煤氣檢漏儀的設(shè)計與實現(xiàn)

1、單片機(jī)設(shè)計課程設(shè)計題目：煤氣檢漏儀的設(shè)計與實現(xiàn)專業(yè)：班級：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)老師：小組成員：成績：目錄摘要 .3第一章 緒論 .51.1課程設(shè)計目的 .51.2設(shè)計任務(wù)及要求 .51.2.1 煤氣檢漏儀的設(shè)計與實現(xiàn)任務(wù)，包含以下方面：. 51.2.2 煤氣檢漏儀的設(shè)計與實現(xiàn)要求： .5第二章 煤氣檢漏儀硬件電路的總體設(shè)計 .62.1基于單片機(jī)的設(shè)計 .62.2系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計 .72.2.1氣體傳感及 A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 .72.2.2聲光報警電路及顯示電路的設(shè)計 .112.2.4處理芯片 .13第三章 煤氣檢漏儀軟件的總體設(shè)計 .143.1主程序設(shè)計流程圖 .143.2部分程序 .1

2、53.3仿真圖 .163.4問題分析 .17心得體會總結(jié) .18附錄一：.19附錄二：.24附錄三：總體電路圖及實物圖 .25煤氣檢漏儀的設(shè)計與實現(xiàn)摘要隨著“信息時代”的到來，作為獲取信息的手段傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術(shù)已成為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。煤氣檢漏器是為了防止煤氣使用泄漏的危險的問題。本設(shè)計是采用單片機(jī)STC89C52 作為核心元件，利用液晶 lcd1602 和 LED 燈作為顯示元件以及蜂鳴器作為聲音報警元件，在此設(shè)計了利用一個L

3、ED 燈和液晶 1602，其中液晶用于顯示煤氣泄漏的濃度顯示，LED 用于顯示煤氣泄漏危險的信號燈，蜂鳴器顯示煤氣泄漏的聲音信號。 本文詳細(xì)的介紹了系統(tǒng)硬件與軟件的設(shè)計過程。由于單片機(jī)的集成度高，功能強(qiáng)，通用性好，特別是它具有體積小，重量輕，能耗低，價格便宜，可靠性好，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等方面的獨特的優(yōu)點，采用該裝置可以根據(jù)實際情況進(jìn)行精密修改， 具有低功耗，可靠性，安全性以及低成本等特點。關(guān)鍵詞：煤氣檢測；報警； STC89C52 ;lcd1602Design and Implementation of the gas leak detectorAbstractWith the comi

4、ng of the information age, as a means of access toinformation,sensortechnologyhasbeenremarkableprogress,itsapplicationfieldismore and more widely,thedemandis higherand higher,demand has become more and more urgent.Sensor technology has become ameasure ofa countryone ofthe importantsymbol ofthe level

5、sof scienceand technology development.Therefore, to understandand master thebasicstructure, working principle and characteristics of various types ofsensors isveryimportant.The gas leakdetector isto prevent gas usingleak dangerousproblem.ThisdesignisSTC89C52 bysinglechipmicrocomputer as the core com

6、ponents, using liquid crystal lcd1602 andleds as a display element and buzzeras a voicealarm components, inthisdesign by using a LED lights and LCD 1602, of which liquid crystal usedto display the concentration of the gas leak, the LED is used to displaythe gas leakdangerous lights,buzzer showed lea

7、kinggas voice signal.Thisarticledetailedintroducesthe system hardwareandsoftwaredesignprocess.As a resultofthe high levelof integration,thefunctionofthesingle chip microcomputer is strong, good generality, especially it hassmall volume, light weight, low energy consumption, low price, goodreliabilit

8、y,strong anti-interferenceabilityand easy to use theuniqueadvantage of using this device can be modified according to the actualsituationofprecision,lowpower consumption,reliability,securityandlow cost, etc.Key words : gas detection ;Call the police;STC89C52;lcd1602第一章 緒論1.1課程設(shè)計目的人們面對燃?xì)庑孤┒斐傻姆N種事故威脅，

9、就真的沒有一個徹底的解決辦法嗎？據(jù)有關(guān)專家介紹， 使用燃?xì)鈭缶魇菍Ω度細(xì)鉄o形殺手的重要手段之一。燃?xì)鈱＜抑赋?，燃?xì)庑孤┗驈U氣排放而大量產(chǎn)生的一氧化碳是燃?xì)庵卸臼马憫?yīng)的根源，如采有用燃?xì)庑孤﹫缶骶湍艿玫郊皶r的警示人們。有關(guān)部門經(jīng)長期測試同樣得出結(jié)論，燃?xì)鈭缶鞣乐挂谎趸贾卸臼鹿拾l(fā)生的有效率達(dá)95%以上。為了防止中毒事件再次發(fā)生， 提出利用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行有效的預(yù)防對策。所以怎樣防止煤氣中毒與爆炸已成為人們的迫切需要。為此，我們需要設(shè)計煤氣檢漏儀來更好的解決這一個問題。1.2 設(shè)計任務(wù)及要求1.2.1 煤氣檢漏儀的設(shè)計與實現(xiàn)任務(wù)，包含以下方面：(1) 對煤氣檢漏儀進(jìn)行硬件設(shè)計和軟件流程設(shè)計，分

