基于單片機(jī)煤氣檢測(cè)儀--畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展，信息時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，而作為收集各種基礎(chǔ)信息的電子元器件傳感器也得到了快速的發(fā)展和使用?，F(xiàn)在傳感器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，隨之對(duì)其要求也越來(lái)越高，尤其是現(xiàn)在大家受到推崇且快速發(fā)展的智能家居。所以，對(duì)于生活在這個(gè)時(shí)代的我們，了解掌握各種傳感器的基本機(jī)構(gòu)和工作原理是非常有必要的。MQ-5 半導(dǎo)體可燃?xì)怏w敏感元件傳感器是以二氧化

2、錫（Sn O2）的材料制作的氣體傳感器，用來(lái)檢測(cè)可燃?xì)怏w。本設(shè)計(jì)用單片機(jī)和MQ-5傳感器結(jié)合來(lái)設(shè)計(jì)這個(gè)煤氣泄漏檢測(cè)系統(tǒng)。其中MQ-5傳感器具有：靈敏度高、穩(wěn)定性好、使用簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)集成度高、體積小、可靠性 高且控制能力強(qiáng)又易擴(kuò)展?，F(xiàn)在，煤氣氣已經(jīng)成為我們生活中不可缺少的一種燃?xì)猓貏e是城市里。而城市里基本上又是高樓大廈，一旦有煤氣泄漏發(fā)生就會(huì)造成很多難于挽回的災(zāi)難。所以怎么防范煤氣泄漏和煤氣泄漏帶來(lái)的災(zāi)難已經(jīng)成為

3、社會(huì)迫切需要解決的問(wèn)題。雖然現(xiàn)在市場(chǎng)上的煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置種類很多，但是價(jià)格功能各有不足。要不是價(jià)格便宜功能簡(jiǎn)單起不到作用，就是價(jià)格昂貴功能復(fù)雜繁瑣普通家庭用不起。本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單實(shí)用的一個(gè)煤氣泄漏檢測(cè)系統(tǒng)，它集齊煤氣泄漏檢測(cè)</p><p>　　關(guān)鍵詞：傳感器；單片機(jī)；報(bào)警；控制；通訊</p><p><b>　　Abstract</b></p&

4、gt;<p>　　With the development of society, the information age has arrived, as the sensor collects basic information of electroni

5、c components have also been quick development and use. Now widely used sensors, with its rising. Sensor technology, has become

6、0;an important symbol of a country's level of development of science and technology. So for us living in this day and age,

7、0;understanding the basic institutions and principles is necessary. Combustible gas sensor MQ-5 semiconductor sensor based on Tin oxide</

8、p><p>　　Keywords: sensor single chip machine alarm control, communications</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p>

9、<p>　　Abstract1</p><p><b>　　目錄2</b></p><p><b>　　1緒論3</b></p><p>　　1.1研究背景和意義3</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3本課題的主要研究?jī)?nèi)

10、容4</p><p><b>　　2系統(tǒng)設(shè)計(jì)4</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)要求4</b></p><p>　　2.2系統(tǒng)構(gòu)成方案5</p><p><b>　　2.3方案分析5</b></p><p>　　2.4各個(gè)模塊方案

11、5</p><p>　　2.4.1控制模塊方案5</p><p>　　2.4.2顯示電路方案5</p><p>　　2.4.3人機(jī)交流方案6</p><p>　　2.4.4聲光報(bào)警模塊6</p><p>　　2.5 AT89S51單片機(jī)簡(jiǎn)介6</p><p>　　2.6傳感器選擇6

12、</p><p>　　2.7A/D轉(zhuǎn)換器選擇7</p><p>　　3單元電路的設(shè)計(jì)與分析8</p><p>　　3.1單片機(jī)最小工作系統(tǒng)電路8</p><p>　　3.2數(shù)據(jù)采集電路9</p><p>　　3.2.1MQ-5簡(jiǎn)介9</p><p>　　3.2.2 CO電壓-濃度曲線擬

13、合過(guò)程介紹11</p><p>　　3.2.3數(shù)據(jù)采集模塊電路12</p><p>　　3.2.4傳感器自檢電路13</p><p>　　3.3A/D轉(zhuǎn)換電路14</p><p>　　3.4人機(jī)交互模塊電路14</p><p>　　3.5顯示模塊電路15</p><p>　　3.6聲

14、光報(bào)警模塊電路15</p><p>　　3.7控制模塊電路16</p><p>　　4網(wǎng)絡(luò)通信模塊17</p><p>　　4.1網(wǎng)絡(luò)通信模塊原理17</p><p>　　4.2網(wǎng)絡(luò)通信模塊作用17</p><p>　　4.3MAX232芯片簡(jiǎn)介17</p><p>　　5總體電路原

15、理圖及仿真18</p><p>　　5.1總體電路原理圖18</p><p>　　5.3 PCB板圖19</p><p>　　5.3程序編寫20</p><p>　　5.4仿真模擬21</p><p>　　5.4.1程序流程圖21</p><p>　　5.4.2仿真運(yùn)行23<

16、/p><p>　　5.4.3 Proteus軟件及4Keil C51開(kāi)發(fā)系統(tǒng)簡(jiǎn)介23</p><p><b>　　6總結(jié)23</b></p><p><b>　　7致謝24</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><h3>　　1.

17、1研究背景和意義</h2><p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)的進(jìn)步，我們的生活燃料都已逐漸被煤氣、天然氣和液化石油氣代替。如今，煤氣已在小區(qū)，賓館，公寓廣泛使用。在我們方便的使用煤氣生活的同時(shí)，由于使用不當(dāng)或者設(shè)備的老化也給我們帶來(lái)了各種安全隱患，嚴(yán)重的威脅著我們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。如何預(yù)防煤氣泄漏和煤氣泄漏造成的災(zāi)難將會(huì)是煤氣安全使用的一個(gè)重點(diǎn)方向。</p><p>　　城市使用的管道煤氣

18、主要成分是一氧化碳，它無(wú)色無(wú)味劇毒，是一種可燃?xì)怏w，化學(xué)式：CO。當(dāng)濃度達(dá)到一定值時(shí)遇明火或電火花將會(huì)發(fā)生火災(zāi)甚至爆炸。人體暴露在含有一氧化碳萬(wàn)分之幾的空氣中，會(huì)有中毒的危險(xiǎn)。中毒后頭痛、眩暈、無(wú)力、呼吸困難等，嚴(yán)重時(shí)將陷入深度昏迷，各種反射消失，甚至死亡。由于一氧化碳是無(wú)色無(wú)味氣體，所以人體靠視覺(jué)和嗅覺(jué)是感受不到一氧化碳的。但是城市管道煤氣里添加了能刺激鼻粘膜的硫醇?xì)怏w，這樣我們就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)煤氣的泄漏。但如果我們不在家或者晚上不注意時(shí)

