气体泄漏超声检测系统的设计与实现
摘 要本课题以开发一种高精度数字式检测气体泄漏系统为目的，利用气体泄漏产生超声波的原理，详细的介绍了设计的硬件原理和软件设计过程。本课题选用了具有超高性价比以及较低功耗的AT89C51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计了一款能够实现自动控制功能的气体泄漏超声波检测器系统，该系统能够对周围环境的气体泄漏进行快速检测，检测结果以分贝数形式通过液晶屏进行显示。本系统具有结构简单、性能卓越、实用性强等优点，具有广泛的市场前景。
目录
引言 1
（一） 气体泄漏超声波检测器的发展背景 1
（二） 智能气体泄漏超声波检测器的国内外发展现状 1
（三） 本课题主要研究内容 2
一、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 系统主控核心的选取 2
（二） AT89C51单片机介绍 3
（三） 超声波拾音传感器模块介绍 4
（四） LM358运算放大器概述 4
（五） AD采样芯片简介 5
（六） LCD1602液晶显示器介绍 6
（七） 蜂鸣器介绍 7
二、 硬件系统设计 8
（一） 系统设计总体方案 8
（二） 最小系统设计 9
（三） 超声波拾音传感器电路设计 10
（四） LM358放大及比较电路设计 10
（五） AD采样芯片电路设计 11
（六） 液晶显示器电路设计 12
（七） 蜂鸣器式报警电路设计 12
三、 软件系统设计 13
（一） 系统的软件工作流程设计 13
（二） AD转换工作流程设计 14
（三） 液晶显示器工作流程设计 16
四、 软件仿真和硬件调试 17
（一） Proteus软件仿真 17
（二） 系统仿真 18
（三） 硬件调试 18
总 结 20
参考文献 22
致 谢 23
附录一 原理图 24
附录二
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
程序 25
引言
气体泄漏超声波检测器的发展背景
随着科学技术的不断发展以及人们对生活品质的不断追求，气体泄漏超声波检测器在日常生产生活中以及随处可见了，尤其是一些输气管道的性能检测，通过对气体泄漏所发出的超声波分贝数的检测能够知道泄漏程度大小，并能够快速确立泄漏点以及泄漏点的形状，不仅如此它通常还是一些重要仪器的重要组成部分。由于许多工业活动甚至生活起居都涉及到对气体泄漏的检测，因此它和国民的生产生活息息相关，气体泄漏超声波检测器的性能高低将影响着各类工业活动。本课题的提出就是以此为研究背景，提出通过性价比更高的控制器和超声波拾音传感器的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能气体泄漏超声波检测器。所谓“气体泄漏超声波检测器”，实际上是指通过单片机、DSP等微处理器作为主控器件，在处理器外部结合超声波超声波拾音传感器、显示器、时间处理模块、报警模块以及其他功能而实现的一种微处理控制系统，通过相应的语言进行软件程序的编写，从而实现气体泄漏超声波检测器系统的自动控制特性。气体泄漏超声波检测器的出现是在电子技术以及传感器技术的飞速发展以及趋向成熟后的一个必然产物，其中主要的核心部件——超声波拾音传感器不仅依靠经过反复推敲的理论基础，并且需要结合到实际应用中，将理论基础映射到实际的电子线路中，将气体泄漏的快速检测通过硬件电路来实现，并通过数字信号输出的形式来实现气体泄漏的检测输出。在超声波拾音传感器出现之前，气体泄漏的计量几乎无法实现，人们的很多对于气体泄漏的智能测量的想法只能够停留在理论阶段或者只能依靠传统的气体泄漏计来实现。由于超声波拾音传感器这种传感器不仅需要硬件基础，更需要控制器输出驱动信号来读取测量值，因此实现一款基本功能的气体泄漏超声波检测器系统是一个多门专业综合化的课题，它需要设计人员不仅具有硬件电路的设计基础，更要有程序代码开发的经验，不仅如此，还需要对经典物理理论充分掌握才能够设计出性能卓越的气体泄漏超声波检测器，可以看出要设计出一款性能卓越的气体泄漏超声波检测器并不是一件简单的事情，本课题将以我大学期间所掌握的专业知识作为基础，经过多次的尝试、试验、改进和优化，最终实现了一款性价比非常高的智能气体泄漏超声波检测器。
