单点可燃性气体监测系统仿真毕业设计

1、盐城工学院本科生毕业设计说明书( 2012)单点可燃性气体监控系统的设计摘 要：随着城市煤气、天然气事业及化学工业的迅速发展，易燃、易爆的气体种类和应用范围在不断增加，这些易燃易爆气体在生产和使用过程中，一旦发生泄露将会引起中毒、火灾、爆炸等重大事故。在人们对安全生产的重视程度和生产技术手段不断提高的同时，可燃气体监测报警器正广泛地应用在这些领域中。可燃气体监测报警器是预防易燃易爆气体在生产和使用过程中发生泄露的报警装置。因此，可燃性气体报警器的研究是很有意义和必要的。课题主要阐述了可燃气体监测报警器的设计。报警器的总体工作流程是：a/d转换芯片将传感器送来的模拟量转化成数字量送给单片机，然后

2、进行数字滤波，数据处理，将电压信号转化成为对应的浓度值。最后，将实际可燃气体浓度送液晶lcd12864显示，当有可燃气体浓度超出设定的限定值时，则单片机将驱动蜂鸣器实现报警功能。实验表明，课题设计的可燃气体监测报警器具有性能稳定，测量准确等优点，因此，是一种具有较好实用价值的气体监测装置。关键词：报警器；stc89c52单片机；蜂鸣器the design of single point of combustible gas monitor alarm apparatusabstract: with the rapidly development of the city gas, natural

3、 gas utilities and the chemical industry, flammable, explosive gas type and range of applications is increasing, the flammable and explosive gases in the process of production and use, in the event of leakage will be caused by poisoning, fires, explosions and other major accidents. people of the imp

4、ortance of safety in production and the production of technical means to continuously improve, the combustible gas alarm monitoring are widely used in these areas. combustible gas alarm monitoring is the prevention of explosive gas in the production and use of the leakage occurred during the alarm.

5、so the design of combustible gas monitor alarm apparatus is necessary and takes remedial measures.the topic elaborated on combustible gas alarm monitoring software design. alarm overall workflow is: a / d conversion chip will be sent to the analog sensors into digital to the microcontroller, and the

6、n proceed to digital filtering, data processing, the voltage signal into the corresponding concentration value. finally, the actual concentration of combustible gases to send lcd12864, when the concentration of combustible gases in excess of the limit value set, then the realization of single-chip d

7、rive buzzer alarm function. the experimental results show that this method is designed to monitor combustible gas alarm has a stable performance, accurate measurement, therefore, is a good practical value of the gas monitoring device.key words: alarm; sensor; single-chip; buzzeri目 录1 概述11.1 课题的背景11.

8、2 课题的意义11.3 课题采用的设计方案11.4 系统实现的功能22 硬件系统的设计32.1最小系统的设计32.1.1 89c52单片机中断系统42.1.2 单片机的复位电路52.2 ad转换电路的设计52.4 采集模块的设计82.4.1 气体采集模块的设计82.4.2 电压跟随器电路102.5 声温报警电路的设计112.5.1 报警电路的设计112.5.2 测温电路的设计122.6 显示电路的设计132.6.1 lcd12864引脚定义132.7 键盘输入控制电路的设计153 可燃气监测报警器的软件设计163.1主程序流程图163.2 a/d转换子程序设计173.3 数据处理的设计203.

