1、摘要本文設計了一個燃氣泄漏報警與應急系統，以MCS-51單片機為核心，利用氣敏傳感器、檢測電路、報警電路，并用LED顯示當前環境實時溫度。當環境中泄漏氣體濃度超過限制時，系統發出聲光報警，同時打開排風扇應急。當警報解除時，可以復位電路，各個功能正常運作。本設計共分兩部分，硬件系統設計和軟件系統設計。硬件部分利用氣敏傳感器和溫度傳感器，對環境中的燃氣濃度進行檢測，經過單片機系統將處理的數據送LED顯示實時溫度，聲光報警電路由蜂鳴器和發光二極管組成。軟件部分用C語言進行編程，采用模塊化設計思想。該系統通過調試后，能夠較好的完成燃氣泄露報警和溫度顯示，并對燃氣泄漏進行相應的處理。關鍵詞:燃氣泄漏；報

2、警；應急；溫度檢測AbstractThis paper designs a gas leak alarm and emergency system, with MCS - 51 single-chip microcomputer as the core, and use of gas sensors, detection circuit, alarm circuit, and LED display the current environmental real-time temperature. When the concentration of gas leakage environment

3、 than limit when acousto-optic alarm, open a platoon emergency. While warnings, can reset circuit, each function normal operation.The design of two parts, hardware design and software design system. The hardware part USES gas sensors and temperature sensor, the gas concentrations of environment, thr

4、ough the data processing SCM system will send LED display real-time temperature, sound-light alarm circuit composed by the buzzer and light-emitting diodes. Software part C language program, modular design thought. The system through the debugging, can better finish gas leak alarm and temperature di

5、splay, and gas leakage corresponding processing.Key words: gas leak, Alarm, Emergency, Temperature detection目 錄1 緒論11.1課題研究的背景11.2課題研究的目的11.3國內外研究現狀及發展動態21.4本文的內容安排42 方案論證53 系統硬件設計73.1 單片機73.2 A/D轉換器的選擇133.2 LED數碼管163.3 18B20溫度傳感器173.4 MAXL813L芯片的介紹183.5氣敏傳感器的測量電路的設計193.6報警電路的設計214 軟件設計224.1 主程序設計22

6、4.2 顯示程序設計245 系統調試255.1 硬件調試及錯誤分析255.2 軟件調試及錯誤分析255.3 系統聯調25結 論27致 謝28參考文獻29附錄 C語言程序清單301 緒論1.1課題研究的背景隨著我國燃氣的變革及西氣東輸工程的進行，煤氣或天燃氣已成為多數家庭的燃料。每年，因煤氣泄露造成的煤氣中毒事故中，因使用熱水器不當或產品本身的質量問題，造成的煤氣中毒事故，全國均有不少事例。有甚者，因室內煤氣濃度過高，引起煤氣爆炸的事故也不少見。家用煤氣有時會因各種原因發生泄漏，煤氣的主要成分是甲烷，甲烷是一種可燃性氣體，遇到明火會發生燃燒甚至爆炸，所以如果在煤氣泄漏時打電話，使用家用電器的話，

7、煤氣遇到電火花可能會發生爆炸事故。人待在煤氣泄漏的空間內，甲烷的不完全燃燒可能會生成一氧化碳，人體吸入有毒氣體一氧化碳后，一氧化碳將會迅速與血液中的紅細胞結合導致人體中毒昏迷，如果長時間吸入泄露的煤氣甚至會發生中毒死亡。一氧化碳中毒屬內科急癥，如不及時發現及治療，將會危及生命。近年來，我國部分地區非職業性一氧化碳中毒事件時有發生。特別是冬春季高發，據不完全統計，我國2006年因非職業性一氧化碳中毒，造成至少3850人中毒，142人死亡。2007年3-5月份，南匯區發生了2起非職業性一氧化碳中毒事件。1.2課題研究的目的人們面對燃氣泄漏而造成的種種事故威脅，就真的沒有一個徹底的解決辦法嗎？據有關

8、專家介紹，使用燃氣報警器是對付燃氣無形殺手的重要手段之一。燃氣專家指出，燃氣泄漏或廢氣排放而大量產生的一氧化碳是燃氣中毒事件的根源，如采用燃氣泄漏報警器就能得到及時的警示。有關部門經長期測試同樣得出結論，燃氣報警器防止一氧化碳中毒事故發生的有效率達95%以上。計算機的普及和信息技術的迅猛發展，人們己不滿足于傳統的居住環境，對家庭及住宅小區提出了更高的要求，智能化被引入家庭，并迅速在世界各地發展起來。人們對居住環境要求的日見增高，體現在希望住宅不僅更便利、舒適而且更安全。單片機在日用電子產品中的應用越來越廣泛，煤氣泄漏則是人們日常生活中常常需要測量和控制的一個問題。單片機有利于為現代人工作、科研

