基于AT89C51的气体浓度测量显示及报警系统课程设计

1、哈尔滨商业大学课程设计基于AT89C51单片机的气体浓度测量显示及报警系统设计学生姓名 王琴、李赛赛、汪金萍、周珊珊指导教 师 赵志杰、张玉茹、王立琦、董世成专业 电子信息工程（2 2）班学院_20142014 年 3 3 月 1414 日哈尔滨商业大学课程设计目录1 课程设计要求. 11.1 课程设计题目. 11.2 课程设计要求. 11.3 课程设计具体工作. 12. 气体浓度测量显示及报警系统简介 . 22.1 AT89C51 简介. 22.2 AD0808 简介. 52.3 MQ-5 气体传感器简介. 62.4 LCD1602 简介.103. 气体浓度测量显示及报警系统设计.143.1

2、 系统的硬件组成和元器件选择 . 143.2 电路总体设计 . 143.3 数据采集模块的设计 . 153.4 数据转换模块的设计 . 153.5 显示及报警模块的设计. 154. 气体浓度测量显示及报警系统的软件设计 . 134.1 系统的软件设计. 134.2 编程环境 KeilC51. 174.3 软件流程框图 . 134.4 系统程序. 155 气体浓度测量显示及报警系统仿真调试 . 165.1 系统仿真调试. 165.2 仿真调试环境-PR0TEUS.7. 165.3 系统仿真调试结果. 16结论. 18参考文献. 18致谢. 19附件:26基于 AT89C51 单片机的气体浓度测量

3、显示及报警系统电路板图 . 26附件二：. 27基于 AT89C51 单片机的气体浓度测量显示及报警系统实物图 . 21哈尔滨商业大学课程设计11课程设计要求1.1 课程设计题目基于 AT89C51 单片机的气体浓度测量显示及报警系统设计1.2 课程设计要求（1）任选一种有害气体传感器；（2）设计转换放大电路将气体浓度转换成标准的电信号；（3）利用单片机组成测量系统实现有害气体浓度的精确测量及显示报警1.3 课程设计具体工作（1）原理图设计、软件设计、PCB；（2）仿真实现；（3）元件清单；（4）设计报告。哈尔滨商业大学课程设计22气体浓度测量显示及报警系统简介2.1 AT89C51 简介AT

4、89C51 是一种带 4K 字节的闪烁可编程可擦除只读存储器 (FPEROM-FlashProgrammable and Erasable Read Only Memory 的低电压， 高性能 CMOS 位微处理器，俗称单片机。其中包括 128 字节内部 RAM32 个 I/O 口 线，2 个 16 位定时/计数器，一个 5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口， 片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51 降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种 可选的节电工作模式26。空闲方式体制 CPU 的工作，但允许 RAM 定时/计数器， 串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容

5、，但振荡器体制工作 并禁止其他所有不见工作直到下一个硬件复位。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，ATME 的 AT89C51 是一种高效微控 制器。AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。 AT89C5仲片机管脚图如图 1 所示。PDIP40(T2JP10T2EX)P1JP1.2P1.3P1.4(MOSI)Pt.5(MISO)Pt.6(SCK)P1.7RESET(RXD)P3.D

6、TXDJP3.1(1NT0JP3.2(iNTT)P3.3(T0JP3.4(T1)P3.5(WRJP3.6(RD)P3.7XTAL2 XTAL1GND图 1AT89C51 芯片引脚图I vccL PO.O(ADO)1P0.1(AD1)1P0 2(AD2) |PC 3(AD3L P04(AD4) P0.5(AD5)MP0 6(AD6)t RD7(AD7)| EA/VPP_L(ALF*即卅闵I)地址颁胖ijFEOC*哈尔滨商业大学课程设计4：图 3 ADC0808 时序图2.3MQ-5 气体传感器简介2.3.1 特点（1） 对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度；（2） 对乙醇，烟雾几乎不响应；（

