管道液化氣智能檢測系統(tǒng)設(shè)計

PAGEIPAGE管道液化氣智能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計摘要現(xiàn)在，家庭越來越多地用到了相應(yīng)家用燃料，當(dāng)該燃料泄漏或者是不充分燃燒的時候會有液化氣形成。最近幾年來，液化氣造成的事故不斷增加，使得人們的人身以及財產(chǎn)安全面臨著相應(yīng)隱患。為降低此種類型事故的發(fā)生概率，有必要現(xiàn)場實時對液化氣開展相應(yīng)檢測，此時就要用到相應(yīng)的安全檢測儀器，對液化氣的相應(yīng)濃度進行密切監(jiān)測，以便能夠盡早察覺隱患，并盡可能采用相應(yīng)措施來預(yù)防發(fā)生事故，維護家庭安全。故而，設(shè)計液化氣報警器是至關(guān)重要的。液化氣報警器的設(shè)計主要由兩部分構(gòu)成，其一是硬件系統(tǒng)，其二則是軟件系統(tǒng)。因為微控制器STC89C52集成化程度極高，該報警器的設(shè)計主要是用STC89C52單片機作為核心，通過對其相應(yīng)作用的發(fā)揮來進行實時控制，其不但擁有簡單的電路，能將成本控制在較低標(biāo)準(zhǔn)，還擁有極強的可靠性。此外，還增加了MQ-7以及ADC0809等相應(yīng)器件，以此來實時監(jiān)測液化氣。具體而言，該傳感器用來檢測液化氣，然后會把其相應(yīng)濃度值向ADC0809傳遞，接著就要開展相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，并把得到的相應(yīng)值向單片機傳遞并開展相應(yīng)處理，最后報警系統(tǒng)就要按照相應(yīng)處理結(jié)果給出對應(yīng)的反應(yīng)。關(guān)鍵詞：液化氣；單片機；MQ-7；ADC0809

AbstractNowadays,moreandmorefamiliesareusinghouseholdfuel,whichwillproduceliquefiedgaswhenthefuelisinadequatelyorleaked.Inrecentyears,theaccidentscausedbyliquefiedgasaregettinghigherandhigher,whichbringsgreathiddendangertopeople'spersonalsafetyandpropertysafety.Inordertoreducethiskindofaccident,itmustbereal-timeon-sitedetectionofliquefiedgas,usingadvancedandreliablesafetytestinginstrument,theconcentrationofliquefiedgastightmonitoringoftheenvironment,tofindthehiddendangerofaccident,takeeffectivemeasurestoavoidaccidents,ensurethesafetyoffamilylife.Therefore,thedesignoftheliquefiedgasalarmisverynecessary.Thedesignofthegasalarmismainlycomposedoftwoparts:hardwaresystemandsoftwaresystem,theSTC89C52chiphastheadvantagesofhighintegration,sothedesignofliquefiedgasalarmusingSTC89C52microcontrollerasthecorepartofthealarm,toachievetimingcontrolchip,simplecircuit,lowprice,goodreliability.Inaddition,theMQ-7gassensorandADC0809andothercomponentsareusedtomonitortheliquefiedgasinrealtime.Theliquefiedgassensorisusedtodetecttheliquefiedgas.TheconcentrationvalueissenttotheADC0809tocarryoutthemodule/numberconversion,andtheconvertedvalueissenttothemicrocontrollerforprocessing.Finally,thealarmsystemisreactedaccordingtotheresultofthetreatment.Keywords:LPG;singlechipmicrocomputer;MQ-7；ADC0809

