基于AT89C51单片机的燃气泄露报警器的设计.docx
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基于AT89C51单片机的燃气泄露报警器的设计刘阳风 1219013223指导老师：谭刚林【摘要】如今人类生活里面燃气已成为人们生活中必不可少的能源 T,在越来越多的人使用燃气的同时，燃气泄漏引起的事故发生的频 率也越来越高，从而给身边的人身安全和财产安全带来隐患，所以怎 样防止燃气中毒与爆炸已成为人们的迫切需要本次设计燃气报警采 用了 AT89C51芯片，MQ-2气敏传感器为核心部件，对燃气报警器进行 控制用单片机实现定时控制，电路简单，可靠性好关键词】单片机 浓度报警器一、系统功能介绍燃气泄漏报警器以51单片机为核心部件，结合气体传感器，数 据转换来实现燃气泄漏检测及声光报警当空气中的燃气浓度超过设 定值时，将及时启动声光报警，及时提醒人作出控制措施，避免燃气 中毒及爆炸事件的发生该设计电路简单、检测准确、实用性强，易 于实现二、系统的总体设计1、方案选择目前设计了两种方案，简单介绍如下：方案一，通过51系列单片机为主控单元，并且通过传感器把 模拟信号通过A/D转换为数字信号，读取出来通过不同的应用 场合和针对不同气体做出相应的浓度设定，来做出声光报警反应方案二、通过传感器感受可燃性气体，来降低自身阻值，从 而增大电流，并且驱动蜂鸣器报警。
电路简单、可靠但是灵活性 和实用性相较而言差经各方面的考虑，本设计采用方案一使用51系列单片机 设计方案，电路简单，价格便宜，可靠性强，并且灵活度高2、设计内容及要求(1)内容：本设计针对经常发生的燃气泄露中毒事件，采用气体传感 器、单片机，设计一套有毒气体检测、报警电路报警系统由硬件和软件两大部分组成其硬件部分由气敏 传感器，单片机系统组成软件部分主要是报警系统控制程序 气敏传感器用来检测空气中的燃气浓度，当空气中的燃气含量超 过允许的标准浓度后，感应器将所获取的信息进行识别和处理， 将模拟信号通过A/D信号转换为数字信号，通过51单片机，做岀 声光报警在硬件设计方面主要研究组成家用燃气泄漏报警控制 系统的单片机芯片、气体传感器总线的使用方法，同时研究电路 设计思路、电路组成，包括气体传感器、单片机等的选用和设计, 最后给出结构框图、电路原理图2)要求：1•对可燃气体进行检测，可燃气体浓度达到报警设定值时，应 能报警2•正常工作：显示灯不亮，蜂鸣器不报警3、系统结构介绍及框图天然气泄露报警器系统结构框图如图所示，该系统以51单片机为 核心，配合外围电路共同完成信号采集、声光报警等功能。
系统采用 高性能的单片机，要求工作稳定、测量精度高、通用性强、功耗低， 保证报警器的精确性及可靠性，而且最好体积小，成本低，有利于减 少报警器的体积，降低报警器的使用成本使用AT89C51单片机，选用气敏传感器作为敏感元件，利用A/D转换 器和声光报警电路，开发了可用于家庭或小型单位天然气泄漏报警器 整个设计由4大部分构成：气敏传感器、A/D转换电路、AT89C51单片 机、声光报警电路气敏传器是将现场气体浓度非电信号转化为电信 号；转换电路是将完成将气体传感器输出的模拟信号到数字信号的转 换声光报警模块由单片机和报警电路组成，由单片机控制实现不同 的声光报警功能信号处理I ><=I A51单片机气 体 传 感 器4、系统原理图VCCVCCAT89C51LEDO PL2P1.3C2卜Cap100UF 汎「XTALP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTP3.0RXDO P3 丄TXD0 P32向 P3.3.-WT1 P3.4rroP35T1P3.6/WP3.7'RDVCCPOOADO P0 丄 ADI P02AD2P03AD3P04AD4P05AD5P06AD6P07AD7EA ALE PSENC3卜CaplOOuF19I?XIX220GNDP2.7A15P2.6/A14P2.5.A13P2.4A12P2.3/A11P22A10P2.1 A9P2QA8三、相关技术和器件的基本知识1、气体传感器的介绍(1) MQ—2：MQ-2是一种电阻控制型的气敏器件，其阻值随被测气体的浓度(成分)而变化。
所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2) o当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大使 用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气 体浓度相对应的输出信号MQ-2气体传感器对液 化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它 可燃蒸汽的检测也很理想这种传感器可检测多 种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器2)特点：在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度 对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高长寿命、低成本简单的驱动电路即可(3)应用: 