课程设计（论文）-可燃气体报警装置设计.doc

《课程设计（论文）-可燃气体报警装置设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计（论文）-可燃气体报警装置设计.doc（23页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、 西华大学课程设计说明书 目录目录 1 1 前言前言1 1 2 2 总体方案设计总体方案设计2 2 2.1 方案比较.2 2.2 方案选择.3 3 3 单元模块设计单元模块设计4 4 3.1 各单元模块电路设计及功能介绍.4 3.1.1 直流稳压电源模块 .4 3.1.2 串口电路模块 4 3.1.3 单片机模块.5 3.1.4 可燃气体检测与信号调理模块.6 3.1.5 AD 转换模块 6 3.1.6 报警电路 .7 3.1.7 数码显示及浓度设置模块.8 3.2 特殊元器件的介绍 8 3.2.1 LM2576 稳压器 .8 3.2.2 MQ-5 传感器 .9 3.2.3 STC89C52

2、单片机 .9 3.2.4 ADC808911 4 4 软件设计软件设计 114 4 4.1 软件设计原理及设计所用工具14 4.1.1 软件设计原理 14 4.1.2 软件设计所用工具14 4.2 软件设计结构图14 5 5 系统功能、指标参数系统功能、指标参数1 16 6 5.1 说明系统能实现的功能16 5.2 系统指标参数16 6 6 结论结论1717 7 7 总结与体会总结与体会1818 8 8 谢辞谢辞1919 9 9 参考文献参考文献2020 附录附录 2121 第 1 页 西华大学课程设计说明书 1 1 前言前言 在很多工业生产领域包括石油、化工、冶金、采矿等行业，都会产生或利用

3、到可 燃气体。而近年来，可燃气体作为人们做饭、取暖的燃料，早已进人广大城乡居民家 中。但是由于各种原因如漏气、阀门故障、等都会引起室内可燃气体浓度上升，当室 内可燃气体的浓度达到一定的程度时，就会引起人体中毒反应；如遇火花等，甚至还 有可能引起爆炸，造成人身伤亡和财产损失。由于可燃气体本身的危险性严重威胁到 人民的生产生活安全，故而对可燃气体的检测与报警在生产生活中式非常重要的。 本课程设计通过传感器将送来的可燃性气体浓度对应的微小信号经过放大，送入 微控制器，经 A/D 转换、浓度比较，线性化数据处理，转化成相应的十进制浓度值， 把实际可燃性气体浓度及各路状态送显，当可燃气体浓度超过 25%

4、时进行光报警，超过 50%时进行声光报警并提醒附近人员及时采取安全措施，防止中毒事故、爆炸、及火灾 发生，从而保障生命、财产的安全。由于气体传感器需要在加热状态下工作，温度越 高，反应越快，响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时间，保证传感器准确地、 稳定地工作，可燃气体报警器需要向气体传感器持续输出一个 5V 的电压。为了保证其 可靠性，在输出 5V 的电压的同时，进行故障监测。当传感器加热丝、或电缆线和传感 器断线、或接触不良时，进行故障报警。 本设计为常用普通的可燃性气体报警器设计，具备监控可燃气体的浓度，显示测 量结果，并对当前的环境状态做出判断，发出报警信息的功能。该报警装置灵敏度高

5、， 适用于检测低浓度气体。且寿命长、在线性好，报警器的结构简单，制作方便，制造 成本低，适用于家庭可燃气体的报警。 第 2 页 西华大学课程设计说明书 2 2 总体方案设计总体方案设计 2.12.1 方案比较方案比较 方案一：方案一： 可燃气体报警装置由可燃性气体传感器电路、放大电路，A/ D 转换电路、单片机、 显示电路、按键、信号输出电路、报警器等组成。若可燃气泄漏，则传感器电路将可 燃气体浓度转换为电信号，通过放大、A/D转换将模拟信号转换为数字信号送予单片机， 再由单片机控制报警信号，发出声光报警。原理框图如图2.1: 传感器放大电路 串行通信 数码显示 报警装置 按键设置 单片机及

