天然气泄漏系统的设计与实现【字数：8861】
摘 要为避免出现天然气泄漏情况的危害，本系统设计研究了天然气泄漏系统，系统采用51系列单片机中的STC89C52作为整个系统的中心控制芯片，采用MQ2气体传感器对天然气的泄漏情况实时检测，DS18B20温度传感器对周围温度实时检测，检测到的天然气及温度可通过LCD1602液晶显示屏实时显示，用户可通过按键来分别设置两种气体浓度的上限值，气体及温度的状态通过LED灯来表示，并在天然气和温度同时过高时发出声光报警。该系统可实时检测天然气的泄漏情况，在天然气及温度正常及超标情况下可通过显示屏及LED灯实时显示，可准确可靠的发现天然气的泄漏程度，检测原理简单，系统具有易于操作、维护简单等优点，可及时防止天然气爆炸出现的爆炸和中毒情况的发生。
目 录
一 、绪论 1
（一）课题研究背景及意义 1
（二） 本文研究内容及章节安排 1
二、 总体方案设计与选择 2
（一）系统总体方案设计 2
（二） 元器件的对比与选择 2
1. 主控芯片 2
2. 主控单片机 2
3. 显示模块 3
4. 按键模块 3
5. 气体检测模块 5
6. 温度检测模块 4
三、 系统电路设计 5
（一） 单片机最小系统设计 5
（二） DS18B20温度检测电路设计 6
（三） MQ2气体检测电路设计 6
1. MQ2传感器电路设计 6
2 . ADC0832采集电路设计 7
（四） 按键电路设计 7
四、 软件设计 8
（一 ）系统主程序设计 8
（二） 系统子程序设计 9
1. 按键程序设计 9
2. 显示程序设计 9
3.温度检测程序设计 10
五、 系统调试 11
(一)软件调试 12
（二） 硬件调试 13
总结 17
致谢 18
参考文献19
附录I20
附录II21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
附录III.22
附录IV.27
一 、绪论
（一） 课题研究背景及意义
天然气作为一种新型的清洁型能源逐渐走入人们的家庭生活，不仅给人们的生活带来了便利，更为城市的清洁做了很大的贡献，随着天然气的广泛使用，人们的生活质量和环境质量都得到了提高。但是天然气在使用的过程中也存在着一些安全隐患，如果天然气出现泄漏情况非常容易爆炸，危及到人们的生命及财产安全。天然气泄漏所造成的重大事故给我们敲响了警钟，如何有效的防止和遏制天然气泄漏，制作出更加精确的天然气报警器成为一个重要的话题。有效的天然气泄漏检测报警器可以有效的防止天然气泄漏事故的发生。
随着单片机的日益普及，在电子产品中的应用越来越广泛，而天然气泄漏的检测人们生活中需要测量和控制的重要问题。单片机的使用在现代人们的生活、科学研究、及工作都带来了巨大的方便。为防止中毒以及爆炸事件的发生，采用以单片机为主控芯片制作研究的天然气泄漏检测装置成为预防此类事件的重要对策，可满足人们的迫切需求。
本系统所研究的天然气泄漏检测系统恰恰迎合了人们对于天然气检测的需求，可精确的检测出天然气是否出现泄漏情况，并及时发出声光报警，使人们及时采取有效措施。因此对于人们的生命及财产安全、天然气泄漏报警系统的发展都有着重大意义。
（二） 本文研究内容及章节安排
本文主要研究的是一种可以准确检测天然气的泄漏情况、温度的天然气泄漏检测的装置，主要对系统的功能、软件部分、硬件设计都做了详细的介绍，论文的具体章节安排如下所示：
第一章是绪论，主要对天然气泄漏检测系统的研究背景、研究意义、论文的研究内容和章节如何安排做阐述，为其余章节做铺垫。
第二章是系统的方案设计，主要对系统的硬件结构组成做了详细的说明，并绘制系统结构图，通过对元器件特性、性价比、功能等各方面条件的可对比，选择出最佳元器件方案。
第三章为系统的电路设计，主要对系统的各电路做详细的介绍，每个电路如何连接做了详细的说明。
第四章为系统的软件设计，主要对系统的主程序如何设计、各模块子程序如何设计做了简要介绍，并根据主程序的流程绘制出主程序流程图，各模块的工作流程绘制出子程序流程图。
