1、專科畢業設計說明書題 目 基于單片機的燃氣報警器的設計 英文并列題目 The design of gas alarm system based on single-chip microcomputer 院 系 控制技術學院 班 級 自動化控制21035學生姓名 王 澄 學 號 2010103526 所在團隊 指導老師（1） 單 正 婭 職 稱 講 師 指導老師（2） 職 稱 答辯委員會主任 主答辯人 二 零 一 三 年 四 月無 錫 職 業 技 術 學 院畢 業 （說明） 設 計 說 明 書摘 要全國燃氣行業發展迅猛，液化氣、天然氣、煤制氣等城市燃氣作為清潔能源已在工商業和城鎮居民用戶中得到廣

2、泛應用，特別是隨著“西氣東輸”工程的快速進展，燃氣行業發展潛力巨大。但是隨著燃氣的廣泛應用，由于燃氣泄漏所引發的爆炸、中毒和火災事故也時有發生，這在某種程度上增加了城市的不安全和不穩定因素。為了使燃氣更好地造福于民，造福于社會，減少并杜絕各種因燃氣泄漏而引發的爆炸及火災事故，各燃氣使用單位及居民用戶選擇一種適合的室內煤氣泄露報警器實為必要之舉。燃氣報警器的核心是氣體傳感器。當氣體傳感器遇到燃氣時，傳感器電阻隨燃氣濃度而變化，隨之產生電信號，供燃氣報警器后級線路處理。經過電子線路處理變成濃度成比例變化的電壓信號，由線性電路加以補償，使信號線性化，經微機處理、邏輯分析，輸出各種控制信號，即當燃氣濃

3、度達到報警設定值時，燃氣報警器發出聲光報警信號并可顯示燃氣濃度或啟動外部聯運設備。本文正是通過分析目前燃氣報警器的現狀，設計制作室內故障監測報警系統，保障人們的生命財產安全。關鍵詞：氣體傳感器； 煤氣泄漏 ；煤氣報警Abstract The rapid development of the national gas industry, liquefied gas, natural gas, coal gas and other city gas as a clean energy business and urban residents in users has been widely use

4、d, and gas industry has great potential. But with the extensive use of gas, due to gas leak caused an explosion, poisoning and fire accidents have also occurred to some extent, increased the city's insecurity and instability. In order for gas to better benefit the people, the benefit of the comm

5、unity, to reduce and eliminate all due to gas leak caused the explosion and fire, the gas unit and residential customers use to select a suitable indoor gas leak alarm is actually necessary move. Gas sensor is the core of combustible gas. When the gas face gas sensor, the sensor resistance change wi

6、th gas concentration, the resulting electrical signal for processing of combustible gas line after the class. After dealing with electronic circuit into a voltage proportional to the concentration change signal to be compensated by the linear circuit, the signal linearization, by computer processing

7、, logical analysis, the output of various control signals, that is, when the gas concentration alarm set value , combustible gas audible alarm signal can display gas concentration or start an external transport equipment. It is through this analysis of the current status of combustible gas, indoor d

8、esign fault monitoring alarm system to protect people's lives and property.Keywords：Gas sensor； Gas Leak ； Gas AlarmII目 錄第一章 概 述31.1 課題背景31.2 燃氣報警器的概述41.3 課題研究的目的及意義4第二章 系統方案設計52.1 系統設計要求52.2 系統設計內容62.3系統方案框圖8第三章 硬件電路設計73.1主控模塊83.2 電源的設計93.2.1 三端固定式集成穩壓器93.2.2 +5V電源電路的設計103.3 信號采集放大電路的設計113.3.1氣

9、敏傳感元件特性123.3.2 信號采集放大電路的設計123.4 A/D轉換電路的設計133.4.1 ADC0809的介紹143.5 顯示器電路的設計153.5.1顯示模塊LCD1602163.5.2 電路設計方法163.6 聲音報警器電路的設計173.7 鍵盤電路的設計173.7.1 鍵盤的工作原理183.7.2 鍵盤的識別方法183.7.3 鍵盤的工作方式19第四章 軟件設計194.1 軟件設計重要性204.2 程序框圖21第五章 實驗調試215.1 硬件調試215.2 軟件調試225.3 調試結果235.4 小結.23第六章 總結24致 謝25參考文獻26附錄28 第一章 緒 論1.1 課

10、題背景煤氣的主要成分是CO、氫和烷烴、烯烴、芳烴等。煤氣有毒是因為其中的CO、芳烴等能與人體中的血紅蛋白結合，造成缺氧，使人昏迷不醒甚至死亡，在低濃度下也能使人頭暈、惡心及虛脫。一氧化碳（CO）為無色、無味、無臭、無刺激氣體，比重0.967，幾乎不溶于水，不易被活性炭吸附。當碳物質燃燒不完全時，可產生CO，如人體短時間內吸入較高濃度的CO，或濃度雖低，但吸時間較長，均可造成急性中毒。CO主要來自取暖燃料，CO對人體的損害主要表現在損害血液輸送氧氣的能力，CO與血紅蛋白結合能力超過氧和血紅蛋白的結合能力的200-300倍，當CO與血紅蛋白結合形成的碳氧血紅蛋白含量達到5%時，就會對人體產生慢性損

