氣體泄漏報警裝置設(shè)計

1、課程設(shè)計(論文)題 目 名 稱 氣體泄漏報警裝置設(shè)計 課 程 名 稱 現(xiàn)代測控技術(shù) 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 系 、專 業(yè) 10 指 導(dǎo) 教 師 2013年7月1日邵陽學(xué)院課程設(shè)計（論文）任務(wù)書年級專業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號 題目名稱氣體泄漏報警裝置設(shè)計設(shè)計時間2013年6月16日2013年6月27日課程名稱現(xiàn)代測控技術(shù)課程編號設(shè)計地點智能儀器及開發(fā)實驗室創(chuàng)新實驗室（214）（305）一、 課程設(shè)計（論文）目的課程設(shè)計是在校學(xué)生素質(zhì)教育的重要環(huán)節(jié)，是理論與實踐相結(jié)合的橋梁和紐帶?，F(xiàn)代測控技術(shù)課程設(shè)計，要求學(xué)生更多的動手實踐方案，解決目前學(xué)生課程設(shè)計過程中普遍存在的缺乏動手能力的現(xiàn)象. 現(xiàn)代測控技術(shù)課

2、程設(shè)計是繼電子技術(shù)、和單片機原理與應(yīng)用課程之后開出的實踐環(huán)節(jié)課程，其目的和任務(wù)是訓(xùn)練學(xué)生綜合運用已學(xué)課程“電子技術(shù)基礎(chǔ)”、“現(xiàn)代測控技術(shù)”的基本知識，獨立進行現(xiàn)代測控應(yīng)用技術(shù)和開發(fā)工作。二、 已知技術(shù)參數(shù)和條件運用所學(xué)單片機及現(xiàn)代測控技術(shù)知識，設(shè)計一個廚房可燃性氣體泄漏情況的檢測報警裝置。三、 任務(wù)和要求設(shè)計一個廚房可燃性氣體泄漏情況的檢測報警裝置。當(dāng)廚房中天然氣（CH4）或液化石油氣（C4H10）濃度大于某個數(shù)值（例1000ppm）時，用蜂鳴器報警并發(fā)出控制信號，啟動抽油煙機。注：1此表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)系、教研室審批，指導(dǎo)教師、學(xué)生簽字后生效；2此表1式3份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各1份。

3、四、參考資料和現(xiàn)有基礎(chǔ)條件（包括實驗室、主要儀器設(shè)備等）已學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、單片機技術(shù)、現(xiàn)代測控技術(shù)創(chuàng)新實驗室智能儀器及開發(fā)實驗室五、進度安排2013年6月16日-17日：收集和課程設(shè)計有關(guān)的資料，熟悉課題任務(wù)何要求總體方案設(shè)計2013年6月18日-21日：硬件電路設(shè)計2013年6月21日-25日：軟件設(shè)計2013年6月25日-30日：系統(tǒng)調(diào)試改進2013年6月26日：整理書寫設(shè)計說明書2013年6月27日：答辯并現(xiàn)場考核六、教研室審批意見教研室主任（簽名）： 年 月 日七|、主管教學(xué)主任意見 主管主任（簽名）： 年 月 日八、備注指導(dǎo)教師（簽字）： 學(xué)生（簽字）：邵陽學(xué)院課程設(shè)

4、計（論文）評閱表學(xué)生姓名 湯妮霞 學(xué) 號 系 電氣工程系 專業(yè)班級 測控技術(shù)與儀器 題目名稱 氣體泄漏報警裝置設(shè)計 課程名稱 智能儀器 一、學(xué)生自我總結(jié)通過這次課程設(shè)計，加深了我對書本知識的認識，同時很好的鍛煉了我理論與實踐相結(jié)合的能力。在這次課程設(shè)計中，我學(xué)會了電路設(shè)計的基本流程和方法，以及一些智能芯片的使用,對今后的學(xué)習(xí)設(shè)計會有很大的幫助。 學(xué)生簽名： 年 月 日二、指導(dǎo)教師評定評分項目平時成績論文答辯綜合成績權(quán) 重304030單項成績指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日注：1、本表是學(xué)生課程設(shè)計（論文）成績評定的依據(jù)，裝訂在設(shè)計說明書（或論文）的“任務(wù)書”頁后面；2、表中的“評

