基于单片机的燃气报警装置设计
基于单片机的燃气报警装置设计[20200211153112]
摘 要
随着社会和科学技术的迅速发展，人们对生活质量的要求越来越高，越来越多的家庭开始使用可燃性气体作为燃料，燃气的使用为人们带来方便的同时也改善了城市的环境。但是大部分可燃性气体都易燃、易爆炸、有毒，潜在的危险很多，如果管道和阀门密封不好，气体泄漏时不能及时发现和处理，轻则引起中毒，重则造成火灾，甚至给家庭及邻居带来灾难性的危害。纵观全局，对于气体的检测和控制就变得相当重要了，而研究各种气体的检测方法及报警装置也随之成为一个重要课题。
本论文设计了一种基于STC89C51单片机技术的燃气泄露报警装置，主要采用MQ-2气体传感器作为可燃性气体的信号采集工具，采集到的气体浓度自动转换成模拟量输出，再经由ADC0809模块转换为数字信号，单片机采集到ADC0809的数字信号后经过比较判断出气体浓度是否超出正常值，如果燃气浓度达到报警器预先设置的临界值，报警器会立刻发出声光报警信号，并采取相应应急措施，例如开启排气扇、关闭阀门、联动报警等。该报警器结构设计十分简单，因此操作起来相当方便，并且成本低，适用范围广。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:气体传感器单片机液晶显示报警器浓度
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究现状及研究意义 1
1.1.1课题的研究现状 1
1.1.2课题的研究意义 2
1.2 燃气报警器简介 3
1.3 课题来源及论文组织结构 3
1.3.1课题来源 3
1.3.2论文组织结构 3
1.4 本章小结 4
2 硬件电路设计 5
2.1 系统方案设计 5
2.1.1 燃气报警器的主要功能 5
2.1.2 燃气报警器的主要技术指标 6
2.2 STC89C51单片机 6
2.2.1 单片机的引脚功能 6
2.2.2 单片机的主要功能及性能参数 8
2.2.3 单片机最小系统 8
2.3 A/D转换电路 9
2.3.1 ADC0809主要特性 9
2.3.2内部结构 10
2.3.3外部特性 10
2.4 MQ-2传感器 11
2.5 LCD液晶显示电路 12
2.5.1LCD1602简介 12
2.5.2LCD1602的引脚功能及基本参数 13
2.5.3LCD1602的特点 14
2.6系统硬件电气原理图 14
2.7 本章小结 15
3 软件程序设计 16
3.1 系统软件主流程图 16
3.1.1 主程序流程图 16
3.1.2 主程序 16
3.2 各子程序设计 17
3.2.1 系统初始化程序 17
3.2.2 中断程序 18
3.3 本章小结 19
4 系统调试 20
4.1 调试过程、结果及问题 20
4.1.1 软件程序调试 20
4.1.2 硬件电路板的调试 20
4.1.3 电路板的老化调试 20
4.1.4 调试结果 20
4.1.5 调试过程中出现的问题 21
4.2 本章小结 22
5 总结 23
参考文献 24
致 谢 25
附 录 26
1 绪论
本课题主要实现可燃气体的泄漏检测和报警，该系统主要以STC89C51芯片为核心，形成一个具备数据收集、目标控制、结果显示、数据通信等功能的完整系统。当气体传感器检测到可燃气体时，气体浓度对应的A/D转换器将模拟量转换为数字量输出，通过与预设值比较得到偏差值，单片机由该误差信号产生控制信号并报警，驱动相应的驱动电路，控制报警灯，蜂鸣器和切断电路，实现气体泄漏事故的实时监测和控制。
1.1 课题的研究现状及研究意义
1.1.1课题的研究现状
国际上最先钻研气体传感器是在20世纪30年代，并且发展迅速，不仅仅是因为人们注重安全追求安逸，更多的原因是当时的传感器墟市遭到当局相关法律的推进。据相关部门报道，美国在1996年以后的六年里传感器的年均上升率达到27%以上。随着传感器工艺制作水平的日渐成熟，其外形大小也在渐渐完善，从而大大增强了这类仪器的方便性，也使得其在市场上的适用性更加广泛。
