家用可燃气体报警器的设计毕业设计

家用可燃气体报警器的设计学生： 指导教师内容摘要：本设计采用了GS系列的传感器，将一定浓度的气体转换为电压显示,并通过ADC0809将电压信号转换为模拟信号，再交由AT89C51中进行分析和处理。为了方便用户能进行直观的了解，3位LED显示器的静态显示接口是AT89C51外接3片74LS164，数据输出线是该器件的RXD，移位时钟脉冲为TXD。TTL单向8位移位寄存器是74LS164，最终可达到并行输出,串行输入，8位移位寄存器74LS164会将静态显示出来。在拟定警报预设值后，单片机控制音乐和闪光效果会体现出警报。单片机的操作了程控一氧化碳报警器的全部设置。着以程序对一氧化碳的浓度进行24小时不间断监控，当有毒有害危险气体超出了我们预定的危险值后，我们设计的电路便会自动进行报警处理，电路此功能的实现是外接排风扇与电磁阀相合作完成进行的，为防不测。在程序正常运行的时候难免会出现程序系统陷入了死循环，面对这种情况的时候我们需要在程序陷入了死循环的时候利用X25045芯片组成的电路进行复位,从而避免了断开整个系统的连电，由此引荐电路得到了保护。单片机AT89C51是数字气体报警器的主要应用器件，性价比十分高。以此为设计核心展开对可燃气体的泄漏的报警装置的设计，接下来给出所有的设计原理与硬件电路和程序的设计。关键词：气体泄露报警器 一氧化碳 AT89C51单片机 Design for household combustible gas alarmAbstract:ThedesignoftheGSseriesofsensors,willbeplaced onthetestenvironmentmeasuredtheconcentrationofgasconvertedtoanalogvoltage,andthenthroughtheADC0809willbeconvertedtoanalogvoltagedigitalsignal,intotheSCMAT89C51intheprocess.Tousersofgasconcentrationsinreal-timeunderstanding,AT89C51willbelinkedthree74LS164externallyasthethreeLEDdisplaystaticdisplayinterface,andtheMCURXDastheoutputdataline,TXDasashiftclockpulse.74LS164TTLisaone-way8-bitregisterdisplacementwhichcanberealizedenterserial,paralleloutput,throughthe8-bitshiftregister74LS164canbestaticdisplay.Bysettingthealarmlevel,theMCUcontrolLEDandmusicICalarmatthesametime.SCMcontroluseoftechnology,producedaprogram-controlledcarbonmonoxidealarm.Theinstrumentofcarbonmonoxide(CO)forreal-timemonitoring,whentheconcentrationofcarbonmonoxideismorethanallowedvalue,thecontrolcircuitforalarm,andthroughanexternalelectromagneticvalverowfansandtheirprogram-controlled,toprevent accidents.Inadditionprocedurestopreventacycleofdeath,alsousedx25045watchdogcircuitchipcomposedofadeathinthe