单片机的甲烷检测控制系统设计
摘 要本文以甲烷检测控制系统为研究核心，经过了资料查阅、器件对比选择、软硬件设计以及调试等过程，最终设计了一款能够实现甲烷气体快速检测与报警等功能的甲烷检测控制控制系统，本系统突破了目前市面上相关产品的高价格弊端，在主控上使用了51单片机来担任主控核心，不但使得成本大大降低，更是将系统的功耗特性以及使用性能得到大大提升。在软硬件设计上，本文以先搭建硬件系统后进行软件程序代码编写的顺序进行设计，通过Protel、Keil以及Visio等软件平台的辅助，大大加快了毕业设计的进程，最终经过了大量的试验验证以及改进优化，本系统实现了预期拟设目标。
目录
一、 引言 1
（一） 甲烷浓度检测技术的发展背景 1
（二） 甲烷检测的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 常用单片机的比较与选择 3
（二） AT89C51单片机简要概述 3
（三） MQ4甲烷传感器 4
（四） ADC0832模数转换器介绍 4
（五） LCD1602显示器介绍 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 系统结构框图设计 6
（二） 单片机最小系统设计 6
（三） MQ4传感器电路设计 8
（四） ADC0832模数转换器电路设计 8
（五） 显示器电路设计 9
（六） 蜂鸣器电路设计 10
四、 软件系统设计 11
（一） 主程序流程图设计 11
（二） MQ4传感器工作流程图设计 12
（三） ADC0832模数转换器工作流程设计 13
（四） 显示器工作流程设计 14
五、 仿真与调试 16
（一） Proteus软件仿真 16
（二） 系统仿真 17
六、 实物制作 20
总 结 21
参考文献 22
致 谢 23
附录一 原理图 24
附录三 元件列表 26
附录四 程序 27
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
引言
甲烷浓度检测技术的发展背景
本文将对甲烷的单片机控制系统进行设计，在此之前需要对这种控制系统的发展背景以及发展现状进行详细介绍，通过互联网以及图书馆中查阅的资料显示，甲烷的检测技术在人类历史上经历了一段很长时间的发展和演变，从最开始的生物化学检测方法到如今的传感器检测方式，这期间蕴含了人类巨大的智慧。十九世纪后半页，电子技术发展后，产生了一些简易电子控制系统的雏形，在这时传感器技术已经进入了人类世界，所谓传感器就是一种能够实现非电量转换为电量的电子模块，这种传感器中往往包含了一片特性能够随甲烷浓度发生变化的半导体材料，这块材料在接触到甲烷气体后，电阻值大小迅速发生线性变化，通过后续的电路网路的作用，将这种变化转换成电压量的变化，从而就制成了甲烷传感器。在单片机技术成熟后，通过甲烷传感器与单片机的合理搭配，设计者就设计出了很多功能各异的甲烷浓度检测系统，这些单片机系统根据体积大小可以分成手持终端型以及大型设备，本文就选用了51单片机作为主控单片机，设计了一款能够实现甲烷浓度检测的控制系统。
甲烷检测的国内外发展现状
前不久英国肯特大学的一个实验研究小组在互联网上发不了他们的最新研究成果——能够实现甲烷检测的片上系统，也就是说他们能够将庞大的甲烷检测探头部分与控制器等重要部分集成到一块半导体芯片中，并且在使用时也无需担心探头的发热问题，设计者在芯片底部设计了一款大面积的低沉散热片，通过该散热片，探头所产生的热量能够被快速耗散，不会对检测结果进行影响；而国内对于甲烷的检测则主要是将研究重心放在了检测精度上，足够高的精度能够满足航天领域等高科技场所的严格要求。
本文主要研究内容
本文从多个角度对甲烷检测控制系统进行了描述和展现，下列为本课题将要实现的功能和目标：
1、实现甲烷气体的快速准确测量；
2、测量值通过液晶屏进行显示；
3、具有报警功能，当检测到的甲烷浓度大于报警浓度时，发出报警信号；
4、报警浓度可通过按键进行设置；
5、采用+5V直流电压进行系统供电。
实物应用的场景
1.工厂发生火灾的时候 ，因为塑料盆、手机外壳，这些易燃的东西