9、、生活、提供更好的更方便的設施。為了防止中毒事件再次發生，提出利用單片機系統進行有效的預防對策。所以怎樣防止煤氣中毒與爆炸已成為人們的迫切需要。為此我們開發研制了智能煤氣報警系統。1.3國內外研究現狀及發展動態民用可燃氣體報警器為居民家庭用的燃氣報警器，一般安裝在廚房，遇燃氣泄漏時，報警器可發出聲光報警，或同時伴有數字顯示，同時聯動外部設備。有的報警器可自動開啟排風扇，把燃氣排出室外；有的報警器在報警時可自動關閉燃氣閥門，以防燃氣繼續泄漏。在應用方面，目前最廣泛的是可燃性氣體氣敏元件傳感器，已普及應用于氣體泄漏檢測和監控，從工廠企業到居民家庭，應用十分廣泛。僅以用于安全保護家用燃氣泄漏報警器為

10、例，日本早在1980年1月開始實行安裝城市煤氣、液化石油氣報警器法規，1986年5月日本通產省又實施了安全器具普及促進基本方針。美國目前已有6個州立法，規定家庭、公寓等都要安裝CO報警器。報警器種類也相當繁多，有用于一般家庭、集體住宅、飲食餐店、醫院、學校、工廠的各種氣體報警器和系統，有單體分離型報警器、外部報警系統、集中監視系統、遮斷連動系統、防止中毒報警防護系統等。結構型式有袖珍型便攜式、手推式、固定式報警等；工業用固定式報警又有壁掛式、臺放式、單臺監控式、多路巡檢式等。氣體檢測技術與計算機技術相結合，實現了智能化、多功能化。美國工業科學公司（ISC）一臺攜帶式氣體監控儀可實現4種氣體監測

11、，采用了統一的軟件，只需要換氣體傳感器，即可實現對特定氣體監測。美國國際傳感器技術（IST）公司應用一種“MegaCas"傳感器和微程序控制單元，可檢測100種以上毒性氣體和可燃性氣體，通過其“氣體檢索”功能掃描，能很快確定是哪一種氣體。可燃氣體傳感器的發展也成為氣體檢測系統的代表性標志。近年來，由于在工業生產、家庭安全、環境監測和醫療等領域對氣體傳感器的精度、性能、穩定性方面的要求越來越高，因此對氣體傳感器的研究和開發也越來越重要。隨著先進科學技術的應用，氣體傳感器發展的趨勢是微型化、智能化和多功能化。深入研究和把握有機、無機、生物和各種材料的特性及相互作用，理解各類氣體傳感器的工

12、作原理和作用機理，正確選擇各類傳感器的敏感材料，靈活運用微機械加工技術、敏感薄膜形成技術、微電子技術、光纖技術等，使傳感器性能最優化是氣體傳感器的發展方向。國外氣體傳感器發展很快，一方面是由于人們安全意識增強，對環境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是由于傳感器市場增長受到政府安全法規的推動。因此，國外氣體傳感器技術得到了較快發展，據有關統計猜測，美國1996年2002年氣體傳感器年均增長率為（2730）。目前，氣體傳感器的發展趨勢集中表現為：一是提高靈敏度和工作性能，降低功耗和成本，縮小尺寸，簡化電路，與應用整機相結合，這也是氣體傳感器一直追求的目標。如日本費加羅公司推出了檢測（0.110

13、）×106硫化氫低功耗氣體傳感器，美國IST提供了壽命達10年以上的氣體傳感器，美國FirstAlert公司推出了生物模擬型（光化反應型）低功耗CO氣體傳感器等。二是增強可靠性，實現元件和應用電路集成化，多功能化，發展MEMS技術，發展現場適用的變送器和智能型傳感器。如美國GeneralMonitors公司在傳感器中嵌入微處理器，使氣體傳感器具有控制校準和監視故障狀況功能，實現了智能化；還有前已涉及的美國IST公司的具有微處理器的“MegaGas”傳感器實現了智能化、多功能化。氣敏元件傳感器作為新型敏感元件傳感器在國家列為重點支持發展的情況下，國內已有一定的基礎。其現狀是：（1）燒結