processsothatwhentheMCUresetcycle,insteadofthewholesystemoff,therebyprotectingthehardwarecircuit.AsdesignedbythenumberofgasalarmusingSCMAT89C51,itischeap,stableperformance,easy-production.GStogassensorsandAT89C51microcontrollerasthecoredesignofgasleakagealarm,thealarmsystemdesignmethodissimple,usegoodeffect,thefollowingisagasleakagealarmthegeneraldesignprinciples,thekeyhardwareandallThesoftwareprogramdesign.Keywords:Co Leakinggasesalarm AT89C51 microcomtuper GSGasesSensors18家用可燃气体报警器的设计1 绪论1.1研究背景及意义随着煤气或天然气被多数家庭使用，每年因煤气泄漏造成的各类事故中，一氧化碳中毒占多数，气体泄漏爆炸引起的致死致伤事故更是高发。防止煤气泄漏导致中毒或者明火引燃导致爆炸已经迫在眉睫。家用可燃气体的报警器的设计是现今所必须，而在全国各大矿区天然气引发的灾难性事故也被个媒体频繁报道，综上所述可燃有害气体的报警器的设计是时下所需。单片机设计可以满足数字气体报警器监控精度高，体积小巧，能长期工作且稳定的特点。在工业控制和仪器仪表智能化的应用中单片机是必不可少的。成品具有体积小、低成本、灵活运用、抗干扰性强、适应能力强、在任何艰苦的情景下都可以进行正常的运行工作。1.2实现功能及研究目标单片机AT89C51是我在本次课程设计中的数字气体报警器的主要硬件设备。通过A/D转换器可以把需要测试的环境中的气体传感器所输出的模拟电压输送到单片机。四川师范大学成都学院通信原理课程设计我们在单片机AT89C51中所进行的处理功能和显示功能都是通过预置警报值实现运行的，一旦需要被检测出的气体浓度超出我们设定的值后，发光二极管会表现出闪烁目的是达到报警的作用，同时扩音器也会不停的发出声响产生警报，两者的相作用可以在当下的环境下及时报警，而不至于产生任何事故,但是我们考虑到如果发生了事故的情况,所以在这种考虑下,我们在本次课程设计中选择了外接排风扇与电磁阀相作用的结果来进行程控。当系统出现运行不正常的问题时，黄色灯闪烁，提醒主人对警报器及时维修。AT89C51单片机和MQK气体传感器是系统的核心,主要实现：精确测量周遭空气中的有毒害气体的发散；对设计内的各个系统模块功能的控制；单片机语言及单片机系统的控制；单片机内所有接口的功能描述及作用描述；对操控电路的最基本的实现运行方法。1.3研究的方案本次课程设计是利用了单片机的原理来实现一氧化碳报警器的运行。设计的目的是对一氧化碳有害气体进行24小时不间断的监控，当有毒有害气体浓度超过我们设定的预置值后，因为单片机的作用我们设计得电路会自动发出警报信号，连接到外接风扇，避免发生事故。充分利用AT89C51的最大优势性价比高，系统内的各种控制均由其完成。报警器最为重要的即为传感器所以采用GS传感器。实现模数转换是利用ADC0809，为了更直观方便的显示浓度信息，我们采用动态扫描显示装置以及几台扫描显示装置。综上所述，可燃气体报警器的设计均由以上5种模块组成。2 有关于一些单片机的知识介绍2.1单片机的中断和复位2.1.1单片机的中断系统中断的意义通过把CPU的运行改变，调整方向即为中断。除CPU的原因外，电脑在执行程序指令的时候必须要终止当前程序的进行，在终止结束完成后再继续进行前一程序，所执行的一系列步骤就统称为中断。单片机89C51的中断的系统89C51的中断系统是由一个特殊功能的寄存器中的几个相关的中断入口、顺序查询逻辑电路等组成。特殊功能寄存器被定义为以下几类，分成了中断优先级寄存器，中断允许寄存器中断源寄存器。89C51单片机中的五个中断源分别在本次课程设计中给我们提供了可实现二级中断嵌套的两个中断优先级。外部中断请求源：外部中断的1电平和0电平分别是由外部中断的引脚带入的，所以称之为外部中断请求源。