1、畢業論文（設計）原創性聲明本人所呈交的畢業論文（設計）是我在導師的指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據我所知，除文中已經注明引用的內容外，本論文（設計）不包含其他個人已經發表或撰寫過的研究成果。對本論文（設計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 作者簽名： 日期： 畢業論文（設計）授權使用說明本論文（設計）作者完全了解*學院有關保留、使用畢業論文（設計）的規定，學校有權保留論文（設計）并向相關部門送交論文（設計）的電子版和紙質版。有權將論文（設計）用于非贏利目的的少量復制并允許論文（設計）進入學校圖書館被查閱。學校可以公布論文（設計）的全部或部分內容。保密的

2、論文（設計）在解密后適用本規定。 作者簽名： 指導教師簽名： 日期： 日期： 注 意 事 項1.設計（論文）的內容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創性聲明3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數要求：理工類設計（論文）正文字數不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數不少于1.2萬字。3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字

3、體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業論文須用a4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設計（論文）2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂3）其它摘 要煤氣已成為人們生活中必不可少的能源了，煤氣泄漏時有發生，煤氣泄漏使人中毒，可能會發生爆炸，給人們的人身安全和財產安全帶來了很多隱患，所以防止煤氣泄漏檢測裝置已成為

4、人們迫切的需要，為此開發煤氣泄漏報警檢測裝置是非常必要的。計算機以及單片機的普及和信息技術的迅猛發展，人們已經對家庭住宅環境提出了更高的要求，智能化、信息化被引入家庭，便利，舒適而且更加安全。家庭智能化的定義，在國際上至今尚無一致的理念，在現代化的城鄉住宅小區中和采用微型計算機、自控裝置、通信等技術，建立一個物業管理中心與安全防護監控系統，最終的目的是使每一個祝賀得到滿足其要求的最佳方案。這些足以表明人們最注重的還是安全。而且國家建設部規定，目前住宅小區應實現六項智能化要求，其中就包括實行安全防范系統自動化監控管理；防盜報警系統應安紅外或微波與煤氣泄漏報警器等各種類型報警裝置，基于此項規定，煤

5、氣泄漏檢測報警裝置實現智能化勢在必行。本系統主要針對傳統煤氣，液化氣的泄漏進行檢測，報警。本系統有如下特點：用單片機實現控制，電路簡單、價格便宜、可靠性好。采用增強型51單片機，mq-2氣體傳感器，煤氣泄漏是會發出燈光和聲音的報警，因此本系統可作為智能家居的一個安全系統！關鍵詞：煤氣泄漏；單片機；氣體傳感器abstractgas has become an essential energy in peoples lives, gas leak incident occasionally, gas leak can make people explode, brought a lot of hi

6、dden dangers to personal safety and property security of people, so to prevent the gas leak detectionthe device has become an urgent need, for the development of the gas leak alarm detection devices is necessary.the popularity of computer and microcontroller, and the rapid development of it, people

7、have been raised on the family residential environment a higher demand intelligence, information was introduced to the family, convenient, comfortable and more secure.the definition of the family of intelligent, in the international community so far there is no consistent philosophy in the modern ur

8、ban and rural residential area and the use of micro-computer, automatic control devices, communication technologies such as the establishment of a property management center and the security monitoring system, the ultimate aim is each congratulate get the best solution to meet their requirements. th

9、ese are sufficient to show that the security focus. the provisions of the ministry of construction, the residential area should achieve six intelligent, including the implementation of the automated monitoring and management of security system; burglar alarm system should be infrared or microwave, g

10、as leak alarms, and other types of alarm devices, based on this paragraph, gas leak detection alarm device intelligence is imperative.this system is mainly for conventional gas, liquefied petroleum gas leak detection, alarm. this system has the following characteristics: with mcu control circuit is

11、simple, cheap, and good reliability. enhanced 51 microcontroller, the mq-2 gas sensors, gas leak emits light and sound the alarm, this system can be used as a smart home security system!keywords: gas leak; microcontroller; gas sensor目錄1 引言11.1 煤氣泄漏檢測報警裝置的背景及意義11.2 煤氣泄漏報警器的現狀21.3 設計任務32 煤氣泄漏檢測報警裝置的方案

