1、環境檢測機器人中的危險氣體檢測裝置設計內容摘要：本文主要是關于環境檢測機器人的危險氣體監測報警裝置部分的設計,包括其工作原理及其軟硬件的設計。它由危險氣體傳感器、單片機、顯示部分、報警輸出、應用系統軟件等組成。從傳感器出來的電平信號,送入單片機內,單片機控制檢測濃度是否超過規定范圍并在濃度過高時產生報警。顯示部分采用led 數碼管進行顯示;報警輸出采用蜂鳴器控制報警;軟件設計采用c語言編程。關鍵詞: 機器人；傳感器;氣體；檢測;報警the design of dangerous gas detection device for environmental inspection robotabs

2、tract：this design main introduction ignitable gas monitor reports to the police，which is a part of the environmental monitoring robot , including its principle of work and software and hardware design. it was composed by the ignitable gas sensor, the mold/number transforms, the monolithic integrated

3、 circuit, the demonstration part, reports to the police the output, the application system software and so on. micro electric current signal comes out which from the sensor, enters in the monolithic integrated circuit, the monolithic integrated circuit control testing whether the density is over spe

4、cified range concentration and excessively is high in the density time produces reports to the police. the demonstration part uses the led digital tube carries on the demonstration; reports to the police the output to use the buzzer control reports to the police; the software design uses the monolit

5、hic integrated circuit c language programming. key words：robot；sensor; gas; examination; reports to the police 1 總體方案設計1.1 設計要求及總體思路 要求設計完成一個裝置，使其在危險氣體超出正常范圍的環境中可以進行報警，并可以通過數碼管顯示氣體超出正常范圍。本設計的整體思路是：氣敏傳感器檢測到危險氣體，傳感器元件進行無焰燃燒，使電阻降低電橋輸出一個變化的電壓信號，這個電壓信號與可燃氣體濃度成正比。當可燃氣體濃度值達到設定值時，單片機輸出信號讓報警電路工作。1.2 方案確定如圖1所

6、示，此方案由傳感器檢測電路、單片機和聲光報警部分等組成。檢測電路把泄漏氣體濃度的變化轉變成電信號，根據氣體濃度和電壓信號之間的對應關系，最后由單片機驅動二極管信號顯示燈，蜂鳴器以及數碼管完成報警過程。圖1 方案圖2 危險氣體檢測裝置硬件部分2.1 傳感器模塊部分在這里根據其具體的性能指標，結合此次設計的要求，我選擇使用的氣體傳感器為 mq-7 型氣體傳感器，它屬于電阻式半導體型氣體傳感器（是半導體金 ，屬氧化物陶瓷氣體傳感器） 是一種用金屬氧化物薄膜例如：sno2，zno，fe2o3，tio2 等制成的阻抗器件，其電阻隨著氣體含量的不同而變化。之所以選擇 mq-7 型氣體傳感器是因為它對煤氣、

7、co有很高的靈敏度，有著很可靠的穩定性，快速的響應恢復特性，非常簡單的驅動電路而且其使用壽命很長。本次設計采用的傳感器是mq-7型氣體傳感器的檢測模塊 ，它的主要芯片是lm393、mq-7氣體傳感器；工作電壓是直流5伏；特點是具有信號輸出指示，具有雙路信號輸出（模擬量輸出及ttl電平輸出）；ttl 輸出有效信號為低電平。（當輸出低電平時信號燈亮，可直接接單片機）; 模擬量輸出05v電壓，濃度越高電壓越高; 對一氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性; 具有長期的使用壽命和可靠的穩定性;應用于家庭、環境的一氧化碳探測裝置；適宜于一氧化碳、煤氣等的探測。模塊圖和模塊線路圖如下圖2和圖3. 圖2 氣體

8、傳感器模塊 圖3 傳感器模塊實物圖 此模塊的原理圖如圖4。圖4 模塊原理圖2.2 控制部分本設計的控制器選用的是單片機， 單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統，因此它得到了最多的應用。本設計中選用的是stc89c52型單片機，stc89c52 是 一 種 帶 8k 字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器 （fperom-flash programable and erasable read only memory ）的低電壓，高性能 comos8 的微處理器，俗稱單片機。單片機的最小系統部分電路的原理圖如圖5所示。左上部分是復位電路，復位電路：51復位就是在滿足51最小系統其他工作條件下，讓rst

