完整版基于单片机的煤气报警器设计毕业设计.docx

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完整版基于单片机的煤气报警器设计毕业设计

毕业论文（设计）

基于单片机的煤气报警器设计

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指导教师：

张妍（讲师）

合作指导教师：

专业名称：

通信工程

所在学院：

信息工程学院

2013年6月

摘要

随着改革开放，与西部大开发战略的深发展。

使得液化石油气、煤气、天然气随着经济水平和科学技术的高速发展已经进入寻常家庭,提高了城市的生活品质，也使得人们对生活质量和生活环境的改善越来越重视。

不过同时也给人们带来了一定的潜在的危险,其中一氧化碳（CO）是最主要的危险源。

一氧化碳进入体内后会和血红蛋白相结合，使血液中的含氧量减少，使人缺氧死亡，或者造成财产的损失。

因此研究各种气体的检测方法与报警也随之成为一个重要课题，同时对于煤气气体的检测与控制就变得很重要了。

本课题设计煤气报警采用了AT89C51单片机为报警器的核心部件，对煤气报警器进行控制。

同时选用气体传感器MQ-9同时与ADC0808转换器连接，将模拟信号转换为数字信号使得单片机能处理，经AT89C51单片机处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于设定的气体浓度值，如果是的话则会自动启动报警电路发出报警声音，反之则不会报警。

关键词：

气体传感器，气体泄露报警器，AT89C51单片机

Abstract

TheWest-EastGasliquefiedpetroleumgas,naturalgasastheeconomiclevelandtherapiddevelopmentofscienceandtechnologyintothe。

Butalsogaverisetosomepotentiallydangerouscarbonmonoxide（CO）isthemainsourceofdanger.Carbonmonoxideintothebodyandcombineddecreaseintheoxygencontentintheblood,makesoxygendeath,ordamageproperty.Therefore,forthedetectionandcontrolofthegasgasbecomesimportanttostudyavarietyofgasdetectionandalarmalsowillbecomeanimportantissue.

DesignofthisprojectwithagasalarmannunciatorAT89C51microcontrollerasthecorecomponentofthegasalarmcontrol.AlsoselectedgassensorMQ-9ADC0808converterisconnectedwithboth,theanalogsignalisconvertedtoadigitalsignalthatthemicrocontrollercanisgreaterthanthesetvalue,ifitis,thenitwillautomaticallystartthealarmcircuitalarmsounds,andviceversawillnotalarm.

Keywords：

selectedgassensor,Leakinggasesalarm,AT89C51microcomputer

第一章前言

1.1研究目的和意义

安全问题对于楼房家庭住户是个不能忽视的问题。

为了减少并杜绝各种因燃气而造成的伤害，生产单位以及人民群众应选择一种适合的室内煤气泄露报警器实在是一种必不可少的手段。

所以，防止煤气中毒与爆炸是人们一定要正视的问题。

煤气泄漏报警器正以其小巧的体积，高稳定性，高便携性，高检测性，以及低成本打入各个国家的家庭当中。

家用煤气报警器作为煤气气体探测器具有较高的检测准确性，防止因过量泄漏而照成人员与财产的损失，通常有模数转换模块，声光报警模块，LED显示模块，排气扇模块，GSM短信发射模块等构成。

常常根据泄漏的量来驱动是什么光亮，报警器响不响等。

由于要求燃气体报警器具有更小的体积，更高精度的监控，更长时间稳定的工作的特点。

传统的纯硬件报警器已经无法达到人们的期望了，因此常用atmel公司的51系列单片机来实现。

对于常用的燃气泄漏报警器，常常是一单片机为主控模块，LED模块，排风扇模块，声光报警模块为分支模块。

报警器对于在人们的日常居家生活中，尤其在煤矿等工业生产中都发挥着至关重要的安全保护作用，所以实时准确测量周围工作环境中的煤气等可燃性气体，有毒有害气体泄露，对保护人民的人身安全和财产安全有不可或缺重要意义。

1.2国内外研究现状

气体检测报警产品属于高新技术是，一个以人民生活为依托的系列产品，包括气体检验测试探针、信息传输与控制功能、报警检测与分析系统，是传感集成分析、非手动管理控制、单片机使用、数据传输和管理等技术的综合技术引用。

对于商用燃气泄漏报警器来说还外国的技术发展较早，而且也更加成熟。

二十世纪六十年代初期，日本开发完成第一台真正意义上的家用燃气泄漏报警器，1964年12月其改良产品问世，经过改良后的报警器可以安装在浴室或者采用中心管控，严防死守科研气体的泄漏。

国内煤气报警器的研究起步相对较晚，芯片厂家数量，价格等因素使得国内的燃气泄漏报警器已经输在了起跑线上了，但随着时代的发展科技的进步，以及改革开放三十年和党和国家的正确领导，特别是三个代表重要思想的提出以后，国内外的燃气泄漏报警器的零件差距不是很大，许多指标已经超越。

但国外仪器依然占领了国内大部分市场，成熟的自主研制的煤气报警器产品在国内难觅踪迹，只在期刊杂志出现了零散的不够具体科学的文章。

虽然现在市场上也以出现了少量产品。

不过存在的问题是：

人们对于燃气泄漏的防范意识不够，生产商对于产品的功能构造的不够完善，还有销售商对于市场的分析过于片面，才造成了当前国货的尴尬局面。

1.3研究内容和方法

本设计主要研究并设计以AT8C51单片机为主控模块，LED模块，声光报警模块，为分支模块的燃气泄漏报警器。

其中AT89C51单片机，其价格便宜，易于产品化。

主要针对CO气体，主要实现家庭燃气泄漏的检测与报警。

控制系统主要是由AT89C51单片机、模数转换模块、LED显示模块、声光报警模块等部分组成。

单片机通过ADC0809为主体的模数转换模块所输出的来的信号，来对之后的声光报警模块和LED模块来进行驱动，实现三色LED灯，蜂鸣器的管控，同时达到实现对于燃气泄漏报的监控。