12、設計42.1 設計思想42.2 氣體傳感器的選型42.2.1氣體傳感器介紹42.2.2氣體傳感器的選定72.3 煤氣泄露報警系統的整體設計方案82.3.1煤氣泄露報警器工作原理82.3.2煤氣泄露報警器的結構82.4 裝置功能說明92.5裝置主體圖93煤氣泄漏檢測報警裝置的硬件部分設計103.1 stc12c5a60s2系列單片機簡介103.2 stc12c5a60s2系列單片機的內部結構123.2.1 管腳說明.123.2.2引腳電路的連接.143.2.3 振蕩器特性.153.3 單片機領域前景及發展狀況153.4 stc12c5a60s2系列單片機最小應用系統163.4.1 電源電路.16

13、3.4.2 時鐘電路.173.4.3 復位電路.183.5 傳感器電路193.5.1 mq-2傳感器介紹.193.5.2 傳感器電路的連接.213.6 顯示電路213.7 串口下載模塊223.7.1 關于 rs-232.224 煤氣泄漏檢測報警裝置的軟件部分設計244.1 主程序設計流程與編程244.1.1 主程序設計流程圖.244.2 a/d轉換模塊的編程264.2.1 a/d轉換模塊的結構.264.2.2 a/d轉換模塊程序.264.3 5110液晶模塊的編程274.3.1 液晶模塊編程模式.274.3.2 液晶模塊程序.274.4 報警主程序315 煤氣泄漏檢測報警裝置的調試335.1

14、keil簡介335.2 程序調試的步驟345.2.1 程序調試過程中的問題及解決.35總結與展望37致謝38參考文獻39附錄a40附錄b491 引言1.1 煤氣泄漏檢測報警裝置的背景及意義近年來隨著人們生活水平的提高，管道煤氣和罐裝煤氣已經深入到百姓家庭。但是由于使用不當或者設備老化等原因導致的煤氣泄漏極大的威脅著人們的生命以及財產安全co是一種無色、無嗅、無味、無刺激性的氣體，幾乎不溶于水，當與空氣混合達到12580時具有爆炸性。此外，co通過人體呼吸作用進入血液循環，造成缺氧血癥，導致組織缺氧，抑制組織呼吸。它又是煤氣中對人體危害最大的有毒氣體。目前，管道煤氣和罐裝煤氣早已進入尋常百姓家，

15、但由于使用不當或設備老化等導致的煤氣泄漏問題也日趨突出，極大地威脅人們生命財產安全。在實驗室進行研究工作及工業現場施工時，也經常出現因有毒氣體泄漏而引發的事故，有時甚至危及生命和財產安全。因此，研制有效的，能夠用于工業現場和用于家庭環境的有害氣體檢測裝置具有很大的意義，市場應用前景廣闊。 下面是一氧化碳與健康成年人中毒可能發生的癥狀50ppm 健康成年人在八小時內能承受的最大濃度200ppm 2-3小時后輕微頭痛，乏力400ppm 1-2小時內前額疼痛，3小時后威脅生命800ppm 45分鐘內眼花、惡心、痙攣；2小時內失去知覺；2-3小時內死亡1600ppm 20分鐘內頭痛、眼花、惡心；一小時

16、內死亡3200ppm 5-10分鐘內頭痛、眼花、惡心；25-30分鐘死亡12800ppm 1-3分鐘死亡根據以上數據，可見煤氣泄漏時刻危害著人們的生命，當煤氣泄漏不僅可以使人中毒，而且還隨時可能發生爆炸的危險，面對煤氣泄漏而造成的種種事故威脅，我們需要一個解決辦法。使用煤氣報警器是對付煤氣無形殺手的重要手段之一。煤氣專家指出，煤氣泄漏或廢氣排放而大量產生的一氧化碳是煤氣中毒事件的根源，如采用煤氣泄漏報警器就能得到及時的警示。有關部門經長期測試得出結論，煤氣報警器防止煤氣泄漏事故發生的有效率達95%以上。所以怎樣防止煤氣中毒與爆炸已成為人們的迫切需要。1.2 煤氣泄漏報警器的現狀目前，一般的煤氣

17、報警器功能單一，性能未定性差，而且大型的監控系統價格不菲，需要專門人員管理，不適合居家使用。家用煤氣泄漏的檢測與報警是非常重要的煤氣安全設備，它是安全使用煤氣的最有一道防線。煤氣泄漏報警器通過氣體傳感器探測周圍環境中的低濃度可煤氣體，將探測新號用模擬量傳遞給控制電路，當可煤氣體濃度超過設定值時，裝置的報警燈會發出信號，報警器會發出聲音報警。煤氣體報警器的探測煤氣體的傳感器主要是有氧化物半導體、催化燃燒型、熱線型氣體傳感器，還有少量其他類型。這些傳感器都是通過對周圍環境中的煤氣的吸附，在傳感器表面產生化學反映或者電化學反應，造成傳感器的電物理特性的改變。煤氣泄漏報警器廣泛應用在城市安防、小區、公

