stm32f103的天然气泄漏报警系统设计
摘 要本课题设计了一款能够实现泄漏的天然气浓度自动检测的手持仪器，并具有天然气浓度超标时自动报警的功能。将主要结合当前天然气浓度检测系统的研究现状，选用在32位机中最经典的STM32F103单片机作为主控核心，片外配合复位电路以及晶振电路组成了最小系统，MQ-5天然气传感器、蜂鸣器模块、液晶屏等模块构成了本系统的硬件结构。系统在硬件上主要由单片机最小系统和LCD1602液晶显示电路、模拟电压采集电路、MQ-5传感器电路和蜂鸣器电路等必要电路组成，在软件程序上主要由主程序以及各模块的控制子程序组成，通过多个方面多个角度的测试后知道这款系统不但系统内部运行稳定与此同时非常流畅，在人机交互体验感方面亦具有很好的效果。
目录
一、 引言 1
（一） 天然气泄漏报警系统的发展背景 1
（二） 天然气泄漏报警系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 天然气泄漏报警系统的方案设计 3
（二） STM32F103型ARM处理器芯片简介 3
（三） MQ5天然气传感器简介 4
（四） 液晶显示屏模块简介 4
（五） 有源蜂鸣器简介 5
三、 系统硬件设计 6
（一） 最小系统电路设计 6
1. 复位电路构建 6
2. 时钟电路设计 6
（二） 天然气气体检测电路设计 6
（三） 安全报警电路设计 7
（四） 泄漏数据显示电路设计 8
（五） 安全值设置电路设计 9
四、 系统软件设计 11
（一） 天然气泄漏报警系统的主程序流程设计 11
（二） 天然气气体检测流程设计 12
（三） 安全报警流程设计 13
（四） 泄漏数据显示流程设计 14
（五） 按键检测流程设计 14
五、 仿真系统设计 16
总结 20
参考文献 21
致 谢 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
三 元件列表 25
引言
天然气泄漏报警系统的发展背景
近年来高速壮大的多传感器化技术使得传感器技术正在迈向新的历史时期，本次论文涉及到的天然气泄漏报警系统也和这项技术的发展息息相关，在表面上看来这项技术主要实现的工作是把多个不同类型的传感器在相同系统中进行并行应用，以此获取多个检测到的数据，其实不然，这不仅仅是数目上的增加，这款器件的主要亮点在于从多种不同类型的数据中进行互相融合从而衍生出对更高层信息的提取和判断。本论文所要研发的这种类型的天然气泄漏报警系统是基于传感器来完成的，近年来传感器件正在由传统型向新型发展，由于智能传感器是天然气泄漏报警系统甚至是各个电子系统都要使用到的器件，它是控制系统获取外界信号的首要部件，因此传感器效果的高低以及应用技巧直接关系到整个系统的效果，总体数字化、微型化和高精度化是智能传感器未来的发展方向。过去选用非智能方式设计的天然气泄漏报警系统在应用方面非常不方便，由于不能通过软件代码实现完全的自动化，所以在使用过程中常常所需要耗费大量的人力物力来对正在工作状态的系统进行监护，这种应用方式相对于现在的嵌入式天然气泄漏报警系统来说是非常不便的，很容易触及到其性能瓶颈。近些年迅速崛起的无线网络技术更加给该天然气泄漏报警系统的发展注入了新鲜的源泉，该技术最后也实现了嵌入式，即为将无线网络技术放在嵌入式系统中使用，使嵌入式天然气泄漏报警系统具备了无线通信的性能，ZigBee、蓝牙和GPRS等技术的普及，使得多个天然气泄漏报警系统相互之间实现了信号互补使用，这也非常迎合了现如今数据处理技术正向信息处理技术过渡的趋势，即通过多种渠道为系统获取尽可能多的数据，从这些信号中整合出有效的信息进行判别并且加以利用，这是从数据层到信息层的转变，天然气泄漏报警系统未来也会向此目标发展。这次毕业设计将以基于凌渡单片机的天然气泄漏报警系统作为预期目标，把通过凌渡单片机最小系统的建立，实现对周围传感器件、液晶显示屏、按键和其它功能电路的驱动，对天然气泄漏报警系统的每一个任务指标进行实现。
