单片机的有毒气体浓度检测系统设计
本课题对当前大量有毒气体自动检测相关产品的普遍性能做了一个总体调查后发现，在使用性能以及产品成本方面还有一段很大的空间可以上升，尤其是在功率消耗方面，因此本文选用了AT89C51单片机来作为控制器芯片，结合了MQ135有毒气体传感器等核心器件，设计了一款可以实现对环境中有毒气体的快速自动检测并且实现有毒气体的浓度显示以及报警等功能的控制系统，在软件上使用了C语言进行程序代码编写，经过了大量的仿真测试得出系统中软硬件实现了良好的兼容，并且系统实现了课题预期确立的所有功能指标。
目录
一、 引言 1
（一） 有毒气体检测系统发展背景介绍 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 主要研究内容 2
二、 整体设计 2
三、 元器件介绍 3
（一） 主控核心芯片 3
（二） 有毒气体传感器 5
（三） 模数转换器芯片 6
（四） 点阵显示器 6
（五） 蜂鸣器 7
四、 硬件设计 8
（一） 单片机最小系统 8
1. 复位电路 8
2. 时钟电路 8
（二） 有毒气体传感电路以及AD转换电路 9
（三） 点阵显示器电路 9
（四） 报警电路 10
（五） 按键电路 11
五、 软件设计 11
（一） 主程序流程 11
（二） 传感器与模数转换流程 12
（三） 点阵显示工作流程 13
（四） 报警电路工作流程 14
六、 实物调试 14
七、小结 15
参考文献 17
致 谢 18
附录一 电路原理图 19
附录二 PCB图 20
附录三 实物图 21
附录四 元件列表 22
附录五 源程序 23 引言
有毒气体检测系统发展背景介绍
本课题将要介绍一款采用单片机作为主控核心的有毒气体泄漏检测控制系统，这类系统目前多是由微处理器核心模块、有毒气体检测传感器、高分辨率模数转换模
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
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，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。有毒气体泄漏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，它能够实现有毒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有毒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，因此有毒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，很快用于检测有毒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有毒气体浓度检测传感器，这些种类不同的有毒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有毒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有毒气体浓度的传感器。直到现如今，全球范围内最为先进的有毒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有毒气体浓度检测系统，这种控制系统相比于传统的检测方法，不但实现了有毒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，在这种有毒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。
国内外发展现状
目前国内外都已充分掌握了对于有毒气体泄漏检测的方法和技术，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有毒气体泄漏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有毒气体泄漏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点式有毒气体泄漏检测与管理系统，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。
主要研究内容
本课题在经过对当前市面上相关产品的大量调研后，结合自身的专业知识掌握程度，最终确立了如下的设计研究内容：
1、使用AT89C51单片机作为主控芯片，结合其他模块构建一个51单片机最小系统，实现一款能够实现对环境中有毒气体的实时快速检测等功能的单片机控制系统；
2、系统采用直流正5V电压进行供电，具有较低的功率消耗；
3、确定有毒气体浓度检测系统的设计参数和核心器件；
4、完成有毒气体浓度检测系统的硬件电路设计；
5、完成有毒气体浓度检测系统的软件部分设计；
6、能实现有毒气体浓度检测的测量；
7、能实现测量结果的显示；
8、能对测量数据进行分析，确保精度能够达标；
整体设计
下图所描述的是本基于单片机的有毒气体检测控制系统的硬件结构原理框图，它对本系统在硬件上所表现的内部各模块之间的联系进行了简要展现，下面对结构原理框图进行描述：结构框图最核心的部分是由51单片机芯片、复位电路和时钟电路三个部分组成的最小系统模块，该模块之所以是核心部分，是因为它不但作为整个控制系统的控制器，还要负责对其周围的各模块进行驱动，以此来驱使各模块发挥出其自身功能；按键电路主要由机械按键组成，用于实现有毒气体泄漏浓度报警阀值的设置；MQ135传感器用于实现对有毒气体泄漏量的检测并将检测结果传送给ADC0832模数转换器进行采样，采样结果传送给AT89C51单片机进行处理；显示模块由LCD1602液晶屏组成，用于实现有毒气体泄漏量以及报警阀值等参数的显示；报警模块由蜂鸣器组成，用于实现报警信号的产生。