9、管腳保持高電平（通常0.7vcc以上電壓）維持至少兩個機器時鐘，以引導單片機復位，之后rst管腳恢復為低電平。在單片機最小系統里晶振加電容的主要目的是濾波，這樣可以使得晶振輸出的波形更加平滑，方便給予單片機適用的信號。上電接電容是為了緩沖信號的改變，是保護芯片的設計。加10k電阻是防止vcc直接和地導通造成短路，損壞元器件。圖5 單片機最小系統圖6 蜂鳴報警電路2.3 蜂鳴報警部分電路蜂鳴報警部分的電路圖如圖6。檢測到的氣體濃度超過限定濃度時傳感器模塊將模擬信號由dout端輸入單片機stc89c52，再由單片機的p2.6端口輸出高電平，控制三極管的導通或關斷，繼而控制喇叭的發出警告，電路可使喇

10、叭發出“嘟嘟嘟”的警告信號。2.4 數碼管顯示部分此部分主要由兩個74hc373連接一個數碼管實現，當氣體濃度正常情況下數碼管顯示n，濃度太大超過正常范圍的話顯示h。2.4.1 74hc373簡介74hc373和74ls373 原理一樣，8 數據鎖存器。主要用于數碼管、按鍵等等的控制。常用作地址鎖存器和i/o輸出。2.4.2 數碼管介紹 數碼管是一種半導體發光器件，其基本單元是發光二極管。本設計中采用的是四位一體的共陽數碼管，這樣的話更方便連接到電路里面，使引腳連接更加方便，減少了繁瑣的引腳的連接，這次使用的四位一體的共陽數碼管。2.4.3 數碼顯示部分連接電路圖此部分主要是兩個74hc373

11、與一個四位一體的數碼管的連接， 一個74hc373的八個輸入端d0-d7口直接與單片機的p0.0-p0.7口相連接，輸出端q0-q7口分別與數碼管的段選位a，b，c，d，e，f，g，dp引腳相連接，另一個74hc373的輸出端q0-q3分別與數碼管的位選s1-s4引腳相連接。此部分的連接圖如下圖7。圖7 數碼管顯示部分電路2.5 電源部分電源部分我采用的是一個usb的接口電路，將來放在機器人身上可以通過一個電源轉換電路把電壓變化到本裝置所需的5v電源，單獨使用本裝置時可以直接用串口線連接到電腦上。3 軟件部分設計3.1 軟件調試開發工具本系統的軟件編程使用的是美國keil software公司

12、出品的keil c51，是51系列兼容單片機c語言軟件開發系統，與匯編相比，c語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢。 keil c51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全windows界面。另外重要的一點，keil c51生成的目標代碼效率非常之 高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。 3.2 軟件系統流程本系統的軟件設計以c語言為基礎，可以在執行的開始和過程中，根據氣體爆炸下限的不同修改報警臨界值，增大了使用的范圍。系統主程序流程圖如圖8所示。程序開始系統初始化判斷是否到達報警點報警，數碼管顯示h不報警，數碼管顯示n達到報警點沒達到報警點圖8系統主程序流

13、程圖不報警以及報警時數碼管分別顯示,。對應的實物圖如下圖和10。圖9 正常狀態實物圖圖10 報警狀態實物圖4 焊接調試過程在焊接的過程中，前期主要是氣體傳感器的選擇問題，開始時準備使用的是mq-5，因買不到此元器件就改用mq-7傳感器模塊，焊接過程中出現了虛焊接觸不良的問題，因為不小心把三極管的極給焊反了，及時檢查出來才避免了很大的問題；因為連接到數碼管的線特別多，容易焊接出問題，很容易出現短路的問題。由于覺得電路相對來說不算是復雜，就沒有進行電路圖的軟件仿真，直接進行的焊接，在焊接的過程中，采用的是邊焊接邊檢查測試電路的方法，焊接完成沒有檢測出電路出現問題，對于調試更多的是軟件調試，主要采用的是keil軟件的使用比較生疏。5 總結本論文設計的危險氣體檢測裝置由傳感器檢測電路與單片機控制電路兩大部分構成。傳感器檢測電路選用mq-7型半導體電阻式氣體傳感器模塊，在系統單片機控制電路的設計上，采用了高性能、高整合度的stc89c52單片機作為核心芯片，充分利用了其高速數據處理能力和豐富的片內外設，實現了裝置的小型化和智能化。使裝置具有結構簡單、性能穩定、體積小、成本低等優點。另外可以對報警的限制濃度進行調節，但是本裝置仍然存在一定缺陷，不能實時的檢測顯示出空氣中危險氣體的