最新【毕业设计】基于单片机的天燃气泄漏报警系统设计论文

1、摘 要随着天然气的大量使用,每一座居民大楼都被天然气所“笼罩”。 天然气 的普及给公共生活带来了方便，减少了城市的污染，提高了生活质量和效率，但是 同时,天然气也是潜在的“危险品”，一旦发生大面积泄漏，处置不及时就可能引 发大爆炸，给居民的生命财产安全带来巨大的威胁。面对燃气泄漏而造成的种种 事故威胁，我们需要一个解决办法。使用天燃气报警器是对付燃气无形杀手的重 要手段之一。本论文以半导体气敏传感器和单片机技术为核心设计的气体报警器可实现 声光报警功能，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的气 体报警器，具有一定的实用价值。其中选用MQ-2传感器实现对气体的检测，具有灵敏度高、

2、响应快、抗干扰 能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。其与ADC0808专换器连接，将气体 信号转换成单片机可识别的数字信号， 经AT89C51单片机处理，并对处理后的数 据进行分析，是否大于或等于某个预设值（也就是报警限），如果大于则会自动启 动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态关键词：传感器 报警器 单片机AbstractWith the wide use of natural gas, each a residential towers were gas enveloped.The popularity of n atural gas to public life brought

3、convenien t, reduce the cityspollution and improve the life quality and efficiency, but at the same time, natural gas isalso pote ntial da ngerous, once produce large leak, disposal not timely could trigger,the big bang to peoples life and property safety brought great threat. Faci ng the gasleak al

4、l kinds of accide nts caused by threats, we n eed a solutio n. Use of natural gasalarm is deal with gas in visible killer one of the importa nt mea ns.This papers to the semic on ductor gas sen sors and sin gle chip microcomputer asthe core design can realize the gas alarm sound-light alarm function

5、s, is a kind of simplestructure, stable performanee, easy to use, inexpensive and intelligent gas alarm, hascerta in practical value.Among them choose MQ - 2 of gas detect ion sen sor realize, has a high sen sitivity, fastresp on se, stro ng an ti-jam ming capability etc, and the price is low, servi

6、ce life long.ADC0808 con verters conn ected with the gas sig nal, convert microc on troller canidentify the digital signal processing, by AT89C51 for processing the data and analysis,whether is equal to or greater than the a default value (that is, the alarm limit), if willautomatically start alarm

7、circuit warning voice, conversely for normal stateKeywords: sen soralarm MCS第 1 1 章绪论.1.1.1.1家庭燃气泄漏报警的概述 .1.1.2家庭燃气泄漏报警的现状 .1.1.3家庭燃气泄漏报警的发展趋势 .21.4燃气泄漏报警研究意义与目的 .21.5设计任务 .2.第 2 2 章天燃气泄漏报警系统的方案设计 .1 12.1天燃气报警系统的设计思路 .1.2.2气体传感器的选型 .1.2.2.1气体传感器介绍 .1.2.2.2气体传感器的选定 .5.2.3天燃气泄露报警系统的整体设计方案 .62.3.1天燃气泄露

8、报警器工作原理.62.3.2天燃气泄露报警器的结构.6.2.3.3气体检测报警器的功能.7.第 3 3 章天燃气泄漏报警系统的硬件部分设计 .83.1主控电路的设计.8.3.1.1半导体气敏传感器简介 .8.3.1.2单片机的选择 .1.13.1.3 AT89C51单片机的基本结构 .1.33.1.4 AT89C51单片机的引脚 .143.1.5 AT89C51单片机的时钟电路 .163.1.6 AT89C51单片机的复位电路 .1.73.2外围接口电路的设计.193.2.1 ADC0808转换器的介绍.193.2.2 ADC0808转换器和AT89C51单片机的接口电路 .203.2.3声音

9、报警电路 .213.2.4灯光报警电路 .223.3总电路设计.23第 4 4 章燃气泄漏报警系统的软件部分设计 .264.1主程序设计流程与编程 .264.1.1主程序设计流程图 .264.1.2主程序的编程 .274.2程序调试.294.2.1程序调试的步骤.304.2.2程序调试过程中的问题及解决 .31总结与展望.3232致谢.33参考文献.34附录一家庭燃气泄漏报警系统电路图.3535第1章绪论1.1 家庭燃气泄漏报警的概述天燃气泄漏报警器是非常重要的燃气安全设备，由气敏传感器、单片机和报 警器组成。它是安全使用城市燃气的最后一道保护。天燃气泄漏报警器通过气敏 传感器探测周围环境中的