此燃气泄漏报警器可以将气体传感器输出的模拟信号经模数转换模块处理送入主控模块中进行处理，并将测量数值传到LED模块，若气体浓度超过警报值（需自行设定一个，可以是爆点稍低），用主控模块操作红灯报警，并使蜂鸣器鸣响，发出警报，降低危险发生的概率。

并且要达到绿灯点亮表示一切正常，没有一氧化碳泄漏，此时红色和黄色不亮，蜂鸣器正常；当空气中有一氧化碳时，但没有达到报警值，此时黄灯亮，红色灯和绿色灯不亮，蜂鸣器正常；红色灯点亮时表示此时空间当中已经非常危险了，要立即声蜂鸣器响起。

系统以MQ-9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.设计电路在无人监控的情况下自己能正常安全稳定运行的准确测量测试房间当中CO泄漏值；

2．实现汇编语言对于单片机的各个模块，并间接的可对于传感电路的控制；

3．了解MQ-9气体传感器的具体功能；

4．实现确保人民的生活安全，为正确体现科技为人民的重要思想。

第二章系统总体概述

2.1天然气报警的设计思路

此设计的燃气泄漏报警器应能检测出空气中一氧化碳的浓度同时可以报警，设备的主要部分应有：

单片机主控模块，LED显示模块，声光报警模块，以及模数转换模块。

首先气敏传感器作为第一部分首先要感知周围空间环境的一氧化碳的浓度，将气体浓度通过模数转换模块转换成为对应的电压信号送入单片机。

在单片机中对数字信号进行分析，检测，对比。

随后将数字信号以10进制数的形式表现在LED显示模块中同时判断气体浓度值，与某个预设值既报警门限进行比较，如果大于则会自动启动报警电路发出报警声音反之则为正常状态。

由于传感器在温度较高时更加准确，故可以考虑增加一个温度补偿电路。

为提高响应时间，保证气体传感器准确地、稳定地工作，报警器需要向气体传感器持续输出一个5V的电压。

为使报警装置更加完善，可以在声音报警基础上，加入光闪报警，变化的光信号可以引起用户注意，弥补嘈杂环境中声音报警的局限。

以上是根据报警器应具备的功能，提出的整体设计思路。

燃气泄漏报警器的关键部分是单片机主控模块和气体传感器模块，因此我们根据周围环境，所检测的气体以及生产成本等诸多方面考虑采用MQ-9行气体传感器和atmel公司的单片机。

系统总体主要是分为：

传感器模块、数模转换模块、LED显示模块、声光报警模块气体传感器模块和模数转换模块这五大模块。

2.2系统的设计要求及基本功能

2.2.1系统的设计要求

一、由于不同地点煤气量有所差异，要求对多个地点同步进行煤气测量

二、测量煤气范围可以设定，精度为5ppm

三、预置时显示设定的ppm值

2.2.2系统的基本功能

一、能对煤气值进行检测、保持和控制，超出安全煤气值时进行报警。

二、能根据实际需要对2个不同地点的安全煤气值进行设置。

2.3系统结构框图

本次燃气泄漏报警器系统才用了单片机主控模块，LED显示模块，声光报警模块，气体传感器模块，和模数转换模块。

其设计合理，结构构思巧妙，物尽其用，其结构如下图所示：

图1.天燃气泄漏报警系统结构框图

其中CO传感器是对于周围环境的燃气浓度值进行检测，是设备的关键的感知部分。

由于气体传感器受环境影响较大，故常常增加一个温度补偿电路，使传感器工作在较高的温度环境中，有利于增加其稳定性。

AD转换模块是将模拟信号转换为数字信号，供单片机处理信号。

最后，由单片机发出合适声光信号，来表明当前的状态。

2.4方案的选择

1.主控模块设计方案的论证与比较

方案一：

采用单片机AT89C51芯片

以单片机AT89C51芯片作为系统的控制核心，具有4KB的Flash闪速存储器，128B内部RAM，两个16位定时计数器，32个IO接口线，一个5向量的两级终端结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

功能强大的单片机AT89C51，是纵多设计师们所青睐的，其常被灵活应用于很多控制领域。

尽管单片机AT89C51在一定程度上符合设计的要求，但由于本次设计要实现的功能比较多，需要较大的程序存储空间，其最大的问题是可能会出现内存不足的现象。

为了避免出现内存不足，要外接程序存储器，使电路复杂化的现象，建议使用内存比单片机AT89C52芯片大的芯片。

方案二：

采用单片机AT89C52芯片

与采用单片机AT89C51芯片相比，采用单片机AT89C52芯片作为系统的控制中心，具有片内8KB的可反复擦写的只读程序存储器和256B的RAM，按常规方法编程和在线编程均可以用在单片机AT89C52上，比较方便。

利用其可将通用的微处理器结合Flash存储器在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器，可以避免外扩内存的复杂化，很大程度上解决了内存不足的问题。

综合考虑设计成本以及实现的功能后，决定采用单片机AT89C51芯片。

2.显示模块的设计方案的论证与比较

常用的显示设备主要有LED显示器和LCD显示器