基于单片机的天然气泄漏检验系统标准设计完整.doc

摘 要伴随经济和科学技术快速发展，大家对生活质量提升和生活环境改善越来越重视。天然气作为一个清洁型能源进入家庭得到广泛使用，为大家生活带来了方便，降低了城市污染，提升了生活质量和效率，不过同时，天然气也是潜在“危险品”，天然气在使用过程中，若管道和阀门密封不好，一旦泄漏出去极易爆炸，危及大家生命财产安全。面对燃气泄漏而造成种种事故威胁，我们需要一个处理措施。然而使用天燃气检测系统成为了一个关键研究课题。本毕业设计题目是基于单片机天然气泄漏检测系统设计。本设计关键是由一个MQ-4传感器采集气体浓度信号，系统建立浓度和电压关系，进行浓度电压转换，浓度显示，声光报警组成报警装置。本系统由ADC0832处理数据，MCU采取STC89C52，完成气体浓度信号采集显示内容传输、显示等功效。本设计可燃气体报警器由六个部分组成：传感器、数码管显示器、声光报警器、控制电路、A/D转换和电源模块。软件上采取C语言编程，结构简单运行稳定。该检测系统能够检测天然气浓度，当检测天然气浓度低于设定报警阈值时候，数码管显示器仅仅显示测得可燃气体浓度；当检测天然气浓度超出设定报警阈值时给出声光报警，并伴有语音提醒。关键词：MQ-4传感器；ADCO832；STC89C52；数码管；声光报警AbstractWiththerapiddevelopmentofeconomyandthesciencetechnology , peoplepaymoreandmoreattentiontothequalityoflifeandtheimprovementoflivingenvironment.Naturalgasarewidelyusedinourdailylifeandbringsconvenienceforpeopleslivesasacleanerfuel,reducethecityspollutionandimprovethelifequalityandefficiency. butatthesametime,naturalgasisalsopotentialdangerous,Ifnotsealedpipesandvalves,theyleaked,easilycausedbyfire ,endangeringpeopleslivesandproperty.Facingthe gasleakallkindsofaccidentscausedbythreats,weneedasolution.Anditisobviously veryimportanttostudyontheinspectionmethodsandsensorsofallkindsofgases. This graduation design is a gas leak detection alarm system based on single chip microcomputer. This design mainly by an MQ - 4 gas concentration sensor acquisition signals, Concentration and voltage relations system,To convert the concentration of voltage, concentration of voltage conversion, concentration, according to the sound and light alarm alarm device.This system by ADC0832 processing data, use STC89C52 MCU, complete the gas concentration signal collection and display content transmission, display, and other functions.The design of the combustible gas alarm is composed of six parts: sensor,digital tube, sound and light alarm, control circuit, A/D conversion and power module.The software system is based on the C language programming, whose structure is simple and running stable.This detection