基于.51单片机煤气浓度检测及其报警系统地设计.doc
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1、目录目录摘要.1 英文摘要.2 1 绪论.3 1.1 课题的研究背景 .3 1.2 课题的研究目的与意义 .3 1.3 课题目前研究现状及发展动态 .4 1.4 课题的研究内容.4 2 煤气报警系统的总体方案设计.4 2.1 系统的功能要求.4 2.2 系统的技术要求 .5 2.3 系统的组成及方案设计 .5 3 系统的硬件设计.6 3.1 主控电路 .7 3.1.1 时钟电路.7 3.1.2 复位电路.8 3.2 烟雾探测电路的设计 .9 3.2.1 MQ-2 介绍 .9 3.2.2 ADC0809 介绍 .10 3.3 液晶显示电路设计 .11 3.4 声光报警提示电路 .12 3.4.1
2、 灯光提示电路.13 3.4.2 声音报警电路.13 3.5 电机驱动电路.13 3.6 按键电路 .14 4 系统的软件设计.14 4.1 EDA 仿真软件Proteus.14 4.2 系统程序流程图 .15 4.3 烟雾探测子程序的设计 .16 4.4 按键电路子程序的设计 .17 4.5 电机驱动子程序的设计 .18 总结.19 参考文献.21 致谢.22 附录:程序.23基于基于 5151 单片机煤气浓度检测及报警系统的单片机煤气浓度检测及报警系统的 设计设计机电工程学院 自动化专业 徐本波(21106061093)指导老师:郭一军 (讲师)摘要摘要: : 随着社会的进步,科技的发展,
3、人们的生活水平得到提升,天然气煤气逐渐进入我们的家庭,它给我们带来方便的同时也给我们带来了危害。所以煤气浓度检测报警系统的制作很有必要。而且计算机及单片机的普及和信息技术的迅猛发展,使人们已经对家庭住宅环境提出了更高的要求,智能化,信息化被引入家庭,便利,舒适而且更加安全。煤气报警器中采用 STC89C52 为主控制器,利用气体传感器 MQ-2、ADC0809 数模转换芯片等实现基本功能。通过这些传感器和芯片,当环境中煤气浓度发生变化时,LCD1602 液晶显示器会实时显示煤气浓度值,并且发出相应的灯光报警信号和声音报警信号,以此来实现煤气报警,当煤气浓度达到一定的范围时,系统还可以驱动继电器
4、工作,继电器通过驱动排风扇排出有毒气体,以此来实现智能报警控制。 本系统主要针对传统煤气,液化气的泄漏进行检测,报警。本系统有如下特点:用单片机实现控制,电路简单,价格便宜,可靠性好。此外,本系统还可作为智能家居的一个安全系统。 关键词:关键词:单片机;MQ-2 传感器;ADC0809;煤气报警;智能控制Design of Gas Concentration Detection and Alarm system Detection Based on 51 MCUXu Benbo Director: Guo Yijun(College of Mechanical and Electrical E
5、ngineering,Huangshan University)Abstract: With the progress of society, the development of science, peoples living standard has been improved, natural gas and coal gas gradually into our family. They bring us convenience, but also brings us harm. So its necessary to make a gas concentration detectio
6、n alarm system. In addition, the rapid development of the popularity of computer and single chip computer and information technology, people have on the house environment proposed higher requirements, intelligent, informatization is introduced family, convenient, comfortable and safer.Gas alarm in t
7、he paper uses STC89C52 as the core controller, the realization of the basic functions of the gas sensor MQ-2, ADC0809 converter, etc. Through these sensors and chips, when environmental smoke concentration or combustible gas concentration changes the system sends out corresponding light alarm signal
8、 and the sound alarm signal, in order to achieve smoke alarm, when the smoke reaches a certain range, the system can also drive the relay, So that the relay can discharges poisonous gases through the exhaust fan . Implementation of intelligent alarm control.This system is mainly for conventional gas
9、, liquefied petroleum gas leak detection, alarm system has the following characteristics: with MCU control circuit is simple, cheap, and reliability. In addition, this system can be used as a smart home security system.Key Words: MCU; MQ-2 sensor; ADC0809; Gas alarm; intelligent control1 1 绪论绪论1.11.