6、AD 转换 图2.1方案一框图 方案二：方案二： 可燃气体报警装置由可燃气体传感器、电桥电路、差分电路、放大电路、A/D 转换 模块、单片机、显示电路、报警器电路、按键设置模块组成。由气体传感器感知环境 中某种气体并将气体浓度信号转换成电信号。该电信号为连续变化的模拟信号，经过 抗干扰处理放大后经过 A/D 转换将其转化为数字信号送予单片机处理。单片机对采集 的数字信号进行处理和判断，通过程序控制计算出待检测气体成分及浓度并送到数码 管显示，当检测气体浓度超出设定报警阀值时给出声光报警。其原理框图如图 2.2 所 示： 第 3 页 西华大学课程设计说明书 传感器 差分电路 电桥电路 放大电路

7、单片机及 AD 转换 报警装置 数码显示 按键设置 串行通信 图2.2方案二框图 2.22.2 方案选择方案选择 方案一和方案二相比较，方案一结构简单，比方案二省略了电桥和差分电路，其 对信号的采集和处理不是很严格，容易造成较大的误差，方案二的设计正好弥补了这 一点。电桥电路可作为调零电路，减小系统误差；而差放电路具有很强的抑制零点漂 移及抑制噪声与干扰的能力。故而传感器采集的信号经过电桥电路、差分电路和放大 电路的处理后，信号质量好，误差小，所以选择方案二做为此次课程设计方案。 第 4 页 西华大学课程设计说明书 3 3 单元模块单元模块设计设计 3.13.1 各单元模块电路设计及功能介绍各

8、单元模块电路设计及功能介绍 3.1.13.1.1 直流稳压电源模块直流稳压电源模块 直流稳压电源模块如图 3.1 所示： 图 3.1 电源电路 该模块由变压器、二极管整流桥、滤波电容、开关 SP1、稳压器 LM2596 等组成。 通过变压器将家庭电网中 220V 交流电压变压至 20v 以内，然后通过二级管整流桥进行 全波整流，再通过滤波电容滤波，最后用 LM2576 进行稳压（5V） 。 开关 SP1 在 STC89C52 单片机写程序的时候对单片机进行断电，有利于对单片机进 行写入程序，在开关接通的时候，电路输出 5V 电压，当开关处于断开的时候，没有电 压输出，达到单片机断电写程序的目的

9、。发光二极管用作电源指示。 3.1.23.1.2 串口电路模块串口电路模块 串口电路模块如图3.2所示： R1 IN 13 R2 IN 8 T1 IN 11 T2 IN 10 V+ 2 V- 6 R1 OU T 12 R2 OU T 9 T1 OU T 14 T2 OU T 7 C1+ 1 C1 - 3 C2+ 4 C2 - 5 U6 MAX2 32AEPE(1 6) C13 0.1uF C9 0.1uF C10 0.1uF C11 0.1uF 1 6 2 7 3 8 4 9 5 J2 RS232 B VCC C12 0.1 RXD(P3.0) TXD(P3.1) 图3.2 单片机串口电路 第

10、 5 页 西华大学课程设计说明书 串口通讯对单片机而言意义重大，不但可以实现将单片机的数据传输到计算机端， 而且也能实现计算机对单片机的控制，同时也可以通过串口对外部电路进行控制等。 由于其所需电缆线少，接线简单，所以在较远距离传输中，得到了广泛的运用。 MCS-51单片机的I/O串行口为全双工接口。发送时，将CPU送来的并行数据转换成 一定格式的串行数据，在TXD引脚上按照一定的波特率诸位输出。接收时，监视RXD引 脚，一旦出现起始位“0” ，就将外围设备送来的一定格式的串行数据转换成并行数据 等待CPU输入。由于电脑的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，所以在 单片机和电

11、脑之间进行串口通讯时要通过芯片MAX232进行转换。 3.3.1.31.3 单片机模块单片机模块 单片机模块电路如图3.3所示： EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 2