7、3） 快速的响应恢复特性；（4） 长期的使用寿命和可靠的稳定性；2.3.2 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。2.3.3 规格（1）标准工作条件表 1 MQ-5 的标准工作条件符号参数名称技术条件备注VC回路电压15VAC or DCVH加热电压5.0V 0.2VAC or DCR负载电阻可调Q加热电阻31Q3Q室温PH加热功耗900mW（2）环境条件表 2 MQ-5 的环境条件符号参数名称技术条件备注Tao使用温度-10C-50CTas存储温度-20C-70CRh相对湿度小于 95%Rh21%标准条件）Q氧气浓度氧气浓度会影响最小值大于 2

8、%灵敏度特性哈尔滨商业大学课程设计5（3）灵敏度特性表 3 MQ-5 的灵敏度特性10KQ-60KQRS敏感体电阻”、(1000ppm 甲烷a浓度斜率PLECCRYSTALLED万BEENLEDfiEDLWD16L FtIPFOT-HGi pccREGPAJCK-S5PffiKRP DEWS74LSC4rz *.丽r*ITT7*ijvniJiWTTF3 B*niPMTT1ru.TOJrill81 i.哈尔滨商业大学课程设计113.2 电路总体设计图 8 电路总体设计模块图主机选用单片机 AT89C51 来实现，利用单片机软件编程灵活、自由度大的特点，力求 用软件完善各种控制。本系统选用的 AT

9、89C51 芯片时钟为 12MHz 运算速度快，控制 功能完善；选用气体传感器 MQ-5 来实现气体浓度的采集；选用 ADC0808 来实现模拟 量与数字量的转换；选用 LCD1602 来实现气体浓度的显示；选用蜂鸣器和 LED 灯来 实现报警。3.3 数据采集模块的设计数据采集电路主要由气体传感器 MQ-5 和滑动变阻器组成。由 MQ-5 感测空气中的有害 气体浓度的变化，经过其内部器件处理将气体浓度这个模拟信号转换成对应的电信 号，MQ-5输出的电信号通过滑动变阻器的调节改变进入 ADC0808 的电信号值。数据 采集模块如图9 所示。LCD1602显示LED 灯显示，蜂鸣器报警哈尔滨商业

10、大学课程设计12图 9 数据采集电路3.4 数据转换模块的设计外部的模拟信号量需要转变成数字量才能进一步的由单片机进行处理。ADC0808可以非常方便的处理输入的模拟信号量。ADC1过逐次比较(successiveapproximation )方式，将输入端的模拟电压转换成 8 位的数字量。数据转换模块如图 10 所示。U2OEHRE悄WEFftJ15|1Zr=1L-FDUADDPC1.-WAD1 Pt刃員竝P口” 归HL井EUFOUADSFDfiifABfi血旳ZB1TOUTEALEOUT7AEhOCornre丸MEOUT?A& AOUT*0UT3IM7 IITZIMaOI1T1Z2

11、3Z1*ZJ爭15Xg51E3419-13页卫Z131IJM 4PS2TA10P2.WA12FZSfAU卩ZfifAl*PZ.715217Hl4h7Zm223F云6BTAfCTMlu.ftinftfcrnnZ7Z*WhJ2SJ2SA.DCEEXS；1ikZTcTte；TE卫1DP3.1HXP图 10 数据转换模块while(1)ST = 0; delay1ms(1);ST = 1; delay1ms(1);ST = 0;/寄存器 SAR 复位，启动 ADC0809 while(1)哈尔滨商业大学课程设计13哈尔滨商业大学课程设计14if(EOC = 1)/ADC0808 转换结束后改引脚为高低