14、型氣敏元件仍是生產的主流，占總量90以上；接觸燃繞式氣敏元件已具備了生產基礎和能力；電化學氣體傳感器有了試制產品；（2）在工藝方面引入了表面摻雜、表面覆膜以及制作表面催化反應層和修隔離層等工藝，使燒結型元件由廣譜性氣敏發展成選擇性氣敏；在結構方面研制了補償復合結構、組合差動結構以及集成化陣列結構；在氣敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生產氣敏元件，新研究開發的Al2O3氣敏材料、石英晶體和有機半導體等也開始用于氣敏材料；（3）低功耗氣敏元件（如一氧化碳，甲烷等氣敏元件）已從產品研究進入中試；（4）國內氣敏元件傳感器產量已超過“九五”初期的400萬支。產量超過20萬支的主要廠家有5家，

15、黑龍江敏感集團、太原電子廠、云南春光器材廠、天津費加羅公司（合資）、北京電子管廠（特種電器廠），其中前四家都超過100萬支，據行業協會統計，1998年全國氣敏元件總產量已超過600萬支。總的看來，我國氣敏元件傳感器及其應用技術有了較快進展，但與國外先進水平仍有較大的差距，主要是產品制造技術、產業化及應用等方面的差距，與日本比較仍要落后10年。1.4本文的內容安排針對經常發生的煤氣泄漏中毒事件，采用煤氣、甲烷、乙烷及一氧化碳等氣體傳感器、單片機、電磁閥和電鈴，設計一套有毒氣體檢測、報警電路，用單片機模塊分路控制繼電器、發光二極管和蜂鳴器。報警系統由硬件和軟件兩大部分組成。其中硬件部分由各報警感應

16、器、感應器控制器、主控器等設備組成。軟件部分主要是報警系統控制程序。氣敏傳感器用來檢測空氣中煤氣的濃度，當空氣中煤氣含量超過允許標準濃度后，感應器所獲得的感應信號均被感應器控制器所接收，再由感應器控制器對各感應信號進行相應識別和處理，并將處理后的感應信號通過串口送至主控器，由主控器對其采取相應的警報動作。報警信號加至報警聲響電路的控制端后，報警聲響電路被觸發，發出報警聲，同時打開排風扇。本課題在硬件設計方面主要研究組成家用煤氣泄漏報警控制系統的單片機芯片、氣體傳感器總線的使用方法，同時研究電路設計思路、電路組成，包括控制芯片、氣體傳感器、單片機、顯示電路等的選用和設計，最后給出結構框圖、電路原

17、理圖。系統軟件設計方面的分析設計包括主機和從機程序設計分析等。2 方案論證單片機檢測電路報警電路應急處理電路LED顯示電路路D溫度傳感器A/D轉換圖2.1 系統框圖檢測電路包括燃氣泄漏檢測和氣敏元件損壞檢測兩部分，原理電路如圖3-9所示。氣敏傳感器選用QM型，這是由金屬氧化物半導體材料制成的“氣電”轉換器件。當有燃氣泄漏時，其表面會發生化學吸附，使本身電阻（圖中AA間的電阻）下降，且燃氣濃度越高，電阻下降越多，利用該特性并通過VT1等元件組成的開關電路即可獲得“氣電”信號，完成燃氣泄漏的檢測，調節RP 1可設置不同燃氣的報警限，C2為延時電容，用于減小傳感器初始穩態的影響。 氣敏傳感器在使用中

18、，其熱絲可能燒斷，但難以發現，致使用戶在毫不知情的情況下繼續使用已失效的燃氣報警器。為能及時發現傳感器的損壞，本系統特別設計了氣敏元件自檢電路（由R3R7、VT2、VT3等組成），元件正常時，R3上有電壓信號，如熱絲燒斷，該信號為0，VT3集電極輸出低電平至單片機，點亮黃燈報警，能使用戶及時發現。同時，氣敏傳感器不直接焊入電路，而是通過七腳電子管座與電路連接，若損壞可方便地從管座中撥出換新，從而解決了更換難的問題。3 系統硬件設計3.1 單片機目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發展趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內裝化等幾個方面發展。下面是單片機

19、的主要發展趨勢。 由于CHMOS技術的進入，大大地促進了單片機的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機可以工作在功耗精細管理狀態。這也是今后以80C51取代8051為標準MCU芯片的原因。因為單片機芯片多數是采用CMOS（金屬柵氧化物）半導體工藝生產。CMOS電路的特點是低功耗、高密度、低速度、低價格。采用雙極型半導體工藝的TTL電路速度快，但功耗和芯片面積較大。隨著技術和工藝水平的提高，又出現了HMOS（高密度、高速度MOS）和CHMOS工藝。CHMOS和HMOS工藝的結合。目前生產的CHMOS電路已達到LSTTL的速度，傳輸延遲時間小于2ns，它的綜合優勢

