毕业设计co气体浓度监测仪设计单片机原理及接口技术课程设计.docx

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毕业设计co气体浓度监测仪设计单片机原理及接口技术课程设计

辽宁工业大学

单片机原理及接口技术课程设计（论文）

题目：

CO气体浓度监测仪设计

院（系）：

电气工程学院

专业班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

（签字）

起止时间：

2013.06.24-2013.07.12

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：

电气工程学院教研室：

学号

学生姓名

专业班级

课程设计（论文）题目

CO气体浓度监测仪设计

课程设计（论文）任务

该监测仪主要用于公共场所及某些车间空气中CO浓度的监测，检测标准是：

CO浓度小时均值应低于3mg/m3，日均值应低于4mg/m3。

.

设计任务：

1.CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）

2.传感器选择以及模拟量检测电路设计

3.人机对话接口电路设计（要求强弱电隔离）

4..程序流程图设计机程序清单编写

技术参数：

1．CO浓度小时均值应低于3mg/m3，日均值应低于4mg/m3。

2．工作电源220V

设计要求：

1、分析系统功能，选择合适的单片机及传感器，模拟量输入电路设计等；

2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图；

3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明，详细阐述系统的工作过程，字数应在4000字以上。

进度计划

第1天查阅收集资料

第2天总体设计方案的确定

第3-4天CPU最小系统设计

第5天传感器选择以及模拟量检测电路设计

第6天人机对话接口电路设计

第7天程序流程图设计

第8天软件编写与调试

第9天设计说明书完成

第10天答辩

指导教师评语及成绩

平时：

论文质量：

答辩：

总成绩：

指导教师签字：

年月日

注：

成绩：

平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算

摘要

本系统利用51单片机做核心控制模块，利用MQ-7一氧化碳传感器探测一氧化碳。

实时监控多处一氧化碳浓度变化，如果某处一氧化碳浓度过高，系统将发出声音报警，并显示报警传感器号码，提醒人们及时抢险。

本系统可用于家庭环境，也适用于工业环境。

由于单片机成本低廉，自动控制功能比较强大，运行稳定，环境适应性好，所以本系统采用单片机做控制的核心元件。

MQ-7一氧化碳传感器对一氧化碳的灵敏度高；长寿命，低成本；简单的驱动电路即可。

因此，很适用于家庭的一氧化碳检测。

数码管能清晰的显示报警的房间号码，即使在光线较暗时，所以选用数码管做显示模块。

关键词：

一氧化碳；单片机；检测；报警

第1章绪论

CO浓度监测仪研究概况

燃气（人工煤气、天然气、液化石油气）的普及，提高了生产效率、市民的生活质量，但在使用燃气的过程中，因燃气泄漏、废气等原因造成的燃气爆炸、中毒等意外事故时有发生，给人们的生命和财产安全带来了严重的威胁，因此安全使用燃气一直是燃气主管部门工作的重中之重。

CO浓度监测仪能有效监测环境中可燃气体或毒性气体CO的浓度，一旦其浓度超出报警限定值，就能发出声光报警信号，并且能自动开启排风扇把燃气排出室外，甚至能通过联动装置自动切断燃气供应防止燃气继续泄漏，起到安全防范的作用。

但监测仪选用得是否合理，直接关系到其功能的充分发挥。

该设计所研究的CO浓度监测仪正是应这种要求而开发的。

一氧化碳是一种无色、无味的气体，它与血液中的血红素结合的能力是氧的240倍，它与血红素形成稳定的络合物，使血红蛋白丧失了输送氧气的能力，从而导致组织低氧症，甚至死亡。