10、低浓度可燃气体， 通过采样电路，将探测信号用模拟量 或数字量传递给控制器或控制电路，当气体浓度超过控制器或控制电路中设定值 时，控制器通过执行器或执行电路发出报警信号或执行关闭燃气阀门等动作。气体报警器的探测气敏传感器主要半导体型、 接触燃烧式、电化学气敏传感器，还 有少量的其他类型。这些传感器都是通过对周围环境中的可燃气体的吸附， 在传 感器表面产生化学反应或电化学反应， 造成传感器的电物理特性的改变，经单片 机处理后报警。1.2 家庭燃气泄漏报警的现状天气体检测报警产品是一个系列产品，包括气体探测设备、信息传输设备、 报警分析控制器，是物理传感技术、自动控制、计算机技术、数据传输和管理、

11、智能楼宇等技术的综合集成，属于高新技术。依托中国多年的基本建设的发展， 这个行业也得到发展，具备了和国外知名企业抗衡的能力。 在目前中国许多冠名 以高新技术的行业中，中国企业大多做的是下游的制造和服务， 分取极少一部分 的利润，像安防报警产品那样又拥有自我知识产权，又拥有大量市场的行业其实 是很少的。在安防报警产品的技术含量上，国内产品和国外产品差距不是很大，许多指 标已经超越，存在的问题是：类似于国外安防报警产品的大批量规模化的生产才 刚起步，有待于积累经验和技术，也因此在产品一致性和长期稳定性上有一些差 距；国内正在形成权重的大型企业和集团， 这样可以带领国内的各家企业去冲击 海外市场，并

12、最终占领海外的安防报警市场。1.3 家庭燃气泄漏报警的发展趋势二十多年前，我国的安防报警产品刚刚起步，无论产品技术含量、产品系列 完整性、使用性，还是社会影响程度都是相当低的。 国外的产品和品牌却占领我 们的大部分市场。由于中国的建设正在面临飞速发展，我们应该抓住广阔的市场 空间，庆幸的是中国企业抓住了这次机遇， 顶住了挑战，先是一批国家的科研院 所,后是一批国营企业、民营企业，业内也吸引和凝聚一大批国内的技术和管理 精英，花了多年时间，通过几次产品更新换代，就使自己的产品紧紧跟上了国际 水平，并且夺回了大部分国内市场，使得现在大多国外产品只有招架之势， 这是 典型的自力更生，走自己的路。当然

13、目前而言，我们基本占据的是国内市场，对 外还刚刚启动。但是，中国企业已经做好准备进军海外市场。1.4 燃气泄漏报警研究意义与目的面对燃气泄漏而造成的种种事故威胁，我们需要一个解决办法。使用天燃气 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件的根源，如采用天燃气泄漏报警器就能 得到及时的警示。有关部门经长期测试得出结论，天燃气报警器防止天然气泄漏 事故发生的有效率达95%以上。计算机的普及和信息技术的迅猛发展，人们己不满足于传统的居住环境，对 家庭及住宅小区提出了更高的要求，智能化被引入家庭，并迅速在世界各地发展 起来。人们对居住环

14、境要求的日见增高， 体现在希望住宅不仅更便利、舒适而且 更安全。单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，燃气泄漏则是人们日常生活中 常常需要测量和控制的一个问题。单片机有利于为现代人工作、科研、生活、提 供更好的更方便的设施。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。所以怎样防止燃气中毒与爆炸已成为人们的迫切需要。1.5 设计任务本文设计了一种灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜的天 然气检测系统，采用气敏传感器，气敏传感器是能够感知环境中某种气体及其浓度的一种敏感器件，它将气体成分、浓度等有关的信息转换成电信号， 从而可以 进行检测。目前，人们对气敏传感器

15、的测试方法主要停留在用人工手动的方式来 操作，开发出一种实用高效的智能化传感器测试装置是极为必要的。而声光信号是信息的又一主要载体，如果在这些测量场合能用声光信号直接报出结果，将给操作人员带来极大方便，本文就介绍一种新型的气敏传感器测试系统， 从组成框 图、硬件设计以及程序流程及代码等几方面对其进行了详细的介绍。第2章天燃气泄漏报警系统的方案设计2.1 天燃气报警系统的设计思路天燃气报警系统是能够检测环境中的可燃性气体浓度，并具有报警功能的仪 器，仪器的最基本组成部分应包括：气体信号采集电路、模数转换电路、单片机 控制电路。气体信号采集电路一般由气敏传感器和模拟放大电路组成，将气体信号转化 为