18、司、工廠、學校、倉庫、化工等眾多領域。按檢測氣體可分為：可煤氣體報警器，有毒氣體報警器和復合式氣體傳感器。氣體傳感器檢測的氣體有，一氧化碳，二氧化碳，甲烷，氫氣等可燃或者有毒氣體！煤氣泄漏報警器從功能上可分為僅有泄漏報警功能的報警器和可以指示所探測到氣體濃度并且具有報警功能的檢測報警器。從使用場所上可分為民用報警器和商用報警器。民用的通常是獨立的在住宅中使用的煤氣報警器，功能簡單。商用的主要使用在煤氣運輸、儲存場所、使用煤氣和可能有煤氣泄漏的工廠和公共場所。城市煤氣規范中規定地下室，半地下室，地上密閉空間的用氣房間，建筑的管道井，封閉計量表房等都要安裝煤氣報警器。建筑和煤氣的相關規范和法規也推

19、薦使用民用煤氣泄漏報警裝置。工業用固定式氣體報警器是由報警控制器和探測器組成，控制器可防止于值班室。主要對各監測點進行監控，探測器安裝于氣體最容易泄漏的地點，其核心部件為內置氣體傳感器，傳感器檢測空氣中氣體的濃度。探測器將檢測到的氣體濃度轉換成電信號，通過線纜傳輸到控制器，濃度越高信號越強，當氣體濃度達到或者超過報警點時，報警器發出報警新號，如果是閥門泄漏可啟動電磁閥及排氣扇等設備自動排除隱患。便攜式檢測儀為手持式，工作人員可隨身攜帶，方便檢測不同地點的氣體濃度。家庭用氣體檢測器價格便宜，使用方便，省空間。目前，隨著傳感器生產工藝水平的提高，傳感器日益小型化，集成度不斷提高，使得氣體檢測儀器越

20、來越小。能用一種儀器檢測多種不同氣體是氣體檢測儀的發展趨勢。國外在氣體傳感器，其中包含co傳感器的研究和應用方面達到了很高水平，形成了多系列多品種的產品。相比之下我國的研究和應用比較滯后，特別在產品開發上亟待加強。隨著中國在世界加工制造業領域地位的不斷提高，國內外技術交流的頻繁開展，在傳感器制造方面的條件正在成熟，加上政府對co安全立法的重視和人們對安全的需要，對co傳感器需求的持續增長，co傳感器的市場正在不斷成熟，相信在幾年內我國會出現自己知識產權的co傳感器產品。1.3 設計任務本文設計了一種靈敏度高、響應快、抗干擾性好、使用方便、價格便宜的煤氣檢測系統，采用氣敏傳感器，氣敏傳感器是能夠

21、感知環境中某種氣體及其濃度的一種敏感器件，它將氣體成分、濃度等有關的信息轉換成電信號，從而可以進行檢測。目前，人們對氣敏傳感器的測試方法主要停留在用人工手動的方式來操作，開發出一種實用高效的智能化傳感器測試裝置是極為必要的。而聲光信號是信息的又一主要載體，如果在這些測量場合能用聲光信號直接報出結果，將給操作人員帶來極大方便，本文就介紹一種新型的氣敏傳感器測試系統，從組成、硬件設計以及程序流程及代碼等幾方面對其進行了詳細的介紹。2 煤氣泄漏檢測報警裝置的方案設計2.1 設計思想煤氣泄漏檢測報警裝置是能夠檢測環境中的可燃性氣體濃度，并具有報警功能的儀器，儀器的最基本組成部分應包括：氣體信號采集電路

22、、模數轉換電路、單片機控制電路。氣體信號采集電路一般由氣敏傳感器和模擬放大電路組成，將氣體信號轉化為模擬的電信號。模數轉換電路將從煤氣檢測電路送出的模擬信號轉換成單片機可識別的數字信號后送入單片機。單片機對該數字信號進行處理，并對處理后的數據進行分析，是否大于或等于某個預設值(也就是報警限)，如果大于則會自動啟動報警電路發出報警聲音，反之則為正常狀態。為使報警裝置更加完善，可以在聲音報警基礎上，加入燈光報警，變化的光信號可以引起用戶注意，彌補嘈雜環境中聲音報警的局限。以上是根據報警器應具備的功能，提出的整體設計思路。氣敏傳感器及單片機是煤氣泄漏報警器的兩大核心，根據報警器功能的需要，選擇合適、