天然气泄漏报警系统的国内外发展现状
国内外很多企业和大型半导体公司都有对天然气泄漏报警系统的研发，其中美国的亚德诺和德州仪器都有发布的用于设计天然气泄漏报警系统的集成芯片，因为如今这部分芯片只被少部分应用，所以芯片尚不能获得普及从而价格迟迟下不来，而国内某些公司也开始着手对这种芯片的研究和设计。比较了现如今市面上中低高端三个不同档次的天然气泄漏报警系统产品的成本来看，高端档次和中低端的系统在价格方面差距较大，通过对资料文献的查阅可以发现，这这其中主要的原因不外乎在于推出天然气泄漏报警系统的重要技术只掌握在少部分企业手中。为打破这一局面，越来越多的工程师开始了对天然气泄漏报警系统的研究，好多研究者考虑更换更高性能的微处理器，替换掉之前的低端控制器，由于这是重要部分，所以这个办法取得了很大成果。
本文主要研究内容
这次论文主要对一种天然气泄漏报警系统进行了研发和配置，选用了STM32F103单片机来当作这个电子系统的主控器件而且结合其它的功能模块实现了其一切性能和效果，下列为本课题将要配置的内容和效果。
设计内容：
选用意法半导体公司研发的32位微处理器STM32F103作为主控，实现一款天然气报警系统，并通过该微处理器实现对程序代码的执行和各模块的驱动控制。
选用目前市面上常用的天然气检测传感器，对其开发资料进行研究，设计出一款能够对天然气气体具有高灵敏度并且对其他气体对于抑制作用的电路。
选用一种具有高清晰度的液晶显示器来作为天然气泄漏检测系统的显示屏，在微处理器的驱动下实现对各项参数的显示。
选用一种具有明显报警效果的报警模块，能够实现当出现天然气泄露浓度超过一定标准后进行响亮报警的效果，提示用户赶紧进行处理，防止意外发生。
实现功能：
1）能够实现对空气中天然气浓度的快速检测，检测精度不低于10ppm。
2）能够实现对天然气浓度的显示，显示内容要包括常见的字符，并且刷新速度较高。
3）能够实现报警功能，当出现泄露浓度超过安全阀值时立即启动报警器。
4）能够对安全阀值进行设置。
方案设计及元器件选择
天然气泄漏报警系统的方案设计
目录
一、 引言 1
（一） 天然气泄漏报警系统的发展背景 1
（二） 天然气泄漏报警系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 天然气泄漏报警系统的方案设计 3
（二） STM32F103型ARM处理器芯片简介 3
（三） MQ5天然气传感器简介 4
（四） 液晶显示屏模块简介 4
（五） 有源蜂鸣器简介 5
三、 系统硬件设计 6
（一） 最小系统电路设计 6
1. 复位电路构建 6
2. 时钟电路设计 6
（二） 天然气气体检测电路设计 6
（三） 安全报警电路设计 7
（四） 泄漏数据显示电路设计 8
（五） 安全值设置电路设计 9
四、 系统软件设计 11
（一） 天然气泄漏报警系统的主程序流程设计 11
（二） 天然气气体检测流程设计 12
（三） 安全报警流程设计 13
（四） 泄漏数据显示流程设计 14
（五） 按键检测流程设计 14
五、 仿真系统设计 16
总结 20
参考文献 21
致 谢 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
三 元件列表 25
引言
天然气泄漏报警系统的发展背景