2.在煤炭开采过程中，瓦斯爆炸、煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、透水、顶板冒落等多种灾害事故时有发生，在这些事故中瓦斯爆炸造成的损失最大，因此，预防瓦斯爆炸就显得尤为重要。
方案选择及元器件介绍
常用单片机的比较与选择
本文结合了自身当前的知识掌握情况以及对于单片机的学习经历，最终制订了两个单片机的待选方案。
第一个方案是选用ATMEL公司的AT89C51单片机，将能够带来极高的性价比，另外大学三年中对于AT89C51单片机的学习过程中，对其内部21个寄存器的配置以及使用已经有了很充分的经验和操作经历，因此如果使用AT89C51单片机，那么将能够给本次的毕业设计的成功带来足够的保障性。
第二个方案时选用ATMEL公司的AVR单片机，AVR单片机可在较高速的主频频率下能够稳定的工作，因此AVR单片机的运行速度相对来说比51单片机要高。
从上面两个方案的分析来看，本文最终将决定放弃使用AVR单片机来作为本系统的主控单片机，而采用该公司的AT89C51单片机。
AT89C51单片机简要概述
AT89C51单片机是一款以MCS51内核作为CPU并且片内集成了FLASH、RAM等外围模块的处理器芯片，具有4k字节大小的存储能力，能够存储小规模控制系统的代码量，这点是与本系统较相适应的。其内部还集成了一款128字节的可读存储器，用于暂存运算过程中的中间数据量，128字节大小的存储量相对于本系统来说足够使用。
图1 AT89C51单片机
MQ4甲烷传感器
为了实现甲烷浓度的精确检测与结果输出，本文综合分析了目前市面上使用较为广泛的多款甲烷检测模块和传感器，对成本、检测速度以及检测精度多个因素进行了全方面对比，最终选择了性价比最高的MQ4型甲烷传感器作为本文所设计控制系统的核心检测传感器，下图2所示的模块就是MQ4传感器的外形图。
图2 MQ4甲烷传感器
MQ4甲烷传感器的是一款高性能的甲烷浓度检测器件，在很多甲烷检测场合如甲烷测试仪以及交警用的酒驾测试仪等，越来越多的开始使用MQ4检测探头作为甲烷浓度的检测机制。
ADC0832模数转换器介绍
本本所设计的系统之所以要使用到专门的ADC模数转换器是因为51单片机内部没有集成该功能模块，而为了实现对模拟电压值具体大小的测量则必须在单片机外部配置专门的ADC模块，本文最终选用了性价比较高的ADC0832型集成IC作为采样模块，下面对这款芯片的功能和性能以及使用方法做全方位的介绍。
目录
一、 引言 1
（一） 甲烷浓度检测技术的发展背景 1
（二） 甲烷检测的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 常用单片机的比较与选择 3
（二） AT89C51单片机简要概述 3
（三） MQ4甲烷传感器 4
（四） ADC0832模数转换器介绍 4
（五） LCD1602显示器介绍 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 系统结构框图设计 6
（二） 单片机最小系统设计 6
（三） MQ4传感器电路设计 8
（四） ADC0832模数转换器电路设计 8
（五） 显示器电路设计 9
（六） 蜂鸣器电路设计 10
四、 软件系统设计 11
（一） 主程序流程图设计 11
（二） MQ4传感器工作流程图设计 12
（三） ADC0832模数转换器工作流程设计 13
（四） 显示器工作流程设计 14
五、 仿真与调试 16
（一） Proteus软件仿真 16
（二） 系统仿真 17
六、 实物制作 20
总 结 21
参考文献 22
致 谢 23
附录一 原理图 24
附录三 元件列表 26
附录四 程序 27
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
引言
甲烷浓度检测技术的发展背景