目錄摘要 Iabstract I第1章緒論 11.1研究背景和意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.2.1國外研究現(xiàn)狀 21.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 41.3本設(shè)計的研究內(nèi)容 5第2章系統(tǒng)設(shè)計方案 52.1設(shè)計原理與要求 52.2設(shè)計思路與方案 6第3章硬件電路的設(shè)計 63.1主控電路的設(shè)計 73.1.1STC89C52單片機 73.1.2單片機最小系統(tǒng) 73.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計 93.3傳感器電路設(shè)計 103.4顯示電路的設(shè)計 123.5報警電路的設(shè)計 133.5.1蜂鳴器電路設(shè)計 133.5.2繼電器電路設(shè)計 133.6整機電路的設(shè)計 14第4章軟件部分 144.1主程序的設(shè)計流程圖 154.2ADC0809程序流程圖 16第5章系統(tǒng)仿真測試 175.1PROTEUS簡介 175.2系統(tǒng)硬件電路仿真 181.在進行仿真之前，我們要進行PROTEUS的安裝。安裝完成打開的界面如圖5.1所示。 183.單擊Proteus界面下的仿真按鈕，進行系統(tǒng)的硬件仿真。仿真結(jié)果如圖5.3所示。 19第6章總結(jié)及展望 20參考文獻 20致謝 21PAGE17第1章緒論當(dāng)前我國愈發(fā)重視西氣東輸工程以及變革燃氣等的相應(yīng)進展，煤以及天然氣等燃料在人們的日常生活中占據(jù)了越來越重要的地位，每年因液化氣泄露造成的液化氣中毒事故里，由于熱水器的使用不當(dāng)或者是產(chǎn)品本身就存在相應(yīng)質(zhì)量問題而引起的液化氣中毒事件在全國各地有很多例子。更重要的是，由于液化氣濃度太大而導(dǎo)致的爆炸事件也有很多。這些對人們的生活和財產(chǎn)造成了極為惡劣的負面影響，因此如何預(yù)防一液化氣中毒以及爆炸早就發(fā)展成迫在眉睫的一大問題。1.1研究背景和意義最近幾年來，在不斷提高的人民生活水平等諸多因素的影響下，液化氣相應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展得尤為迅速。尤其是自“西氣東輸”工程試驗段于2002年正式啟動之后，靖邊至上海段在2003年真正試點成功了，二線及三線工程的相應(yīng)項目也都投入運行中了。這必然會為西部發(fā)展燃氣相應(yīng)工業(yè)創(chuàng)造前所未有的良好機遇。此外，從勘探角度來講，西部地區(qū)天然氣資源的存儲量達到了二十二點四萬億立方米。每年有一百二十億立方米的天然氣運輸?shù)搅碎L江三角洲及其相應(yīng)沿線地區(qū)?？梢钥隙ǖ氖?，天然氣的供應(yīng)還能穩(wěn)定三十年。以“西氣東輸”為起點，我國推出了眾多大型天然氣利用項目，這代表著我國城市將步入“天然氣時代”。其普及在保護生態(tài)以及經(jīng)濟發(fā)展中起著重要影響。圖1.1城鎮(zhèn)多級燃氣管網(wǎng)示意圖在正常情況下，家用燃料是非常安全的一種燃料，但經(jīng)常會因不恰當(dāng)使用或者相應(yīng)設(shè)備老化而引發(fā)氣體泄漏，從而導(dǎo)致了眾多中毒以及爆炸事故的產(chǎn)生。液化氣是一種無色無味且沒有刺激性的一種氣體，而其比重又只達到了零點九六七，不能在水中溶解，活性炭也很難對其進行吸附，這些特性都導(dǎo)致人們無法輕易發(fā)現(xiàn)它。當(dāng)液化氣被人體吸入之后，會結(jié)合體內(nèi)的血紅蛋白產(chǎn)生碳氧血紅蛋白。該蛋白無法為身體組織提供氧氣，在其含量達到百分之十到二十的時候，人會出現(xiàn)輕微中毒的狀況。而碳含量若是達到百分之零點四，就能在極短的時間內(nèi)，導(dǎo)致人死亡。除此之外，當(dāng)碳含量在百分之十三到百分之七十五的范圍內(nèi)時，遇火就會引發(fā)爆炸。這會在很大程度上加劇社會的不安全以及不穩(wěn)定。為了對液化氣進行更好的利用，使之為人民提供更好的服務(wù)，降低因為相應(yīng)原因而產(chǎn)生泄漏以及爆炸的概率，維護人民的生命以及財產(chǎn)安全，室內(nèi)液化氣濃度監(jiān)控儀器的研發(fā)就顯得極為有必要。當(dāng)液化氣濃度超過相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的時候，該儀器就可采用相應(yīng)措施來對發(fā)生火災(zāi)進行預(yù)防。而液化氣報警器就是一種能夠起到這種作用的儀器，能夠?qū)σ夯瘹獾南鄳?yīng)濃度進行檢測，當(dāng)其超過相應(yīng)限定條件的時候，就能進行報警。從一定程度上來講，這樣有利于對相關(guān)爆炸中毒事故進行預(yù)防，故而，對于相關(guān)事故的防控而言，液化氣報警器的使用是意義重大的。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀從國外的相應(yīng)情況來講，其在泄漏檢測以及定位等相應(yīng)技術(shù)上達到較高標(biāo)準(zhǔn)的典型就是兩家美國公司以及一家法國公司。具體情況如下：1.ASI，位于美國德克薩斯州，二十多年一直致力于研究泄漏。在監(jiān)控管道泄漏方面，軟件和硬件均處于世界領(lǐng)先水平。ASI系統(tǒng)檢測泄漏原理：當(dāng)油氣管道爆裂時，原有的管道壓力平衡被破壞，管道內(nèi)的流體彈性能量瞬間釋放，造成瞬時聲波振蕩。聲波沿著管道以流體的聲速通過管道中的介質(zhì)傳播，并由泄漏的兩端的傳感器收集和檢測。