23、精確、經濟的氣敏傳感器及單片機芯片是至關重要的。2.2 氣體傳感器的選型氣體傳感器屬于氣敏傳感器，是氣-電變換器，它將可燃性氣體在空氣中的含量(即濃度)轉化成電壓或者電流信號，通過a/d轉換電路，將模擬量轉換成數字量后送到單片機，進而由單片機完成數據處理、濃度處理及報警控制等工作。氣體傳感器作為煤氣泄漏報警器的信號采集部分，是儀表的核心組成部分之一。由此可見，氣體傳感器的選型是非常重要的。2.2.1氣體傳感器介紹1.氣體傳感器的分類氣體傳感器種類繁多，從檢測原理上可以分為三大類：(1)利用物理化學性質的氣體傳感器：如半導體氣體傳感器、接觸燃燒氣體傳感器等。(2)利用物理性質的氣體傳感器：如熱導

24、氣體傳感器、光干涉氣體傳感器、紅外傳感器等。(3)利用電化學性質的氣體傳感器：如電流型氣體傳感器、電勢型氣體傳感器等。2.氣體傳感器應滿足的基本條件 :一個氣體傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實體，也可以是由多個不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個完整的氣體傳感器都必須具備以下條件： (1)能選擇性地檢測某種單一氣體，而對共存的其它氣體不響應或低響應； (2)對被測氣體具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內的氣體濃度； (3)對檢測信號響應速度快，重復性好； (4)長期工作穩定性好； (5)使用壽命長； (6)制造成本低，使用與維護方便。3.常見氣體傳感器簡介（1）半

25、導體氣體傳感器半導體氣體傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感器，以及用單晶半導體器件制作的氣體傳感器。自1962年半導體金屬氧化物氣體傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應快、輸出信號強、耐久性強、結構簡單、價格便宜等諸多優點，得到了廣泛的應用。該傳感器己成為世界上產量最大、使用最廣的氣體傳感器之一。按照敏感機理分類，可分為電阻型和非電阻型。（2）固體電解質氣體傳感器固體電解質氣體傳感器使用固體電解質氣敏材料作為氣敏元件，其原理是利用氣敏材料在通過氣體時產生電阻，測量其形成電動勢從而測量氣體濃度。由于這種傳感器電導率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣泛的應用，幾乎打入了石化

26、、環保、礦業等各個領域，其產量僅次于半導體氣體傳感器的一類傳感器。但這種傳感器制造成本高，檢測氣體范圍有限，在檢測環境污染領域中有優勢。（3）接觸燃燒式氣體傳感器當易燃氣體接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時會發生氧化反應而燃燒，故得名接觸燃燒式傳感器。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲(也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層)，使用時將鉑絲通電，保持300c400c的高溫，此時若與氣體接觸，氣體就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升,通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道氣體的濃度。（4）高分子氣體傳感器利用高分子氣敏材料制作的氣體傳感器近年來得到很大的發展。

27、高分子氣敏材料在遇到特定氣體時，其電阻、介電常數、材料表面聲波傳播速度和頻率、材料重量等物理性能發生變化。高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價格低廉、易與微結構傳感器和聲表面波器件相結合，在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。高分子氣體傳感器具有對特定氣體分子靈敏度高，選擇性好，且結構簡單，能在常溫下使用，可以彌補其它氣體傳感器的不足。（5）電化學傳感器電化學傳感器由膜電極和電解液封裝而成。氣體濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號傳出。它的優點是：反映速度快、準確、穩定性好、能夠定量檢測，但壽命較短(大約兩年)。它主要適用于毒性氣體檢測。目前國際上

28、絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。（6）熱傳導傳感器熱傳導傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結構形式，但是測量原理不同。它的測量原理是：將加熱后的鉑電阻線圈置于目標煙霧中，由于向目標氣體傳送熱量造成溫度降低，引起電阻值變化，傳感器即測量電阻值的變化情況。溫度的變化情況是目標氣體熱傳導率的函數，而對于一種給定的氣體，熱傳導率是它固有的物理特性。（7）紅外傳感器紅外傳感器通常用兩束紅外光進行氣體測量，主光束通過測量元件內的目標氣體，參考光束通過比較元件內的參考氣體。在測量和比較元件中，紅外射線被氣體有選擇地吸收了。未吸收的紅外光由光電探測器測量，產生一個正比于目標氣體濃度的差分信號。非擴散式紅外探