20、已在于TTL電路。因而，在單片機領域CMOS正在逐漸取代TTL電路。 低功耗化， 單片機的功耗已從Ma級，甚至1uA以下；使用電壓在36V之間，完全適應電池工作。低功耗化的效應不僅是功耗低，而且帶來了產品的高可靠性、高抗干擾能力以及產品的便攜化。 低電壓化， 幾乎所有的單片機都有WAIT、STOP等省電運行方式。允許使用的電壓范圍越來越寬，一般在36V范圍內工作。低電壓供電的單片機電源下限已可達12V。目前0.8V供電的單片機已經問世。 低噪聲與高可靠性 為提高單片機的抗電磁干擾能力，使產品能適應惡劣的工作環境，滿足電磁兼容性方面更高標準的要求，各單片廠家在單片機內部電路中都采用了新的技術措施

21、。 大容量化， 以往單片機內的ROM為1KB4KB，RAM為64128B。但在需要復雜控制的場合，該存儲容量是不夠的，必須進行外接擴充。為了適應這種領域的要求，須運用新的工藝，使片內存儲器大容量化。目前，單片機內ROM最大可達64KB，RAM最大為2KB。 高性能化， 主要是指進一步改進CPU的性能，加快指令運算的速度和提高系統控制的可靠性。采用精簡指令集（RISC）結構和流水線技術，可以大幅度提高運行速度。現指令速度最高者已達100MIPS（Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒），并加強了位處理功能、中斷和定時控制功能。這類單片機的運算速度比標準的單片

22、機高出10倍以上。由于這類單片機有極高的指令速度，就可以用軟件模擬其I/O功能，由此引入了虛擬外設的新概念。 隨著半導體集成工藝的不斷發展，單片機的集成度將更高、體積將更小、功能將列強。在單片機家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司將其MCS 51系列中的80C51內核使用權以專利互換或出售形式轉讓給全世界許多著名IC制造廠商，如Philips、 NEC、Atmel、AMD、華邦等，這些公司都在保持與80C51單片機兼容的基礎上改善了80C51的許多特性。這樣，80C51就變成有眾多制造廠商支持的、發展出上百品種的大家族，現統稱為80C51系列。80C51單片機已成為單片機發

23、展的主流。專家認為，雖然世界上的MCU品種繁多，功能各異，開發裝置也互不兼容，但是客觀發展表明，80C51可能最終形成事實上的標準MCU。 單片機是在一塊硅片上集成了微處理器(CPU)，存儲器(RAM,ROM,EPROM)和各種輸入、輸出接口(定時器/計數器，并行I/O口，串行口，A/D轉換器以及脈沖調制器PWM等)，這樣一塊芯片具有一臺計算機的屬性，因而被稱為單片微型計算機，簡稱單片機。單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域。此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。圖3.1 AT89C51單片機引腳解

24、析1電源引腳VCC和VSS 1) VCC：電源端，接+5V電源。2) VSS：接地端。2外接晶體引腳XTAL1和XTAL21) XTAL1 片內振蕩電路的輸入端，是外接晶體的一端。2) XTAL2片內振蕩電路的輸出端，是外接晶體的另一端。振蕩電路它是由晶振和磁片電容元件構成的電路，振蕩電路的輸入和輸出端是由單片機的外接晶體引腳XTAL1和XTAL2提供的，振蕩電路的作用是能夠給STC89C51一個時間周期。振蕩電路如圖3.2所示。 圖3.2振蕩電路圖3控制信號引腳 RST、ALE、PSEN和EA1) RST/VPD：RST是復位信號輸入端，高電平有效，在此引腳上出現兩個機器周期以上的高電平將使

25、單片機復位。2) ALE/ PROG ：地址鎖存允許信號端。3) PSEN ：片外程序存儲器選通信號輸出端。4) EA /VPP ：片內、片外程序存儲器選擇端/編程電壓輸入端。ALE、PSEN和EA三個引腳并沒有用到，而RST是復位信號輸入端，所以用單片機的這個引腳來做復位電路，復位電路是由按鈕、電解電容和電阻構成的。其作用是保持正常工作，在其死機或者切換鎖型時都需要強制復位。如圖3.3GND89C51RSTCR1R2VCC圖3.3復位電路圖4輸入/輸出（I/O）引腳1) P0口（P0.0P0.7）：作為通用的I/O口，用來輸入/輸出數據，輸出數據有鎖存功能。當CPU訪問片外存儲器時，提供低8