12、9 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 U10 STC89 C52 X1 11.059 2M C4 22P C5 22PC6 2.2uF R40 2.2K VCC ALE PSEN VCC R37 1K PORT 1_0 PORT 1_1 PORT 1_2 PORT 1_3 PORT 1_4 PORT 1_5 PORT 1_6 PORT 1_7 READ (P3.7) WRIT E(P3.6) INT0(P3.2) INT1(P3.3) T0(P3 .4) T1(P3 .5) RXD(P3.0) TXD(P3.1) DM0 DM1 DM2 DM3 DM4 DM5 DM6 DM7 A8

13、 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 OC 1 C 11 1D 2 2D 3 3D 4 4D 5 5D 6 6D 7 7D 8 8D 9 1Q 19 2Q 18 3Q 17 4Q 16 5Q 15 6Q 14 7Q 13 8Q 12 U11 74HC5 73 ALE 地地地地 DM70 A150 LED8 LED4 LED7 LED3 LED6 LED2 LED5 LED1 R36 510 R35 510 S17 R34 510 R33 510 R32 510 R31 510 R30 510 R29 510 VCC 图3.3 单

14、片机模块电路 单片机模块电路采用由STC89C52构成单片机总线主控系统。其由单片机STC89C52 及晶振电路、复位开关电路、地址锁存器、输出显示模块、键盘扫描模块等外部设备 构成。其中所有外部设备包括AD数据采集等均采用总线驱动方式驱动。 由11.0592M的晶振为单片机提供时钟源。因为单片机为高电平复位，所以复位 电路采用以复位开关S17构成的上电复位系统。P1口作为系统的状态输出，通过LED8位 数码管显示，能够实时观察室内可燃气体浓度大小。由于单片机STC89C52的P0口和P2口 可用于与外部存储器的连接，这时P0口作为数据/地址分时复用端口，P0口先输出外部 设的低8位地址，并在

15、外部锁存，而后再输出读入数据。在16位寻址时，P2口输出外部 存储器的高8位地址。当P0口和P2口用作数据/地址总线时，它们不能再作为通用I/O口。 第 6 页 西华大学课程设计说明书 本系统中，在P0口用74HC573锁存器对地址进行锁存，数据经74HC573锁存后与P2口一起 构成16位地址线，然后用高位地址控制外围电路的运行。 3.1.43.1.4 可燃气体检测及信号调理模块可燃气体检测及信号调理模块 可燃气体检测及信号调理电路如图3.4所示： 1 H 3 A 2 H 4 B Rf1 MQ-5 R39 47k R28 1K 3 2 1 84 U9A 084CN 1 R4 6 74 2 3

16、 U7 084CN 6 74 2 3 U8 084CN 4 R7 3 R5 5 R8 6 R9 2 R6 7 R11 8 R10 VCC R26 33 VCC VCC VCC R27 1K Sr Sl w1 10k TO_A D1 VCC 图3.4可燃气体检测及信号调理电路 本模块是由气敏传感器MQ-5组成的电桥电路和差分放大电路组成。一般地，当被 测量非常微弱的时候，必须用专门的电路来测量这种微弱的变化，最常用的电路就是 各种电桥电路。电桥电路的作用就是把电阻变化率转换成电压输出，然后提供给放大 电路放大后进行测量，当电桥的四个桥臂电阻达到一定关系时，电桥输出为零。在差 放电路中采用TL08

17、4型四运放放大器。其中TL084前两个运放构成相同放大器，第三个 运放构成差动放大器。 可燃气体浓度通过气敏传感器MQ-5构成的电桥电路转换成电压信号输出，然后送 入差放电路将信号放大供ADC0809采集。 3.1.53.1.5 ADAD转换模块转换模块 AD转换电路如图3.5所示： 第 7 页 西华大学课程设计说明书 IN-0 26 msb2-1 21 2-2 20 IN-1 27 2-3 19 2-4 18 IN-2 28 2-5 8 2-6 15 IN-3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN-4 2 EOC 7 IN-5 3 ADD-A 25 IN-6 4 ADD-B 24 AD

