畢業(yè)論文-基于單片機(jī)的天然氣監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

大連東軟信息學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的天然氣監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的天然氣監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系所：電子工程系專業(yè)：電子信息工程（嵌入式系統(tǒng)工程方向）學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：導(dǎo)師職稱：講師完成日期：2014年5月2日大連東軟信息學(xué)院DalianNeusoftUniversityofInformation大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要V 基于單片機(jī)的天然氣監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要隨著煤氣在家庭中的使用和儲(chǔ)存方面的隱患日益加劇，越來(lái)越多的人選擇安裝天然氣來(lái)取代煤氣。天然氣與煤氣不同，不需要通過(guò)像“炸彈”一樣的煤氣罐來(lái)存儲(chǔ)，而是通過(guò)統(tǒng)一的管道來(lái)入戶。但是這并不意味著天然氣就絕對(duì)安全，由于天然氣需要閥門(mén)控制進(jìn)氣，當(dāng)閥門(mén)使用過(guò)度有所損壞時(shí)，就可能會(huì)發(fā)生泄漏。因此為了避免危險(xiǎn)，就需要監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)來(lái)隨時(shí)監(jiān)控家中天然氣濃度并作出警示。近年來(lái)大規(guī)模集成電路發(fā)展迅速，同時(shí)也帶動(dòng)了單片機(jī)的迅猛發(fā)展，“個(gè)頭小，價(jià)格低，功能強(qiáng)大”是單片機(jī)的重要特征，與微型計(jì)算機(jī)的功能相似。利用單片機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)，不僅能降低成本，還能減小其體積和質(zhì)量，提高監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化水平，對(duì)家庭燃?xì)獾谋O(jiān)測(cè)更加準(zhǔn)確和便利。本系統(tǒng)以89C51單片機(jī)為控制核心，利用氣敏傳感器對(duì)環(huán)境中可燃?xì)怏w的濃度進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換將測(cè)得的氣體濃度值轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)單片機(jī)就會(huì)進(jìn)行報(bào)警。本文主要介紹了基于單片機(jī)提供的一個(gè)監(jiān)測(cè)報(bào)警的平臺(tái)，通過(guò)監(jiān)測(cè)室內(nèi)的天然氣濃度借由家中無(wú)限網(wǎng)來(lái)向戶主進(jìn)行實(shí)時(shí)的反饋和報(bào)警，保護(hù)家人的安全。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，氣敏傳感器，A/D轉(zhuǎn)換，報(bào)警系統(tǒng)大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）AbstractDesignandImplementationoftheGasMonitoringandAlarmSystemBasedonMCUAbstractWiththeuseandstorageofgasinthehomerisksincreasing,moreandmorepeoplechoosetoinstallnaturalgastoreplacecoa.Naturalgasdoesn’tneedtostorebyabomb-likegastankbutthroughaunifiedpipelinetohome,whichisdifferentfromcoal.Butthisdoesn’tmeanthatnaturalgasisabsolutelysafe,becauseputtingtheintakevalveundercontrolisneededbythenaturalgas,whenthevalveisoveruseddamaged,itmayleak.Therefore,inordertoavoiddanger,MonitoringandAlarmSystemisneededtomonitortheconcentrationofnaturalgasinhomeandmakewarning.LSI(LargeScaleIntegratedcircuit)hasdevelopedrapidlyinrecentyears,andalsohasledtotherapiddevelopmentofsingle-chip,"smallhead,lowpriceandpowerful"isanimportantfeatureofthemicrocontroller,whichissimilartothefunctionofamicrocomputer.Byusingsingle-chiptechnologytorealizeenvironmentalmonitoringcannotonlyreducecosts,butreduceitsvolumeandqualityandincreasethelevelofautomationofmonitoring,makingitmoreaccurateandconvenienttomonitorofdomesticgas.Thissystem,whichusesmicrocontroller89C51asitscontrolcore,detectstheconcentrationofEnvironmentalcombustiblegasesbyutensilssensor,convertsthemeasuredconcentrationvalueofcombustiblegastorecognizabledigitalsignalbyA/Dconversion.Whentheconcentrationexceedsthepresetvaluemicrocontrollerwillalarm.Thispaperdescribesamicrocontroller-basedplatformwhichprovidesmonitoringalarm,bymonitoringtheconcentrationofindoorgasanduploadingthedatatothehomewirelessnetworkforreal-timefeedbackandalerttotheheadofthehousehold,thissystemguaranteesthesecurityofyourfamily.Keywords:SoC,A/Dconversion,GasSensors,AlarmSystem大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄目錄TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題研究背景與意義 11.1.1家庭自動(dòng)化 11.1.2自動(dòng)化的需求 21.2課題研究?jī)?nèi)容與方法 21.3課題研究現(xiàn)狀 2第2章關(guān)鍵技術(shù)介紹 42.1煙霧傳感器的選型 42.1.1煙霧傳感器介紹 42.1.2煙霧傳感器的選定 42.2氣敏元件MQ-2 5第3章系統(tǒng)需求分析 73.