《基于c51的煤气泄漏报警系统-毕业设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于c51的煤气泄漏报警系统-毕业设计（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章 绪 论1.1课题的背景随着我国经济实力的增长，人们的生活改善，煤气已经几乎是每个家庭都在使用的燃料。但设备问题和人为操作不当等原因导致的煤气泄漏，给人们的生命财产安全带来了极大的隐患。家庭天然气或煤气泄漏往往容易发生各种安全事故，如最近报道，合肥某小区居民下班回家开灯引起家庭天然气泄漏爆炸重大事故，造成一人被炸死，房屋大量损坏。煤气的主要成分都是含碳化合物。煤气有毒是因为其中的一氧化碳能与人体中的血红蛋白结合，氧无法与血红蛋白结合，于是造成了缺氧，人缺氧就会有生命危险。一氧化碳气体几乎不溶于水，也很难被活性炭吸附，所以不能采用溶解和吸附的方法来解决问题。含碳燃料燃烧不充分时，就会产生一
2、氧化碳。一氧化碳的主要来源是像煤炭、煤气等燃料，一氧化碳对人体的主要损害是破坏血液中血红蛋白输送氧气的能力，一氧化碳与血红蛋白结合能力远远超过氧和血红蛋白的结合能力。煤气泄漏而大量产生的一氧化碳是煤气中毒事件的根源，一氧化碳对生命的威胁极大，它能在瞬间置人于死地，每年因煤气泄漏引发的安全事故不计其数，给很多家庭带来了灾难和痛苦。据统计，我国平均每天死于煤气中毒有80人。由于一氧化碳的特性，人们无法及时察觉一氧化碳的泄漏，这样耽误了人们及时远离泄漏的地方，导致生命危险。所以，在日常生活中迫切需要一种能够很好的监控室内一氧化碳是否泄漏的仪器，以免灾难以及次生灾害的发生，保护人们的生命财产安全。为了
3、不让更多的家庭遭受灾难和痛苦，设计制作室内故障监测报警系统，保障人们的生命财产安全。1.2煤气泄漏报警器的研究现状虽然，煤气泄漏报警器的提出已不再是新鲜的话题，市场上也不是没有煤气泄漏报警器的设备，很少有家用煤气泄漏报警器的设备，市场上缺乏经济实惠的家用煤气泄漏报警器。目前，市场上的煤气检测仪器很少有家用检测的，在这个领域有很大的市场份额的。因此，本次设计所面对的对象是广大的居民。目前，市场上煤气泄漏报警器大多采用的是气敏传感器，这些设备要么功能不能满足需求或者需要人工手动复位阀门系统，系统的稳定性低；要么价格高昂，并且需专门的技术人员来管理，不适于家庭使用。1.3课题研究的目的及意义因此设计
4、出性能更加可靠，经济实惠的室内故障监测报警系统已成为市场的需要。单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施。家用煤气泄漏报警器是非常重要的燃气安全设备，它是安全使用城市燃气的最后一道保护。为了防止中毒、爆炸等事件再次发生，提出利用单片机系统进行有效的预防对策。为此设计出家用煤气泄漏报警控制器。煤气泄漏报警器通过气体传感器探测周围环境中的低浓度可燃气体，通过采样电路，将探测信号用模拟量或数字量传递给控制器或控制电路，当可燃气体浓度超过控制器或控制电路中设定的值时，控制器通过执行器或执行电路发出报警信号。第二章 系统可行性分析2.1系统需求分析家庭天然
5、气或煤气泄漏往往容易发生各种安全事故，如最近报道，合肥某小区居民下班回家开灯引起家庭天然气泄漏爆炸重大事故，造成一人被炸死，房屋大量损坏。煤气泄漏报警器具有煤气泄漏警示、告诫功能，对提示人们注意安全和保护生命财产安全有重大作用。调研煤气泄漏报警系统结合单片机技术设计一个煤气泄漏报警仪。该仪器主要功能包括：1.能检测到煤气泄漏；2.能及时进行煤气泄漏报警;3.报警方式多样化；4.能实现数据的无线传输。2.2可行性分析本次设计的系统中用到的检测设备是煤气传感器设备，用于检测煤气的传感器有MQ-5和MQ-7。MQ-5气体传感器所使用的气敏材料是在空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当传感器处存在