18、D-C 23 IN-7 5 ALE 22 ref(-) 16 ENAB LE 9 STAR T 6 ref(+) 12 CLOC K 10 U13 ADC0809 VCC 8 9 10 U1C 74HC02 11 12 13 U1D 74HC02 READ (P3.7) WRIT E(P3.6) A0 A1 A2 DM0 DM1 DM2 DM3 DM4 DM5 DM6 DM7 ADC_A_EOC DM70 10 CLK 11 D 12 13 Q 9 Q 8 CLR PR U12B MC74HC74AD 4 CLK 3 D 2 1 Q 5 Q 6 CLR PR U12A MC74HC74AD A

19、LE VCCVCC VCCVCC A20 1 2 3 4 5 6 7 8 J4 AD_IN A15 TO_A D1 图3.5 AD转换电路 本模块主要功能是由 ADC8089 进行模数转换。将经过处理的模拟信号送入 ADC0809 转换为数字信号输入单片机。地址线 A15 控制 ADC8089 的选通，当向 A15写数据时采集 数据，当向 A15读数据时读取 AD 转换的数据。选通数据转换通道由 A0、A1、A2控制。 3.1.63.1.6 报警电路报警电路 报警电路如图 3.6 所示： T1 9014 R41 100 BELL 1 BELL R42 2.2k VCC T1(P3.5) T2

20、9014 D8 LED2 R43 100 R44 2.2k VCC T0(P3.4) 图3.6 报警电路 （a)（b) 第 8 页 西华大学课程设计说明书 声、光报警电路分别如图3.6（a）和（b） ，分别由单片机P3.5和P3.4控制。声音报警 使用蜂鸣器，光报警使用发光二极管。当可燃气体浓度达到相应报警要求时，单片机 P3.5或P3.4输出高电平，三极管T1或T2导通,报警电路发出声光报警。 3.1.73.1.7 数码显示及浓度设置模块数码显示及浓度设置模块 数码管显示电路模块如图3.7所示： C0 12 C1.d 9 C2.d 8 C3 6 A 11 B 7 C 4 D 2 E 1 F

21、10 G 5 DP 3 SR405 63 J1 LED_ SR40563A LED地地地地地 S2 S3 S4 S13 S14 S15 S16 S9 S10 S11 S12 S5 S6 S7 S8 DM0 DM1 DM2 DM3 DM4 DM5 DM6 DM7 C0 12 C1.d 9 C2.d 8 C3 6 A 11 B 7 C 4 D 2 E 1 F 10 G 5 DP 3 SR405 63 J2 LED_ SR40563A LED_ SEG_0 LED_ SEG_1 LED_ SEG_2 LED_ SEG_3 LED_ SEG_4 LED_ SEG_5 LED_ SEG_6 LED_ S

22、EG_7 LED_ D0 LED_ D1 LED_ D2 LED_ D3 LED_ D4 LED_ D5 LED_ D6 LED_ D7 D1 2 D2 3 D3 4 D4 5 D5 6 D6 7 D7 8 D8 9 Q1 18 Q2 17 Q3 16 Q4 15 Q5 14 Q6 13 Q7 12 Q8 11 E1 1 E2 19 U5 74HC5 41 OC 1 C 11 1D 2 2D 3 3D 4 4D 5 5D 6 6D 7 7D 8 8D 9 1Q 19 2Q 18 3Q 17 4Q 16 5Q 15 6Q 14 7Q 13 8Q 12 U3 74HC5 73 OC 1 C 11

23、1D 2 2D 3 3D 4 4D 5 5D 6 6D 7 7D 8 8D 9 1Q 19 2Q 18 3Q 17 4Q 16 5Q 15 6Q 14 7Q 13 8Q 12 U4 74HC5 73 LED_ SEG_0LED_ SEG_1LED_ SEG_2LED_ SEG_3 DM0 DM1 DM2 DM3 DM4 DM5 DM6 DM7 LED_ SEG_4LED_ SEG_5LED_ SEG_6LED_ SEG_7 LED_ SEG_0 LED_ SEG_1 LED_ SEG_2 LED_ SEG_3 R9 1K R10 1K R19 1K R20 1K VCC KEY_ IN0 KE