29、測器ndir (non-dispersive ir )是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴散和損耗被記錄下來。不同的氣體吸收不同波長的ir，所以傳感器根據目標氣體而調整，典型應用包括測量co和co2、冷凍劑煙霧和一些易然氣。由于非碳氫化合物易燃氣體(如氫)不吸收電磁譜中ir部分的能量，所以這種傳感器可以精確地測量碳氫化合物，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其它氣體的腐蝕以及高濃度目標煙霧的影響。4.常見氣體傳感器可檢測氣體種類由于氣體的種類繁多，一種類型的氣體傳感器不可能檢測所有的氣體，通常只能檢測某一種或兩種特定性質的氣體。例如氧化物半導體氣體傳感器主要檢測各種還原性煙霧，如co、h2

30、、c2h5oh、ch3oh等。固體電解質氣體傳感器主要用于檢測無機氣體，如o2、co2、h2、cl2、so2等。2.2.2氣體傳感器的選定天煤氣泄漏報警器主要應用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、噴漆作業等易發生可燃氣體泄漏的場所，根據報警器檢測氣體種類的要求，一般選用接觸燃燒式氣敏傳感器和半導體氣敏傳感器。使用接觸燃燒式氣敏傳感器，其探頭的阻緩及中毒,是不可避免的問題。阻緩是當在氣體與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質的情況下，則有可能在無焰燃燒的同時，有些固態物質附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應緩慢反應滯緩，靈敏度降低。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環境中有得到某種程度

31、的恢復的可能，但是如果長期暴露在這樣的環境中，其靈敏度會不斷下降，導致該傳感器最終喪失檢測煙霧的能力。中毒是如果環境空氣中含有硅烷之類的物質時，則傳感器將使催化元件產生不可逆轉的中毒，以致靈敏度很快就喪失。當懷疑檢測環境中存在這些物質時，經常對探頭進行標定，是必須且有效的辦法。因此，經常對傳感器進行標定，是保證其準確性的必要的途徑。一般連續使用兩個月后應對傳感器進行量程校準，這種經常性對傳感器的維護，無形中加大了工作人員的工作量，同時增加了報警器的維護成本。半導體氣敏傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感器以及用單晶半導體器件制作的氣體傳感器，它具有靈敏度高，響應快、體積小、

32、結構簡單，使用方便、價格便宜等優點，因而得到廣泛應用。半導體氣敏傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性(抗干擾性)和穩定性(使用壽命)。經過對比上述兩種氣敏傳感器的應用特性，發現半導體氣敏傳感器的優點更加突出：靈敏度高、響應快、抗干擾性好、使用方便、價格便宜，且不會發生探頭阻緩及中毒現象，維護成本較低等。因此，本設計采用半導體氣敏傳感器作為報警器氣體信息采集部分的核心。而在眾多半導體氣敏傳感器中，本設計選用mq-2型氣敏傳感器，這種型號的傳感器具備一般半導體氣敏傳感器靈敏度高、響應快、抗干擾能力強、壽命長等優點。2.3 煤氣泄露報警系統的整體設計方案2.3.1煤氣泄露報警器工作原理本論文中的煤氣泄

33、漏報警器以stc12c5a60s2單片機為控制核心，采用mq-2型電阻式半導體傳感器采集氣體信息。首先，氣體傳感器送來的氣體濃度對應的電壓信號送入stc12c5a60s2單片機；然后，在stc12c5a60s2單片機內a/d轉換、氣體濃度比較，對數據進行線性化處理，將數字化電壓信號轉化成為對應的十進制濃度值；最后，判斷氣體濃度值是否超出報警限，當氣體濃度處于正常狀態紅燈不會閃亮，當氣體濃度超出設定的限定值時，發出聲音報警并伴隨紅燈亮。另外由于氣體傳感器需要在加熱狀態下工作，溫度越高，反應越快，響應時間和恢復時間就越快。為提高響應時間，保證氣體傳感器準確地、穩定地工作，報警器需要向氣體傳感器持續