内部中断请求源：TF0和TF1是关于定时器T0溢出的中断标志。中断允许寄存器IEIE主宰中断的允许或禁止。见表2-1。EAXXESET1EX1ET0EX0表2-1 8位中断允许寄存器EA其中的EA为总开关，如果它等于0，则上述所有中断都不被允许。2.1.2单片机复位电路复位是所有要进行的操作的第一步，所有的程序在计算机中均以0000H位开始单元。也可以在出错或系统崩溃使用此键进行重启。除了计算机，此键对其它专用寄存器复位状态的影响；PC0000HTCON00HACC00HTLO00HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0P30FFHSCON00HIPxx000000BSBUF 不定IE0x000000BPCON0xx0000BTMOD00H还有一些其他的引脚产生的信号同样会受到复位键的不同程度上的影响。检测一个能否正常工作的单片机，第一步是要看它的复位键是不是能够被使用。如果不能，说明此单片机为损坏状态。2.2 AT89C51与ADC0809相关联的接口以下三点在接入时需要注意：保证开始线能够正常接收到100ns宽度的信号脉冲;A/D转换结束为结束线接收到脉冲信号;地址译码器信号输入到OE线上2.3简介AT89C51AT89C51是一个能产生高性能但是却不会产生高功率消耗的单片机，总共有40个引脚，32个外部的端口。AT89C51既可以在线编程也可以按照常规方法进行编程。一定程度上做到了性价比的提高，降低了生产成本。3 对硬件设施的调试与设计3.1硬件模块设计3.1.1构成系统的各个部分该报警器整体由浓度的查验和反应模块、主控模块和报警及事故处理模块三个部分组成。大致结构显示为图3.1-1。工作状态设置气体浓度检AT89C51浓度显示报警控制故障处理图3.1-13.1.2每个模块在系统中的功能浓度的检测模块器件选择为 (GS-A1),该器件对一氧化碳的反应迅速，,尤其在活性碳罩的加入后,也阻止了其他杂质气体的干扰.结果经高科技精密仪器放大数倍后传入ADC0809模P转换芯片从而实现其模数转换。模数转换模块模数转换模块在本实验中也有重要的意义。通过模数转换的4步完成运送模拟信号到单片机内 从而被单片机有效识别。本实验中的模数转换的特点及性能指标为：8位的分辨率。转换过程中出现的误差不超过1lsb。100毫秒内实现。兼容性高。供电设施简单。转换范围相对于其他转换器要广。图3.1-2 A/D转换模块引脚图显示电路单片机内部进行的标度变换完全是通过PO实现，每30秒进行一次更新.系统使用串行口唯一的功能扩展为4位.当第1为“00”时,说明系统在一个房间的不同状态进行查验;为“8”即为在房间个点检测正常;为“1”、“2”、“3”结尾系统工作在独立状态，当次之时第1、2、3传感器可以探测到有害气体的浓度量。当P2.0=1且AT89C51的TXD端有输出时,74LS164接收串行数据,当P2.0=0时其结果同上。主控模块依然使用AT89C51单片机.该仪器特点及使用原理和开发公司背景为：ALE端与ADC0809的CLOCK相连。APD结果通过PO口进行。PO P1关闭下无法正常工作，开启状态系统工作正常。 P2:P2.1端与ADC0809的START和ALE相通,用以启动APD, P2.1端与RD与ADC0809的OE端联通, P2.2端是系统报警音乐的控制端口，1电平作用；保证畅通控制着电路开关。P2.3端口是排气扇的控制端。1电平有效 所有P3端口均为直观显示结果端口 处理事故的模块有害物质超过允许的范围时，该模块开始发挥其作用。如图3.1-3所示.图3.1-3 单个传感器电路图3.1.3对系统的指挥正常的工作状态为系统的默认状态，而出现其他状态时，电磁阀处于开启状态，从而关闭了可燃有害物体的继续排放，达到设计目的。如果有害物体的浓度超标（指标为100ppm）时，报警乐响起，如若警示作用没有达到，音乐未能及时关闭，则系统控制风扇开关通风散气。原始状态即正常状态时，风扇被优先开启，继而开启煤气阀门开始供气。当正常工作了一段时间后，以40分钟为计时开始每个10分钟都会响起警报，达到警示用户的目的。