单片机的CO报警器的设计
目 录
引言 1
一、系统整体设计 1
二、系统主要元器件 2
（一）主控芯片AT89S52 2
（二）传感器 3
（三）模数转换器 3
（四）数据显示元器件 4
三、系统硬件设计 4
（一）核心控制电路 5
（二）声光报警设计 5
（三）数码管显示电路 6
（四）键盘电路 7
（五）模数转换 8
四、系统软件设计 8
（一）主程序 8
（二）信号转换 9
（三）按键扫描 9
（四）数据显示 11
五、系统仿真 12
总结 16
致 谢 18
附录一 19
附录二 系统原理图 26
附录三 PCB布局图 27
引言
随着科技的飞速发展，非常多的污染问题在人们的生活中产生。为了减少一些对人们有害的气体的产生，严格监测环境中有害气体的浓度，就必须采用先进的安全检测仪器，以便快速发现防止出现意外。所以对有害气体检测方法的研制就成为传感器技术方面的一个重要课题。
在日常生活中越来越大的家庭开始使用煤气作为燃料，使用方便的同时也存在着一些危险因素。做饭之后忘记关掉煤气以及平时的煤气泄漏而造成煤气泄漏使人一氧化碳中毒，给人们的生命财产带来了极大的危害，为了减少此类事故的发生，CO报警器的设计和推广有着积极的现实意义。
一、系统整体设计
早期出现的气体检测装置就是单纯的的使用传感器进行检测，然后通过模拟电路的形式进行数据分析，这种电路的弊端是硬件设计相对复杂，而且精度不够。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
本文所设计的CO报警器，采用的是现在电子产品中常用的51型单片机作为主控芯片，这样就大大简化了硬件电路的设计，而且提高了系统工作的稳定性。我最初设计的这个系统能够实现的功能简述如下：
1、系统能够通过CO传感器实时检测环境中的气体浓度；
2、使用ADC0832模数转换器将传感器采集到的浓度模拟信号转换为单片机可以识别的数字信号，并实时传输给单片机；
3、使用数码管进行当前CO浓度等级值的显示；
4、为了适应不同的使用要求，报警的CO浓度等级值应能够手动调整；
5、当有危险发生是，能够通过声光报警的形式进行提醒。
为了实现上述功能，我简要绘制了系统的设计框图，如下图所示。这个系统我共设置了四个模块，首先就是单片机的控制部分，实现系统的整体控制功能，采用的是我们课程中学习到的51系列单片机，然后就是气体浓度采集部分,我使用的是MQ-7型专用CO传感器,这是一个电阻型的传感器,检测到CO气体浓度变化时,它的阻值会发生变化,这种模拟信号无法直接传输给单片机,所以我选择使用了一片模数转换器,将这种模拟量转换为单片机可以识别的数字信号。其次就是用于输入报警浓度值的键盘电路，通过这个电路可以手动设置CO气体的报警浓度值。单片机将接收到的CO浓度信息处理完毕后通过显示器件进行数据显示，这样也给人一种非常直观的感觉。最后就是报警部分了，出现危险情况时，启动这部分报警电路，这里我使用的是声光报警的形式，比传统的声音报警更加直接有效。
图1 硬件连接框图
二、系统主要元器件
（一）主控芯片AT89S52
51单片机在我的大学课程中涉及到，所以在这个设计中我选择使用了51系列单片机，具体的单片机型号为AT89S52型，它是ATML公司生产的，具有很高的集成性，而且价格不贵，是一款性价比比较高的单片机，而且这个单片机的功耗很低，适合于电池供电的微功耗产品。单片机内置了4组I/O口，分别是P0，P1，P2，P3，能够满足我这个设计的需求。它的供电范围比较广泛，推荐的供电电压为5V，而我这个设计使用的供电电源是单片机的USB口，USB口供电电压是DC5V，符合这个单片机的供电要求。单片机内部内置了2个计时器/定时器，在程序编写时非常的方便。它的各引脚定义如下图所示：
图2 单片机引脚图
这个单片机的特点总结如下：
内置了51单片机的所有程序模块，能够直接调用内置的函数
提供的程序存储空间为8K，比C51型号的单片机存储空间大了4K，能够满足一般产品设计的要求
单片机耐用性及工作稳定性好，可以多次进行程序刷写
为了防止盗取程序代码的行为，程序刷写后能够自动加密，有效防止了盗取程序的行为
系统内部提供了两个定时/计数器
它的耗电量非常低，能够满足微功耗产品的要求
（二）传感器
本CO浓度检测仪的核心是CO浓度传感器。本次CO报警器采用的是MQ-7型CO浓度传感器，它的特点有：响应快速；寿命长和稳定性好；驱动回路简单。