10、1 课题的研究背景课题的研究背景现在的社会,人们越来越离不开煤气,天然气等与我们日常生活息息相关的能源。但随着煤气使用普及率提高的同时,煤气泄漏引起的问题发生的次数也随之变高,从而给人们的人身安全和财产安全带来了很多隐患,所以如何去预防和规避煤气泄漏是我们在现实生活中需要认真考虑的。由于气体本身特性存在扩散性,发生可燃气泄漏以后,在外部条件作用下,可燃气体会迅速在空间扩散,形成大面积危险区。这一类事故往往具有破坏性大,危害面积广等特点。另外,煤气的主要成分是一氧化碳芳香烃等。煤气有毒主要原因是其中的一氧化碳等气体易与人体中的血红蛋白结合,造成缺氧,使人头晕,恶性及虚脱等,严重的会危及生命。当发
11、现可燃气体发生泄漏时,我们务必要及时使用适当的措施进行处理,才能将这类损害降到最低。那么如果我们有能够检测可燃气体浓度的装置,并且当气体浓度达到预警值时,仪器能够自动报警并且自动处理这一类的险情,这无疑是我们想要的。这就对煤气的检测和报警系统的检测设备设置了一个较高的门槛。11随着国家互联网+战略的提出,物联网和智能家居这些概念也越来越被人民大众所熟悉。美的拥抱小米和京东、TCL 入局 360 智能家居,海尔牵手阿里巴巴、长虹联姻腾讯.1+12 的战略模式在自能家居领域蔓延开来。而煤气报警系统本身就可以作为智能家居的一部分,它既可以作为家庭智能家居的一部分,为家庭保驾护航;又可以作为智能社区的
12、一部分,通过把小区用户的煤气数据都传到小区主机为社区提供安保保障。1.21.2 课题的研究目的与意义课题的研究目的与意义目的:随着现代家庭用煤气,天然气的增加,家庭煤气中毒及煤气爆炸的频率也越来越高。煤气泄漏的危害,很容易被人们所忽视,主要是因为泄露的气体不容易被人们所发觉。7意义:在中国,煤气泄漏带来的危害每天都在发生,所以每一个家庭都应该足够重视这方面的危害。如皋能够根据家庭的实际情况,提起采取必要的措施,有些悲剧完全可以避免。一系列悲剧的发生,由国家到社会各界意识到,煤气检测报警系统对家庭和工业环境的必要性。据调查,在发生煤气泄漏危害的家庭里都是没有安装类似煤气检测报警器的。因此,煤气检
13、测及报警系统对我们生活的重要性。1.31.3 课题目前研究现状课题目前研究现状及发展动态及发展动态如今应用最广泛的煤气检测报警器与气敏元件传感器,已经应用于气体泄漏检测,仅用于安全保护家用煤气检测报警器为例,不少西方发达国家在法律上已经明确规定家庭、公寓、餐厅、医院、学校、工厂的必须按要求安装报警器。国外报警器发展很快,是由于人们安全意识很强,对环境安全性和生活舒适性要求较高;另一方面是由于燃气泄漏报警器市场的增长受到政府安全法规的推动。因此,国外煤气检测报警器技术得到了较快发展,据有关统计,美国在 1996 年2002 年就煤气检测报警器的年均增长率为 2730。在这些方面,国内的安全意识有
14、待增强。煤气检测报警器的发展趋势集中表现为,一是提高检测灵敏度和工作性能,降低功耗和成本,减小尺寸,简化电路,与应用整机相结合,这也是煤气检测报警器一直追求的目标;二是增强可靠性,实现元件和应用电路集成化,多功能化,发展 MEMS 技术,发展现场适用的变送器和智能型天然气检测气报警器。如美国在天然气泄漏报警器中嵌入微处理器,使燃气泄漏报警器具有控制校准和监视故障状况功能,实现了智能化、涉多功能化。1.41.4 课题的研究内容课题的研究内容煤气报警器,主要检测可燃气体泄漏。通过单片机控制相应的声光报警电路和驱动负载电路。通过液晶显示当前的煤气浓度值,通过按键设定相应的报警值。该项目主要是为了完成
15、任务,包括:(1)硬件部分:包括烟雾探测电路的设计,显示模块的选择,电机驱动电路的设计,声光报警电路等的设计。(2)软件部分:包括微处理器控制程序的编制和原理图的绘制。(3)系统的综合调试与分析:在软硬件完成以后,要对系统进行综合的测试与实验,分析系统的可靠性与实用性,调整系统的不足。2 2 煤气报警系统的总体方案设计煤气报警系统的总体方案设计本课题主要是实现以 51 单片机作为控制器的煤气浓度检测报警系统,利用传感器将空间中煤气浓度信号转化为模拟信号,并选择合适的模数转换芯片转化模拟信号,再将转换后的信号经单片机处理,若大于预设值则报警,并启动外接排风扇,避免事故的发生。2.12.1 系统的
16、功能要求系统的功能要求本系统的研制主要包括以下几项功能:(1)煤气浓度探测功能:为了提高煤气泄漏报警的准确性和及时性,报警系统需要使用各种方法进行煤气浓度探测。在实际使用中,根据不同的场所需要,用户可以选用不同的煤气传感器,设定不同的预设值,不同功率的排风扇。(2)灯光报警功能:当煤气浓度过大、有可燃气体泄漏等情况出现时,报警器要进行声光报警。当检测的烟雾值超过设定值时,可以使单片机驱动控制负载工作。2.22.2 系统的技术要求系统的技术要求在了解这个系统的工作原理以及功能之后,相应的方案设计就可以进行了。系统采用的 51 系列单片机的成本都比较低而且功能强大,可以满足生产成本和各类工程的需求