24、Y_ IN1 KEY_ IN2 KEY_ IN3 R21 1K R22 1K R23 1K R24 1K DM0 DM1 DM2 DM3 DM4 DM5 DM6 DM7 ADC_ A_EOC READ (P3.7) WRIT E(P3.6) WRIT E(P3.6) DM7 0 Q2 9013 R121K R11K R21K R31K R41K R51K R61K R71K R81K Q1 9013 R111K R141K R131K R161K R151K R181K R171K Q4 9013 Q3 9013 Q6 9013 Q5 9013 Q8 9013 Q7 9013 地地地地 S1

25、1 2 3 U1A 74HC0 2 4 5 6 U1B 74HC0 2 A14 A13 A12 图3.7 数码管显示电路 本模块采用共阴极数码管，电路比较简单。设置数值和数码显示主要由单片机来 控制完成，数码显示采用总线方式编写程序。用 A14控制数码管的段数据；用 A13控制 数码管的位选通，通过选通信号对数码管进行扫描显示；用 A12控制键盘输入键值的读 取。 3.23.2 特殊元器件的介绍特殊元器件的介绍 3.2.13.2.1 LM2576LM2576稳压器稳压器 单片式开关稳压器LM2576系列能提供降压开关稳压器（buck)的各种功能，能驱动 3A的负载，有优异的线性和负载调整能力。

26、其特点有能输出3.3V、5V、12V、15V和可 调节输出电压型号，输出电压可调的范围为1.23V37V (HV型号的可达57V)，负载电 压的输出容差最大为4， 最少只需要4个外围元件支持，可达3A的输出电流宽的输 入电压范围，内部振荡器产生52KHz的固定频率；可用TTL电平关闭输出，低功耗待机 第 9 页 西华大学课程设计说明书 模式，典型待机电流为50A ，较高的转换效率，过热和过流保护。其管脚定义如下 图所示： 图3.8 管脚定义 3.2.23.2.2 MQ-5MQ-5传感器传感器 气敏传感器MQ-5适用于家庭或工业上对液化气，天然气，煤气的监测装置。其具 有对液化气、天然气、城市煤

27、气有较好的灵敏度；对乙醇，烟雾几乎不响应，具有优 良的抗干扰能力；有快速的响应恢复特性；有长期的使用寿命和可靠的稳定性；测试 电路比较简单等优点。 MQ-5 气敏元件的结构和外形如图 3.9 所示(结构 A 或 B),由微型 AL2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加 热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有 6 只针状管脚，其中 4 个用于信号取出，2 个用于提供加热电流。 图 3.9 MQ-的结构和外形 3.2.33.2.3 STC89C52STC89C52单片机单片机 STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS

28、 8位微控制器，具有8K字节的系统可编程 Flash存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完 第 10 页 西华大学课程设计说明书 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上， 拥有灵巧的8位CPU 和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系 统提供高灵活、超有效的解决方案。 STC89C52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗 定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串 行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C

29、52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件 可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断 继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止， 直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K字节在系统可编程 Flash。 STC89C52单片机如下图所示： 图3.10 STC89C52芯片图 I/O口功能及特别引脚介绍： P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， P0具有内部上拉电阻。 P1口是一个具有内

30、部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电 平。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX），在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电 第 11 页 西华大学课程设计说明书 平。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高八位地 址。在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和 校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

31、 P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑 电平。P3口亦作为STC89C52特殊功能使用（P3.0 RXD、P3.1 TXD、P3.2 INTO、P3.3 INT1、P3.4 TO、P3.5 T1、P3.6 WR、P3.7 RD），在flash编程和校验时，P3口也接收 一些控制信号。 RST复位输入：当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片 机复位。 ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉 冲用于锁存地址的低8位字节一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲 信号，因此