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) 73.2系統(tǒng)功能需求 73.3系統(tǒng)非功能需求 73.4系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境 83.5系統(tǒng)可行性分析 83.5.1技術(shù)可行性 83.5.2經(jīng)濟(jì)可行性 9第4章系統(tǒng)設(shè)計(jì) 104.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則 104.2體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 104.3硬件設(shè)計(jì) 114.3.1單片機(jī)與外圍電路連接設(shè)計(jì) 114.3.2LCD1602液晶顯示屏電路設(shè)計(jì) 114.3.3MQ-2氣體傳感器電路設(shè)計(jì) 124.3.4ADC0809電路設(shè)計(jì) 124.3.5按鍵電路設(shè)計(jì) 134.3.6蜂鳴器報(bào)警電路設(shè)計(jì) 134.3.7風(fēng)扇電路設(shè)計(jì) 144.3.8LED指示燈電路設(shè)計(jì) 144.3.9電源及開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì) 154.3.10串口電路設(shè)計(jì) 154.4軟件設(shè)計(jì) 164.4.1UI界面設(shè)計(jì) 164.4.2功能模塊設(shè)計(jì) 17第5章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 185.1環(huán)境配置 185.2功能模塊實(shí)現(xiàn) 195.3系統(tǒng)集成與調(diào)試 27第6章系統(tǒng)測(cè)試 286.1測(cè)試概述 286.2測(cè)試用例 286.2.1數(shù)據(jù)傳遞 286.2.2LCD顯示 28第7章結(jié)論 30參考文獻(xiàn) 31致謝 32附錄A 33大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-第1章緒論1.1課題研究背景與意義隨著人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步，天然氣正逐步取代煤氣成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡哪茉?。但隨之產(chǎn)生的就是安全隱患問(wèn)題。盡管天然氣無(wú)需像煤氣一樣存儲(chǔ)于罐中，是通過(guò)統(tǒng)一管道進(jìn)行傳輸，但一旦管道閥門(mén)損壞發(fā)生故障，其后果仍然很?chē)?yán)重。為此，對(duì)天然氣的監(jiān)測(cè)和報(bào)警就成了一項(xiàng)非常必要的工作。由于天然氣需要閥門(mén)控制進(jìn)氣，當(dāng)閥門(mén)使用過(guò)度有所損壞時(shí)，就可能會(huì)發(fā)生泄漏，而如果家中有人熟睡或者其他情況難以察覺(jué)到泄漏時(shí)，其后果就非常危險(xiǎn)。因此為了避免危險(xiǎn)，就需要監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)來(lái)隨時(shí)監(jiān)控家中天然氣濃度并作出警示。近年來(lái)大規(guī)模集成電路發(fā)展迅速，同時(shí)也帶動(dòng)了單片機(jī)的迅猛發(fā)展，“個(gè)頭小，價(jià)格低，功能強(qiáng)大”是單片機(jī)的重要特征，與微型計(jì)算機(jī)的功能相似。利用單片機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)，不僅能降低成本，還能減小其體積和質(zhì)量，提高監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化水平，對(duì)家庭燃?xì)獾谋O(jiān)測(cè)更加準(zhǔn)確和便利。通過(guò)天然氣監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，我們將為家庭自動(dòng)化添上濃墨重彩的一筆。本系統(tǒng)將會(huì)解決人們對(duì)于家用天然氣泄漏問(wèn)題的擔(dān)憂，為家人的生命安全提供保障。1.1.1家庭自動(dòng)化家庭/辦公自動(dòng)化是指在家里或辦公室來(lái)自動(dòng)控制一部分甚至是所有的電子設(shè)備，無(wú)論我們?cè)谂c不在。家庭/辦公自動(dòng)化是這幾十年來(lái)在家庭住宅上最讓人激動(dòng)的科技發(fā)明之一?，F(xiàn)在有上百種可用的產(chǎn)品能幫助我們通過(guò)遙控甚至是聲控來(lái)自動(dòng)化控制設(shè)備。家庭自動(dòng)化是與居住有關(guān)的，建筑自動(dòng)化的延伸。它是住宅，家務(wù)事，或者是日?；顒?dòng)的自動(dòng)化。家庭自動(dòng)化包括燈光的集中控制，供暖、通風(fēng)設(shè)備和空調(diào)，家電和其他系統(tǒng)，來(lái)提高生活的便捷，舒適，能源利用率和安全。殘疾人可以幫助那些更加需要看護(hù)人或者機(jī)構(gòu)護(hù)理的人們提供更好的生活質(zhì)量。一個(gè)家庭自動(dòng)化系統(tǒng)整合了房子里面電氣之間的聯(lián)系。應(yīng)用在家庭自動(dòng)化上的技術(shù)包括了樓房自動(dòng)化和家庭活動(dòng)控制自動(dòng)化，比如家庭娛樂(lè)系統(tǒng)、室內(nèi)植物和庭院澆水，寵物飼養(yǎng)、為不同的場(chǎng)合改變家庭場(chǎng)景（比如晚宴或者排隊(duì)）、以及使用家用機(jī)器人。這些設(shè)備可以通過(guò)電腦網(wǎng)絡(luò)連接，從而被遠(yuǎn)程接口或網(wǎng)絡(luò)接口控制。通常，一個(gè)新家在建造的時(shí)候便被裝備上了家庭自動(dòng)化系統(tǒng)，根據(jù)墻壁、下水口、儲(chǔ)藏室的可接近位置以及設(shè)計(jì)能力的不同，我們可以進(jìn)行特定的改變來(lái)容納特定的技術(shù)。