11、害，達到60%時就會昏迷，達到90%就會死亡。由于發生一氧化碳中毒事件的普遍性和隱蔽性，迫切需要一種能夠很好的監控室內一氧化碳濃度的儀器，并且在一氧化碳濃度過高時能夠采取相關措施防止火災的發生，保護人們的生命財產安全。 本文正是通過分析目前燃氣報警器的現狀，設計制作室內故障監測報警系統，保障人們的生命財產安全。1.2 燃氣報警器的概述 首先我們應對國家標準規定的燃氣報警器的種類有所了解。燃氣報警器可分為可燃氣體檢漏儀（簡稱“檢漏儀” ），可燃氣體報警控制器（簡稱“控制器” ）、可燃氣體探測器（簡稱“探測器” ）、家用可燃氣體報警器（簡稱“報警器” ）四大系列產品。報警器為居民家庭用的燃氣報警器

12、，一般安裝在廚房，遇燃氣泄漏時，報警器可發出聲光報警，或同時伴有數字顯示，同時聯動外部設備。有的報警器可自動開啟排風扇，把燃氣排出室外。有的報警器在報警時可自動關閉燃氣閥門，以防燃氣繼續泄漏。   燃氣報警器的核心是氣體傳感器，俗稱“電子鼻”。當氣體傳感器遇到燃氣時，傳感器電阻隨燃氣濃度而變化，隨之產生電信號，供燃氣報警器后級線路處理。經過電子線路處理變成濃度成比例變化的電壓信號，由線性電路加以補償，使信號線性化，經微機處理、邏輯分析，輸出各種控制信號，即當燃氣濃度達到報警設定值時，燃氣報警器發出聲光報警信號并可顯示燃氣濃度或啟動外部聯運設備（如排風扇、電磁閥）。1.3 課

13、題研究的目的及意義因此設計出性能更加可靠，經濟實惠的室內故障監測報警系統已成為市場的需要。目前，現有煤氣檢測儀器主要是面對工礦企業或公共場所的檢測，價格高昂，對家庭也是不適應的。因此，本次設計所面對的是廣大居民。1.4 系統設計內容 本文利用單片機電路制作室內故障監測報警系統。設計過程中關鍵的兩個部分：系統硬件的設計和控制軟件的編寫。這也是在設計過程中需要解決的關鍵的問題。（1）硬件任務單片機室內故障監測報警系統的硬件主要有3大部分，即濃度檢測和顯示模塊、主控模塊和設置報警模塊。濃度檢測模塊主要由半導體氣體傳感器QM-N5組成，它是整個系統中關鍵的元件；顯示部分由LCD1602組成。主控模塊由

14、單片機及其相關軟件組成，由程序對單片機進行控制。設置報警模塊主要由鍵盤和報警器等組成，這個模塊是對報警煤氣濃度進行設置和濃度過高的時候進行報警處理。硬件的設計需要單片機、模電及其數電的相關知識。在解決這一問題的過程中，需要查閱大量資料，結合所學知識，向老師獲取幫助。（2）軟件任務它的軟件設計主要包括主程序和中斷處理兩大部分：主程序要完成I/O口，定時器的初始化及對中斷輸入的設定，然后延時使傳感器進入穩定工作狀態，等待定時器的中斷；中斷處理程序根據具體情況需要有相應的子程序。要對程序進行多次調試，分塊編程。對各個子程序塊所解決的問題要相當明確。最后在制作完成硬件電路板后要調試出設計要求的功能。第

15、二章 系統方案設計2.1 系統設計要求設計的監測報警系統應實現如下功能：系統能巡回檢測四個不同位置的煙霧和煤氣濃度，把檢測到的信號送單片機處理，處理過的數據送顯示器顯示和送存儲器保存，在煙霧和煤氣濃度達到設置值時系統啟動報警。2.2 系統設計內容根據該設計要實現的基本功能，設計大致應該分為信號采集放大，信號處理控制，系統設置報警三個部分。信號采集部分即通過氣體傳感器檢測室內氣體濃度，將這種變化量轉化成電壓模擬量的變化，然后通過運放進行必要的放大。信號處理部分是將采集到的模擬信號轉換成數字信號，送入控制器進行處理，并將處理過的信號送存儲器保存和送顯示器顯示。系統設置報警部分是通過預定控制方式并利

