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1、*学校 电气及自动化系毕业设计(论文)题 目：室内天然气泄露报警电路的设计学生姓名*学 号*专业班级*指导教师*日期： 年 月 日 室内天然气泄漏报警电路的设计【摘要】 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。燃气泄漏报警器能有效监测环境中可燃气体或毒性气体(如天然气)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，起到安全监测的作用。但报警器选用得是否合理，直接关系到其功能的充
2、分发挥。该设计所研究的可燃性气体报警器正是应这种要求而开发的。 该设计所研究的可燃性气体报警系统是利用传感器对可燃气体浓度信号进行监测并且转变成电压信号，然后与设定的电压信号进行比较，当气体浓度超过设定值时实现声光报警。目前市场上家用可燃性气体报警器的价格一直居高不下，并且需要定期更换传感器，更让人们进一步加大了投资，使得普通用户难以承受。该设计的燃气报警装置的线路简单，各种器件的价格相对低廉，这使得整体成本大大降低。相信在科技飞速发展的今天，燃气报警装置的价格逐步降低是必然趋势，燃气报警装置将广泛地被人们认可并普及使用，为人们的人身财产安全树立一道可靠的屏障。该设计采用气敏传感器MQ4对可燃
3、性气体浓度进行监测,将监测信号输入单片机，进行信号比较，实施实时监测。【关键词】 单片机，气敏传感器，温度传感器，LED显示电路，光电报警器目 录1 绪 论11.1研究天然气泄漏报警电路的意义11.2 研究目的11.3 主要研究内容11.4 研究范围和应解决的问题12设计原理22.1单片机简介22.1.1 MCS-51特点及其功能组成22.1.2 MCS-51单片机引脚作用22.2 气敏传感器的选择32.3 温度传感器的选择52.4 系统功能模块的划分及功能框图53 设计内容63.1 气敏检测电路63.2 声光报警电路63.3 温度检测电路73.4 温度显示电路73.5 单片机控制电路84 主
4、控制模块设计105 汇编语言程序设计原理115.1 汇编语言设计流程框图115.2 汇编语言部分11结 论20参考文献21致 谢XXII1 绪 论1.1研究天然气泄漏报警电路的意义随着燃气的广泛应用，由于燃气泄露所引发的爆炸、中毒和火灾事故也时有发生，因此各居民用户选择一种合适的可燃气体报警装置实为必要之举。本文所设计家用可燃气体报警装置就是要实现这个功能的。 设计可燃性气体检测与报警装置，能够检测室内可燃性气体浓度，通过A/D转换后送入单片机进行数据处理，并通过单片机与设定的浓度上限值进行比较，当超过报警值时启动声光报警装置，通知用户关闭燃气。1.2 研究目的通过设计天然器泄漏报警电路掌握气
5、体检测部分设计的原理，合理选择传感器；掌握温度检测部分、温度显示部分原理及组成结构；了解报警电路的工作原理及设计方法。1.3 主要研究内容通过信号处理电路将有无气体泄漏两种状态转换成高低电平，将此电平通过单片机I/O接口传入单片机，通过单片机编程控制报警电路的工作状态。室温显示部分通过温度传感器，转换为数字信号，通过单片机I/O接口传入单片机，通过单片机编程在七段数码管上显示室内温度。1.4 研究范围和应解决的问题本设计主要研究范围是度室内天然气泄露的检测，以及对室内温度的监测及显示。在研究中主要解决的问题是对室内可燃行气体（如天然气）泄漏进行检测，通过气敏传感器实时获取可燃性气体的浓度，当超
6、过一定浓度之后发出声光报警。与此同时，对室内温度进行检测和显示。2设计原理2.1单片机简介单片机是大规模集成电路技术发展的产物，它将中央处理器、存储器（ROM/RAM）、输入输出接口、定时器/计数器等主要计算机部件集成在一片芯片上，因此单片机被称为单片微型计算机，单片机配上适当的外围设备和软件，便可构成一个单片机应用系统。单片机具有可靠性高、功能强、体积小、功耗低、使用方便、价格低和抗干扰能力强等特点，被广泛应用于工农业生产、国防、科研及日常生活等领域。 在本设计中我们采用MCS-51，MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更
7、强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。2.1.1 MCS-51特点及其功能组成MCS-51具有比较大的寻址空间，地址线宽达16条，即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达216=64kB，这作为单片机控制来说已是比较大的，这同时具备对I/O口的访问能力。此外，MCS-51采用模块化结构，可方便地增删一个模块就可引脚和指令兼容的新产品。从而容易使产品形成系列化。MCS-51单片机是在一块芯片中集