9、3.1 数值滤波的平均滤波法设计203.3.2 数据处理203.4 显示子程序的设计213.5 报警模块的程序设计223.6 温度采集子程序流程图233.7 键盘扫描电路244 系统的仿真演示264.1 仿真软件proteus简介264.2. proteus具备功能264.3 仿真图演示275 结束语30参考文献31致 谢32附 录33附录1 程序清单33附录2 气体检测系统原理图52附录3 元器件目录表53i盐城工学院本科生毕业设计说明书( 2012)单点可燃性气体监控系统设计1 概述1.1 课题的背景随着我国改革开放的不断深入，工业化的发展，人类的生活水平在不断地提高；然而与此同时，工作环

10、境的污染却不断地在增加。我们的生活环境中存在着各种各样的有毒有害，易燃易爆气体，从家用液化石油气、城市煤气以及天然气到工业生产过程中产生的气体、交通工具中排放的各种气体都在不断地污染环境，影响人类的生存。这些气体在带给人们能源、生产生活提供方便的同时，由于它们本身是有毒、易燃的化学物品，故而也给燃气燃具用户深深埋下了火灾、中毒、爆炸的隐患。由于人们感官缺乏对各种可燃气体的感知，特别是对可燃气体浓度的判断能力是有限的，因而研制出能够感知并判别气体的种类和测量气体浓度的仪器就变得尤为必要。1.2 课题的意义课题模拟设计一种可燃气体监测报警器，可用于监测空气中可燃气体的浓度，并且能将气体的浓度显示在

11、液晶屏12864上，当空气中的可燃气体的浓度达到一定的警界值时，发出报警声音，从而能够保障人们自身和生产与生活的安全，这对我们生活安全性的提高，有着深刻的意义。1.3 课题采用的设计方案a. 方案一（采用纯模拟电路）电路输入级为气敏元件，和二极管、三级管构成的电子开关。再用两个三极管构成互补多谐振荡器，他与继电器和发光二级管组成闪光报警器。电位器为报警灵敏度调节，可燃气体浓度一定，三极管导通，继电器通断工作，二极管闪烁报警。b. 方案二电路输入级将浓度信号转换成电压信号，并采用多级非门驱动发光二级管报警，气体浓度越大，发光二级管点亮得越多。c. 方案三电路气敏元件mq-5采集浓度信号，a/d处

12、理数据，单片机控制电路，键盘控制电路用来选择报警类型，lcd数据显示，气体浓度超标时进行声光报警。d. 方案四采用mq-5传感器、led发光二极管、蜂鸣器构成简易的声光报警器。由上述可知道：方案四所示结构简单，可实现简易的报警功能，但课题的目标是设计一种性价比高，运行可靠可燃气体监测报警器，因此，综合分析后决定采用上述方案三。此方案设计的可燃气体监测报警器由稳压电源电路，其中电路包括：采样电路，电流电压转换电路，a/d模数转换，声光报警电路。本设计的可燃气体警报器由六个部分组成：lcd12864显示屏，单片机，a/d转换电路，气体传感器，温度传感器以及蜂鸣器构成。气体浓度采集模块采用mq-5气

13、体传感器来采集，其采集输出为05v电压信号，这种电信号是连续变化的模拟信号，需要经过a/d转换将其转化为数字信号。控制电路以单片机为核心，能够对采集的数字信号进行处理和判断，运用一定的算法计算出待检测气体成分及浓度并送到lcd12864显示器显示出来。当检测气体浓度超出设定报警阀值时给出声光报警。课题的主要任务：a. 对报警器整个系统进行了整体规划、结构设计。b. 对报警器电路流程软件的设计。分为主程序设计，a/d转换控制程序的设计，数据滤波，数据处理，浓度显示程序设计、报警子程序设计等。c. 软件的仿真调试。系统框图如下图1-1所示：图1-1 可燃气体监控系统主要框图1.4 系统实现的功能由

14、于气体传感器输出的电压为05v，可令电压信号经过电压跟随器送入adc0809中，进入单片机后进行一段数值滤波程序处理，再经过特定算法将采集到的电压转换成当前气体浓度值；同时，温度传感器ds18b20对环境温度进行实时采集监控，单片机系统将所得的温度数值，气体浓度数值送到lcd12864液晶屏上显示出来；所得的气体浓度，实时温度，与系统初始设定的预警值相对比，若超出预警值范围，则启动报警电路，此时，蜂鸣器响，提示浓度超出预警范围，以起到系统对环境气体浓度以及温度的实时监测和报警功能。系统电路中以89c52为核心进行数据处理。adc0809为a/d转换芯片，adc0809为8通道8位a/d转换芯片