16、用蜂鳴器報警實現系統的準確操作。（2）依據上面所說的思路，得到如下一些基本的結論：信號采集部分為了能準確采集到氣體濃度的變化應選用半導體氣體傳感器，為使其有效的檢測室內氣體濃度，采用電阻型半導體氣體傳感器；而放大部分使用運放進行比例和反相兩級放大。信號處理部分為了實現精確控制，采用單片機較為合適。將模擬信號送A/D模塊進行模數轉換，經過處理后送存儲器保存和送顯示器顯示。系統設置報警部分可以考慮采用4×4鍵盤設置初始值和蜂鳴器報警。2.3系統框圖采用高性能半導體氣體傳感器，采用巡回檢測的方法檢測房間氣體濃度，將檢測的到濃度信號送入A/D芯片中進行模-數轉換，利用AT89S51單片機控制

17、聲音報警、鍵盤輸入，并且將氣體傳感器檢測到的濃度值在LCD顯示器上顯示出來。系統總的結構框圖如下圖2-1所示： 單片機AT89S51ADC0809LCD傳感器聲音報警鍵盤5V電源圖2-1 系統結構框圖第三章 硬件路設計每一個設計都要以一定的知識為基礎，知識的多少在一定程度上決定了設計出來的東西的好壞程度。這些知識包括硬件知識和軟件知識。硬件知識用來設計硬件電路，以實現信號的采集、放大、轉換和顯示等功能。軟件知識用來設計芯片處理數據的先后順序，數據的獲得途徑以及對數據做怎樣的處理和顯示功能等等。當然，在硬件電路里一些芯片是必不可少的，軟件設計也需要對芯片進行編程序。本章將介紹本次設計用到的一些基

18、本知識和主要芯片。3.1主控模塊一AT89S51引腳說明：（1）主電源引腳Vss，Vcc，Vss(20腳):接地。Vcc(40腳):主電源+5V。（2）外接晶振引腳XTAL1（19腳），XTAL2(18腳)XTAL1：在單片機內部，它是一反相放大器輸入端，這個放大器構成了片內振蕩器。它采用外部振蕩器時，此引腳應接地。XTAL2：在片內接至振蕩器的反相放大器輸出端和內部時鐘發生器輸入端。當采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩信號的輸入。（3）輸入/輸出引腳P0，P1，P2，P3：P0.0P0.7(3932腳):PO是一個8位漏極開路型雙向I/O端口。在訪問片外存儲器時，它分時提供低8位地址和8位

19、雙向數據，故這些I/O線有地址線/數據線之稱，簡寫為AD0AD7。在EPROM編程時，從P0輸入指令字節，在驗證程序時，則輸出指令字節(驗證時，要外接上拉電阻)。Pl.0P1.7(18腳):Pl是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。在EPROM編程和驗證程序時，它輸入低8位地址。P2.0P2.7(2128腳):P2是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。在訪問片外存儲器時，它輸出高8位地址，即A8A15。在對EPROM編程和驗證程序時，它輸入高8位地址。P3.0P3.7(1017腳):P3是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。在整個系統中，這8個引腳還具有專門的第二功能。（4）控制線

20、（4條）RST：AT89S51的復位信號輸入引腳，高電位工作，當要對芯片用時，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續兩個機器周期以上的時間，AT89S51 便能完成系統復位的各項工作，使得內部特殊功能寄存器的內容均被設成已知狀態。ALE/PROG：ALE 是英文"ADDRESS LATCH ENABLE"的縮寫，表示允許地址鎖存允許信號。當訪問外部存儲器時，ALE 信號負跳變來觸發外部的8 位鎖存器 (如74LS373)，將端口P0 的地址總線(A0-A7)鎖存進入鎖存器中。在非訪問外部存儲器期間，ALE 引腳的輸出頻率是系統工作頻率的 1/16，因此可以用來驅動其他外圍芯片

21、的時鐘輸入。當問外部存儲器期間，將以1/12 振蕩頻率輸出。EA/VPP：該引腳為低電平時，則讀取外部的程序代碼 (存于外部EPROM 中)來執行程序。因此在8031 中，EA 引腳必須接低電位，因為其內部無程序存儲器空間。如果是使用AT89S51或其它內部有程序空間的單片機時，此引腳接成高電平使程序運行時訪問內部程序存儲器，當程序指針PC 值超過片內程序存儲器地址(如8051/8751/89C51 的PC 超過0FFFH)時，將自動轉向外部程序存儲器繼續運行。PSEN：此為"Program Store Enable"的縮寫。訪問外部程序存儲器選通信號，低電平有效。在訪問外