10、為主程序設(shè)計， A/D 轉(zhuǎn)換控制程序的設(shè)計，數(shù)據(jù)處理，聲光報警子程序設(shè)計等。(2) 軟件調(diào)試及功能仿真，畫出煤氣檢漏儀的電路原理圖。(3) 當(dāng)氣體濃度超過一定程度時報警。(4) 完成實物，實現(xiàn)功能。1.2.2煤氣檢漏儀的設(shè)計與實現(xiàn)要求：煤氣檢漏儀主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、氣體傳感及 AD 轉(zhuǎn)換電路、聲光報警電路和顯示電路等部分。本課程設(shè)計要求做到以下幾點：(1) 用氣體傳感器檢測煤氣是否泄漏；(2) A/D 轉(zhuǎn)換器能夠時刻的對放大的電壓信號進(jìn)行采集；(3) 根據(jù)有煤氣體濃度與采集的電壓信號的關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理；(4) 用 LCD1602顯示所測得的煤氣濃度值。(5) 根據(jù)氣體濃度 LED燈及蜂

11、鳴器作出相應(yīng)的處理。第二章 煤氣檢漏儀硬件電路的總體設(shè)計2.1基于單片機(jī)的設(shè)計基于 STC89C52 單片機(jī)實現(xiàn)的煤氣檢漏儀的具體方案如圖 2-1 所示。該方案主要包括了可燃?xì)怏w傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 STC89C52 單片機(jī)控制電路、聲光報警電路以及液晶顯示電路。氣體傳感器輸出為模擬量， 單片機(jī)處理的是數(shù)字信號， 需要利用 A/D 轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給 STC89C52 單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理；聲光報警電路里使用蜂鳴器作為報警用， 同時還用 LED燈進(jìn)行相應(yīng)的指示， 以便于提醒注意； 單片機(jī)的最小系統(tǒng)是 STC89C52 單片機(jī)工作的前提條件；顯示電路采用了液晶LCD1602進(jìn)

12、行顯示，由 STC89C52 單片機(jī)進(jìn)行控制實現(xiàn)顯示。液晶顯示氣體單片機(jī)傳感器A/D報警和指示燈STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 2-1 基于 AT89C51的單片機(jī)的煤氣檢測系統(tǒng)組成框圖在煤氣檢漏儀組成框圖2-1 中所示，系統(tǒng)以單片機(jī)STC89C52 為控制的核心，配合外圍電路共同完成信號采集、濃度的顯示、 聲光報警電路的功能設(shè)計等。其中傳感器采用的是MQ-7，該傳感器外形小，氣體響應(yīng)快，性能穩(wěn)定，低功耗，常適用于泄漏監(jiān)測器。 A/D 轉(zhuǎn)換器采用的是ADC0809，它是采樣頻率為8 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換的器件，具有功耗低，性能穩(wěn)定的特點。顯示采用液晶 LCD1602。2.2

13、 系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計主要包括了氣體傳感及A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計、單片機(jī)的最小系統(tǒng)、聲光報警電路設(shè)計和液晶顯示電路的設(shè)計等。2.2.1氣體傳感及 A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計氣體傳感器采用 MQ-7，由于 MQ-7只能輸出模擬信號而單片機(jī)只能處理數(shù)字信號，因此采用 ADC0809作為 A/ D轉(zhuǎn)換。 MQ-7和 ADC0809組合實現(xiàn)氣體檢測功能，當(dāng)一氧化碳?xì)怏w達(dá)到一定濃度時通知報警系統(tǒng)發(fā)出警報，如下圖所示：MQ-7氣體傳感器MQ-7 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)。采用高低溫循環(huán)檢測方式低溫（1.5V 加熱）檢測一氧化碳，傳感器的電導(dǎo)

14、率隨空氣中一氧化碳?xì)怏w濃度增加而增大，高溫（5.0V 加熱）清洗低溫時吸附的雜散氣體。 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。特點：1、對一氧化碳?xì)怏w有良好的靈敏度2、長壽命、低成本3、簡單的驅(qū)動電路即可AD芯片選擇的原因如下： ADC0809是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。（逐次逼近式指以天平為例， 有四個砝碼分別是8,4,2,1 ，現(xiàn)測 13g 的東西，順序砝碼重比較判斷暫時結(jié)果1. 8g 8g13g 保留 8g 2 .8+4g 12g13g 撤消

