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1、1一设计要求及方案论证一设计要求及方案论证1.11.1 设计要求设计要求选择适当的微控制器作为控制核心，选择性价比高的气体传感器，设计信号调理电路，通过微控制器处理天燃气浓度值并由 LCD 实时显示出来，LCD 同时显示实时时钟信息；检测器可以通过键盘设定浓度报警阈值，当高于一定值时，语音报警，并可控制相应的继电器动作，以便控制天燃气管道阀门或房间排风风扇。检测器设计有射频接口电路，以无线的方式实现浓度值远传，送给气体浓度无线采集器；无线采集器通过以太网或 RS485 总线送给监控中心，实现远程监控。1.21.2 系统原理及基本框图系统原理及基本框图根据毕业设计的要求本次设计采用 STC89C
2、51 单片机机芯片配合AD522AD 模/数转换芯片构成一个简易的可燃气体检测报警系统，显示部分由数码管进行显示可燃气体的浓度级别。该电路通过 MQ-2 传感器检测可燃气体并发出 0-5V 的电压信号并输入到 AD522AD 芯片采样模拟量电压，经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道 P1.0 传送给 STC89C51 单片机的P1 口。STC89C51 单片机负责把接收到的数字量经过数据处理，在 LCD 显示屏显示，显示可燃气体浓度级别。本系统有单片机最小系统及电源、LCD、按键、可燃气体检测、报警电路组成，无线采集，继电器控制电路。基本原理如图 1-1 所示：289c52AD52
3、2AD按键时钟无线采集器LCD报警电路继电器控制电 路上电复位气体传感器二二 主要模块介绍主要模块介绍2.12.1 STC89C51STC89C51 单片机单片机2.1.1 概述STC89C51 单片机是 STC 公司生产的八位单片机。在这一块芯片上集成了一台微型计算机的各个主要部分。其中主要有CPU，存储器，可编程 I/O 口，定时/计数器，串行口等，各部分通过内部总线连接。STC89C51 是一种带 8K 字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8 的微处理器。
4、该器件采用 ATMEL 搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。32.1.2 引脚介绍和最小系统STC89C51 芯片为 40 引脚双列直插式封装，其引脚排列如图 2-1-1 所示。在 40 条引脚中，有 2 条用于电源的引脚，2 条外接晶体的引脚，4 条控制引脚，其它为 I/O 引脚。图 AT89S51 的引脚图1、电源引脚 Vss 和 VccVss（20）：接地；Vcc（40）：正常操作时接+5V 电源。2、外接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2当外接晶体振荡器时，XTAL1 和 XTAL2 分别接在外接晶体两端。当采用外部时钟方式时，XTAL
5、1 接地，XTAL2 接外来振荡信号。3、控制引脚 RST/VPD、ALE/PROG、PSEN、EA/VppRST/VPD:当晶体振荡器正常运行时，在此引脚上出现二个机器周期以上的高电平使单片机复位。Vcc 掉电期间，此引脚可接备用电源，以保持内部 RAM 的数据。当 Vcc下降到低于规定的电压，而 VPD 在规定的电压范围内，VPD 接向内部 RAM 提供备用电源。ALE/PROG(30):当访问外部存储器时，由 P2 口送出地址的高 8 位，P0 口4送出地址的低 8 位，数据也是通过 P0 口传送。作为 P0 口某时送出的信息到底是低 8 位地址还是传送的数据，需要有一信号同步的进行分别
6、。当 ALE 信号（允许地址锁存）为高电平（有效） ，P0 口送出低 8 位地址，通过 ALE 信号锁存低 8 位地址。即使不访问外部存储器，ALE 端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6，因此可以做对外输出的时钟。对于有程序存储器的单片机在对内部程序存储器编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。PESN(29)：程序存储器读选通信号，低电平有效。51 单片机可以外接程序存储器及数据存储器，它们的地址可以是重合的。51 单片机时通过相应的控制信号来区别到底是 P2 口和 P0 口送出的是程序存储器还是数据存储器地址。从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次