26、位地址和8位數據的復用總線。2) P1口（P1.0P1.7）：作為通用的I/O口，用于傳送用戶的輸出/輸入數據。在對片內ROM編程或校驗是輸入片內ROM的低8位地址。3) P2口（P2.0P2.7）：作為通用的I/O口。當89C51擴展片外存儲器時，與P0口配合，輸出片外存儲器的高8位地址，共同形成16位片外地址總線。4) P3口（P3.0P3.7）：作為通用的I/O口， P3.0 RXD （串行數據輸入口） P3.1 TXD （串行數據輸出口） P3.2 INT0 （外部中斷0輸入） P3.3 INT1 （外部中斷1輸入） P3.4 T0 （定時器/計數器0外部輸入） P3.5 T1 （定時

27、器/計數器1外部輸入） P3.6 WR （外部數據存儲器寫選通信號輸出） P3.7 RD （外部數據存儲器讀選通信號輸出）P0口的引腳是作為數碼管的段選信號，P0.0P0.7 端口分別定義為Aa、Ab、Ac、Adp、Ae、Ag、Af、Ad的碼段。有40個引腳，如圖3.4所示：圖3.4 單片機引腳圖單片機的內部結構框圖如圖3.5所示：隨機存取存儲器（RAM）中斷控制器只讀存儲器（ROM）中央處理器（CPU）定時/計數器振蕩電路輸入輸出口（I/O）串行通信口（UART）圖3.5 單片機的基本組成框圖1中央處理器(CPU)中央處理器是整個單片機的核心部件，是8位數據寬度的處理器，能處理8位二進制數據

28、或代碼。中央處理器負責控制、指揮和調度整個單元系統協調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。2隨機存取存儲器(RAM)內部有只能訪問，而不能用于存放用戶數據。3只讀存儲器(ROM)：共有8個ROM存儲器，用于存放用戶程序，原始數據或表格。4定時/計數器有兩個16位的可編程定時/計數器，以實現定時或計數產生中斷用于控制程序轉向。5輸入輸出(I/O)端口共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2P3)，用于對外部數據的傳輸。6中斷控制器具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優先級別選擇。7電路：電路給出的時鐘信號，使得由一大堆數

29、字電路構成的單片機各個部件能夠協同工作，并最終實現需要的功能。內置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序，但需外置磁片電容。3.2 A/D轉換器的選擇圖3.7 ADC0809與單片機接口電路ADC0809的通道選擇如表3.1：表3-1 ADC0809通道選擇CBA被選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN73.2 LED數碼管LED（Light Emiting Diode）數碼管是由發光二極管構成的。常用的LED顯示器有8段和“米”字段之分。這種顯示器有共陰極和共陽極兩種。本設計中所應用的是共陽極LED數

30、碼管的發光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓，當某個發光二極管的陰極接低電平時，發光二極管被點亮，相應的段被顯示。（0x28,0xF9,0x4C,0x58,0x99,0x1A,0x0A,0xF8,0x08,0x18）是共陽極（09）的碼段。動態掃描是將各個LED數碼管的起端字線并聯使用,而每個數碼管的公共端分別通過驅動器接I/O的一個口線。當輪流選通每個數碼管的公共極時,則數碼管將輪流顯示有關字符。動態掃描顯示在智能化儀器中應用很廣。驅動器4511的A、B、C、D四位分別接單片機P0口的低四位和高四位，輸入BCD碼4511就可以直接轉換為段碼，以驅動LED顯示數值。顯示的電路圖如圖

31、3.8所示：圖3.8 LED的顯示電路3.3 18B20溫度傳感器圖3.9 18B20溫度傳感器。圖3.9 18B20引腳1) 特性獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊簡單的多點分布應用可通過數據線供電零待機功耗測溫范圍-55+125，以0.5遞增。華氏器件-67+2570F，以0.90F 遞增 溫度以9 位數字量讀出 溫度數字量轉換時間200ms（典型值） 用戶可定義的非易失性溫度報警設置 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件 應用包括溫度控制、工業系統、消費品、溫度計或任何熱感測系統3.4 MAXL813L芯片的介紹1) 上電、掉電以及供電電壓下降情況下的復位輸出

32、，復位脈沖寬度典型值200ms。2) 獨立的看門狗輸出，如果看門狗輸入在1.6內未被觸發，其輸出將由高電平變為低電平。3) 1.25V門限值檢測器，用于電源故障報警、電池低電壓檢測。4) 低電平有效的手動復位輸入。表3.2 引腳介紹引腳名稱引腳功能/MR當該段輸入低電平保持140ms以上，MAX813就輸出復位信號，該輸入端的最小輸入脈寬要求可以有效的消除開關的抖動VCC工作電源，接+5V電壓GND電源接地端PFI當該輸入端電壓小于1.25V時，/PFO引腳的輸出電壓由高電平變為低電平/PFO電源正常時，輸出高電平，當電源電壓變低或掉電時，輸出由高電平變為低電平WDI程序正常運行時，必須在1.

