泄露的煤气甚至会发生中毒死亡。一氧化碳中毒属内科急症 ，如不及时发现及治疗，将会危及生命。近年来，我国部分地区非职业性一氧化碳 中毒事故时有发生。 1.21.2 课题研究的目的课题研究的目的 人们面对燃气泄漏而造成的种种事故威胁，就真的没有一个彻底的解决办法吗 ？据有关专家介绍，使用燃气报警器是对付燃气无形杀手的重要手段之一。燃气专 家指出，燃气泄漏或废气排放而大量产生的一氧化碳是燃气中毒事响应的根源，如 采有用燃气泄漏报警器就能得到及

7、时的警示人们。有关部门经长期测试同样得出结 论，燃气报警器防止一氧化碳中毒事故发生的有效率达95%以上。 为了防止中毒事件再次发生，提出利用单片机系统进行有效的预防对策。所以 怎样防止煤气中毒与爆炸已成为人们的迫切需要。为此，我们需要设计煤气检测系 统来更好的解决这一个问题。 1.31.3 国内外发展现状国内外发展现状 居民家庭用的燃气报警器，一般安装在厨房里。当遇到燃气泄漏时，煤气的浓 度达到一定值后，报警器可发出声光报警，或同时伴有数字显示；于此同时，还可 以联动外部设备，有的报警器可自动开启排风扇，把燃气排出室外；有的报警器在 报警时，可以自动关闭燃气阀门，以防燃气继续泄漏。 在应用方面

8、，目前，最广泛的是可燃性气体气敏元件传感器，已普及应用于气 体泄漏检测和监控，从工厂企业到居民家庭，应用十分广泛。仅以用于安全保护家 用燃气泄漏报警器为例，日本早在1980年1月开始实行安装城市煤气、液化石油气报 警器法规，1986年5月日本通产省又实施了安全器具普及促进基本方针。美国目前已 有6个州立法，规定家庭、公寓等都要安装co报警器。 报警器种类也相当繁多，有用于一般家庭、集体住宅、饮食餐店、医院、学校 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 2 、工厂的各种气体报警器和系统，有单体分离型报警器、外部报警系统、集中监视 系统、遮断连动系统、防止中毒报警防护系统等。结构型式有袖

9、珍型便携式、手推 式、固定式报警等；工业用固定式报警又有壁挂式、台放式、单台监控式、多路巡 检式等。气体检测技术与计算机技术相结合，实现了智能化、多功能化。美国工业 科学公司（isc）一台携带式气体监控仪可实现4种气体监测，采用了统一的软件， 只需要换气体传感器，即可实现对特定气体监测。美国国际传感器技术（ist）公司 应用一种“megacas传感器和微程序控制单元，可检测100种以上毒性气体和可燃性 气体，通过其“气体检索”功能扫描，能很快确定是哪一种气体。 可燃气体传感器的发展也成为气体检测系统的代表性标志。 国外气体传感器发展很快，一方面是由于人们安全意识增强，对环境安全性和 生活舒适性

10、要求提高；另一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动。 因此，国外气体传感器技术得到了较快发展，据有关统计猜测，美国1996年 2002年气体传感器年均增长率为（2730）。 目前，气体传感器的发展趋势集中表现为：一是提高灵敏度和工作性能，降低 功耗和成本，缩小尺寸，简化电路，与应用整机相结合，这也是气体传感器一直追 求的目标。气敏元件传感器作为新型敏感元件传感器在国家列为重点支持发展的情 况下，国内已有一定的基础。其现状是： （1）烧结型气敏元件仍是生产的主流，占总量90以上；接触燃绕式气敏元件 已具备了生产基础和能力；电化学气体传感器有了试制产品； （2）在工艺方面引入了表面掺杂、

11、表面覆膜以及制作表面催化反应层和修隔离 层等工艺，使烧结型元件由广谱性气敏发展成选择性气敏；在结构方面研制了补偿 复合结构、组合差动结构以及集成化阵列结构；在气敏材料方面sno2和fe2o3材料已 用于批量生产气敏元件，新研究开发的al2o3气敏材料、石英晶体和有机半导体等也 开始用于气敏材料； （3）低功耗气敏元件（如一氧化碳，甲烷等气敏元件）已从产品研究进入中试 ； （4）国内气敏元件传感器产量已超过“九五”初期的400万支。产量超过20万 支的主要厂家有5家，黑龙江敏感集团、太原电子厂、云南春光器材厂、天津费加罗 公司（合资）、北京电子管厂（特种电器厂），其中前四家都超过100万支，据行