22、部程序存儲器讀取指令碼時，每個機器周期產生二次PSEN 信號。在執行片內程序存儲器指令時，不產生PSEN 信號，在訪問外部數據時，亦不產生PSEN 信號。二單片機的工作方式：單片機的工作方式包括：復位方式，程序執行方式，單步執行方式，掉電、節電方式以及EEPROM編程和校驗方式。(1）復位方式 RST引腳時復位信號的輸入端。復位信號是高電平有效，高電平的時間應該在24個時鐘周期以上，若時鐘頻率為6MHz,則復位信號至少應持續4us以上，才可以使單片機可靠復位。復位后，程序計數器PC15的值是0000H說明：AT89S51單片機的程序起始位置是在內存的0000H，也就是說程序的第一條指令必須存入

23、內存的0000H單元，程序才可能在復位后，直接運行。只要Vcc上升時間不超過1ms，通過在Vcc和RST引腳之間一個10uF電容，RST和Vss引腳（即地）之間加一個10k的電阻，就可以實現自動上電復位，即打開電源就可以自動復位。也可以進行手動復位，在Vcc和RST引腳之間接一個按鍵，即可以實現手動復位。復位電路可以參考圖3-2：圖3-2 單片機復位電路2）程序執行方式 程序執行方式是單片機的基本工作方式。所執行的程序可以放在內部ROM、外部ROM或者同時放在內外ROM中。若程序全部放在外部ROM中（如對8031），則應使EA=0；否則，可令EA=1。由于復位后PC=0000H,所以程序的執行

24、總是從地址0000H開始的。但真正的程序一般不可能從0000H開始存放，因此，需要在0000H單元開始存放一條轉移指令，從而使程序跳轉到真正的程序入口地址。3）單步執行方式 單步執行方式是使程序的執行處在外加脈沖（通常用一個按鍵產生）的控制下，一條指令一條指令地執行，即按一次鍵，執行一條指令。序返回至少要在執行一條指令后才能重新進入中斷。將外加脈沖加到INT0輸入，平時為低電平。通過編程規定INT0信號是低電平有效，因此不來脈沖時總是處于響應中斷的狀態。在中斷服務程序中要安排這樣的指令：JNB P3.2；若INT0=0，不往下執行JB P3.2；若INT0=1，不往下執行RETI； 返回主程序

25、執行一條指令4）掉電和節電方式 在掉電方式下，單片機的耗電降至最小。當電源恢復時，VPD應該保持足夠長的時間（約10ms），以保證振蕩器的起振和達到穩定，然后重新開始正常工作。在掉電方式下，CPU暫時不工作，但也隨時準備恢復工作。3.2 系統電源的設計直流穩壓電源主要由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路所組成，以前電子設備中的穩壓器大都由分立元器件構成，現在研制成功了各種集成穩壓器。下面簡單介紹本設計使用到的電源器件：三端固定式集成穩壓器。3.2.1 三端固定式集成穩壓器三端固定式集成穩壓器有78XX/79XX系列，它是固定輸出電壓式穩壓器，片內有過流保護和過熱保護功能，外接兩只電容就可

26、以簡單構成穩壓電路，如圖4-1所示。當輸入電壓Vi、輸出電流Io或溫度變化時，輸出電壓Vo可保持不變；另外當輸出短路，可使輸出電流Io現在為一定值；若集成穩壓器過熱，則穩壓器停止工作，也避免穩壓器遭到損壞。圖中C1用以抑制過電壓，抵消因輸入線過長產生的電感效應并消除自激振蕩；C2用以改善負載的瞬態響應，即瞬時增減負載電流時不致引起輸出電壓有較大的波動。C1，C2一般選用滌綸電容，容量為 0.1 F 或者幾個 F。安裝時，兩電容應直接與三端集成穩壓器的引腳根部相連。78XX系列為正電壓輸出，79XX為負電壓輸出，各自有100mA、500mA和1.5A三個系列。78XX系列和79XX系列的管腳配置

27、不同，在接線的時候要特別注意。三端穩壓器的三端是輸入端Vi、輸出端VO和公共端COM，使用公共端通常接地。它的內部有效電路由調整管、保護電路、控制電路和誤差放大器等組成，Vo-COM間電壓與基準電壓進行比較，工作時經常保持一致，當輸入電壓Vi或輸出電流Io變化時，使輸出Vo保持穩定。三端穩壓器為了使電路能穩定工作，在輸入端和輸出端分別接入電容。輸入端穩定電容是當穩壓器輸入阻抗降低時，防止發生震蕩，可采用0.11uF的陶瓷電容,在應用中一般要在輸入端前加一個電解電容，即平滑電容。當平滑電容距離穩壓器很近時，可以省掉陶瓷電容。輸出端電容也是穩定電容，對于降低輸出紋波、輸出噪聲及負載電流變化的影響有