近年来高速壮大的多传感器化技术使得传感器技术正在迈向新的历史时期，本次论文涉及到的天然气泄漏报警系统也和这项技术的发展息息相关，在表面上看来这项技术主要实现的工作是把多个不同类型的传感器在相同系统中进行并行应用，以此获取多个检测到的数据，其实不然，这不仅仅是数目上的增加，这款器件的主要亮点在于从多种不同类型的数据中进行互相融合从而衍生出对更高层信息的提取和判断。本论文所要研发的这种类型的天然气泄漏报警系统是基于传感器来完成的，近年来传感器件正在由传统型向新型发展，由于智能传感器是天然气泄漏报警系统甚至是各个电子系统都要使用到的器件，它是控制系统获取外界信号的首要部件，因此传感器效果的高低以及应用技巧直接关系到整个系统的效果，总体数字化、微型化和高精度化是智能传感器未来的发展方向。过去选用非智能方式设计的天然气泄漏报警系统在应用方面非常不方便，由于不能通过软件代码实现完全的自动化，所以在使用过程中常常所需要耗费大量的人力物力来对正在工作状态的系统进行监护，这种应用方式相对于现在的嵌入式天然气泄漏报警系统来说是非常不便的，很容易触及到其性能瓶颈。近些年迅速崛起的无线网络技术更加给该天然气泄漏报警系统的发展注入了新鲜的源泉，该技术最后也实现了嵌入式，即为将无线网络技术放在嵌入式系统中使用，使嵌入式天然气泄漏报警系统具备了无线通信的性能，ZigBee、蓝牙和GPRS等技术的普及，使得多个天然气泄漏报警系统相互之间实现了信号互补使用，这也非常迎合了现如今数据处理技术正向信息处理技术过渡的趋势，即通过多种渠道为系统获取尽可能多的数据，从这些信号中整合出有效的信息进行判别并且加以利用，这是从数据层到信息层的转变，天然气泄漏报警系统未来也会向此目标发展。这次毕业设计将以基于凌渡单片机的天然气泄漏报警系统作为预期目标，把通过凌渡单片机最小系统的建立，实现对周围传感器件、液晶显示屏、按键和其它功能电路的驱动，对天然气泄漏报警系统的每一个任务指标进行实现。
天然气泄漏报警系统的国内外发展现状
国内外很多企业和大型半导体公司都有对天然气泄漏报警系统的研发，其中美国的亚德诺和德州仪器都有发布的用于设计天然气泄漏报警系统的集成芯片，因为如今这部分芯片只被少部分应用，所以芯片尚不能获得普及从而价格迟迟下不来，而国内某些公司也开始着手对这种芯片的研究和设计。比较了现如今市面上中低高端三个不同档次的天然气泄漏报警系统产品的成本来看，高端档次和中低端的系统在价格方面差距较大，通过对资料文献的查阅可以发现，这这其中主要的原因不外乎在于推出天然气泄漏报警系统的重要技术只掌握在少部分企业手中。为打破这一局面，越来越多的工程师开始了对天然气泄漏报警系统的研究，好多研究者考虑更换更高性能的微处理器，替换掉之前的低端控制器，由于这是重要部分，所以这个办法取得了很大成果。
本文主要研究内容
这次论文主要对一种天然气泄漏报警系统进行了研发和配置，选用了STM32F103单片机来当作这个电子系统的主控器件而且结合其它的功能模块实现了其一切性能和效果，下列为本课题将要配置的内容和效果。
设计内容：
选用意法半导体公司研发的32位微处理器STM32F103作为主控，实现一款天然气报警系统，并通过该微处理器实现对程序代码的执行和各模块的驱动控制。
选用目前市面上常用的天然气检测传感器，对其开发资料进行研究，设计出一款能够对天然气气体具有高灵敏度并且对其他气体对于抑制作用的电路。
选用一种具有高清晰度的液晶显示器来作为天然气泄漏检测系统的显示屏，在微处理器的驱动下实现对各项参数的显示。
选用一种具有明显报警效果的报警模块，能够实现当出现天然气泄露浓度超过一定标准后进行响亮报警的效果，提示用户赶紧进行处理，防止意外发生。
实现功能：
1）能够实现对空气中天然气浓度的快速检测，检测精度不低于10ppm。
2）能够实现对天然气浓度的显示，显示内容要包括常见的字符，并且刷新速度较高。
3）能够实现报警功能，当出现泄露浓度超过安全阀值时立即启动报警器。
4）能够对安全阀值进行设置。
方案设计及元器件选择
天然气泄漏报警系统的方案设计
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