12、业 协会统计，1998年全国气敏元件总产量已超过600万支。 总的看来，我国气敏元件传感器及其应用技术有了较快进展，但与国外先进水 平仍有较大的差距，主要是产品制造技术、产业化及应用等方面的差距。 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 3 第第2 2章章 煤气检测系统设计的基本内容煤气检测系统设计的基本内容 煤气测量系统中，设计一套具有有毒气体检测功能、报警功能、能够判断室内 空气中煤气的泄露情况和显示当前室内有毒气体的浓度，用单片机控制报警器是否 需要报警。 煤气检测系统由硬件和软件两大部分组成。硬件部分主要包括气体传感器电路 、放大电路、a d转换电路、 单片机最小系统、单片机

13、控制电路和报警电路和数码管显示电路。气体传感器用来 检测室内空气中有毒气体的浓度，当室内空气中有毒气体含量超过允许标准浓度后 ，气体传感器所获得的感应信号，通过放大处理以后，再经过单片机的处理，控制 报警电路发出报警处理。软件部分主要包括ad的采样程序、数据处理、报警程序和 显示程序。 煤气检测系统设计在硬件设计方面，主要研究组成家用煤气泄漏报警控制系统 的单片机芯片、气体传感器的使用方法，同时研究电路设计思路、电路组成，包括 气体传感器、放大电路、单片机、声光报警电路和显示电路的设计，给出系统的整 体结构框图、仿真电路图和整体电路原理图。 2.12.1 煤气检测系统的主要任务煤气检测系统的主

14、要任务 本论文是煤气检测系统设计的研制，主要完成： (1) 对煤气检测整个系统进行了整体规划； (2) 对煤气检测系统进行硬件设计和软件流程设计，分为主程序设计，a/d转换控制程序 的设计，数据处理，浓度显示程序设计、声光报警子程序设计等； (3) 软件的调试，功能仿真； (4) 画出煤气检测系统的电路原理图。 2.22.2 煤气检测系统的设计要求煤气检测系统的设计要求 由于煤气检测系统主要包括气体传感器电路、放大电路、a d转换电路、单片机最小系统、声关报警电路和数码管显示电路等部分。 本论文要求做以下设计： (1) 气体传感器对煤气是否泄漏进行检测； (2) 放大电路对检测出微弱的电压信号

15、进行一定的放大处理； (3) a/d转换程序设计，a/d转换器能够时刻的对放大的电压信号进行采集； (4) 根据有毒气体浓度与采集的电压信号的关系进行数据转换处理； (5) 显示程序的设计，用4位数码管显示所测得的煤气浓度值。 (6)声关报警控制程序设计，根据气体浓度进行相应的处理. 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 4 第第3 3章章 煤气检测系统设计的煤气检测系统设计的硬件设计硬件设计 3.13.1 基于单片机实现基于单片机实现 微处理器的出现极大地促进了生产力的发展，提高了人们生活的质量，实现了 工业的现代化和自动化。基于8位和16位单片机的嵌入式设备(如仪器仪表、数据采

16、 集和显示、过程控制、工业自动化等)的实时应用、测控系统正在走向网络智能化。 这就要求企业从现场控制层到管理层能实现全方位的无缝信息集成，实现远程维护 、智能诊断以及远程管理功能，提供一个开放的基础构架，并具有高可靠性、分散 控制、集中监视和管理的功能。 针对目前微型处理器的处理芯片的不同，本设计是基于at80c51单片机实现煤气 检测系统的设计。 基于at89c51单片机实现的煤气检测系统的具体方案如图3- 1所示。该方案主要包括了可燃气体传感器、a/d转换器、at89c51单片机控制电路、 声光报警电路以及数码管显示电路。 气体传感器输出为模拟量，很微弱需要进行放大电路的处理，单片机处理的