33、6s的時間間隔內向該輸入端發出一個脈沖信號，以清除芯片內部的看門狗定時器。若超過1.6s該輸入端收不到脈沖信號，則內部定時器溢出，WDO由高電平變為低電平/RESET上電時，自動產生200ms的復位脈沖；手動復位端輸入低電平時，該端也產生復位信號輸出/WDO正常工作時，輸出保持高電平，看門狗輸出時，該端輸出信號由高電平變為低電平工業環境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現，而最終造成微機系統故障的多數現象為“死機”。究其原因是CPU在執行某條指令時，受干擾的沖擊，使它的操作碼或地址碼發生改變，致使該條指令出錯。這時，CPU執行隨機拼寫的指令，甚至將操作數作為操作碼執行，導致程序“跑飛”或進入“死循

34、環”。為使這種“跑飛”或進入“死循環”的程序自動恢復，重新正常工作，一種有效的辦法是采用硬件“看門狗”技術。用看門狗程序的運行。若程序發生“死機”，則看門狗產生復位信號，引導單片機程序重新進入正常運行。3.5氣敏傳感器的測量電路的設計 報警器電路是由電源電路、傳感器電路、壓控振蕩器電路及報警電路等組成。220V市電經電源變壓器T1降壓至5.5V左右，不用整流、濾波直接作為氣敏半導體傳感器QMN10的加熱電壓。控制電路的供電則是由U全橋整流、C1濾波后供給的。QMN10氣敏半導體傳感器在潔凈空氣中的阻值大約有幾十k，接觸到有害氣體時，電導率增大，電阻值急劇下降，下降幅度與瓦斯濃度在0.5%以下成

35、正比。由與非門IC1A、IC1B構成一個門控電路，IC1C、IC1D組成一個多諧振蕩器。當QMN10氣敏傳感器未敏感到有害氣體時，由于電導率極小，IC1A腳處于低電位，IC1A的腳處于高電位，故IC1A的腳為高電位，經IC1B反相后其腳為低電位，多諧振蕩器不起振，三極管VT2處于截止狀態，故報警電路不發聲。一旦QMN10敏感到有害氣體時，其電導率增大，阻值急劇下降，在電阻R2、R3上的壓降使IC1A的腳處于高電位，此時IC1A的腳變為低電平，經IC1B反相后變為高電平，多諧振蕩器起振工作，三極管VT2周期地導通與截止，于是由VT1、T2、C4、HTD等構成的正反饋振蕩器間歇工作，發出報警聲。與

36、此同時，發光二極管LED1閃爍。從而達到有害氣體泄漏告警的目的。報警器電路如圖3.10所示。圖3.10 報警器電路QMN10是一種高靈敏度、高穩定性的有害氣體傳感器，其主要技術參數如下：響應時間：10s恢復時間：60s加熱電壓：5V ± 0.5V加熱功率：0.5W（加熱絲冷態電阻為50 ± 2）抗干擾能力：丁烷報警濃度設在0.3%時在下述條件下不會誤報警：溫度為-10+50；濕度為95%RH。T1采用35W、5.5V電源變壓器；T2采用81的半導體收音機輸出變壓器，倒過來用即可。HTD采用27mm的壓電陶瓷片，要求加裝共振助聲腔。由于QMN10氣敏半導體傳感器在開機時，約有

37、10分鐘的預熱期，在這個時間內易產生不穩定因素，導致誤報，因此在電路的設計上有一個開機延時電路，它由R4、C2構成，調整R4，使延時時間在10分鐘左右即可。電阻R2、R3的阻值決定了電路的報警起控點。將氣敏傳感器置于濃度為0.3%的丁烷氣樣中，調整R3的阻值，使電路處于報警臨界點即可。最后可實地試驗，調整R3至所要求的報警濃度點時報警。3.6報警電路的設計當燃氣泄漏濃度超過預置數值時，超載監測系統將會發出聲光報警。本課題采用蜂鳴器作為聲報警的發生元件，采用紅色發光二極管作為光報警的發生元件。其具體的電路圖如圖3.11所示。圖3.11 蜂鳴器報警電路當超載現象發生時，由單片機向P1.0口發出高電