有害气体的浓度偏高时，系统自动预判为超标状态，从而关闭气体的继续排放。防止中毒或者更为严重的爆炸事故的发生，防患于未然。3.1.4GS传感器简介该系统中的各个器件的主要功能描述如下：低耗能高效工作专一性强，无视干扰。有保障的器件自身材料性能优越无毒无害绿色环保图3.1-4 传感线输出曲线坐标图图3.1-5 加热电压曲线气体传感器加热电源的原理如图3.1-6所示，利用PWM及A/D转换输入功能实现电源电压的稳定和自我调整。该系统的工作原理是：设定好电压值为第一步，pmw的输出，连电开始工作，将模拟信号进行模数转换植入单片机内部，可能出现的电压为拟定值，也可能为超出或小于拟定值，这事通过对PWM的调节达到目的形成稳定输出环境的闭合回路。操作此步骤继而到电压值保持不变为止，随着环境温度的改变，所谓拟定电压值会改变为不同数值打小，此效果符合了岁温度变化而变化的加热功率的目标，契合了气体传感器的温度灵敏变化，同时有关于稳压电源的压降损耗也被控制开关来降低到最小化。图3.1-6 3.2硬件电路的调试本设计的各类元器件较少。第一步：看各元器件的工作状态是受为正常工作状态，不是则进行相关调整。若无异常，我们所进行的硬件电路的调试的步骤就全部完成了。4 软件部分的设计及调试4.1软件部分的设计报警器的性能体现在程序的编写，流程图见附录1。报警器程序上有4大模块可供调试。4.1.1主程序所有程序中只有两个中断的使用，它们为：外部中断和定时器中断，这两个中断表现不同的作用，前者判别是否已经进行了模数转换，后者则为看门狗服务。它们的相关程序具体如下所示：ORG00HJUMP START; 外部程序的相关入口地址ORG03HJUMPINT1; 寄存器控制外部中断ORG00HJUMPITOP; 定时器内部0的相关中断入口ORG1100HStart:MOVE，IE,#10000001B;中断INT0MOVE，IP,#00000001B; 优先中断INT0 MOVE，TCON,#00000000B;电平被触发在INT0点上MOVE，SCON,#00000000B; 请按0MOVESTOP,#60H;堆栈的设定MOVETMOD,#01H;其中的T0为第一种方式CALLPLT0M0HERE: AJUMPHERE;本身跳转其它PLT0M0: MOVETL1,#1CH;T1中断此服务程序，T1重置为最初设定值MOVETH1,#1FEHSETBTR1;启动T1SETBET1;允许T1SETBEA; RET1IETOP:MOVETL0,#0CH;T0再一次中断服务，T0的相关数值被重置为最初设定MOVETH0,0FEHSETB CPLP1.1;P1.1取相关反向状态RET2AllCALL LED;调用LED自检子程序MOVE22H,#0000H;此次中断的完成标志位0位显示MOVEDEPTR,#0EFEFH;ADC程序相关的端口地址MOVXDEPTR,A;高阻抗的BUS使得数模转换开始WAIT:MOVEH,33H;数模转换完成信号显示JTNZINT1KJUMPWAIT;强制跳回在未完成INT0K:MOVEB,44H;JTNZL2MOVEB,22HJUMPL1L1:MOVE22H,27HMOVEB,46H;新的浓度被标识出来L2:CALLBCD；启用相关调整程序（BCD码）CALLDISP；此时的气体浓度为多少CALLADRZERO;调用前函数或数值调整当前 CALLALARM;把报警程序调入CALLBCDCALLDISP;把相关的一些子程序引入CLRB;JUMPSTART;返回4.1.2调零子程序：显示数据由于外部原因导致与预期值出现差异，此问题解决方法为：模数转换的同时加入一个经过调整的数值。如此一来，得到的数值即为真是情况的显示，对其加以调整便得到直观、稳定与有效方便的数据。