17、是 数字信号，需要利用a/d转换器，将模拟量转换成数字量送给at89c51单片机进行数 据的处理；声光报警电路里使用蜂鸣器作为报警用，同时还用led灯进行相应的指示 ，以便于提醒注意；单片机的最小系统是at89c51单片机工作的前提条件；显示电路 采用了4位集成的数码管进行显示，由at89c51单片机进行控制实现显示。 图3-1 基于at89c51的单片机的煤气检测系统组成框图 在煤气检测系统组成框图3- 1中所示，系统以单片机at89c51为控制的核心，配合外围电路共同完成信号采集、 浓度的显示、声光报警电路的功能设计等。其中传感器采用的是mq- 5，该传感器外形小，气体响应快，性能稳定，低

18、功耗，常适用于泄漏监测器。放大 电路采用的是lm324运放进行放大微弱的信号。a/d转换器采用的是adc0809，它是采 样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件，具有功耗低，性能稳定的 特点。数码管使用4位集成的共阴数码管。 单片机 at89c51 4位数码管显示 报警和指示灯 a/d 放大器气体 传感器 单片机 最小系统 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 5 3.23.2 系统硬件电路的总体设计系统硬件电路的总体设计 系统硬件电路的总体设计主要包括了气体传感器电路设计、放大电路设计、a/d 转换器电路设计、单片机的最小系统、声光报警电路设计、数码管显示电路的设计

19、和电源电路的设计等。 .1 气体传感器气体传感器电路设计电路设计 气体传感器可以分为六大类： (1) 半导体气体传感器。 (2) 固体电解质气体传感器。 (3) 接触感染式气体传感器。 (4) 电化学式气体传感器。 (5) 光学式气体传感器。 (6) 高分子气体传感器。 气体传感器应满足的基本条件 一个气体传感器可以是单功能的，也可以是多功能的；可以是单一的实体，也 可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。但是，任何一个完整的气体传感器都必 须具备以下条件： (1) 能选择性地检测某种单一气体，而对共存的其它气体不响应或低响应。 (2) 对被测气体具有较高的灵敏度，能有效地检测允

20、许范围内的气体浓度。 (3) 对检测信号响应速度快，重复性好。 (4) 长期工作稳定性好。 (5) 使用寿命长。 (6) 制造成本低，使用与维护方便。 气体传感器的分类和基本条件为选择那种气体传感器提供了参考的依据。气体 传感器是气体与气味检测的关键元件。我们选择的气体传感器是mq-5 mq-5气体传感器技术参数 mq-5特点 * 对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度 * 对乙醇，烟雾几乎不响应 * 快速的响应恢复特性 * 长期的使用寿命和可靠的稳定性 * 简单的测试电路 mq-5应用 适用于家庭或工业上对液化气，天然气，煤气的监测装置。优良的抗乙醇，烟 雾干扰能力。 成都电子机械高等专科

21、学校 通信工程系毕业设计论文 6 mq-5规格说明 图3-2 规格说明书 mq-5气敏元件的结构和外形，如图3-2所示(结构a或 b), 由微型al2o3陶瓷管、sno2 敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 7 器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有只针状管脚，其中 个用于信号取出，个用于提供加热电流，测量电路如图3-2所示 。 图3-3 灵敏度特性曲线 图3-3中纵坐标为传感器的电阻比（rs/ro），横坐标为气体浓度。 rs 表示传感器在不同浓度气体中的电阻值 ro 表示传感器在1000p

22、pm 氢气中的电阻值 如图3-3所示，给出了mq- 5型气敏元件的灵敏度特性曲线，从中可以找出气体浓度的斜率近似的可以看成是线 性变化。 图3-4 温湿度特性 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 8 图3-4给出了mq-5型气敏元件的温湿度特性 mq- 5型气敏元件对不同种类，不同浓度的气体有不同的电阻值。因此，在使用此类型气 敏元件时，灵敏度的调整是很重要的。我们建议您用1000ppm异丁烷或氢气校准传感 器。当精确测量时，报警点的设定应考虑温湿度的影响。 42 13 co 传传传 42 13 传传传传传传 vh vcc rl vss 图3-5气体传感器管脚与基本测量电路图 如