家庭用气体泄漏报警器 工业用可燃气体报警器 便携式气体检测器2、单片机的选择(1)选用单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片而是 把一个计算机系统集成到一个芯片上相当于一个微型的计算机，和 计算机相比，单片机只缺少了 I/O设备概括的讲：一块芯片就成了 一台计算机它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发 提供了便利条件同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的 最佳选择单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、 通讯设备、导航系统、家用电器等各种产品一旦用上了单片机，就 能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词一一“智 能型”，如智能型洗衣机，各种警报器中的应用等。
一方面它要接收来自传感器的气体浓度的模拟信号，另一方面要对这 种信号分别进行处理，控制后续电路的相应工作在单片机实现的功能中，将模数转换后的信号做数字滤波，再进行线 性化处理，这一过程的软件实现，需要单片机有较快的运算速度，使 仪表监测人员能够观测到并进行相应处理根据此次的实验要求设计我们采用的是51系列的单片机，根据多方面 的比较我此次采用的是AT89C51的单片机2) AT89C51功能描述:AT89C51是一个低电压，高性能CM0S8位单片机带有4K字节的可反复 擦写的程序存储器(PENROM) o和128字节的存取数据存储器(RAM), 这种器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且 能够与MCS-51系列的单片机兼容片内含有8位中央处理器和闪烁存 储单元，有较强的功能的AT89C51单片机能够被应用到控制领域中3)功能特性AT89C51提供以下的功能标准：4K字节闪烁存储器，128字节随机存 取数据存储器，32个I/O 口，2个16位定时/计数器，1个5向量两 级中断结构，1个串行通信口，片内震荡器和时钟电路另外，AT89C51 还可以进行OHZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。
闲散 方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取数据存储器、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随机存取数 据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直 到下一个复位4)引脚图: Pl. 0PI. IPl. 2Pl. 3Pl. 4Pl. 5Pl. 6PI. 7RST (RXD)P3. 0 fTXD>P3. 1 (KnJ)P3. 2 CiyrT)P3. 3 仃0)P3. 4 仃 1)P3. 5 曲)P3. 6 (m5)P3. 7HAL2 XTAL1C5DAT89C51vccPO. 0/ (ADO) PO. I/(ADI) PO. 2/(AD2) PO. 3/ (AD3) PO. 4/(AD4) PO. 5 / (AD5) PO. 6/(ADo I PO. 7/ (AD7) Ea/vpp ALE/PROC F5ENP2.7/(A!5) P2. 6/(A14) P2. 5/(Al 3) P2.4(AI2>P2. 3/(All) P2. 2/(A10) P2.1/(A9) P2. 0/(A8)3、声光报警与LED显示作为燃气泄漏报警装置，其中声光报警部分不可缺少，当检测到 有毒气体在空气中所占浓度比例超标时，就要通过声光方式发出 报警，防止中毒等意外事件的发生。
本设计中的声光报警部分包括蜂鸣器以及LED报警指示灯由于 单片机本身的驱动能力不是很高，所以对蜂鸣器的驱动需要加一 个PNP三极管，这样能够使蜂鸣器的声音更加响亮，起到更好的 报警作用三极管基极的电路保证了只有在单片机输出低电平时, 蜂鸣器才会发声，从而避免了错误报警的发声四、程序设计1、程序流程框图AT89C51单片机对传感器检测的气体浓度信号进行A/D转换，将浓度值 与报警限设定值相比较，判断是否报警主程序还包括状态指示灯及声音 报警功能设置，使报警器功能更加完善，给用户带来便利主设计流程如 图：开始初始化信息采集及处理声光扌艮警"2、程序编写#include
完成 这个综合性设计，不仅使我巩固了几学期所学的专业知识，特别是对数字 电子技术和模拟电子技术这两门课程有了更加深入的学习，并且还学到了 不少新的知识，比如MQ-2, AT89C51单片机等，特别是强化了自己充分利 用图书馆资源，独立思考问题、解决问题的能力同时加强了同学之间的 合作，达到了共同学习，共同进步的目的通过这次设计，我深深地体会到搞技术是一件非常严谨的事情从中我得 到了不少宝贵的经验和教训，我相信这些会让我在今后的工作中取得更好 的成绩打下坚实的基础在这一过程中，同时也发现了自己知识的匮乏， 自己需要学习的东西还很多，也激发了我对知识的渴望，激励自己不断的 完善自我。