無(wú)線網(wǎng)系統(tǒng)一般都在房子裝備前被安裝，因?yàn)檫@樣可以減少線的改變。這些已知的能源用線、無(wú)線電、紅外線信號(hào)能夠通過(guò)中央控制器進(jìn)行信息交流。1.1.2自動(dòng)化的需求早些時(shí)候，我們展望未來(lái)的自動(dòng)化設(shè)備的時(shí)候，這些設(shè)備可以在控制器的操縱下做任何事情。但是現(xiàn)在這種展望已經(jīng)成真。一個(gè)自動(dòng)的設(shè)備可以取代大量的人類(lèi)勞動(dòng)。而人越多，在緊張環(huán)境下產(chǎn)生的錯(cuò)誤和產(chǎn)生錯(cuò)誤的趨勢(shì)就越強(qiáng)。然而，自動(dòng)設(shè)備可以在勞動(dòng)密集而多樣化的環(huán)境中不產(chǎn)生任何錯(cuò)誤，可以代替人類(lèi)操作那些包括了大量體力勞動(dòng)或者單調(diào)勞動(dòng)的任務(wù)以及代替人類(lèi)在危險(xiǎn)的環(huán)境中工作（比如火、太空、火山、核裝備、水下等等）。能夠以超越人類(lèi)對(duì)于大小、重量、速度、容忍度等范疇的能力完成任務(wù)。自動(dòng)化可以讓企業(yè)、社會(huì)甚至大部分人類(lèi)更加經(jīng)濟(jì)的完成任務(wù)。比如，一家企業(yè)投資自動(dòng)化可以恢復(fù)他的投資實(shí)力，或者一個(gè)州或者國(guó)家通 過(guò)自動(dòng)化可以提高收入，如20世紀(jì)的德國(guó)和日本一樣。1.2課題研究?jī)?nèi)容與方法隨著人們安全意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)生活環(huán)境的舒適度和安全性就有了更高的要求，廚房便成了重中之重。煙霧報(bào)警器是一種通過(guò)檢測(cè)環(huán)境中可燃?xì)怏w的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能的裝置，通過(guò)將測(cè)得的燃?xì)鉂舛戎缔D(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的模擬信號(hào)來(lái)控制報(bào)警裝置的開(kāi)啟。本系統(tǒng)以89C51單片機(jī)為控制核心，利用氣敏傳感器對(duì)環(huán)境中可燃?xì)怏w的濃度進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換將測(cè)得的氣體濃度值轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)單片機(jī)就會(huì)進(jìn)行報(bào)警。1.3課題研究現(xiàn)狀國(guó)外從上世紀(jì)30年代開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)煙霧傳感器，并且發(fā)展迅速，而我國(guó)從70年代初期開(kāi)始研制煙霧傳感器，主要是通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和生產(chǎn)工藝。近年來(lái)，我國(guó)在傳感器選擇性，產(chǎn)品的穩(wěn)定性，對(duì)低濃度煙霧的識(shí)別等方面也有了很大的改善?，F(xiàn)如今煙霧傳感器研究方向主要致力于提高靈敏度和工作性能，降低功耗和成本，縮小尺寸等。燃?xì)鈭?bào)警器就是氣體泄露檢測(cè)報(bào)警儀器。當(dāng)環(huán)境中有可燃?xì)怏w或有毒氣體泄露時(shí)，若氣體報(bào)警器檢測(cè)到的氣體濃度達(dá)到預(yù)設(shè)的爆炸或者中毒值的臨界點(diǎn)時(shí)，燃?xì)鈭?bào)警器就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以提醒工作人員采取安全措施，燃?xì)鈭?bào)警器相當(dāng)于自動(dòng)滅火器，可驅(qū)動(dòng)排風(fēng)、切斷、噴淋系統(tǒng)，防止發(fā)生爆炸、火災(zāi)、中毒事故，從而保障安全生產(chǎn)。燃?xì)鈭?bào)警器可以測(cè)出各種氣體濃度，經(jīng)常用在化工廠，石油，燃?xì)庹镜扔袣怏w泄漏的地方。1.4論文結(jié)構(gòu)本文主要介紹燃?xì)獗O(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。內(nèi)容概要如下：第一章緒論。主要介紹了課題的研究現(xiàn)狀及意義。第二章關(guān)鍵技術(shù)介紹。主要介紹了氣體傳感器的關(guān)鍵技術(shù)。第三章系統(tǒng)需求分析。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行需求和可行性的分析。第四章系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)系統(tǒng)的軟硬件部分進(jìn)行劃分、設(shè)計(jì)。第五章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。對(duì)軟硬件進(jìn)行集成調(diào)試。第六章系統(tǒng)測(cè)試。給出系統(tǒng)的測(cè)試方案和結(jié)果。第七章結(jié)論。對(duì)整個(gè)課題工作進(jìn)行歸納與總結(jié)。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第2章關(guān)鍵技術(shù)介紹2.1煙霧傳感器的選型煙霧傳感器是氣敏傳感器的一種，屬于氣-電變換器，它能空氣中可燃?xì)怏w的含量（即濃度），通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，然后由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的處理及報(bào)警控制等工作。傳感器作為煙霧檢測(cè)報(bào)警器的信號(hào)采集部分，是系統(tǒng)的核心組成部分。因此，傳感器的選型是非常重要的。2.1.1煙霧傳感器介紹（1）煙霧傳感器的分類(lèi)煙霧傳感器的種類(lèi)很多，從檢測(cè)原理上可以分為以下三大類(lèi)：①根據(jù)物理化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如半導(dǎo)體煙霧傳感器、接觸燃燒式煙霧傳感器等；②根據(jù)物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱傳導(dǎo)煙霧傳感器、光干涉煙霧傳感器、紅外傳感器等；③根據(jù)電化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如電流型煙霧傳感器、電勢(shì)型氣體傳感器等。（2）常見(jiàn)煙霧傳感器可檢測(cè)煙霧種類(lèi)由于煙霧的種類(lèi)繁多，一種類(lèi)型的煙霧傳感器不可能檢測(cè)所有的氣體，通常只能檢測(cè)某一種或兩種特定性質(zhì)的煙霧。