单片机的天然气检测系统设计
摘 要 单片机的优点有很多例如：体积小、重量轻、高集成度、可靠性高等。现在已被社会普遍认可以及投入使用。本文设计的基于单片机的天然气检测系统以单片机为核心，由ADC0832模数转换器心、蜂鸣器、MQ检测探头和LCD1602液晶显示屏等构成，并进行实物的制作。本文设计的天然气检测系统具有检测天然气是否超标的功能。如果将这款天然气检测系统进行生产并投入市场使用，能够突破现有产品的弊端，降低现有产品的参数，也能够降低这类产品的生产成本。
目录
一、 引言 1
（一） 天然气浓度检测技术的发展背景 1
（二） 天然气浓度检测的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制芯片的选取 3
（二） AT89C51处理器简介 4
（三） MQ5天然气传感器 5
（四） AD采样芯片简介 6
（五） LCD1602显示器介绍 7
（六） 有源蜂鸣器介绍 8
三、 硬件系统设计 9
（一） 硬件结构框图设计 9
（二） 51单片机最小系统 9
1. 时钟电路 10
2. 复位电路 10
（三） MQ5天然气传感器电路设计 10
（四） AD采样芯片电路设计 11
（五） 显示器电路设计 12
（六） 蜂鸣器电路设计 12
四、 软件系统设计 14
（一） 主程序流程图设计 14
（二） MQ5传感器工作流程图设计 15
（三） AD转换工作流程设计 16
1. 启动指令 16
2. 通道选择指令 16
3. 读取指令 17
（四） 显示器工作流程设计 17
（五） 报警电路工作流程设计 19
五、 硬件调试与安装 20
（一） 实物展示 20
（二） 天然气检测结果显示 21
（三） 天然气浓度超标报警 23
（四） 问题总结 23
总
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结 24
参考文献 25
致 谢 26
附录一 原理图 27
附录二 PCB图 28
附录三 元件列表 29
附录四 程序 30
引言
天然气浓度检测技术的发展背景
本文将要介绍一款采用单片机作为核心的天然气检测控制系统。这类系统目前多是由微处理器核心模块、天然气检测传感器、高分辨率模数转换模块、人机交互键盘、高清晰度液晶屏（触摸屏）以及报警器等模块构成，一些高性能的检测系统甚至还配备了无线数据收发部分或者以太网交互模块，将检测到的浓度数据上传到主机进行统一管理和监护。天然气检测系统最初出现在工业场合，由于当时这种检测系统还不是由控制器进行智能控制，仅仅依靠繁琐的化学方法通过各种反应进行间接测量，没有电气的参与，因此还不能称为一款完整意义上的控制系统。这种化学检测法如今我们称之为传统检测法，它能够实现天然气检测的最基本功能，测试人员能够通过化学反应后的生成物并结合相关的化学反应方程式将待测天然气的浓度进行计算，由于测试人员的水平高低不齐并且测试过程中常常容易掺入影响测试结果的不利因素，因此天然气的测试结果经常不准确并且精确度也不能满足一些要求较高的应用场合。而随着半导体技术发展对传感器技术的支撑，很快用于检测天然气浓度的传感器得到了广泛的研究并迅速投向使用，市场上出现了能够满足不同用户和应用场合的天然气浓度检测传感器，这些种类不同的天然气浓度检测传感器主要体现在检测精度以及检测量程的差异，在结构方面几乎大同小异，其内部核心模块是一片性能能够随天然气浓度快速变化的二氧化矽活着其他类型矽化物，结合必要的电阻电容等基本部件就能够实现一个能够检测天然气浓度的传感器。直到现如今，全球范围内最为先进的天然气浓度检测控制系统也是采用这种传感器作为核心模块，另外结合微处理器作为控制器，配合具有其他功能的模块，就能够实现一款具有高用户体验度的天然气浓度检测系统，这种控制系统相比于传统的检测方法，不但实现了天然气浓度检测的全程自动化，而且检测结果可以清晰的显示给用户并且测试数据可以进行长期保存，这是传统检测方法所无法实现的，另外由于检测过程完全依靠传感器以及微处理器的控制，因此检测精度和准确度得到了保证，其检测结果可以满足各种场合的需求，在这种天然气浓度检测控制系统推向市场后，快速地将传统方法进行了淘汰，只有在学生实验室才能够看到传统检测方法的影子。
天然气浓度检测的国内外发展现状
目前国内外都已充分掌握了对于天然气浓度检测的方法和技术，实现高精度和高准确度的检测已经不再是关键问题，而主要的矛盾点正聚焦于实现的天然气浓度检测的网络化以及综合管理化—以太网技术的飞速发展使得对于天然气浓度的检测可以实现复杂化，检测探头的多点布控、灵活启闭以及对检测点作出快速响应和措施是研究人员的主要研究核心，前不久英国肯特大学的一个研究小组在学术报上刊登了他们的最新研究成果—24点式天然气浓度检测与管理系统，这款系统不但实现了检测的多点化，更实现了对各点的浓度管理与报警，将其应用于智能楼宇、作业矿井以及车间等现代化建筑将是一个很不错的选择。
本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统天然气浓度检测系统的发展基础上，设计出一款能够实现天然气浓度检测功能的智能天然气浓度检测控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对天然气浓度检测系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述，下面为本文的主要设计内容：确定天然气检测控制系统的设计参数和核心器件；完成天然气检测控制系统的硬件电路设计；完成天然气检测控制系统的软件部分设计；完成设计结果的仿真与实物制作，测试设计结果。要求尽可能实现以下功能：能实现51单片机最小系统的设计；51单片机对液晶屏的驱动；能够实现天然气浓度的自动检测；具有浓度超标报警功能，报警浓度阀值能够通过按键调节 。