23、图3- 5里，其中2、4端为加热器的电源接线端,1、3为传感器输出端,气体传感器工作原理 是把传感器置于co气体环中,sno2薄膜层的电阻会随着co浓度的变化而变化,co浓度 越大,sno2薄膜层阻值越小。图3- 5为取得气体传感器输出信号的基本电路图,vh为加热电压,传感器电阻rs与负载电阻 rl串联接到工作电压vcc两端, 由此可得关系:vrl=rlvcc/（rl+rs） 传感器阻值rs随着co浓度的增大而减小时,输出负载电压vrl逐渐变大,所以通过 测量负载电压即可反应出被测对象的co浓度。 一氧化碳达到一定浓度以后，会引起中毒的可能症状 50ppm 健康成年人在八小时内可以承受的最大浓

24、度 200ppm 2-3小时后，轻微头痛、乏力 400ppm 1-2小时内前额痛；3小时后威胁生命 800ppm 45分钟内，眼花、恶心、痉挛；2小时内失去知觉； 1000ppm 1小时内死亡 1200ppm 45分钟可能导致死亡 我们从上面的数据可以看出来，随着一氧化碳的浓度的升高，co对我们的身体 的健康就会造成更大的伤害，所以，我将co浓度与报警控制处理方式，进行了划定 ，为编程参考作为依据。 表3-1 co浓度与控制处理 co浓度（ppm）控制处理方式说明 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 9 400正常情况处理指示灯亮绿色 400 一般报警小喇叭报警 800 严重报警

25、指示灯亮红色且小喇叭报警 一氧化碳的浓度在400ppm范围以内，我们就按照正常情况处理，即不需要报警处理 ； 当一氧化碳的浓度大于等于400ppm以后，我们就按照一般报警情况处理，目的是为 了开始进行报警提示，以便于提醒人们的注意；当一氧化碳的浓度达到800ppm值以 后，我们就必须的进行严重的报警处理。 co气体传感器属于气敏传感器，通过放大处理后，再经过a/d转换电路将模拟量 转换成数字量后送到单片机，经过单片机完成数据处理及报警控制，最后送给数码 管显示。气体传感器作为煤气泄露测试装置报警器的信号采集部分。由此可见，气 体传感器是本系统检测的起点也是系统的核心和重点，选择合适的传感器成为

26、决定 系统成功的关键。 .2 放大电路的设计放大电路的设计 由于气体传感器采集的电信号一般很小，而且存在共模成分，需要经过放大电 路放大，之后方可进行a/d转换。气体传感器输出的信号幅度很小，存在着不同程度 的电磁干扰，因此在本设计中，放大电路采用lm324放大器进行放大，对来自传感器 的信号经行精密放大，同时抑制共模成分提高信号质量。 lm324系列器件为四运算放大器，lm324的引脚排列见图3- 6所示。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大 器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下。共模输入范围包括负电源，因而消 除了在许多应用场合中采用

27、外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器，可用图3- 6所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“- ”为两个信号输入端，“v+”、“v- ”为正、负电源端，“vo”为输出端。两个信号输入端中，vi-（- ）为反相输入端，表示运放输出端vo的信号与该输入端的位相反；vi+（+）为同相 输入端，表示运放输出端vo的信号与该输入端的相位相同。 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 10 图3-6 lm324的引脚 放大电路设计中，我们采用一个增益可调的同向放大电路，计算公式为av=1+rf /r2，其中rf=200k(可调的)，r2取10k,av最大可达21，从而给调试带来了极大方

28、便 。它可以构成仪表的放大器，具有线性度优良、温度稳定性高和体积小、可靠性高 等优点。 图3-7 气体传感器的放大电路设计 由lm324构成的气体传感器的放大电路如图3- 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 11 7所示。在图中接口j3为气体传感器的电源接口，气体传感器与电阻rv构成串联型分 压式电路，直流电压+5v经过稳压处理以后，电压比较稳定，给mq- 5提供供电电压和加热电压；lm324构成增益可调的放大电路，放大电路的输出端1管 脚接入adc0809的in0引脚。 .3 a/da/d转换电路转换电路设计设计 adc0809芯片有28条引脚，如图3-8 ad