15、，其线性误差为±15.7mv，但可满足本传感器的精度要求。ds18b20用于测量传感器运行的环境温度，dsl8b20的测量范围从-55到+125增量值为 0.5 。lcd12864显示各气体浓度，当浓度超标时用发光二极管，蜂鸣器报警。2 硬件系统的设计2.1最小系统的设计最小系统的设计如图2-1所示，mcu采用stc89c52，这是stc推出的新一代高速/低功耗/超强干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。stc89c52单片机具有以下特点：a. cpu为8位；b. 片内带振荡器，频率范围为1.2-12mhz；c. 片内带1

16、28字节的数据存储器（ram）；d. 片内带4kb的flash程序存储器（rom）；e. 程序存储器的寻址范围为64kb（需扩展rom）；f. 片外数据存储器的寻址范围为64kb（需扩展ram）；g. 128位（16字节）用户位寻址空间；h. 21个字节特殊功能寄存器sfr；i. 4个8位的并行i/o接口；j. 3个16位定时器/计数器；k. 2个优先级别的5个中断源；l. 1个全双工的串行i/o接口，可多机通信。图2-1 最小系统（stc89c52）外围电路图89c52晶体振荡器频率可在6mhz-40mhz之间选择，常选6mhz或12mhz的石英晶体。电容的值没有严格要求，但其取值对振荡器的

17、频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度稍有影响，电容值可在20pf-100pf之间选择。当外接晶体振荡器时，电容可选30pf±10pf。2.1.1 89c52单片机中断系统89c52的中断系统主要由几个与中断有关的特殊功能的寄存器，中断入口，顺序查询逻辑电路等组成。与中断有关的特殊功能寄存器有四个，分别为中断源寄存器（即专用寄存器tcon和scon的相关位），中断允许控制寄存器ie和中断优先级控制寄存器ip。89c52单片机有5个中断源，可提供两个中断优先级，即可实现二级中断嵌套。5个中断源的排列顺序由中断优先级控制寄存器ip和顺序查询逻辑电路共同决定。5个中断源对应5个固定的中断

18、入口地址。a. 中断请求源：外部中断请求源：即外中断0和1，经由外部引脚引入的，在单片机上有两个引脚，名称为int0、int1，也就是p3.2、p3.3这两个引脚。在内部的tcon中有四位是与外中断有关的。it0：int0触发方式控制位，可由软件进和置位和复位，it0=0，int0为低电平触发方式，it0=1，int0为负跳变触发方式。ie0：int0中断请求标志位。当有外部的中断请求时，这位就会置1（这由硬件来完成），在cpu响应中断后，由硬件将ie0清0。it1、ie1的用途和it0、ie0相同。b. 内部中断请求源：tf0：定时器t0的溢出中断标记，当t0计数产生溢出时，由硬件置位tf0

19、。当cpu响应中断后，再由硬件将tf0清0。tf1：与tf0类似。ti、ri：串行口发送、接收中断。c. 中断允许寄存器ie中断的允许或禁止是由片内可进行位寻址的8位中断允许寄存器ie来控制的。见表2-1。表2-1 8位中断允许寄存器eaxxeset1ex1et0ex0其中ea是总开关，如果它等于0，则所有中断都不允许。es串行口中断允许。et1定时器1中断允许，ex1外中断1中断允许。et0定时器0中断允许，ex0外中断0中断允许。d.五个中断源的自然优先级与中断服务入口地址外中断0：0003h 定时器0：000bh外中断1：0013h 定时器1：001bh串口 ：0023h它们的自然优先级

