单片机的烟雾浓度检测系统设计
摘 要嵌入式系统概念以及技术的发展使得烟雾浓度检测控制系统得到了更快更全面的发展，并且在用户使用度方面实现了大幅度的普及。本课题将主要以烟雾浓度检测控制系统作为研究设计目标，将采用AT89C51芯片作为主控单片机，外部结合MQ-2烟雾浓度传感器、ADC0832模数转换器等模块，设计了一款能够实现烟雾浓度快速检测、液晶显示以及超标报警等功能的系统，在课题的设计方法上，本论文采用了层次分明的模块化设计，通过原理图和流程图的形式对各模块的硬件和软件设计原理和方法进行了详细的描述，通过最后的成果分析本系统适合推向未来烟雾浓度检测系统市场，相比于先用产品具有更低的成本和更高的性能。
目录
一、 引言
（一） 有害气体检测技术的发展背景??
（二） 有害气体检测的国内外发展现状
（三） 本文主要研究内容
二、 方案选择及元器件介绍
（一） 主控器件的选择
（二） STC89C51单片机简介
（三） MQ2传感器探头介绍
（四） ADC0832型模数转换器
（五） LCD1602型显示器概述
三、 硬件系统设计
（一） 烟雾浓度检测系统的硬件结构框图设计
（二） STC89C51单片机最小系统设计
1. 晶振电路设计
2. 复位电路设计
（三） MQ2烟雾浓度检测电路设计
（四） 模拟电压信号采集电路设计
（五） 超标报警电路设计
（六） 显示器外围电路设计
四、 软件系统设计
（一） 烟雾浓度检测系统的软件工作流程设计
（二） 直流电压采集流程设计
（三） 显示器工作流程设计
1. 判忙函数??
2. 写数据流程??
3. 写指令流程??
五、 系统仿真与制作
（一） Proteus软件仿真
（二） 系统仿真
总 结
参考文献
致 谢
附录一 原
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
理图
附录二 元件列表
附录三 程序
引言
有害气体检测技术的发展背景??
本课题所指的有害气体是指生产生活中一些常见场合如工厂管道、家庭燃气的泄露气体或者待测气体，这些气体通常可以分为三个种类：烟雾、毒性气体以及复合式气体三类，这些气体通常表现为无色无味，一旦进入有人员经过的场合非常不容易被察觉，更为严重的是当其浓度积累到一定程度后极易带来爆炸事故，这也是矿井爆炸、家庭煤气中毒事故的根本原因，过去对于这些有害气体的检测方式采用复位阀门式报警器，其工作原理为当待测空气中的有害气体浓度积累到相当大的程度时才能实现报警，并不能够起到预先报警，在使用方式上也存在很大缺陷，从其名称就可以看出它需要通过定时的复位才能够使得报警器正常工作。另外一种用于对有害气体进行集中管理的大型设备造价昂贵，它需要专门的技术人员进行看管维护，对空气成分进行分析辨别，普通群众并不能够轻易的使用它，所以不能够在中小型企业和家庭中进行推广。上述这些现象在单片机技术以及嵌入式理念推广后得到根本性的解决，嵌入式手持烟雾检测仪器就是其中一种行之有效利器，其内部安置的一片甚至多片微处理器起到“运筹帷幄”的作用，通过对手持机内部检测探头、报警器以及显示屏等模块的驱动，集成对烟雾自动检测、浓度显示、超标报警以及阀值设置等功能于一身，在外形上只有一个手机大小，不但使用方便，任何人只需要经过简单的操作就可上手，因此嵌入式手持烟雾检测仪器得到了快速的发展和功能升级，受嵌入式无线通信以及嵌入式以太网技术的快速发展，由于对单片机内存消耗极小，因此非常容易将这些功能融合到嵌入式烟雾检测仪器中，不但如此，以太网的组网功能使得可以轻松地实现烟雾检测的多点布放，通过一台主机实现对多个地点的集中监控，烟雾手持检测机将检测数据通过以太网接口发送到主控机上，即可以非常低的成本实现复杂的检测网络结构。
有害气体检测的国内外发展现状
随着我国西气东输以及燃气管道安置在城市中的每个角落和千家万户中，对于空气中有害气体的检测仪器需求量和性能要求都在不断上升，由于监测点已成星罗棋布之势，因此对于气体检测仪器的成本提出了更高的要求，不但要以最低的成本实现检测系统，还要使得其工作性能和功能都较为完善，目前国内外大多数气体检测器大多采用性价比最高的STM32系列处理器来作为主控，尤其是其F103系列的模块高集成度特性，更是许多气体检测器生产厂家的首选，搭配上高精度的检测探头（如近些年来的MQ系列），实现一款高性价比的气体检测仪器还是较为简单的。另外对于有害气体检测器已经不单单是工厂的独特需求了，高级轿车、智能家居系统对于高性能、小体积的有害气体检测器需求也在不断增长。