MQ-7传感器的封装简单，有六个焊接引脚，其中两个（F-F）是给传感器供电的电源引脚，不分正负极，建议的加热电压为DC5V，直接使用这个设计的供电电源就行，传感器加电后需要先进行预热，然后可以正常工作，一般的预热时间为3分钟。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中f为加热电极，（A,A）/(B,B)为测试用电极，A和A导通，B和B导通，加热电流。其结构及外形如图3所示。
图3 MQ7 的结构和外形
（三）模数转换器
这个芯片在电子产品中经常被采用，它的引脚封装比较小，是8个引脚，有插件和贴片两种形式，在这个设计中我使用的是插件形式的，主要了方便焊接，它提供了两路模数转换通道，可以进行通道切换，设计中我使用的是CHO通道，供电电压为5V供电。
这个芯片的引脚排列以及各引脚的定义如下图所示：
图4 ADC0832引脚定义
芯片的接口说明如下：
CS_ 片选使能，低电平芯片使能。
CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。
CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。
GND 芯片参考0 电位（地）。
DI 数据信号输入，选择通道控制。
DO 数据信号输出，转换数据输出。
CLK 芯片时钟输入。
Vcc 电源输入及参考电压输入（复用）。
（四）数据显示元器件
日常我们所见的显示器件一般就是液晶屏,数码管,点阵显示屏。液晶屏能够显示比较复杂的字符，耗电量低，但是它也有一定的缺点，就是能见度比较低，而且硬件连接相对复杂，造价高。点阵显示屏一般用于大型的广场或者公共场合用于信息宣传时采用的显示器件，一般体积比较大，可视性好。我设计的这个CO报警器需要显示的信息是当前环境中CO的浓度等级，以及在进行键盘调整报警浓度等级时的数据显示，需要显示的数据量比较少，都是一些简单的数字以及字符，但是这个器件需要的能见度要稍高些，所以我最终选择使用了数码管用于数据的显示。选择的是四位一体的共阳型数码管，每位数码管实际上是由8个发光二极管组成的，每一个发光二极管构成8字的一个段，给这8个段发送一定的数据时，对应的数据码段就会被点亮。
引言 1
一、系统整体设计 1
二、系统主要元器件 2
（一）主控芯片AT89S52 2
（二）传感器 3
（三）模数转换器 3
（四）数据显示元器件 4
三、系统硬件设计 4
（一）核心控制电路 5
（二）声光报警设计 5
（三）数码管显示电路 6
（四）键盘电路 7
（五）模数转换 8
四、系统软件设计 8
（一）主程序 8
（二）信号转换 9
（三）按键扫描 9
（四）数据显示 11
五、系统仿真 12
总结 16
致 谢 18
附录一 19
附录二 系统原理图 26
附录三 PCB布局图 27
引言
随着科技的飞速发展，非常多的污染问题在人们的生活中产生。为了减少一些对人们有害的气体的产生，严格监测环境中有害气体的浓度，就必须采用先进的安全检测仪器，以便快速发现防止出现意外。所以对有害气体检测方法的研制就成为传感器技术方面的一个重要课题。
在日常生活中越来越大的家庭开始使用煤气作为燃料，使用方便的同时也存在着一些危险因素。做饭之后忘记关掉煤气以及平时的煤气泄漏而造成煤气泄漏使人一氧化碳中毒，给人们的生命财产带来了极大的危害，为了减少此类事故的发生，CO报警器的设计和推广有着积极的现实意义。
一、系统整体设计
早期出现的气体检测装置就是单纯的的使用传感器进行检测，然后通过模拟电路的形式进行数据分析，这种电路的弊端是硬件设计相对复杂，而且精度不够。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
本文所设计的CO报警器，采用的是现在电子产品中常用的51型单片机作为主控芯片，这样就大大简化了硬件电路的设计，而且提高了系统工作的稳定性。我最初设计的这个系统能够实现的功能简述如下：
1、系统能够通过CO传感器实时检测环境中的气体浓度；
2、使用ADC0832模数转换器将传感器采集到的浓度模拟信号转换为单片机可以识别的数字信号，并实时传输给单片机；
3、使用数码管进行当前CO浓度等级值的显示；
4、为了适应不同的使用要求，报警的CO浓度等级值应能够手动调整；
5、当有危险发生是，能够通过声光报警的形式进行提醒。