20、由高到低排列。中断优先级中由中断优先级寄存器ip来置值的，ip中某位设为1，相应的中断就是高优先级，否则就是低优先级。2.1.2 单片机的复位电路单片机在启动运行时都需要进行复位操作，以便使cpu和系统中的其它部件都处于某一确定的初始状态，并从这个状态开始工作。at89c52单片机有一个引脚rst，它是施密特触发器的输入端，其输出端接复位电路的输入。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡脉冲周期（即二个机器周期）以上，若使用频率为6mhz的晶振，则复位信号持续时间应超过4s才能完成复位操作。复位之后，使ale、psen、p0、p1、p2口的输出均为高电平（即为输入状态），复位后，内部

21、寄存器的状态如表3、1所示。rst变为低电平后，便又退出复位状态。cpu从初始化工作，由状态表可知，复位后：程序寄存器为0000h开始执行程序，内部ram不受复位影响。复位有电复位和按键手动复位两种。按键手动复有电平方式和脉冲方式两种。本次设计中，为方便人的操作，采用按键手动复位的按键电平复位。其复位电路如下表2-2示：表2-2 复位电路表pc0000htcon00hacc00htl000hpsw00hth000hsp07htl100hdptr0000hth100hp0-p30ffhscon00hipxx000000hsbuf00hie0x000000hpcon不定tmod00h0xxx000

22、0b复位电路采用的是上电复位及按钮复位。上电时+5v电源立即给c4充电，c4建立高电平，使得rst引脚为高电平，单片机实现了上电复位。当按下按钮时，rst引脚同样为高电平，实现了按钮复位。2.2 ad转换电路的设计在系统中，转换电路负责将采集到的模拟量（电压）转换成单片机可识别的数字信号。本系统ad转换器采用adc0809。adc0809是8位逐次比较式a/d转换芯片，具有8路模拟量输入通道。图2-2 adc0809的内部逻辑结构图2-2中的8路模拟开关用于选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，并共用一个a/d转换器进行转换。in0in7为8路模拟量输入端，模拟量输入电压的范围是05v,对

23、应的数字量是00hffh，转换时间为100s。ad转换的原理是：在进行a/d转换时，通道地址应先送到选通地址线。然后在ale输入端加一个正跳变脉冲，将通道地址锁存到adc0809内部的地址锁存器中，这样对应的模拟电压输入就和内部变换电路接通。为了启动，必须在start端加一个负跳变信号。此后，变换工作就开始进行，标志adc0809正在工作的状态信号eoc由高电平变为低电平时。一旦变换结束，eoc信号就又由低电平变成高电平，此时只要在oe端加一个高电平，即可打开数据线的三态缓冲器从d0d7数据线读得一次变换后的数据。图2-3 adc0809实物图adc0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译

24、码器、一个a/d转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用a/d转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存a/d转换完的数字量，当oe端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。其管脚图如图2-4所示：图2-4 adc0809引脚图ad转换电路的接线图如图2-5所示：图2-5 adc0809与单片机的接线图ale为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ale线为高电平时，地址锁存与译码器将a，b，c三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。a，b和c为地址输入线，用于选通in0in7上的一路模拟量输入。通道选择表如

25、下表2-3所示：表2-3 adc0809通道选择cba选择的通道000in0001in1010in2011in3100in4101in5110in6111in7在本系统中in0接电压采集信号，三个地址控制引脚a、b、c引脚接地，以此选择通道0，clk由单片机二分频后提供。eoc、oe、st分别接单片机的p2.7、p3.7、p3.6脚。*注释：89c52与adc0809接口时必须弄清并处理好三个问题：a. 要给start线送一个100ns宽的启动正脉冲；b. 获取eoc线上的状态信息,因为它是a/d转换的结束标志；c. 要给“三态输出锁存器”分配一个端口地址，也就是给oe线上送一个地址译码器输出