19、發(fā)生了煤氣泄漏就無(wú)能無(wú)力了，所以煤氣泄漏檢測(cè)儀對(duì)于安全使用煤氣來(lái)說(shuō)是很重要的。</p><p>　　總結(jié)以上所述，為了能安全的使用燃?xì)猓枰O(shè)計(jì)一種能從根本上有效的解決煤氣泄漏安全問(wèn)題的煤氣泄漏檢測(cè)控制系統(tǒng)。該煤氣泄漏檢測(cè)系統(tǒng)中包括：數(shù)據(jù)采集模塊；A/D轉(zhuǎn)換模塊；人機(jī)交流模塊；顯示模塊；MCU模塊；控制模塊；網(wǎng)絡(luò)通信模塊。</p><h3>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</h2>

20、<p>　　在國(guó)外，煤氣泄漏檢測(cè)控制儀已經(jīng)是一種非常成熟的產(chǎn)品。最早發(fā)明使用的國(guó)家是日本，無(wú)論是在傳感器技術(shù)上還是煤氣泄漏檢測(cè)控制儀研究上，日本都走在了國(guó)際的前端。由于日本國(guó)內(nèi)大力推廣煤氣泄漏報(bào)警控制器的使用，日本國(guó)內(nèi)發(fā)生的煤氣泄漏事故遠(yuǎn)低于其他國(guó)家。在家庭安全使用煤氣方面，日本和美國(guó)政府都出臺(tái)了家庭和公寓要安裝煤氣泄漏報(bào)警器的使用法規(guī)。</p><p>　　我國(guó)在70年代初就對(duì)各類傳感器開(kāi)始了研究，

21、并取得了很大的成就，對(duì)煤氣泄漏檢測(cè)儀及其相關(guān)的研究也已經(jīng)開(kāi)始。目前國(guó)內(nèi)的煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警器的型號(hào)眾多、品種也較齊全。但是這些主要都是從國(guó)外引進(jìn)的技術(shù)上發(fā)展而來(lái)，沒(méi)有自己的特色。</p><p>　　煤氣泄漏檢測(cè)儀主要分固定式的和便攜式兩種，便攜式一般是工業(yè)使用，主要用在煤氣管道巡檢查漏。家用的一般是小型的固定式，主要安裝在廚房里，用于煤氣泄漏檢測(cè)。煤氣泄漏檢測(cè)儀的發(fā)展和電子技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，電子技術(shù)越發(fā)達(dá)，煤氣

22、泄漏檢測(cè)儀功能也更完善，可靠性也更高也具備了一定的智能。現(xiàn)在市場(chǎng)上的煤氣泄漏檢測(cè)儀主要都是以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的，但很多產(chǎn)品都缺少傳感器的自檢裝置。不能再傳感器損壞時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成誤報(bào)以及失效。嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成用戶判定錯(cuò)誤，造成難以挽回的災(zāi)難。</p><h3>　　1.3本課題的主要研究?jī)?nèi)容</h2><p>　　燃?xì)庑孤﹫?bào)警控制器是非常重要的，能提高燃?xì)馐褂冒踩?，由氣敏傳感器、單片機(jī)、控制器

23、和報(bào)警器組成。當(dāng)空氣中有煤氣泄漏時(shí)，儀器能及時(shí)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)且發(fā)出聲光報(bào)警，并控制繼電器和電磁閥來(lái)打開(kāi)排氣風(fēng)扇和關(guān)閉煤氣閥，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向用戶發(fā)出通知。這樣，就可以從根本上解決燃?xì)獾氖褂冒踩[患。</p><p>　　本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一款全新的家庭煤氣泄漏檢測(cè)儀，具有自動(dòng)控制煤氣開(kāi)關(guān)閥、排氣風(fēng)扇開(kāi)關(guān)，通訊報(bào)警功能。主要分為以下幾個(gè)方面：</p><p>　　1、分析用于家庭煤氣泄漏檢測(cè)儀所需要的功能及

24、市場(chǎng)上產(chǎn)品的不足，由此設(shè)計(jì)一款家用煤氣泄漏檢測(cè)系統(tǒng)。</p><p>　　2、煤氣泄漏檢測(cè)儀的功能和硬件電路各個(gè)模塊</p><p>　　3、主要使用電子元器件的選擇</p><p>　　4、網(wǎng)絡(luò)通信模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　5、電路原理圖和PCB板的制作和設(shè)計(jì)</p><p><b>　　6、程序編輯

25、，仿真</b></p><p>　　因此，本文的組織如下：</p><p>　　，簡(jiǎn)單介紹本課題研究背景和意義，分析國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀。</p><p>　　，分析課題提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出系統(tǒng)框圖，得出各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方案和各種元器件的選擇。</p><p>　　，詳細(xì)分析各個(gè)單元模塊的作用、電路組成。</p><p&

26、gt;　　，分析網(wǎng)絡(luò)通信模塊的作用，找出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　，整機(jī)電路原理圖的制作，PCB板的制作，程序編輯，仿真。</p><p><b>　　，總結(jié)</b></p><p><b>　　2系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)要求</b>

27、</p><p>　　課題要求設(shè)計(jì)一款煤氣泄漏檢測(cè)儀，要有煤氣泄漏檢測(cè)、聲光報(bào)警、單片機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)通信等功能模塊。當(dāng)空氣中有煤氣泄漏時(shí)，儀器能及時(shí)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)且發(fā)出聲光報(bào)警，并控制繼電器和電磁閥來(lái)打開(kāi)排氣風(fēng)扇和關(guān)閉煤氣閥，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向用戶發(fā)出通知。選擇合適的傳感器，能有效、靈敏、穩(wěn)定的工作。設(shè)計(jì)方案要能在根本上解決煤氣泄漏的安全問(wèn)題。</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)構(gòu)成方案

28、</b></p><p>　　以單片機(jī)為核心，由MCU模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、人機(jī)交互模塊、控制模塊、聲光報(bào)警模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊組成。核心元器件單片機(jī)采用AT89S51單片機(jī)，重要元器件煤氣傳感器采用MQ-5半導(dǎo)體氣敏傳感器。設(shè)計(jì)中各種復(fù)雜的功能可以由軟件實(shí)現(xiàn)，這樣控制靈活易于擴(kuò)展，使用的硬件資源也較簡(jiǎn)潔，價(jià)格便宜。</p><p><b>　　

29、2.3方案分析</b></p><p>　　我們?cè)谧鲆粋€(gè)項(xiàng)目或者某個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),首先要考慮到的是對(duì)設(shè)計(jì)方案的可行性進(jìn)行分析評(píng)估。此外我們還需要考慮到其他多方面的因素,主要有技術(shù)性能參數(shù)、經(jīng)濟(jì)低廉性和操作可控性能這三個(gè)方面。</p><p><b>　　1、技術(shù)的可運(yùn)行性</b></p><p>　　本系統(tǒng)采取了當(dāng)前的熱門的單片機(jī)技術(shù)