16、模拟的电信号。模数转换电路将从燃气检测电路送出的模拟信号转换成单片机 可识别的数字信号后送入单片机。 单片机对该数字信号进行处理，并对处理后的 数据进行分析，是否大于或等于某个预设值（也就是报警限），如果大于则会自动 启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态。为使报警装置更加完善，可以 在声音报警基础上，加入光闪报警，变化的光信号可以引起用户注意，弥补嘈杂 环境中声音报警的局限。以上是根据报警器应具备的功能，提出的整体设计思路。气敏传感器及单片机是燃气泄漏报警器的两大核心， 根据报警器功能的需要， 选择合适、精确、经济的气敏传感器及单片机芯片是至关重要的。传感器的选型 在下一节介绍。单片机作

17、为硬件电路的核心，它的选型将在第三章详述。2.2 气体传感器的选型气体传感器属于气敏传感器，是气-电变换器，它将可燃性气体在空气中的含 量（即浓度）转化成电压或者电流信号，通过A/D转换电路，将模拟量转换成数字 量后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。气 体传感器作为燃气泄漏报警器的信号采集部分，是仪表的核心组成部分之一。由 此可见，气体传感器的选型是非常重要的。2.2.12.2.1 气体传感器介绍1.气体传感器的分类 气体传感器种类繁多，从检测原理上可以分为三大类：(1)利用物理化学性质的气体传感器：如半导体气体传感器、接触燃烧气体传 感器等。(2)利用物理性质的

18、气体传感器：如热导气体传感器、光干涉气体传感器、红 外传感器等。(3)利用电化学性质的气体传感器：如电流型气体传感器、电势型气体传感器 等。2.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。3.常见气体传感器简介

19、(1) 半导体气体传感器半导体气体传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的气体传 感器，以及用单晶半导体器件制作的气体传感器。自1962年半导体金属氧化物气体传感器问世以来，由于具有灵敏度高、响应快、输出信号强、耐久性强、结 构简单、价格便宜等诸多优点，得到了广泛的应用。该传感器己成为世界上产量 最大、使用最广的气体传感器之一。按照敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻 型。(2) 固体电解质气体传感器固体电解质气体传感器使用固体电解质气敏材料作为气敏元件，其原理是利用气敏材料在通过气体时产生电阻，测量其形成电动势从而测量气体浓度。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，因而得到了广泛的

20、应用，几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域，其产量仅次于半导体气体传感器的一类传感器。 但这种传感器制造成本高，检测气体范围有限，在检测环境污染领域中有优势。(3) 接触燃烧式气体传感器当易燃气体接触这种被催化物覆盖的传感器表面时会发生氧化反应而燃烧，故得名接触燃烧式传感器。接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝（也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时将铂丝通电，保持300 C4O0 C的高温，此时若与气体接触，气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因此铂丝的 温度会上升，铂丝的电阻值也上升，通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道 气体的浓度。（4） 高分子气体传感器利用高分子气敏材料制作

21、的气体传感器近年来得到很大的发展。高分子气敏材料在遇到特定气体时，其电阻、介电常数、材料表面声波传播速度和频率、材 料重量等物理性能发生变化。高分子气敏材料由于具有易操作性、工艺简单、常 温选择性好、价格低廉、易与微结构传感器和声表面波器件相结合，在毒性气体 和食品鲜度等方面的检测中具有重要作用。高分子气体传感器具有对特定气体分 子灵敏度高，选择性好，且结构简单，能在常温下使用，可以弥补其它气体传感 器的不足。（5） 电化学传感器电化学传感器由膜电极和电解液封装而成。 气体浓度信号将电解液分解成阴 阳带电离子，通过电极将信号传出。它的优点是：反映速度快、准确、稳定性好、 能够定量检测，但寿命较

22、短（大约两年）。它主要适用于毒性气体检测。目前国际 上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。（6） 热传导传感器热传导传感器与接触燃烧式传感器具有类似的结构形式，但是测量原理不同。它的测量原理是：将加热后的铂电阻线圈置于目标烟雾中，由于向目标气体传送热量造成温度降低，引起电阻值变化，传感器即测量电阻值的变化情况。温 度的变化情况是目标气体热传导率的函数， 而对于一种给定的气体，热传导率是 它固有的物理特性。（7） 红外传感器红外传感器通常用两束红外光进行气体测量，主光束通过测量元件内的目标气体，参考光束通过比较元件内的参考气体。 在测量和比较元件中，红外射线被 气体有选择地吸收了。未吸收的红外光由