alarm system can detect the density of gas , When detecting gas concentration is lower than the set alarm threshold, digital tube display show only measured concentration of combustible gas; When detecting gas concentration exceeds the alarm threshold acousto-optic alarm.Keywords：MQ-4；ADC0832；STC89C52；Digital tube；Sound and light alarm目 录摘 要1Abstract2绪 论11基于单片机天然气泄漏检测系统概述21.1天然气泄漏检测报警器概述21.2家用天然气泄漏检测报警器现实状况21.3家庭燃气泄漏报警发展趋势21.4天然气泄漏检测报警设计意义32天然气泄露检测报警系统方案设计42.1天然气泄漏检测报警系统介绍42.2气体传感器选型42.3 天然气泄露报警系统整体设计方案52.3.1天然气泄漏报警器工作原理52.3.2天然气泄漏报警器结构52.3.3报警器各模块功效63天然气泄露报警硬件部分设计73.1主控电路设计73.1.1STC89C52单片机介绍73.1.2 STC89C52单片机基础结构73.1.3 STC89C52RC单片机引脚83.2电源电路设计103.3可燃气体信号采集部分113.4 MQ-4气体传感器113.5 A/D转换部分133.5.1 A/D转换电路133.6 气体结果测量计算153.7 声光报警部分153.8 计数器译码显示电路163.8.1 LED 综述163.8.2 LED 结构163.8.3 LED数码管显示方法173.9 复位电路183.10 最小系统及按键184燃气泄漏检测报警系统软件部分204.1程序设计步骤和编程204.2系统调试21结 论22参考文件23附录A 基于单片机天然气泄漏检测系统原理图25附录B 基于单片机天然气泄漏检测系统结果图26附录C C程序27致 谢35绪 论伴随人民生活水平提升及环境保护意识增强，世界需求洁净能源呼声高涨，各国政府也透过立法程序来传达这种趋势，天然气曾被视为最洁净能源之一，再加上1990年中东波斯湾危机，加深美国及关键石油国家研发替换能源决心，所以，在还未发觉真正替换能源前，天然气需求量自然消耗会增加。天然气是一个高效、清洁、经济、稳定生活能源。多年来，伴随中国燃气变革及西气东输工程进行，天然气经过管道走进了千家万户，极大地方便我们生产生活，同时也带来了不少安全隐患。从工农业生产各个领域到大家家庭生活各个方面，大家直接或间接接触多种有毒有害气体机会大大增加，由此而引发中毒，火灾和爆炸事故屡见不鲜，严重威胁到大家生命和财产安全，成为一个新社会公害。所以对环境气体进行检测和分析技术研究日益受到大家重视。传统分析气体组分和浓度方法是以色谱法为代表多种化学计量方法，尽管其测量精度很高，但操作手续繁杂，试验周期长，无法对有毒、有害气体进行实时、连续、瞬时检测，而气体传感器则满足这种要求，而且在大家日常生活中对降低气体爆炸、火灾等事故已经发挥着越来越大作用。现在世界各大强国全部把传感器技术列为国家发展关键技术，国防现代化、工业生产过程自动化、家庭电器化全部和传感器发展休戚相关，今天传感器技术已渗透到国民经济各个领域，日益突出它关键作用。集成化、多功效化、智能化、加工技术微精细化、指标高精度化和性能高稳定、高可靠化已经成为大家开发和研究传感器关键方向。泄漏检测报警系统被广泛应用于各个领域，如石油化工企业、石油运输管线、城市自来水地下管线、锅炉炉管、发动机箱体、缸盖等多种领域。泄漏检测技术在管道检测之中应用得到了很好发展。对于管道泄漏检测要满足以下多个要求：1.正确可靠地判定泄漏发生，并能够在较短时间内判定出泄漏点具体位置。2.正确可靠地判定泄漏程度，能对较小量泄漏做出判定。3.检测原理简单，易于操作和维护。1基于单片机天然气泄漏检测系统概述1.1天然气泄漏检测报警器概述天然气泄漏检测报警器是燃气安全设备很关键一部分，它是由气敏传感器、单片机和报警器组成。它是安全使用城市燃气最终一道保护设备。天然气泄漏检测报警器经过气敏传感器探测周围环境中天然气浓度，在经过采样电路，将探测到模拟信号转换成数字信号传输给控制器或控制电路。当检测气体浓度低于设定报警阈值时候，数码管显示器仅仅显示测得可燃气体浓度；当检测气体浓度超出设定报警阈值时给出声光报警。气敏传感器是一个检测特定气体传感器。