34、輸出一個5v的電壓。2.3.2煤氣泄露報警器的結構為適應家庭對可燃性易爆氣體安全性要求，設計的可燃性氣體報警儀應不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應具有顯示可煤氣體濃度、可接計算機進行現場遠測和實時控制等功能。其目標是在傳統的煙霧報警儀的基礎上，盡量提高準確性，降低成本，縮小體積。系統使用stc12c5a60s2單片機，選用氣敏傳感器作為敏感元件，顯示電路，及報警裝置開發了可用于家庭或小型單位天煤氣泄漏報警器。整個設計由3大部分構成：氣敏傳感器、stc12c5a60s2單片機、顯示電路。氣敏傳感器是將現場氣體濃度非電信號轉化為電信號；轉換電路是將完成將氣體傳感器輸出的模擬信號到數字信號的轉換。2

35、.4 裝置功能說明煤氣泄漏檢測裝置，顧名思義是用來檢測煤氣泄漏，使煤氣使用更加安全。在使用此裝置前，首先設置好報警的氣體濃度值，設置濃度可調，將裝置放置在煤氣容易泄漏的區域，當煤氣或者其他煤氣泄漏的時候，空氣中氣體濃度超過設定值時，裝置會發出燈光及聲音的報警。2.5裝置效果圖圖2. 1成品效果圖3 煤氣泄漏檢測報警裝置的硬件部分設計硬件電路形象的說就是整個裝置的框架，硬件電路的設計，直接影響裝置功能能否實現。硬件電路的設計首先必須了解各原件的性能指標，工作原理，以及整體的電路連接。本章主要介紹一些單片機最小系統，顯示電路，傳感器電路3.1 stc12c5a60s2系列單片機簡介stc12c5a

36、60s2/ad/pwm 系列單片機是宏晶科技生產的單時鐘/機器周期(1t)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051,但速度快8-12倍。內部集成max810專用復位電路,2路pwm,8路高速10位a/d轉換(250k/s.，即25萬次每秒)，針對電機控制，強干擾場合。1. 增強型 8051 cpu，1t，單時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容傳統80512. 工作電壓：stc12c5a60s2 系列工作電壓：5.5v - 3.5v（5v單片機）stc12le5a60s2 系列工作電壓：3.6v - 2.2v（3v單片機）3. 工作頻率范圍：035mh

37、z，相當于普通8051的 0420mhz4. 用戶應用程序空間8k /16k / 20k / 32k / 40k / 48k / 52k / 60k / 62k 字節.5. 片上集成1280字節ram6. 通用i/o口（36/40/44個），復位后為：準雙向口/弱上拉（普通8051傳統i/o口）可設置成四種模式：準雙向口/弱上拉，強推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏每個i/o口驅動能力均可達20ma，但整個芯片最大不超過120ma。7. isp（在系統可編程）/ iap（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（p3.0/p3.1）直接下載用戶程序，數秒即可完成一片8. 有ee

38、prom功能(stc12c5a62s2/ad/pwm無內部eeprom)9. 看門狗10.內部集成max810專用復位電路（外部晶體12m以下時，復位腳可直接1k電阻到地）11. 外部掉電檢測電路: 在p4.6口有一個低壓門檻比較器，5v單片機為1.33v，誤差為5%,3.3v 單片機為1.31v，誤差為3%12. 時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內部r/c振蕩器(溫漂為5% 到10% 以內)用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內部r/c 振蕩器還是外部晶體/ 時鐘常溫下內部r/c 振蕩器頻率為：5.0v 單片機為：11mhz 17mhz3.3v 單片機為：8mhz 12mhz，精度要求不高時，可

39、選擇使用內部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準13. 共4個16位定時器兩個與傳統8051兼容的定時器/計數器,16位定時器t0和t1，沒有定時器2，但有獨立波特率發生器做串行通訊的波特率發生器,再加上2路pca模塊可再實現2個16位定時器14. 3個時鐘輸出口，可由t0的溢出在p3.4/t0輸出時鐘，可由t1的溢出在p3.5/t1輸出時鐘,獨立波特率發生器可以在p1.0口輸出時鐘15. 外部中斷i/o口7路,傳統的下降沿中斷或低電平觸發中斷,并新增支持上升沿中斷的pca模塊，power down模式可由外部中斷喚醒，int0/p3.2,int1/p3.3,t0/p3.4, t1/p

