一氧化碳气体浓度智能报警系统的设计
摘 要本课题选用了“一氧化碳气体浓度智能报警系统的设计”作为研究对象，选用了宏晶公司推出的STC89C51单片机作为核心部件，设计了一个能够实现一氧化碳气体浓度快速检测以及浓度超标报警等功能的智能系统。这款控制系统的实现主要依靠了51单片机强大的控制作用，通过输入输出各种形式的电平信号来对ADC0832模数转换器、一氧化碳传感器以及液晶屏等模块的控制，从而将各模块的功能融为一体。本文在硬件和软件两个层面上对一氧化碳浓度检测控制系统进行了分别设计，在软件上通过原理图以及在软件上通过流程图的形式对整个控制系统的设计思路以及设计过程进行了阐述。经过了大量的测试和验证，本文所设计的系统能够达到很高的性能指标，非常适合将其推向一氧化碳浓度检测系统的市场之中，并且具有取代现有相关产品的实力。
目录
一、 引言 1
（一） 一氧化碳检测系统发展背景介绍 1
（二） 一氧化碳浓度检测技术的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 系统主控核心的选取 3
（二） STC89C51单片机简介 4
（三） MQ7一氧化碳浓度传感介绍 4
（四） AD采样芯片简介 5
（五） LCD1602液晶屏幕介绍 6
（六） 蜂鸣器介绍 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 一氧化碳浓度检测系统的硬件框图设计 8
（二） 51单片机最小系统 8
1. 时钟电路 9
2. 复位电路 9
（三） MQ7一氧化碳感电路以及AD转换电路设计 9
（四） LCD1602电路设计 10
（五） 蜂鸣器电路设计 11
（六） 按键电路 11
四、 软件系统设计 13
（一） 一氧化碳浓度检测系统软件流程设计 13
（二） MQ7传感器与ADC0832模数转换流程设计 14
（三） LCD1602显示流程设计 14
（四） 报警电路工作流程设计 15
五、 仿真与调试 17
（一） 仿真
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
原理图构建 17
（二） 系统仿真 17
总 结 20
参考文献 21
致 谢 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录三 元件列表 25
附录四 程序 26
引言
一氧化碳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一氧化碳浓度检测控制系统，这类系统目前多是由微处理器核心模块、一氧化碳检测传感器、高分辨率模数转换模块、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。一氧化碳浓度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，它能够实现一氧化碳检测的最基本功能，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一氧化碳的浓度进行计算，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，因此一氧化碳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，很快用于检测一氧化碳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一氧化碳浓度检测传感器，这些种类不同的一氧化碳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一氧化碳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一氧化碳浓度的传感器。直到现如今，全球范围内最为先进的一氧化碳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一氧化碳浓度检测系统，这种控制系统相比于传统的检测方法，不但实现了一氧化碳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，在这种一氧化碳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。
一氧化碳浓度检测技术的国内外发展现状
目前国内外都已充分掌握了对于一氧化碳浓度检测的方法和技术，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一氧化碳浓度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一氧化碳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点式一氧化碳检测与管理系统，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。
本文主要研究内容
本文选用了目前在市场上和大学单片机教学中使用最为广泛，并且受到一致好评的51单片机作为主要控制芯片，以此作为核心芯片，设计了一款能够实现一氧化碳浓度快速检测并且能够对一氧化碳浓度超标时进行报警的单片机自动控制系统，通过对硬件系统以及软件系统的构建，轻松地实现了毕业设计初期设立的所有指标和性能：
1）能实现51单片机最小系统的设计，实现对ADC0832模数转换器、液晶屏、MQ7一氧化碳传感器以及报警器模块的驱动；
2）能实现51单片机对液晶屏的驱动，实现对一氧化碳浓度、报警阀值等参数的显示；
3）通过MQ7一氧化碳传感器实现对一氧化碳浓度的快速准确检测，并通过ADC0832模数转换器实现对传感器输出电压的实时采集，并将采集结果传送给51单片机；
4）实物制作；
5）撰写专业论文一篇。
方案选择及元器件介绍
系统主控核心的选取
本章开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中对于软硬件系统的主控核心是最重要的，因为这将决定最终是否能够实现最终的指标和功能，这主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本章首先对主控核心即单片机进行选择。
方案一：选择我较为熟悉的Arduino Mega 2560单片机作为本系统的主控核心部分，由于之前在学习51过程中，触及到了一些关于Mega 2560的学习，感受到了Mega 2560单片机的高效性、多资源性以及艺术性，因此对于Mega 2560单片机有着较好的使用体验，所谓高效性指的是Mega 2560高速的数据处理速度以及常用资源都被囊括在了同一片内，因此在硬件设计过程中就无需在外部配置相关的硬件芯片，如AD模数转换器、DA模数转换器等常用器件；多资源性与高效性是一种因果关系，正是因为Mega 2560内部配置了很多常用的模块如AD、DA、IIC、SPI以及UART等模块，才使得拥护能够在极短的时间内开发出自己所需要的产品；而艺术性指的是该系列单片机（Arduino）是由意大利一所艺术类团队设计出来的，之所以要设计这款单片机是为了解决他们在进行艺术设计过程中所面临的一些难题，因此他们在设计这款单片机时或多或少的掺杂了很多艺术成分，如Mega 2560开发板的外观设计、开发环境IDE的界面人机感受等。然而如果将其运用在该系统所带来的难题主要是我目前对该单片机不是非常熟悉，如果遇到难题需要耗费很多的时间去解决。