8、成了CPU，RAM，ROM，定时器/计数器和多功能I/O口等一台计算机所需要的基本功能部件。 MCS-51的功能部分组成有：一个8位CPU 4KBROM或EPROM 128字节RAM数据存储器 21个特殊功能寄存器SER 4个8位I/O口，其中P0，P2为地址/数据线，可寻址64KB ROM和64 KB RAM Y一个可编程全双工串行口 具有5个中断源，两个优先级，嵌套中断结构 两个16位定时器/计数器 一个片内震荡器及时钟电路。2.1.2 MCS-51单片机引脚作用 8051单片机有40个引脚（如图2.1），按引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和I/O引脚。、电源: VCC - 芯
9、片电源，接+5V； VSS - 接地端(注：用万用表测试单片机引脚电压一般为0v或者5V，这是标准的TTL电平。但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v之间，其实这是万用表的响应速度没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电压仍保持在0v或者5v.) 、时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 图2.1 8051单片机40个引脚、 控制线:控制线共有4根， ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 a、 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 b、 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉
10、冲。 PSEN:外ROM读选通信号。 RST/VPD:复位/备用电源。a、RST（Reset）功能：复位信号输入端。b、 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 a、EA功能：内外ROM选择端。b、Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 、I/O线 80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。 P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线） 5. P3口第二功能 P30 RXD 串行输入口 P31 TXD 串行输出口 P32 INT0 外部
11、中断0（低电平有效） P33 INT1 外部中断1（低电平有效） P34 T0 定时计数器0 P35 T1 定时计数器1 P36 WR 外部数据存储器写选通（低电平有效） P37 RD 外部数据存储器读选通（低电平有效）2.2 气敏传感器的选择 所谓气体传感器，就是将气体（一般指空气）中含有的特定气体（即待测气体）以适当的电信号检测或定量的器件。相当于动物的嗅觉器官，人称电子鼻。显然，这是燃气报警器的核心。器皿传感器有TGS系列和MQ系列。其中TGS系列（TGS813）外形及参数如图2.2，可燃气体传感器TGS813主要参数如表格2.1：可燃气体传感器TGS813主要特点：后期电路简单；长寿命
12、，低功耗；对甲烷、烷、丙烷等可燃气体的高敏感度； 表2.1对象气体可燃性气体测量范围500-10,000ppm电路电压24V（AC/DC）加热器电压VH 5.00.2V DC/AC灵敏度（电阻比）0.55-0.65负载电阻RL 可变加热器电阻303.0 （室温）加热器功耗83590mW传感器电阻515K另一类是MQ系列，以MQ4为例，其外形（如图2.3）及参数（见表2.2）如下：图 2.2 TGS813气敏传感器 图2.3 MQ4气敏传感器表2.2 回路电压（Vc）15V使用温度（Tao）-10-50加热电压（VH）5.0V0.2V储存温度（Tas）-20-70负载电阻（RL）可调相对湿度（R
13、h）95%Rh加热电阻（RH）313氧气浓度（O2）21%（标准条件）氧气浓度会影响灵敏度特性（最小值大于2%）加热功耗900mW可燃气体传感器MQ4主要特点：对甲烷，天然气有很高的灵敏度 ，对乙醇，烟雾的灵敏度很低。它具有快速的响应恢复特性.以及长期的使用寿命和可靠的稳定性。 在这里我们选用MQ4气敏传感器，原因是：它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)。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。MQ4气敏传感器它只需要简单的驱动电路，适用于用于家庭，工业的甲
14、烷，天然气的探测装置。2.3 温度传感器的选择温度传感器是温度检测的必要元件，DS18B20与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。DS18B20简介： （1）独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 （2）在使用中不需要任何外围元件。 （3）可用数据线供电，电压范围：+3.0 +5.5 V。 （4）测温范围：-55 +125 。固有测温分辨率为0.5 。 （5）通过编程可实现912位的数字读数方式，在1秒内把温度变为数字。 （6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。 （7）支持多