12、平OE = 1;/输出允许信号为 1 时表示把 ADC0808 采集的数据输出 getdata=P0;把采集到的数据送到 P0 口处理OE = 0;/又打开 ADC0808继续开始转换3.5 显示及报警模块的设计void in it_play()初始化显示lcdn it();wr_com(0 x80); 第 1 行第一列 display(str1); / 显示 Consentration警经由单片机处理后的数字量通过 LCD1602 进行显示当前的气体浓度值，同时如果 当前的气体浓度对人体无害，则绿灯亮；如果当前的气体浓度对人体有害，则红灯亮 同时蜂鸣器报警。显示及报警模块如图 11 所示。哈

13、尔滨商业大学课程设计15wr_com(0 xc0); /display(str2); /wr_com(0 xc9); /display(st ;第二行第一列显示空格第二行第九列显示 ppmvoid show_C oncen trati on() 浓度值显示disdata0=co n/1000+0 x30; / 千位数 disdata1=co n%1000/100+0 x30; 百位数disdata2=co n%100/10+0 x30; 十位数disdata3=co n%10+0 x30; 个位数if(disdata0=0 x30)disdata0=0 x20;/if(disdata1=0 x

14、30)disdata1=0 x20;/if(disdata2=0 x30)disdata2=0 x20;/wr_com(0 xc3);如果千位为 0,不显示如果千位为 0，百位为 0 也不显示如果千位为 0，百位为 0,十位为 0 也不显示wr_dat(disdata0);显示千位wr_com(0 xc4);wr_dat(disdata1);显示百位wr_com(0 xc5);wr_dat(disdata2);显示十位wr_com(0 xc6);wr_dat(disdata3);显示个位show_Co ncen tratio n();/LCD1602 显示if(co n 320)/如果采集到的

15、浓度小于 320 不报警G_LED=0;R_LED=1;SPK=1;哈尔滨商业大学课程设计16else /如果浓度大于 320 则声光报警G_LED=1;R_LED=0;SPK=0;break;/跳出继续进行 ADC0808 勺采集气体浓度测量显示及报警系统的软件设计4.1系统的软件设计系统的软件由主程序模块、数据采集模块和显示报警模块三大模块组成。在主程 序中首先给定参数值，然后通过启动 AD 专换循环显示当前电压。4,2 编程环境-KeilC51KeilC51 是一种专为 8051 单片机设计的高级语言 C 编译器，支持符合 ANSI 标准 的 C 语言程序设计，同时针对 8051 单片机

16、自身特点作了一些特殊扩展。C 语言对语法的限制不太严格，用户在编写程序时有较大的空间，但它毕竟还是一种程序设计语 言，与其他计算机语言一样， 采用 C 语言进行程序设计时， 仍需要遵从一定的语法规 则。 KeilC51编译器支持标准 C 语言的数据类型，另外还根据 8051 单片机的特点扩 展了 bit、sbit、sfr、sfr16 数据类型。KeilC51 编译器支持两种指针类型：一般指针和基于存储器的指针。一般指针需 要占3 个字节，基于存储器的指针只需要 12 个字节。一般指针具有良好的兼容性但 运行速度较慢，基于存储器的指针是 C51 编译器专门针对 8051 单片机存储器特点进 行的

17、扩展，它只适用于 8051 单片机，但具有较高的运行速度。4.3 软件流程框图哈尔滨商业大学课程设计17图 12 软件流程图哈尔滨商业大学课程设计184.4 系统程序62a9a683%50a-Numbered_61c0a38e-6c42-437b-8692-733b89主程序void ma in() 主函数Ini t();定时器初始化ini t_play();初始化显示while(1)ST = 0; delay1ms(1);ST = 1; delay1ms(1);ST = 0;/寄存器 SAR 复位，启动 ADC0809while(1)if(EOC = 1)/ADC0808 转换结束后改引脚为