26、信号。89c52和adc接口通常可以采用查询和中断两种方式。采用查询法传送数据时89c52应对eoc线查询它的状态：若它为低电平，表示a/d转换正在进行，则89c52应当继续查询；若查询到eoc变为高电平，则给oe线送一个高电平，以便提取a/d转换后的数字量。采用中断方式传送数据时，eoc线作为cpu的中断请求输入线。cpu响应中断后，应在中断服务程序中使oe线变为高电平，以提取a/d转换后的数字量。2.4 采集模块的设计2.4.1 气体采集模块的设计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。即将气体的成份、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用的信息的装置。气体

27、传感器的种类很多，大体可分为半导体气体传感器、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。预期中课题采用的气体传感器是半导体气体传感器mq-5，以金属氧化物半导体为基础材料。当被测气体在该半导体表面吸附后，引起其电学特性(例如电导率)发生变化。目前流行的定性模型是：原子价控制模型、表面电荷层模型、晶粒间界势垒模型。mq-5气敏元件的结构和外形如下图所示,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6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热

28、电流。图2-6 mq-5实物示意图*注释：a. 简要说明：a. 尺寸：32mm *22mm *27mm 长*宽*高；b. 主要芯片：lm393、mq-5气体传感器；c. 工作电压：直流5伏。b. 特点：a. 具有信号输出指示；b. 双路信号输出（模拟量输出及ttl电平输出）；c. ttl输出有效信号为低电平。（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）；d. 模拟量输出05v电压，浓度越高电压越高；e. 对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度；f. 具有长期的使用寿命和可靠的稳定性；g. 快速的响应恢复特性。c. 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

29、能力。图2-7 mq-5内部结构原理图由气体传感器采集过来的电压信号为05v，需加一电压跟随器，则此部分与adc0809接线如下图2-8所示：图2-8 检测电路和adc0809的接线如图2-8所示，d点为电压跟随器输入端，05v的电压经过电压跟随器输入到adc0809中，经过数字滤波，从而实现对电流模拟气体浓度的采集。2.4.2 电压跟随器电路转换模块采用op07芯片和1个220欧姆的电阻。op07作为常用运放的功能特点如下述：op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。具有低失调、低漂移、低噪声、偏置电流小等优点。由于op07具有非常低的输入失调电压（对于op07a最大为

30、25v），所以op07在很多应用场合不需要额外的调零措施。op07同时具有输入偏置电流低（op07a为±2na）和开环增益高（对于op07a为300v/mv）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得op07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。有如下特点：a. 低的输入噪声电压幅度-0.35uvp-p（0.1hz-10hz）；b. 极低的输入失调电压-10uv；c. 极低的输入失调电压温漂-0.2uf/c；d. 具有长期的稳定性-0.2uv/mo；e. 低的输入偏置电流+1na-1na；f. 高的共模抑制比-126db；g. 宽的共模输入电压范围+14v-14v；h

31、. 宽的电源电压范围±3v±22v；i. 可替代725，108a，741，ad510等电路。图2-9 电压跟随器电路由气体传感器mq-5出来的05v的电压信号经过电压跟随器之后，输入adc0809输入通道in0口，从而进行a/d转换实现ad采集。2.5 声温报警电路的设计2.5.1 报警电路的设计系统有三个报警类型，分别对应三个不同的预警阀值，当采集的有害气体浓度超过当前报警类型的预警阀值时，电路会产生相应的红色警告信号，同时驱动扬声器产生音频信号，提醒人们空气中的有害气体浓度已超出允许范围，应及时撤离现场，起到报警的功能。该电路部分由一个蜂鸣器及其附属电路组成，具体电路如

32、图2-10所示。图2-10 声报警电路2.5.2 测温电路的设计系统测温部分采用温度传感器ds18b20，用于测量传感器运行的环境温度，dsl820 的测量范围从-55 到+125 增量值为 0.5 。ds18b20在系统中起到了监测系统周围环境的温度，可以给用户提供一个更为全面的环境信息的了解。ds18b20与单片机的连接如下述图2-11所示。ds18b20是单线数字温度传感器，它具有独特的单总线接口方式，具有接口简单、精度高、抗干扰能力强、工作稳定可靠等特点。），温度变换功率来源于数据总线，因而使用ds18b20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。图2-11 ds18b20温度采集电路如上图