38、平指令，經反7406后，驅動蜂鳴器工作，發出蜂鳴聲。在P1.1為高電平時，發光二極管發光；當P1.1口為低電平時，發光二極管不發光，不進行光報警，通過單片機向P1.1口發出高低電平交替產生的方波信號，來實現光報警的閃爍功能。4 軟件設計4.1 主程序設計程序主要由主程序、外部中斷0和外部中斷1服務程序組成。主程序對系統狀態初始化時將兩個外部中斷都設置為下降沿觸發方式，開外部中斷后再進入對手動按鍵的檢測，SD1閉合時開排氣扇，斷開時關排氣扇。主程序設計成一死循環結構，處于隨時可以響應中斷的狀態。程序流程圖如圖4.1所示。圖4.1 程序流程圖當傳感器檢測到燃氣泄漏時，外部中斷1有中斷請求信號，其服

39、務程序發出聲報警控制信號，調用延時程序后，再檢測P3.3的電平，如變為高電平，說明剛有的信號是某些干擾或短時可控泄漏（如燃氣灶點火時可能產生的瞬時泄漏）引起的，則關聲報警后返回；如仍為低電平，則判為事故泄漏，須進行應急處理，即刻發出紅光報警、打開排氣扇排污。此時若房主不在，系統則進入省電等待狀態，即：再次檢測P3.3，若為高電平，說明泄漏燃氣已排盡，系統關閉聲報警和排氣扇，報警紅燈仍點亮，等待房主回后及時檢查處理，中斷程序流程如圖4.2所示。中斷1檢測入口低電平為低電平？紅光報警、開排氣扇檢測入口低電平為低電平？關聲音報警關排氣扇關聲音報警開始YNNY圖4.2 中斷服務流程圖4.2 顯示程序設

40、計在顯示方式上采用的是動態顯示，微處理器定時地對各個數碼管進行掃描，數碼管分時輪流工作，每次只能使一個數碼管顯示，但由于人的視覺暫留現象，仍感覺所有的數碼管都在同時顯示，此種顯示的優點是使用硬件少，每位顯示器不需要有各自的鎖存器、譯碼器，占用I/O口少。缺點是占用機時長，只要不執行顯示程序，就立刻停止顯示。LED顯示器采用共陰極法，接口直接連接單片機，其中P0.0-P0.3口用于輸出段碼，P3.0-P3.7口用于輸出位選碼,工作時，先取出一位要顯示的數（十六進制數），利用軟件譯碼的方法求出待顯示的數對應的段碼，直接送至數碼管，于是選中的數碼管點亮。若將各位從左至右依次進行顯示，每位數碼管顯示，

41、顯示完最后一位后，再重復上述過程，則可得到連續的顯示結果。完成上述顯示任務的子程序流流程圖如圖4.3所示。圖4.3 顯示程序流程圖5 系統調試在基于硬件、軟件的設計完成之后就要進行調試階段。一個題目設計的好壞與否關鍵在于調試，也只有通過調試才能發現和解決問題，以及進一步完善課題。通常的項目開發，調試過程約占整個開發過程的1/3左右。5.1 硬件調試及錯誤分析結合系統軟件測試，利用硬件平臺進行功能性檢測，即驗證系統軟硬件綜合測試正常。主要包括了溫度傳感器電路、氣體傳感器電路等功能的正常。并實現各部分功能的綜合測試。該綜合測試主要在系統調試正常的情況下，驗證氣體綜合測試情況。首先對某一環境下的氣體

42、進行檢測，通過一些特殊手段，改變環境的氣體泄漏含量，當泄漏氣體含量指標達到一定限制值時，報警電路是否可以正常報警。5.2 軟件調試及錯誤分析至于在C語言里的錯誤就稍微多一些，不過都是些小錯誤。只要熟悉了C語言的編程特點應該不會有什么大問題。出現的錯誤有1) 在子函數調用其它函數時出錯，所以在開始的時候定義了函數的聲明，其作用就是方便于子函數可以調用其它函數在不做任何說明的情況下。2) 定義變量時把測試次數變量（unsigned long data number）定義為全局變量，方便了以后在每個函數里再定義了。3) 對一些符號和語句的意義和概念模糊不清了，“/”是整除、“%”是求余，在本程序中最