目录
一、 引言 1
（一） 一氧化碳检测系统发展背景介绍 1
（二） 一氧化碳浓度检测技术的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 系统主控核心的选取 3
（二） STC89C51单片机简介 4
（三） MQ7一氧化碳浓度传感介绍 4
（四） AD采样芯片简介 5
（五） LCD1602液晶屏幕介绍 6
（六） 蜂鸣器介绍 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 一氧化碳浓度检测系统的硬件框图设计 8
（二） 51单片机最小系统 8
1. 时钟电路 9
2. 复位电路 9
（三） MQ7一氧化碳感电路以及AD转换电路设计 9
（四） LCD1602电路设计 10
（五） 蜂鸣器电路设计 11
（六） 按键电路 11
四、 软件系统设计 13
（一） 一氧化碳浓度检测系统软件流程设计 13
（二） MQ7传感器与ADC0832模数转换流程设计 14
（三） LCD1602显示流程设计 14
（四） 报警电路工作流程设计 15
五、 仿真与调试 17
（一） 仿真
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
原理图构建 17
（二） 系统仿真 17
总 结 20
参考文献 21
致 谢 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录三 元件列表 25
附录四 程序 26
引言
一氧化碳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一氧化碳浓度检测控制系统，这类系统目前多是由微处理器核心模块、一氧化碳检测传感器、高分辨率模数转换模块、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。一氧化碳浓度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，它能够实现一氧化碳检测的最基本功能，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一氧化碳的浓度进行计算，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，因此一氧化碳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，很快用于检测一氧化碳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一氧化碳浓度检测传感器，这些种类不同的一氧化碳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一氧化碳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一氧化碳浓度的传感器。直到现如今，全球范围内最为先进的一氧化碳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一氧化碳浓度检测系统，这种控制系统相比于传统的检测方法，不但实现了一氧化碳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，在这种一氧化碳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。
一氧化碳浓度检测技术的国内外发展现状
目前国内外都已充分掌握了对于一氧化碳浓度检测的方法和技术，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一氧化碳浓度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一氧化碳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点式一氧化碳检测与管理系统，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。
本文主要研究内容
本文选用了目前在市场上和大学单片机教学中使用最为广泛，并且受到一致好评的51单片机作为主要控制芯片，以此作为核心芯片，设计了一款能够实现一氧化碳浓度快速检测并且能够对一氧化碳浓度超标时进行报警的单片机自动控制系统，通过对硬件系统以及软件系统的构建，轻松地实现了毕业设计初期设立的所有指标和性能：
1）能实现51单片机最小系统的设计，实现对ADC0832模数转换器、液晶屏、MQ7一氧化碳传感器以及报警器模块的驱动；
2）能实现51单片机对液晶屏的驱动，实现对一氧化碳浓度、报警阀值等参数的显示；
3）通过MQ7一氧化碳传感器实现对一氧化碳浓度的快速准确检测，并通过ADC0832模数转换器实现对传感器输出电压的实时采集，并将采集结果传送给51单片机；
4）实物制作；
5）撰写专业论文一篇。
方案选择及元器件介绍
系统主控核心的选取
本章开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中对于软硬件系统的主控核心是最重要的，因为这将决定最终是否能够实现最终的指标和功能，这主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本章首先对主控核心即单片机进行选择。
方案一：选择我较为熟悉的Arduino Mega 2560单片机作为本系统的主控核心部分，由于之前在学习51过程中，触及到了一些关于Mega 2560的学习，感受到了Mega 2560单片机的高效性、多资源性以及艺术性，因此对于Mega 2560单片机有着较好的使用体验，所谓高效性指的是Mega 2560高速的数据处理速度以及常用资源都被囊括在了同一片内，因此在硬件设计过程中就无需在外部配置相关的硬件芯片，如AD模数转换器、DA模数转换器等常用器件；多资源性与高效性是一种因果关系，正是因为Mega 2560内部配置了很多常用的模块如AD、DA、IIC、SPI以及UART等模块，才使得拥护能够在极短的时间内开发出自己所需要的产品；而艺术性指的是该系列单片机（Arduino）是由意大利一所艺术类团队设计出来的，之所以要设计这款单片机是为了解决他们在进行艺术设计过程中所面临的一些难题，因此他们在设计这款单片机时或多或少的掺杂了很多艺术成分，如Mega 2560开发板的外观设计、开发环境IDE的界面人机感受等。然而如果将其运用在该系统所带来的难题主要是我目前对该单片机不是非常熟悉，如果遇到难题需要耗费很多的时间去解决。
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