18、高低平OE = 1;/输出允许信号为 1 时表示把 ADC0808 采集的数据输出getdata=P0;/把采集到的数据送到 P0 口处理OE = 0;/又打开 ADC0808 让继续开始转换con=getdata*19.53;/因为有 AD 采集回来的数为 0255;显示温度为05000show_Co ncen tratio n();/LCD1602 显示if(con 320)/如果采集到的浓度小于 320 不报警G_LED=0;R_LED=1;SPK=1;else /如果浓度大于 320 则声光报警G_LED=1;R_LED=0;哈尔滨商业大学课程设计19SPK=0;break;/跳出继续

19、进行ADC0808的采集哈尔滨商业大学课程设计205 简单电压数据采集系统仿真调试5.1 系统仿真调试本次课程设计中主要是通过 protues 进行系统的仿真与调试，对所设计的系统进行可 行性的验证。5.2 仿真调试环境-protues 7.7Protues 软件是英国 Labcenter electronics公司出版的 EDA 工具软件。它不仅具有其它 EDAX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 E

20、DA 工具 （仿真软件）， 从原理图布图、 代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 MPLA 等多种编译功能特点哈尔滨商业大学课程设计215.3 系统仿真调试结果图 13 系统仿

21、真调试结果哈尔滨商业大学课程设计22图 14 系统仿真调试结果本文所研制的气体浓度测量显示及报警系统是单片机控制的系统，它的主要特点是：e70-4d8a-99f8-aa740c88a999-Numbered_28ab6693-dd 六百四十二万二千六百二十六 006该仪器的数学模型、测量原理简单，e70-4d8a-99f8-aa740c88a999-Numbered_28ab6693-dd 六百四十二万二千六百二十七 006使用范围大。e70-4d8a-99f8-aa740c88a999-Numbered_28ab6693-dd 六百四十二万二千六百二十八 006该仪器可以进行有害气体浓度的实

22、时显示，使用方便。e70-4d8a-99f8-aa740c88a999-Numbered_28ab6693-dd 六百四十二万二千六百二十九 006该仪器的软件系统全部采用 C 语言编写，提高了程序的可读性和可移植性。气体浓度测量显示及报警系统的研制开发具有广阔的应用前景，经分析论证，误差小；整个单片机系统稳定、可靠、准确。参考文献单片机原理与应用-基于 Proteus 虚拟仿真技术 徐爱钧徐阳著第二版pcrLRnnKXiriDiPC3D2PC. 护 MM.kHDbPD 朋D*P2iMI2.1M圧那idFZ3AII 和gl2F2SftD 脂耶ILP3TAI；ra.uKHnzH-qjisiffi

23、TTrijm柑空EL2C2VATEBC51IlfR2 LCD1i M 忸ATEBC51LCD1mniKiiEfrII 期I- - C R?S；TKiTEOri *IJMflEFrtADDDADDHADDAIHFlKIM4iiOIH2m imLQWT;:IEnsTTTFETicTZTInsTTTFETicTZTIu u u u u u u u.DDDODDDT哈尔滨商业大学课程设计23单片机应用技术(C 语言版)王静霞主编MQ-5 使用说明百度文库中国知网致谢在本次课程设计期间，我们组得到了实验室的老师、同学的热情帮助，向他们学 到了许多宝贵知识和经验。值此设计报告完成之际，谨向曾经给予我们组关

24、心和帮助 的老师、同学和亲友表示衷心的感谢。感谢赵志杰老师、张玉茹老师、 王立琦老师、 董世成老师这段时间来对我们组的 课题、研究的悉心指导。我们组的研究课题是在各位老师的指导下完成的，从课题的 理解和总体思路的设计，老师们给了我们组很重要的指导。老师们对待学术问题的严 谨态度，对设计的实用化思想，更是对我们组的言传身教，是我们组学习和研究上的 良师益友，对我们组工作和学习上的指导更使我们组受益匪浅。感谢给了我们组很大帮助的同学，使我们组能少走弯路，顺利的完成课题。感谢父母与家人对我们组多年的教诲和关爱， 没有他们在生活上的帮助，我们组 完成学业是不可能的。哈尔滨商业大学课程设计24附件一：基