智能气体泄漏超声波检测器的国内外发展现状
目前国内外的很多企业或者高校实验课题小组都投入了大量的精力来对高性能的气体泄漏超声波检测器系统进行研究，由于基本的气体泄漏检测功能已经实现了普及化，现在几乎任何一台和气体泄漏相关的工业仪器上都能够实现气体泄漏测量的功能，然而要实现更高精度、更高灵敏度的检测性能，无论是国外还是国内都还有一段很长的路要走。前不久国外研发出了一个体积能够小到一个绿豆里大小的气体泄漏检测处理模块，这款高度集成的功能模块不仅内部嵌入了控制器模块，电源管理、传感器也被集成了进去，采用高速的SPI接口进行数据读写，因此能够满足高速的气体泄漏检测要求，尤其是在快速气体泄漏检测过程中更加适用；而国内的研究小组主要将研究重心放在了大幅度降低其功耗上，这样将其嵌入到智能手持仪器中，将能够很大程度的节约手持仪器电量开销。
本课题主要研究内容
本课题在气体泄漏超声波检测器发展背景的基础上选择了气体泄漏超声波检测器作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本课题选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的气体泄漏超声波检测器系统，并实现以下功能指标。
功能：
1）能够对周围环境的气体泄漏进行快速检测；
2）检测结果以分贝数形式进行显示；
3）检测结果通过液晶屏进行显示；
指标：
1）气体泄漏超声波检测器系统将采用C51单片机作为主控器件，并通过C语言进行程序开发，实现软件代码的构建；
2）使用价格低并且显示效果良好的LCD1602液晶屏作为显示模块，实现对泄漏剧烈程度的高精度显示；
3）配置超声波检测电路，将泄漏点释放的超声波信号进行收集并转换为电压信号；
4）配置LM358运算放大器电路，实现对电压信号的放大和滤波；
5）配置ADC0832模数转换器电路，实现对LM358放大器输出的电压信号进行采集并转换为数字信号，送入单片机进行处理；
6）单片机通过对模数转换器输出的结果获取气体是否发生泄漏并且泄漏程度大小；
一、方案选择及元器件介绍
目录
引言 1
（一） 气体泄漏超声波检测器的发展背景 1
（二） 智能气体泄漏超声波检测器的国内外发展现状 1
（三） 本课题主要研究内容 2
一、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 系统主控核心的选取 2
（二） AT89C51单片机介绍 3
（三） 超声波拾音传感器模块介绍 4
（四） LM358运算放大器概述 4
（五） AD采样芯片简介 5
（六） LCD1602液晶显示器介绍 6
（七） 蜂鸣器介绍 7
二、 硬件系统设计 8
（一） 系统设计总体方案 8
（二） 最小系统设计 9
（三） 超声波拾音传感器电路设计 10
（四） LM358放大及比较电路设计 10
（五） AD采样芯片电路设计 11
（六） 液晶显示器电路设计 12
（七） 蜂鸣器式报警电路设计 12
三、 软件系统设计 13
（一） 系统的软件工作流程设计 13
（二） AD转换工作流程设计 14
（三） 液晶显示器工作流程设计 16
四、 软件仿真和硬件调试 17
（一） Proteus软件仿真 17
（二） 系统仿真 18
（三） 硬件调试 18
总 结 20
参考文献 22
致 谢 23
附录一 原理图 24
附录二
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
程序 25
引言
气体泄漏超声波检测器的发展背景