28、很好的效果，采用0.11uF的陶瓷電容就可以了。3.2.2 電源電路的設計根據以上所介紹的參數，本系統所用+5V電源采用7805穩壓管，將由變壓器送出來的9V交流電壓變成5V直流電壓。本電路使用整流全橋對9V交流電壓進行整流，然后經過濾波電路送入7805穩壓管，從而得到穩定的+5V直流電壓。電路圖如圖3-3所示：本電路工作時，先將插頭接到220V市電上，由開關接通電源，此時，紅色發光二極管工作顯示電源接通狀態。圖3-3 系統+5V電源電路設計3.3信號采集放大電路的設計3.3.1氣敏傳感元件特性(1)靈敏度特性氣敏元件的靈敏度特性,是表征氣敏器件對檢測氣體敏感程度的指標.半導體氣敏元件對多種可

29、燃性氣體和液體蒸汽都有敏感性能,其靈敏度視氣體和液體蒸汽不同而有所不同.器件靈敏度雖各有差異,但它們都遵循共同規律,即氣敏元件阻值與檢測氣體濃度成對數關系變化：logRc=m.logC+n (4-1)式中n與氣體檢測靈敏度有關，除了隨材料和氣體種類不同而變化外，還會由于測量溫度和添加劑的不同而發生大幅度變化。m為氣體的分離度，隨氣體濃度變化而變化。(2)溫濕度特性半導體氣敏元件敏感原理是基于敏感體表面的吸附反應,所以易受環境溫度、濕度影響.由于氣敏器件與環境溫濕度有一定依賴關系,所以在需要較高精度和可靠性的應用中,在電路中要加入溫濕度補償.濕度傳感器的昂貴價格限制了濕度補償的采用，一般僅作溫度

30、補償即可取得較好效果。(3)加熱特性半導體氣敏元件需要在加熱狀態下工作,加熱溫度影響器件的性能,加熱功率變化,元件電阻及靈敏度也相應的有所變化，所以傳感器的工作電源應使用穩壓電源。(4)初期恢復特性:氣敏元件在不通電狀態下存放后,再通電時并不能立即投入正常工作,其電阻值會有一段急劇變化過程,而后趨于穩定.元件由通電至趨于穩定的時間稱為初期恢復時間。初期恢復時間與元件種類、存放時間和存放環境狀態有關；一般不通電存放時間長,初期恢復時間亦長，但一般都在5分鐘以內。由于這種影響使得氣體檢漏儀或報警器在通電初期即使沒有檢測氣體,也會觸發報警,即所謂通電初期誤動作.為此,在設計報警器電路時,可采取適當措

31、施,設法消除這種誤動作現象或避免這種影響.(5)長期工作穩定性半導體氣敏元件的敏感層是用非常穩定的金屬氧化物制成的，因此它具有優秀的長期穩定性，在正常使用條件下，其使用壽命可達3年以上。3.3.2 信號采集放大電路的設計根據QM-N5的性能參數以及以上所述參數，可知將信號采集放大的關鍵是將QM-N5的可變阻值轉變為電壓輸出。因此本設計使用了LM358運算放大器。信號采集放大電路如下圖3-4所示：圖3-4 信號采集放大電路3.4A/D轉換電路的設計3.4.1 ADC0809的介紹由于AT89S51內部沒有A/D轉換，我們在把相應的濃度模擬信號轉換為能夠被單片機所識別的數字信號的時候，需要用到芯片

32、ADC0809進行模數轉換，再經過單片機用軟件產生進行其它輸出。ADC0809的引腳功能：（1）IN0IN7：8路模擬輸出端。A、B、C的狀態字決定在A/D轉換時用哪個模擬輸入端輸入。（2）ALE（22腳）：地址鎖存器允許信號輸入端。當它為高電平時，地址信號進入地址鎖存器中（3）CLOCK（10腳）：外部時鐘輸入端。時鐘頻率典型值為640KHZ，允許范圍為10KHZ到1280KHZ。時鐘頻率低時，A/D轉換速度也降低。（4）START（6腳）：A/D轉換信號輸入端。有效信號為一正脈沖。在脈沖上升沿，A/D轉換器內部寄存器均被清零在下降沿開始A/D轉換。（5）EOC（7腳）：A/D轉換結束信號。

33、在START信號上升沿之后的02us+8個時鐘周期時間內，EOC變為低電平。當A/D轉換結束后，EOC立即輸出一個（正）階躍信號，可用來作為A/D轉換結束的查詢信號或中斷的請求信號。（6）OE（9腳）：輸出允許信號。當OE輸入高電平信號時，三態輸出鎖存器將A/D轉換結果輸出。（7）D0D7：數字量輸出端。D0為最低有效位（LSB），D7為最高有效位（MSB）。（8）12、16腳REF（+）、REF（-）：正負基準電壓輸入端。基準電壓的中心值（VREF（+）+VREF（-）/2應接近于Vcc/2，其偏差值不應該超過 0.1 。正負基準電壓的典型值分別為+5V和0V。（9）Vcc（11腳）、GND