23、光电探测器测量， 产生一个正比于目标 气体浓度的差分信号。非扩散式红外探测器NDIR （non-dispersive IR ）是其中的一种，所有的未吸收光全部以最小的扩散和损耗被记录下来。不同的气体吸收不同波长的IR，所以传感器根据目标气体而调整，典型应用包括测量CO和CQ冷冻剂烟雾和一些易燃气。由于非碳氢化合物易燃气体（如氢）不吸收电磁谱中IR部分的能量，所以这种传感器可以精确地测量碳氢化合物，并具有最小的交 叉灵敏度，而且不受其它气体的腐蚀以及高浓度目标烟雾的影响。4.常见气体传感器可检测气体种类由于气体的种类繁多，一种类型的气体传感器不可能检测所有的气体，通常 只能检测某一种或两种特定性

24、质的气体。例如氧化物半导体气体传感器主要检测各种还原性烟雾，如CO H2、CHOH CHOH等。固体电解质气体传感器主要用于检测无机气体，如Q、CO、Hb、CI2、SO等。简要列举出已经研究、开发的各类气体传感器及其可检测的气体种类传感器 种类COCOHSNHHCN HCICOCl2CI2NOSQQCHGH2H2HbO半导体 气体传 感器0OOOOOOOOOO固体电 解质传 感器0OOOO接触燃 烧式传 感器OOO电化学 式传感 器OOOOOOOO高分子 电解质 气体传 感器OOOO注：O好不太好表 2.1 各种气体传感器可检测的气体种类222222 气体传感器的选定天燃气泄漏报警器主要应用在

25、石油、化工、冶金、油库、液化气站、喷漆作 业等易发生可燃气体泄漏的场所，根据报警器检测气体种类的要求，一般选用接 触燃烧式气敏传感器和半导体气敏传感器。使用接触燃烧式气敏传感器，其探头的阻缓及中毒，是不可避免的问题。阻 缓是当在气体与空气的混合物中含有硫化氢等含硫物质的情况下，则有可能在无焰燃烧的同时，有些固态物质附着在催化元件表面， 阻塞载体的微孔，从而引起 响应缓慢反应滞缓，灵敏度降低。虽然将阻缓的传感器再放回新鲜空气环境中有 得到某种程度的恢复的可能，但是如果长期暴露在这样的环境中，其灵敏度会不 断下降，导致该传感器最终丧失检测烟雾的能力。 中毒是如果环境空气中含有硅 烷之类的物质时，则

26、传感器将使催化元件产生不可逆转的中毒，以致灵敏度很快就丧失。当怀疑检测环境中存在这些物质时， 经常对探头进行标定，是必须且有 效的办法。因此，经常对传感器进行标定，是保证其准确性的必要的途径。 一般连续使 用两个月后应对传感器进行量程校准， 这种经常性对传感器的维护，无形中加大 了工作人员的工作量，同时增加了报警器的维护成本。半导体气敏传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的气体传 感器以及用单晶半导体器件制作的气体传感器， 它具有灵敏度高，响应快、体积 小、结构简单，使用方便、价格便宜等优点，因而得到广泛应用。半导体气敏传 感器的性能主要看其灵敏度、选择性（抗干扰性）和稳定性（使用寿

27、命）。经过对比上述两种气敏传感器的应用特性，发现半导体气敏传感器的优点更 加突出：灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜，且不会发生探 头阻缓及中毒现象，维护成本较低等。因此，本设计采用半导体气敏传感器作为 报警器气体信息采集部分的核心。而在众多半导体气敏传感器中，本设计选用MQ-2型气敏传感器，这种型号的传感器具备一般半导体气敏传感器灵敏度高、 响应快、抗干扰能力强、寿命长等优点。2.3 天燃气泄露报警系统的整体设计方案2.3.12.3.1 天燃气泄露报警器工作原理本论文中的燃气泄漏报警器以AT89C51单片机为控制核心，采用MQ-2型电 阻式半导体传感器采集气体信息。首先，气体传

28、感器送来的气体浓度对应的电压信号送入AT89C51单片机；然后，在AT89C51单片机内A/D转换、气体浓度比较，对数据进行线性化处理， 将数字化电压信号转化成为对应的十进制浓度值；最后，判断气体浓度值是否超出报警限，当气体浓度处于正常状态红灯不会闪亮， 当气体浓度超出设定的限定 值时，发出声音报警并伴随红灯闪亮。另外由于气体传感器需要在加热状态下工 作，温度越高，反应越快，响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时间，保证 气体传感器准确地、稳定地工作，报警器需要向气体传感器持续输出一个5V的电压。为了保证其可靠性，在输出5V的电压的同时，进行故障监测。2.3.22.3.2 天燃气泄露报警器的结