33、2-11所示，ds18b20的1脚接地；3脚接电源；2脚和3脚间并联一电阻；由2脚出去，与单片机引脚p3.6连接，其为“t_io”，为温度信号输入输出口，从而构成了温度传感器与单片机之间信号的双向传递。2.6 显示电路的设计本次设计所用的是利用液晶lcd12864作为显示模块，显示质量高、数字式接口、体积小、重量轻、功率消耗小。它具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ascii字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构

34、成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。2.6.1 lcd12864引脚定义表2-3 lcd12864引脚说明管脚号管脚名称电平管脚功能描述1vss0v电源地2vcc3.0+5v电源正3v0-对比度（亮度）调整4rs(cs）h/lrs=“h”,表示db7db0为显示数据rs=“l”,表示db7db0为显示指令数据5r/w(sid)h/lr/w=“h”,e=

35、“h”,数据被读到db7db0r/w=“l”,e=“hl”, db7db0的数据被写到ir或dr6e(sclk)h/l使能信号7db0h/l三态数据线8db1h/l三态数据线9db2h/l三态数据线10db3h/l三态数据线11db4h/l三态数据线12db5h/l三态数据线13db6h/l三态数据线14db7h/l三态数据线15psbh/lh：8位或4位并口方式，l：串口方式（见注释1）16nc-空脚续表2-317reseth/l复位端，低电平有效（见注释2）18nc-空脚19avdd背光源正端（+5v）（见注释3）20kvss背光源负端（见注释3）*注释1：如在实际应用中仅使用并口通讯模式

36、，可将psb接固定高电平，也可以将模块上的j8和“vcc”用焊锡短接。*注释2：模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。*注释3：如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的ja、jk用焊锡短接。图2-12 lcd12864lcd12864与89c52 的接线如图2-12所示，单片机的p0.0p0.7口分别接lcd12864的db0db7口，lcd12864的rst引脚接达农机p2.5，e脚接p2.0，rw脚接p2.1，rs接p2.2，cs1脚接p2.3，cs2脚接p2.4，具体接线如下图2-13所示：图2-13 lcd12864与stc89c52的接线2.7 键盘输入控

37、制电路的设计键盘扫描模块由三个独立的小按键和三个4.7k的电阻构成，具体电路如下图2-14所示，电源出来给三个按键串联三个电阻，以保证给按键的电流不会太大，以免造成按键损坏。输入单片机的三个引脚分别为“up”对应p3.3，“down”对应p3.4，中间按键“ok”没有定义功能，暂不讨论。键盘模块在系统中起到了控制的作用，“向上”、“向下”按键用以控制选择报警的类型。键盘模块在系统中起到了如下作用：系统默认报警类型为“1”，“向上”、“向下”按键用以调整不同的报警类型，由气体传感器输出一电压值，将其转换为浓度信号，浓度信号与当前报警类型的预警阀值相比较，若超出预警值，则蜂鸣器报警，否则将显示正常

38、状态。图2-14 键盘控制电路3 可燃气监测报警器的软件设计3.1主程序流程图图3-1 主程序设计流程图adc0809对经过放大的电压信号进行a/d 转换,单片机对转换后的信号进行数值滤波、数据处理后，将浓度值与报警值相比较，判断是否报警。同时读取环境实时温度数值，与气体浓度值送入液晶显示屏显示。3.2 a/d转换子程序设计ale为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ale线为高电平时，地址锁存与译码器将a，b，c三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。a，b和c为地址输入线，用于选通in0in7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表3-1所示。表3-1 adc

