5基于单片机的煤气报警器毕业设计

目录

摘要..................................................................................................... III ABSTRACT........................................................................................... III

1 引言 (1)

2 系统总体设计 (1)

2.1方案的选择 (1)

2.2系统流程框图 (1)

3 硬件系统设计与传感器选用 (1)

3.1主机部分 (2)

3.1.1AT89S52单片机 (2)

3.1.2DS12887实时时钟芯片及其电路 (2)

3.1.3X5045看门狗定时器及复位电路 (2)

3.1.4 电源电路 (3)

3.2功能模块部分 (3)

3.2.1数据处理模块 (3)

3.2.2声光报警模块 (4)

3.3传感器的选用 (4)

4 软件设计 (4)

4.1主程序设计 (4)

4.1.1初始化程序和主程序 (4)

4.1.2中断服务程序 (5)

4.2功能实现主要子程序 (5)

4.2.1采集程序 (5)

4.2.2报警模块 (6)

5 系统调试与分析 (6)

5.1硬件焊接与调试 (6)

5.2软件调试及总结 (7)

6 总结 (7)

参考文献 (8)

谢辞 (9)

煤气报警器设计

摘要

当今社会上，出现了许多煤气报警器，而这些产品大都是针对煤气的泄漏所做出的相应的报警，即为家庭式煤气报警器。本课题设计煤气报警采用了AT89S52单片机为报警器的核心部件，对煤气报警器进行控制。通过NAP-505电化学一氧化碳气体传感器对煤气进行检测，将所得的浓度值与设定浓度值相比较得到偏差。通过对偏差信号的处理获得控制信号，发生报警信号，并把报警通道显示并储存在DS12887的RAM中，八个单元的煤气浓度对应模拟量利用A/D转换为数字量，并加入了键盘输入控制，从而实现对家用和工业煤气漏气的监控。整个系统的硬件电路设计合理，性能安全可靠。

关键词：单片机煤气浓度报警器

Design of the coal gas’ alarm d evice

ABSTRACT

There are many coal gas alarm’s devices in our lives. These devices will alarm after the coal gas leaking. We call them household or industy appliances. This paper introduces the design of a coal gas alarm’s device that use the AT89S52 SCM as the most important controller. It is a core-components that control the whole programs and circuit of the coal gas alarm’ device. The appliance monitors the density of coal gas with the sensor of NAP-505 and compares the current density with the setting density. We get the control signal through the dealing with the deviation signal and then sent a alarm signal that is memoried in a RAM of DS12887. The analog signal of eight densities of the coal gas are transformed into the digital signal with the A/D converter, in addition which is cotrolled with the keyboard. We can monitor the leak of coal gas in the house or industy. The hardware design of circuits is reasonable and the performance of the coal gas alarm’s device is safe and reliable.

Keywords:SCM Density Alarm’ device

1 引言

为了预防一氧化碳的泄漏，我们采用家用智能煤气报警器，它是一种高灵敏度的气体探测器。本设计主要研究并设计一个基于单片机的煤气报警系统，并实现对AD数据的采集和声光的报警控制。控制系统主要是由MCS-52系列单片机、电源电路、AD数据采集电路、传感器电路、看门狗电路、复位电路、声光报警电路等部分组成。单片机通过AD转换8路传感器来所得到的信号，进行比较处理，在安全值内，轮回显示当前通道的测量值和设定值，在安全值外，产生声光报警，并且轮回显示报警通道的当前值、设定值。

2 系统总体设计

2.1方案的选择

方案一：通过传感器感受到可燃性气体，降低自身的阻值，来增大电流，并且驱动蜂鸣器报警。电路简单、可靠但是灵活性和实用性差。

方案二：通过51系列单片机作为主控单元，能够通过传感器把模拟信号通过A/D

转换为数字信号。键盘可以通过不同的应用场合和针对不同气体做出不同的浓度设定，方便查询和日后的工作调查。

综合考虑，由于使用单片机设计灵活性更强、用途更宽广，所以本设计采用方案二。

2.2系统流程框图

如图2-1所示，该设计是由89s52单片机主要控制单元，由7805稳压芯片提供电源，具备有看门狗芯片X5045和实时时钟芯片DS12887作为主体单元。显示和键盘是由

HD7279A控制的，数据采集是由TLC2543进行。

图2-1

系统流程框图3 硬件系统设计与传感器选用

硬件系统的电路包括主机单元的电路和功能实现系统模块电路。主机单元主要由

89s52单片机与X5045看门狗定时器、实时时钟DS12887和7805电源电路组成。功能实现系统模块，由A/D转换电路、信号处理电路、传感器和报警电路组成。

3.1主机单元电路

主机模块是由主控芯片AT89s52、X5045和电源电路构成。它是仪表的核心部分。电源电路提供+5v的稳定电源；X5045防止系统死机，保证程序正常运行，内部的EEPROM有掉电数据存储功能，用于保存各采集通道的报警上限；总体连接如图3-1。

