【正文】 6 第三 章 硬件設(shè)計(jì) 主控單片機(jī)模塊 本設(shè)計(jì)中采用的是 ATMEL 公司的 AT89C51 單片機(jī)。采用 74LS164 實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換，無需添加其他驅(qū)動(dòng)電路。總體而言，動(dòng)態(tài)顯示相對(duì)來說，要綜合考慮多方面因素，相對(duì) 復(fù)雜。高頻率重復(fù)刷新，必定占用了單片機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。動(dòng)態(tài)顯示即依次輪流點(diǎn)亮各位顯示器，故同一瞬間只能顯示一種字符。 常用的顯示設(shè)備主要有 LED 顯示器和 LCD 顯示器，由于本系統(tǒng)的主控芯片可以直接驅(qū)動(dòng) LED 顯示器和僅需要顯示數(shù)字，故選擇 LED 顯示器。為了避免出現(xiàn)內(nèi)存不足，要外接程序存儲(chǔ)器，使電路復(fù)雜化的現(xiàn)象，建議使用內(nèi)存比單片機(jī) AT89C52 芯片大的芯片。最后，由單片機(jī)發(fā)出合適聲光信號(hào)，來表明當(dāng)前的狀態(tài)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本次燃?xì)庑孤﹫?bào)警器系統(tǒng)才用了單片機(jī)主控模塊， LED 顯示模塊，聲光報(bào)警模塊，氣體傳感器模塊，和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。燃?xì)庑孤﹫?bào)警器的關(guān)鍵部分是單片機(jī)主控模塊和氣體傳感器模塊，因此我們根據(jù)周圍環(huán)境，所檢測(cè)的氣體以及生產(chǎn)成本等諸多方面考慮采用 MQ9 行氣體傳感器和 atmel 公司的單片機(jī)。由于傳感器在溫度較高時(shí)更加準(zhǔn)確，故可以考慮增加一個(gè)溫度補(bǔ)償電路。 大連海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 系統(tǒng)總體概述 3 第二 章 系統(tǒng)總體概述 天然氣報(bào)警的設(shè)計(jì)思路 此設(shè)計(jì)的燃?xì)庑孤﹫?bào)警器應(yīng)能檢測(cè)出空氣中一氧化碳的濃度同時(shí)可以報(bào)警，設(shè)備的主要部分應(yīng)有：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控模塊， LED 顯示模塊，聲光報(bào)警模塊，以及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。此燃?xì)庑孤﹫?bào)警器可以將氣體傳感器 輸出的 模擬信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊處理 送入 主控模塊 中進(jìn)行處理 ，并將測(cè)量數(shù)值傳到 LED 模塊 ， 若氣體濃度超過警報(bào)值（需自行設(shè)定一個(gè)，可以是爆點(diǎn)稍低）， 用 主控模塊操作紅燈 報(bào)警， 并使蜂鳴器鳴響，發(fā)出警報(bào)，降低危險(xiǎn)發(fā)生的概率 。其中 AT89C51 單片機(jī) ，其價(jià)格便宜，易于產(chǎn)品化。但 國(guó)外儀器依然占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)大部分市場(chǎng)，成 熟的自主研制的 煤氣報(bào)警器 產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)難覓蹤跡，只在期刊雜志出現(xiàn)了零散的不夠具體科學(xué)的文章。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 氣體檢測(cè)報(bào)警產(chǎn)品屬于高新技術(shù)是，一個(gè)以人民生活為依托的系列產(chǎn)品，包括氣體檢驗(yàn)測(cè)試探針、信息傳輸與控制功能、報(bào)警檢測(cè)與分析系統(tǒng)，是傳感集成分析、非手動(dòng)管理控制、單片機(jī)使用、數(shù)據(jù)傳輸和管理等技術(shù)的綜合技術(shù)引用。由于要求燃?xì)怏w報(bào)警器具有更小的體積，更高精度的監(jiān)控，更長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的工作的特點(diǎn)。所以，防止煤氣中毒與爆炸是人們一定要正視的問題。 關(guān)鍵詞： 氣體傳感器， 氣體泄露報(bào)警器 ， AT89C51 單片機(jī) 大連海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Abstract II Abstract The WestEast Gas liquefied petroleum gas, natural gas as the economic level and the rapid development of science and technology into the homes of families to improve the quality of life of the city, also makes it the quality of life brought great convenience to people39。一氧化碳進(jìn)入體內(nèi)后會(huì)和血紅蛋白相結(jié)合，使血液中的含氧量減少，使人缺氧死亡，或者造成財(cái)產(chǎn)的損失。 