5、分項目”及“權(quán)重”根據(jù)各系的考核細則和評分標(biāo)準(zhǔn)確定。摘要隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)成為安全方面的有力手段，許許多多安全方面的電子產(chǎn)品，是人們的生活的得力助手。本設(shè)計利用單片機技術(shù)結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)建了一個可燃氣體檢測報警器。當(dāng)環(huán)境中可燃性氣體(CH4、C4H10）)泄露時，當(dāng)氣體檢測模塊檢測到可燃氣體濃度達到報警器設(shè)置的臨界點時，可燃氣體報警器就會發(fā)出報警信號，同時開通抽油煙機排放可燃性氣體。本次設(shè)計采用MQ-2氣體傳感器作為可燃氣體的信號采集工具，采集到的模擬電壓量經(jīng)過ADC0808轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。單片機采集到ADC0808的數(shù)字信號后經(jīng)過計算，如果可燃氣體濃度達到報警器設(shè)置的臨界點

6、時單片機將驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出報警信號，同時驅(qū)動抽油煙機排氣，直可燃性氣體濃度降到報警下限。關(guān)鍵詞：MQ-2傳感器；AT89C51單片機；ADC0808芯片； 摘要. I1 系統(tǒng)硬件芯片的介紹11.1單片機（AT89C51）11.2 MQ-2傳感器21.3 ADC0808模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片32 設(shè)計要求及電路框圖62.1 設(shè)計要求62.2 設(shè)計框圖63 電路單元模塊73.1 氣體濃度檢測模塊73.2 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊73.3 報警電路模塊83.4 排氣模塊84 電路仿真9結(jié)束語10參考文獻11附錄I.12附錄II.131 系統(tǒng)硬件芯片的介紹1.1單片機（AT89C51）單片機采用MCS-51系列單片機

7、。由ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有4K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。AT89C51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定

8、時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。而且，它還具有一個看門狗（WDT）定時/計數(shù)器，如果程序沒有正常工作，就會強制整個系統(tǒng)復(fù)位，還可以在程序陷入死循環(huán)的時候，讓單片機復(fù)位而不用整個系統(tǒng)斷電，從而保護你的硬件電路。AT89C51有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降

9、低開發(fā)成本。其芯片引腳圖如下：圖1.1 AT89C51引腳圖1.2 MQ-2傳感器MQ-2/MQ-2S氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。MQ-2/MQ-2S氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。MQ-2/MQ-2S氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖1.2所示(結(jié)構(gòu) A 或 B), 由微型Al2O3陶瓷管、SnO

10、2 敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有只針狀管腳，其中個用于信號取出，2個用于提供加熱電流?；倦娐啡鐖D1.3。圖1.2 結(jié)構(gòu)和外形圖1.3 MQ-2基本電路1.3 ADC0808模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0808和ADC0809除精度略有差別外(前者精度為8位、后者精度為7位)，其余各方面完全相同。它們都是CMOS器件，不僅包括一個8位的逐次逼近型的ADC部分，而且還提供一個8通道的模擬多路開關(guān)和通道尋址邏輯，因而有理由把它作為簡單的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”。利用它可直接輸入8個單端的模擬信號分時進行A/D轉(zhuǎn)換，在

11、多點巡回檢測和過程控制、運動控制中應(yīng)用十分廣泛。1) 主要技術(shù)指標(biāo)和特性（1）分辨率：8位。（2）總的不可調(diào)誤差：ADC0808為LSB,ADC 0809為1LSB。（3）轉(zhuǎn)換時間：取決于芯片時鐘頻率，如CLK=500kHz時，TCONV=128s。（4）單一電源:+5V。（5）模擬輸入電壓范圍： 單極性05V；雙極性5V,10V(需外加一定電路)。（6）具有可控三態(tài)輸出緩存器。（7）啟動轉(zhuǎn)換控制為脈沖式(正脈沖)，上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零，下降沿使A/D轉(zhuǎn)換開始。（8）使用時不需進行零點和滿刻度調(diào)節(jié)。2) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳ADC0808/0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳分別如圖1.4和圖1.