图3-1主机模块总连接图

3.1.1AT89S52单片机

控制器部分采用AT89S52单片机，AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写。该器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

3.1.2DS12887实时时钟芯片及其电路

DS12887实时钟芯片的特点，可作为IBM AT计算机的时钟和日历。在没有外部电源的情况下可工作10年，自带晶振及电池。用二进制码或BCD码代表日历和闹钟信息，可以应用与NMOTOROLA和INTERL两种总线；可编程方波输出；总线兼容中断（/IRQ）；三种可编程中断。

3.1. 3X5045看门狗定时器及复位电路

X5045的特点是一种集看门狗、电压监控和串行EEPROM 三种功能于一身的可编程电路。X5045中的看门狗对系统提供了保护功能，当系统发生故障而超过设置时间时，电

路中的看门狗将通过RESET信号向CPU 作出反应。X5045的存储器与CPU 可通过串行通信方式接口，共有4096个位，可以按512 x 8个字节来放置数据。

3.1.4电源电路

电源采用直流电源变压器输出12V的电压，其电源连接电路如图3-9所示，并由去耦电容、开关、7085稳压器及电源指示灯组成。直流12V再经过电容滤波，7805集成稳压器稳压成为稳定的+5V电源，用一个发光二极管指示灯指示电源状态。

图3-2 电源连接电路

3.2功能模块部分

该部分中主要由数据采集模块、信号处理模块、声光报警模块。可以实现89S52单片机的对传感器信号进行采集计算比较，并产生相应的报警措施。本设计A/D转换器选择了TLC2543，该芯片是具有l2位分辨率的模数转换器(ADC)，使用开关电容逐次逼近技术完成AD转换过程，提供的最大采样率为66KSPS，供电电流仅需1mA(典型值)。它除具有高速的转换器和通用的控制能力。

3.2.1数据处理模块

因传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求，在此情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。本设计采用典型的差动放大器。其电路结构图如下：

o

图3-3 差动放大器结构图

推导过程得： Avf=1+78

2R R

3.2.2声光报警模块

当发生报警事件时，除了报警显示外，还要有声光报警功能。用声音或是灯光报警时，连续的声响或常亮的灯光往往不易被人们的警觉，只有断续的声音或山所的灯光才能取得最佳的报警效果。就利用时钟翻转P3.5和P1.0来转换电平，产生短促的报警声音或闪烁灯光。

图3-4 声光报警电路

3.3传感器的选用

对于煤气报警器的实现，感应器的选择也相当的重要，由于可燃气体的危险性主要视其爆炸极限，爆炸下限数值越小、爆炸下限与上限之间的范围越大，越危险。有许多可燃气体同时具有毒性。在设计的过程中，所设计的煤气可燃性气体的爆炸上限要比实际的适当的小，而爆炸下限要比实际的适当的大些，以确保安全。可燃性气体的爆炸特性可通过查找获得。在设计中考虑到的是家庭的情况，是特别对于一氧化碳会中毒，所以选用了NAP-505型电化学式传感器比较适中而且价格比较便宜。 4 软件设计

本设计采用Keil C51软件进行编程，Keil C51 软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编,PLM 语言和 C 语言的程序设计，界面友好，易学易用，给我在设计者带来很大的方便

4.1主程序设计

程序设计采用模块化设计，控制时序采用时间触发的时间片轮询调度方法和键盘中断的方法同时进行，0.5s 为一个控制周期，分成10个时间片，每个时间片为50MS ，将所有的任务分配在各个时间片完成，主程序仅完成初始化，然后进入休眠状态 。

4.1.1初始化程序和主程序

主程序的初始化，要对X5045、DS12887和HD7279A进行初始化，以及时钟的设置。50MS定时采用89S52内部定时器1，工作方式1，由于晶振为12MHZ，一个机器周期为1us，所以T1预装初始值为65536-5000=15536=3CB0H。X5045看门狗定时器周期设置为200ms，写入状态寄存器STATUS_REG=20H。DS12887则是先判断是否是有初始过，如果没有就进行初始化，如果有则进行初始化。单片机进入低功耗状态，等待中断。

4.1.2中断服务程序

本设计中单片机进入低功耗状态，为了节省资源和提高抗干扰能力的而进行的，中断服务程序入口有两个，一个是键盘的外部中断服务程序入口，一个是T1时钟中断服务程序。

图4-1 外部中断服务程

4.2功能实现主要子程序

其中必须对各个模块进行编程处理，其中包括数据的采集模块，数据的计算分析模块和报警模块。其实这些模块都是中断子程序的一部分。而且也是整个系统，程序的主要组成部分。

4.2.1采集程序

采集通道比较简单，因为是每个时间片进行采集的，而且TLC2543的转换时间远远低于片选时间的50ms，所以无需查询EOC或是中断触发，直接可以获得。因为TLC2543是采用SPI通信模式进行通信的，而我们采用直接的I/O模拟协议来进行编写通信。