32、它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储 器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲 （PROG）。 PSEN：当STC89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信 号。 EA/VP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH）， EA端必须保持低电平（接地）。 3.2.43.2.4 ADC0809ADC0809 ADC0809是含8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组 件

33、。其转换方法为逐次逼近，精度为1LSB。其原理框图如下： 第 12 页 西华大学课程设计说明书 START CLOCK OE EOC VREF(+)VREF(-) ALE A B C 8 通道 多路模 拟开关 地址锁 存器和 译码器 控制逻辑 逐次逼近型寄存 器 SAR 三 态 输 出 缓 冲 锁 存 器 开关树组 256R 梯形电阻 W1 W2 模 拟 量 输 入 IN7 IN0 数 字 量 输 出 D7 D0 图 3.11 ADC0809 原理图 由上图可知，ADC0809由两部分组成。第一部分为8通道多路模拟开关，其基本原 理与CD4051类似，控制C、B、A和地址锁存允许端子，可使其中

34、一个通道被选中。第二 部分为一个完整的逐次逼近型A/D转换器，它由比较器、控制逻辑、数字量输出锁存缓 冲器、逐次逼近型寄存器以及开关树组和256R梯形电阻网络组成，由后两种电路组成 D/A转换器。 ADC0809应用接线图如图3.12所示： 第 13 页 西华大学课程设计说明书 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 VIN8 VIN7 VIN6 VIN5 VIN4 VIN3 VIN2 VIN1 W 1 OE EOC 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8 IN7 IN6 IN5 IN4 IN3 IN2 IN1 IN0 CLK VREF(+) VREF(-) S

35、TART ALE A B C VCC GND 500KHZ 5.000V 0.000V AD0 AD1 AD2 +5V 1 R ADDRESSS DECODE (AD15AD4) 1 INTERRUPT 图3.12 ADC0809应用接线图 上图为ADC0809接线图，各引脚功能如下： IN7-IN0：8个模拟量输入端。 START:启动信号。当START为高电平时，A/D转换开始。 EOC:转换结束信号。当A/D转换结束后，发一个正脉冲，表示A/D转换结束。 OE:输出允许信号。可作为片选信号，高电平有效。 CLOCK:实时时钟，可通过外接RC电路改变时钟频率。 ALE:地址锁存允许，高电平

36、有效。 C,B,A:通道选择端子。C为最高位，A为最低位。 D7D0：数字量输出端。 VREF(+),VREF（-）：参考电压端子。用以提供D/A转换器权电阻的标准电平。对于一般 单极性模拟量输入信号，VREF(+)=+5V,VREF(-)=0V。 VCC:电源端子。接+5V。 GND:接地端。 第 14 页 西华大学课程设计说明书 第 15 页 西华大学课程设计说明书 4 4 软件设计软件设计 4.14.1软件设计原理及设计使用工具软件设计原理及设计使用工具 4.1.14.1.1 软件设计原理软件设计原理 将传感器采集得到的模拟信号经 AD0809 转换为数字信号，送入单片机中， 单片 机根

37、据原本的设计值与采集值进行比较当达到设定的浓度值时进行相应的声光报警。 4.1.24.1.2 软件设计所用工具软件设计所用工具 Protel99se：Protel99se 是 Protel 公司近 10 年来致力于 Windows 平台开发的最 新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证 和设计数据管理。因而今天的 Protel 最新产品已不是单纯的 PCB（印制电路板）设计 工具，而是一个系统工具，覆盖了以 PCB 为核心的整个物理设计。 最新版本的 Protel 软件可以毫无障碍地读 Orcad、Pads、Accel(PCAD)等知名 EDA 公司设计文件，

38、以便用 户顺利过渡到新的 EDA 平台。 ISIS：电路设计仿真软件。 Keil uVision3：C 语言设计软件。 4.24.2 软件设计结构图软件设计结构图 软件设计结构图如图 4.1 所示： 第 16 页 西华大学课程设计说明书 程序初始化 是否按下模式切换 开始 传感器预热并故障检查 键盘扫描及键值处理 进入报警限设置模式 A/D 转换 线性化处理 浓度显示 设置指示灯状态 是否超过报警限 进入报警处理程序 Y 图 4.1 软件设计结构图 第 17 页 西华大学课程设计说明书 5 5 系统功能及指标参数系统功能及指标参数 5.15.1 说明系统能实现的功能说明系统能实现的功能 本系统