29、c0809管脚图所示，采用双列直插式封装，下面说明各引脚功能。 in0in7：8路模拟量输入端。 d0d7：8位数字量输出端。 adda、addb、addc：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。 ale：地址锁存选通信号，输入高电平有效。 start： ad转换启动信号，输入高电平有效。 eoc： ad转换结束信号，当ad转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低 电平）。 oe：数据输出允许信号，输入高电平有效。当ad转换结束时，此端输入一个 高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 clk：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640khz。 ref（+）、ref（- ）：基准

30、电压输入端,它们决定了输入模拟电压的最大值和最小值. vcc：电源，接5v。 gnd：接地。 图3-8 adc0809管脚图 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 12 adc0809芯片主要特性: 1. 8路8位ad转换器，即分辨率8位,n=8 2. 具有转换起停控制端 3. 转换时间为100s 4. 单个5v电源供电 5. 模拟输入电压范围05v，不需零点和满刻度校准 6. 工作温度范围为-4085摄氏度 7. 低功耗，约15mw adc0809芯片的几个重要技术指标： 1、转换速度 转换速度是指完成一次a/d转换所需时间的倒数，是一个很重要的指标。a/d转 换器型号不同，转换

31、速度差别很大。通常，8位逐次比较式adc的转换时间为100us左 右。由于本系统的控制时间允许，可选8位逐次比较式a/d转换器adc0809。 2、adc位数的选择 a/d转换器的位数决定着信号采集的精度和分辨率。 对于该8个通道的输入信号，8位a/d转换器， 精度：=0.39%. 2 8 1 256 1 分辨率 ：=0.0195323v20mv(输入为05v时) 2 8 vref 256 5 量化误差：q=10mv 2 8 vref 2 1 说明：vrefa/d转换器的参考电压，即为基准电压，选取vref=5v； adc的二进制位数，n=8； n adc0809是cmos单片型逐次逼近式ad

32、转换器，它由8路模拟开关、地址锁存与 译码器、比较器、8位开关树型ad转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其 它一些电路组成，adc0809内部结构如图3-9所示。 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 13 图3-9 adc0809内部结构图 adc0809具有8个通道的模拟输入线(in0in7)，且有三态输出能力，既可与各 种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与ttl兼容。可在程序控制下对任意通道 进行a/d转换，获得8位二进制数字量(d7d0)。模拟输入部分有8路多路开关，可由 3位地址输入adda、addb、addc的不同组合来选择，ale为地址锁存信号，高电平有 效

33、，锁存这三条地址输入信号。具体的通道选择如表3-2所示： 表3-2 模拟通道选择 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 14 本设计是使用通道in0，所以，将dac0809的c、b和a管脚都接地，即为选通模拟 输入线in0。 adc0809的工作过程 图3-10adc0809的工作时序图 如图3- 10所示，当模拟量送至某一输入通道in0后，cpu将标识该通道编码的三位地址信号 经数据线或地址线输入到addc、addb、adda引脚上。然后输入3位地址，并使ale=1 ，将地址存入地址锁存器中。start上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动ad 转换，之后eoc输出信号变低，指示

34、转换正在进行。直到ad转换完成，转换开始,e oc变为高电平，指示ad转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断 申请。转换结束,oe输入高电平，eoc可作为中断请求信号,转换结束后，可通过执行 in指令，设法在输出允许oe脚上形成一个正脉冲，输出三态门打开，转换结果的数 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 15 字量输出到数据总线上。 如图3- 11所示，a/d转换电路设计中，其中adc0809的ale和start端一起连接at89c51的p1.3 口。eoc经过一个反相器连接p3.2口，oe（enable）连接p1.4口。adda,addb,addc连 接在一起接gn

35、d，相当于选通通道in0。传感器通过放大以后，再经过通道in0，将信 号传送给adc0809，通过a/d转换以后，送给单片机进行相应的处理。 图3-11 a/d转换电路设计 .4 单片机的最小系统设计单片机的最小系统设计 单片机的最小系统主要包括：晶振电路、复位电路、电源电路等。 (1) 晶振电路，即为时钟振荡器，如图3-12所示。 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。 图3-12 时钟振荡器 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 16 (2) 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