30、,系統(tǒng)的核心控制處理器是單片機(jī),在系統(tǒng)中所運(yùn)用的技術(shù)手段是單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，已經(jīng)是相對(duì)比較成熟的技術(shù)。數(shù)據(jù)采集采用的是半導(dǎo)體氣敏傳感器，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體氣體傳感器技術(shù)已經(jīng)比較成熟，產(chǎn)品也比較多，價(jià)格便宜。</p><p><b>　　2、經(jīng)濟(jì)的可行性</b></p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是一個(gè)家庭煤氣泄漏檢測(cè)控制儀,能夠在不對(duì)家庭電源、管道線路進(jìn)行調(diào)整的情況下直接

31、使用,儀器硬件的設(shè)計(jì)成本也相對(duì)較低。采用單片機(jī)系統(tǒng)，復(fù)雜的功能由軟件實(shí)現(xiàn)，降低成本。</p><p><b>　　3、操作的可行性</b></p><p>　　設(shè)計(jì)本的目的是為了讓家庭使用煤氣更加的安全,消除煤氣泄漏帶來(lái)的隱患,因此在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)必須具備可操作性。第一,該系儀器在室內(nèi)安裝簡(jiǎn)便,同時(shí)儀器的操作不能很復(fù)雜。使用此儀器以后,用戶能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)家里煤氣泄漏的

32、情況,用戶可以隨時(shí)隨地用自己的智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備,通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接就可以隨時(shí)隨地收到儀器發(fā)出的煤氣泄漏報(bào)警信息。</p><p><b>　　2.4各個(gè)模塊方案</b></p><h4>　　2.4.1控制模塊方案</h2><p>　　控制就采用單片機(jī)直接控制，不需要采用更多的硬件，節(jié)約資源控制成本。雖然51單片機(jī)的運(yùn)行速度較慢，但是在這個(gè)較簡(jiǎn)

33、單的系統(tǒng)中已經(jīng)足夠使用了。由于單片機(jī)I/O資源較充足，所以控制由單片機(jī)直接控制繼電器和電磁閥來(lái)打開(kāi)排氣風(fēng)扇和關(guān)閉煤氣閥，能及時(shí)降低煤氣濃度，從根本上解決煤氣泄漏帶來(lái)的安全問(wèn)題。</p><h4>　　2.4.2顯示電路方案</h2><p>　　如果采用簡(jiǎn)單的數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描來(lái)顯示。由于要靠單片機(jī)不停地掃描才能顯示，這會(huì)占用大量的單片機(jī)內(nèi)部資源和I/O接口資源。雖然這樣做電路簡(jiǎn)單只需增加一點(diǎn)

34、點(diǎn)成本，但是會(huì)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定、顯示不穩(wěn)定。所以我們選擇液晶顯示模塊，顯示的內(nèi)容更加豐富，更符合人機(jī)交互的要求。顯示時(shí)也不要靠單片機(jī)不停地掃描，只需要把數(shù)據(jù)輸入就可以，不需要占用單片機(jī)內(nèi)部資源。這樣顯示內(nèi)容豐富又清楚，系統(tǒng)運(yùn)行又流暢穩(wěn)定。</p><h4>　　2.4.3人機(jī)交流方案</h2><p>　　此系統(tǒng)人機(jī)交流的內(nèi)容較簡(jiǎn)單，因此只需要4個(gè)按鍵即可。而單片機(jī)的I/O接口資源也夠用，所

35、以每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)I/O接口解決就可以。用戶可以用這個(gè)模塊來(lái)輸入自己所需要的報(bào)警值，當(dāng)儀器在報(bào)警狀態(tài)時(shí)也可以通過(guò)按鈕來(lái)停止報(bào)警。此外，該系統(tǒng)還有一個(gè)單獨(dú)的復(fù)位按鍵，用于單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位及重新啟動(dòng)使用。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有用戶操作時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)退回到正常工作狀態(tài)，顯示屏實(shí)時(shí)顯示煤氣濃度。</p><h4>　　2.4.4聲光報(bào)警模塊</h2><p>　　本模塊由一個(gè)蜂鳴器和三個(gè)不同顏色的發(fā)光二極管組

36、成，整個(gè)模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用。綠色表示正常工作狀態(tài)，黃色表示臨界報(bào)警狀態(tài)，紅色表示報(bào)警狀態(tài)。正常工作狀態(tài)時(shí)只亮綠燈，臨界報(bào)警狀態(tài)時(shí)綠燈和黃燈同時(shí)亮起，報(bào)警時(shí)只亮紅燈。蜂鳴器在報(bào)警狀態(tài)時(shí)向起。由于電路構(gòu)成簡(jiǎn)單，此模塊可以直接靠單片機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。</p><h3>　　2.5 AT89S51單片機(jī)簡(jiǎn)介</h2><p>　　單片機(jī)作煤氣泄漏檢測(cè)儀的核心部分，要同時(shí)完成不同的信號(hào)處理和相應(yīng)控制。在系統(tǒng)

37、正常運(yùn)行時(shí)，單片機(jī)需要不停地對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，同時(shí)需要控制其他各個(gè)模塊做出不同反應(yīng)，如控制顯示模塊實(shí)時(shí)顯示煤氣濃度。要同時(shí)完成這些任務(wù)這，就要求單片機(jī)要有較快的運(yùn)算速度。在選擇單片機(jī)時(shí)我們還要考慮制作成本，能在滿足性能要求的條件下選擇可靠性高、價(jià)格低的產(chǎn)品。</p><p>　　AT89S51單片機(jī)是一個(gè)低功耗，高性能的CMOS8位單片機(jī)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令及80C51的引腳結(jié)構(gòu)。AT89

38、S51是在AT89C51基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)而來(lái)，增加了許多新功能，采用0.35新工藝，大幅提升性能而成本更低。AT89S51單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；</p><p>　　全靜態(tài)工作：0Hz-33KHz；</p><p>　　三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定；</p><p>　　128*8位內(nèi)部

39、RAM；</p><p>　　32條可編程I/O線；</p><p>　　兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；</p><p><b>　　2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；</b></p><p><b>　　2層中斷嵌套中斷；</b></p><p>　　2個(gè)全雙工串行通信口；</p>

40、<p><b>　　5個(gè)中斷源；</b></p><p>　　看門狗（WDT）電路；</p><p>　　與MCS-51兼容；</p><p><b>　　可編程串行通道；</b></p><p>　　低功耗的閑置和掉電模式；</p><p>　　片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘

41、電路。</p><p><b>　　2.6傳感器選擇 </b></p><p>　　本設(shè)計(jì)使用半導(dǎo)體氣敏傳感器MQ-5，它具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。是氣敏材料為Sn O2電阻型金屬氧化物的半導(dǎo)體氣敏傳感器的典型代表，這類傳感器的使用溫度較高，在200～500℃之間。當(dāng)傳感器所在空氣中存在一氧化碳?xì)怏w的時(shí)候，傳感器的電阻隨著空氣中一氧化碳?xì)怏w濃度的

42、增加而減小。簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)電路就可以將傳感器的電阻的變化轉(zhuǎn)換成和一氧化碳?xì)怏w濃度相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，使用簡(jiǎn)單。為了進(jìn)一步提高它們的靈敏度，降低它們的工作溫度，一般會(huì)在氣敏材料中摻雜一些貴金屬材料（如Ag、Au、Pb）。</p><h3>　　2.7A/D轉(zhuǎn)換器選擇</h2><p>　　為了滿足各種使用任務(wù)的要求，大量性能結(jié)構(gòu)不同的A/D轉(zhuǎn)換器被設(shè)計(jì)生產(chǎn)出來(lái)。A/D轉(zhuǎn)換器按位數(shù)來(lái)分有8位、10位

43、、12位、16位等，位數(shù)越高價(jià)格越高。本設(shè)計(jì)采用ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器，此轉(zhuǎn)換器是8位的逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器，價(jià)格便宜。在A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部：有一個(gè)高阻抗斬波穩(wěn)定比較器、一個(gè)逐次逼近型寄存器、一個(gè)電阻分壓器。選用個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器優(yōu)點(diǎn)是速度快、功耗低、價(jià)格便宜，而且足夠此系統(tǒng)使用。ADC0809轉(zhuǎn)換器主要特性：</p><p><b>　?。?）8路輸入通道</b></p>&

44、lt;p>　?。?）8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。</p><p>　　（3）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640KHz時(shí))，130μs（時(shí)鐘為500KHz時(shí)）。</p><p>　?。?）單個(gè)+5V電源供電。</p><p>　?。?）輸入電壓大?。?～+5V，不需要零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。

45、</p><p>　?。?）工作溫度范圍為-40～+85攝氏度。</p><p>　?。?）低功耗，約15mW。</p><p>　　系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。煤氣傳感器檢測(cè)到煤氣信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理后傳給單片機(jī)，單片機(jī)在將信號(hào)經(jīng)過(guò)分析處理后作出各種控制。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)

46、以單片機(jī)為核心，由單片機(jī)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、人機(jī)交互模塊、控制模塊、聲光報(bào)警模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊組成。采用AT89S51單片機(jī)，傳感器采用MQ-5氣敏傳感器。各種復(fù)雜的功能可以由軟件實(shí)現(xiàn)，控制靈活易于擴(kuò)展。使用的硬件資源也較簡(jiǎn)潔，價(jià)格便宜。傳感器檢測(cè)到煤氣濃度改變電阻值，數(shù)據(jù)采集電路把電阻值信號(hào)轉(zhuǎn)成模擬電壓信號(hào)。模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理。單片機(jī)將經(jīng)信號(hào)處理后輸

47、出到顯示器顯示出來(lái)，并根據(jù)數(shù)值的大小做出不同的控制。當(dāng)煤氣濃度超過(guò)設(shè)定的數(shù)值時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路，同時(shí)控制繼電器打開(kāi)排氣風(fēng)扇和電磁閥關(guān)閉煤氣，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信向用戶發(fā)送信息。</p><h2>　　3單元電路的設(shè)計(jì)與分析</h2><p>　　本設(shè)計(jì)煤氣泄漏檢測(cè)儀的硬件電路分為MCU模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、人機(jī)交互模塊、控制模塊、聲光報(bào)警模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊組成，下

48、面將分別介紹各個(gè)單元電路模塊的具體設(shè)計(jì)。</p><h3>　　3.1單片機(jī)最小工作系統(tǒng)電路</h2><p>　　單片機(jī)是這個(gè)設(shè)計(jì)的核心部分，原理圖如圖3.1所示。數(shù)據(jù)采集電路采集到的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。單片機(jī)將經(jīng)信號(hào)處理后輸出到顯示器顯示出來(lái)，并根據(jù)數(shù)值的大小做出不同的控制。當(dāng)煤氣濃度超過(guò)設(shè)定的數(shù)值時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路報(bào)警，同

49、時(shí)驅(qū)動(dòng)繼電器打開(kāi)排氣風(fēng)扇和電磁閥關(guān)閉煤氣，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信向電腦發(fā)送信息。</p><p>　　對(duì)于51單片機(jī)來(lái)說(shuō)單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)、電源、晶振電路、復(fù)位電路等。復(fù)位電路復(fù)位操作完成單片機(jī)的內(nèi)部初始化，根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求采用按鍵脈沖復(fù)位較合理。因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)單片機(jī)運(yùn)行，所以晶振電路就采用單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘方式產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。下面將分別詳細(xì)介紹晶振電路和復(fù)位電路。</p><p><b

50、>　　晶振電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1時(shí)鐘原理</b></p><p>　　時(shí)鐘電路的原理圖如圖3.2所示，采用12MHz大小的晶振。</p><p><b>　　圖3.2時(shí)鐘電路</b></p><p><b>　　2晶振電路的作用</b>

51、;</p><p>　　51單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序工作電路，為了保證51單片機(jī)正常穩(wěn)定的運(yùn)行，51單片機(jī)必須在唯一的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)控制下運(yùn)行，嚴(yán)格的按時(shí)序執(zhí)行各個(gè)指令。51系列單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生一般有兩種方式，內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式由單片機(jī)內(nèi)部電路結(jié)合外部晶振、電容產(chǎn)生，外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)。</p><p><b>　　3晶振

52、電路的要求</b></p><p>　　為了保證51單片機(jī)正常穩(wěn)定的運(yùn)行，51單片機(jī)必須在唯一的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)控制下運(yùn)行，嚴(yán)格的按時(shí)序執(zhí)行各個(gè)指令。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，晶振電路中的晶體振蕩器和微調(diào)電容應(yīng)該盡量與單片機(jī)靠近，減小寄生電容的產(chǎn)生，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。</p><p><b>　　復(fù)位電路介紹</b></p><p>&l

53、t;b>　　1復(fù)位電路原理圖</b></p><p>　　復(fù)位電路原理圖如圖3.3所示，這個(gè)設(shè)計(jì)是采用按鈕復(fù)位，按下按鈕就可以使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。</p><p>　　圖3.3復(fù)位電路原理圖</p><p><b>　　2復(fù)位電路的作用</b></p><p>　　復(fù)位操作可以使單片機(jī)內(nèi)部電路初始化，