40、3.5, rxd/p3.0,ccp0/p1.3(也可通過寄存器設置到p4.2), ccp1/p1.4(也可通過寄存器設置到p4.3)16. pwm(2路）/ pca（可編程計數器陣列,2路）- 也可用來當2路d/a使用- 也可用來再實現2個定時器- 也可用來再實現2個外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時支持)17. a/d轉換, 10位精度adc，共8路，轉換速度可達250k/s(每秒鐘25萬次)18. 通用全雙工異步串行口(uart)，由于stc12系列是高速的8051，可再用定時器或pca軟件實現多串口19. stc12c5a60s2系列有雙串口，后綴有s2標志的才有雙串口，rx

41、d2/p1.2(可通過寄存器設置到p4.2)，txd2/p1.3(可通過寄存器設置到p4.3)20. 工作溫度范圍：-40 +85(工業級) / 0 75(商業級)21.封裝：lqfp-48, lqfp-44, pdip-40, plcc-44, qfn-40i/o口不夠時，可用2到3根普通i/o口線外接74hc164/165/595（均可級聯）來擴展i/o口,還可用a/d做按鍵掃描來節省i/o口，或用雙cpu,三線通信，還多了串口。3.2 stc12c5a60s2系列單片機的內部結構stc12c5a60s2系列單片機的內部結構框圖如下圖所示。stc12c5a60s2單片機中包含中央處理器(c

42、pu)、程序存儲器(flash)、數據存儲器(sram)、定時/計數器、uart串口、串口2、i/o接口、高速a/d轉換、spi接口、pca、看門狗及片內r/c振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。stc12c5a60s2系列單片機幾乎包含了數據采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個片上系統。3.2.1 管腳說明vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當fiash進行校驗時，p

43、0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。p2口：p2口為一個內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當p2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。p2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，p2口輸出

44、地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：p3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能p3.0 rxd（串行輸入）p3.1 txd（串行輸出）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）

45、p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數據存儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數據存儲器讀選通）p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止al

46、e的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ale禁止，置位無效。/psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現。/ea當/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內部鎖定為reset；當/ea端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。x1：

47、反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。x2：來自反向振蕩器的輸出。引腳電路如下圖所示圖3 1單片機引腳圖3.2.2引腳電路的連接p2.0p2.7為i/o口的p2口：內部帶有弱上拉的雙向i/o口，作為輸入引腳使用前，先向p2口鎖存器寫入1，使p2口引腳被上拉為高電平reset為復位信號輸入端，高電平有效。/ea為外部程序存儲器選擇信號，低電平有效。在復位期間cpu檢測并鎖存該引腳電平狀態，當發現該引腳為高電平時，從片內程序存儲器取指令，只有當程序計數器pc超出片內程序存儲器地址編碼范圍時，才轉到外部rom中取指令；當該引腳為低電平時，一律從外部程序存儲器中取指令。/ea在本次設計中此引腳

48、接高電平，所以按照它的功能特性它將從內部程序存儲器讀取指令碼。x1、x2的功能特性，其中x1接cpu內部時鐘電路。本電路的時鐘電路采用芯片內部的振蕩電路。當使用片內振蕩電路時，x1、x2與晶體振蕩器及電容c1、c2按電路圖上所示方式連接。晶振、電容c1 /c2及片內與非門（作為反饋、放大元件）構成了電感三點式振蕩器，振蕩信號頻率與晶振頻率及電容c1、c2的容量有關，但主要由晶振頻率決定。該設計中我所設計的晶振頻率為11.0592mhz，c1、c2都為22pf。對于89c51芯片來說，它內置了rom、eprom、otp rom、flash rom，當不使用外部存儲器（包括程序存儲器和數據存儲器）

49、時，p0口可以作為通用的輸入/輸出端口（i/o）使用。p0口作為i/o端口使用時，多路開關“控制”信號為“0”（即低電平）。輸出時，寫鎖存器脈沖clk有效，輸出信號經內部總線至鎖寸器輸入端d至反相輸入端q反至多路開關至v2柵極至v2漏極到輸出端，p0口是漏極開路輸出，當驅動拉電流負載時，需要外接上拉電阻，p0口帶有鎖存器，因此具有輸出鎖存器，因此具有輸出鎖存功能。p0口作為輸入口時，與p1口類似，也必須先執行寫端口指令。沒有外部程序存儲器或雖然有外部數據存儲器，但容量不大于256字節，不需要高8位地址時（在這種情況下，不能通過數據地址寄存器dptr讀寫外部數據存儲器），p2口可以作為i/o端口