25、于 AT89C51 的气体浓度测量显示及报警系统电路板图哈尔滨商业大学课程设计25附件二：基于 AT89C51 的气体浓度测量显示及报警系统实物图哈尔滨商业大学课程设计26哈尔滨商业大学课程设计27void delay1ms(unsigned int ms)/附件三：基于 AT89C51 的气体浓度测量显示及报警系统的程序清单#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned int con;unsigned char getdata;sbit RS=P29sbit RW=P2A1;sbit EN=P2A2;

26、sbit ST=P2A5;/AD0809转换启动信号与地址所存允许引脚注意：在使用时sbit OE=P2A7;/ADC0808输出允许信号sbit E0C=P2A6;/ADC0808转换结束信号引脚sbit CLK =P2A4;/ADC0808的时钟引脚sbit G_LED=P3A0; 浓度小于320时的绿灯指示sbit R_LED=P3A1;/浓度大于320时的红灯指示sbit SPK=P3A7; 浓度大于320时蜂鸣器报警ALE和STRT信号引脚连在一起unsigned char code str1=Concentration: ;unsigned char code str2=;unsi

27、gned char code str3=ppm;uchar data disdata5;void Init() /定时器0的初始化 定时器0给ADC0808提供时钟让其工作EA = 1;ET0=1;TMOD = 0 x02;TH0 = 245;TL0 = 0;TR0 = 1; /开启定时器0给ADC0808提供时钟lcd1602程序*延时1毫秒哈尔滨商业大学课程设计28 unsigned int i,j;for(i=0;ims;i+)for(j=0;j100;j+);void wr_com(unsigned char com)/写指令/ delay1ms(1);RS=0;RW=0;EN=0;P

28、1=com;delay1ms(1);EN=1;delay1ms(1);EN=0;void wr_dat(unsigned char dat)写数据/ delay1ms(1);RS=1;RW=0;EN=0;P1=dat;delay1ms(1);EN=1;delay1ms(1);EN=0;void lcd_init()初始化设置/delay1ms(15);wr_com(0 x38);delay1ms(5);/数据位数8位，2行，5*7点阵-工作方式设置wr_com(0 x08);delay1ms(5); /显示状态设置：显示未开wr_com(0 x01);delay1ms(5); /清屏，将光标设

29、置为第一行第一列wr_com(0 x06);delay1ms(5); /增量方式右移，显示字符不移动wr_com(0 x0c);delay1ms(5);/开显示，不显示光标，光标位字符不闪烁哈尔滨商业大学课程设计29void display(unsigned char *p)显示/ while(*p!=0)wr_dat(*p);p+;delay1ms(1);void init_play()lcd_init();wr_com(0 x80);display(str1); /wr_com(0 xc0); /display(str2); /wr_com(0 xc9); /display(str3);/

30、*/void show_Concentration()浓度值显示disdata0=con/1000+0 x30;/千位数disdata1=con%1000/100+0 x30;百位数disdata2=con%100/10+0 x30;十位数disdata3=con%10+0 x30; 个位数if(disdata0=0 x30)disdata0=0 x20;如果千位为0,不显示if(disdata1=0 x30)disdata1=0 x20;如果千位为0,百位为0也不显示if(disdata2=0 x30)disdata2=0 x20;如果千位为0，百位为0,十位为0也不显示wr_com(0 xc3);wr_dat(disdata0);/显示千位初始化显示第1行第一列显示Consentration第二行第一列显示空格第二行第九列显示ppm哈尔滨商业大学课程设计30wr_com(0 xc4);wr_dat(disdata1);/显示百位wr_com(0 xc5);wr_dat(disdata2);/显示十位wr_com(0 xc6);wr_dat(disdata3);/显示个位void main()主函数lnit();定时器初始化init_play();初始化显示while(1)ST = 0; delay1ms(1