34、（13腳）：電源電壓輸入端。ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 A/D轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到A/D轉換完成，EOC變為高電平，指示AD轉換結束，結果數據已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態門打開，轉換結果的數字量輸出到數據總線上。3.5 顯示器電路的設計3.5.1顯示模塊LCD1602(1) LCD1602模塊驅動：通常不接LCD的背光,因為采用背光的話,需要的電流太大，從而會造成穩壓管發熱特

35、別厲害引腳說明：RS：寄存器選擇輸入端；RS0,如果是寫狀態,指向指令寄存器,如果是讀,指向地址計數器RS1，不管是寫狀態還是讀狀態,指向數據寄存器RW：為0：寫狀態；為1：讀狀態；E：使能型號輸入端,讀狀態,高電平有效;寫狀態,下降沿有效注意常用的命令：0x01： 清屏 0x38：8位數據傳送（0x28，4位數據傳送） 0x0C：開LCD ；0x08： 關LCD 0x18：字符左移 0x04： 向左移動光標 0x06： 向右移動光標(2) 通信方式線并行通信（命令：0x38）采用8線并口通信,占微控制端的I/O口,具體程序可以見發布的程序。3.5.2 顯示電路設計LCD1602的數據口與單片

36、機通過P1口連接，使能端E、RW和RS分別跟P3.5、P3.6和P3.7連接，VO通過接一個10K的電位器來控制液晶屏幕的亮度。電路使用5V電源供電。LCD1602與單片機連接電路圖如下圖3-5所示：圖3-5 LCD1602與單片機連接電路圖3.6聲音報警器電路的設計 報警器在采集到的濃度信號大于系統設定值時，由P3.4口發出一個高電平信號，持續時間為無限長，直到單片機撤消高電平信號為止，其撤消信號由鍵盤Delete鍵發出。詳細工作過程為單片機從P3.4口發出高電平信號，高電平使三極管8550導通，點亮紅色發光二極管，并觸動蜂鳴器發出報警聲音。系統報警器電路圖如下圖3-6所示：3-6 系統報警

37、器電路圖3.7 鍵盤電路的設計矩陣式鍵盤適用于按鍵較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行，列的交叉點上。很明顯的，在按鍵數量較多的場合，矩陣鍵盤與獨立式鍵盤相比，要節約很多的I/O口。本設計需要初值設置以及其它功能，需要09共10個數字鍵、設置鍵、刪除鍵、確定鍵、上翻頁、下翻頁和上檔鍵等16個按鍵。因此采用了4×4行列結構的鍵盤。3.7.1 鍵盤的工作原理按鍵設置在行、列交點上，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端。行線通過上拉電阻接到5V上。平時無按鍵動作時，行線處于高電平狀態；而當由按鍵按下時，行線電平狀態將有與此行線相連的列線電平決定。列線的電平如果為低電平，則行線為低電平；列

38、線為高電平，則行線也為高電平。這一點是識別矩陣鍵盤按鍵是否按下的關鍵所在。由于鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在的行和列的電平。因此各按鍵彼此之間互相影響，所以必須將行、列線信號配合起來并做適當的處理，才能確定閉合鍵的位置。3.7.2 鍵盤的識別(1)識別方法分兩步進行：第一步，識別鍵盤有無鍵按下；第二步，如果有鍵按下，識別出具體的按鍵。分述如下：識別鍵盤有無鍵被按下的方法是：讓所有的列線均置0電平，檢查各行線的變化，則說明有鍵按下，則說明有鍵按下，如果沒有變化，則說明無鍵按下。識別出鍵盤的具體方法是：逐列置零電平，其余的各列置為高電平，檢查各行線電平的變化，如果某行電平的變化由高

39、電平變為0電平，則可確定此行交叉點處的按鍵被按下。(2)鍵盤的編碼。對于獨立式按鍵鍵盤，由于按鍵的數目較少，可以根據實際需要靈活的編碼。對于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號和列號唯一確定，所以分別對行號和列號進行二進制編碼，然后將兩值合成一個字節，高4位式行號，低4位是列號將是非常直觀的。如12H表示第一行第二列的按鍵，但是這種編碼對于不同的行的鍵，離散性大。本設計鍵盤的編碼對應關系表如表3-2所示：表3-2 鍵盤的編碼對應關系表鍵號0123鍵值00H01H02H03H功能Set987鍵號4567鍵值04H05H06H07H功能+1654鍵號891011鍵值08H09H0AH0BH功能-1321鍵