36、的高电平时间。 复位电路如图图3-13所示。 图3-13 复位电路 复位电路和电源及振荡电路是c51单片机工作的最小系统。具体电路图如图3- 14所示。 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 17 3-14 时钟和复位电路 (3) 电源电路 单片机的vcc:电源端，vss ：接地端。at89c51工作电压为5v。 图3-15 电压电路设计 .5 声光报警电路设计声光报警电路设计 图3-16声光报警电路设计 声光报警电路设计的电路图如图3-16所示。 声光报警电路设计与单片机的连接和控制关系如表3-3所示: 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 18 表3

37、-3 声光报警电路设计与单片机的连接和控制关系表 与单片机的连接关系给高电平给低电平 d1(led_red)连接p1.5不报警，灭报警亮红灯 d2(led_green)连接p1.6不报警，灭不报警亮绿灯 q1(speaker)连接p1.7报警，报警声不报警不响 单片机at89c51的p1.7接晶体管基极输入端，当单片机at89c51的p1.7置1时，三 极管q1导通，蜂鸣器两端处于高电平状态，使蜂鸣器鸣叫，处于一般报警状态。当p 1.7输出低电平0时，三极管截至，蜂鸣器不发声。 p1.6控制led_green的亮灭情况，正常情况下，点亮led_green，作为指示 功能，表明处于正常正常情况。

38、 p1.5控制led_red的亮灭情况，严重报警的时候点亮led_red，并且蜂鸣器 发声，表明处于严重报警情况。 报警和指示灯的作用就是为了提醒人们的注意。 .6 数码管显示电路设计数码管显示电路设计 3-17 数码管显示电路 显示用集成的4位数码管，七段码与p0口直接相连，用于输出p0口的数据给数码 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 19 管；p0口上拉100的电阻，为了增加驱动能力；位选用p1.0p1.2通过74ls138译码器 进行位选，指定所选的具体的一位。 具体的逻辑关系如下表3-4所示： 表3-4 位选表 74ls1384位集成数码管 cba译中选

39、中对应的 000y0第一位（仟） 001y1第二位（百） 010y2第三位（十） 011y3第四位（个） 4位集成数码管选用的是共阴级的数码管。七段码用高电平可以点亮相应的各段 码，具体的逻辑关系如下表3-5所示： 3-5七段码表 d7d6d5d4d3d2d1d0显示 字符dpgfedcba 七段 码 0001111113fh 10000011006h 2010110115bh 3010011114fh 40110011066h 5011011016dh 6011111017dh 70000011107h 8011111117fh 9011011116fh . 1000000080h 成都电子

40、机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 20 第第4 4章章 煤气检测系统的软件设计煤气检测系统的软件设计 本论文中，软件解决的主要问题是检测气体传感器的有毒气体浓度信号，然后 对信号进行放大、a/d 转换，数据处理，浓度显示，以及警报处理。 4.14.1 主程序设计流程图主程序设计流程图 y n 图4-1主程序设计流程图 主程序设计流程图如图4- 1所示，adc0809对传感器检测的信号经过放大后的信号，进行a/d转换,单片机对转 程序初始化 启动a/d转换， 采集数据 单片机处 理和控制 是否超过 报警值 执行报警处理 浓度显示 开始 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 2

41、1 换后的信号进行数据处理后，将浓度值与报警值相比较，判断是否报警。同时送入 数码管显示气体浓度值。 4.24.2 a/da/d转换控制程序设计流程图转换控制程序设计流程图 图4-2 a/d转换控制程序设计程序流程图 a/d转换控制程序设计程序流程图如图4- 2所示。在硬件电路中start，ale这两个信号端连接在一起，并与p1.3相连接，这时 通过软件输入一个正脉冲信号，便立即启动模数转换。当eoc由低电平变成高电平 时，经过一个反相器送给p3.2口一个脉冲，来启动外部中断int0，同时给oe端一个 高电平，读取数据。 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 22 4.34.3 显