7、 PSEN 有效，此时地址总线上送出地址程序存储器地址；如果访问外部数据存储器，这两次有效的 PSEN 信号将不出现。外部数据存储器是靠 RD及 WR 信号控制的，PSEN 同样可以驱动 8 个 LSTTL 输入。EA/Vpp（31）：当 EA 保持高电平时，访问内部程序存储器（4KB） ，但当PC（程序计数器）值超过 0FFFH 时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当 EA 保持低电平时，则只访问外部程序存储器（从 0000H 开始） ，不管单片机内部是否有程序存储器。对于内部有程序存储器的单片机在对内部程序新学期编程期间，此引脚用于施加 21V 的编程电源（Vpp） 。4、输入输出引
8、脚P0.0-P0.7：P0 口时一个漏极开路型标准双向 I/O 口。在访问外部存储器时，它是分时切换的地址（低 8 位）和数据总线，在访问外部设备期间使用内部的上拉电阻。在对内部程序存储器编程时，它接收指令字节，而在验证内部程序时，则输出指令字节。验证内部程序时，要求外接上拉电阻。P1.0-P1.7：P1 口是带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 接口。在内部程序存储器编程和验证时，它接收 8 位地址。P2.0-P2.7：P2 口时一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 接口。在访问外部存储器时，它送出高 8 位地址。在对内部程序存储器编程和验证期间，它接收高 8 位地址。P3.0-P3.7
9、：P3 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 接口。在 51 单片机中，这 8 个引脚还兼有第二功能，这些功能见图.5端口线第二功能P3.0RXD 串行输入P3.1TXD 串行输出P3.2INT0 外部中断 0 输入P3.3INT1 外部中断 1 输入P3.4T0 定时器 0 外部输入P3.5T1 定时器 1 外部输入P3.6WR 外部数据存储器写信号P3.7ED 外部数据存储器读信号图 P3 口的第二功能第二功能在单片机与外部设备接口方面具有非常重要的作用。单片机的最小系统由 AT89S51、6M 晶振、两个 20p 电容、10K 电阻、复位开关组成。如图 2-1-3 所示：图 AT
10、89S51 的最小系统图中电容器 C1 和 C2 其稳定振荡频率、快速起振的作用，起电容值一般在15-30pF 本次设计采用 22pF 电容。晶振频率的典型值位 12MHz,采用 6MHz 的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，实际电路中使用比较多，本次设计采用 12M 晶体振荡器。上电复位时利用 RC 充电来实现的。按键复位又分为：按键电平复位，相当于 RST 端通过电阻接高电平；按键脉冲复位，利用 RC 微分电路产生正脉冲。62.1.3 定时器描述AT89S51 单片机内有两个 16 位定时器/计数器：定时器 1（T0） 、定时器2（T1） 、和定时器 3（T2）它们都有定时
11、或对外部事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件检测和计数等场合。定时器 T0 和 T1 两个 16 位定时器实际上都是 16 位加 1 计数器。T0 实际是由两个 8 位专用寄存器 TH0（8CH）和 TL0（8AH）组成，T1 是由TH1（8DH）和 TL1（8BH）组成。每个定时器都可由软件设置为定时工作方式或计数工作方式及其他灵活多样的可控功能方式。这些都是由专用寄存器TMOD 设置和 TCON 控制。在 89S51 单片机中，增加了一个 16 位定时/计数器 T2。T2 和 T0 和 T1 有类似的功能即可以做定时器或计数器使用，同时还增加了捕捉等新的功能。它的功能比其它两个