40、號12131415鍵值0CH0DH0EH0FH功能EnterDeleteShift03.7.3 鍵盤的工作方式單片機應用系統中，鍵盤掃描只是CPU工作內容之一。CPU在忙于各項工作任務時如何兼容鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。鍵盤的工作方式的選取應根據實際應用系統中CPU工作的忙、閑情況而定。其原則是既要保證能及時響應按鍵操作，又要不過多的占用CPU的工作時間。通常鍵盤有編程掃描，定時掃描和中斷掃描。CPU對鍵盤的掃描采取程序控制的方式，一旦進入鍵掃描狀態，則反復的掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入命令或是數據。而在執行鍵入命令或是處理鍵入數據過程中，CPU將不再響應鍵入要求，直到CPU返回重新

41、掃描鍵盤為止。定時掃描工作方式是利用單片機內定時器產生定時中斷，CPU響應中斷后對鍵盤進行掃描，并在有鍵按下時識別出該鍵并執行相應的鍵功能程序。定時掃描工作方式的鍵盤硬件電路與編程掃描方式相同。鍵盤電路工作于編程掃描狀態，CPU要不間斷的對鍵盤進行掃描工作，以監視鍵盤的輸入情況，直到有按鍵為止。其間CPU不能作其他的任何工作，如果CPU工作量較大的時候，這種方式就不是很實用。定時掃描進行了一大步 ，除了定時監視一下鍵盤的輸入情況外，其余的時間可以進行其他的任務的處理，CPU的效率提高了，為了進一步提高CPU的工作效率，可以采用中斷掃描方式，即只有在鍵盤有鍵按下時，才執行鍵盤掃描并執行該鍵盤的功

42、能程序，如果無鍵按下，CPU不理睬鍵盤。可以說，前兩個掃描方式，CPU對鍵盤的監視時主動進行的，而后一種方式，CPU對鍵盤的監視是被動的。本設計采用了中斷工作方式，由INT0口接收中斷信號，來控制單片機調用鍵盤控制子程序，啟動鍵盤功能工作。第四章軟件設計4.1軟件設計重要性 軟件開發階段包括軟件的設計、程序編碼、軟件測試，占據軟件項目開發總成本的絕大部分，是軟件開發質量的關鍵環節。 軟件設計是開發階段最重要的步驟，它包括總體設計和詳細設計，是將需求轉化為軟件產品的唯一途徑。 軟件設計作出的決策，最終影響軟件實現的成敗。 設計是軟件工程和軟件維護的基礎。4.2軟件程序流程圖本設計可以用C語言編程

43、序，也可以用匯編語言編程序，本人選擇了用C語言編寫程序。主要編程序來控制定時、計時中斷、輸出、報警等。 (1)按照以上的軟件程序設計思想，可以畫出程序的流程圖，并根據流程圖寫出相應的程序。主程序見附錄，流程圖如下圖4-1所示。 主程序計時初始化中斷系統初始化ADC0809初始化延時程序傳感器采集數據送顯示器圖4-1程序流程圖4.2.1 鍵盤的流程圖鍵盤掃描有鍵閉合延時去鍵抖動掃描鍵盤找到閉合鍵計算鍵值閉合鍵釋放建立有效標志返回建立無效標志NNNYYY圖4-2 鍵盤流程圖4.2.2 ADC程序void TempDelay(uchar us);void Initadc0809(void); /初始

44、化adc0809uchar ReadByte(void); /從adc0809讀一字節void GemTemp(void); /讀取濃度 void Configadc0809(void); /配置adc0809void nongdu(void); /adc0809全處理sbit dq = P1; /adc0809的I/O線第五章系統調試5.1 硬件調試 焊好電路板后，整個控制器的設計就正式進入調試階段。在進行軟件調試之前一定要進行電路板的調試，以防止由于硬件電路故障導致軟件調試失敗。首先要進行的是銅線的連接檢查，看看哪里有不易察覺的斷線現象出現。具體的調試方法是使用數字萬用表，把旋鈕開關旋到電

45、阻檔，紅黑表筆分別去測同一根銅線的電阻，如果線沒有斷的話，萬用表的顯示應該是都為0，若出現無窮大的顯示則表示此線以斷了，這時只要烙鐵輕輕點少量焊錫把線連上即可。在硬件電路中有些線與線之間布得比較集中，焊盤也緊挨著線，在這種地方最容易出現短路。檢查方法和檢查斷線的方法相似，也是利用萬用表，旋鈕開關旋到測二極管的檔位，將紅黑兩表筆分別測懷疑已經短路的線或者焊盤上，如果已經短路的話萬用表會發出報警聲，反之，萬用表不會報警。遇到焊盤和焊盤或焊盤和銅線短接時只要用一根細而硬的針把連在一起的地方刮斷就可以了。 在測試開關的時候發現按鍵按下后P2口的電平沒有變化，反復檢查了幾次都是維持在低電平而無法出現高電