29、构为适应家庭对可燃性易爆气体安全性要求，设计的可燃性气体报警仪应不仅 能在较宽的温度范围工作，而且应具有显示可燃气体浓度、可接计算机进行现场 远测和实时控制等功能。其目标是在传统的烟雾报警仪的基础上， 尽量提高准确 性，降低成本，缩小体积。天燃气泄露报警器系统结构框图如图2.2所示，该系统以单片机为核心，配 合外围电路共同完成信号采集、声音及闪烁报警等功能。系统采用高性能的单片 机，要求工作稳定、测量精度高、通用性强、功耗低，保证报警器的精确性及可 靠性，而且最好体积小，成本低，有利于减少报警器的体积，降低报警器的成本。使用AT89C51单片机，选用气敏传感器作为敏感元件，利用A/D转换器和声

30、 光报警电路，开发了可用于家庭或小型单位天燃气泄漏报警器。整个设计由4大部分构成：气敏传感器、A/D转换电路、AT89C5仲片机、声光报警电路。气 敏传感器是将现场气体浓度非电信号转化为电信号；转换电路是将完成将气体传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。声光报警模块由单片机和报警电路组 成，由单片机控制实现不同的声光报警功能。气体浓度图2.2天燃气泄漏报警系统结构框图2.3.32.3.3 气体检测报警器的功能声光报警功能当气体浓度取值处在报警限值之上，蜂鸣器开始报警，且声音越来越急促，并且伴随红灯闪烁。因为人对变化的信号更为敏感，所以变化的声音及灯光更容 易引起用户的注意。第3章天燃气泄漏报警

31、系统的硬件部分设计3.1 主控电路的设计3.1.13.1.1 半导体气敏传感器简介半导体气敏传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的气体传感 器以及用单晶半导体器件制作的气体传感器， 它具有灵敏度高，响应快、体积小、 结构简单，使用方便、价格便宜等优点，因而得到广泛应用。半导体气体传感器 的性能主要看其灵敏度、选择性（抗干扰性）和稳定性（使用寿命）。MQ-2/MQ-2气敏传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二 氧化锡（SnO）。当传感器所处环境中存在可燃性气体时，传感器的电导率随空气 中可燃性气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输

32、出信号（1）灵敏度特性：10jfRliuIk1nh-sA毎1t-iJl，-,Jg* H2-JiLEG邑一CH4M C0-*alcoiiol- prH air0. 1It匚101j,J礼.L kPPm图 3.2JJ-1JwAJ=J000 10000图3.2传感器典型的灵敏度特性曲线注：图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lOOOppm不同气体中的电阻值VHGND图3.4传感器的基本测试电路该传感器需要施加2个电压：加热器电压（VH和测试电压（VC。其中VHW于为传感器提供特定的工作温度。VC则是用于测定与传感器串联的负载

33、电阻（RL） 上的电压（VRL。这种传感器具有轻微的极性，VC需用直流电源。在满足传感器 电性能要求的前提下，VC和VH以共用同一个电源电路。为更好利用传感器的性 能，需要选择恰当的RL值。（2）温/湿度的影响：图3.3传感器典型的温度、湿度特性曲线 图中纵坐标是传感器的电阻比（Rs/Ro）。Rs表示在含lOOOppm甲烷、不同温/湿度下传感器的电阻值Ro表示在含lOOOppm甲烷、20C/65%RH环境条件下传感器的电阻值（3）基本测试回路:(4)规格:A.标准工作条件符号参数名称技术条件备注Vc回路电压24VDC:VH加热电压5.0 V0. 2VACorDCR.负载电阻可调RH加热电阻31

34、Q 3Q室温PH加热功耗900mWB.环境条件符号参数名称技术条件备注Tao使用温度-ioc +50rTas储存温度-20c +70CRH相对湿度小于95%RHQ氧气浓度21%标准条件)氧气浓度会影响灵敏度特性最小值大于2%C.灵敏度特性符号参数名称技术参数备注Rs敏感体表面电阻2KQ-20KQ(2000ppmC3H8)适用范围：5000-20000ppm天然气a(R3000ppr/Rl000ppmC3H8)浓度斜率 FJ. VU)h科J mm Ph 1/M n.o/unAT8K3I的引良科的1.引脚的分类(1) 主电源及时钟引脚：VCC GN荧。(2) 编程电源：VPP(3) 控制口线：PS