为了实现上述功能，我简要绘制了系统的设计框图，如下图所示。这个系统我共设置了四个模块，首先就是单片机的控制部分，实现系统的整体控制功能，采用的是我们课程中学习到的51系列单片机，然后就是气体浓度采集部分,我使用的是MQ-7型专用CO传感器,这是一个电阻型的传感器,检测到CO气体浓度变化时,它的阻值会发生变化,这种模拟信号无法直接传输给单片机,所以我选择使用了一片模数转换器,将这种模拟量转换为单片机可以识别的数字信号。其次就是用于输入报警浓度值的键盘电路，通过这个电路可以手动设置CO气体的报警浓度值。单片机将接收到的CO浓度信息处理完毕后通过显示器件进行数据显示，这样也给人一种非常直观的感觉。最后就是报警部分了，出现危险情况时，启动这部分报警电路，这里我使用的是声光报警的形式，比传统的声音报警更加直接有效。
图1 硬件连接框图
二、系统主要元器件
（一）主控芯片AT89S52
51单片机在我的大学课程中涉及到，所以在这个设计中我选择使用了51系列单片机，具体的单片机型号为AT89S52型，它是ATML公司生产的，具有很高的集成性，而且价格不贵，是一款性价比比较高的单片机，而且这个单片机的功耗很低，适合于电池供电的微功耗产品。单片机内置了4组I/O口，分别是P0，P1，P2，P3，能够满足我这个设计的需求。它的供电范围比较广泛，推荐的供电电压为5V，而我这个设计使用的供电电源是单片机的USB口，USB口供电电压是DC5V，符合这个单片机的供电要求。单片机内部内置了2个计时器/定时器，在程序编写时非常的方便。它的各引脚定义如下图所示：
图2 单片机引脚图
这个单片机的特点总结如下：
内置了51单片机的所有程序模块，能够直接调用内置的函数
提供的程序存储空间为8K，比C51型号的单片机存储空间大了4K，能够满足一般产品设计的要求
单片机耐用性及工作稳定性好，可以多次进行程序刷写
为了防止盗取程序代码的行为，程序刷写后能够自动加密，有效防止了盗取程序的行为
系统内部提供了两个定时/计数器
它的耗电量非常低，能够满足微功耗产品的要求
（二）传感器
本CO浓度检测仪的核心是CO浓度传感器。本次CO报警器采用的是MQ-7型CO浓度传感器，它的特点有：响应快速；寿命长和稳定性好；驱动回路简单。
MQ-7传感器的封装简单，有六个焊接引脚，其中两个（F-F）是给传感器供电的电源引脚，不分正负极，建议的加热电压为DC5V，直接使用这个设计的供电电源就行，传感器加电后需要先进行预热，然后可以正常工作，一般的预热时间为3分钟。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中f为加热电极，（A,A）/(B,B)为测试用电极，A和A导通，B和B导通，加热电流。其结构及外形如图3所示。
图3 MQ7 的结构和外形
（三）模数转换器
这个芯片在电子产品中经常被采用，它的引脚封装比较小，是8个引脚，有插件和贴片两种形式，在这个设计中我使用的是插件形式的，主要了方便焊接，它提供了两路模数转换通道，可以进行通道切换，设计中我使用的是CHO通道，供电电压为5V供电。
这个芯片的引脚排列以及各引脚的定义如下图所示：
图4 ADC0832引脚定义
芯片的接口说明如下：
CS_ 片选使能，低电平芯片使能。
CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。
CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。
GND 芯片参考0 电位（地）。
DI 数据信号输入，选择通道控制。
DO 数据信号输出，转换数据输出。
CLK 芯片时钟输入。
Vcc 电源输入及参考电压输入（复用）。
（四）数据显示元器件
日常我们所见的显示器件一般就是液晶屏,数码管,点阵显示屏。液晶屏能够显示比较复杂的字符，耗电量低，但是它也有一定的缺点，就是能见度比较低，而且硬件连接相对复杂，造价高。点阵显示屏一般用于大型的广场或者公共场合用于信息宣传时采用的显示器件，一般体积比较大，可视性好。我设计的这个CO报警器需要显示的信息是当前环境中CO的浓度等级，以及在进行键盘调整报警浓度等级时的数据显示，需要显示的数据量比较少，都是一些简单的数字以及字符，但是这个器件需要的能见度要稍高些，所以我最终选择使用了数码管用于数据的显示。选择的是四位一体的共阳型数码管，每位数码管实际上是由8个发光二极管组成的，每一个发光二极管构成8字的一个段，给这8个段发送一定的数据时，对应的数据码段就会被点亮。
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