目录
一、 引言 1
（一） 天然气浓度检测技术的发展背景 1
（二） 天然气浓度检测的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制芯片的选取 3
（二） AT89C51处理器简介 4
（三） MQ5天然气传感器 5
（四） AD采样芯片简介 6
（五） LCD1602显示器介绍 7
（六） 有源蜂鸣器介绍 8
三、 硬件系统设计 9
（一） 硬件结构框图设计 9
（二） 51单片机最小系统 9
1. 时钟电路 10
2. 复位电路 10
（三） MQ5天然气传感器电路设计 10
（四） AD采样芯片电路设计 11
（五） 显示器电路设计 12
（六） 蜂鸣器电路设计 12
四、 软件系统设计 14
（一） 主程序流程图设计 14
（二） MQ5传感器工作流程图设计 15
（三） AD转换工作流程设计 16
1. 启动指令 16
2. 通道选择指令 16
3. 读取指令 17
（四） 显示器工作流程设计 17
（五） 报警电路工作流程设计 19
五、 硬件调试与安装 20
（一） 实物展示 20
（二） 天然气检测结果显示 21
（三） 天然气浓度超标报警 23
（四） 问题总结 23
总
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结 24
参考文献 25
致 谢 26
附录一 原理图 27
附录二 PCB图 28
附录三 元件列表 29
附录四 程序 30
引言
天然气浓度检测技术的发展背景
本文将要介绍一款采用单片机作为核心的天然气检测控制系统。这类系统目前多是由微处理器核心模块、天然气检测传感器、高分辨率模数转换模块、人机交互键盘、高清晰度液晶屏（触摸屏）以及报警器等模块构成，一些高性能的检测系统甚至还配备了无线数据收发部分或者以太网交互模块，将检测到的浓度数据上传到主机进行统一管理和监护。天然气检测系统最初出现在工业场合，由于当时这种检测系统还不是由控制器进行智能控制，仅仅依靠繁琐的化学方法通过各种反应进行间接测量，没有电气的参与，因此还不能称为一款完整意义上的控制系统。这种化学检测法如今我们称之为传统检测法，它能够实现天然气检测的最基本功能，测试人员能够通过化学反应后的生成物并结合相关的化学反应方程式将待测天然气的浓度进行计算，由于测试人员的水平高低不齐并且测试过程中常常容易掺入影响测试结果的不利因素，因此天然气的测试结果经常不准确并且精确度也不能满足一些要求较高的应用场合。而随着半导体技术发展对传感器技术的支撑，很快用于检测天然气浓度的传感器得到了广泛的研究并迅速投向使用，市场上出现了能够满足不同用户和应用场合的天然气浓度检测传感器，这些种类不同的天然气浓度检测传感器主要体现在检测精度以及检测量程的差异，在结构方面几乎大同小异，其内部核心模块是一片性能能够随天然气浓度快速变化的二氧化矽活着其他类型矽化物，结合必要的电阻电容等基本部件就能够实现一个能够检测天然气浓度的传感器。直到现如今，全球范围内最为先进的天然气浓度检测控制系统也是采用这种传感器作为核心模块，另外结合微处理器作为控制器，配合具有其他功能的模块，就能够实现一款具有高用户体验度的天然气浓度检测系统，这种控制系统相比于传统的检测方法，不但实现了天然气浓度检测的全程自动化，而且检测结果可以清晰的显示给用户并且测试数据可以进行长期保存，这是传统检测方法所无法实现的，另外由于检测过程完全依靠传感器以及微处理器的控制，因此检测精度和准确度得到了保证，其检测结果可以满足各种场合的需求，在这种天然气浓度检测控制系统推向市场后，快速地将传统方法进行了淘汰，只有在学生实验室才能够看到传统检测方法的影子。
天然气浓度检测的国内外发展现状
目前国内外都已充分掌握了对于天然气浓度检测的方法和技术，实现高精度和高准确度的检测已经不再是关键问题，而主要的矛盾点正聚焦于实现的天然气浓度检测的网络化以及综合管理化—以太网技术的飞速发展使得对于天然气浓度的检测可以实现复杂化，检测探头的多点布控、灵活启闭以及对检测点作出快速响应和措施是研究人员的主要研究核心，前不久英国肯特大学的一个研究小组在学术报上刊登了他们的最新研究成果—24点式天然气浓度检测与管理系统，这款系统不但实现了检测的多点化，更实现了对各点的浓度管理与报警，将其应用于智能楼宇、作业矿井以及车间等现代化建筑将是一个很不错的选择。
本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统天然气浓度检测系统的发展基础上，设计出一款能够实现天然气浓度检测功能的智能天然气浓度检测控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对天然气浓度检测系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述，下面为本文的主要设计内容：确定天然气检测控制系统的设计参数和核心器件；完成天然气检测控制系统的硬件电路设计；完成天然气检测控制系统的软件部分设计；完成设计结果的仿真与实物制作，测试设计结果。要求尽可能实现以下功能：能实现51单片机最小系统的设计；51单片机对液晶屏的驱动；能够实现天然气浓度的自动检测；具有浓度超标报警功能，报警浓度阀值能够通过按键调节 。
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