【正文】 優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計摘 要燃氣泄漏檢測對每個使用燃氣的家庭都是至關(guān)重要的，由于燃氣泄露所引發(fā)的事故一次次地給人們敲響安全的警鐘。及時、有效的對泄露情況作出預警，可以很大程度的減少此類事故的發(fā)生。此課題設(shè)計了一種基于STC12C5A60S2單片機燃氣泄露檢測及控制裝置，采用模塊化的設(shè)計思路，其主要實現(xiàn)的功能是通過MQ4氣體傳感器實時檢測空氣中的甲烷（燃氣的主要成分）濃度，并利用紅外遙控器設(shè)定檢測濃度的上下限值，當濃度達到或超過設(shè)定值時，進行語音報警并在LCD液晶屏上顯示當前濃度，即實現(xiàn)對燃氣泄露的檢測及安全報警功能。軟件設(shè)計部分以Keil軟件為實驗平臺，對各個模塊的程序進行編寫和修改，最終確定與設(shè)計要求相符的程序。測試過程中以打火機中的氣體代替家用燃氣進行檢測，既方便、安全，同時也能達到測試要求。經(jīng)過多次試驗，實驗結(jié)果基本符合設(shè)計要求，各個模塊性能穩(wěn)定，運行正常。關(guān)鍵詞：單片機；傳感器；液晶顯示ABSTRACTGas leak detection is crucial to every family used gas, due to gas accidents caused by the gas leakage alarm people again and again. Making early and timely warning can greatly reduce the accidents.This subject is gas leak detection and singlechip microputer control unit that based on STC12C5A60S2, this design use the modularize system, its main function is to measure the concentration of gas through the MQ 4 gas sensor and using the infrared remote controller to set detection concentration of upper and lower limit, when the concentration reaches or exceeds setted value, voice will alarmed and the data will display on the LCD screen, namely the implementation of gas leak detection and security alarm function is pleted. Software design part is based on experimental platform with Keil software, it write and modify the procedures of the various modules, finally determine the procedures associated with the design requirements.Testing process based on the lighters gas instead of household gas, it is convenient, safe, and at the same time, it can achieve test requirement. After many experiments, the experimental results basically conform to the requirements of the design。 each module performance is stable.Key Words： Gas sensor。 microcontroller。 LCD目 錄1緒論 1 1 研究內(nèi)容及方法 22 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析及原理概述 3 3 33 系統(tǒng)硬件設(shè)計 5 5 STC12C5A60S2單片機引腳及功能介紹 5 單片機最小系統(tǒng) 7 8 MQ4氣體傳感器 8 A/D轉(zhuǎn)換 9 傳感器模塊電路設(shè)計 10 11 12864LCD液晶顯示屏 11 顯示模塊電路設(shè)計 12 13 ISD4004語音芯片 13 語音模塊電路設(shè)計 15 15 HS0038紅外接收頭 15 紅外線模塊電路設(shè)計 16 18 18 19 顯示模塊調(diào)試分析 19 20 紅外遙控模塊調(diào)試分析 215 結(jié)論 23 23 傳感器模塊功能實現(xiàn) 23 語音模塊功能實現(xiàn) 24 總結(jié) 26參考文獻 28致 謝 30附錄一 系統(tǒng)程序設(shè)計 31附錄二 系統(tǒng)原理圖 40優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計1緒論伴隨著科學技術(shù)的進步以及經(jīng)濟的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的燃料正在逐步退出人們的生活，罐裝燃氣以及管道燃氣已經(jīng)成為我國居民的主要燃料之一。