DOC《本科毕业设计》

本科毕业设计 题目:基于单片机的家用煤气报警器装置 学院: 信息科学技术学院 专业: 电子信息工程 学号:080802324 学生姓名:杨程指导老师:王晓斐 摘要 煤气,如今已经成为人们生活生产应用最广泛的燃料之一.

不仅工业上常用到煤气,人们的日常生活更是离不开煤气.人们在使用煤气的时候,安全问题就显得格外重要.那么,如何确保人们处于安全的环境之中呢?煤气报警器,就为人们的安全加了一把锁. 本设计是基于单片机的家用煤气报警器.利用半导体式CO气体传感器,将空气中CO气体的浓度转换成为模拟电压输出,然后通过ADC0809进行A/D转换,将模拟电压信号转换成为数字信号输出,该信号传入单片机AT89C51中,进行进一步的处理并与预设的报警值进行比较.当达到报警值的时候,输出报警信号,触发光电隔离电路,控制外接排风扇的开启与煤气阀门的关闭.与此同时,声光报警电路也被触发,进行声光报警,从而,实现煤气报警器控制与报警功能. Abstract Gas, has now become one of the most widely used fuel in people'

s lives, production and application. Not only the industrial gas, people'

s daily life is inseparable from the gas. People in the use of gas, security issues, it is particularly important. Then ,how to ensure that people in a safe environment? Gas alarm, made a lock to the security of the people. This design is a microcontroller-based household gas alarm. By using the Semiconductor-type CO gas sensor, the concentration of CO gas in air is converted into an analog voltage output, and then through the ADC0809 A / D converter, the analog voltage signal into a digital signal output. The signals into the AT89C51, for further processing and to compare with the preset alarm value. When it reaches the alarm value, alarm output, optical isolation circuit is triggered to control the external exhaust fan opening and Close the gas valve. At the same time, sound and light alarm circuit is triggered for sound and light alarm, in order to achieve a certain degree of control and alarm functions by the Gas alarm. 目录 第1章 前言

5 1.1 论文研究目的及意义

5 1.2 煤气报警器的国内外现状

5 1.3 本设计的主要任务

6 1.4 方案论证

6 第2章 系统设计

9 2.1 总设计图

9 2.2 硬件设计思路

10 2.3 系统框图

10 第3章 各个模块及功能

12 3.1 CO气体传感器

12 3.1.1 传感器的概述

12 3.1.2 CO气体传感器的工作原理

13 3.2 温度补偿电路

14 3.2.1 温度补偿电路

14 3.2.2 OP07低噪声高精度运算放大器

16 3.3 A/D转换模块

17 3.3.1 ADC0809的介绍

17 3.3.2 ADC0809的工作过程

18 3.3.3 ADC0809的引脚及其功能

19 3.3.4 ADC08089芯片的性能特点

20 3.4 单片机AT89C51

20 3.4.1 AT89C51 简介

20 3.4.2 AT89C51的功能特性概述

21 3.4.3 管脚说明

21 3.4.4 AT89C51的主要性能参数

24 3.5 光电隔离控制电路

24 3.5.1 使用光电隔离电路的背景原因

24 3.5.2 光电隔离概述

24 3.5.3 光电隔离电路工作过程

25 3.5.4 光电耦合器

26 3.5.5 继电器概述

27 3.6 声光报警单元

28 第4章 软件设计

30 4.1 软件设计总流程图

30 4.2 数据处理

31 4.2.1 传感器的非线性信号的处理

31 4.2.4 数据处理步骤

32 4.3 A/D转换控制设计流程

33 4.4 光电隔离电路程序设计流程图

34 4.5 报警电路的控制程序设计流程图

34 4.6 设计结果

35 4.6.1 仿真效果展示

35 4.6.2 实物效果展示

37 总结

39 致谢

40 参考文献

41 附录

42 1. 工程图纸

42 2. 部分程序清单

43 主程序:

43 数据采集程序:

44 第1章 前言 1.1 论文研究目的及意义 随着我国经济与科技的发展,西气东输工程的进行和煤气、天然气的变革,煤气等可燃气已成为大部分中国家庭的燃料,为人们生活质量的提高与生活环境的改善做出巨大贡献.虽然,现在人们已经意识到安全使用煤气的重要性,但是,每年仍旧不断有因煤气泄露而造成的煤气中毒事故发生.全国各地也还有不少因使用热水器等各种家用电气不当或电器产品本身存在质量问题,而造成的一氧化碳中毒事故的事例.甚至,因为室内的煤气浓度过高,而引起煤气爆炸的事故也屡见不鲜.所以,怎样防止煤气中毒与爆炸从而保护人们自身与他人的安全已成为人们的迫切需要.因此,煤气报警器的开发与研究就显得格外重要. 1.2 煤气报警器的国内外现状 国外对煤气报警器的研究开发从20世纪30年代就开始了,并且发展比较迅速.究其原因,一方面,是因为人们的安全意识增强,在物质生活质量日益提高的基础上,对环境的健康安全程度以及生活的舒适度要求也进一步提高;