程序的实现见如下所示：ARDZER0:CALL SUBBDELAY JUBP1.1,JUMP1;此一步的调零为正确值，否则则通过以下程序进行调整：JMP1:REGET相关程序的实现如下所示：L00P0:CALLDELAYJUMPBP2.2,$;抖动的延时被第一时间清理MOVEB,32H;调零的预设值设置为32H送入CLRD;相关近位标识的删除 SURBUBB,#OO1H;选择的调零相关数值减去1JUMPBLOOP1;MOVEB,#12H;LOOP1:MOVE28H,B;所有调整过的值被保存起来MOVEB,D2;正确的当前浓度为现在设定值JZZZENDXDNECB;为了契合调整后的浓度，当前进行响应XENDO:MOVE29H,B;送回29H进行保存MOVE40H,A;送回40H保存CALLBCD; CALLDISP;JMPLOOP1;XEND1:MOVEB,#71HJUMPXEND0该操作步骤为有则按键无则返回主程序重新开始。4.1.3相关子程序的显示模数转换得到的数值被传送到单片机中以十六进制存在，这是不符合我们的操作需要的，BCD码所产生的转换是我们程序运行中的主要解决措施。转换的类似相关的一些程序如我们在下面进行的程序演示所示：BCD:MOVE44H,#21H;MOVE29H,#18H; CLRLB;MOVER1,#90H;清除R1CHAN:SUBBB,#33H;减99JCCHAN2;不能做减，跳转INR2;JUMPCHAN3;CHAN1:ADCB,#89H;还原百位数CLRC;相关数据进行整理与切实转换CHAN1:SUBB,#10H;减29JNCCHAN1;无法达成减法计算，跳转JNCR3;不能够则不加能够则加上1JUMPCHAN1;无相关重复CHAN1:ADCB,#OBH;还原个位数;把个位数放30H中MOVE22H,B;把十位数放90H中RET所有的显示结果均与预期值的走向一致接下来就看如下程序的完成情况了，接下来就是我们之后的程序改动：DICSP：MOVER9,#65HMOVER1,#28HLED0: MOVEA,#ROMOVEDPTR,#TABLELED1: MOVEA,#B+DPTRMOVESSUF,BJUMPTO, CLRTOINCR1JNZR8,LED3RET直观的显示结果从LED处显示驱动设备也被添加到应用里面，它的步骤如下：为了达到控制实验目的接地的按键输出始终为“0”：松开此按钮则输出为“1”，每次按键都保证CPU进行正确单一的判断 ，去除抖动显得有必要，大致的操作已详细说明，具体的如上所示的程序都在下面的文本中得到了应用和体现：DELAY: MOVE4,#5设定50毫秒D0: MOVE5,#459;设定0.6毫秒DMJNZR4,#DMJNZR4,D0RET每个周期为1us,30ms延时效果通过以上程序能够进行实现。4.1.4报警系统中的子程序声音与光的感应控制为本设计的主要手段，当有害气体浓度一氧化碳超标时，声乐响起，灯光闪烁。机器可能会遇到故障，针对此问题我们也提出了相关的解决方案。而遇到故障的表现为红灯亮起，喇叭发出声响，它的正常时候表现为红灯变暗喇叭哑声。所有功能模块都工作正常时绿灯为指示灯。系统对事故进行第一时间的处理，通风换气等等一系列的操作防止事故恶化。其相关程序的行驶与体现如下所示：ALAORM:MOVEB,22H;当前的浓度值被送到了累加器中进行分析CLRB;SUBBA,50H;DJNCGOOD0;SETAP2.3;声音与光亮得到控制并取消SETAP2.4CLRP1.7;关闭所有SETCP2.1;黄色的显示灯被关闭掉CLRP0.1;绿色的灯光第一时间亮起通告正常RETGOODO:CTLRP2.4;警报声音与警报灯光再一次被打开CTLRP11.1CTLRP11.4;SETCP12.3;SETCP11.5; RET4.1.5中断取值子程序从所有的执行过程中不难看出模数转换完成INTR端变成输出“1”电平，未完成则输出“0”电平。