单片机的可燃气体检测系统的设计与实现
摘 要本课题在当前可燃气体检测控制系统的研究基础上，提出了一种可以通过AT89C51单片机作为主控来实现的一款新型可燃气体检测控制系统，在其内部使用了新型模块MQ-9可燃气体传感器等作为核心部分，构建了其硬件框架结构，实现了可燃气体实时快速检测以及当可燃气体浓度超标时进行报警等功能，经过了系统仿真以及专业仪器测量发现这款系统的实现大大降低了目前相关产品的总体功耗，在硬件上由于大多数使用的都是新型并且价格低廉的芯片模块，大大压缩了总体系统的生产成本。本系统最终经过了多方面的测试和发现问题后的不断改进完善，最终呈现出了很高的实用性，推向市场后将淘汰大量现有相关产品。
目录
引言 1
一、方案选择及元器件介绍 2
（一） 主控器的选取 2
（二）AT89C51型控制器介绍 3
（三）MQ9可燃气体浓度传感介绍 4
（四）ADC0832模数转换器芯片简介 4
（五）LCD1602液晶屏简介 5
（六）有源蜂鸣器介绍 5
二、硬件系统设计 6
（一）可燃气体浓度检测系统的硬件框图设计 6
（二）可燃气体浓度传感电路设计 7
（三）液晶屏电路设计 7
（四） 报警电路设计 8
二、软件系统设计 9
（一） 可燃气体浓度检测系统软件流程设计 9
（二） 模数转换流程设计 10
（三） 液晶屏显示流程设计 11
（四）报警电路工作流程设计 12
四、硬件测试 12
（一） 硬件测试 12
（二） 问题总结 13
总 结 13
参考文献 15
致 谢 16
附录一 原理图 17
附录二 PCB图 18
附录三 元件列表 19
附录四 程序 20
引言
本课题将要介绍一款采用单片机作为主控核心的可燃气体浓度检测控制系统，这类系统目前多是由微处理器核心模块、可燃气体检测传感器、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，
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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。可燃气体浓度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，它能够实现可燃气体检测的最基本功能，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可燃气体的浓度进行计算，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，因此可燃气体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，很快用于检测可燃气体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可燃气体浓度检测传感器，这些种类不同的可燃气体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可燃气体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可燃气体浓度的传感器。直到现如今，全球范围内最为先进的可燃气体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可燃气体浓度检测系统，这种控制系统相比于传统的检测方法，不但实现了可燃气体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，在这种可燃气体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。
目前国内外都已充分掌握了对于可燃气体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可燃气体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可燃气体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点式可燃气体检测与管理系统，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。
本次的毕业设计将在传统可燃气体浓度检测系统的发展基础上，设计出一款能够实现可燃气体浓度检测功能的智能可燃气体浓度检测控制系统，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，在课题结构上，第一章主要对可燃气体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；第五章主要在硬件电路的设计基础上，使用了Proteus 7.8仿真软件对可燃气体浓度检测控制系统进行了仿真优化，并将仿真结果通过图片方式进行了展现。
1）能实现51单片机最小系统的设计，实现对ADC0832模数转换器、液晶屏、MQ9可燃气体传感器以及报警器模块的驱动；
2）能实现51单片机对液晶屏的驱动，实现对可燃气体浓度、报警阀值等参数的显示；
3）通过MQ9可燃气体传感器实现对可燃气体浓度的快速准确检测，并通过ADC0832模数转换器实现对传感器输出电压的实时采集，并将采集结果传送给51单片机。
一、方案选择及元器件介绍
（一） 主控器的选取
对于主控器的选择主要结合了主控芯片性能、成本以及自身的使用经历等多方面因素，通过这些因素的权衡最终来决定本系统选用的主控器芯片，在进过了预期的筛选和对比后，最终选出了ATMEL公司的AT89C51单片机和德州仪器公司的TMS320F28335型DSP作为最终的考虑对象，由于这两款主控器芯片对于本文所设计的系统来说都具有足够的适合性，因此下面对这两款芯片分别作介绍。
如果选用ATMEL公司的AT89C51单片机来作为本文所设计系统的主控器芯片，那么将为本系统引入三大优势，首先在单片机的性能方面，由于这款单片机推向市场的时间较TMS320系列DSP来说要早三十年左右的时间，无论是学校图书馆还是网络上都遍布着大量的关于AT89C51单片机的学习资料以及各种开发过程中容易遇到的问题的解决方法，因此如果选用AT89C51单片机来作为主控器，那么能为本次毕业设计道路产出很大的障碍，对于毕业设计的顺利完成能够起到保驾护航的重大作用；而第二大优势更加重要，由于目前市面能够很容易买到直插封装的AT89C51单片机，这对于实物电路的PCB电路布局非常方便，不用单芯紧密的贴片形式引脚带来的难于焊接以及电路绘制等难题，而TMS320F28335芯片全是贴片封装，紧密排列的贴片引脚在100Pin以上，这需要耗费巨大的经历以及耐心才能绘制无误，非常不利于短暂的毕业设计的顺利完成；第三大优势是AT89C51单片机相对于TMS320F28335来说在成本上至少是后者的二十分之一，目前市面上AT89C51单片机的平均价格在3元每片左右，而TMS320F28335每片在60元以上，因此这对于构建高性价比的设计目标来说是非常不利的。