另一方面,是因为法律法规的不断健全,政府部门积极推动传感器市场的发展.在科技与工艺发展的带动下,传感器生产工艺水平也得到了稳步提升,传感器的集成度不断增大,使其体积也日益小型化,进而促使气体检测仪器的整体体积也越来越小,直接令各种气体检测仪器更加轻巧便携,对于生产、运输、实际应用与市场推广等方面也有极好的效果.而我国,由于时代背景以及科学技术受限等原因,是在70年代初期才开始进行研制开发可燃性气体报警器的.经过不断地研究与开发,我国的可燃性气体报警器发展也比较迅速,如今,可燃气体报警器的生产型号多样而且品种较为齐全,连应用的范围也从原本简单单一的炼油系统扩展到甚至绝大部分危险作业环境也可以适用的报警器.其不同种类的气体报警器的产品数量更是在不断的增加.但是,由于我国技术手段还不够先进,科技仍需进一步提高,目前,我国可燃气体报警器主要还是依赖于国外先进的生产工艺以及传感器技术.值得高兴的是,近年来,我国的可燃气体报警器在产品的稳定性与气体选择性上有了质的飞跃. 目前,气体报警器按检测气体划分可分为:可燃气体报警器,有毒气体报警器以及复合式气体报警器.通过使用不同的传感器来实现各种气体报警器对不同气体的检测,而复合式气体报警器技术比较全面,可以同时检测可燃和有毒气体.从应用范围上讲,煤气报警器又可以分为:家用燃气报警器、工业用燃气报警器以及有毒有害气体报警器.家用燃气报警器是一种功能比较简单的易安装维护的居民家庭用的燃气报警器,如果遇到燃气泄漏的情况,报警器可以自动进行声光报警,或者联动其他外部设备等.有些更加智能化的报警器甚至可以自动开启排风扇,或者关闭燃气的阀门.而工业用燃气报警器以及有毒有害气体报警器则只是在检测探头部分有些差异,但其整体在工作原理与实际应用中还是十分相近的.再细划分,根据检测环境的不同,工业燃气报警器又可分为检漏仪、控制器和探测器. 1.3 本设计的主要任务 本设计是对基于单片机的煤气报警器的设计研究,主要目标是实现家庭煤气浓度的检测以及报警.主要经过以下几部分来实现:首先,利用传感器进行CO气体浓度的采集并输出相应的电压模拟信号,CO气体浓度与输出电压VOUT呈线性关系,CO浓度越高,输出电压VOUT越高.该信号经过校正作为A/D转换的输入信号传送到数模转换模块,数据转换模块将模拟信号转换为数字信号,然后传送到单片机中,在达到门限值时,通过报警子程序来输出报警信号.并对相应的驱动电路进行驱动,从而分别控制蜂鸣器、报警灯的运行以及切断电路的工作,以实现对家庭煤气浓度是否超标的实时监控. 1.4 方案论证 CO气体传感器是本次设计的关键元件之一,是整个煤气报警器的重要组成部分.煤气报警器种类繁多,设计方案多样,按所使用的传感器可以分为: 红外式:利用红外光照射到被测气体上时,不同气体对红外光进行不同的选择吸收的特点来进行测量与报警.它的优点是灵敏度比较高,具有较好的稳定性,有较强的抗交叉气体干扰能力;

其缺点是维护较为复杂,价格比较昂贵,通常适合实验室使用. 半导体式:利用一些半导体材料(如金属氧化物等),在一定温度条件下,吸附被测气体后,其电阻率发生显著变化这一特点来检测气体中某种气体的含量.其优点是比较灵敏,响应速度很快,使用寿命较长且成本比较低廉;

缺点是受温度的影响较大,容易受到环境的干扰,不适宜用来进行精确度要求较高的测量. 催化燃烧式:催化燃烧式气体报警器是利用催化燃烧的热效应原理,由检测元件和补偿元件配对构成测量电桥,在一定温度条件下,可燃气体在检测仪元件载体表面及催化剂的作用下发生无焰燃烧,通过内部电阻的变化,进而输出电信号.其优点是输出信号线性好,指数可靠,价格便宜,不会与其他非可燃性气体发生交叉感染;

缺点是电流功耗大,不易做成总线连接,缺氧环境下检测值误差较大. 电化学式:电化学式传感器是以离子导电为基础制成的.根据其电特性的形成不同,电化学传感器又可以分为:电位式传感器、电量式传感器、电导式传感器、电解式传感器以及极谱式传感器等.电化学式传感器的灵敏度高,准确性好,具有极好的线性度,本身工作不消耗电能,并且气体选择性极为出色,体积小,操作简单,携带方便,可以用于现场检测并且价格比较低廉.缺点是:易受环境温度及湿度的影响. 影响半导体气体传感器灵敏度的因素: ①工作环境对报警器的影响,如存在高热、高温气体,湿度大等;

②部分化合物对传感器的影响;

③传感器的安装位置;

④设备维护是否及时;

⑤检测介质对传感器的影响. 气体传感器需满足以下基本条件: (1)可以有选择性地检测某种单一气体, 而对共存的其它气体不响应或低响应;

(2)对被测气体具有比较高的灵敏度,并且能有效地检测在允许范围内的气体浓度;

(3)对检测信号的响应速度比较快,重复性较好;

(4)长期工作稳定性好;

(6)制造成本低,使用与维护方便;

(5)使用寿命长;

每种煤气报警器都有其各自的优缺点,考虑到要适用于家庭,实际操作简单易行,以及尽可能降低成本的问题,本设计选择了半导体式气体传感器.半导体式气体传感器灵敏度较高、对CO气体的选择性好、成本较低. 第2章 系统设计 2.1 总设计图 图2.1 总硬件设计图 2.2 硬件设计思路........