通過使用到達不同傳感器位置的聲波的時間差，可以計算泄漏點的位置。每個現(xiàn)場處理器都配有一個GPS接收器，用于泄漏檢測和時間同步。通?？蓪SI系統(tǒng)的響應(yīng)控制在一分鐘的時間內(nèi)，誤差則控制在正負三十米的范圍內(nèi)。圖1.2ASI公司天然氣管網(wǎng)泄漏檢測示意圖根據(jù)ASI系統(tǒng)檢測原理，該系統(tǒng)有如下缺點存在：（1）傳感器需要以一定方式與管內(nèi)流體接觸，接收管內(nèi)流體傳輸?shù)穆暡ㄐ盘?。對于已鋪設(shè)的管道，這種安裝方式需要大量的人力物力;天然氣易燃易燃。爆炸特性，使安裝在管內(nèi)的傳感器必須具有防爆能力，確保管道的安全；（2）該系統(tǒng)具有捕獲泄漏聲波的時間限制，并且不存在對現(xiàn)有泄漏的感知；（3）其定位精度直接和管內(nèi)流體的聲波傳播速度有著關(guān)聯(lián)。該速度與流體的壓縮性，溫度，粘度等各種因素有關(guān)，難以準(zhǔn)確地測定聲波的傳播速度。速度的不準(zhǔn)確直接導(dǎo)致泄漏位置的不準(zhǔn)確性；對城市地下氣體網(wǎng)絡(luò)而言，無法接受定位上正負三十米的精度標(biāo)準(zhǔn)。2.PAC，是一家專業(yè)從事無損檢測的公司。其檢測都秉持著與以下原理：在埋地管道存在泄漏孔時，由于管道內(nèi)外壓差，當(dāng)管道內(nèi)的油氣涌出時，會發(fā)生聲發(fā)射現(xiàn)象。聲發(fā)射傳感器用于拾取泄漏點兩端的聲發(fā)射信號。開展相應(yīng)數(shù)據(jù)分析之后，泄漏點所在處就能被知曉。圖1.3PAC公司天然氣管網(wǎng)泄漏檢測示意圖3、LDS來自于METRAVIBRDS。MR是法國O1dB聲學(xué)和振動公司的子公司。該系統(tǒng)使用O1DB聲學(xué)和振動技術(shù)來完成泄漏和震動監(jiān)測：高靈敏度，精確定位和短響應(yīng)時間。其雙重監(jiān)控功能是獨一無二的。LDS系統(tǒng)能夠安裝在任何地下或地面，在建或現(xiàn)有的管道上，監(jiān)控距離可長達15公里。它可以檢測到5毫米的漏洞和沖擊相當(dāng)于100焦耳的能量。準(zhǔn)確度為：±100m，響應(yīng)時間為3分鐘。這個系統(tǒng)的缺點與ASI系統(tǒng)極為相似。圖1.4LDS系統(tǒng)配置示意圖1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀最近幾年來，在不斷提高的人民生活水平等諸多因素的影響下，液化氣相應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展得尤為迅速。尤其是自“西氣東輸”工程試驗段于2002年正式啟動之后，靖邊至上海段在2003年真正試點成功了，二線及三線工程的相應(yīng)項目也都投入運行中了。這必然會為西部發(fā)展燃氣相應(yīng)工業(yè)創(chuàng)造前所未有的良好機遇。此外，從勘探角度來講，西部地區(qū)天然氣資源的存儲量達到了二十二點四萬億立方米。每年有一百二十億立方米的天然氣運輸?shù)搅碎L江三角洲及其相應(yīng)沿線地區(qū)?？梢钥隙ǖ氖?，天然氣的供應(yīng)還能穩(wěn)定三十年。以“西氣東輸”為起點，我國推出了眾多大型天然氣利用項目，這代表著我國城市將步入“天然氣時代”。其普及在保護生態(tài)以及經(jīng)濟發(fā)展中起著重要影響。2013年，張平川和薛鴻富提出進行設(shè)計一種基于單片機控制汽車一氧化碳濃度的系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用16位高性能MCUSPCE061A作為控制芯片，具有高精度的傳感器MQ-7，集成操作放大器INA128信號處理，并介紹了實時操作系統(tǒng)mu/os-II任務(wù)管理。實驗表明,該系統(tǒng)實現(xiàn)了汽車空調(diào)運行時一氧化碳氣體實時監(jiān)控,CO濃度小于300PPM,同時溫度測量功能,易于操作,空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)測量精度,為了保證汽車的安全提供了可靠的解決監(jiān)控一氧化碳的方法。2015年，李瑞福提出，研究一氧化碳，這是一種常見的無色無味的有毒氣體，人們暴露在一氧化碳濃度高的空氣中很危險，非常容易中毒，這時很危險，甚至威脅生命的安全。這是用來測量和警報空間的CO濃度的一種安全的監(jiān)控系統(tǒng)。主要采用單片機控制電路的設(shè)計，具有快速反應(yīng)速度和小誤差檢測的優(yōu)點。選擇一種非常穩(wěn)定的MQ7CO傳感器,檢測一氧化碳濃度的空間,采用AT89C51單片機作為中央處理單元,濃度信號采集、數(shù)據(jù)處理、顯示、報警和打開排氣系統(tǒng),當(dāng)一氧化碳的濃度超過許用值,控制電路的警察。在2013年，謝守勇和李少華設(shè)計了一套精確的二氧化碳濃度控制系統(tǒng)，以ARM2132作為中央處理芯片和GSM模塊的無線通信系統(tǒng)。通過系統(tǒng)控制處理、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)合，實現(xiàn)了對co2濃度的精確控制。