在执行的过程中中断又一次被发挥出了它的作用，中断处理程序如下所示；INT1:PUSHBCC;需要将累加完的值压榨在堆栈保存PSH PUSW;PUSW值压榨在堆栈保存MOVXB,DPTR;数模转换好的值保存进入到累加器中MOVE30H,A;把数模转换好的值保存进入到30H保存CLRESUBBB,61H;JNCDOK0MOVE44H,#11H;模数转换的值模拟电压小于1所以变化为1JUMPEMP3OKO:MOVEB,25HCALLADJNCUST;启用ADJNCUST气体浓度值被改写为16进制CALLADCP;调用ADCP 所有相加1后同样调整为16进制得意应用MOVE45H,B;45保存相关数值EMP2:MOVEIE,#10100001OB; POPPWM; POPADC; MOVE27H,#O1H;RETI调整所有应用中被应用的相加子程序ADJNCUST:CTLRBSUCBB,#27H;数模转换进行调整后应用MOVEC,#O1HDIVEBAMOVEC,#22HMULLBARETADCD:ADCD,22HTABLE:DCBOBOH,OCOH,OC3H,OCOH,22HDCB33H,41H,O9OH,4OH,5OHEND数值为199之间的所有子程序的应用必须及时在转换之间完成，用到的相关类型程序在如下的程序中表示出来：ADJNCUST:CTLRBSUBYB,#11H;模数转换再一次被应用到数值转换，16进制值在转换后得到应用MOVEC,#12HDIVEBAMOVEC,#22HMULLBARET堆栈中断处理机制过程以下几个阶段为备份断后：中断处理、响应与返回。图4.1-1 单片机中断流程图图中，保护现场之后的开中断是为了允许有更高级中断打断此中断服务程序。4.2软件程序的调试所有程序完结后我们都需要进行一些调试，所有程序都按照一定顺序分别调试。从子程序入手，当检查其没有问题后再进行全套调试，调试过程中均以设定值为基础。最终结果符合我们的实验设计的最终目。5 结束语通过这次的课程设计的学校，我明白了在学习中不能单单的运用书本上的理论知识，而忽略了动手实际操作的部分，老话说的理论与实际相结合是没有错的，我在这次的设计中完全的领悟到了这句话的意义，只有在两者共同运用下才能完成我这次的设计。勤恳的态度决定我的学习成绩的好坏，而如若上述两条在工作中加以应用工作成绩也会突飞猛进。在本次设计的最后调试过程中，不得不说，历经艰苦，甚至在调试初期有无从下手的感觉，但是在老师和同学的帮助下，我都按照设计前的方案完成了本次设计。感谢指导教师同时也是我们专业课程的导师孙活老师的倾心辅导，论文中出现的格式问题和专业问题，老师都细心的给我指出来，他的工作态度和对学生负责的精神是我最钦佩的，所有的学生老师都耐心指导，我们的课程设计才会顺利完成。感谢我的父母辛苦培养我，在我大学期间给我很多支持，我要努力学习，毕业后找到好的工作，将来回报父母的恩情！初学课程设计的时候所遇到的困难和问题，通过对这些问题的解决和困难的克服不仅使我对课程设计有了一定的了解同时也是对我的个人素质的一次锻炼和拓展。课程设计的严谨程度是让我最为惊讶与重视的，而拟定的题目也是需要在课下进行一次又一次的查找、学习、比较与改正。通过已学知识，继而对未知的事物进行了解。同时，通过对课题的研究也了解到了社会家用方方面面的发明和创造都离不开我们所学内容，而所学内容也是依据着我们的生活进行更新改进。总的来说，此次论文写作让我无论在做事还是学习方面都获益匪浅，再一次感谢我的指导教师和那些在论文制作过程中对我提出宝贵意见和建议的人。参考文献1何道清，传感器与传感器技术，北京科学出版社，2004.3，P12-P202喻萍、郭文川，单片机原理与接口技术，化工出版社,2005.9，P40-453先锋工作室，单片机程序设计实例，北京清华大学出版社,2004.5,P35-P454吴金戊、沈庆阳、郭庭吉，8051单片机实践与应用，北京清华大学出版社,2012.12,P70-P805马平、姚万业、王炳谦，微机原理及应用，北京中国电力出版社,2002.12,P15-P206张迎新、杜小平，单片机初级教程，北京航空航天大学出版社,2000.6，P50-P607张金铎，传感器及其应用，西安电子科技大学出版社,2013.4,P30-P408张庆双，使用电子电路200例，机械工业出版社,2005.3,P50-P55附录开始A/D工作判断A/D转换是否完成判断是否为0将A/D输出值转换成对应浓度值与调零预设值相加，BCD调整调用显示子程序显示判断P2.2是否按下判断P2.3是否按下判断是否报警调用显示子程序显示将当前浓度值存入浓度寄存器中清楚累加器值调用报警程序调用设置报警程序调用调零程序