39、0809通道选择cba选择的通道000in0001in1010in2011in3100in4101in5110in6111in7adc0809的部分时序图如图3-2所示：图3-2 部分时序图st为转换启动信号。当st上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行a/d转换；在转换期间，st应保持低电平。eoc为转换结束信号。当eoc为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行a/d转换。oe为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。oe1，输出转换得到的数据；oe0，输出数据线呈高阻状态。d7d0为数字量输出线。clk为时钟输入信号线。因adc0809的内部没有时钟电

40、路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为650hz，vref（），vref（）为参考电压输入。a/d转换控制流程图如图3-3所示。图3-3 a/d转换控制程序设计流程图其中，中断处理过程可分为三个阶段：即中断响应、中断处理和终端返回。中断源先发送中断请求，单片机判断中断是否满足中断响应条件，确定中断位置，执行中断服务程序。其具体工作流程如图3-4所示：图3-4 单片机中断流程3.3 数据处理的设计3.3.1 数值滤波的平均滤波法设计一般微机应用系统前向通道中，输入信号均含有种种噪音和干扰，它们来自被测信号源，传感器，外界干扰等。为了进行准确的测量和控制，必须消除被测信号中的噪音和干扰。噪

41、音有两大类：一类为周期性的，另一类为不规则随机性的。对于前者，采用硬件滤波电路能有效地消除其影响。对于后者，可以用数字滤波方法予以削弱或滤除。所谓数值滤波，就是通过程序计算或判断来减少干扰在有用信号中的比重，实际是一种程序滤波。在数字信号的处理中，滤波占有极其重要的地位。本系统在数据滤波处理部分采用平均滤波法，子程序流程如下图3-5所示。图3-5 数值滤波的平均滤波法设计流程图3.3.2 数据处理mq-5传感器采集输出的电压x范围为05v，系统浓度的满量程为100ppm，输出电压x对应的气体浓度y的算法为y=x/5*100%。图 3-6 数据处理流程3.4 显示子程序的设计显示步骤：a. 设定

42、进入点；b. 确定当前报警类型；c. 显示实时温度；d. 读取对应气体浓度；e. 显示气体浓度；f. 判断状态报警与否；g. 返回读取浓度；图3-7 显示子程序流程图3.5 报警模块的程序设计报警电路控制程序设计流程图如图3-8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，同时在lcd12864显示报警类型，报警状态，实时温度和当前浓度值。图3-8 报警子程序流程图3.6 温度采集子程序流程图温度采集模块是为了能够给用户提供实时环境温度的信息，以便了解当前环境的状态。此模块的设计以温度传感器ds18b20为核心，程序流程具体如下所示：图3-9 ds18b

43、20温度采集流程图3.7 键盘扫描电路键盘扫描电路可实现功能：按键“向上”，“向下”选择控制报警类型，以便适应不同的环境需要。图3-10 键盘扫描流程图4 系统的仿真演示4.1 仿真软件proteus简介系统的仿真采用了proteus软件，它是英国labcenter electronics公司出版的eda工具软件。它不仅具有其它eda工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。proteus是世界上著名的eda工具(仿真软件)，从原理图布图、代

44、码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到pcb设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、pcb设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33、avr、arm、8086和msp430等，2010年即将增加cortex和dsp系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持iar、keil和mplab等多种编译器。 proteus 与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机cpu 的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它

45、电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。4.1.1 proteus 的工作过程 运行proteus 的isis 程序后，进入该仿真软件的主界面。在工作前，要设置view 菜单下的捕捉对齐和system下的颜色、图形界面大小等项目。通过工具栏中的p(从库中选择元件命令)命令，在pick devices 窗口中选择电路所需的元件，放置元件并调整其相对位

46、置，元件参数设置，元器件间连线，编写程序；在source 菜单的definecode generation tools 菜单命令下，选择程序编译的工具、路径、扩展名等项目；在source 菜单的add/removesource files 命令下，加入单片机硬件电路的对应程序；通过debug 菜单的相应命令仿真程序和电路的运行情况。4.2. proteus具备功能proteus软件具有其它eda工具软件的功能。这些功能是： a. 原理布图 b. pcb自动或人工布线 c. spice电路仿真 d. 互动的电路仿真