42、示子程序的设计流程图显示子程序的设计流程图 图4-3显示子程序流程图 显示子程序流程图如图4- 3所示。单片机读取要显示的数据后，通过相应的计算，计算出要显示的数据的最高 位，第二位，第三位和第四位。然后通过相应的片选信号，在各个数码管上显示对 应的数据。 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 23 4.44.4 报警子程序的设计流程图报警子程序的设计流程图 图4-4报警子程序的设计流程图 报警电路控制程序设计流程图如图4- 4所示。读取可燃气体浓度值后，判断是否大于设定的报警值。当超过报警值时，启 动报警器报警。 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 24 第第5 5

43、章章 系统的功能仿真系统的功能仿真 5.15.1 仿真软件介绍仿真软件介绍 proteus(海神)的isis是一款labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真 各种电路和ic，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片 机软件仿真系统。因此，本次设计仿真采用proteus软件。 该软件的特点： (1)满足提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。 (2)具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真 、rs一232动态仿真。1c调试器、spi调试器、键盘和lcd系统仿真的功能；有各种虚 拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。

44、 (3)目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、avr系列、pic12系列、p ic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列以及各种外围芯片。 (4) 支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和spice分析于一身的仿 真软件，功能极其强大，可仿真51、avr、pic。 5.5.2 2 煤气检测系统的模块仿真煤气检测系统的模块仿真 在模块仿真测试中，连接电压的滑动变阻器输出一个电压信号，经过adc0808， 单片机处理，在数码管显示滑动变阻器两端的电压值。此次仿真的目的是验证各个 模块的控制程序的正确与否，同时判断电路连接的正确性。 .1 a

45、/da/d转换模块测试转换模块测试 a/d转换模块测试仿真图如图5- 1所示。用滑动电阻代替了传感器。滑动电阻在电压下产生一个电压信号送给adc080 8，电压信号经过模数转换以后，送给了单片机。 备注说明：由于在proteus的元件库里没有adc0809仿真的模型，所以这里有的是adc 0808进行的仿真。 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 25 图5-1 a/d转换模块测试仿真图 .2 显示模块测试显示模块测试 图5-2显示模块测试仿真图 显示模块测试仿真图，如图5- 2所示。at89c51通过p1.0、p1.1、p1.2控制74ls138进行译码译中相应的

46、某一位，即 进行位选功能。p2口把接收到的电压数据值在单片机里进行处理，最后，通过p0口 将数据送给数码管上面进行相应的显示数据。 现在，为了验证显示模块程序是否正确，这里就直接显示电压值，对ad转换过 来的电压值就没有处理，直接将电压值通过p0口将数据送给数码管上面进行相应的 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 26 显示数据；通过，数码管显示的电压和模拟的电压比较，看是否正确，通过多次仿 真和调试，最后显示模块测试仿真图结果如图图5- 2所示。该显示模块测试主要是用来验证at89c51,74ls138和adc0808的相关软件程序 正确与否，由图5- 2所示中显示的数据来看，

47、程序是正确的；同时验证了at89c51,adc0808的软件编译 程序也是正确的，它们都能控制相关的硬件正常工作。 .3 声光报警电路模块测试声光报警电路模块测试 图5-3 声光报警电路模块测试正常情况仿真图 图5-4 声光报警电路模块测试一般报警仿真图 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 27 图5-5 声光报警电路模块测试一般报警仿真图 声光报警电路模块测试仿真图如图5- 3所示，at89c51的p1.7口控制小喇叭是否报警； p1.6控制led_green的亮灭情况，正常情况下，点亮led_blue，作为指示功能， 报警时熄灭led_green；表明处于正常

48、正常情况。如图5-3所示。 p1.7控制小喇叭的是否响的情况，一般报警的时候只是小喇叭在响，其余指示 灯熄灭；进行一般报警处理 ，如图5-4所示。 p1.5控制led_red的亮灭情况，报警的时候点亮，。并且进行相应的报警处理 ，如图5-6所示，是严重报警，此刻不仅led_red闪烁，而且小喇叭也报警。 该模块测试主要是用来验证控制小喇叭和指示灯相关的软件程序是正确的。由 图5-3、图5-4和图5- 5中可知，程序是正确的。当没有超过一定的浓度值是处于正常情况，led_green的 亮，led_red灭，小喇叭不响，处于不报警状态，即为正常情况处理。当at89c51接 收到的数据值超过一定浓度