35、EN(片外取指控制)、ALE(地址锁存控制)、EA(片外存储 器选择)、RST(复位控制)。(4)I/O控制：P0 P1、P2、P3共四个8位口线，2.引脚详细说明VCC:供电电压，接+5V。GND:接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储 器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输 入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接 收输出4TTL门电流。P1口

36、管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收， 输出4个TTL门电流，当P2口被写“1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作 为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于 内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行 存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址 “1时，它利用内部上拉优势，当 对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P

37、2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口， 可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。为输入， 由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电 平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址 的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时

38、目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器 时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此 时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被 略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个 机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信 号将不出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）， 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端

39、保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也 用于施加12V编程电源（VPP）。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。振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大 器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱 动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器， 因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽 度。3.1.53.1.5 AT89C51AT89C51 单片机的时钟电路采用内部时钟方式利用芯片内部的振荡器， 然后在

40、引脚XTALl和XTAL2两端 跨接晶体振荡器（简称晶振），就构成了稳定的自激振荡器，发出的脉冲直接送 入内部时钟电路。外接晶振时，C和C2的值通常选择为30pF左右；C、C2对频 率有微调作用，晶振或陶瓷谐振器的频率范围可在1.2MHz12MHz之间选择。为 了减小寄生电容，更好地保证振荡器稳定、 可靠地工作， 振荡器和电容应尽可能 安装得与单片机引脚XTALl和XTAL2靠近。图3.7单片机的时钟电路图Cl41口xi05U*21*131MH3IMUMMn( (wuD*? VHDritrr:niff,02右心3.1.63.1.6 AT89C51AT89C51 单片机的复位电路在整个燃气报警系

41、统中，要进行实验，必须对整个系统先复位。复位是单片 机的初始化操作。单片机系统在上电启动运行时，都需要先复位。其作用是使CPU和系统中其他部件都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方式。 但单片机本身是不能自动进行复位的， 必须 配合相应的外部复位电路才能实现。单片机的外部复位电路有上电复位和上电和按键均有效的复位两种。我们在设计单片机复位时，选用上电复位。上电复位利用电容器的充电实现。图3.8是AT89C51单片机的上电复位电路。 图中给出了复位电路参数。上电要求接通电源后，单片机实现自动复位操作。上电瞬间RST引脚获得高 电平，随着电容的充电，RST

42、引脚的高电平将逐渐下降。RST引脚的高电平只要 能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。该电路典型 的电容参数为：晶振为12MHZ电容值为1uF0C3CAhU 101FflJ.AOIP03M01rrjinMSbMMFfiWAfHPO W)?d! *4 VAtR2 WP)4MQPJt.AlJP2AHP2僦悒丰王Hn irrn)r IMPi*rre-価*HriHk1)H *乃执加竝斗h-、-3 rLaLllaR-Rrr一图3.8单片机复位电路图3.2 外围接口电路的设计3.2.13.2.1 ADC0808ADC0808 转换器的介绍ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近

43、原理进行模 一数转换的器件。 其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。(1)主要特性：1、8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。2、具有转换起停控制端。3、转换时间为100 Q4、单个+5V电源供电5、模拟输入电压范围0+5V,不需零点和满刻度校准。6工作温度范围为-40+85摄氏度7、低功耗，约15mW(2) 内部结构：ADC0808是CMO单片型逐次逼近式A/D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D/A转换器、逐次逼近(3) 外部特性(引脚功能)ADC0808芯片有28条引脚，采用双

44、列直插式封装，如图所示。下面说明各引脚功能j71一町IHi TAr34n tDD iIM7 JSug c i*1nJTPJT THiMFdIID300 TID忡畑Jiti *1CpzmP2:“恬二-Pl owe1*3 irncoP3 i n C3小paVTI杓也 z佢图3.12灯光报警电路图3.3 总电路设计根据要求，设计中我们选用AT89C51单片机。AT89C5仲片机的主控电路包 括时钟电路、复位电路。两电路的接法在前面分别做了介绍，这里不再赘述。而传感器是将非电量需要转换成与非电量有一定关系的电量。当今信息时 代，随着电子计算机技术的非速发展，自动检测，自动控制技术显露非凡的能力， 而大