47、用户甚至可以实时采用诸如ram，rom，键盘，马达，led，lcd，ad/da，部分spi器件，部分iic器件。 e. 仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、avr、pic、arm、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，proteus建立了完备的电子设计开发环境。 4.3 仿真图演示打开proteus，把系统的原理接线编辑好，上编程，可出现如下图4-1所示画面。图4-1 系统仿真总设计图首先确定系统由mq-5气体传感器输出的电压值为05v，再经过电压跟随器。此时，假定一个值“+2.8v”

48、（05v），作为mq-5输出的电压信号，如下图4-2所示。图4-2 输出电压显示ds18b20实时反应环境温度，此模块初始值为34.0°c，如下图4-3所示。图4-3 ds18b20显示实时温度当系统的各个模块接线连接好，给系统上过程序后，此时运行。则可出现如下图4-4所示界面。图4-4 报警类型1时界面显示图4-4显示的是在报警类型1时，+2.8v的输出电压对应的气体浓度56%的状态（是否报警），以及显示当前环境的实时温度。按键选择报警类型2时，其界面显示如下图4-5所示：图4-5 报警类型2时界面显示按键选择报警类型3，此时的气体浓度56.0%满足报警范围，则此时状态为“报警”，

49、且蜂鸣器会报警，界面显示如下图4-6所示。图4-6 报警类型3时界面显示5 结束语在炼油厂、化工厂、油库、液化气/煤气站等众多作业环境中不可避免地会有可燃性气体或液体蒸汽的泄漏。如果泄漏的可燃性气体或液体蒸汽没有被及时发现，气体浓度不断积累，进而达到一定的爆炸极限，那么随时就有发生火灾或者是爆炸等恶性事故的可能性。为了保障人身和设备的安全，适应工业等场所对可燃性易爆气体安全性要求，报警器的应用具有重大的意义，进而研制一种低功耗的可燃性气体报警器是十分必要的。本人的设计工作就是针对气体的浓度监测与报警开展的，并对各个组成部分进行了详细的分析和设计。课题首先从总体上介绍可燃气体监测报警器的设计思想

50、。然后，围着stc89c52展开，详细说明了气体浓度监测系统的组成包括：主程序设计，数值滤波设计，数据处理设计，气体浓度显示设计，报警子程序设计等几个模块。系统采用了c语言编程，它是一种计算机程序设计语言。它既有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它可以作为系统设计语言，编写工作系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序，因此，它得到广泛的应用。设计中，比较好的一点就是对a/d转换后的数据信号，采取了数字滤波和数据处理，大大提高了可燃气监测报警器的精确率和准确度。但略微遗憾的是，本系统气体信号检测采集模块，由于知识欠佳，故而不能熟练运用mq-5气体传感器，仿真部

51、分做得比较粗糙，操作能力还有待提高，还望见谅。参考文献1 邵玫. 地铁列车旅客信息系统中司机控制单元的设计及实现j. 城市轨道交通研究, 2011. 2 罗亚萍, 王忠庆, 岳晓东. 基于at89c52单片机的室内有害气体监控系统j. 山西电子技术, 2011, (03) . 3 郭伟伟, 赵聪. 基于tgs813的家用可燃气体泄漏报警装置的设计j. 现代电子技术, 2009 . 4 汤光华, 肖洪流, 张朝霞. 基于单片机的作息时间控制系统设计与实现j. 仪表技术, 2011 . 5 李丽华, 黄秋野, 王琦. 基于单片机的酒精浓度检测仪设计j. 科技广场, 2009, (03) . 6 韩

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54、ze gungor-denrirci, goksel n.demurer. efect of initial cod concentration, nutrient addition, temperature and microbial acclimation on anaerobic treatability of broiler and cattle manurej. bioresource technology, 2004.17 j.aracil, g heredia and a.ouero.global stability analysis of fuzzy path tracking

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