第五章为系统的测试，在完成系统的硬件设计及软件设计后，可对实物的功能进行测试并将实物的演示步骤拍照记录，系统调试成功。
第六章为总结，主要对系统完成了哪些功能进行总结并对存在的问题、不足及可扩展的功能进行展望。
二、总体方案设计与选择
（一）系统总体方案设计
本系统为以单片机作为中心控制芯片的天然气泄漏系统，系统主要由单片机作为主控制单元，辅助的模块有电源模块、气体检测模块、温度检测模块、有害气体检测模块、按键模块、报警模块、显示模块。系统的总体框图如图21所示。
图21 系统总体框图
（二） 元器件的对比与选择
1. 主控芯片
方案一：FPGA的开发与传统的单片机、PC机相比较有着很多的不同。对于FPGA的开发，主要以运算的方式为主，采用硬件来实现对语言的描述。相对于个各结构的单片机、PC机，在开发必须从顶层设计、软硬件的调试、逻辑实现等多方面着手，开发入门非常困难。
方案二：单片机是一种常见的主控制芯片，与其它芯片相比，单片机的体积小、功耗低、使用更为方便、控制力强，这些优点促使单片机成为仪器、仪表、现代通信设备等多方面的主控芯片，运用非常广泛。单片机可以方便的与计算机实现数据的互相通信，且单片机编程较为简单，支持C语言、汇编等多种语言，入门简单，且具有超高性价比。
通过对比，单片机入门容易，编程简单，FPGA开发极为复杂，不容易开发，因此通过对比选择单片机作为系统的主控芯片。
2.主控单片机
方案一：STM32F103C8T6单片机属于ARM内核版本的单片机，有32位的闪存，运行及工作的速度都很快，接口较为简单，具有实时性、高性能、功耗低、所需电压低的优点，单片机具有很强的集成性，开发更为简单，STM32F103C8T6单片机采用是内核为ARM CORTEXM，外设也属于一流水平，功耗和集成度方面也有着不俗的一面，但是开发难度较大，不适用于单片机初学者使用。
方案二：STC89C52单片机作为AT系列单片机的升级款，依然继承了51系列单片机的低功耗特点，是一款高性能的微控制器，其内部的FLASH有8K字节，可供使用者编程。单片机延续了经典的MCS51内核，但是也在传统的51系列单片机的基础上做了较大的功能提升，因此运算速度更快、编程更为灵活，解决方案更为有效。单片机编程简单，较容易入门，且性能强大，非常适用于单片机初学者入门开发。
目 录
一 、绪论 1
（一）课题研究背景及意义 1
（二） 本文研究内容及章节安排 1
二、 总体方案设计与选择 2
（一）系统总体方案设计 2
（二） 元器件的对比与选择 2
1. 主控芯片 2
2. 主控单片机 2
3. 显示模块 3
4. 按键模块 3
5. 气体检测模块 5
6. 温度检测模块 4
三、 系统电路设计 5
（一） 单片机最小系统设计 5
（二） DS18B20温度检测电路设计 6
（三） MQ2气体检测电路设计 6
1. MQ2传感器电路设计 6
2 . ADC0832采集电路设计 7
（四） 按键电路设计 7
四、 软件设计 8
（一 ）系统主程序设计 8
（二） 系统子程序设计 9
1. 按键程序设计 9
2. 显示程序设计 9
3.温度检测程序设计 10
五、 系统调试 11
(一)软件调试 12
（二） 硬件调试 13
总结 17
致谢 18
参考文献19
附录I20
附录II21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
附录III.22
附录IV.27
一 、绪论
（一） 课题研究背景及意义
天然气作为一种新型的清洁型能源逐渐走入人们的家庭生活，不仅给人们的生活带来了便利，更为城市的清洁做了很大的贡献，随着天然气的广泛使用，人们的生活质量和环境质量都得到了提高。但是天然气在使用的过程中也存在着一些安全隐患，如果天然气出现泄漏情况非常容易爆炸，危及到人们的生命及财产安全。天然气泄漏所造成的重大事故给我们敲响了警钟，如何有效的防止和遏制天然气泄漏，制作出更加精确的天然气报警器成为一个重要的话题。有效的天然气泄漏检测报警器可以有效的防止天然气泄漏事故的发生。