图1 整体设计框图
元器件介绍
主控核心芯片
目录
一、 引言 1
（一） 有毒气体检测系统发展背景介绍 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 主要研究内容 2
二、 整体设计 2
三、 元器件介绍 3
（一） 主控核心芯片 3
（二） 有毒气体传感器 5
（三） 模数转换器芯片 6
（四） 点阵显示器 6
（五） 蜂鸣器 7
四、 硬件设计 8
（一） 单片机最小系统 8
1. 复位电路 8
2. 时钟电路 8
（二） 有毒气体传感电路以及AD转换电路 9
（三） 点阵显示器电路 9
（四） 报警电路 10
（五） 按键电路 11
五、 软件设计 11
（一） 主程序流程 11
（二） 传感器与模数转换流程 12
（三） 点阵显示工作流程 13
（四） 报警电路工作流程 14
六、 实物调试 14
七、小结 15
参考文献 17
致 谢 18
附录一 电路原理图 19
附录二 PCB图 20
附录三 实物图 21
附录四 元件列表 22
附录五 源程序 23 引言
有毒气体检测系统发展背景介绍
本课题将要介绍一款采用单片机作为主控核心的有毒气体泄漏检测控制系统，这类系统目前多是由微处理器核心模块、有毒气体检测传感器、高分辨率模数转换模
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
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，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。有毒气体泄漏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，它能够实现有毒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有毒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，因此有毒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，很快用于检测有毒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有毒气体浓度检测传感器，这些种类不同的有毒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有毒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有毒气体浓度的传感器。直到现如今，全球范围内最为先进的有毒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有毒气体浓度检测系统，这种控制系统相比于传统的检测方法，不但实现了有毒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，在这种有毒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。
国内外发展现状
目前国内外都已充分掌握了对于有毒气体泄漏检测的方法和技术，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有毒气体泄漏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有毒气体泄漏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点式有毒气体泄漏检测与管理系统，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。
主要研究内容
本课题在经过对当前市面上相关产品的大量调研后，结合自身的专业知识掌握程度，最终确立了如下的设计研究内容：
1、使用AT89C51单片机作为主控芯片，结合其他模块构建一个51单片机最小系统，实现一款能够实现对环境中有毒气体的实时快速检测等功能的单片机控制系统；
2、系统采用直流正5V电压进行供电，具有较低的功率消耗；
3、确定有毒气体浓度检测系统的设计参数和核心器件；
4、完成有毒气体浓度检测系统的硬件电路设计；
5、完成有毒气体浓度检测系统的软件部分设计；
6、能实现有毒气体浓度检测的测量；
7、能实现测量结果的显示；
8、能对测量数据进行分析，确保精度能够达标；
整体设计
下图所描述的是本基于单片机的有毒气体检测控制系统的硬件结构原理框图，它对本系统在硬件上所表现的内部各模块之间的联系进行了简要展现，下面对结构原理框图进行描述：结构框图最核心的部分是由51单片机芯片、复位电路和时钟电路三个部分组成的最小系统模块，该模块之所以是核心部分，是因为它不但作为整个控制系统的控制器，还要负责对其周围的各模块进行驱动，以此来驱使各模块发挥出其自身功能；按键电路主要由机械按键组成，用于实现有毒气体泄漏浓度报警阀值的设置；MQ135传感器用于实现对有毒气体泄漏量的检测并将检测结果传送给ADC0832模数转换器进行采样，采样结果传送给AT89C51单片机进行处理；显示模块由LCD1602液晶屏组成，用于实现有毒气体泄漏量以及报警阀值等参数的显示；报警模块由蜂鸣器组成，用于实现报警信号的产生。
图1 整体设计框图
元器件介绍
主控核心芯片
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