例如氧化物半導(dǎo)體煙霧傳感器主要檢測(cè)各種還原性煙霧，如CO、H2、C2H5OH、CH3OH等。固體電解質(zhì)煙霧傳感器主要用于檢測(cè)無(wú)機(jī)煙霧，如O2、CO2、H2、Cl2、SO2等。2.1.2煙霧傳感器的選定煙霧檢測(cè)報(bào)警器主要應(yīng)用在化工、石油、油庫(kù)、冶金、液化氣站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃煙霧泄漏的場(chǎng)所，根據(jù)對(duì)監(jiān)測(cè)環(huán)境氣體的要求，一般選用接觸燃燒式煙霧傳感器和半導(dǎo)體煙霧傳感器。使用接觸燃燒式傳感器，其探頭的阻緩及中毒，是不可避免的問(wèn)題。阻緩是當(dāng)在煙霧與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無(wú)焰燃燒的同時(shí)，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應(yīng)緩慢反應(yīng)滯緩，靈敏度降低。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度的恢復(fù)的可能，但是如果長(zhǎng)期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會(huì)不斷下降，導(dǎo)致傳感器最終喪失檢測(cè)煙霧的能力。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類(lèi)的物質(zhì)時(shí)，則傳感器將使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以致靈敏度很快就喪失。當(dāng)懷疑檢測(cè)環(huán)境中存在這些物質(zhì)時(shí)，經(jīng)常對(duì)探頭進(jìn)行標(biāo)定，是必須且有效的辦法。半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器，它具有靈敏度高，響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體煙霧傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性（抗干擾性）和穩(wěn)定性（使用壽命）。經(jīng)過(guò)對(duì)比上述兩種煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點(diǎn)更加突出：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)格便宜，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低等。因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體煙霧傳感器作為報(bào)警器煙霧信息采集部分的核心。而在眾多半導(dǎo)體氣體傳感器中，本設(shè)計(jì)選用MQ-2型煙霧傳感器，這種型號(hào)的傳感器具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。2.2氣敏元件MQ-2（1）特點(diǎn)①探測(cè)范圍廣泛②高靈敏度，快速響應(yīng)恢復(fù)③穩(wěn)定性高，壽命長(zhǎng)④驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單（2）應(yīng)用可廣泛用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置，適宜于甲烷、丙烷、丁烷、液化氣、酒精、氫氣、煙霧等的探測(cè)。（3）靈敏度特性探測(cè)濃度范圍：100ppm-10000ppm液化氣和丙烷300ppm-5000ppm丁烷5000ppm-20000ppm甲烷300ppm-5000ppm氫氣100ppm-2000ppm酒精標(biāo)準(zhǔn)工作條件MQ-2氣體傳感器的工作條件如表2.1所示。表2.1MQ-2標(biāo)準(zhǔn)工作條件符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Vc回路電壓≤15VACorDCVH加熱電壓5.0V±0.2VACorDCRL負(fù)載電阻可調(diào)RH加熱電阻31Ω±3Ω室溫PH加熱功耗≤900mW環(huán)境條件MQ-2工作時(shí)環(huán)境條件要求如表2.2所示。表2.2MQ-2工作環(huán)境條件符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Tao使用溫度-10℃-50℃Tas儲(chǔ)存溫度-20℃-70℃RH相對(duì)濕度小于95%RHO2氧氣濃度21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)氧氣濃度會(huì)影響靈敏度特性最大值小于2%在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)思想是檢測(cè)家庭環(huán)境中可燃?xì)怏w，即天然氣的濃度，由于天然氣的主要成分為丁烷，在系統(tǒng)的檢測(cè)過(guò)程中不易測(cè)量，而打火機(jī)的主要成分是丁烷，易于檢測(cè)，所以在實(shí)際系統(tǒng)檢測(cè)中使用打火機(jī)來(lái)進(jìn)行測(cè)量。第3章系統(tǒng)需求分析3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)本系統(tǒng)意在以89C51單片機(jī)為控制核心，利用氣敏傳感器對(duì)環(huán)境中可燃?xì)怏w的濃度進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換將測(cè)得的氣體濃度值轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度在正常范圍時(shí)綠燈常亮，當(dāng)濃度超過(guò)一定范圍時(shí)紅燈會(huì)亮，蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)風(fēng)扇工作。利用上位機(jī)動(dòng)態(tài)顯示濃度變化，同時(shí)也可直接進(jìn)行調(diào)節(jié)，方便使用。3.2系統(tǒng)功能需求根據(jù)需求調(diào)研結(jié)果確定本系統(tǒng)主要包括以下功能模塊：氣體濃度采集模塊，氣體濃度數(shù)據(jù)顯示模塊，LED指示燈顯示模塊，蜂鳴器報(bào)警模塊，按鍵控制模塊，風(fēng)扇模塊。對(duì)模塊功能的描述如表3.1所示。