随着单片机的日益普及，在电子产品中的应用越来越广泛，而天然气泄漏的检测人们生活中需要测量和控制的重要问题。单片机的使用在现代人们的生活、科学研究、及工作都带来了巨大的方便。为防止中毒以及爆炸事件的发生，采用以单片机为主控芯片制作研究的天然气泄漏检测装置成为预防此类事件的重要对策，可满足人们的迫切需求。
本系统所研究的天然气泄漏检测系统恰恰迎合了人们对于天然气检测的需求，可精确的检测出天然气是否出现泄漏情况，并及时发出声光报警，使人们及时采取有效措施。因此对于人们的生命及财产安全、天然气泄漏报警系统的发展都有着重大意义。
（二） 本文研究内容及章节安排
本文主要研究的是一种可以准确检测天然气的泄漏情况、温度的天然气泄漏检测的装置，主要对系统的功能、软件部分、硬件设计都做了详细的介绍，论文的具体章节安排如下所示：
第一章是绪论，主要对天然气泄漏检测系统的研究背景、研究意义、论文的研究内容和章节如何安排做阐述，为其余章节做铺垫。
第二章是系统的方案设计，主要对系统的硬件结构组成做了详细的说明，并绘制系统结构图，通过对元器件特性、性价比、功能等各方面条件的可对比，选择出最佳元器件方案。
第三章为系统的电路设计，主要对系统的各电路做详细的介绍，每个电路如何连接做了详细的说明。
第四章为系统的软件设计，主要对系统的主程序如何设计、各模块子程序如何设计做了简要介绍，并根据主程序的流程绘制出主程序流程图，各模块的工作流程绘制出子程序流程图。
第五章为系统的测试，在完成系统的硬件设计及软件设计后，可对实物的功能进行测试并将实物的演示步骤拍照记录，系统调试成功。
第六章为总结，主要对系统完成了哪些功能进行总结并对存在的问题、不足及可扩展的功能进行展望。
二、总体方案设计与选择
（一）系统总体方案设计
本系统为以单片机作为中心控制芯片的天然气泄漏系统，系统主要由单片机作为主控制单元，辅助的模块有电源模块、气体检测模块、温度检测模块、有害气体检测模块、按键模块、报警模块、显示模块。系统的总体框图如图21所示。
图21 系统总体框图
（二） 元器件的对比与选择
1. 主控芯片
方案一：FPGA的开发与传统的单片机、PC机相比较有着很多的不同。对于FPGA的开发，主要以运算的方式为主，采用硬件来实现对语言的描述。相对于个各结构的单片机、PC机，在开发必须从顶层设计、软硬件的调试、逻辑实现等多方面着手，开发入门非常困难。
方案二：单片机是一种常见的主控制芯片，与其它芯片相比，单片机的体积小、功耗低、使用更为方便、控制力强，这些优点促使单片机成为仪器、仪表、现代通信设备等多方面的主控芯片，运用非常广泛。单片机可以方便的与计算机实现数据的互相通信，且单片机编程较为简单，支持C语言、汇编等多种语言，入门简单，且具有超高性价比。
通过对比，单片机入门容易，编程简单，FPGA开发极为复杂，不容易开发，因此通过对比选择单片机作为系统的主控芯片。
2.主控单片机
方案一：STM32F103C8T6单片机属于ARM内核版本的单片机，有32位的闪存，运行及工作的速度都很快，接口较为简单，具有实时性、高性能、功耗低、所需电压低的优点，单片机具有很强的集成性，开发更为简单，STM32F103C8T6单片机采用是内核为ARM CORTEXM，外设也属于一流水平，功耗和集成度方面也有着不俗的一面，但是开发难度较大，不适用于单片机初学者使用。
方案二：STC89C52单片机作为AT系列单片机的升级款，依然继承了51系列单片机的低功耗特点，是一款高性能的微控制器，其内部的FLASH有8K字节，可供使用者编程。单片机延续了经典的MCS51内核，但是也在传统的51系列单片机的基础上做了较大的功能提升，因此运算速度更快、编程更为灵活，解决方案更为有效。单片机编程简单，较容易入门，且性能强大，非常适用于单片机初学者入门开发。
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