46、平，在排除是單片機芯片故障后又詳細的檢查了電路圖，終于發現是上拉電阻的接法接錯了，正確的接法是上拉電阻接在單片機與按鍵電路之間，而原理圖中由于一時疏忽將上拉電阻接在了按鍵與地之間，這樣的接法相當于使按鍵部分失效，永遠無法讀入按鍵的鍵號，更改電路圖后按鍵電路的故障就完全消除了。5.2 軟件調試軟件調試先是進行燒寫單片機程序，可以檢查出一些語法錯誤，檢查無誤后就可以進行全面的調試。就是根據軟件實現步驟逐個檢查程序的可行性，以及程序的嵌套性是否都能達到設計的要求。沒有硬件電路，軟件是無法進行調試的，在硬件電路檢查無誤后就可以調試軟件了。由于編程時用的是C語言，程序編寫簡單，編程時不必考慮單片機內部結

47、構，所以程序總體上沒有錯誤。由于在此之前寫入一個小程序來檢測硬件沒有問題，所以現在只需要調試好程序即可。設定，采集，報警這三個模塊的調試比較順利，基本是和預期的一樣。但是在調試A/D轉換是發生了意外，在把A/D轉換的程序寫入單片機運行后，LCD1602顯示的是零。一開始以為是接線接錯了，但是在仔細核查一遍后，發現沒有接錯。后來進一步檢查改進程序后發現，原來是寫程序的時候有一條多余的語句沒有屏蔽掉，造成送到LCD只能顯示零,到這里軟件基本上調試完成。5.3 調試結果解決了以上的硬件和軟件問題后，整個室內故障監測報警系統就完成了，經過多次的測試表明：此室內故障監測報警系統能實現畢業設計所要求的達到

48、的功能。5.4 小結 (1) 特點：QM-N5型氣體傳感器是以金屬氧化物SnO2為主體材料的N型半導體氣敏元件，當元件接觸還原性氣體時，其電導率隨氣體濃度的增加而迅速升高。適用于天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、烯類氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣、煙霧等的檢測，屬于N型半導體元件。靈敏度較高，穩定性較好，響應和恢復時間短。用它做成的報警器完全可以達到UL2034標準，不需溫、濕度補償。(2) 工作條件：工作電壓：5V ± 0.5V靜態功耗：0.5W(加熱絲冷態電阻為50 ± 2)環境條件：溫度-10+50,相對濕度95%初期穩定時間：15分鐘響應時間：10s恢復時間：60s檢測煤

49、氣濃度范圍：5020000ppm 其優點在于：（1）成本低廉并能對煙霧和煤氣準確報警。（2）該產品無需專業人員操作，只要放在合適位置，通電即可，連續使用、方便簡捷。（3）能起到預防煤氣中毒的效果，使人們高枕無憂。該產品必須能夠有效預防廣大農村居民的冬季燃煤取暖一氧化碳中毒事件的發生，同時也能夠給城鎮居民安全使用煤氣提供有力的保障。第六章 總結 AT89S51單片機作為核心芯片構成硬件電路，并通過ADC0809實現了A/D轉換，編寫了程序的總流程圖，ADC0809的程序，鍵盤的流程圖。通過硬件軟件的功能，可以實現當采集到的濃度信號大于系統設定值時，會出現高電平，從而發出聲光報警。 本設計基本可以

50、實現功能，但是還可以在這基礎上，對報警器功能進一步的拓展，當這個報警器報警時耗能實現關閉燃氣的功能，這樣對本設計有了進一步的完善，也更具有安全性。致 謝在做畢業設計的這段時間，得到導師單老師的悉心關懷和指導幫助，使得我的畢業設計能夠順利完成。在期間，經常去圖書館查找相關的知識還不斷的和同學相互交流，這使得我學到了很多的東西。另外，我還從單老師那里學到了許多做人的道理，使我對生活充滿信心，與人為善。在此，我向我的導師單老師表示深深的謝意。我還要感謝我的母校三年來對我的培養，在我的人生中，留下了濃重的一筆。我還要感謝給予我幫助的幾位同學，他們在方案選擇和實現上給了我很多的建議和幫助，。有了各位老師

51、和同學的幫助，才我順利的完成了此次畢業設計。他們在我最無助的時候對我伸出了援助之手，為我以后走上工作的崗位提供了很多的幫助。最后，向在我做畢業設計期間給予過我鼓勵、關心、幫助的各位老師、同學表示由衷的敬意！參考文獻1 陳小忠，黃寧，趙小俠編著單片機接口技術實用子程序M北京：人民郵電出版2 尹勇，王洪成編著.單片機接口技術與應用M北京：北京航天航空大學出版社,20043 沙占友集成化智能傳感器原理與應用M北京：電子工業出版社20041：1982224 陳嶺麗， 馮志華主編. 檢測技術和系統M. 北京：清華大學出版社，2005.5 周慈航.單片機應用程序設計技術M.北京航天航空大學出版社，1991

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