49、值时，能控制小喇叭报警但led_red不亮，即处于一般报 警状态；当at89c51接收到的数据值超过一定浓度值时，能控制小喇叭报警和led_re d亮，即处于严重报警状态； 5.35.3 系统误差分析系统误差分析 由于气体传感器的气体浓度和输出电压直接的关系，mq- 5的技术参数里没有明确的给出气体浓度与输出电压的分度表，所以，通过看图3-3 灵敏度特性曲线得到的气体浓度值(单位为ppm)与输出电压值(单位为mv)的关系可能 有很一定误差在里面，所以，就需要进行调试仿真电路，看仿真结果和预期的结果 是否一致，存在多大的误差，然后，考虑如何进一步改进电路和程序。由于存在器 件选型和仿真条件的限制

50、，所以，就考虑一种使用proteus进行模型的仿真，实际的 电路可能和仿真的结果，很有可能还会有一定的差距。 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 28 结结语语 通过这次毕业设计，将我大学里所学到的大多数电路知识都用到了该电路设计 里，我觉得我学到了不少的东西，虽然从开始做毕业设计的时候，我很害怕自己做 不了，自己不能够独立的完成，但是通过自己做毕业设计的这段时间，我不断的巩 固以前学过的知识、问老师、同学和查资料，最后，通过自己的努力和不断的摸索 以后，我还是坚持到了最后，我现在基本上做完了。在做毕业设计期间，有自己努 力的付出、老师的耐心的讲解和同学的支持，我一直在坚持，我相

51、信我能够做好。 所以，我遇到什么不懂的地方，我想不明白我就问老师和同学。最后，直到弄懂为 止，这个过程中，有苦有甜，当我仿真出结果的那一刻，我是很激动和兴奋的，它 验证了，我的想法是对的，那个时候，我觉得感觉很好。 当然，在很多地方，可能还有不少不足的，由于时间和自己掌握电路知识的情 况所致，请老师能够为我指出和谅解。 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 29 致谢致谢 首先，衷心感谢我的指导师熊建老师，在我做毕业设计期间对我的耐心指导。 熊老师在我遇到困难时给予了很多帮助和鼓励。他以平和、真诚的交流方式给我提 示和指导，帮助我解决论文中遇到的问题。本论文能够顺利完成，熊老师起到

52、了重 要作用。 其次，在设计期间，我学到了不少知识和理论，明白了如何去处理事物，怎样 去提出问题，怎么分析问题，然后怎么解决问题。在解决问题的同时，我遇到过种 种困难，我学会了坚强，要求自己战胜困难。同时，我们宿舍的其她学生给予了我 支持和帮助，对她们我表示感谢。我在这也特别感谢我的同学和老师，在设计中给 了我很大的帮助和支持。也感谢我同组的所有同学，没有你们我也不行。 最后，我再次衷心地感谢对我帮助和关心的老师和同学们，谢谢你们的帮助！ 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 30 参考文献参考文献 1 曾一江.单片微机原理与接口技术m.m科学出版社，2006 2 张迎新.单片机应

53、用设计培训教程m.北京：北京航空航天大学出版社，2008 3 童诗白，华成英. 模拟电子技术基础m.北京：北京高等教育出社，2001 4 张福学. 传感器应用及其电路精选m北京：北京电子工业出版社，1991 5 刘广玉.新型传感器技术及应用m.北京：北京航空航天大学出版社.1989 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 31 附录附录1 煤气检测系统的仿真电路图煤气检测系统的仿真电路图 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 32 附录附录2 煤气检测系统的电路原理图煤气检测系统的电路原理图 成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业设计论文 33 附录附录3 浓度与电压值

54、的对应关系浓度与电压值的对应关系 uout(mv) db值煤气浓度值 uout(mv) db值煤气浓度值 8.415206430120 9.366246631124 14.182869.633132 16.493271.834136 18.693676.236144 20.9114078.637148 22.6114484.240160 24.7124886.941164 27.1135294.144176 29145697.146180 31.2156010750200 33.7166411052204 35.1176812358228 36.7187212759236 40.3197614568273 42.3208015070280 44.6228417883332 47.2239218386340 502496229106424