早在70年代初我国就着手研究燃气报警装置，品种繁多，适用环境也从最初的束缚中逐步走向全局性，产品数量也在不断地增加。然而最关键的还是要不断创新，形成本土特色，国外引进的技术只能作为参考。经过长期的发展，产品在选择性与稳定程度上都有很大的提高。
如今的社会上根据应用环境的不同燃气报警器可分为三大系列，主要是应用于居民生活、工业生产以及防毒防害。
（1）民用可燃气体报警：家庭的民事可燃气体报警装置，通常安装在厨房里，当气体泄漏报警器能发出声光报警，或者某些稍微上档次的报警器也可以将实时检测到的浓度显示在液晶屏上，方便日后跟踪查询，并且与外部设备相连接。有些报警器可以自动打开排气风扇；部分报警器可以自动地关上阀门。
（2）工业生产可燃气体报警与有毒有害气体报警：这两种报警器的区别仅在于它们的检测探头，道理和使用方法基本上一致。但是在不同的检测环境所需要的仪器也不同，有时候需要检漏仪，有时候需要控制器，也有的时候用到探测器，这完全因时因地而择。
检漏仪很小方便携带，一般情况下用手拿着即可，主要用来检查燃气的泄漏与否。如果有燃气漏出，检漏仪就会立刻发出报警声并显示出实时监测到的燃体浓度，这样便于采取紧急的安全措施，有效防止一些重大伤害事故的发生。
同时使用控制器和探测器可以在防爆过程中实现瓦斯浓度的监测。把检测器安装在防爆领域，控制器挂于有人值班的值班室，两者用屏蔽电缆相连即可。一旦检测装置触及燃气会立刻将信号传送至控制器，由控制器驱动相关应急装置，以保证生命和财产的安全性。如今这些仪器已经被广泛应用于一些重要的工业领域。
由于气体传感器的发展前景广阔，因此在国内具备一定的实力之后得到了国家的大力支持，其发展现状是：
（1）烧结型传感器依旧是需求的重点，超过总数的90%。接触燃绕式已着手开始投产；电化学式已然进入研制阶段。
（2）在引进表面涂层、表面掺杂、隔离修补等技术的过程当中，选择性气敏元件代替了广谱性。经过长期的发展新研发了复合型、差动型和阵列型的结构。SnO2、Fe2O3原料成为生产的主体，但是为了适应社会的发展，还是新增加了Al2O3、石英等新原料。
（3）CO传感器、CH4传感器等新型产品已经进入调试阶段。
纵观全局，我国的传感器技术在原先的基础上有了质的飞跃，但是在制作工艺、普及应用等领域仍然落后于国外，与日本相比较仍要落后10年。
1.1.2课题的研究意义
燃气泄漏不仅仅会导致中毒，更多时候会发生爆炸，威胁人们生命的同时还会烧毁其房屋，真的是“城门失火，殃及池鱼”。人们面对意外事故的威胁时，必须想出一个两全其美的解决办法。专家称CO才是燃气中毒的根源所在，使用燃气报警器能够及时知晓潜在的危险，及时采取有效措施将其扼杀在摇篮中，以保障人们生活安居乐业。
越来越多的居民选择使用绿色环保的天然气，这就要求燃气泄漏报警系统更加的规范化。目前，不少高档住宅区都依靠在不断地完善安全制度，想以此来提高住宅质量。如今，科学技术日益提高，现代生活质量越来越好，能源安全已成为人民生活的有力保障，所以，高层住宅厨房内应加强对家用燃气报警系统的安装实施，确保生命安全不受威胁。燃气供给相对而言较为特殊，不少地区对于在公共场所使用天然气都做出了具体的规定，明确指出在所有新造的房屋内必须安装燃气报警装置以及相应的应急设备，调查结果也显示，这些地区的燃气事故正逐年下降。
当前，市场上所卖的报警器并不完善，稳定性不好，选择性也比较差，报警器自身的使用时间、灵敏度、性价比也不尽如人意，最大的缺点便是装置本身容易发生问题而且很难被立刻发现并作出相应处理，这种种原因都应当全面考虑，尽量做到无后顾之忧。如今世界各国都在大力投资用于扩展这一领域，可见提高气体传感器的性能已迫在眉睫，只有不断创新不断完善才能屹立于不败之地。相信不久的将来，气体传感器会引领新一代的潮流风尚。
摘 要