它关键包含半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，这些传感器全部是经过对周围环境中可燃气体吸附，在传感器表面产生化学反应或电化学反应，造成传感器电物理特征改变，经单片机处理后转换成检测气体响应浓度 。其中用最多是半导体气敏传感器。1.2家用天然气泄漏检测报警器现实状况现在每家每户只要安装天然气管道全部必需安装天然气报警器。对于现在市场上天然气报警存在以下问题：1、对天然气检测不敏感或检测到天然气泄漏并不能立即报警作出对应处理；2、对于天然气检测过于敏感，正常做饭烧水时难免会有少数天然气溢出，此时报警器就不停关阀报警严重影响生活效率；3、存在谎报误报现象，当空气中存油烟时也会关阀报警所以很多家庭对探测报警器束之高阁当成摆设，买了并不安装；4、功效简单，当日然气发生泄漏时只会关阀报警，倘若家中无人阀门不紧，不能立即处理险情通知户主。所以市面上天然气泄漏检测报警器亟待于改善，从而才能愈加好地保障我们生命财产安全，提升我们生活质量。1.3家庭燃气泄漏报警发展趋势二十多年前，中国安防报警产品刚刚起步，不管产品技术含量、产品系列完整性、使用性，还是社会影响程度全部是相当低。国外产品和品牌却占领我们大部分市场。因为中国建设正在面临飞速发展，我们应该抓住宽广市场空间，庆幸是中国企业抓住了这次机遇，顶住了挑战，先是一批国家科研院所，后是一批国营企业、民营企业，业内也吸引和凝聚一大批中国技术和管理精英，花了多年时间，经过几次产品更新换代，就使自己产品紧紧跟上了国际水平，而且夺回了大部分中国市场，使得现在大多国外产品只有招架之势，这是经典自力更生，走自己路。当然现在而言，我们基础占据是中国市场，对外还刚刚开启。不过，中国企业已经做好准备进军海外市场。1.4天然气泄漏检测报警设计意义天然气泄漏造成事故给我们带来了不少警示，而市场上天然气检测报警器并不能为我们提供完善安全保障，为此我们要设计功效愈加完善，探测愈加正确天然气报警器是对付燃气无形杀手关键手段之一。燃气教授指出，燃气泄漏或废气排放而大量产生一氧化碳是燃气中毒事件根源，如采取天燃气泄漏报警器就能得到立即警示。相关部门经长久测试得出结论，天燃气报警器预防天然气泄漏事故发生有效率达95%以上。计算机普及和信息技术迅猛发展，大家己不满足于传统居住环境，对家庭及住宅小区提出了更高要求，智能化被引入家庭，并快速在世界各地发展起来。大家对居住环境要求日见增高，表现在期望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。单片机在日用电子产品中应用越来越广泛，燃气泄漏则是大家日常生活中常常需要测量和控制一个问题。单片机有利于为现代人工作、科研、生活、提供愈加好更方便设施。为了预防中毒事件再次发生，提出利用单片机系统进行有效预防对策。所以怎样预防燃气中毒和爆炸已成为大家迫切需要。2天然气泄露检测报警系统方案设计2.1天然气泄漏检测报警系统介绍天然气泄漏检测报警系统不仅能够检测环境中天然气浓度，同时含有报警功效。仪器最基础组成部分应包含：气体信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路。气体信号采集电路通常由气敏传感器和模拟放大电路组成，将气体信号转化为模拟电信号。模数转换电路将从燃气检测电路送出模拟信号转换成单片机可识别数字信号后送入单片机。单片机对该数字信号进行处理，并对处理后数据进行分析，看是否大于或等于某个预设值(报警限)，当检测气体浓度低于设定报警阈值时候，数码管显示器仅仅显示测得可燃气体浓度；当检测气体浓度超出设定报警阈值时给出声光报警。同时报警装置会经过语音模块向户主发送语音提醒方便让户主立即做出判定处理。为使报警装置愈加完善，能够在声音报警基础上，加入闪光报警，改变光信号能够引发用户注意，填补嘈杂环境中声音报警局限。以上是依据检测报警器应含有功效，提出整体设计思绪。气敏传感器及单片机是燃气泄漏报警器两大关键，依据报警器功效需要，选择适宜、正确、经济气敏传感器及单片机芯片是至关关键。传感器选型将在后面介绍。单片机作为硬件电路关键，它概况将在第三章详述。2.2气体传感器选型气体传感器属于气敏传感器。气敏传感器是用来检测气体类别、浓度和成份传感器。它将气体种类及其浓度等相关信息转换成电信号，依据这些电信号强弱便可取得和待测气体在环境中存在情况相关信息。所以气体传感器是仪表关键组成部分之一。由此可见，气体传感器选型是很关键。该设计天然气泄漏报警器关键应用在厨房中，依据报警器检测气体种类要求，通常选择接触燃烧式气敏传感器或半导体气敏传感器。