目前，罐裝燃氣以及管道燃氣在住宅小區(qū)、賓館、酒店、公寓等場所被廣泛的使用，在帶給人們方便、經(jīng)濟、綠色燃料的同時，使用過程中由于管道漏氣、開關(guān)松動或液體外漏將火焰撲滅等一系列不正確的操作致使燃氣大量泄漏，由此引發(fā)的事故嚴重地威脅著人們的生命財產(chǎn)安全。罐裝燃氣的主要成分是一氧化碳，如果發(fā)生泄漏，%時，人會感到頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、四肢乏力等癥；%時，只要吸入半小時，人即會昏睡，進而昏迷；%時，吸入1小時就可致人死亡[5]。而管道燃氣的主要來源則是天然氣，主要成分是甲烷，不同于一氧化碳，天然氣本身并不具有毒性，本質(zhì)上對人體也是無害的。但如果發(fā)生泄漏，致使空氣中天然氣的狀態(tài)處于高濃度時，空氣中的氧氣濃度不足以維持正常的生命活動，同樣會導致人的死亡。無論是罐裝燃氣還是管道燃氣，當它們作為燃料時，由于各種原因?qū)е碌男孤┦蛊湓谑覂?nèi)等封閉環(huán)境里聚集，達到一定比例時，就會引發(fā)威力巨大的爆炸。爆炸不僅威脅到使用者本身的生命財產(chǎn)安全，甚至還會牽連到周圍人，后果不堪設(shè)想。近年來，燃氣泄露所造成的事故一次又一次的給人們敲響安全警鐘，據(jù)統(tǒng)計，在過去的10年間，每年由于燃氣泄漏所引發(fā)的火災及中毒事故呈逐年上升的趨勢。2008年11月17日，大連甘井子區(qū)一棟6層家屬樓因燃氣泄漏發(fā)生爆炸，導致樓板坍塌，9人死亡，1人重傷。2009年1月11日，南京市一家庭因熱水器煤氣泄漏，家中5口同時中毒死亡。2010年11月15日，上海膠州路高層建筑因燃氣爆炸引發(fā)大火，造成了58人遇難的慘劇[6]。綜上所述，設(shè)計一種具有檢測和報警功能的裝置對于提高家用燃氣的安全性和可靠性具有重大意義。 研究內(nèi)容及方法燃氣泄露檢測裝置的研究最早始于日本。距今已有50多年的歷史了，因此在探測工具的研究以及裝置性能的檢測方面，日本一直處于國際領(lǐng)先地位。同時，日本政府以及各個生產(chǎn)生活領(lǐng)域也在積極大力的推廣該裝置的使用，這就使得日本當?shù)赜捎谌細庑孤抖l(fā)的事故遠遠低于其他國家。而我國對于燃氣泄露檢測裝置的研究起步較晚，只有短短十幾年，因此在今后的發(fā)展過程中還需要不斷的努力[7][8]。此次設(shè)計的主要任務就是制作出一種以性能、參數(shù)穩(wěn)定的氣體傳感器作為探測工具并使用AT89S52單片機進行控制的燃氣泄漏檢測及控制裝置。當燃氣發(fā)生泄漏時且在空氣中的濃度達到或超過設(shè)定值時，氣體傳感器會產(chǎn)生與空氣中被檢測到的燃氣濃度呈線性關(guān)系的電壓信號，該電壓信號經(jīng)過單片機內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，接著單片機將以上的數(shù)字信號經(jīng)過一系列計算，控制液晶屏顯示當前燃氣濃度值并立即發(fā)出語音報警，同時還可用紅外線遙控器調(diào)節(jié)設(shè)置濃度上下限值，避免由于燃氣泄露可能引發(fā)的重大事故。設(shè)計過程中采用模塊化的設(shè)計思路，具體將裝置分為五個部分，分別為：傳感器檢測部分、語音報警部分、液晶顯示部分、紅外線遙控部分以及單片機控制部分。針對以上的五個部分，將對各個部分的芯片原理、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、外圍電路、及各個部分的電路連接以及程序的設(shè)計作出詳細的闡述。由此概括出本文的主要組織結(jié)構(gòu)：緒論。闡述了此次設(shè)計的研究目的與意義，介紹了燃氣泄露的危害以及國內(nèi)外對此方面的研究，并簡述了設(shè)計應實現(xiàn)的的功能與設(shè)計方法。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析及原理概述。概述了裝置系統(tǒng)的組成，并概括實現(xiàn)各個模塊實功能的原理。硬件設(shè)計。對裝置所需要的核心器件進行具體的介紹，包括MQ4傳感器、STC12C5A60S2單片機、12864LCD液晶顯示屏、ISD4004語音芯片以及HS0038一體化紅外接收頭，對以上器件的功能、引腳等方面進行詳細介紹。根據(jù)設(shè)計要求劃分出五個模塊，對每個模塊的原理、功能以及電路設(shè)計進行詳細介紹。系統(tǒng)軟件設(shè)計及分析。介紹了裝置軟件設(shè)計的整體思路，并對每個模塊的核心程序進行了分析。結(jié)論?？偨Y(jié)整個設(shè)計過程，指出設(shè)計中存在的不足，以及今后的研究方向。本章小結(jié)本章主要介紹了燃氣泄露檢測及控制裝置的研究背景和研究意義，概括了該裝置在研究過程中所涉及的內(nèi)容以及如何對該裝置進行研究。燃氣是一種方綠色、經(jīng)濟的燃料，給人們的生活帶來了極大的方便，但由此引發(fā)的事故也是層出不窮。優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析及原理概述 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析該系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖21所示。