随着社会和科学技术的迅速发展，人们对生活质量的要求越来越高，越来越多的家庭开始使用可燃性气体作为燃料，燃气的使用为人们带来方便的同时也改善了城市的环境。但是大部分可燃性气体都易燃、易爆炸、有毒，潜在的危险很多，如果管道和阀门密封不好，气体泄漏时不能及时发现和处理，轻则引起中毒，重则造成火灾，甚至给家庭及邻居带来灾难性的危害。纵观全局，对于气体的检测和控制就变得相当重要了，而研究各种气体的检测方法及报警装置也随之成为一个重要课题。
本论文设计了一种基于STC89C51单片机技术的燃气泄露报警装置，主要采用MQ-2气体传感器作为可燃性气体的信号采集工具，采集到的气体浓度自动转换成模拟量输出，再经由ADC0809模块转换为数字信号，单片机采集到ADC0809的数字信号后经过比较判断出气体浓度是否超出正常值，如果燃气浓度达到报警器预先设置的临界值，报警器会立刻发出声光报警信号，并采取相应应急措施，例如开启排气扇、关闭阀门、联动报警等。该报警器结构设计十分简单，因此操作起来相当方便，并且成本低，适用范围广。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:气体传感器单片机液晶显示报警器浓度
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究现状及研究意义 1
1.1.1课题的研究现状 1
1.1.2课题的研究意义 2
1.2 燃气报警器简介 3
1.3 课题来源及论文组织结构 3
1.3.1课题来源 3
1.3.2论文组织结构 3
1.4 本章小结 4
2 硬件电路设计 5
2.1 系统方案设计 5
2.1.1 燃气报警器的主要功能 5
2.1.2 燃气报警器的主要技术指标 6
2.2 STC89C51单片机 6
2.2.1 单片机的引脚功能 6
2.2.2 单片机的主要功能及性能参数 8
2.2.3 单片机最小系统 8
2.3 A/D转换电路 9
2.3.1 ADC0809主要特性 9
2.3.2内部结构 10
2.3.3外部特性 10
2.4 MQ-2传感器 11
2.5 LCD液晶显示电路 12
2.5.1LCD1602简介 12
2.5.2LCD1602的引脚功能及基本参数 13
2.5.3LCD1602的特点 14
2.6系统硬件电气原理图 14
2.7 本章小结 15
3 软件程序设计 16
3.1 系统软件主流程图 16
3.1.1 主程序流程图 16
3.1.2 主程序 16
3.2 各子程序设计 17
3.2.1 系统初始化程序 17
3.2.2 中断程序 18
3.3 本章小结 19
4 系统调试 20
4.1 调试过程、结果及问题 20
4.1.1 软件程序调试 20
4.1.2 硬件电路板的调试 20
4.1.3 电路板的老化调试 20
4.1.4 调试结果 20
4.1.5 调试过程中出现的问题 21
4.2 本章小结 22
5 总结 23
参考文献 24
致 谢 25
附 录 26
1 绪论
本课题主要实现可燃气体的泄漏检测和报警，该系统主要以STC89C51芯片为核心，形成一个具备数据收集、目标控制、结果显示、数据通信等功能的完整系统。当气体传感器检测到可燃气体时，气体浓度对应的A/D转换器将模拟量转换为数字量输出，通过与预设值比较得到偏差值，单片机由该误差信号产生控制信号并报警，驱动相应的驱动电路，控制报警灯，蜂鸣器和切断电路，实现气体泄漏事故的实时监测和控制。
1.1 课题的研究现状及研究意义
1.1.1课题的研究现状
国际上最先钻研气体传感器是在20世纪30年代，并且发展迅速，不仅仅是因为人们注重安全追求安逸，更多的原因是当时的传感器墟市遭到当局相关法律的推进。据相关部门报道，美国在1996年以后的六年里传感器的年均上升率达到27%以上。随着传感器工艺制作水平的日渐成熟，其外形大小也在渐渐完善，从而大大增强了这类仪器的方便性，也使得其在市场上的适用性更加广泛。