表3.1功能模塊描述功能編號(hào)功能名稱功能描述1氣體濃度采集通過(guò)氣體傳感器對(duì)環(huán)境中的可燃?xì)怏w進(jìn)行采集，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器將測(cè)得的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的模擬量，以供后續(xù)的模塊使用，是系統(tǒng)的核心模塊2氣體濃度顯示單片機(jī)對(duì)接收到的濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并傳遞到LCD1602上進(jìn)行顯示3LED指示燈顯示通過(guò)預(yù)先設(shè)置的LED指示燈顯示范圍，對(duì)測(cè)得的氣體濃度進(jìn)行分析，處于某一范圍時(shí)相應(yīng)的LED亮起。可通過(guò)按鍵對(duì)其范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)4蜂鳴器報(bào)警當(dāng)測(cè)得的氣體濃度達(dá)到一定值時(shí)，單片機(jī)給蜂鳴器一電信號(hào)，蜂鳴器鳴叫報(bào)警。同樣，蜂鳴器的報(bào)警值也會(huì)在LCD上顯示，可通過(guò)按鍵對(duì)其范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)5按鍵控制共有三個(gè)按鍵，為模式調(diào)節(jié)和上下調(diào)節(jié)。模式調(diào)節(jié)即為對(duì)LCD上顯示的三個(gè)LED燈和蜂鳴器報(bào)警值進(jìn)行調(diào)節(jié)，每按一次鍵就跳到下一個(gè)，然后通過(guò)上下鍵對(duì)顯示值進(jìn)行調(diào)節(jié)6.風(fēng)扇模塊風(fēng)扇的啟動(dòng)值與蜂鳴器的報(bào)警值相同，當(dāng)濃度值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，蜂鳴器鳴叫，同時(shí)單片機(jī)會(huì)給繼電器電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬換氣扇工作3.3系統(tǒng)非功能需求（1）性能①靈敏度要求：100ppm-10000ppm液化氣和丙烷300ppm-5000ppm丁烷5000ppm-20000ppm甲烷300ppm-5000ppm氫氣100ppm-2000ppm酒精②響應(yīng)時(shí)間≤10s③工作電壓：DC，+5v（2）成本9*15萬(wàn)用板3元；STC89C51單片機(jī)5元；ADC08095.5元；1602液晶15元；7*7風(fēng)扇10元；MQ-2煙霧傳感器3.5元；5v繼電器1元；電阻、電容、焊錫、按鍵等元器件為已有，直接使用。3.4系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境硬件環(huán)境：硬盤(pán)：15GB內(nèi)存：4096MB操作系統(tǒng)：Windows7開(kāi)發(fā)工具：Keil、Uv4、STC-ISP、Qt環(huán)境配置：Qt軟件環(huán)境：8051核ISP操作系統(tǒng)：MCS-51處理器：STC89C5180MHz顯示屏類(lèi)型：LCD16023.5系統(tǒng)可行性分析3.5.1技術(shù)可行性本系統(tǒng)CPU使用STC89C51，是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C51使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。傳感器使用MQ-2氣敏式煙霧傳感器，是目前工業(yè)上常用的一種氣體傳感器。MQ-2氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、丁烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣（主要成分為甲烷）等其他可燃?xì)怏w的檢測(cè)也很理想。這中傳感器可檢測(cè)多種可燃?xì)怏w，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，是一款多用途的低成本傳感器。3.5.2經(jīng)濟(jì)可行性本系統(tǒng)的電路均由基本的電路模塊組成，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，除面包板、1602、MQ-2傳感器等其他基本元器件（包括電容、電阻、焊錫等）均為以前購(gòu)買(mǎi)過(guò)未使用的器件，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。 第4章系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則（1）先進(jìn)性本系統(tǒng)使用STC89C51單片機(jī)作為控制核心，STC89C51RC是采用8051核的ISP（InSystemProgramming）在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作時(shí)鐘頻率為80MHz，片內(nèi)含8KBytes的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲(chǔ)單元，具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購(gòu)買(mǎi)通用編程器，而且速度更快。STC89C52RC系列單片機(jī)是單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的兼容8051內(nèi)核單片機(jī)，是高速/低功耗的新一代8051單片機(jī)，全新的流水線/精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu),內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。使用Qt繪制上位機(jī)，能動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度，并允許用戶調(diào)整報(bào)警值，方便使用。（2）可靠性及安全性在本系統(tǒng)中氣體傳感器使用MQ-2氣敏式煙霧傳感器，是目前工業(yè)上常用的一種氣體傳感器。MQ-2氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、丁烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣（主要成分為甲烷）等其他可燃?xì)怏w的檢測(cè)也很理想。這中傳感器可檢測(cè)多種可燃?xì)怏w，是一款多用途的低成本傳感器。4.2體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)共分為四個(gè)模塊，分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、顯示及報(bào)警和電源模塊。