12、5所示。內(nèi)部各部分的作用和工作原理在內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中已一目了然，在此就不再贅述，下面僅對各引腳定義分述如下： 圖1.4 ADC0808/0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖（1）IN0IN78路模擬輸入，通過3根地址譯碼線ADDA、ADDB、ADDC來選通一路。（2）D7D0A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微處理器數(shù)據(jù)線連接。8位排列順序是D7為最高位，D0為最低位。（3）ADDA、ADDB、ADDC模擬通道選擇地址信號，ADDA為低位，ADDC為高位。地址信號與選中通道對應(yīng)關(guān)系如表1.1所示。（4）VR(+)、VR(-)正、負參考電壓輸入端，用于提供片內(nèi)DAC電阻網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)電壓。在單極性輸入

13、時，VR(+)=5V，VR(-)=0V；雙極性輸入時，VR(+)、VR(-)分別接正、負極性的參考電壓。圖1.5 ADC0808/0809外部引腳圖表1.1 地址信號與選中通道的關(guān)系地 址選中通道ADDCADDBADDA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7（5）ALE地址鎖存允許信號，高電平有效。當(dāng)此信號有效時，A、B、C三位地址信號被鎖存，譯碼選通對應(yīng)模擬通道。在使用時，該信號常和START信號連在一起，以便同時鎖存通道地址和啟動A/D轉(zhuǎn)換。（6）STARTA/D轉(zhuǎn)換啟動信號，正脈沖有效。加于該端的脈沖的上升沿使逐次逼近寄存器清零，

14、下降沿開始A/D轉(zhuǎn)換。如正在進行轉(zhuǎn)換時又接到新的啟動脈沖，則原來的轉(zhuǎn)換進程被中止，重新從頭開始轉(zhuǎn)換。（7）EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，高電平有效。該信號在A/D轉(zhuǎn)換過程中為低電平，其余時間為高電平。該信號可作為被CPU查詢的狀態(tài)信號，也可作為對CPU的中斷請求信號。在需要對某個模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下，EOC也可作為啟動信號反饋接到START端，但在剛加電時需由外電路第一次啟動。（8）OE輸出允許信號，高電平有效。當(dāng)微處理器送出該信號時，ADC0808/0809的輸出三態(tài)門被打開，使轉(zhuǎn)換結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線被讀走。在中斷工作方式下，該信號往往是CPU發(fā)出的中斷請求響應(yīng)信號。3) 工作時序與使用說明AD

15、C 0808/0809的工作時序如圖1.6所示。當(dāng)通道選擇地址有效時，ALE信號一出現(xiàn)，地址便馬上被鎖存，這時轉(zhuǎn)換啟動信號緊隨ALE之后(或與ALE同時)出現(xiàn)。START的上升沿將逐次逼近寄存器SAR復(fù)位，在該上升沿之后的2s加8個時鐘周期內(nèi)(不定)，EOC信號將變低電平，以指示轉(zhuǎn)換操作正在進行中，直到轉(zhuǎn)換完成后EOC再變高電平。微處理器收到變?yōu)楦唠娖降腅OC信號后，便立即送出OE信號，打開三態(tài)門，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。圖1.6 ADC 0808/0809工作時序2 設(shè)計要求及電路框圖2.1 設(shè)計要求運用所學(xué)的知識，設(shè)計一個氣體泄漏報警裝置，要求當(dāng)廚房中天然氣（CH4）或液化石油氣（C4H10）濃度大

16、于某個數(shù)值（例1000ppm）時，用蜂鳴器報警并發(fā)出控制信號，啟動抽油煙機；當(dāng)濃度小于這個數(shù)值時，報警停止，抽油煙機關(guān)閉。2.2 設(shè)計框圖排氣電路AT89C51報警電路可燃性氣體濃度采集A/D轉(zhuǎn)換模塊圖2.1 設(shè)計總框圖通過QM-2采集可燃性氣體濃度，經(jīng)ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換把數(shù)據(jù)傳輸給單片機AT89C51，單片機通過對ADC0808轉(zhuǎn)換來的數(shù)據(jù)進行處理，當(dāng)可燃性氣體弄到達到設(shè)定為報警濃度時，單片機將驅(qū)動報警電路，開啟蜂鳴器報警，同時驅(qū)動排氣電路，開啟抽油煙機進行排氣，單片機通過實時檢測，當(dāng)濃度降至報警濃度一下，單片機發(fā)出信號關(guān)閉蜂鳴器和抽油煙機。3 電路單元模塊3.1 氣體濃度檢測模塊圖3.