溫室氣體排放的結(jié)果表明，該系統(tǒng)實現(xiàn)了上述設(shè)計功能，具有較高的檢測精度和較高的可靠性。在正常情況下，家用燃料是非常安全的一種燃料，但經(jīng)常會因不恰當(dāng)使用或者相應(yīng)設(shè)備老化而引發(fā)氣體泄漏，從而導(dǎo)致了眾多中毒以及爆炸事故的產(chǎn)生。液化氣是一種無色無味且沒有刺激性的一種氣體，而其比重又只達到了零點九六七，不能在水中溶解，活性炭也很難對其進行吸附，這些特性都導(dǎo)致人們無法輕易發(fā)現(xiàn)它。當(dāng)液化氣被人體吸入之后，會結(jié)合體內(nèi)的血紅蛋白產(chǎn)生碳氧血紅蛋白。該蛋白無法為身體組織提供氧氣，在其含量達到百分之十到二十的時候，人會出現(xiàn)輕微中毒的狀況。而碳含量若是達到百分之零點四，就能在極短的時間內(nèi)，導(dǎo)致人死亡。除此之外，當(dāng)碳含量在百分之十三到百分之七十五的范圍內(nèi)時，遇火就會引發(fā)爆炸。這會在很大程度上加劇社會的不安全以及不穩(wěn)定。1.3本設(shè)計的研究內(nèi)容因為時常會出現(xiàn)液化氣中毒的事件，液化氣報警器的設(shè)計顯得極為有必要。該系統(tǒng)主要由氣體傳感器以及單片機等構(gòu)成的，其主要功能有：檢測毒氣體、報警以及液化氣濃度的顯示等。該設(shè)計主要是為了設(shè)計一種便宜、穩(wěn)定、便利以及高性價比的家用液化氣報警器，這樣可以精確實現(xiàn)報警，且無需專人專看管，只需放在適合的地方，通電即可。這個監(jiān)控警報的系統(tǒng)分為兩部分:主要是硬件和軟件。該硬件由報警傳感器、主控制器和傳感器控制器組成。主要有四部分的硬件:分別是CO濃度檢查、STC89C52單片機、報警以及AD轉(zhuǎn)換。主要對CO濃度測試的主要由氣體傳感器組成，是整個系統(tǒng)中最重要的組成部分。主要控制由單片、時鐘電路和復(fù)位電路組成，由程序控制。警報主要由蜂鳴器、繼電器等組成，該模塊是對高氣體濃度的監(jiān)測和報警的主要設(shè)備。AD轉(zhuǎn)換的一部分是將由氣體傳感器收集的一氧化碳濃度轉(zhuǎn)換成單個芯片和識別字符。它的軟件部分主要包括主程序，a/d轉(zhuǎn)換模塊，以及數(shù)字管顯示的程序設(shè)計。主程序?qū)崿F(xiàn)了系統(tǒng)的初始化，實現(xiàn)了軟件硬件的全方面結(jié)合。要多次調(diào)試一個程序，并進行分塊編程。每個子塊的問題相當(dāng)簡單，但是又是非常明確的。最后，在硬件電路板生產(chǎn)之后，要按照相應(yīng)設(shè)計要求來進行相應(yīng)調(diào)試。第2章系統(tǒng)設(shè)計方案該系統(tǒng)設(shè)計主要涉及到兩個方面的內(nèi)容，一個是合理設(shè)計硬件，另一個則是科學(xué)設(shè)計其相應(yīng)軟件，最終要設(shè)計出最為有效的硬軟件程序，才能實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。從硬件設(shè)計的角度來看，其主要是通過分析系統(tǒng)需求，了解各種元件，從而獲得連接集成電路以及分立元件的有效方法，以此來實現(xiàn)對其相應(yīng)功能要求的滿足。它涉及到了解各種組件的功能、連接方法及其相應(yīng)型號的選擇。而從軟件設(shè)計的角度來看每期主要是通過分析其相應(yīng)硬件設(shè)計所需的相應(yīng)程序，確保其相應(yīng)功能的實現(xiàn)，并對其相應(yīng)產(chǎn)品進行調(diào)試優(yōu)化。2.1設(shè)計原理與要求本文在對液化氣報警器進行相應(yīng)設(shè)計的時候，主要是用到了STC89C52單片機，并利用MQ-7型半導(dǎo)體電阻式傳感器來對相應(yīng)氣體信息進行收集。首先，該解決方案使用MQ-7來檢測室內(nèi)的氣體濃度。當(dāng)液化氣含量超出標(biāo)準(zhǔn)的時候，感器控制器會接收能夠收集到的所有信號，并相應(yīng)識別以及處理相關(guān)信號，然后使之向電信號轉(zhuǎn)變。接著將之向A/D芯片傳遞，并執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后利用STC89C52來智能調(diào)控電路，達到相應(yīng)的聲光報警。故而，該報警器要具備以下功能：第一，在正常工作條件下，綠燈是不滅的，蜂鳴器是不會響的。第二，當(dāng)室內(nèi)液化氣達到零點三的濃度的時候，系統(tǒng)要馬上將蜂鳴器啟動，進行相應(yīng)報警，并亮起紅燈。2.2設(shè)計思路與方案該報警器不但可以對易燃氣體在環(huán)境中的濃度進行檢測，還能夠進行報警。其由三大主要基礎(chǔ)部分構(gòu)成，其一是信號采集電路，其二是模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其三則是單片機控制電路。通常情況下，信號采集電路由兩大部分構(gòu)成，其一是煙霧傳感器，其二則是模擬放大器電路。其主要負責(zé)把煙霧信號向相應(yīng)的模擬電信號轉(zhuǎn)變。而模數(shù)轉(zhuǎn)換電路則將得到的相應(yīng)模擬信號向能夠被單片機識別的相應(yīng)數(shù)字信號轉(zhuǎn)變，然后將其向單片機傳遞。