單片機(jī)從ADC0809讀入數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理后，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的判斷，來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示及報(bào)警模塊的工作，如圖4.1所示。圖4.1系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)4.3硬件設(shè)計(jì)4.3.1單片機(jī)與外圍電路連接設(shè)計(jì)單片機(jī)與外圍電路連接設(shè)計(jì)如圖4.2所示。其中，P0口及P2.3、P2.4口接1602液晶屏，P1口及3.2~P3.4、P3.6、CLK時(shí)鐘接ADC0809，P2.0~P2.2口接LED指示燈，復(fù)位電路采用上電按鍵復(fù)位。圖4.2單片機(jī)與外圍電路連接設(shè)計(jì)4.3.2LCD1602液晶顯示屏電路設(shè)計(jì)液晶1腳接GND，2腳接VCC，三腳是液晶的灰度調(diào)整，一般3腳與地之間的阻值為200~1.5KΩ，與電源之間的阻值為10K左右。4~14引腳接單片機(jī)的I/O口，15腳為背光的電源端，16腳為背光的地端，如圖4.3所示。圖4.3LCD液晶屏電路設(shè)計(jì)4.3.3MQ-2氣體傳感器電路設(shè)計(jì)在傳感器電路中，傳感器采集到的信號(hào)傳給ADC0809，加入濾波電路過(guò)濾掉高頻諧波，如圖4.4所示。圖4.4傳感器電路設(shè)計(jì)4.3.4ADC0809電路設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)輸入端只有從MQ-2傳感器傳來(lái)的信號(hào)，接IN0口。由于數(shù)據(jù)輸入端為IN0，所以3位地址線全部接0。數(shù)據(jù)輸出端D0~D7接單片機(jī)P1口，如圖4.5所示。圖4.5ADC0809電路4.3.5按鍵電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中共有四個(gè)按鍵，為單片機(jī)上電按鍵復(fù)位電路中的按鍵和調(diào)節(jié)顯示屏顯示的濃度值的三個(gè)按鍵，這三個(gè)按鍵中1個(gè)用于選擇調(diào)節(jié)模式（綠燈G，黃燈Y，紅燈R和蜂鳴器B）。按鍵電路設(shè)計(jì)如圖4.6所示。圖4.6按鍵電路設(shè)計(jì)4.3.6蜂鳴器報(bào)警電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中使用的蜂鳴器為有源蜂鳴器，內(nèi)置振蕩器，只需要給電即可鳴叫，程序控制簡(jiǎn)單，電路簡(jiǎn)潔，如圖4.7所示。圖4.7蜂鳴器電路設(shè)計(jì)4.3.7風(fēng)扇電路設(shè)計(jì)風(fēng)扇電路設(shè)計(jì)如圖4.8所示。在電路中，繼電器室通過(guò)PNP型三極管驅(qū)動(dòng)，傳感器測(cè)得的氣體濃度超過(guò)閥值時(shí)，單片機(jī)會(huì)由高電平跳變成低電平，三極管導(dǎo)通繼電器吸合，繼電器起開(kāi)關(guān)作用，可以驅(qū)動(dòng)負(fù)載帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。圖4.8風(fēng)扇電路設(shè)計(jì)4.3.8LED指示燈電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中共有三個(gè)LED指示燈，分為綠、黃、紅，根據(jù)傳感器測(cè)得的值的范圍不同會(huì)單獨(dú)亮起不同顏色的等，如圖4.9所示。圖4.9LED指示燈設(shè)計(jì)4.3.9電源及開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中供電方式為電腦USB供電，自鎖開(kāi)關(guān)電路中起到電源的開(kāi)關(guān)作用，常開(kāi)的其中一腳接DC電源插口電源腳，常開(kāi)的另一腳接電路的VCC，如圖4.10所示。圖4.10電源及開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)4.3.10串口電路設(shè)計(jì)由于電腦串口輸出電壓高達(dá)12V，直接與單片機(jī)連接會(huì)燒壞芯片，所以需要用MAX232來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。MAX232芯片采用+5V電源供電，僅需幾個(gè)外接電容即可完成從TTL到RS232點(diǎn)評(píng)的轉(zhuǎn)換，共兩路，為T(mén)TL和CMOS，在本系統(tǒng)中僅使用TTL一路，13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為數(shù)據(jù)通道。TTL數(shù)據(jù)從T1IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL數(shù)據(jù)后從R1OUT輸出。單片機(jī)中的UART和電腦串口RS232的區(qū)別僅在于電平的不同，電腦串口采用232電平，而單片機(jī)UART則采用TTL電平，如果不進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，單片機(jī)跟電腦串口就不能進(jìn)行直接通信，RS232是UART的一種就意味著通信協(xié)議的格式是一樣的，只要電平統(tǒng)一了，兩者之間就可以直接通信，于是乎應(yīng)用了MAX232這一芯片，MAX232對(duì)兩者之間通信的數(shù)據(jù)沒(méi)有任何作用，僅僅是中介而已，而其只是負(fù)責(zé)將兩者之間的電平進(jìn)行統(tǒng)一，使兩者之間沒(méi)有通信障礙。電路連接如圖4.11所示。圖4.11串口電路設(shè)計(jì)4.4軟件設(shè)計(jì)4.4.1UI界面設(shè)計(jì)圖4.12UI界面設(shè)計(jì)如圖4.12所示，為系統(tǒng)的上位機(jī)界面設(shè)計(jì)，軟件使用Qt繪制。單片機(jī)通過(guò)串口與PC連接后，即可以在單片機(jī)上進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可以在上位機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且會(huì)動(dòng)態(tài)顯示濃度值變化。4.4.2功能模塊設(shè)計(jì)圖4.13功能模塊設(shè)計(jì)如圖4.13所示，LED指示燈的調(diào)節(jié)共有三種，分為綠燈、黃燈、紅燈。濃度顯示分為即時(shí)顯示和動(dòng)態(tài)圖顯示。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第5章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)5.1環(huán)境配置（1）KeiluVision4安裝配置①安裝Keil

