基于IAP15W4K58S4单片机的一氧化碳监测报警系统设计.docx
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基于IAP15W4K58S4单片机的一氧化碳监测报警系统设计
单片机课程设计报告
题目基于IAP15W4K58S4单片机CO报警系统的设计
学生姓名张盼
学号:
1415092030
所在学院：
机械工程学院
专业班级：
机自专升本1401
指导教师:
翟任何
完成地点：
博思楼
2015年7月15日
基于IAP15W4K58S4单片机的一氧化碳监测报警系统的设计
摘要:
文中设计提出了一种基于IAP15W4K58S4单片机的一氧化碳监测报警系统。
冬季天气寒冷，洗澡的时候浴室内空气的湿度会比较大，再加上空气流通性差、气压低，很容易造成一氧化碳中毒，造成人员伤亡。
针对这种不安全因素，而设计了此一氧化碳实时监测系统，安装于浴室内。
该系统通过单片机控制MQ-7气体传感器，实现所测一氧化碳浓度超过设定的报警值时自动报警，提醒正在沐浴的人员及时采取相应措施，防止中毒事故发生，保证沐浴人员生命安全。
关键词:
IAP15W4K58S4；MQ-7一氧化碳气体传感器；一氧化碳浓度。
Abstract:
ThispaperdesignaIAP15W4K58S4microcontrollerbasedcarbonmonoxidemonitoringalarmsystem.Thecoldweatherinwinter,theshowerbathroomairhumidityisbig,coupledwithpoorliquidity,lowairpressure,airiseasytocausecarbonmonoxidepoisoning,causingcasualties.Forthiskindofinsecurity,andthecarbonmonoxidereal-timemonitoringsystemisdesigned,installedinthebathroom.ThesystemcontrolledbysinglechipmicrocomputerMQ-7gassensor,realizethemeasuredcarbonmonoxideconcentrationsthanthealarmvaluesetautomaticalarm,remindbathingpersonneltotakecorrespondingmeasures,topreventthepoisoningaccidents,ensurebathlife.
Keywords:
IAP15W4K58S4;MQ-7carbonmonoxidegassensor;Carbonmonoxideconcentrations.
目录
第1章CO泄漏报警系统的组成及工作原理4
1.1系统框图4
1.2设计的目的及意义4
第2章功能单元介绍5
2.1MQ-7气体传感器模块其程序5
一氧化碳中毒的概述5
2.2声光报警模块9
第3章系统软件设计10
第4章主程序11
第5章实物图及仿真图12
第6章结束语13
致谢14
参考文献15
第1章CO泄漏报警系统的组成及工作原理
1.1系统框图
根据小型化、实时检测等要求，系统利用STC51单片机及其外围电路完成对MQ-7一氧化碳气体传感器（下文简称气体传感器）的控制和数据转换。
整个系统是流程是：
首先通过气体传感器采集现场的数据；单片机行转换当测得的值超过预先设定的值时，由单片机控制进行声光报警。
系统框图如图1所示。
图1系统框图
1.2设计的目的及意义
设计出性能更加可靠，经济实惠的一氧化碳报警器。
意义在于：
（1）成本低廉并能对一氧化碳准确报警;
（2）该产品不需专业人员操作，只要放在合适位置，通电即可，连续使用方便，操作简单;
（3）能起到预防一氧化碳中毒的效果，使人们安全放心的工作;（4）出现一氧化碳漏或者着火时，报警器能够立即鸣笛报警，告之工作人员及时采取措施。
第2章功能单元介绍
2.1MQ-7气体传感器模块其程序
一氧化碳中毒的概述
CO为无色、无味、无臭的气体，凡是碳或含碳物质在氧不充分时燃烧，均可产生CO。
在使用柴炉、煤炉时，如通风系统不畅通，尤其是近年来煤气取暖器和煤气热水器使用不当使CO中毒大为增加。
因为CO是无色、无味的气体，所以称之为“沉默的杀手”。
人体吸入CO后，往往毫无知觉，甚至出现严重的症状后仍不知何故，从而继续处在高浓度的CO环境中，直至死亡。
CO进入体内后，一部分与血红蛋白结合，引起血红蛋白氧运输量明显减少;另一部分直接与细胞线粒体内的细胞色素a3结合，抑制组织细胞内呼吸。
故CO中毒时临床表现与血中HbCO水平可能不一致。
简要说明：
一、尺寸：
32mmX22mmX27mm长X宽X高
二、主要芯片：
LM393、MQ-7气体传感器
三、工作电压：
直流5伏
四、特点：
1、具有信号输出指示。
2、双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）
3、TTL输出有效信号为低电平。
（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）
4、模拟量输出0~5V电压，浓度越高电压越高。
5、对一氧化碳具有很高的灵敏度和良好的选择性。
6、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性
五、应用：
用于家庭、环境的一氧化碳探测装置。
适宜于一氧化碳、煤气等的探测。
【测试方式】
1、传感器先预热20秒左右。
2、将传感器放在无被测气体的地方，顺时针调节电位器，调节到指示灯亮，然后逆时针转半圈，调到指示灯不亮，然后接近被测气体，指示灯亮，离开被测气体，指示灯熄灭，就证明传感器是好的！
【测试程序】
实现功能：
1，当测量浓度大于设定浓度时，单片机IO口输出低电平
说明：
1、当测量浓度大于设定浓度时，单片机IO口输出低电平
#include//库文件
#defineucharunsignedchar//宏定义无符号字符型
#defineuintunsignedint//宏定义无符号整型
sbitLED=P1^0;//定义单片机P1口的第1位（即P1.0）为指示端
sbitDOUT=P2^0;//定义单片机P2口的第1位（即P2.0）为传感器的输入端
voiddelay（）//延时程序