單片機就要濾波處理該數(shù)字信號并分析得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)，觀察其與預(yù)設(shè)值的關(guān)系。若是它超出了預(yù)設(shè)值，警報電路就會被激活以發(fā)出警報聲，反之就是正常的。為了便于監(jiān)測，而用戶及相關(guān)測試人員又能直接看出可燃氣體的濃度情況，就要在數(shù)碼管中對該濃度值進行相應(yīng)顯示。上面是以該報警器實際需要具備的相應(yīng)功能為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃出的的相應(yīng)方案。其具體情況可見下圖2.1。圖2.1系統(tǒng)設(shè)計原理框圖該系統(tǒng)在控制核心上使用的是STC89C52單片機，敏感元件選用的是MQ-7，顯示電路中使用的則是數(shù)碼管，還設(shè)計了相應(yīng)的報警設(shè)備。這種液化氣報警器主要是針對小型單位或者是家庭進行設(shè)計的。該設(shè)計整體由三大主要部分組成，其一是氣敏傳感器，其二是STC89C52，其三是顯示電路。該傳感器負責(zé)把代表氣體實際濃度的相應(yīng)非電信號向電信號轉(zhuǎn)化，而轉(zhuǎn)換電路則是要把相應(yīng)模擬信號向數(shù)字信號轉(zhuǎn)化。在該報警器中，單片機以及煙霧傳感器和是處于核心地位的。從其實際所需功能的相應(yīng)情況來看，二者的選擇是最為關(guān)鍵的。第3章硬件電路的設(shè)計3.1主控電路的設(shè)計3.1.1STC89C52單片機STC公司生產(chǎn)的STC89C52是一個低功耗，高性能的CMOS8微控制器，由技術(shù)公司制造，有8K系統(tǒng)可編程Flash閃存。STC89C52使用了經(jīng)典的mcs-51內(nèi)核，但在改進芯片的能力方面做了很多工作，有了傳統(tǒng)的51芯片。STC89C52擁有一個聰明靈活的8位CPU和可編程的閃存芯片，它為許多嵌入式控制應(yīng)用程序提供了一個非常靈活和高效的解決方案。其標(biāo)準(zhǔn)功能情況如下：閃存是8k字節(jié)的，RAM是256字節(jié)的，I/O線是32位的，看門狗定時器有一個，數(shù)據(jù)指針有兩個，定時器/計數(shù)器是16位的且有三個，中斷結(jié)構(gòu)是二級六向量的，端口是串行全雙工的，擁有相應(yīng)的時鐘電路以及片內(nèi)晶振。另一個STC89C52可以簡化為0Hz的靜態(tài)邏輯操作，它支持兩種類型的軟件，可以選擇省電模式。在空閑模式中，CPU停止工作，允許RAM、時間/計數(shù)器、串行端口和中斷繼續(xù)工作。在電源保護的方式中，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，而單片機器停止工作直到下一個中斷或硬件重新設(shè)置。最大的操作頻率可在35MHz、6T/12T進行相應(yīng)選擇。3.1.2單片機最小系統(tǒng)對于單片機而言，其最小系統(tǒng)能夠確保單片機運行在最低限度下。一般而言，其由三大主要部分構(gòu)成，其一是時鐘電路，其二是復(fù)位電路，其三是電源電路。本文選用的單片機是STC89C52型號的，其工作電壓要控制在四伏特到五點五伏特的范圍內(nèi)，因此，單片機通常接通的是外界五伏特直流電源。連接方法是單片機的40腳VCC連接正極+5V，20腳GND與電源地端相連接。復(fù)位電路主要用來對單片機的啟動狀態(tài)及其相應(yīng)過程進行確定以及完成。單片機與電源連接之后，就會有相應(yīng)的復(fù)位信號形成，之后就會啟動單片機，使之處于起始工作的相應(yīng)狀態(tài)。在運行單片機系統(tǒng)的時候，如果因為外部環(huán)境的影響而出現(xiàn)跑飛程序的情況，就要將復(fù)位按鈕按下，重新執(zhí)行相應(yīng)程序。一般而言，該電路會有兩種復(fù)位，一種是上位自動復(fù)位，另一種則是手動復(fù)位。在時鐘電路啟動后，當(dāng)RST端讓高電平狀態(tài)連續(xù)維持兩個機器周期之后，復(fù)位操作就能完成。此設(shè)計使用的是手動復(fù)位電路，具體情況可見下圖3.1。圖3.1復(fù)位電路對于單片機而言，時鐘電路處于核心地位。它對單片機的工作速度進行控制作用。時鐘電路也可以被稱作是振蕩電路，它提供正弦波給單片機當(dāng)作是相應(yīng)參考，并確定MCU的執(zhí)行快慢。其中，對于反向放大器而言，XTAL1代表的是其輸入端，而XTAL2代表的是其輸出端。該放大器又能設(shè)定成片內(nèi)振蕩器。若是使用外部時鐘源來對相應(yīng)器件進行驅(qū)動的時候，則不應(yīng)連接XTAL2。由于一個機器周期涉及到六個周期狀態(tài)，并且兩個振蕩周期優(yōu)勢一個狀態(tài)周期，因此，十二個振蕩周期就是一個周期。如果是對外部石英晶體振蕩器進行連接，就要選擇十二兆赫的振蕩頻率，十二分之一微秒就是一個振蕩周期。具體來看，失蹤振蕩電路最為常見的連接情況可見下圖圖3.2，此時選擇十二兆赫的石英晶體作為振蕩器，電容器則通?？