早在70年代初我国就着手研究燃气报警装置，品种繁多，适用环境也从最初的束缚中逐步走向全局性，产品数量也在不断地增加。然而最关键的还是要不断创新，形成本土特色，国外引进的技术只能作为参考。经过长期的发展，产品在选择性与稳定程度上都有很大的提高。
如今的社会上根据应用环境的不同燃气报警器可分为三大系列，主要是应用于居民生活、工业生产以及防毒防害。
（1）民用可燃气体报警：家庭的民事可燃气体报警装置，通常安装在厨房里，当气体泄漏报警器能发出声光报警，或者某些稍微上档次的报警器也可以将实时检测到的浓度显示在液晶屏上，方便日后跟踪查询，并且与外部设备相连接。有些报警器可以自动打开排气风扇；部分报警器可以自动地关上阀门。
（2）工业生产可燃气体报警与有毒有害气体报警：这两种报警器的区别仅在于它们的检测探头，道理和使用方法基本上一致。但是在不同的检测环境所需要的仪器也不同，有时候需要检漏仪，有时候需要控制器，也有的时候用到探测器，这完全因时因地而择。
检漏仪很小方便携带，一般情况下用手拿着即可，主要用来检查燃气的泄漏与否。如果有燃气漏出，检漏仪就会立刻发出报警声并显示出实时监测到的燃体浓度，这样便于采取紧急的安全措施，有效防止一些重大伤害事故的发生。
同时使用控制器和探测器可以在防爆过程中实现瓦斯浓度的监测。把检测器安装在防爆领域，控制器挂于有人值班的值班室，两者用屏蔽电缆相连即可。一旦检测装置触及燃气会立刻将信号传送至控制器，由控制器驱动相关应急装置，以保证生命和财产的安全性。如今这些仪器已经被广泛应用于一些重要的工业领域。
由于气体传感器的发展前景广阔，因此在国内具备一定的实力之后得到了国家的大力支持，其发展现状是：
（1）烧结型传感器依旧是需求的重点，超过总数的90%。接触燃绕式已着手开始投产；电化学式已然进入研制阶段。
（2）在引进表面涂层、表面掺杂、隔离修补等技术的过程当中，选择性气敏元件代替了广谱性。经过长期的发展新研发了复合型、差动型和阵列型的结构。SnO2、Fe2O3原料成为生产的主体，但是为了适应社会的发展，还是新增加了Al2O3、石英等新原料。
（3）CO传感器、CH4传感器等新型产品已经进入调试阶段。
纵观全局，我国的传感器技术在原先的基础上有了质的飞跃，但是在制作工艺、普及应用等领域仍然落后于国外，与日本相比较仍要落后10年。
1.1.2课题的研究意义
燃气泄漏不仅仅会导致中毒，更多时候会发生爆炸，威胁人们生命的同时还会烧毁其房屋，真的是“城门失火，殃及池鱼”。人们面对意外事故的威胁时，必须想出一个两全其美的解决办法。专家称CO才是燃气中毒的根源所在，使用燃气报警器能够及时知晓潜在的危险，及时采取有效措施将其扼杀在摇篮中，以保障人们生活安居乐业。
越来越多的居民选择使用绿色环保的天然气，这就要求燃气泄漏报警系统更加的规范化。目前，不少高档住宅区都依靠在不断地完善安全制度，想以此来提高住宅质量。如今，科学技术日益提高，现代生活质量越来越好，能源安全已成为人民生活的有力保障，所以，高层住宅厨房内应加强对家用燃气报警系统的安装实施，确保生命安全不受威胁。燃气供给相对而言较为特殊，不少地区对于在公共场所使用天然气都做出了具体的规定，明确指出在所有新造的房屋内必须安装燃气报警装置以及相应的应急设备，调查结果也显示，这些地区的燃气事故正逐年下降。
当前，市场上所卖的报警器并不完善，稳定性不好，选择性也比较差，报警器自身的使用时间、灵敏度、性价比也不尽如人意，最大的缺点便是装置本身容易发生问题而且很难被立刻发现并作出相应处理，这种种原因都应当全面考虑，尽量做到无后顾之忧。如今世界各国都在大力投资用于扩展这一领域，可见提高气体传感器的性能已迫在眉睫，只有不断创新不断完善才能屹立于不败之地。相信不久的将来，气体传感器会引领新一代的潮流风尚。
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