39、能实现可燃气体一级报警和二级报警。当可燃气体浓度超过 25%LEL 时，产 生一级报警，发光二极管发光，当浓度超过 50%LEL 时，产生二级报警，二极管发光的 同时蜂鸣器工作，发出声光报警。 5.25.2 系统指标参数系统指标参数 当可燃性气体与空气混合，将形成空气可燃气混合气体，根据混合气体中可燃性 气体的浓度，可将混合气体分成三个区域，即歉量区，爆炸区及富量区(见图1)。爆炸 区的下限值，称最低爆炸极限，即为L. EL；爆炸区的上限值，称最高爆炸极限，即 为UEL。每种气体的最低爆炸极限与最高爆炸极限是确定的，可查阅有关手册。 报警控制器的主要性能指标要求如下。检测范围：可燃气体为 01

40、00 LEL(爆炸下 限)。报警设定值：可燃气体一级报警不大于 25%LEL，二级报警不大于 5O %LEL， 报警控制器一般为一级报警。 下面的图表是不同的浓度对应不同的电压输出，通过排水法的方式来固定气体浓 度，然后把传感器放入固定的浓度的气体中，可以测出其输出的电压。 表 6.1 传感器在丁烷中的输出电压 浓度 ppm 123456789102030 电压 v 0.3170.5500.7200.9501.1501.3401.5201.6901.8601.9901.9503.730 不同气体浓度值中检测电路输出的电压 0 0.5 1 1.5 2 2.5 ppm 电压v 图5.1传感器在丁烷

41、中的输出电压 第 18 页 西华大学课程设计说明书 6 6 结论结论 本设计基本达到了设计要求。它采用 STC89C52 单片机为核心构成检测系统，对可 燃气体采用 MQ5 传感器进行检测，经电桥电路、仪用电路对信号进行放大使能够使用 ADC0809 进行八路数据采集。然后经单片机处理后使用数码管显示浓度，当浓度达到相 应值时进行声光报警器。 由 MQ5 构成的采集系统灵敏度高、寿命长、再现性好，报警器的结构简单，制作 方便，制造成本低，适用于家庭可燃气体的报警。而 QM5 气敏半导体传感器在开机 时，约有 20 分钟的预热期，在这个时间内易产生不稳定因素，导致误报，因此在电路 的设计上有一个

42、桥式电路，它由 R4、C2 构成，调整 R4，使输入得初始信号为 0。电阻 R2、R3 的阻值决定了电路的报警起控点。例如：将气敏传感器置于浓度为 0.3%的丁烷 气样中，调整 R3 的阻值至所要求的报警浓度点，使电路处于报警临界点即可。 第 19 页 西华大学课程设计说明书 7 7 总结与体会总结与体会 在老师的悉心指导和同学帮助下，我完成了此次设计。通过这次课程设计，加强 了我动手、思考和解决问题的能力。现在设计已经做好了,自己感觉还是比较好的,虽 然花了很多的时间,但学到了很多东西。 在这次设计中，首先对单片机和传感器知识有了一个系统的复习，对于单片机和 传感器的实用性有了深入的了解，提

43、高了单片机的应用能力。本次课程设计通过理论 联系实际，增强了我分析和解决问题的能力。当然，在本次课程设计中也遇到了一些 问题，比如对画图软件不是很熟悉等。 总的来说，这次课程设计之后,使我明白了,做任何事情都要认真仔细,不然的话, 你会花更多的时间才会做好.课程设计有利于提高我们的动手能力,能把我们所学的书 本知识运用到实际生活中去.同时也丰富了我们的业余生活,提高我们对知识的理解能 力。在课程设计中指导老师，给了我极大的帮助，非常的感谢。 第 20 页 西华大学课程设计说明书 8 8 谢辞谢辞 从课程设计选题到完成的过程中，无不凝聚着 000 老师的心血和汗水。在我们做 设计期间，000 老