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 基于單片機(jī)的煤氣報(bào)警器設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名： 王漢東 指導(dǎo)教 師 ： 張妍（講師） 合 作 指 導(dǎo) 教 師 ： 專業(yè)名 稱 ： 通信工程 所在學(xué) 院 ： 信息工程學(xué)院 20xx 年 6 月 目 錄 摘要 ..................................................... I Abstract ................................................ II 第一章 前言 .............................................. 1 研究目的 和 意義 ................................................... 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ................................................... 1 研究?jī)?nèi)容和方法 ................................................... 1 第二章 系統(tǒng)總體概述 ....................................... 3 天然氣報(bào)警的設(shè)計(jì)思路 ............................................. 3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及基本功能 ......................................... 3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 ..................................................... 3 方案的選擇 ....................................................... 4 第三章 硬件設(shè)計(jì) ........................................... 6 主控單片機(jī)模塊 ................................................... 6 氣體傳感器模塊 .................................................. 10 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 .................................................... 16 聲光報(bào)警模塊 .................................................... 20 顯示模塊 ..................................................... 20 第四章 軟件設(shè)計(jì) .......................................... 22 單片機(jī)編程 ...................................................... 22 主程序 .......................................................... 24 調(diào)零 子程序 ...................................................... 25 顯示子程序 ...................................................... 26 報(bào)警子程序 ...................................................... 27 第五章 結(jié)論與建議 ........................................ 30 致謝 .................................................... 31 參考文獻(xiàn) ................................................ 32 附錄一 程序代碼 .......................................... 33 附錄二 系統(tǒng)大圖 .......................................... 39 大連海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 I 摘要 隨著改革開放，與西部大開發(fā)戰(zhàn)略的深發(fā)展。因此研究各種氣體的檢測(cè)方法與報(bào)警也隨之成為一個(gè)重要課題，同時(shí)對(duì)于煤氣 氣體的檢測(cè)與控制就變得很重要了。s livesand the improvement of the living environment more and more attention。煤氣泄漏報(bào)警器正以其小巧的體積，高穩(wěn)定性，高便攜性，高檢測(cè)性，以 及低成本打入各個(gè)國(guó)家的家庭當(dāng)中。傳統(tǒng)的純硬件報(bào)警器已經(jīng)無法達(dá)到人們的期望了，因此常用 atmel 公司的 51 系列單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。 對(duì)于商用燃?xì)庑孤﹫?bào)警器來說還外國(guó)的技術(shù) 發(fā)展較早，而且也更加成熟。雖然現(xiàn)在市場(chǎng)上也以出現(xiàn)了少量產(chǎn)品。 主要針對(duì)CO 氣體，主要實(shí)現(xiàn)家庭燃?xì)庑孤┑臋z測(cè)與報(bào)警。 