目录
引言 1
一、方案选择及元器件介绍 2
（一） 主控器的选取 2
（二）AT89C51型控制器介绍 3
（三）MQ9可燃气体浓度传感介绍 4
（四）ADC0832模数转换器芯片简介 4
（五）LCD1602液晶屏简介 5
（六）有源蜂鸣器介绍 5
二、硬件系统设计 6
（一）可燃气体浓度检测系统的硬件框图设计 6
（二）可燃气体浓度传感电路设计 7
（三）液晶屏电路设计 7
（四） 报警电路设计 8
二、软件系统设计 9
（一） 可燃气体浓度检测系统软件流程设计 9
（二） 模数转换流程设计 10
（三） 液晶屏显示流程设计 11
（四）报警电路工作流程设计 12
四、硬件测试 12
（一） 硬件测试 12
（二） 问题总结 13
总 结 13
参考文献 15
致 谢 16
附录一 原理图 17
附录二 PCB图 18
附录三 元件列表 19
附录四 程序 20
引言
本课题将要介绍一款采用单片机作为主控核心的可燃气体浓度检测控制系统，这类系统目前多是由微处理器核心模块、可燃气体检测传感器、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，
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
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。可燃气体浓度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，它能够实现可燃气体检测的最基本功能，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可燃气体的浓度进行计算，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，因此可燃气体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，很快用于检测可燃气体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可燃气体浓度检测传感器，这些种类不同的可燃气体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可燃气体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可燃气体浓度的传感器。直到现如今，全球范围内最为先进的可燃气体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可燃气体浓度检测系统，这种控制系统相比于传统的检测方法，不但实现了可燃气体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，在这种可燃气体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。
目前国内外都已充分掌握了对于可燃气体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可燃气体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可燃气体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点式可燃气体检测与管理系统，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。
本次的毕业设计将在传统可燃气体浓度检测系统的发展基础上，设计出一款能够实现可燃气体浓度检测功能的智能可燃气体浓度检测控制系统，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，在课题结构上，第一章主要对可燃气体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；第五章主要在硬件电路的设计基础上，使用了Proteus 7.8仿真软件对可燃气体浓度检测控制系统进行了仿真优化，并将仿真结果通过图片方式进行了展现。
1）能实现51单片机最小系统的设计，实现对ADC0832模数转换器、液晶屏、MQ9可燃气体传感器以及报警器模块的驱动；
2）能实现51单片机对液晶屏的驱动，实现对可燃气体浓度、报警阀值等参数的显示；
3）通过MQ9可燃气体传感器实现对可燃气体浓度的快速准确检测，并通过ADC0832模数转换器实现对传感器输出电压的实时采集，并将采集结果传送给51单片机。
一、方案选择及元器件介绍
（一） 主控器的选取
对于主控器的选择主要结合了主控芯片性能、成本以及自身的使用经历等多方面因素，通过这些因素的权衡最终来决定本系统选用的主控器芯片，在进过了预期的筛选和对比后，最终选出了ATMEL公司的AT89C51单片机和德州仪器公司的TMS320F28335型DSP作为最终的考虑对象，由于这两款主控器芯片对于本文所设计的系统来说都具有足够的适合性，因此下面对这两款芯片分别作介绍。
如果选用ATMEL公司的AT89C51单片机来作为本文所设计系统的主控器芯片，那么将为本系统引入三大优势，首先在单片机的性能方面，由于这款单片机推向市场的时间较TMS320系列DSP来说要早三十年左右的时间，无论是学校图书馆还是网络上都遍布着大量的关于AT89C51单片机的学习资料以及各种开发过程中容易遇到的问题的解决方法，因此如果选用AT89C51单片机来作为主控器，那么能为本次毕业设计道路产出很大的障碍，对于毕业设计的顺利完成能够起到保驾护航的重大作用；而第二大优势更加重要，由于目前市面能够很容易买到直插封装的AT89C51单片机，这对于实物电路的PCB电路布局非常方便，不用单芯紧密的贴片形式引脚带来的难于焊接以及电路绘制等难题，而TMS320F28335芯片全是贴片封装，紧密排列的贴片引脚在100Pin以上，这需要耗费巨大的经历以及耐心才能绘制无误，非常不利于短暂的毕业设计的顺利完成；第三大优势是AT89C51单片机相对于TMS320F28335来说在成本上至少是后者的二十分之一，目前市面上AT89C51单片机的平均价格在3元每片左右，而TMS320F28335每片在60元以上，因此这对于构建高性价比的设计目标来说是非常不利的。
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