50、使用，這時，“控制”信號為“0”；作為輸入口前，同樣需要向鎖存器寫入“1”，使反向器輸出低電平。3.2.3 振蕩器特性x1和x2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，xtal2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。3.3 單片機領域前景及發展狀況隨著電子產品的廣泛應用，單片機的應用領域相當廣泛，如儀器儀表、家電、機電一體化、產品研發與開發等行業，都可以是單片機設計人員的就業、提升、創業之所。目前單片機已滲透到我們生活的各個領域，

51、幾乎很難找到沒有單片機足跡的領域。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能ic卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說全自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械了。因此，單片機的學習、開發與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的工程師和科學家。科技越發達，智能化的東西就越多。因此學習單片機是社會發展的必然需求。據統計，我國的單片機年需求量已達1-3億片，且以每年大約16%的速度增長，但相對于世界市場我國的占有率還不到1%。特別是沿海

52、地區的電子廠，在不斷向內地市場輻射的進程中，多數產品所用的單片機需求量驟增。鑒于單片機應用在我國才剛剛起步，有著廣闊的前景，足以讓我們確信培養單片機應用人才，特別是工程技術中普及單片機知識有著極為重要的現實意義。3.4 stc12c5a60s2系列單片機最小應用系統所謂最小系統是指能進行正常工作的最簡單電路。包括電源電路，時鐘電路，復位電路，三者缺一不可。3.4.1電源電路單片機的電源電路顧名思義是給單片機供電的。如下圖所示，圖中包含dc插口，開關，二極管，電容，電阻和發光二極管。因為本設計是直接通過usb接口提供5伏的電源所以不需要整流橋電路。各部分的作用：dc接口接直流電源，電壓5伏電解電

53、容c2：濾低平。讀石電容c3：濾高平。二極管d1：起保護作用，防止電源接反，使反相電壓不通過。電阻r1：1k 限流作用。發光二極管d2：指示燈作用。圖3 2 電源電路3.4.2時鐘電路圖3 3 時鐘電路單片機時鐘電路圖如上。單片機的時鐘電路信號通常用兩張電路形式得到：內部振蕩方式和外部振蕩方式。本設計選用的是內部振蕩方式。在引腳xtal1和xtal2外接晶體振蕩器（簡稱晶振）或陶瓷諧振器，就構成了內部振蕩方式。由于單片機內部有一個高增益的反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩器，并產生振蕩時鐘脈沖，晶振通常選用6mhz，12mhz和24mhz，本設計選用的是11.0592mhz的晶振。如下

54、圖，圖中電容器c15和c14起穩定振蕩頻率快速起振的作用，一般選用530pf 本設計選用22pf。內部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩定，實用電路使用較多。3.4.3 復位電路復位操作完成單片機片內的初始化，是單片機從一種確定的狀態開始運行當單片機的復位引腳rst出現5ms以上的高電平時，單片機就完成了復位操作。如果rst持續為高電平，單片機就處于循環復位狀態，而無法執行程序。因此要求單片機復位后能脫離復位狀態。根據應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和開關復位。上電復位要求接通電源后，自動實現復位操作。開關復位要求在電源接通的情況下，在單片機運行期間，如果發生死機，用按鈕開關操作使單

55、片機復位。常用的是上電且開關操作，如圖所示。上電后，由于電容充電，使rst持續一段高圖3 4 復位電路電平時間。但單片機已經運行之中時，按下復位鍵也能使rst持續一段時間的高電平，從而實現上電且開關復位的操作。通常選用c=10-30f,r=10k。3.5 傳感器電路3.5.1 mq-2傳感器介紹半導體氣敏傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感器以及用單晶半導體器件制作的氣體傳感器，它具有靈敏度高，響應快、體積小、結構簡單，使用方便、價格便宜等優點，因而得到廣泛應用。半導體氣體傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性(抗干擾性)和穩定性(使用壽命)。mq-2/mq-2s氣敏傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(sno2)。當傳感器所處環境中存在可燃性氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃性氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。圖3 5 mq-2傳感器結構圖圖3 6 mq-2傳感器引腳圖1 氣體敏感層二氧化錫2 電極金（au）3 測量電極引線鉑（pt）4 加熱器鎳鉻合金（ni-cr）5 陶瓷管三氧化二鋁6 防爆網100目雙層不銹鋼（sub316）7 卡環鍍鎳銅材（ni-cu）8 基座膠木9 針狀管腳鍍鎳銅材（ni-cu） mq-2 氣敏元件的