其通信的模式是：在I/O CLOCK的前8个脉冲的上升沿,以MSB前导方式从DATA INPUT端输入8位数据流到输入寄存器。其中前4位为模拟通道地址,控制14通道模拟多路器从11个模拟输入和三个内部测电压中选通一路送到采样保持电路,该电路从第4个I/O CLOCK脉冲的下降沿开始对所选信号进行采样,直到最后一个I/O CLOCK脉冲的下降沿。

4.2.2报警模块

报警模块中灯光报警可通过定时对P3.5的反转，来实现闪烁。声音报警利用了89S52内部定时器2产生，定时器2在工作可编程时钟输出方式，相应特殊功能呢个寄存器的设置为T2CON=0X00，T2MOD=0X02.由于震荡频率12MHz，输出1KHz方波时，捕获寄存器从新装载值（RCAP2H，RCAP2L）=0xF448。

图4-2 闪烁右移程序

5 系统调试与分析

5.1硬件焊接与调试

硬件焊接步骤与调试流程框图如图5-1所示。

第一步：

第二步：

第三步：

第四步

图5-1调试流程图 5.2软件调试及分析

软件方面，通过对时序编程的学习，我顺利利用Keil C51编译软件写好程序，并通过自制的ISP 烧写模块导入单片机中，经过际测试，证明了程序编译的正确性。通过对传感器的进一步了解，虽然没有具体使用，我熟悉了各类传感器的使用和特性。对设计采集信号更是了如指掌，实时时钟和看门狗定时器也是更加的了解。

因为无法找到一氧化碳起气体的测试标准设备，所以在测试时候，模拟采用了接+5V 接可变电阻来控制输出的模拟传感器的电压信号。先是把电压的值调到最小，测试按键和显示功能。

接着测试监控功能，慢慢调节其中的一个可变电阻，增大其模拟输入电压，产生声光报警，并且显示当前的报警通道和浓度。再把电压调小到报警下限范围，当按下确定键，消除报警很显示。系统调试是本设计成功与否的关键，软件与硬件的结合是本设计的最终目标。经过这一次调试，我对硬件电路理解的更加透彻，对软件的纠错能力也有了进一步的提高，并且熟悉了Keil C51的操作，使自己对单片机煤气警报系统认识更加深刻。

6、总结

本设计中的煤气报警采用了AT89S52单片机为报警器的核心部件，对煤气报警器进行控制。并通过NAP-505电化学一氧化碳气体传感器对煤气进行检测，将所得的浓度值与设定浓度值相比较得到偏差。通过对偏差信号的处理获得控制信号，发生报警信号。从而避免了煤气泄漏带来的危害。

参考文献

[1]姚丰、刘念聪：一种单片机智能煤气系统的设计，天津职业大学学报2004年6月第13卷第13期。

[2]周捷：有毒可燃气体报警器原理及设计，科技信息2008年总第5期。

[3]闫坤：基于CAN总线小区煤气泄漏报警系统的研究与设计，电子测试2007年第5期。

[4]晃阳：单片机MCS-51原理及应用开发教程 ,清华大学出版社2007.15.6：376-385。

[5]李全钊、迟荣强：单片机原理及接口技术,高等教育出版史 2003年。

[6]DS12887 数据手册，DALLAS公司出品。

[7]X5045数据手册, Intersil公司出品。

[8]T LC2543 数据手册，Texas Instrument公司出品。

[9]单片机制作专辑,《无线电》杂志2003.3

[10]HD7279A 数据手册，比高公司出品。

[11]何道清、张禾：传感器与传感器技术,科学出版社2008年。

[12]NAP-505的应用说明说，根本特殊化学株式会社2002.12.12。

[13]赵亮、候国锐：单片机C语言编程与实例，北京人民邮电出版社2003年。

[14]李凤霞：C语言程序设计教程,北京理工大学出版社2001年。

[15]纪纲：HD7279A键盘显示驱动芯片及应用，《仪表技术》2001年第3版。

安庆职业技术学院2012届毕业生毕业论文（设计）

谢辞

至此论文完成之际，首先要感谢我的指导老师齐祥明老师，他的指导使我有完成论文的信心。齐老师从选题、论文资料的收集、论文框架的确定、开题报告准备及论文初稿与定稿中对字句的斟酌倾注的大量心血，在此对他表示衷心的感谢。他对煤气警报器的专业研究和对该课题深刻的见解，使我受益匪浅。

齐老师诲人不倦的工作作风，一丝不苟的工作态度，严肃认真的治学风格给我留下深刻的影响，值得我永远学习。再次向齐老师致以崇高的敬意和衷心的感谢！同时我要感谢帮助过我的老师同学们，是他们的无私奉献，是他们的热心帮助，我才能够圆满的完成毕业设计，谢谢你们！最后，感谢学校为我提供了良好的设计环境，在程芳老师的实验室完成所有的设备焊接，使我能够更好的完成我们的设计任务