随着科学技术的不断发展以及人们对生活品质的不断追求，气体泄漏超声波检测器在日常生产生活中以及随处可见了，尤其是一些输气管道的性能检测，通过对气体泄漏所发出的超声波分贝数的检测能够知道泄漏程度大小，并能够快速确立泄漏点以及泄漏点的形状，不仅如此它通常还是一些重要仪器的重要组成部分。由于许多工业活动甚至生活起居都涉及到对气体泄漏的检测，因此它和国民的生产生活息息相关，气体泄漏超声波检测器的性能高低将影响着各类工业活动。本课题的提出就是以此为研究背景，提出通过性价比更高的控制器和超声波拾音传感器的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能气体泄漏超声波检测器。所谓“气体泄漏超声波检测器”，实际上是指通过单片机、DSP等微处理器作为主控器件，在处理器外部结合超声波超声波拾音传感器、显示器、时间处理模块、报警模块以及其他功能而实现的一种微处理控制系统，通过相应的语言进行软件程序的编写，从而实现气体泄漏超声波检测器系统的自动控制特性。气体泄漏超声波检测器的出现是在电子技术以及传感器技术的飞速发展以及趋向成熟后的一个必然产物，其中主要的核心部件——超声波拾音传感器不仅依靠经过反复推敲的理论基础，并且需要结合到实际应用中，将理论基础映射到实际的电子线路中，将气体泄漏的快速检测通过硬件电路来实现，并通过数字信号输出的形式来实现气体泄漏的检测输出。在超声波拾音传感器出现之前，气体泄漏的计量几乎无法实现，人们的很多对于气体泄漏的智能测量的想法只能够停留在理论阶段或者只能依靠传统的气体泄漏计来实现。由于超声波拾音传感器这种传感器不仅需要硬件基础，更需要控制器输出驱动信号来读取测量值，因此实现一款基本功能的气体泄漏超声波检测器系统是一个多门专业综合化的课题，它需要设计人员不仅具有硬件电路的设计基础，更要有程序代码开发的经验，不仅如此，还需要对经典物理理论充分掌握才能够设计出性能卓越的气体泄漏超声波检测器，可以看出要设计出一款性能卓越的气体泄漏超声波检测器并不是一件简单的事情，本课题将以我大学期间所掌握的专业知识作为基础，经过多次的尝试、试验、改进和优化，最终实现了一款性价比非常高的智能气体泄漏超声波检测器。
智能气体泄漏超声波检测器的国内外发展现状
目前国内外的很多企业或者高校实验课题小组都投入了大量的精力来对高性能的气体泄漏超声波检测器系统进行研究，由于基本的气体泄漏检测功能已经实现了普及化，现在几乎任何一台和气体泄漏相关的工业仪器上都能够实现气体泄漏测量的功能，然而要实现更高精度、更高灵敏度的检测性能，无论是国外还是国内都还有一段很长的路要走。前不久国外研发出了一个体积能够小到一个绿豆里大小的气体泄漏检测处理模块，这款高度集成的功能模块不仅内部嵌入了控制器模块，电源管理、传感器也被集成了进去，采用高速的SPI接口进行数据读写，因此能够满足高速的气体泄漏检测要求，尤其是在快速气体泄漏检测过程中更加适用；而国内的研究小组主要将研究重心放在了大幅度降低其功耗上，这样将其嵌入到智能手持仪器中，将能够很大程度的节约手持仪器电量开销。
本课题主要研究内容
本课题在气体泄漏超声波检测器发展背景的基础上选择了气体泄漏超声波检测器作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本课题选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的气体泄漏超声波检测器系统，并实现以下功能指标。
功能：
1）能够对周围环境的气体泄漏进行快速检测；
2）检测结果以分贝数形式进行显示；
3）检测结果通过液晶屏进行显示；
指标：
1）气体泄漏超声波检测器系统将采用C51单片机作为主控器件，并通过C语言进行程序开发，实现软件代码的构建；
2）使用价格低并且显示效果良好的LCD1602液晶屏作为显示模块，实现对泄漏剧烈程度的高精度显示；
3）配置超声波检测电路，将泄漏点释放的超声波信号进行收集并转换为电压信号；
4）配置LM358运算放大器电路，实现对电压信号的放大和滤波；
5）配置ADC0832模数转换器电路，实现对LM358放大器输出的电压信号进行采集并转换为数字信号，送入单片机进行处理；
6）单片机通过对模数转换器输出的结果获取气体是否发生泄漏并且泄漏程度大小；
一、方案选择及元器件介绍
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