54、使單片機(jī)重新開(kāi)始運(yùn)行程序。除了系統(tǒng)上電復(fù)位外，當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)卡死、出錯(cuò)時(shí)也需要復(fù)位操作來(lái)使單片機(jī)重新啟動(dòng)。</p><p><b>　　3電路復(fù)位方式</b></p><p>　　51單片機(jī)一般有兩種復(fù)位方式，上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種，如圖3.4所示。上電復(fù)位利用電容充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)，電路上電后由于電容充電，會(huì)使RST持續(xù)高電平一段時(shí)間，單片機(jī)完成復(fù)位操作。按鍵復(fù)位電路

55、直接將RST端通過(guò)電阻和電源連接接，按鈕按下時(shí)單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。一般電容選擇10-30UF，電阻100-1000Ω。</p><p><b>　　3.2數(shù)據(jù)采集電路</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集模塊是此煤氣泄漏檢測(cè)儀的一個(gè)重要組成部分，數(shù)據(jù)采集是整個(gè)系統(tǒng)有效運(yùn)行的前提，選用MQ-5氣體傳感器來(lái)采集數(shù)據(jù)。當(dāng)傳感器感應(yīng)到泄漏的煤氣時(shí)，傳感器的電阻值會(huì)隨著煤氣濃度

56、的變化而改變，這就產(chǎn)生了一個(gè)變化的電壓信號(hào)。簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)就可以把電壓信號(hào)提取出來(lái)。</p><h4>　　3.2.1MQ-5簡(jiǎn)介</h2><p>　　MQ-5氣體傳感器使用的材料是二氧化錫（SnO2），此材料在干凈的空氣中電導(dǎo)率較低。當(dāng)傳感器在有煤氣的空氣中時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中煤氣的濃度增加而變大。使用簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)，就可以把傳感器變化的電導(dǎo)率轉(zhuǎn)化為與煤氣濃度相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。M

57、Q-5氣體傳感器對(duì)液化氣、天然氣、煤氣的靈敏度較高，是一款適合多種氣體檢測(cè)的低成本傳感器。它具有使用壽命長(zhǎng)、功耗低、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，還有優(yōu)良的靈敏度和快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，具有可靠的穩(wěn)定性。</p><p><b>　　MQ-5的規(guī)格簡(jiǎn)介</b></p><p>　　①標(biāo)準(zhǔn)工作條件如表3.1所示：</p><p>　　表3.1標(biāo)準(zhǔn)工作條件&l

58、t;/p><p>　　②環(huán)境條件如表4.2所示：</p><p><b>　　表3.2環(huán)境條件</b></p><p>　?、?靈敏度特性表3.3所示：</p><p>　　表3.3MQ-5規(guī)格 </p><p>　　MQ-5基本測(cè)試電路</p>

59、<p>　　MQ-5基本測(cè)試電路如圖3.5所示，從基本測(cè)試電路中可以得到Rs/RL=(Vcc-Vout)/Vout。傳感器需要先加熱到一定溫度后再使用，有個(gè)加熱電壓和測(cè)試電壓。RL采用20kΩ的滑動(dòng)變阻器，用來(lái)調(diào)節(jié)傳感器的測(cè)試電壓，必須使用直流電源。</p><p>　　圖3.5基本測(cè)試電路</p><p>　?。?）MQ-5靈敏度特性曲線</p><p>

60、;　　圖3.6 MQ-5型靈敏度特性</p><p>　　MQ-5型靈敏度特性曲線如圖3.6所示?？v坐標(biāo)（Rs/R0）為傳感器的電阻比，橫坐標(biāo)為氣體濃度。RO是MQ-5在干凈空氣中的阻值，RS表示MQ-5在不同濃度氣體中的阻值。根據(jù)靈敏度特性曲線關(guān)系和基本測(cè)試電路，可以得到采集到的電壓和空氣中煤氣濃度的關(guān)系。</p><h4>　　3.2.2 CO電壓-濃度曲線擬合過(guò)程介紹</h2&

61、gt;<p>　　CO的電壓—濃度計(jì)算過(guò)程如表5.1所示。 </p><p>　　表5.1 CO的電壓-濃度計(jì)算過(guò)程</p><p>　　通過(guò)excel擬合 CO的電壓-濃度曲線,為了減小誤差，將濃度縮小100倍之后再進(jìn)行曲線擬合。CO的電壓-濃度曲線如圖5.5所示。</p><p>　　圖5.5 CO的電壓-濃度曲線</p><

62、p>　　再將得到的公式擴(kuò)大100倍，即可以得出電壓和濃度的關(guān)系：</p><h4>　　3.2.3數(shù)據(jù)采集模塊電路</h2><p>　　數(shù)據(jù)采集模塊如圖3.7。在電路中MQ-5傳感器檢測(cè)到煤氣信息，并把它轉(zhuǎn)化為電阻值信號(hào)，不同煤氣濃度對(duì)應(yīng)的電阻值也不同。RO電阻和傳感器分壓，當(dāng)傳感器電阻不同時(shí)兩端的電壓也不同，RO采用20KΩ滑動(dòng)變阻器。因?yàn)檩敵鲭妷涸诓粩嘧儎?dòng)，所以加一個(gè)運(yùn)放LM3

63、58起緩沖和隔離作用。由于該設(shè)計(jì)是用來(lái)檢測(cè)煤氣，所以把輸出電壓代入一氧化碳濃度和電壓的關(guān)系式就可以算出煤氣濃度了。</p><p>　　圖3.7數(shù)據(jù)采集模塊電路</p><h4>　　3.2.4傳感器自檢電路</h2><p>　　煤氣泄漏檢測(cè)控制儀在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中時(shí)，傳感器難免會(huì)因?yàn)槭褂貌划?dāng)或者使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)失效，加熱電阻絲燒斷，造成儀器失效。但是這種儀器用戶又不

64、是經(jīng)常查看檢測(cè)，難以發(fā)現(xiàn)這種問(wèn)題，有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。為了讓用戶在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)儀內(nèi)的煤氣傳感器損壞情況，我們需要增加一個(gè)傳感器自檢電路，提高儀器的安全系數(shù)。傳感器自檢電路的存在，會(huì)讓設(shè)計(jì)的儀器更加的安全可靠。</p><p>　　傳感器自檢電路如圖3.8所示。</p><p><b>　　圖3.8自檢電路</b></p><h3>　　3.3

65、A/D轉(zhuǎn)換電路</h2><p>　　在這個(gè)設(shè)計(jì)中，因?yàn)橹恍枰褂靡粋€(gè)通道，所以A/D轉(zhuǎn)換器上選用IN0輸入其它輸入引腳接地。INO口輸入采集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部轉(zhuǎn)換后向單片機(jī)輸出。如圖3.9所示</p><p>　　圖3.9A/D轉(zhuǎn)換模塊</p><h3>　　3.4人機(jī)交互模塊電路</h2><p>　　因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用，所以人機(jī)交互只需