刂圃谌しㄗ笥摇D3.2振蕩電路具體來看，該單片機最小系統(tǒng)的相應(yīng)情況可見下圖3.3。圖3.1單片機最小系統(tǒng)3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計在電路中，主要用到了ADC0809芯片，它是一種直插式雙列單片轉(zhuǎn)換器，引腳共有二十八個。其中，IN0到IN7代表的是模擬量輸入通道。一般而言，該芯片會要求輸入模擬量擁有單極性信號，將電壓控制在零到五伏特的范圍內(nèi)，如果信號太小就要將其放大。除此之外，在進行A/D轉(zhuǎn)換的時候，最好保持模擬輸入量的相對穩(wěn)定性。故而，在進行相應(yīng)輸入之前，就要增加快速變化模擬量的采樣保持電路。ADDA、ADDB以及ADDC代表的是地址輸入線，主要用于轉(zhuǎn)換相應(yīng)的模擬量。ALE代表的是地址鎖存允許輸入線，其有效必須以高電平為條件。而當(dāng)其處于高電平狀態(tài)的時候，譯碼器以及相應(yīng)鎖存器會鎖存相應(yīng)地址信息，然后對相應(yīng)模擬量通道進行選擇。ATART代表的是轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)START處于上跳沿狀態(tài)的時候，內(nèi)部寄存器要全部清零；而當(dāng)START處于下跳沿狀態(tài)的時候，即可開展A/D轉(zhuǎn)換；在進行A/D轉(zhuǎn)換的過程中，START要處于低電平狀態(tài)。EOC代表的是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC處于高電平狀態(tài)的時候，轉(zhuǎn)換結(jié)束，反之，則正處于模數(shù)轉(zhuǎn)換中。OE代表的是輸出允許信號，其主要用來對三態(tài)輸出鎖存器經(jīng)過相應(yīng)轉(zhuǎn)換得到的相關(guān)數(shù)據(jù)進行控制。當(dāng)OE等于0的時候，會對高電阻數(shù)據(jù)進行輸出；當(dāng)OE等于1的時候，輸出的數(shù)據(jù)是經(jīng)過相應(yīng)轉(zhuǎn)換得到的。在初始化的時候，START以及OE都要處于低電平狀態(tài)。CLK代表的是時鐘輸入信號線。該芯片內(nèi)部缺乏相應(yīng)的時鐘電路，故其所需時鐘信號都是來自于外界提供。在介紹單片機相應(yīng)連接中會涉及到引腳圖的相應(yīng)情況，在此就不重復(fù)講述了。具體來看，該芯片連接單片機的相應(yīng)情況可見下圖3.7。圖3.7ADC0809與單片機的連接方式從圖中可以了解到，我們選擇了IN0作為通道，該芯片的起始信號來源于P2.7及的“或非”。此時就要用到相應(yīng)的寫操作指令來對信號進行啟動。ALE連接著START，就會自輸入的通道地址與模擬量進行接通，然后進行相應(yīng)轉(zhuǎn)換。而輸出允許信號則來自于和P2.7的“或非”，此時會有相應(yīng)讀操作來輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)。3.3傳感器電路設(shè)計MQ-7是以二氧化錫作為氣敏材料的，該氣體擁有較低的電導(dǎo)率，屬于清潔空氣。其檢測采用的是高低溫循環(huán)模式，對液化氣進行低溫檢測，當(dāng)空氣中的液化氣加大濃度的時候，傳感器電導(dǎo)率也會變大，高溫對低溫吸收的混亂氣體進行清潔。通過簡單電路的運用就能讓電導(dǎo)率的變化向相應(yīng)的輸出信號轉(zhuǎn)化。該傳感器對液化氣極為敏感，能夠?qū)幸夯瘹獾亩喾N氣體進行檢測，是一種低成本的傳感器，能夠在眾多場合得到廣泛應(yīng)用。具體來看，其靈敏度的顯著特征可見下圖3.8。在該圖中，縱坐標(biāo)代表的是傳感器的電阻比，其通常用Rs/Ro來表示；橫坐標(biāo)代表的則是氣體濃度。（Rs代表的是在氣體不同濃度背景下傳感器的相應(yīng)電阻值；而Ro代表的則是在1000ppm的氫氣中傳感器的相應(yīng)電阻值）圖3.8傳感器典型的靈敏度特性曲線具體來看，其受濕度以及溫度影響的相應(yīng)情況可見下圖3.9。在該圖中，縱坐標(biāo)代表的是傳感器的電阻比，其通常用Rs/Ro來表示。（Rs代表的是在相應(yīng)溫濕度以及100ppm液化氣中傳感器的相應(yīng)電阻值；而Ro代表的是在二十?dāng)z氏度、百分之六十五相對濕度以及100ppm液化氣中傳感器的相應(yīng)電阻值）圖3.9受溫度、濕度影響的典型曲線具體來看，該傳感器測試電路的相應(yīng)情況可見下圖3.10。通常情況下，有兩個電壓要施加給傳感器，一個是加熱器電壓，另一個則是測試電壓。第一個電壓主要用來提供固定工作溫度給傳感器。而第二個電壓則用來對串聯(lián)傳感器的負載電阻的相應(yīng)電壓進行測量。該傳感器極性極小，測試電壓對應(yīng)要使用的是直流電源。在傳感器相應(yīng)性能得到滿足的條件下，兩個電壓能夠共用電源電路。為了其相應(yīng)性能能夠得到最佳運用，RL值的合理選擇是極為關(guān)鍵的。圖3.10傳感器的基本測試電路3.4顯示電路的設(shè)計數(shù)碼管是基本單元是發(fā)光二極管的半導(dǎo)體發(fā)光器件。根據(jù)LED單元的連接方式可分為普通陽極數(shù)碼管和普通陰極數(shù)碼管。