系統(tǒng)由傳感器檢測電路、單片機、液晶顯示部分、語音報警電路、紅外線遙控電路等組成。液晶顯示STC12C5A60S2單片機傳感器檢測電路語音報警電路紅外線遙控電路電源圖21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)在正常工作過程中，當空氣中存在泄漏的燃氣時，傳感器檢測電路進入工作狀態(tài)，電路中的氣體傳感器會檢測到泄露的燃氣，產(chǎn)生與燃氣濃度呈線性關(guān)系的電壓信號并送入單片機，通過單片機內(nèi)部自帶的A/D轉(zhuǎn)換器將該信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，接著由單片機控制液晶顯示屏顯示當前濃度值并將該值與設(shè)定值進行比較，若達到或超過設(shè)定值則控制語音報警電路進行語音報警，同時紅外遙控電路可檢測濃度的上下限值進行調(diào)節(jié)。根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，采用模塊化的設(shè)計思想，將系統(tǒng)分為單片機控制模塊、傳感器檢測模塊、語音報警模塊、液晶顯示模塊、以及紅外線遙控模塊。其中傳感器檢測模塊采用MQ4氣體傳感器，可實時檢測空氣中甲烷的濃度，將采集到的信號送入單片機進行處理；語音報警模塊的核心組成是IDS4004芯片，當空氣中的甲烷濃度達到或超過設(shè)定值時，會發(fā)出語音報警；液晶顯示模塊選擇功能強大的12864LCD液晶顯示屏來顯示相關(guān)數(shù)據(jù)；紅外遙控部分選擇HS0038一體化紅外接收頭作為信號接收工具，接收遙控器發(fā)射的紅外信號[11]。各模塊具體原理描述在后續(xù)章節(jié)中會做詳細介紹。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 單片機控制模塊系統(tǒng)采用的STC12C5A60S2單片機是由STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，能實現(xiàn)對80C51產(chǎn)品指令和引腳的完全兼容。在一塊STC12C5A60S2芯片上集成了一臺微型計算機所需要的全部主要部分，包括：CPU、存儲器、可編程I/O口、定時/計數(shù)器、串行口等。STC12C5A60S2的主要性能如下：8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、1000次擦寫周期、三級加密程序存儲器、32個可編程I/O口線、 三個16位定時器/計數(shù)器 、八個中斷源、全雙工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標識符等[14][15]。 STC12C5A60S2單片機引腳及功能介紹STC12C5A60S2芯片有40個引腳，其中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，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，可以按照常規(guī)方法進行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。STC12C5A60S2芯片為雙列直插封裝的8位微處理器，采用工業(yè)標準的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主IC內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳及其具體功能如表31：引腳名稱引腳描述主電源引腳VCC（40引腳）接+5V電源正端GND（20引腳）接+5V電源負端外接晶體引腳XTAL1（19引腳）振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端XTAL2（18引腳）振蕩器反相放大器的輸出端控制線ALE/（30引腳）0, =0,是ALE信號，只有用MOVX指令訪問片外擴展器件時才有信號輸出；1，通過設(shè)置P4SW.,5=1，將ALE/（）。EX_LVD/（31引腳）0，復位后0，是外部低壓檢測腳，可使用查詢方式或設(shè)置成中斷來檢測；1，將EX_LVD/ 腳設(shè)置成I/O口（）。RST（9引腳）復位輸入。當晶振工作時，該引腳出現(xiàn)持續(xù)2 個機器周期高電平將使單片機復位，回到初始狀態(tài)。NA/（29引腳）0,NA/，無任何功能；1，=1，將NA/（）。輸入\輸出引腳P0口（3932引腳）8位雙向輸入/輸出接口。當用作輸出口時，能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口分時復用為8位地址總線或雙向數(shù)據(jù)總線。當FLASH編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。P1口（18腳）具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口。，（）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（）。P2口（2128腳）具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。當有外部存儲器或擴展接口且尋址范圍超過256字節(jié)時，用作高8