45、多数设备只能处理电信号，也就需要把被测，被控非电量的信息通过传感器 转换成电信号。可见，传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。没有传感器对原始信息进行精确可靠的捕捉和转换，就没有现代自动检测和自动控制系统。没有传感器就没有现代科学技术的迅速发展。设计中，传感器我们选择的是MQ-2型气体传感器连接在A/D转换器的输入接口。PO gGFLJJ和gj刚打5GI-PCW7 仁，旳时:E 1 1.41 1PIvrnFl2R1 1n lrsiEiPl iPI fn yrFl t叭*卜、我们将主控电路和外围接口电路（AT89C5与A/D转换器的接口电路、AT89C51与声光报警电路）连接起来，就得到了基

46、于AT89C5的气体报警总电路图。当外部环境（气体浓度）达到一定值时，气体传感器就会产生模拟电压，将它作为输出的模拟信号经ADC080转换器转换为AT89C5单片机所能识别的数字 电压量。通过检测信号。当有信号输入时，经程序设定就会驱动AT89C5仲片机 的P1.7和P1.0。而P1.7和P1.0是与声光报警电路相连接的。综上所述，得出总电路图如图所示：T二rrr图 3.13 燃气报警系统总电路图第4章燃气泄漏报警系统的软件部分设计4.1 主程序设计流程与编程C语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备 汇编语言的功能。C语言有功能丰富的库函数、运算速度快、编译效率高、有

47、良 好的可移植性，而且可以直接实现对系统硬件的控制。C语言是一种结构化程序设计语言，它支持当前程序设计中广泛采用的由顶向下结构化程序设计技术。此外，C语言程序具有完善的模块程序结构，从而为软件开发中采用模块化程序设 计方法提供了有力的保障。因此，使用C语言进行程序设计已成为软件开发的一 个主流。用C语言来编写目标系统软件，会大大缩短开发周期，且明显地增加软 件的可读性，便于改进和扩充，从而研制出规模更大、性能更完备的系统，用C语言进行单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。所以作为一个技术全 面并涉足较大规模的软件系统开发的单片机开发人员最好能够掌握基本的C语言编程。使用C语言肯定要使用到

48、C编译器，以便把写好的C程序编译为机器 码，这样单片机才能执行编写好的程序。4.1.14.1.1 主程序设计流程图主程序流程图如图所示。首先要给传感器预热三分钟，因为MQ-2型半导体电阻式气体传感器在不通电存放一段时间后，再次通电时，传感器不能立即正常采集烟雾信息，需要一段时间预热。程序初始化结束后，系统进入监控状态。本 论文的主程序设计先对传感器预热三分钟，预热同时，对传感器加热丝故障检测， 采用软件方式检测传感器加热丝或电缆线是否断线或者接触不良。AT89C51单片机对传感器检测的气体浓度信号进行A/D转换，将浓度值与报 警限设定值相比较，判断是否报警。主程序还包括状态指示灯及声音报警功能

49、设 置，使报警器功能更加完善，给用户带来便利。4.1.24.1.2 主程序的编程#in elude #include vintrin s.htypedef un sig ned char uchar; typedef un sig ned int uint;/报警门限，320表示传感器的电压超过3.2V报警,低电平有效图 4.1 主程序流程sbitIO_Alarm=P1A1；/灯光报警驱动IO口sbitIO_Run=P1A2;系统运行指示灯驱动IO/ADC0808相关IO口sbitSTART=P3A5;sbitEOC=P3A6;sbitOE=P3A7;/声音报警驱动10口=P1A0;口#def

50、i neAlarm_Gate 320标定值sbit IO_SpeakersbitADDA=P3A4;sbitADDB=P3A3;sbitADDC= 卩3uchar AD_Value; /AD转换值uint Se nsor_vol; /传感器电压/=长延时= void Delay_ms( un sig ned int ms) _un sig ned int i,j; for(i=0; ims; i+)for(j=0; j Alarm Gate)限值_IO_Speaker = 0;IO_Alarm = 0; _elseIO_Speaker = 1;IO_Alarm = 1; _Delay_ms(2

51、00); _判断传感器的电压信号是否超过安全门/超过安全门限值启动声音报警超过安全门限值启动灯光报警/低于安全门限值关闭声音报警低于安全门限值关闭灯光报警被完全集成到uVisi on2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编 译器，汇编 器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision2 IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。4.2.14.2.1 程序调试的步骤（1）源文件的建立：使用菜单 “File-New”或者点击工具栏的新建文件按 钮，即可在项目窗口的右侧打开一个新的文本编辑窗口， 在该窗口中输入汇编语 言源程序（4.1.2小节所示）。保存该文件，加上扩展名（.c），这里将文件保