6、可燃气体的环境中时，二氧化锡的电导率受可燃气体的影响，随着空气中可燃气体浓度的改变成正相关。进行一些简单的电路设计就可以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-5气体传感器主要是对丁烷、丙烷、甲烷的灵敏度高，对甲烷和丙烷可较好的兼顾。这种传感器可检测多种可燃性气体，特别是天然气，是一款适合多种应用的低成本传感器。MQ-7气体传感器所使用的气敏材料与MQ-5一样，不过MQ-7主要是对一氧化碳气体的检测，采用高低温循环检测方式，低温（1.5V加热）检测一氧化碳，传感器的电导率受一氧化碳的影响，随着空气中一氧化碳气体浓度的改变成正相关，高温（5.0V加热）清洗低温时吸附的杂散气体。M
7、Q-7气体传感器对一氧化碳的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。本次设计的系统中用到的无线传输是Si4432。Si4432是一款低于1GHz高性能射频收发器。其主要针对工业、科研和医疗(ISM)以及短距离无线通信设备(SRD)。Si4432输出功率可达+20dBm，接收灵敏度达到-121dBm，可提供对数据包处理、数据缓冲FIFO、接收信号强度指示(RSSI)、空闲信道评估(CCA)、唤醒定时器、低电压检测、温度传感器、8位AD转换器和通用输入/输出口等功能的硬件支持。Si4432提供了先进的无线功能，包括连续频率范围从240到930 MHz。Si
8、4432 的高度集成带来降低 BOM，同时简化整体设计。极低的接收灵敏度（-121dBm 的），加上业界领先的+20 dBm输出功率，保证传输范围和穿透能力。内置天线多样化和支持跳频。2.3设计思路为了让煤气泄漏报警器进入寻常家庭，充分实现检测煤气泄漏并及时报警。我们采用51单片机对煤气泄漏传感器的控制。同时，考虑到由于人们不是时时刻刻在厨房或者存在煤气的地方呆着，所以我们采用的是多机通信的方法。由一个51单片机对煤气泄漏传感器进行控制和信息采集，其他的模块实现报警功能。多个模块之间的数据交换是通过无线射频通信的方法实现的。本设计按以下思路展开研究：（1）根据该设计要实现的基本功能，设计大致应
9、该分为信号采集，信号传输，系统设置报警三个部分。信号采集部分即通过气体传感器检测室内空气中是否有CO，若有则产生相应的数字量，若无也产生相应的数字量，据此来判断空气中是否含有CO和煤气是否泄漏。信号传输部分是将采集到的数字信号，通过无线射频通信的方法进行数据通信。系统设置报警部分是通过蜂鸣器报警实现和LED的亮灭。基于以上分析。系统总体设计功能模块如下图所示。信号采集模块信号传输模块系统报警模块 总体设计框图2.4主要开发工具2.4.1开发环境Keil Vision3是KeilSoftware公司推出的一款可用于多种8051MCU的集成开发环境(IDE)，该IDE同时也是PK51单片机及其它开
10、发套件的一个重要组件。除了增加了源代码、功能导航器、模板编辑以及改进的搜索功能外，Keil uVision3还提供了一个配置向导的功能，加速了启动代码和配置文件的生成。此外其内置的仿真器可模拟目标MCU，包括指令集、片上外围设备及外部信号等。Keil uVision3提供逻辑分析器，可监控基于MCU输入输出引脚和外设状态变化下的程序变量。Keil uVision3提供对多种最新的8051类微处理器的支持，包括AnalogDevices的ADuC83x和ADuC84x，以及Infineon的XC866等。其界面如图所示。keil运行界面C51单片机编译器的功能不断增强，及其它的衍生产品，可以更加