公羊數(shù)碼管是將所有發(fā)光二極管的陽極連接在一起形成共陽極的數(shù)碼管。當(dāng)使用普通數(shù)碼管時，當(dāng)某一場LED的陰極處于低電位時，應(yīng)將共極點COM連接至+5V。當(dāng)場的陰極高時，相應(yīng)的場不亮。共陰極數(shù)碼管是指所有發(fā)光二極管的陰極連接在一起形成共陰極數(shù)碼管。當(dāng)使用共陰極數(shù)碼管時，當(dāng)某個場LED發(fā)光時，公共電極COM應(yīng)接地GND。當(dāng)陽極高時，相應(yīng)的場被點亮，當(dāng)場的陽極低時，相應(yīng)的場不亮。實際上，它也由七個形成八位數(shù)字的發(fā)光管組成。這些段用從a到g以及dp來進行相應(yīng)表示。以下就是一種四段共陽極數(shù)碼管，其相應(yīng)電路的具體情況可見下圖3.11。圖3.11顯示電路3.5報警電路的設(shè)計3.5.1蜂鳴器電路設(shè)計在設(shè)計該電路的時候，使用了發(fā)光二極管與蜂鳴器。在該電路中，主要利用P2.5、P2.6以及P2.7來對二極管以及蜂鳴器進行相應(yīng)控制，然后利用相應(yīng)編程來比較原定值與傳感器獲得的相應(yīng)數(shù)據(jù)的大小。若是該數(shù)據(jù)比原定值大，蜂鳴器就要響起來，并會亮起紅燈。若是該數(shù)據(jù)比原定值小，就不會產(chǎn)生相應(yīng)響聲，亮起的則是綠燈。具體來看，其相應(yīng)情況可見下圖3.12。圖3.12蜂鳴器原理圖3.5.2繼電器電路設(shè)計繼電器是電氣控制裝置，其是當(dāng)輸入量（驅(qū)動器量）的變化達到指定要求時，在電氣輸出電路中引起受控電量的預(yù)定階躍變化的電氣裝置。它在控制系統(tǒng)（也稱為輸入回路）和受控系統(tǒng)（也稱為輸出回路）之間具有交互關(guān)系。通常用于自動控制電路中，實際上它是一種“自動開關(guān)”，它使用小電流來控制大電流操作。因此，它在自動調(diào)節(jié)，安全保護和轉(zhuǎn)換電路等電路中發(fā)揮作用?？偠灾?，作為控制元件，繼電器具有以下功能：（1）擴大控制范圍：例如，當(dāng)多點觸點繼電器控制信號達到固定值時，根據(jù)觸點組的不同形式，可以同時切換，斷開和連接多觸點電路。（2）放大：例如，敏感的繼電器，中間繼電器等，只需很少的控制，就可以控制大功率電路。（3）集成信號：例如，當(dāng)多個控制信號以指定形式輸入到多繞組繼電器時，它們被比較并集成以達到預(yù)定的控制效果。（4）自動，遙控，監(jiān)視：例如，自動裝置上的繼電器可與其他電器一起構(gòu)成程序控制電路，實現(xiàn)自動操作。3.6整機電路的設(shè)計根據(jù)以上相應(yīng)分析，可以設(shè)計出硬件部分的整體電路情況。具體來看，該電路的實際情況大體可見下圖3.13。圖3.13整機電路圖由上圖可知，在進行AD轉(zhuǎn)換的時候，IN0是被選用的相應(yīng)通道，在變阻器相應(yīng)阻值發(fā)生變化的時候，變換后的相應(yīng)電壓信號會傳遞給IN0，然后AD轉(zhuǎn)換器則要將相應(yīng)結(jié)果向P1.0到P1.7傳遞，此時單片機就要對該信號進行相應(yīng)處理，并將之向數(shù)碼管傳遞，從而進行相應(yīng)顯示，并對蜂鳴器啟不啟動報警進行相應(yīng)判斷。第4章軟件部分如果設(shè)備的硬件部分是外殼，則系統(tǒng)的軟件部分是整個設(shè)備的內(nèi)部器件。硬件不管它有多好。即使它很漂亮，也沒有軟件程序來驅(qū)動它。它真正成為一個機構(gòu)，功能無法實現(xiàn)。只有軟件的驅(qū)動程序加上硬件的準(zhǔn)確性才能實現(xiàn)設(shè)備的功能。兩者都是不可缺少的，因此，對于整個設(shè)備而言，軟件的設(shè)計也是極為關(guān)鍵的。4.1主程序的設(shè)計流程圖探究相應(yīng)程序通常不會脫離C語言，它是一種專業(yè)性較強的編程語言，能夠具備很多高級語言的優(yōu)勢，還擁有了匯編語言的相應(yīng)功能。該語言庫函數(shù)極為多樣化，能夠迅速計算，還能達到極高的編譯效率，并對硬件進行直接控制。當(dāng)前，在相應(yīng)編程中，C語言的運用占據(jù)了核心地位。下面將對主程序的相應(yīng)情況進行介紹。在運用該系統(tǒng)的時候，首先，傳感器必須要有三分鐘的預(yù)熱。本文使用的煙霧傳感器是MQ-7半導(dǎo)體電阻式的，在一段時間內(nèi)未通電的情況下，再次對其進行通電的時候，該傳感器通常無法立即收集煙霧信息，預(yù)熱一段時間是必不可少的。初始化程序后，系統(tǒng)就會處于監(jiān)控狀態(tài)。在相應(yīng)濃度信號被傳感器檢測到之后，該單片機會對其開展相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換，用濃度值來對比設(shè)定值，以此來對報警與否進行相應(yīng)判斷，具體流程的相應(yīng)情況可見下圖4.1。圖4.1設(shè)計流程圖其設(shè)計要符合以下思路要求：首先是使用滑動變阻器來模擬CO傳感器對濃度值進行相應(yīng)檢測，并使用ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將得到的濃度值轉(zhuǎn)換為模擬數(shù)字。