17、1 模擬氣體濃度檢測由于在protues中沒有QM-2及QM系列氣體傳感器，所以我們只能用別的器件代替，因為氣體濃度傳感器QM-2是通過電阻的變化實現(xiàn)對氣體感應(yīng)做出反應(yīng)，所以我們用一個電位器代替，如圖3.1。3.2 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊圖3.2 ADC0808A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換因為單片機只能處理數(shù)字信號，我們不能直接讓單片機處理模擬信號，所以我們要把氣體傳感器采集來的信號，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后才能傳給單片機，讓單片機處理。這里我們用的是ADC0808，ADC0808有8個輸入通道，這里我們只用了一個IN0。ADC0808通過IN0接收電位器信號，并把信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號從OUT口輸出給單片機。3.3 報警電

18、路模塊圖3.3 報警電路當(dāng)檢測到的可燃性氣體濃度高于設(shè)定的報警濃度時，系統(tǒng)通過軟件響應(yīng)P3.5驅(qū)動報警電路，知道濃度低于設(shè)定的報警濃度為止。3.4 排氣模塊圖3.4 模擬排氣模塊圖3.4是一個模擬排氣模塊，這里我們用一個馬達代替了抽油煙機，同樣的當(dāng)單片機檢測到的可燃性氣體濃度大于了設(shè)定的報警濃度時，單片機通過響應(yīng)P2.7口驅(qū)動馬達進行排氣動作，直到可燃性氣體濃度低于這個報警濃度時，單片機又會響應(yīng)P2.7口，給一個高電平關(guān)閉馬達，停止排氣。4 電路仿真圖4.1 低于設(shè)定報警濃度時的仿真在此設(shè)計中，我們把“報警濃度”設(shè)為了3.3，圖4.1濃度為2.55低于設(shè)定的報警濃度，沒有達到報警跟排氣的要求，

19、所以從圖中可以看出，馬達跟蜂鳴器都沒有工作。圖4.2 高于設(shè)定報警弄剛度時的仿真從圖4.2中可以看出來，馬達跟蜂鳴器都已經(jīng)開啟了，再看此時的濃度為4.40，大于設(shè)定的報警濃度，所以單片機驅(qū)動了報警電路和排氣模塊。結(jié)束語在此次課程設(shè)計中，我們將課本理論知識與實際應(yīng)用聯(lián)系起來。按照書本上的知識和王老師講授的方法，首先和同學(xué)一起分析研究此次電路設(shè)計任務(wù)和要求，然后按照分析的結(jié)果進行實際連接操作，檢測和校正，再進一步完善電路。在其中遇到一些不解和疑惑的地方，還有出現(xiàn)的一些未知問題，我們都認真分析討論，然后對討論出的結(jié)果進行實際檢測校正，對一些疑難問題我們也認真向王躍球老師詢問請教，和王老師一起探討解決

20、。通過此次電路設(shè)計，我們加深了對課本知識的認識理解，對電路設(shè)計方法和實際電路連接也有了一定的初步認識。也對數(shù)字電子技術(shù)有了更深的認識。感謝王躍球老師的細心教導(dǎo)，感謝團隊的積極合作，團隊的力量是無限的。參考文獻1王家楨.傳感器與變送器M.北京:清華大學(xué)出版社,1996.2曾巧媛.單片機原理及應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社.2002.3何力民.單片機高級教程M.北京：北京航空大學(xué)出版社.2000.4金發(fā)慶.傳感器技術(shù)與應(yīng)用M.北京：北京機械工業(yè)出版社.2000.5何立民. 單片機的語言應(yīng)用程序設(shè)計M. 北京航空航天大學(xué)出版社，1997 143-164.附錄I總電路圖附錄II系統(tǒng)程序#include#include#define uchar unsigned char #define uint unsigned intfloat SJND;sbit ADC_START=P20;sbit ADC_ALE=P21;sbit ADC_OE=P22;sbit ADC_EOC=P23;sbit D0