66、要4個(gè)按鍵就可以。而單片機(jī)的I/O接口資源也充足，所以一個(gè)按鍵接一個(gè)I/O接口解決。按下S3按鍵時(shí)，進(jìn)入報(bào)警值設(shè)置界面，按一下S5數(shù)值增加100，按S4減少100，再按下S3確認(rèn)報(bào)警值。按下S2按鍵系統(tǒng)退出報(bào)警狀態(tài)。用戶長(zhǎng)時(shí)間不操作時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)退回顯示濃度界面。為了保證電路的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)上加了上拉電阻。電路圖如圖3.10所示。</p><p>　　圖3.10人機(jī)交互模塊</p><p>

67、<b>　　3.5顯示模塊電路</b></p><p>　　液晶顯示器因?yàn)橛泄牡?、體積小、顯示內(nèi)容豐富等多種優(yōu)點(diǎn)，在各種系統(tǒng)中使用越來(lái)越常見(jiàn)了。本設(shè)計(jì)采用1602液晶顯示模塊。是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型顯示器。本設(shè)計(jì)采用5x7點(diǎn)陣的LCM1602液晶模塊，可以顯示2行16個(gè)字。</p><p>　　1602內(nèi)部的CGROM已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的字

68、符圖形，這些字符包括：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)等。每一個(gè)字符都有唯一代碼，比如字母“A”的代碼是B。顯示時(shí)把地址41H中的字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”。由于儲(chǔ)存的字符代碼與我們現(xiàn)在PC中的字符代碼基本是一致的，所以在寫S51字符代碼程序時(shí)可以直接用P1=‘A’這樣的方法來(lái)賦值。PC在編譯時(shí)就把'A'先轉(zhuǎn)換為41H代碼了。</p><p><b>　　圖3.11

69、顯示電路</b></p><h3>　　3.6聲光報(bào)警模塊電路</h2><p>　　聲光報(bào)警電路因?yàn)殡娮釉^少，所以比較簡(jiǎn)單。如圖3.12所示，共有三個(gè)不同顏色的發(fā)光二級(jí)管和一個(gè)蜂鳴器及若干個(gè)電阻組成?？諝猸h(huán)境正常時(shí)，綠色二極管亮起；空氣中煤氣濃度接近設(shè)置的報(bào)警值時(shí)，黃色二極管閃爍；當(dāng)空氣中煤氣濃度超過(guò)設(shè)置的報(bào)警值時(shí)，紅色二極管閃爍，同時(shí)蜂鳴器響起。</p>

70、<p><b>　　3.7控制模塊電路</b></p><p>　　控制電路中繼電器和電磁閥直接由單片機(jī)控制，繼電器用來(lái)控制排氣風(fēng)扇，電磁閥選用燃?xì)怆姶砰y用來(lái)控制煤氣的通斷。當(dāng)系統(tǒng)處在報(bào)警狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)控制繼電器開(kāi)關(guān)打開(kāi)風(fēng)扇同時(shí)控制電磁閥關(guān)閉煤氣。</p><p>　　風(fēng)扇的控制電路如圖3.13所示。繼電器控制風(fēng)扇的開(kāi)關(guān)，而單片機(jī)控制繼電器，從而控制風(fēng)扇的開(kāi)

71、關(guān)。風(fēng)扇啟動(dòng)帶動(dòng)空氣流動(dòng)，使房屋內(nèi)煤氣濃度下降。</p><p>　　圖3.13風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊</p><p>　　電磁閥的控制電路如圖3.14所示。電磁閥不通電時(shí)是關(guān)閉狀態(tài)的。由于煤氣泄漏時(shí)遇到點(diǎn)燃源會(huì)發(fā)生爆炸，而電磁閥是電動(dòng)的工作時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生電火花，所以選用燃?xì)怆姶砰y。當(dāng)系統(tǒng)處在報(bào)警狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)給三極管一個(gè)低電平的信號(hào)。三極管截止，燃?xì)怆姶砰y就關(guān)閉了，基于安全考慮系統(tǒng)需要手動(dòng)復(fù)位。正常

72、狀態(tài)下，單片機(jī)給三極管高電平信號(hào)，燃?xì)怆姶砰y是導(dǎo)通狀態(tài)的。</p><p>　　圖3.14電磁閥控制模塊</p><p><b>　　4網(wǎng)絡(luò)通信模塊</b></p><h3>　　4.1網(wǎng)絡(luò)通信模塊原理</h2><p>　　51系列單片機(jī)內(nèi)部有個(gè)全雙工串行異步通信接口，可以方便的和PC機(jī)通信。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)串口通信非常重要

73、，不但可以實(shí)現(xiàn)電腦對(duì)單片機(jī)的控制和下載程序，而且可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)向電腦傳輸數(shù)據(jù)。PC機(jī)的串口是RS232電平的，所以單片機(jī)和電腦通信之間要有個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路。我們可以選用MAX232芯片來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這種芯片是專用芯片，比起用電路模擬轉(zhuǎn)換更簡(jiǎn)單可靠。用來(lái)和電腦連接的串口，我們接三根線就夠了，這也是最簡(jiǎn)單的連接方法，也足夠使用。第2、3、5針腳分別接RXD、TXD、GND。電路原理圖如圖4.1。</p><p>　　圖4

74、.1 網(wǎng)絡(luò)通信模塊</p><h3>　　4.2網(wǎng)絡(luò)通信模塊作用</h2><p>　　如今信息時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，個(gè)人PC已經(jīng)非常的普遍，互聯(lián)網(wǎng)也在快速的發(fā)展，基本每個(gè)家庭都有電腦。作為新一代的年輕人，已經(jīng)離不開(kāi)互聯(lián)網(wǎng)了。我們可以電腦把煤氣泄漏檢測(cè)儀發(fā)出來(lái)的信息向在外的用戶及時(shí)發(fā)送。雖然以上設(shè)計(jì)可以讓單片機(jī)和電腦通信，但是用戶要在電腦上查看單片機(jī)傳輸過(guò)來(lái)的信息并加以運(yùn)用，那么用戶還得再電腦上裝

75、上配套的軟件。軟件可以把煤氣泄漏檢測(cè)儀報(bào)警時(shí)向電腦發(fā)送的信息經(jīng)過(guò)各種實(shí)時(shí)聊天軟件向用戶遠(yuǎn)程發(fā)送，讓用戶在外面也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)家里煤氣的泄漏，及時(shí)處理。</p><h3>　　4.3MAX232芯片簡(jiǎn)介</h2><p>　　MAX232是MAXIM公司設(shè)計(jì)的芯片。專為RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5V單電源供電。</p><p>　　1、符合RS-232