17、。对于完整的一个系统而言,为提高产品本身的竞争力,这个系统应具备体积较小、功耗低、数传性能稳定可靠和成本低廉等一些技术要求。具体指标和参数如下:(1)体积小:探测器的体积一定要尽量的小,这样才能占用较小的空间,使用和更换才会方便。(2)功耗低:系统可以采用三节 5 号干电池供电或 5v 电源供电。(3)可靠性高:由于不确定的电磁干扰可能存在在系统工作环境中,为了保证系统在工作长时间后仍能可靠的工作和尽量减少误报次数,所以选择多指示灯,指示不同的状态。2.32.3 系统的组成及方案设计系统的组成及方案设计单片机按键电路复位电路晶振电路液晶显示电 路声光报警电 路电机驱动电 路烟雾探测电 路图 2
18、-1 系统基本方框图系统的组成结构如图 2-1 所示:本设计主要由烟雾探测传感器电路、主控电路、液晶显示电路、声光报警电路、电机驱动电路、控制程序等组成。3 3 系统的硬件设计系统的硬件设计硬件系统的电路包括主机单元的电路和功能实现系统模块电路。主机单元主要有 STC89C52 单片机与复位电路和时钟电路组成。功能模块由烟雾探测电路,液晶显示模块,声光报警提示电路,电机驱动电路,按键电路组成。该系统正常工作时,首先系统得电,单片机进行初始化。然后由装在室内的 MQ-2 传感器获得室内煤气浓度的原始信号,再进入数模芯片 ADC0809 转换器,把原始模拟的信号转化为数字信号,从而得到被测对象的数
19、字量信号,传给单片机,再由单片机进行数据处理,最终把得到的浓度检测值显示在LCD1602 上。通过 LCD1602 液晶显示器实时显示当前的煤气浓度值,共设有 4 个报警值,绿灯亮设定值、黄灯亮设定值、红灯亮设定值、煤气报警设定值。而它们的大小都可以通过按键设定,并且三个灯的设定值依次增大。其中 K1 键是模式选择键,用以选择修改哪个设定值,而 K2、K3 用于相应设定值数字的增减。默认绿灯在 215 时亮起,一般显示的烟雾值不会小于 2,小于 2 时就得检测系统是否正常工作;黄灯为 1530 时亮起,当被检测室内有人吸烟时会亮起;红灯为3060,当被检测室内吸烟较大,或是煤气轻度泄露等原因,
20、红灯会亮起;当室内烟量大于 60,此时可能时煤气泄露或是起火,蜂鸣器会报警,同时继电器会吸合,使排风扇工作,进行换气,防止灾害的发生。A1B2FBUZZERC1 30PC2 30P+C3 10uf1 2 3 4 5 6 7 8 9J110KY112MHZGNDR1 10KGND+5In31In53In64In75START6EOC7D38OE9CLOCK10Vcc11Vref+12GND13D114D215Vref-16D017D418D519D721ALE22ADDC23ADDB24ADDA25In026In127In42D620In228ADC0809ADC1 ADC0809+5GNDD0
21、D1D2GNDD3D4D5D6D7STSTEOCEOCOE OECLKCLKD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7INS1SW SPSTS2SW SPSTS3SW SPSTGNDk1k2k3D1LE DRD2LE DYD3LE DGR2220R31kR4 2.2k+5+5GNDFR12.2K123456789101112131415161602 16PIN+5GNDRSGNDLCDEN+5GNDA1F2A3B4F5B6MQ-2A1F2A3B4F5B6RL3MQ-2+5GNDR81kGNDIN+5k1k2k3+5RSLCDENR72.2R5 470R6 10KGNDC4104R91KQ2
22、 9012A-+M1K1Q1 9012+5FSFSGND321P1POW ER1122 3344 5566S1源源12J5子子子子+5GND1 2 3J4子子GND+5源 源 源P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(W R)16P3.7(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)P2.021(A9)P2.122(A10)P2.223(A11)P2.324(A12)P2.425(A13)P2.
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