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸入到52芯片中，數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管中。這需要完成。工作是將結(jié)果數(shù)據(jù)的每一位輸出到相應(yīng)的數(shù)碼管。然后用設(shè)定的臨界值進行判斷，如果沒有超過設(shè)定的閾值，蜂鳴器不發(fā)聲，綠燈亮，紅燈熄滅，數(shù)碼管顯示當(dāng)前濃度；如果超過了設(shè)定的閾值，蜂鳴器將報警，綠燈熄滅，紅燈亮起來，數(shù)碼管對當(dāng)前濃度值進行相應(yīng)顯示。此時要反復(fù)確定其濃度值。4.2ADC0809程序流程圖從之前介紹的ADC0809芯片可知，ALE有效時，才能鎖定ABC相應(yīng)輸入通道地址。在啟動START信號之后，就要進行相應(yīng)轉(zhuǎn)換，然而，EPC信號則要在START來到下降沿十微秒之后，才能夠會向無效轉(zhuǎn)變。這要求要在EOC無效的情況下查詢程序才能進行相應(yīng)查詢，在完成轉(zhuǎn)換之后，OE就要控制輸出數(shù)據(jù)。其具體流程可見下圖4.2。圖4.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換程序流程圖第5章系統(tǒng)仿真測試5.1PROTEUS簡介Proteus軟件是英國LE公司出版的EDA工具軟件。與其他相關(guān)工具軟件相比，其具有更強的仿真功能，這主要表現(xiàn)在其對單片機與外圍相關(guān)器件的仿真。從當(dāng)前相關(guān)情況來看，在同類產(chǎn)品中，其相對較為完善。其當(dāng)前在我國才剛剛被推廣，但已經(jīng)在很大范圍內(nèi)受到了喜愛與歡迎。從全球范圍來看，該軟件都有著極大的知名度。其不但能夠在布圖原理、調(diào)試代碼上進行仿真，更能協(xié)同開展單片機以及外圍電路的仿真，還能切換到設(shè)計PCB上，真正完整的開展了相關(guān)設(shè)計。作為當(dāng)前重要的設(shè)計平臺，其將仿真虛擬模型、電路以及設(shè)計PCB等功能集于一體，其處理器模型支持8051、8086、ARM以及AVR等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，之后一直致力于其他處理器模型的增加。從編譯來看，它對眾多編譯器都能夠運用，比如：MATLAB以及IAR等。PROTEUS的元器件庫達到了30多個，其仿真模式更是達到了數(shù)千種類型，其它外設(shè)庫以及動態(tài)設(shè)備庫更是極為逼真。其中最為出名的就是自8051系列八位單片機到ARM7三十二位單片機的多種庫。它們是設(shè)計以及仿真相應(yīng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。與此同時，該軟件還擁有多種虛擬儀器以及信號激勵源，能夠?qū)Ω鞣N仿真功能進行提供。這為設(shè)計以及仿真相應(yīng)系統(tǒng)形成了一個系統(tǒng)化的虛擬實驗室。除此之外，其還擁有極為先進的高級布線編輯軟件。其相應(yīng)仿真模型都是基于生產(chǎn)公司提供的實際數(shù)據(jù)來構(gòu)建的。故而，該設(shè)計及仿真非常實用。從當(dāng)前的相應(yīng)情況來看，該軟件在眾多領(lǐng)域中都應(yīng)用得極為廣泛，成為設(shè)計及仿真單片機系統(tǒng)的一種主流平臺。5.2系統(tǒng)硬件電路仿真1.在開展相應(yīng)仿真前，需要安裝PROTEUS。在完成安裝之后，將界面打開，具體情況可見下圖5.1。圖5.1Proteus界面2.對界面中的“P”進行單擊，以此來添加相應(yīng)組件。首先要將所需的相應(yīng)組件都找出來，然后根據(jù)實際需要來連接圖像編輯窗口中的相應(yīng)組件。整體仿真情況可見下圖5.2。圖5.2整機電路圖3.對界面中的仿真按鈕進行單擊，以執(zhí)行系統(tǒng)硬件仿真。具體仿真情況可見下圖5.3。圖5.3仿真結(jié)果從以上相應(yīng)仿真實際情況倆看，本文設(shè)計的液化氣報警器基本實現(xiàn)了對相應(yīng)需求的滿足，符合預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

第6章總結(jié)及展望本文設(shè)計了液化氣檢測報警系統(tǒng)，實現(xiàn)了相應(yīng)智能控制。該系統(tǒng)主要將STC89C52當(dāng)作是控制核心，并將其相應(yīng)功能最大程度地應(yīng)用于相應(yīng)設(shè)計。這使得該系統(tǒng)不但具備了相應(yīng)的靈敏性，而且實現(xiàn)了多種智能控制。該智能管理以單片機相應(yīng)技術(shù)為核心，達到了實時監(jiān)測液化氣濃度的相應(yīng)目標(biāo)，能夠穩(wěn)定運行，也極為精密，在相應(yīng)市場中有著極好的發(fā)展前景。在進行實際試驗的時候，應(yīng)用場景不一樣的時候，其設(shè)定的警報濃度下限也不太一樣。此次畢業(yè)設(shè)計的完成歷經(jīng)了六個月左右，在這個過