76、C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　2、只需要單一 +5V電源供電。</p><p>　　3、具有片載電荷泵，能夠產(chǎn)生+10V、-10V電壓。</p><p>　　4、功耗低，典型供電電流5mA。</p><p>　　5、內(nèi)部集成2個(gè)RS-232C驅(qū)動(dòng)器。</p><p>　　6、高集成度，只需4個(gè)電容即可正常運(yùn)行。&l

77、t;/p><p>　　7、內(nèi)部集成兩個(gè)RS-232C接收器。 </p><p>　　MAX232芯片基本參數(shù)：</p><p>　　驅(qū)動(dòng)器/接收器數(shù)：2/2</p><p>　　電源電壓：4.5 V ~ 5.5 V</p><p>　　典型單電源電壓：5V</p><p>　　發(fā)送器信號(hào)類

78、型：?jiǎn)味?lt;/p><p><b>　　發(fā)送器數(shù)目：2</b></p><p><b>　　引腳數(shù)目：16</b></p><p>　　接口標(biāo)準(zhǔn)：EIA/TIA-232-F,V.28</p><p>　　接收器信號(hào)類型：?jiǎn)味?lt;/p><p><b>　　接收器數(shù)目：2

79、</b></p><p><b>　　收發(fā)器數(shù)目：2</b></p><p>　　數(shù)據(jù)傳輸布局：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)</p><p>　　工作溫度：0°C~70°C</p><p>　　最大電源電流：10mA</p><p>　　最小單電源電壓：4.5V</p>&

80、lt;p><b>　　安裝類型：通孔</b></p><h2>　　5總體電路原理圖及仿真</h2><h3>　　5.1總體電路原理圖</h2><p>　　為了方便仿真實(shí)驗(yàn)，我們畫電路原理圖使用Proteus軟件畫。畫原理圖應(yīng)當(dāng)注意以下方面：</p><p>　　元器件符號(hào)不能搞錯(cuò)，要按照原理圖各個(gè)元器件標(biāo)準(zhǔn)要

81、求來(lái)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　各個(gè)元件標(biāo)注符號(hào)不能重復(fù)。</p><p><b>　　線路不能出現(xiàn)虛接。</b></p><p>　　有方向性的元件不可以搞錯(cuò)方向和正負(fù)極。</p><p>　　原理圖要按照從左到右或從上到下的順序來(lái)排列。</p><p>　　各種標(biāo)注要明確、到位、清晰。<

82、/p><p>　　原理圖盡量以功能塊為單元</p><p>　　為了后續(xù)制作，各個(gè)元件要選合適的封裝。</p><p>　　電路原理圖畫好后如圖5.1</p><p><b>　　圖5.1整體電路圖</b></p><p>　　硬件是系統(tǒng)的軀體，硬件布局的好壞和選材對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有直接的影響。硬件調(diào)試

83、</p><p>　　是整個(gè)設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，調(diào)試時(shí)先各個(gè)模塊分開(kāi)測(cè)試。分別編寫各個(gè)模塊的程序，再分別導(dǎo)入單片機(jī)檢測(cè)各個(gè)模塊可不可以正常的運(yùn)行。</p><p><b>　　5.3 PCB板圖</b></p><p>　　畫PCB板一般規(guī)則如下：數(shù)字、模擬元器件及走線盡量分，開(kāi)并放置在各自的區(qū)域內(nèi)。高速數(shù)字信號(hào)走線盡量短。敏感模擬信號(hào)

84、走線盡量短。 合理分配電源和地。DGND、AGND、實(shí)地分開(kāi)。數(shù)字電路應(yīng)該放在并行總線/串行接口附近。</p><p>　　DAA電路放在電話線接口邊上。</p><p>　　PCB板圖畫好后如圖5.2</p><p><b>　　5.3程序編寫</b></p><p>　　打開(kāi)Keil uVision4軟件，進(jìn)入

85、主界面。如圖5.3所示。</p><p>　　源文件建立：使用菜單 “File-New”或點(diǎn)擊工具欄的新建按鈕，就可以打開(kāi)編輯程序的窗口，編輯源程序時(shí)就在此窗口編輯。新建文件后要先保存文件，加上后綴（.c），文本名字隨意英文名。</p><p>　　建立工程文件：點(diǎn)擊“Project-New Project”菜單，建立新的工程，輸入工程名字保存，在新的彈出對(duì)話框里選擇所用的CPU，確定。接

86、下來(lái)需要我們向新建的工程里添加源程序，在工程窗口中點(diǎn)擊“Targ et1”前面“+”，選中“Souce Group”右鍵鼠標(biāo)。在出現(xiàn)的下拉菜單中選擇“Add file to Group Souce Group1”，這時(shí)彈出新的窗口要求選擇源文件，選擇我們一開(kāi)始新建的源文件雙擊即可，點(diǎn)擊”Close”返回主頁(yè)面。</p><p>　?。?）工程的詳細(xì)設(shè)置：首先點(diǎn)擊左邊Project窗口的Target 1,然后使用菜

87、單“Proget-Option for target ‘target 1’”就可以打開(kāi)設(shè)置詳細(xì)對(duì)話框。這個(gè)對(duì)話框一共有8個(gè)頁(yè)面，設(shè)置內(nèi)容比較復(fù)雜，一般使用時(shí)需自己設(shè)置的內(nèi)容很少，大多數(shù)選擇默認(rèn)值。設(shè)置完成后點(diǎn)擊確認(rèn)，返回主頁(yè)面，一個(gè)新工程就建好了。 </p><p>　?。?）編譯、連接：在設(shè)置好工程后，既可以進(jìn)行編譯、連接。新工程源文件編輯完成后，我們就要進(jìn)行編譯。編譯中出現(xiàn)的問(wèn)題將出現(xiàn)在Build頁(yè)中，雙擊

88、Build頁(yè)中出錯(cuò)的項(xiàng)，就可以定位到出錯(cuò)的源程序位置。對(duì)出錯(cuò)的源文件進(jìn)行修改，最終得到后綴為.hex的文件。在Proteus上仿真時(shí)，把該文件導(dǎo)入單片機(jī)即可進(jìn)行仿真。</p><p><b>　　5.4仿真模擬</b></p><p>　　在Proteus上把整體電路原理圖繪制出來(lái)后，再經(jīng)檢查一遍確認(rèn)電路準(zhǔn)確。把在Keil C51上編譯最終得到的后綴為.hex的文件導(dǎo)