{
ucharm,n,s;
for（m=20;m>0;m--）
for（n=20;n>0;n--）
for（s=248;s>0;s--）;
}
voidmain（）
{
while
（1）//无限循环
{
LED=1;//熄灭P1.0口灯
if（DOUT==0）//当浓度高于设定值时，执行条件函数
{
delay（）;//延时抗干扰
if（DOUT==0）//确定浓度高于设定值时，执行条件函数
{
LED=0;//点亮P1.0口灯
}
}
}
}
2.2声光报警模块
主要是驱动一个蜂鸣器，图2为声光报警电路的实现。
此报警电路的声音输入引脚由单片机的P1.5控制，光闪烁电路的输入引脚由单片机的P1.7控制。
报警的上、下限值由软件设定。
当气体传感器采集到的值超过报警范围时，令P1.5、P1.7=0则可实现声光报警。
第3章系统软件设计
系统采用c语言进行程序设计，大大提高了开发调试工作的效率，同时，所产生的文档资料也容易理解，便于移植。
主处理模块主要是将各个模块进行协调处理和实现数据交互。
主处理模块首先完成MQ-7气体传感器初始化工作，初始化后进入循环处理，在循环过程中主处理获得采集模块的数据结果来进行显示或者报警。
单片机停止对气体传感器采集的数据的A／D转换，读取数据，读取完毕后再启动A／D转换。
如此循环。
程序流程图如下图图5所示。
图5系统流程图
第4章主程序
#include"config.h"
#include"GPIO.h"
#include"delay.h"
sbitP_COM0=P2^0;//传感器
sbitP_COM1=P3^6;//蜂鸣器
sbitP_COM2=P1^0;//灯
voidGPIO_config（void）
{
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;//结构定义
GPIO_InitStructure.Pin=GPIO_Pin_0;//指定要初始化的IO,GPIO_Pin_0~GPIO_Pin_7,或操作
GPIO_InitStructure.Mode=GPIO_OUT_PP;//指定IO的输入或输出方式,GPIO_PullUp,GPIO_HighZ,GPIO_OUT_OD,GPIO_OUT_PP
GPIO_Inilize（GPIO_P2,&GPIO_InitStructure）;//初始化
}
voidmain（void）
{
P_COM1=0;
P_COM2=1;
while
（1）
{
if（P_COM0==0）
{
delay_ms（10）;
if（P_COM0==0）
{P_COM1=1;
P_COM2=0;
}
}
else
{
P_COM1=0;
P_COM2=1;
}
}
}
第5章实物图及Proteus仿真图
第6章结束语
系统采用了高性能的单片机IAP15W4K58S4，其丰富的片内资源使得外围扩展器件少，体积小，降低了故障率。
从实际应用效果来看，系统工作稳定。
将MQ-7一氧化碳传感器和IAP15W4K58S4有机地结合起来，组成低功耗的小型监测系统,适用于浴室内的CO安全监测。
该系统经过适当的扩展，可实现温度、煤气、CO的监测等功能，具有广阔的应用背景和实用价值。
在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多.我趁着做毕业设计的同时也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次毕业设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
经过两个多月的设计里，过程曲折可谓一语难尽。
在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。
从开始时的满富激情到后来汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。
通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
致谢
当我以学子的身份踏入大学校门的那天起，便已注定我将在这里度过人生中最美丽的青春年华。
提笔写下“致辞”，我才惊觉自己即将真正离开，人生亦从此展开新的画卷。
尽管不舍，却更珍惜，因为我的生命中有那么多可爱的人值得感激。
他们使我的大学生活充满了色彩，无论收获、遗憾，对我来说都是一笔宝贵的财富。
两年的大学生活不知不觉中就要结束了，在这段难忘的生活中，有我许多美好的回忆。
在这份大学的最后一页里，首先感谢学院给我们提供这个能自我展示的平台，感谢我的指导教师程普、刘慧敏、张新岭老师，你们从一开始的论文方向的选定，到最后的整篇文论的完成，都非常耐心的对我进行指导。
给我提供了大量数据资料和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误，修改论文。
谢谢我辅导员老师们，从大一到大二是你的悉心教导、孜孜不倦我们才能顺利的完成学业。
我要感谢在我二年的学习中无私传授我知识的各位老师，是你们将自己宝贵的财富无私地奉献给了我们，让我们能在学业上有所成绩；是你们让我倍感教师职业的伟大，交给我们知识，又不忘教育我们如何做人！
我会在你们的教诲下成功步入社会，在社会中尽自己的所能来回报社会和国家对我们的培养。
我会踏踏实实做人，勤勤恳恳的工作，在今后的路途中也许也会有坎坷和困难，但我已经不是入学之初的我，经受磨练的勇气和克服苦难的决心已经在老师和父母的指导教育下成长起来了，所以在未来的人生中我会努力前行，风雨无阻。
再次感谢所有给予我支持和帮助的老师、同学和朋友们。
参考文献
[1]肖洪兵《跟我学用单片机》北京航空航天大学出版社2002
[2]赵晓安《单片机原理及应用》天津大学出版社2001
[3]李广第《单片机基础》北京航空航天大学出版社1999
[4]徐惠民、安德宁《单片微型计算机原理接口与应用》北京邮电大学出版社1996
[5]夏继强《单片机实验与实践教程》北京航空航天大学出版社2001
[6]吴运昌《模拟集成电路原理与应用》华南理工大学出版社1995
[7]康华光《电子技术基础》高教出版社2008[8]王爽《汇编语言》
[8郭天祥《郭天祥51教程》人民教育出版社2009[3]
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