44、师为我提供了相应专业知识的讲解和一些富于创造性的建议，使得我 们的一个个问题迎韧而解，同时也使我认识到了自己的很多不足。没有这样的帮助和 关怀，我们不会这么顺利的完成课程设计。在此衷心的感谢 000 老师对我的严格要求 及悉心指导，使我学到了很多书本上没有的实用的知识。同时也相当感谢设计过程中 帮助过我的同学，我每一步的前进都与这些热心的同学分不开。 第 21 页 西华大学课程设计说明书 9 9 参考文献参考文献 1 潘新民.微型计算机控制技术实用教程M.北京:电子工业出版社,2006 年 1 月 2 张毅刚.单片机原理及应用，高等教育出版社，2008 年 12 月 3 康华光.电子技术基础模

45、拟部分，高等教育出版社 2006 年 4 月 4 李伯成.基于 MCS-51 单片机的嵌入式系统设计.北京：电子工业出版社，2004 5 常健生.检测与转换技术，机械工业出版社 2009 年 1 月 6 陈而绍等.传感器使用装置制作锦集.北京：人民邮电出版社，2000 7 何克农，李伟.计算机控制系统.清华大学出版社，1998 8 胡荣等. Protel 电路设计教程.北京：清华大学出版社 9 于微波，林晓梅，刘俊萍. 微型计算机控制系统. 吉林人民出版社，2002 10 涂时亮，张有德.单片微机控制技术.上海：复旦大学出版社，1994 11 徐时亮等.单片机软件设计技术.科学技术出版社重庆分

46、设，1998 12 何希才，刘洪敏.传感器应用接口电路.机械工业出版社，1997 13 潘新明，王燕芳.微型计算机与传感器.北京：人民邮电出版社，1998 第 22 页 西华大学课程设计说明书 附录附录 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23

47、24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 U10 STC89C52 X1 11.0592M C4 22P C5 22PC6 2.2uF R40 2.2K VCC ALE PSEN VCC R37 1K PORT 1_0 PORT 1_1 PORT 1_2 PORT 1_3 PORT 1_4 PORT 1_5 PORT 1_6 PORT 1_7 READ (P3.7) WRIT E(P3.6) INT0(P3.2) INT1(P3.3) T0(P3.4) T1(P3.5) RXD(P3.0) TXD(P3.1) D

48、M0 DM1 DM2 DM3 DM4 DM5 DM6 DM7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 OC 1 C 11 1D 2 2D 3 3D 4 4D 5 5D 6 6D 7 7D 8 8D 9 1Q 19 2Q 18 3Q 17 4Q 16 5Q 15 6Q 14 7Q 13 8Q 12 U11 74HC573 ALE 地地地地 DM70 A150 LED8 LED4 LED7 LED3 LED6 LED2 LED5 LED1 R36510 R35510 S17 R34510 R33510 R32510 R31510

49、R30510 R29510 VCC R1 IN 13 R2 IN 8 T1 IN 11 T2 IN 10 V+ 2 V- 6 R1 OU T 12 R2 OU T 9 T1 OU T 14 T2 OU T 7 C1+ 1 C1 - 3 C2+ 4 C2 - 5 U15 MAX232AEPE(16) C16 0.1uF C12 0.1uF C13 0.1uF C14 0.1uF 1 6 2 7 3 8 4 9 5 J5 RS232B VCC C15 0.1 IN-0 26 msb2-1 21 2-2 20 IN-1 27 2-3 19 2-4 18 IN-2 28 2-5 8 2-6 15 IN-3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN-4 2 EOC 7 IN-5 3 ADD-A 25 IN-6 4 ADD-B 24 ADD-C 23 IN-7 5 ALE 22 ref(-) 16 ENAB LE 9 STAR T 6 ref(+) 12 CLOC K 10 U13 ADC0809 VCC 8 9 10 U1C 74HC02 11 12