89、入單片機(jī)進(jìn)行仿真。仿真中，傳感器的模擬信號(hào)采用信號(hào)端子模擬，可以手動(dòng)調(diào)整采集信號(hào)的大小。待系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，進(jìn)行各個(gè)煤氣濃度的模擬，確認(rèn)系統(tǒng)可以按照預(yù)期的設(shè)想做出反應(yīng)。在模擬過(guò)程中，可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)不停地調(diào)整程序及硬件，更加完善系統(tǒng)。軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)潔，流程合理，且模塊化設(shè)計(jì)便于調(diào)試、連接、移植和修改。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，程序編輯采用C語(yǔ)言。C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)式高級(jí)語(yǔ)言，可以跨平臺(tái)使

90、用，由于標(biāo)準(zhǔn)的存在，讓基本一樣的C代碼可以在多種系統(tǒng)上運(yùn)行。C語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊、靈活方便。有32個(gè)關(guān)鍵字，9個(gè)控制語(yǔ)句。數(shù)據(jù)類型豐富，有：整型、實(shí)型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等。表達(dá)方式靈活實(shí)用，提供多種運(yùn)算符和表達(dá)式值的方法。允許直接訪問(wèn)物理地址，對(duì)硬件進(jìn)行操作。生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。C比匯編語(yǔ)言更方便閱讀，易于調(diào)試、修改和移植?？梢浦残院?，表達(dá)能力強(qiáng)。</p><h4>　

91、　5.4.1程序流程圖</h2><p>　　主程序流程圖如圖5.4所示</p><p><b>　　圖5.4程序流程圖</b></p><p><b>　　5.4.2仿真運(yùn)行</b></p><p>　　在制作好的電路圖上，左鍵雙擊單片機(jī)AT89S51，在Program File中選擇在Keil中

92、編輯生產(chǎn)的HEX文件，確認(rèn)后點(diǎn)擊左下方的運(yùn)行按鈕，軟件開(kāi)始進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果如圖5.3所示。</p><p>　　仿真啟動(dòng)時(shí)，電源指示燈亮起，液晶顯示器顯示煤氣傳感器檢測(cè)到的煤氣濃度值。當(dāng)煤氣超過(guò)設(shè)定值時(shí)，紅燈點(diǎn)亮并且?guī)в新曇艟瘓?bào)，同時(shí)單片機(jī)控制電磁閥和繼電器關(guān)閉煤氣閥打開(kāi)風(fēng)扇。用戶可根據(jù)聲音及燈光信號(hào)判斷出是否有燃?xì)庑孤?，并作出相?yīng)處理。</p><h4>　　5.4.3 Proteus

93、軟件及4Keil C51開(kāi)發(fā)系統(tǒng)簡(jiǎn)介</h2><p>　　Proteus是英國(guó)Lab Center Electronics公司發(fā)行的一款EDA工具軟件，是一款比較好的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)仿真軟件，在國(guó)內(nèi)受到廣大單片機(jī)愛(ài)好者的青睞。Proteus軟件有從原理圖制作到PCB板設(shè)計(jì)及軟件調(diào)試所有有的功能，可以真正實(shí)現(xiàn)從概念到完整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC

94、33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器。它也支持除Keil外等多種編譯器。Proteus軟件功能特點(diǎn)有：</p><p><b>　　1．原理布圖</b></p><p>　　2．PCB自動(dòng)或人工布線</p><p>　　3．SPICE電路仿真</p><p>&

95、lt;b>　　4．互動(dòng)的電路仿真</b></p><p>　　Keil C51是Keil Software公司開(kāi)發(fā)的用于51系列單片機(jī)C語(yǔ)言編輯軟件，可以使用C語(yǔ)言來(lái)編輯單片機(jī)源程序。該軟件提供了C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫(kù)管理等功能，用一個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境（μVision）將這些組合在一起。我們可以用C語(yǔ)言通過(guò)Keil軟件來(lái)編寫出自己需要的運(yùn)行程序，再通過(guò)Proteus軟件加載到單片機(jī)后運(yùn)行仿真。如果

96、使用C語(yǔ)言來(lái)來(lái)編程，那使用Keil軟件再合適不過(guò)了。</p><p><b>　　6總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是利用單片機(jī)結(jié)合傳感器技術(shù)而設(shè)計(jì)的煤氣泄漏檢測(cè)控制器,設(shè)計(jì)煤氣泄漏檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)?？梢约皶r(shí)的發(fā)現(xiàn)解決煤氣泄漏帶來(lái)的安全隱患，有效保護(hù)著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。設(shè)計(jì)中用了單片機(jī)系統(tǒng)、傳感器應(yīng)用、C語(yǔ)言編程知識(shí)，此設(shè)計(jì)已經(jīng)通過(guò)仿真證明了原理上的可行性。在

97、單片機(jī)方面，選用ATMEL公司的AT89S51單片機(jī)作為核心，資源合理應(yīng)用，體現(xiàn)了單片機(jī)系統(tǒng)的的靈活性。而且用戶還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)知道家里的煤氣泄漏情況。采用氣敏傳感器MQ-5作為煤氣泄漏數(shù)據(jù)采集，使用壽命長(zhǎng)、功耗低、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、使用方便、費(fèi)用低。在硬件設(shè)計(jì)上，采用已有的經(jīng)典電路設(shè)計(jì)，并做了適當(dāng)?shù)男薷?；軟件設(shè)計(jì)上，采用模塊化編程；為了使儀器功耗更低，盡量在性能夠用的基礎(chǔ)上采用低功耗的元器件。</p><p>　　設(shè)

98、計(jì)以單片機(jī)為核心，由MCU模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、人機(jī)交互模塊、控制模塊、聲光報(bào)警模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊組成。單片機(jī)采用AT89S51單片機(jī)，氣敏傳感器采用MQ-5傳感器。設(shè)計(jì)中各種復(fù)雜的功能由軟件實(shí)現(xiàn)，控制靈活易于擴(kuò)展，使用的外圍硬件資源也較簡(jiǎn)潔，價(jià)格便宜，可以大規(guī)模投入實(shí)際應(yīng)用。</p><p><b>　　7致謝</b></p><p>　　時(shí)

99、光如流水，四年的時(shí)間已經(jīng)一去不反。我在這四年的大學(xué)生活中，受到各位尊敬的老師的教育和培養(yǎng)，思想和學(xué)習(xí)上都受益匪淺。在這次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)中，非常感謝我的指導(dǎo)老師給我的幫助，同時(shí)我還要感謝在四年的大學(xué)生活中給我?guī)椭陌嘀魅渭案魑焕蠋熀屯瑢W(xué)。還有感謝我爸媽對(duì)我的養(yǎng)育之恩，在以后的生活中我將積極向上，努力學(xué)習(xí)。這次畢業(yè)論文，算是人生中最后一次做學(xué)校的作業(yè)了。設(shè)計(jì)中用到了在課堂上學(xué)到的各種知識(shí)，再一次溫習(xí)了以前的知識(shí)。畢業(yè)論文的完成，意味著我大學(xué)生