15、12g 4. 8+4+1g 13g=13g保留 13g）（ 1） ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)由下圖可知， ADC0809由一個 8 路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入， 共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE端為高電平時， 才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。（ 2） ADC0809引腳結(jié)構(gòu)ADC0809各腳功能如下：D7-D0：8 位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7 ：8 位模擬量輸入引腳。VCC： +5V工作電壓。GND：地。REF（

16、+）：參考電壓正端。REF（ - ）：參考電壓負(fù)端。START：A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。（以上兩種信號用于啟動A/D 轉(zhuǎn)換） .EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時鐘信號輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0 5V，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變， 如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線： 4 條ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有

17、效。當(dāng) ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A，B，C 三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存， 經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 A，B 和 C為地址輸入線，用于選通 IN0IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7數(shù)字量輸出及控制線： 11 條ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST應(yīng)保持低電平。 EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 OE為輸

18、出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 D7D0為數(shù)字量輸出線。CLK為時鐘輸入信號線。因 ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ，VREF（）， VREF（）為參考電壓輸入。2 ADC0809應(yīng)用說明（ 1） ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與 AT89S51單片機(jī)直接相連。（ 2） 初始化時，使 ST 和 OE信號全為低電平。（ 3） 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到 A， B， C 端口上。（ 4） 在 ST 端給出一個至少有 100ns 寬的正脈沖信

19、號。（ 5） 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) EOC信號來判斷。（ 6） 當(dāng) EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給 OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。2.2.2聲光報警電路及顯示電路的設(shè)計聲光報警電路由 LED 燈、蜂鳴器等組成。當(dāng)煤氣泄漏時， LED 燈亮，蜂鳴器響起，一氧化碳?xì)怏w達(dá)到一定濃度時， LCD1602會顯示出字符“ Danger！”和氣體密度，提醒人員采取措施，避免造成人身及財產(chǎn)損失。報警及顯示模塊如下圖所示：蜂鳴器驅(qū)動電路Led電路LCD1602顯示模塊LCD1602介紹如下：工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x2 即 32 個字符。（16 列 2 行）注：為了表示的方便，皆以 1 表示高

20、電平， 0 表示低電平。1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個 5X7 或者 5X11 等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符， 每位之間有一個點距的間隔， 每行之間也有間隔， 起到了字符間距和行間距的作用， 正因為如此所以它不能很好地顯示圖形 （用自定義CGRAM，顯示效果也不好） 。LCD1602是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字） 。LCD1602管腳功能如下：1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中：第 1 腳： VSS為電源地。第 2 腳： VCC接

21、5V電源正極。第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”， 使用時可以通過一個 10K的電位器調(diào)整對比度）。第 4 腳： RS為寄存器選擇，高電平 1 時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時選擇指令寄存器。第 5 腳：RW為讀寫信號線，高電平 (1) 時進(jìn)行讀操作，低電平 (0) 時進(jìn)行寫操作。第 6 腳：E( 或 EN)端為使能 (enable) 端, 高電平（ 1）時讀取信息，負(fù)跳變時執(zhí)行指令。第 714 腳： D0D7為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。第 15 16 腳：空腳或背燈電源。 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。2.2

22、.4處理芯片處理芯片采用STC89C52，該芯片是一種帶8K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可反復(fù)擦除1000 次。STC89C52引腳圖：第三章 煤氣檢漏儀軟件的總體設(shè)計本設(shè)計中，軟件解決的主要問題是檢測氣體傳感器的有毒氣體濃度信號，然后對信號進(jìn)行放大、 A/D 轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理，濃度顯示，以及警報處理。3.1主程序設(shè)計流程圖主程序設(shè)計流程圖如圖3-1 所示，ADC0809對傳感器檢測的信號進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換 , 單片機(jī)對轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，將濃度值與報警值相比較，判斷是否報警。同時送入液晶 LCD1602顯示氣體濃度值。3.2部分程序A/D 轉(zhuǎn)化程序

23、：adda=0;/int0通道st=1;time(10);/延時st=0;/啟動 ad 轉(zhuǎn)化while(eoc=0);/是否轉(zhuǎn)化完成oe=1;time(10);hh0=P0;/保存數(shù)據(jù)time(10);oe=0;ADC0809時序圖警報程序 ：if(a2)/co達(dá)到一定程序led=1;/警報燈write_com(0x80);for(i=0;i8;i+)write_date(yy2i);time(10);p=0;/lcd 顯示危險字符speak();液晶指令程序：/*RS=L， RW=L， E=高脈沖 */void write_com(uchar com)rs=0;P1=com;time(5);