52、 存为天燃气.c。（2） 建立工程文件：点击“Project-New Project”菜单，出现一个对话框， 要求给工程起一个名字，我们输入天燃气，不需要扩展名，点击保存按钮，出现 第二个对话框。这个对话框要求选择目标CPU（即我们所使用的芯片型号AT89C51点击ATME前面的“+”号，展开该层，点击其中的89C51,然后点击 确定按钮。回到主界面，此时，在工程窗口的文件页中，出现了“Targ et1”，前面有“+”号，点击“+”展开，可以看到下一层的“Source Group1”,这时 的工程还是一个空工程，里面什么文件也没有，需要手动把刚才编写好的源程序 加入，点击“Souce Grou

53、p”使其反白显示，然后，点击鼠标右键，出现一个下 拉菜单。选中其中的“Add file to Group”Souce Group1”，对话框，要求寻 找源文件，注意该对话框下面的“文件类型“默认为C Souce file （*c）,也就是以C为扩展名的文件。双击燃气.c文件，将文件加入项目，注意，在文件 加入项目后，该对话框并不消失，等待继续加入其他文件，但初学时常会认为操 作没有成功而再次双击同一文件，这时会出现对话框，提示你所选的文件以在列表中，此时点击确定，返回前一对话框，然后，点击”Close”即可返回主界面，返回后，点击“Souce Goup 1”前的加号，会发现燃气.c文件以在其中

54、。双击 文件名，即打开源程序。（3） 工程的详细设置：首先点击左边Project窗口的Target 1,然后使用 菜单“Proget-Option for targettarget 1”即出现对工程设置的对话框，对这个对话框可谓非常复杂，共有8个页面，要全部高清可不容易，好在绝大部 分设置项取默认值就行了。设置完成以后安确认返回主界面，工程建立、设置完毕。(4)编译、连接：在设置好工程后，既可以进行编译、连接。选择菜单Project-Build target,对当前工程进行连接，如果当前文件已修改软件会先对该文件进行比阿尼，然后在连接以产生目标代码。编译过程中的信息将出现在输 出窗口中的Bui

55、ld页中，如果源程序有语法错误，会有错误报告出现，双击该行， 可以定到出错的位置，对源程序反复修改后，最终会得到如图5-1所示的结果，提示获得了名为燃气.hex的文件，该文件即可被编程器读入并写到芯片中，同 时还产生了一些其他相关文件可被用于KEIL的仿真与调试。422422 程序调试过程中的问题及解决在进入环境以后，有时会遇到了些问题，总结如下：(1) 在进入Keil的调试环境以后，发现程序有错解决方法：将光标定位于需要修改的程序上，用菜单，DebugInlineAssambly即可出现对话框，En ter New后面的编辑框内直接输入需要修改的程 序语句，输入完之后键入回车将自动指向下一条

56、语句，可以继续修改，如果不在需要修改，可以点击右上角的关闭按钮关闭窗口。(2) 汇编出现数字、字母混淆解决方法：字母“O和 数字“0的混淆(3) 程序调试时，一些程序必须满足一定的条件才能被执行到解决方法：这些条件往往是异步发生或难以预先设定的，这类问题使用的单步实行方法是很难调试的， 这时就要使用程序调试中的另一种非常重要是方法-断点设置。断点设置的方法有多种，常用的是在某一程序行设置断点，设置好断点后可以全速运行程序，一旦执行到该程序行即停止，可在此观察有关变量值， 以确定问题所在。在程序行设置/移除断点的方法是将光标定位于需要设置断点 的程序行，使用菜单Debug/Insert/Remo

57、veBreakPoint设置或移除断点(也可以用 鼠标在该行双击实现同样的功能)；Debug/Enable/Disable BreakPoint是开启或暂 停光标所在懂行的断点功能；Dubug/Disale All BreakPoint暂停所有断点；Debug/Kill All BreakPoint清除所有的断点设置。这些功能也可以用工具条上的快 捷键进行设置。(4) 输入程序时，有中文标点，用keil编译时出现错误解决方法：程序里有带中文标点，用英文重输入一遍。总结与展望气体检测报警器可保障生产与生活的安全， 避免火灾和爆炸事故以及煤气中 毒的发生，它是防火、防爆和安全生产所必备的仪器，具有广阔的市场空间与发 展前景。本论文在对气体传感器和报警技术进行深入研究的基础上， 全面比较国内外 同类产品的技术特点，合理地确定系统的设计方案。并对仪器的整体设计和各个 组成部分进行了详细的分析和设计。本论文设计的气体报警器由气体信号采集电路与单片机控制电路两大部分 构成。根据