并且要達(dá)到綠燈 點(diǎn)亮表示一切正常，沒有一氧化碳泄漏，此時(shí)紅色和黃色不亮，蜂鳴器正常；當(dāng)空氣中有一氧化碳時(shí)，但沒有達(dá)到報(bào)警值，此時(shí)黃燈亮，紅色燈和綠色燈不亮，蜂鳴器正常；紅色燈點(diǎn)亮?xí)r表示此時(shí)空間當(dāng)中已經(jīng)非常危險(xiǎn)了，要立即聲蜂鳴器響起。 首先氣敏傳感器作為第一部分首先要感知周圍空間環(huán)境的一氧化碳的濃度，將氣體濃度通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成為對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)送入單片機(jī)。為提高響應(yīng)時(shí)間，保證氣體傳感器準(zhǔn)確地、穩(wěn)定地工作，報(bào)警器需要向氣體傳感器持續(xù)輸出一個(gè) 5V 的電壓。系統(tǒng)總體主要是分為：傳感器模塊 、 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 、 LED 顯示模塊、聲光報(bào)警 模塊氣體傳感器模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊這五大模塊。其設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)構(gòu)思巧妙，物盡其用，其結(jié)構(gòu)如下圖所示 ： 圖 大連海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 系統(tǒng)總體概述 4 其中 CO 傳感器是對(duì)于周圍環(huán)境的燃?xì)?濃度值進(jìn)行檢測(cè)，是設(shè)備的關(guān)鍵的感知部分。 方案的選擇 方案一：采用單片機(jī) AT89C51 芯片 以單片機(jī) AT89C51 芯片作為系統(tǒng)的控制核心，具有 4KB 的 Flash 閃速存儲(chǔ)器， 128B 內(nèi)部 RAM，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 32 個(gè) I/O 接口線，一個(gè) 5 向 量的兩級(jí)終端結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。 方案二：采用單片機(jī) AT89C52 芯片 與采用單片機(jī) AT89C51 芯片相比，采用單片機(jī) AT89C52 芯片作為系統(tǒng)的控制中心，具有片內(nèi) 8KB 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和 256B 的 RAM，按常規(guī)方法編程和在線編程均可以用在單片機(jī) AT89C52 上，比較方便。從節(jié)省單片機(jī)內(nèi)部資源的角度來考慮的話，串行輸出優(yōu)于并行輸出，故僅考慮串行輸出。位選口控制具體的顯示內(nèi)容，借助人的視覺暫留效果以達(dá)到 顯示不同字符的效果。相反，如果單片機(jī)無法提供足夠的刷新頻率，則顯示效果不穩(wěn)定，出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。 方案二：多位 LED 數(shù)碼管靜態(tài)顯示方式 當(dāng)顯示的位數(shù)不多時(shí)，擇優(yōu)考慮靜態(tài)顯示。 LED 亮度高，控制容易，電路簡(jiǎn)單，占用 CPU 很少的運(yùn)行時(shí)間，不占用太多的接口資源，基本能夠滿足設(shè)計(jì)的最佳要求。 圖 2 AT89C51 實(shí)物圖 AT89C51 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 128bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） 和 4kbytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器 （ ROM） ，器件采用 ATMEL公司的非易失性 、 高密度 的 存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置 Flash 存儲(chǔ)單元 和 通用 8 位中央處理器，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89C51 提供了高性價(jià)比的解決方案 [1][2][3][4][5]。一個(gè) 8 位的 cpu 及指令系統(tǒng)，21 個(gè)非常用功能寄存器，非片內(nèi)存儲(chǔ)電路。 IRAM 從 0x80 到 0xFF 必須使用 R0 或 R1 語句，要訪問的地址裝入 R0 或 R1 間接訪問。SFR 的 16 位尋址。除了代碼，它是未能存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器中的只讀數(shù)據(jù)， MOVC A， DPTR 指令訪問。許多變種的 8051 包括標(biāo)準(zhǔn)的 256 字節(jié) IRAM 加在芯片上幾 KB 的 XRAM。由 ALE 結(jié)交輸出信號(hào)時(shí)復(fù)用 。當(dāng) 1s 被寫入端口 2 引腳，它們 被拉高 上拉，可以用來作為輸入信號(hào)。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，使用 8 位地址（ MOVX RI）， p2 發(fā)出的內(nèi)容 P2 特殊功能寄存器。當(dāng) 1s 被寫入港口 3 pins，他們拉高由內(nèi)部上拉 ，并可以作為輸入。 管腳 備選功能 RXD 串行 通信 輸入 端 TXD 串行 通信 輸出 端 /INT0