24、lcden=0;time(5);lcden=1;time(5);lcden=0;time(5);液晶數(shù)據(jù)程序：/*RS=H， RW=L， E=高脈沖 *2void write_date(uchar date)rs=1;P1=date;time(5);lcden=0;time(5);lcden=1;time(5);lcden=0;time(5);3.3仿真圖本次課程設(shè)計采用Proteus 的 ISIS 7 Professional軟件作為單片機(jī)的設(shè)計和仿真平臺。3.4問題分析1.AD 轉(zhuǎn)化總是出現(xiàn)不穩(wěn)定，導(dǎo)致無法讀取正確的數(shù)據(jù)，經(jīng)查閱發(fā)現(xiàn)是延時太短導(dǎo)致轉(zhuǎn)化時間不足而出現(xiàn)不能正常進(jìn)行轉(zhuǎn)化。2. 液

25、晶一開始出現(xiàn)顯示不清晰，在 2 腳加上一個可調(diào)電阻，使得顯示清晰。3. 由于 AD 轉(zhuǎn)化后數(shù)據(jù)只能以 16 進(jìn)制顯示數(shù)據(jù)，如果要得到傳感器電壓為V=D*0.0196，但是會出現(xiàn)浮點數(shù)，而單片機(jī)只能處理 16 進(jìn)制數(shù)，所以我們將其擴(kuò)大 100 變成 V=D*196，然后在顯示程序除以 1000,100,10 就可以得到各位數(shù)。心得體會總結(jié)通過這次的課程設(shè)計，加強(qiáng)了我動手、思考和解決問題的能力。在這兩個星期的學(xué)習(xí)、設(shè)計、焊接過程中我感觸頗深。從單片機(jī)課程設(shè)計過程中， 我從新認(rèn)識的單片機(jī)， 單片機(jī)不僅僅是低電壓、高性能 CMOS 8位微處理器，而且工程人員還可以根據(jù)設(shè)計的要求，連接外部不同的硬件，設(shè)

26、計不同的產(chǎn)品，為生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造更大的利潤。在這次的設(shè)計中，我擔(dān)任的是寫出程序，設(shè)計總體布局。在寫程序的過程發(fā)現(xiàn)總體思想與模塊化思想對程序本身很重要，因為模塊的編程會讓你比較容易查找錯誤，更重要的單片機(jī)處理相對雜亂無章的東西會有更高的效率。 在編寫 AD芯片時序程序時， 由于一開始沒有按照正確的時間來寫，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化失敗，因此在寫單片機(jī)程序的時候必須按照正確的時序?qū)懖拍芎芎玫厥褂眯酒?。這次我將正視自己的不足，學(xué)會了通過去翻查資料和詢問老師，增強(qiáng)自身的理論知識， 改正自己的學(xué)習(xí)態(tài)度， 做到把理論知識運用到實踐中。這次的課程設(shè)計， 還使我了解到單片機(jī)技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中的重要地位。因此，學(xué)好這門課程

27、是十分重要的。其次，這次課程設(shè)計提高了我的團(tuán)隊合作水平，使我們配合更加默契。 我覺得做課程設(shè)計，同時也是對課本知識的鞏固和加強(qiáng)，并且對我們以后的學(xué)習(xí)有更大的幫助。我覺得做課程設(shè)計， 同時也是對課本知識的鞏固和加強(qiáng)， 并且對我們以后的學(xué)習(xí)有更大的幫助。最后，感謝老師給了我們這么寶貴的一個機(jī)會。附錄一：全部程序：#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit eoc=P20;sbit st=P21;sbit ale=P22;sbit adda=P23;sbit oe=P24;sbit led=P26;

28、sbit rs=P30;sbit lcden=P32;sbit wr=P31;uchar code table1=0123456789;uchar code yy2=danger! ;uchar code yy1=midu:;uint hh3;uint a,b,c,d,z;bit flag=0;void time(uchar x)uchar a,b;for(a=x;a0;a-)for(b=100;b0;b-);/ 液晶void write_com(uchar com)rs=0;P1=com;time(5);lcden=0;time(5);lcden=1;time(5);lcden=0;time(5);void write_date(uchar date)rs=1;P1=date;time(5);lcden=0;time(5);lcden=1;time(5);lcden=0;time(5);/ 液晶/ 聲音驅(qū)動程序sbitSPK = P33;sbit key1=P37;#define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned char frq;unsigned int fla;uchar o=1,y=0;void delayms(unsigned char ms);void speak()y=1;while(o