一氧化碳浓度的高低是评价空气质量好坏的重要指标之一，也是工厂、煤矿井下是否发生自燃火灾的重要标志之一。

为了保证人们身体健康和环境洁净，世界各国都纷纷致力于防止空气污染的产生

监测仪是否灵敏可靠关系到人身财产安全,因此监测仪属于强制检定的计量器具。

目前大多数报警器用户都使用汽油或液化气等超过以上高浓度的易挥发可燃气体对报警器进行检测,若报警即判断监测仪正常。

这样做虽然省缺了购买可燃气体标准物质的麻烦和费用,但实际上达不到保证安全的目的,从而形成重大安全隐患,有时还会造成报警器检测元件中毒。

如果使用标准气体检测报警器,就能保证人身安全,同时杜绝报警器检测探头中毒现象。

本文研究内容

本文所设计的数字气体报警器采用单片机AT89C51，其价格便宜，易于产品化。

本设计能将置于测试环境中的气体传感器输出的模拟电压通过A/D转换器送入单片机AT89C51中进行处理并通过数码管显示，通过设置报警值，当检测到的浓度达到或者超过设定值时，用单片机控制发光二极管发光报警，同时打开喇叭发出声音报警，来达到报警的目的，并通过外接排风扇与电磁阀对其进行程控，以防事故的发生。

而当系统出现故障时，黄色LED

亮启，便于用户及时对报警器进行维修。

系统以MQ-7气体传感器和AT89C51单片机为核心,设计气体泄漏报警器。

实现：

1．准确测量周围环境中的可燃性气体、有毒有害气体的泄漏；

2．实现系统各个模块的功能控制；

3．实现单片机编程语言系统的控制及传感器电路的控制。

4．研究单片机各接口的作用及功能；

5．了解MQ-7气体传感器的具体功能；

6．实现对基本报警电路的控制。

第2章CPU最小系统设计

CO气体浓度监测仪总体设计方案

单片机应用系统的结构分三个层次：

（1）单片机：

通常指应用系统主处理机，即所选择的单片机器件。

（2）单片机系统：

指按照单片机的技术要求和嵌入对象的资源要求而构成的基本系统，如时钟电路、复位电路和扩展存储器等与单片机构成了单片机系统。

（3）单片机应用系统：

能满足嵌入对象要求的全部电路系统。

在单片机系统的基础上加上面向对象的接口电路，如前向通道、后向通道、人机交互通道（键盘、显示器、打印机等）和串行通行口（RS232）以及应用程序等。

以此理解，一氧化碳报警器同样具有单片机应用系统的三个层次。

其中以AT89C51单片机为核心构成单片机系统。

在此系统中，检测信号进入单片机进行运算处理。

为了更好的理清设计思路，将整个系统细分为三部分加以设计说明。

整个报警器由三个部分组成，分为三大模块：

浓度检测模块、主控模块和报警模块。

在本次设计中，使用的核心器件是单片机和一氧化碳传感器。

为了保重整个系统可靠的运行，设计中必须明确三大部分的实际联系：

以单片机为中心，其他各大模块一一展开。

其中，浓度检测及显示模块所实现的功能是将房间中的一氧化碳浓度值转换成为单片机能够处理的数字信号，并且浓度值显示出来：

主控模块以单片机为主，对其他模块的运行进行控制；报警模块是此系统的外部电路，它的功能是实现报警。

系统框图如图2-1所示。

图2-1总体框图

CPU的选择

数据处理过程是主要由AT89C51单片机等芯片完成的。

AT89C51是一种带4K字节的闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

其中包括128字节内部RAM，32个I/O口线，2个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89C51降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种可选的节电工作模式[26]。

空闲方式体制CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器体制工作并禁止其他所有不见工作直到下一个硬件复位。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。

AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。

AT89C51单片机管脚图如图2-2所示

图2-2AT89C51单片机管脚图

引脚功能说明如下：

·VCC：

电源电压

·GND：

地

·P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在Flash编程时，P0口接受指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

·P1口:

P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

Flash编程和程序校验期间，P1接受低8位地址。

·P2口：

P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或16位四肢的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据，在访问8位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@RI指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。

Flash编程和程序校验时，P2也接收高位地址和其他控制信号。

·P3口：

P3是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

·RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

·ALE/PROG：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是，每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。

·PSEN：

程序存储允许输出是外部程序存储器的读选通型号，当89C51由外部存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。

在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的PSEN信号不出现。

·EA/VPP：

外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。

Flash存储器编程时，该引脚加上+12v的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件使用12v编程电压VPP。

·XTAL1：

振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。

·XTAL2：