本文主要研究内容
本文从多个角度对烟雾浓度检测控制系统进行了描述和展现，首先将这种系统的起源发展背景以及目前国内外企业、高校的研究成果现状进行了探讨和阐述，并分析研究了目前这种控制系统投入市场后所存在的普遍缺点；论文第二章紧接着对控制系统的总体结构框架进行了设计，选取了相应的元器件及模块，以便下文对软硬件系统进行设计；第三和第四两章着重对本次所设计的控制系统的硬件以及软件系统进行了设计，并对设计过程以及设计原理进行了详细描述，在功能设计上主要完成了以下几项：
1）能实现51单片机最小系统的设计，通过51单片机实现对ADC0832模数转换器、LCD1602液晶屏、MQ2型烟雾传感器以及按键等模块的驱动；
2）能实现51单片机对液晶屏的驱动，实现对烟雾测量值以及报警阀值等信息的显示；
3）通过MQ2型烟雾浓度传感器实现对环境中烟雾浓度的检测，并将检测结果以直流电压的形式进行输出，以直流电压的大小来表示烟雾浓度的大小，接着通过模数转换器对该电压进行采集，将采集结果传送给单片机进行显示和处理；
方案选择及元器件介绍
主控器件的选择
主控器件的选择对于设计一款自动控制系统来说是最关键的一部分，该器件的控制性能、处理速度以及内部资源模块将在很大程度上决定了控制系统的软硬件结构以及开发成本，另外不同类型的主控器件要求开发者具备不同的开发功底，下面就对单片机以及FPGA这两款性能卓越的微处理器进行介绍和分析，从中选择出一款具体型号的芯片来作为本控制系统的控制芯片。
如果采用单片机芯片来作为主控器件，那么首选当然是大学期间熟知的AT89C51/STC89C51等基础51芯片，这些被冠以相类似型号却出自不同厂家的51单片机在内部结构上大同小异，全部都采用了MCS51的CPU来作为运算部分，因此这些51单片机都具有8位数据处理能力。51单片机的开发成本在目前的微处理器届来说相对是属于最低的一个款式，无论是单片机还是FPGA，开发成本主要包含芯片自身成本、烧写仿真器购买成本、电路构建以及PCB绘制成本、开发环境成本以及开发者自身掌握的知识成本等，在这几个方面，都能够在本次毕业设计中降到最低程度。在51单片机的处理性能方面，相对于FPGA来说处于劣势状态，51单片机目前最高的时钟频率能够达到40M，并且其内部具有机器周期的概念，即为了提高51单片机的工作稳定性能，必须将时钟频率除以12，才能在此速度下执行指令，因此对于数据的处理能力来说相对较慢。在内置功能模块方面，它内部集成了常用的定时器、串口以及中断等功能，并且具有32个相互独立的GPIO管脚可供用户使用。
目录
一、 引言
（一） 有害气体检测技术的发展背景??
（二） 有害气体检测的国内外发展现状
（三） 本文主要研究内容
二、 方案选择及元器件介绍
（一） 主控器件的选择
（二） STC89C51单片机简介
（三） MQ2传感器探头介绍
（四） ADC0832型模数转换器
（五） LCD1602型显示器概述
三、 硬件系统设计
（一） 烟雾浓度检测系统的硬件结构框图设计
（二） STC89C51单片机最小系统设计
1. 晶振电路设计
2. 复位电路设计
（三） MQ2烟雾浓度检测电路设计
（四） 模拟电压信号采集电路设计
（五） 超标报警电路设计
（六） 显示器外围电路设计
四、 软件系统设计
（一） 烟雾浓度检测系统的软件工作流程设计
（二） 直流电压采集流程设计
（三） 显示器工作流程设计
1. 判忙函数??
2. 写数据流程??
3. 写指令流程??
五、 系统仿真与制作
（一） Proteus软件仿真
（二） 系统仿真
总 结
参考文献
致 谢
附录一 原
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
理图
附录二 元件列表
附录三 程序
引言
有害气体检测技术的发展背景??