12、定时器更强，使用也较复杂。在特殊功能寄存器组中有 6 个与 T2 有关的积存器，它们分别是：控制寄存器 T2COM、方式控制寄存器T2MOD、捕捉寄存器 RCAP2L 和 RCAP2H、定时/计数器 TL2、TH2。它们在片内存储器中的地址依次从 C8H 至 CDH。设置为定时方式时，定时器记数片内震荡器输出经 12 分频后的脉冲（机器周期信号） 。即每个机器周期使定时器（T0 或 T1）的数值增加 1 直至计满溢出。当采用 12MHZ 晶体时，一个机器周期为 1US，计数频率为 1MHZ。设置为计数方式时，通过引脚 T0（P3。4）和 T1（P3。5）对外部脉冲信号计数。当输入脉冲信号产生由
13、 1 至 0 的下降沿时，定时器的值增加 1。在每个机器周期的 S5P2 期间采样 T0 和 T1 脚的输入电平，若前一个机器周期采样值为 1，下一个机器周期采样值为 0，则计数器加 1。此后的机器周期 53P1 期间，新的数值装入计数器。所以，检测一个 1 至 0 的跳变需要二个机器周期，故最高计数频率为震荡频率的 1/24。虽然对输入信号的占空比无特殊要求，但为了确保某个电平在变化之前至少被采样一次。要求电平保持时间至少是一个完整的机器周期。72.2、MQ-5 液化气传感器液化气传感器2.2.1 简要说明：一、 尺寸：32mm X22mm X27mm 长 X 宽 X 高二、 主要芯片：LM
14、393、ZYMQ-5 气体传感器三、 工作电压：直流 5 伏四、 特点：1、具有信号输出指示。2、双路信号输出（模拟量输出及 TTL 电平输出）3、TTL 输出有效信号为低电平。 （当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）4、模拟量输出 05V 电压，浓度越高电压越高。5、对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度。6、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性7、快速的响应恢复特性五、应用：8适用于家庭或工业上对液化气，天然气，煤气的监测装置。优良的抗乙醇，烟雾干扰能力。2.2.2 结构和功能图 MQ-5 的结构和外形MQ-5 气敏元件的结构和外形如图 3-1 所示(结构 A 或 B),由微型 AL2O
15、3 陶瓷管、SnO2 敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有 6只针状管脚，其中 4 个用于信号取出，2 个用于提供加热电流。设计中 MQ-5 的接线如图 3-2 所示，在实际的测量中，可以按照其等效电路来计算相应的校正数值，其中 Ro 表示的是测量气体在腔体内的等效电阻，RL是外接负载电阻，用来调整输出的模拟量电压范围，具体数值应根据 A/D 转换器的输入范围来确定，在 TLC1543 的输入范围是 05V，这样 RL 可调整至该范围，保证测量的量程足够用。92.2.3 设计中电路+5V 电源供电 MQ5
16、 气敏传感器和 AD522AD，MQ5 输出的信号经过放大电路和芯片本身自带的 AD 转换得到引脚 7 输出的数字信号，并将此送到单片机的P1.0 引脚上。102.32.3 最小系统及按键最小系统及按键单片机接+5V 电源；晶体振荡器频率为 12MHz，晶振的两个引脚分别连接在单片机的 XTAL1 和 XTAL2 端，晶振的两端再分别连接一个 22pF 电容后接地；复位电路经电源正极（+5V）接 10uF 电容后接 1k 欧姆电阻接地，单片机复位端RST 接在电容和电阻之间。本次设计电路中加入两个按键，用于人为报警。单片机 P3.6 和 P3.7 端分别连接一个按键后接地。当按下 S1 时蜂鸣器报警，LED 闪烁；S2 用来取消报警。具体电路连接方式如图 3-5-1 所示：112.42.4 时钟显示模块时钟显示模块 单片机三个输出端口 P1.1、P1.2、P1.3 分别和时钟电路的SCLK、I/O、RST 相连，来驱动时钟电路工作。2.4.1 DS1302 芯片简介功能特色：1、时钟计数功能，可以对秒、分钟、小时、星