43、主要的是循環，for(j=0;j<times;j+)、while(1)等。還有象if else條件語句的理解。5.3 系統聯調系統聯調是調試過程的最后一步也是最關鍵的一步，因為單獨的軟件調試、硬件調試成功并不代表聯調就能成功，這還牽涉到系統、部件之間的兼容問題，只有解決好了這個問題，調試才算是完成了。把硬件線路、串口、自編程序、上下位機依次連好后，運行程序進行調試。這一過程出現的問題比較多，也比較難解決。結 論本文從整體到部分詳細介紹了家用煤氣泄露報警控制器的設計。通過查閱大量資料，對硬件電路的實現方案進行了分析對比，并最終選擇了基于AT89C51單片機的實現方案。在比較重要的部分進行了

44、詳細的論述，并且給出了程序及說明。其可靠性和穩定性都達到了很好的效果。本系統基本實現了燃氣泄漏報警與應急處理，對當前的環境溫度也能很好的檢測。本課題實用性強，綜合應用了數字電路、模擬電路、傳感器技術、單片機通信與控制技術等電子信息工程大學本科教育的主要基礎知識，具有較高的技術含量。在現代電子科技的高速發展過程中，微型化、集成化、高密度化以及設備的高精度化已經成為一種長期的趨勢，這就要求我們力求使用更精確的設備。本設計中使用的芯片只是當前電子科技發展的一般產物，隨著科技的不斷發展，更高密度，更高精度的芯片將會取代現有的產品，所以我們還要不斷的學習，不斷的豐富和更新我們的產品，提出更高的要求。 致

45、 謝 通過本次畢業設計，我不僅系統的學習了4年的基礎與專業知識，提高了思考能力與自我的動手能力，培養了自己嚴謹認真、注重實踐的科學態度，鍛煉了自己從失敗中總結教訓，積累經驗的科學心態。而且發現了在做工作中自己的許多不足，認識到了知識的重要性，體會出只有不斷的充實自己，不斷的挑戰自己，才能在今后的工作生活中獲得更多的收獲。四年的本科學習和課題研究期間，老師們給予我許多悉心的指導和幫助，在這里非常感謝王艷輝老師在設計中給我的建議、支持和幫助，誠摯感謝王艷輝老師在我寫論文期間對我的引導和啟發。在整個論文的選題、理論研究、需求分析、總體設計、詳細設計的過程中，自始至終得到了導師王艷輝老師的悉心指導和深

46、切關懷。感謝導師王艷輝老師對我論文不厭其煩的精心修改，多次耐心地審閱了論文全稿，提出了許多寶貴的意見。還有一直在身邊支持的同學，老師的支持和同學的各方配合使我的課題能順利的完成。在此，我向他們致以最誠摯的謝意！參考文獻1 戢衛平，胡耀輝，朱朝華，葉 祥，揚 帆等. 單片機系統開發實例經典. 冶金工業出版社，2006.42 徐 瑋，徐富軍，沈建良. C51單片機高效入門.機械工業出版社，2007.1.3 凌玉華. 單片機原理及應用系統設計.中南大學出版社，2006.5.4 姚金生，鄭小利等. 元器件.電子工業出版社，2004.10.6 孫燕、劉愛民. protel99設計與實例.機械工業出版社，

47、2000.7 劉保延,等. 步進電機及其驅動控制系統M.哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,1997.8 趙亮，侯國銳. 單片機C語言編程與實例.北京人民郵電出版社，2003.9 周興華， 手把手教你學單片機M.北京航空航天大學出版社，2005 10 譚浩強， C程序設計M.清華大學出版社，199111 沈慶陽、郭庭吉，8051單片機實踐與應用M.清華大學出版社，2002附錄 C語言程序清單/=頭文件包含=#include <reg52.h> /=宏定義=#define CLOSE 1 #define OPEN 0#define uchar unsigned char#define ui

48、nt unsigned int/=單片機端口位定義=sbit OUT_LED = P20;/報警燈sbit OUT_FMQ = P21;/蜂鳴器sbit OUT_AD = P22;/AD轉換sbit OUT_RQXL = P10;/燃氣泄露報警bit OUT_CGQ; /將傳感器設置為位，1/0bit OUT_CLOCK; sbit OUT_S = P24;sbit OUT_G = P25;/=全局變量定義=uchar time;uint time1;uchar WD_S;uchar WD_G;unsigned char led_show_couter;unsigned char key_press_timer;bit key_vaule;/=函數聲明=void inital_cpu(void);unsigned char code