本课题所指的有害气体是指生产生活中一些常见场合如工厂管道、家庭燃气的泄露气体或者待测气体，这些气体通常可以分为三个种类：烟雾、毒性气体以及复合式气体三类，这些气体通常表现为无色无味，一旦进入有人员经过的场合非常不容易被察觉，更为严重的是当其浓度积累到一定程度后极易带来爆炸事故，这也是矿井爆炸、家庭煤气中毒事故的根本原因，过去对于这些有害气体的检测方式采用复位阀门式报警器，其工作原理为当待测空气中的有害气体浓度积累到相当大的程度时才能实现报警，并不能够起到预先报警，在使用方式上也存在很大缺陷，从其名称就可以看出它需要通过定时的复位才能够使得报警器正常工作。另外一种用于对有害气体进行集中管理的大型设备造价昂贵，它需要专门的技术人员进行看管维护，对空气成分进行分析辨别，普通群众并不能够轻易的使用它，所以不能够在中小型企业和家庭中进行推广。上述这些现象在单片机技术以及嵌入式理念推广后得到根本性的解决，嵌入式手持烟雾检测仪器就是其中一种行之有效利器，其内部安置的一片甚至多片微处理器起到“运筹帷幄”的作用，通过对手持机内部检测探头、报警器以及显示屏等模块的驱动，集成对烟雾自动检测、浓度显示、超标报警以及阀值设置等功能于一身，在外形上只有一个手机大小，不但使用方便，任何人只需要经过简单的操作就可上手，因此嵌入式手持烟雾检测仪器得到了快速的发展和功能升级，受嵌入式无线通信以及嵌入式以太网技术的快速发展，由于对单片机内存消耗极小，因此非常容易将这些功能融合到嵌入式烟雾检测仪器中，不但如此，以太网的组网功能使得可以轻松地实现烟雾检测的多点布放，通过一台主机实现对多个地点的集中监控，烟雾手持检测机将检测数据通过以太网接口发送到主控机上，即可以非常低的成本实现复杂的检测网络结构。
有害气体检测的国内外发展现状
随着我国西气东输以及燃气管道安置在城市中的每个角落和千家万户中，对于空气中有害气体的检测仪器需求量和性能要求都在不断上升，由于监测点已成星罗棋布之势，因此对于气体检测仪器的成本提出了更高的要求，不但要以最低的成本实现检测系统，还要使得其工作性能和功能都较为完善，目前国内外大多数气体检测器大多采用性价比最高的STM32系列处理器来作为主控，尤其是其F103系列的模块高集成度特性，更是许多气体检测器生产厂家的首选，搭配上高精度的检测探头（如近些年来的MQ系列），实现一款高性价比的气体检测仪器还是较为简单的。另外对于有害气体检测器已经不单单是工厂的独特需求了，高级轿车、智能家居系统对于高性能、小体积的有害气体检测器需求也在不断增长。
本文主要研究内容
本文从多个角度对烟雾浓度检测控制系统进行了描述和展现，首先将这种系统的起源发展背景以及目前国内外企业、高校的研究成果现状进行了探讨和阐述，并分析研究了目前这种控制系统投入市场后所存在的普遍缺点；论文第二章紧接着对控制系统的总体结构框架进行了设计，选取了相应的元器件及模块，以便下文对软硬件系统进行设计；第三和第四两章着重对本次所设计的控制系统的硬件以及软件系统进行了设计，并对设计过程以及设计原理进行了详细描述，在功能设计上主要完成了以下几项：
1）能实现51单片机最小系统的设计，通过51单片机实现对ADC0832模数转换器、LCD1602液晶屏、MQ2型烟雾传感器以及按键等模块的驱动；
2）能实现51单片机对液晶屏的驱动，实现对烟雾测量值以及报警阀值等信息的显示；
3）通过MQ2型烟雾浓度传感器实现对环境中烟雾浓度的检测，并将检测结果以直流电压的形式进行输出，以直流电压的大小来表示烟雾浓度的大小，接着通过模数转换器对该电压进行采集，将采集结果传送给单片机进行显示和处理；
方案选择及元器件介绍
主控器件的选择
主控器件的选择对于设计一款自动控制系统来说是最关键的一部分，该器件的控制性能、处理速度以及内部资源模块将在很大程度上决定了控制系统的软硬件结构以及开发成本，另外不同类型的主控器件要求开发者具备不同的开发功底，下面就对单片机以及FPGA这两款性能卓越的微处理器进行介绍和分析，从中选择出一款具体型号的芯片来作为本控制系统的控制芯片。
如果采用单片机芯片来作为主控器件，那么首选当然是大学期间熟知的AT89C51/STC89C51等基础51芯片，这些被冠以相类似型号却出自不同厂家的51单片机在内部结构上大同小异，全部都采用了MCS51的CPU来作为运算部分，因此这些51单片机都具有8位数据处理能力。51单片机的开发成本在目前的微处理器届来说相对是属于最低的一个款式，无论是单片机还是FPGA，开发成本主要包含芯片自身成本、烧写仿真器购买成本、电路构建以及PCB绘制成本、开发环境成本以及开发者自身掌握的知识成本等，在这几个方面，都能够在本次毕业设计中降到最低程度。在51单片机的处理性能方面，相对于FPGA来说处于劣势状态，51单片机目前最高的时钟频率能够达到40M，并且其内部具有机器周期的概念，即为了提高51单片机的工作稳定性能，必须将时钟频率除以12，才能在此速度下执行指令，因此对于数据的处理能力来说相对较慢。在内置功能模块方面，它内部集成了常用的定时器、串口以及中断等功能，并且具有32个相互独立的GPIO管脚可供用户使用。
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