本文将对甲烷的单片机控制系统进行设计，在此之前需要对这种控制系统的发展背景以及发展现状进行详细介绍，通过互联网以及图书馆中查阅的资料显示，甲烷的检测技术在人类历史上经历了一段很长时间的发展和演变，从最开始的生物化学检测方法到如今的传感器检测方式，这期间蕴含了人类巨大的智慧。十九世纪后半页，电子技术发展后，产生了一些简易电子控制系统的雏形，在这时传感器技术已经进入了人类世界，所谓传感器就是一种能够实现非电量转换为电量的电子模块，这种传感器中往往包含了一片特性能够随甲烷浓度发生变化的半导体材料，这块材料在接触到甲烷气体后，电阻值大小迅速发生线性变化，通过后续的电路网路的作用，将这种变化转换成电压量的变化，从而就制成了甲烷传感器。在单片机技术成熟后，通过甲烷传感器与单片机的合理搭配，设计者就设计出了很多功能各异的甲烷浓度检测系统，这些单片机系统根据体积大小可以分成手持终端型以及大型设备，本文就选用了51单片机作为主控单片机，设计了一款能够实现甲烷浓度检测的控制系统。
甲烷检测的国内外发展现状
前不久英国肯特大学的一个实验研究小组在互联网上发不了他们的最新研究成果——能够实现甲烷检测的片上系统，也就是说他们能够将庞大的甲烷检测探头部分与控制器等重要部分集成到一块半导体芯片中，并且在使用时也无需担心探头的发热问题，设计者在芯片底部设计了一款大面积的低沉散热片，通过该散热片，探头所产生的热量能够被快速耗散，不会对检测结果进行影响；而国内对于甲烷的检测则主要是将研究重心放在了检测精度上，足够高的精度能够满足航天领域等高科技场所的严格要求。
本文主要研究内容
本文从多个角度对甲烷检测控制系统进行了描述和展现，下列为本课题将要实现的功能和目标：
1、实现甲烷气体的快速准确测量；
2、测量值通过液晶屏进行显示；
3、具有报警功能，当检测到的甲烷浓度大于报警浓度时，发出报警信号；
4、报警浓度可通过按键进行设置；
5、采用+5V直流电压进行系统供电。
实物应用的场景
1.工厂发生火灾的时候 ，因为塑料盆、手机外壳，这些易燃的东西
2.在煤炭开采过程中，瓦斯爆炸、煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、透水、顶板冒落等多种灾害事故时有发生，在这些事故中瓦斯爆炸造成的损失最大，因此，预防瓦斯爆炸就显得尤为重要。
方案选择及元器件介绍
常用单片机的比较与选择
本文结合了自身当前的知识掌握情况以及对于单片机的学习经历，最终制订了两个单片机的待选方案。
第一个方案是选用ATMEL公司的AT89C51单片机，将能够带来极高的性价比，另外大学三年中对于AT89C51单片机的学习过程中，对其内部21个寄存器的配置以及使用已经有了很充分的经验和操作经历，因此如果使用AT89C51单片机，那么将能够给本次的毕业设计的成功带来足够的保障性。
第二个方案时选用ATMEL公司的AVR单片机，AVR单片机可在较高速的主频频率下能够稳定的工作，因此AVR单片机的运行速度相对来说比51单片机要高。
从上面两个方案的分析来看，本文最终将决定放弃使用AVR单片机来作为本系统的主控单片机，而采用该公司的AT89C51单片机。
AT89C51单片机简要概述
AT89C51单片机是一款以MCS51内核作为CPU并且片内集成了FLASH、RAM等外围模块的处理器芯片，具有4k字节大小的存储能力，能够存储小规模控制系统的代码量，这点是与本系统较相适应的。其内部还集成了一款128字节的可读存储器，用于暂存运算过程中的中间数据量，128字节大小的存储量相对于本系统来说足够使用。
图1 AT89C51单片机
MQ4甲烷传感器
为了实现甲烷浓度的精确检测与结果输出，本文综合分析了目前市面上使用较为广泛的多款甲烷检测模块和传感器，对成本、检测速度以及检测精度多个因素进行了全方面对比，最终选择了性价比最高的MQ4型甲烷传感器作为本文所设计控制系统的核心检测传感器，下图2所示的模块就是MQ4传感器的外形图。
图2 MQ4甲烷传感器
MQ4甲烷传感器的是一款高性能的甲烷浓度检测器件，在很多甲烷检测场合如甲烷测试仪以及交警用的酒驾测试仪等，越来越多的开始使用MQ4检测探头作为甲烷浓度的检测机制。
ADC0832模数转换器介绍
本本所设计的系统之所以要使用到专门的ADC模数转换器是因为51单片机内部没有集成该功能模块，而为了实现对模拟电压值具体大小的测量则必须在单片机外部配置专门的ADC模块，本文最终选用了性价比较高的ADC0832型集成IC作为采样模块，下面对这款芯片的功能和性能以及使用方法做全方位的介绍。
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