C51

V9.00版本，即uV4

②打開(kāi)uVision4，點(diǎn)擊FileLicense

Management...，打開(kāi)License

Management窗口，復(fù)制右上角的CID

③打開(kāi)KEIL_Lic.exe注冊(cè)機(jī)，

在CID窗口里填上剛剛復(fù)制的CID，其它設(shè)置不變

④點(diǎn)擊Generate生成許可號(hào)，復(fù)制許可號(hào)

⑤將許可號(hào)復(fù)制到License

Management窗口下部的New

License

ID

Code，點(diǎn)擊右側(cè)的Add

LIC

⑥若上方的Product顯示的是PK51

Prof.

Developers

Kit即注冊(cè)成功，Support

Period為有效期，一般可以到30年左右，若有效期較短，可多次生成許可號(hào)重新注冊(cè)。Qt4.8.4安裝配置①安裝qt-creator-win-opensource-2.2.1.exe；②解壓縮MinGW-gcc440_1到Qt根目錄下；③安裝qt-win-opensource-4.8.4-mingw，期間選擇MinGW的目錄為Qt\mingw；④工具->選項(xiàng)->QT，“QT版本”中選擇“手動(dòng)設(shè)置”，然后添加第3步安裝的Qt\4.8.4\bin\qmake.exe；⑤切換到“工具鏈”，選擇“手動(dòng)設(shè)置”，然后添加第1步安裝的Qt\mingw\bin\mingw32-g++.exe；⑥右擊“我的電腦”->“屬性”->"高級(jí)"->“環(huán)境變量”在“用戶變量”中添加：path=C:\Qt\4.8.4\bin;QTDIR=C:\Qt\4.8.4;QTMAKESPEC=mingw32-g++AltiumDesigner安裝配置①下載安裝AltiumDesigner09；②運(yùn)行AD9KeyGen，點(diǎn)擊“打開(kāi)模板”，加載ad9.ini；③點(diǎn)擊“生成協(xié)議”，保存生成的alf文件到安裝目錄下；④運(yùn)行ads09crack，對(duì)安裝目錄下的dxp.exe文件補(bǔ)丁，注意運(yùn)行破解時(shí)軟件沒(méi)有運(yùn)行；⑤啟動(dòng)DXP，運(yùn)行菜單DXP->MyAccount，點(diǎn)擊AddStandaloneLicensefile，加載前面生成的license文件；⑥打開(kāi)DXP菜單的第二個(gè)選項(xiàng)（Preferences），從選項(xiàng)菜單（Preferences）點(diǎn)擊“System菜單”下的“Genera菜單”，勾選“Localization選項(xiàng)”中的“UsedLocalizedResources選項(xiàng)”即可完成漢化。5.2功能模塊實(shí)現(xiàn)氣體濃度采集模塊實(shí)現(xiàn)如圖5.1所示，將傳感器與ADC0809的IN0口相連，當(dāng)傳感器檢測(cè)到可燃?xì)怏w后，傳感器內(nèi)阻發(fā)生變化，傳遞給ADC0809，進(jìn)行轉(zhuǎn)換后輸出單片可識(shí)別的信號(hào)。圖5.1氣體濃度采集模塊#defineData_ADC0809P1ucharADC0809(){ uchartemp_=0x00; OE=0; ST=0; ST=1; ST=0; while(EOC==0) OE=1; temp_=Data_ADC0809; OE=0; returntemp_;}氣體濃度數(shù)據(jù)顯示模塊實(shí)現(xiàn)如圖5.2所示，ADC0809輸出測(cè)得的氣體濃度后，傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)再將數(shù)據(jù)傳遞給LCD1602進(jìn)行顯示。圖5.2氣體濃度數(shù)據(jù)顯示模塊voidInit1602(){uchari=0;write_com(0x38);//屏幕初始化write_com(0x0c);//打開(kāi)顯示無(wú)光標(biāo)無(wú)光標(biāo)閃爍write_com(0x06);//當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符是指針后一一位write_com(0x01);//清屏write_com(0x80);//設(shè)置位置for(i=0;i<16;i++){ write_data(Init1[i]);}write_com(0x80+40);//設(shè)置位置for(i=0;i<12;i++){ write_data(Init2[i]);}}voidDisplay_1602(ucharG,ucharY,ucharR,ucharB,ucharSmog){ //綠色值顯示 write_com(0x80+2); write_data('0'+G/100); write_data('0'+G/10%10); write_data('0'+G%10); //黃色值顯示 write_com(0x80+7); write_data('0'+Y/100); write_data('0'+Y/10%10); write_data('0'+Y%10); //黃色值顯示 write_com(0x80+12); write_data('0'+R/100); write_data('0'+R/10%10); write_data('0'+R%10); //蜂鳴值顯示 write_com(0x80+0x42); write_data('0'+B/100); write_data('0'+B/10%10); write_data('0'+B%10); //當(dāng)前值顯示 write_com(0x80+0x42+10); write_data('0'+Smog/100); write_data('0'+Smog/10%10); write_data('0'+Smog%10); }LED指示燈顯示模塊實(shí)現(xiàn)如圖5.3所示，在本系統(tǒng)中，共有三種顏色LED，分為綠、黃、紅，由于工作原理相同，圖5.3只為綠燈工作原理。當(dāng)單片機(jī)接收到ADC0809傳遞過(guò)來(lái)的濃度值時(shí)，會(huì)進(jìn)行判斷，即當(dāng)前工作模式是否為模式0（正常模式，共有五種調(diào)節(jié)模式，為正常模式0，調(diào)節(jié)綠燈模式1，調(diào)節(jié)黃燈模式2，調(diào)節(jié)紅燈模式3，調(diào)節(jié)蜂鳴器模式4），為正常模式后再判斷濃度值處于哪個(gè)指示燈設(shè)置范圍，再?zèng)Q定哪個(gè)LED燈亮。圖5.3LED指示燈顯示模塊蜂鳴器報(bào)警模塊實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)中，蜂鳴器的報(bào)警值預(yù)設(shè)為60，即當(dāng)AD轉(zhuǎn)換器傳過(guò)來(lái)的傳感器值大于等于60時(shí)開(kāi)始報(bào)警，蜂鳴器IO口低電平有效。如圖5.4所示。圖5.4蜂鳴器報(bào)警模塊風(fēng)扇模塊實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的啟動(dòng)設(shè)置值與蜂鳴器相同，當(dāng)單片機(jī)給蜂鳴器傳遞低電平信號(hào)后，風(fēng)扇同時(shí)啟動(dòng)。如同5.5所示。圖5.5風(fēng)扇模塊按鍵控制模塊實(shí)現(xiàn)圖5.6按鍵控制模塊按鍵模塊主要分為兩個(gè)部分，為模式調(diào)節(jié)（圖5.6左側(cè)）和數(shù)值調(diào)節(jié)（圖5.6右側(cè)）。由于在調(diào)節(jié)數(shù)值時(shí)4種數(shù)值的兩種調(diào)節(jié)方式（加與減）原理相同，所以在流程圖中只給出了當(dāng)Mode=1，即調(diào)節(jié)綠燈顯示值的“加”功能。if(Key2==0&&Mode!=0) { while(Key2==0); //|0正常|1G|2Y|3R|4F| Feng=0; switch(Mode) { case1: { if(GL<YL-1) { GL++; write_com(0x80+2); write_data('0'+GL/100); write_data('0'+GL/10%10); write_data('0'+GL%10); write_com(0x80+4);//位置 } Feng=1; break; } case2: { if(YL<RL-1) { YL++; write_com(0x80+7); write_data('0'+YL/100); write_data('0'+YL/10%10); write_data('0'+YL%10); write_com(0x80+9);//位置 } Feng=1; break; } case3: { if(RL<255-1) { RL++; write_com(0x80+12); write_data('0'+RL/100); write_data('0'+RL/10%10); write_data('0'+RL%10); write_com(0x80+14);//位置 } Feng=1; break; } case4: { if(FF<255-1) { FF++; write_com(0x80+0x42); write_data('0'+FF/100); write_data('0'+FF/10%10); write_data('0'+FF%10); write_com(0x80+0x40+4);//位置 } Feng=1; break; } } }5.3系統(tǒng)集成與調(diào)試在檢測(cè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)原理是否正確、是否能夠達(dá)到預(yù)期的效果以及方法實(shí)現(xiàn)是否簡(jiǎn)便后，開(kāi)始焊接電路。