11、贴近CPU本身。C51单片机已被完全集成到Keil uVision3的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器等。Keil uVision3 IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。Keil uVision3软件提供了丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面，能够让初学者在很短的时间内就能学会使用Keil uVision3来开发51单片机的应用程序。这是很多开发者使用它的重要原因。2.4.2下载编程烧录软件STC-ISP 是一款针对STC系列单片机而设计的下载编程烧录软件，对于STC-ISP下载编程烧录软件，主要了解其操作方法
12、。（1）打开STC-ISP，在MCU Type栏目下选中单片机，如STC11F32XE（2）根据9针数据线连接情况选择端口，波特率一般为默认（3）点击打开文件，选择要下载的Hex文件，点击“Download/下载” （4）手动按下电源开关即可将可执行文件Hex写入到单片机中第三章 系统的硬件模块3.1单片机模块3.1.1 STC12C5A60S2单片机介绍STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PW
13、M,8路高速10位A/D转换(250K/S，即25万次/秒)，针对电机控制，强干扰场合。STC12C5A60S2系列单片机的内部结构框图如下图所示。STC12C5A60S2单片机中包含中央处理器(CPU)、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定时/计数器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块。STC12C5A60S2系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统。3.1.2如何从传统8051单片机过渡到STC12C5A60S2系列单片机STC12C5A60S2系列单片机
14、的定时器0/定时器1与传统8051完全兼容，上电复位后，定时器部分缺省还是除12再计数的,而串口由定时器1控制速度,所以定时器/串口完全兼容。 增加了独立波特率发生器，省去了传统8052的定时器2,如是用T2做波特率的，请改用独立波特率发生器做波特率发生器。传统8051的111条指令执行速度全面提速,最快的指令快24倍,最慢的指令快3倍.靠软件延时实现精确延时的程序需要调整。传统8051单片机的ALE脚对系统时钟进行6分频输出，可对外提供时钟，STC12C5Axx系列不对外输出时钟,如果传统设计利用ALE脚对外输出时钟,请利用STC12C5Axx系列的可编程时钟输 STC12C5Axx系列的可
15、编程时钟输出脚对外输出时钟。传统8051单片机时钟频率较高时，ALE脚是一个干扰源，所以STC89系列单片机增强了AUXR特殊寄功能存器，其中的Bit0/ALEOFF位允许禁止ALE对系统时钟分频输出。而STC12C5Axx系列单片机直接禁止ALE脚对系统时钟进行6分频输出，彻底清除此干扰源.也有利于系统的抗干扰设 .也有利于系统的抗干扰设计。请自行比较如下的寄存器。3.1.3最小系统1、如果外部时钟频率在33MHz以上时,建议直接使用外部有源晶振。如果使用内部R/C振荡器时钟(室温情况下5V单片机为:11MHz17MHz,3V单片机为8MHz12MHz),XTAL1和XTAL2脚浮空.如果外部时钟频率在27MHz以上时,使用标称频率就是基本频率的晶体，不要使用三泛音的晶体，否则如参数搭配不当，就有可能振在基频，此时实际频率就只有标称频率的1/3了，或直接使用外部有源晶振,时钟从XTAL1脚输入,XTAL2脚必须浮空.。电路图如下。2、当时钟频率高于时钟频率高于12MHz时，建议使用第二复位功能脚，可以不用C1，R1接1K电阻到地，此时的最小应用系统如下所示。在本次设计中，采用的是第一种情况，不过在第一种情况下稍作改变，如下图所示。3.2一氧化碳气体检测元件（MQ-7）3.2.1概述MQ-7气体传感器所使用的气敏材料也是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(