焊接完成后，對(duì)電路進(jìn)行檢測(cè)與調(diào)試，發(fā)現(xiàn)的主要問(wèn)題有：焊接之前未認(rèn)真閱讀STC89C51數(shù)據(jù)手冊(cè)，導(dǎo)致引腳焊反，最后重新焊接；在通電之后，LCD1602上顯示的煙霧值一直很高，在仔細(xì)確認(rèn)傳感器與液晶屏的焊接與代碼是否錯(cuò)誤之后，又通過(guò)查閱資料發(fā)現(xiàn)，新的煙霧傳感器在剛使用前需要通電幾個(gè)小時(shí)才能正常使用，而且在剛通電時(shí)需要加入延時(shí)電路讓傳感器預(yù)熱才可以。系統(tǒng)成品圖如圖5.7所示。圖5.7成品展示大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第6章系統(tǒng)測(cè)試天然氣監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是為監(jiān)測(cè)住宅廚房中使用的天然氣的泄露情況，是居民安全的重要保障。因此，氣體傳感器MQ-2的功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)就成了本系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵所在。在本測(cè)試環(huán)節(jié)中，將著重對(duì)MQ-2和LCD1602的工作情況進(jìn)行測(cè)試。6.1測(cè)試概述在系統(tǒng)中，傳感器與ADC0809相連，傳遞給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后將數(shù)據(jù)傳給LCD1602顯示。MQ-2氣體傳感器對(duì)烷類(lèi)氣體的測(cè)量范圍比較廣泛，可檢測(cè)的天然氣（主要成分為甲烷）濃度范圍為5000ppm-20000ppm，但是在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與檢測(cè)過(guò)程中，不便于使用天然氣作為檢測(cè)工具，所以采用了打火機(jī)（主要成分為丁烷）作為檢測(cè)工具。6.2測(cè)試用例6.2.1數(shù)據(jù)傳遞MQ-2傳感器對(duì)丁烷的檢測(cè)范圍為300ppm-5000ppm，所以在傳感器預(yù)熱穩(wěn)定后，若將打火機(jī)噴頭對(duì)準(zhǔn)噴氣，則在LCD上顯示的數(shù)值應(yīng)大于30（考慮到LCD的大小情況，所有LCD上顯示的數(shù)值均為對(duì)十取余后的結(jié)果）。6.2.2LCD顯示在通電穩(wěn)定后，LCD顯示如圖6.1所示。顯示的數(shù)值為20，即當(dāng)前環(huán)境中可燃?xì)怏w及煙霧濃度為200ppm?？紤]到測(cè)試環(huán)境的空氣質(zhì)量，可判定傳感器工作正常。圖6.1LCD顯示1使用打火機(jī)對(duì)噴頭上方進(jìn)行噴氣，如圖6.2所示，測(cè)得的濃度值為1100ppm，LED紅燈亮起，同時(shí)蜂鳴器和風(fēng)扇開(kāi)始工作。由于傳感器對(duì)丁烷的檢測(cè)范圍為300ppm-5000ppm，當(dāng)前測(cè)得的數(shù)值處于可測(cè)范圍內(nèi)，傳感器工作正常。圖6.2LCD顯示2第7章結(jié)論近年來(lái)大規(guī)模集成電路發(fā)展迅速，同時(shí)也帶動(dòng)了單片機(jī)的迅猛發(fā)展，“個(gè)頭小，價(jià)格低，功能強(qiáng)大”是單片機(jī)的重要特征，與微型計(jì)算機(jī)的功能相似。利用單片機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)，不僅能降低成本，還能減小其體積和質(zhì)量，提高監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化水平，對(duì)家庭燃?xì)獾谋O(jiān)測(cè)更加準(zhǔn)確和便利。本系統(tǒng)是在對(duì)氣敏式煙霧傳感器技術(shù)進(jìn)行深入研究基礎(chǔ)上，通過(guò)學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)，合理地設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，并對(duì)系統(tǒng)的整體和組成進(jìn)行了詳盡的設(shè)計(jì)和分析。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的燃?xì)鈭?bào)警是由氣體煙霧采集電路和單片機(jī)控制電路兩大部分組成的。根據(jù)設(shè)計(jì)需求，結(jié)合使用環(huán)境與成本等因素，最終選用了MQ-2半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器。該類(lèi)型傳感器可用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置，適宜于液化氣、甲烷、丙烷、丁烷、氫氣、酒精、煙霧等的探測(cè)，具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)格便宜，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低等優(yōu)點(diǎn)。在單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)上，使用了STC89C51作為控制核心，STC89C51是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器。煙霧監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可以檢測(cè)多種烷類(lèi)氣體，即可監(jiān)測(cè)廚房天然氣是否泄漏，同時(shí)在測(cè)試時(shí)可以用打火機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，方便維護(hù)。同時(shí)，可將測(cè)得的濃度值顯示于LCD上，并且LED也可以顯示出當(dāng)前濃度范圍。當(dāng)濃度達(dá)到預(yù)設(shè)的濃度值時(shí)，蜂鳴器鳴叫，同時(shí)帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬空氣流通。系統(tǒng)同時(shí)還可以與上位機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)傳遞氣體煙霧濃度值，在上位機(jī)顯示的同時(shí)，也可以完成遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制等功能。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的基礎(chǔ)上，還可以增加擴(kuò)展功能，使報(bào)警系統(tǒng)功能更加完善，實(shí)用性更高。例如，可通過(guò)增加GPRS模塊，在單片機(jī)報(bào)警的同時(shí)，通過(guò)GPRS將警報(bào)發(fā)送到用戶手機(jī)中，提高安全性。也可以增加電閥門(mén)，在報(bào)警的同時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉燃?xì)夤艿?，防止泄露加劇。由于技術(shù)原因，這些功能尚未實(shí)現(xiàn)，希望在今后的學(xué)習(xí)后，能夠完善煙霧監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的功能。參考文獻(xiàn)[1]黃再銀．帶看門(mén)狗和電源監(jiān)控功能的復(fù)位芯MAX813L[J]，電子世界，2003，（3）：39-40[2]謝望．煙霧傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J]，儀器儀表用戶，2006，13（5）：1-2[3]戴佳．戴衛(wèi)恒

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