接触燃烧式气敏传感器探头会出现阻缓及中毒问题。阻缓是当在气体和空气含硫物质混合情况下，则有可能在无焰燃烧同时，有些固态物质附着在催化元件表面，阻塞载体微孔，从而引发响应缓慢反应滞缓，灵敏度降低。即使将阻缓传感器再放回新鲜空气环境中有得到某种程度恢复可能，不过假如长久暴露在这么环境中，其灵敏度会不停下降，造成该传感器最终丧失检测烟雾能力。中毒是假如环境空气中含有硅烷之类物质时，则传感器将使催化元件产生不可逆转中毒，以致灵敏度很快就丧失。当怀疑检测环境中存在这些物质时，需要常常对探头进行标定。常常对传感器进行标定，是确保其正确性必需路径。通常连续使用两个月后应对传感器进行量程校准，这种常常性对传感器维护需要专业人员和对应设备，特此排除接触式气体传感器，剩下只能选择半导体气敏传感器。半导体气敏传感器包含用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作气体传感器和用单晶半导体器件制作气体传感器，它含有灵敏度高，响应快、体积小、结构简单，使用方便、价格廉价等优点，所以得到广泛应用。半导体气敏传感器性能关键看其灵敏度、选择性(抗干扰性)和稳定性(使用寿命)。 经过对比上述两种气敏传感器应用特征，发觉半导体气敏传感器优点愈加突出：灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格廉价，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低等。所以，本设计采取半导体气敏传感器作为报警器气体信息采集部分关键。而在众多半导体气敏传感器中，本设计选择MQ-4型气敏传感器，这种型号传感器对天然气有很高灵敏度对乙醇灵敏度很低，含有快速反应快速恢复、使用寿命长、稳定可靠等优点。2.3 天然气泄露报警系统整体设计方案2.3.1天然气泄漏报警器工作原理本论文中天然气泄漏报警器以STC89C52单片机为控制关键，经过MQ-4型电阻式半导体传感器采集空气中天然气浓度。气体传感器MQ-4输出是模拟量，其作用是把探测到空气中天然气浓度转换成对应电压信号，电压信号送入模数转换芯片ADC0832转换成数字信号，转换成数字信号送入STC89C52单片机，单片机对数据进行线性化处理，将数字化电压信号转化成为对应浓度值显示到数码管上，同时判定气体浓度值是否超出报警限，当检测气体浓度低于设定报警阈值时候，数码管显示器仅仅显示测得可燃气体浓度；当检测气体浓度超出设定报警阈值时给出声光报警。2.3.2天然气泄漏报警器结构 伴随信息技术发展，家用电器趋向于智能化、网络化、信息化。为了满足家庭对可燃性易爆气体安全性要求，同时为了符合时代发展时尚，在传统天然气泄漏检测报警器基础上对其硬件结构上特进行以下设计：天然气泄露检测报警系统结构框图图2.1所表示，该系统以STC89C52单片机为关键，天然气检测报警系统要完整天然气信号采集处理、显示和控制报警3大功效。可分为电源模块、天然气信号采集模块、A/D转换模块、声光报警模块、数码管显示模块和单片机控制模块。STC89C52单片机是51系列单片机一个组员，是8051单片机升级版，和51系列单片机指令和输出管脚相兼容。气体检测模块依靠MQ-4传感器和ADC0832转换芯片、显示模块依靠数码管完成显示功效。 电源MQ-4传感器 信号调试电路AD转换 52单片机声光报警 数码管显示模块按键输入 图2.1天然气泄露检测报警系统结构框图图2.3.3报警器各模块功效（1）电源模块：提供电源、保护电路、电压变换、稳压；（2）天然气信号采集模块：实时采集气体浓度；（3）A/D转换模块：把采集模拟信号转变成数字信号传送给单片机；（4）声光报警模块：当检测到气体泄漏值超出报警限时，发生报警；（5）显示模块：显示气体浓度和报警限；（6）键盘模块：经过按动上下键调整报警限；（7）语音模块：向户主提供语音提醒； 3天然气泄露报警硬件部分设计3.1主控电路设计3.1.1STC89C52单片机介绍本设计采取STC89C52单片机作为系统处理器, STC89C52是STC企业生产一个低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，含有8K在系统可编程Flash存放器。 含有以下标准功效：8k字节Flash，512字节RAM，32 位I/O 口线，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中止，一个7向量4级中止结构（兼容传统515向量2级中止结构），全双工串行口。空闲模式下，CPU停止工作，许可RAM、定时器/计数器、串口、中止继续工作。掉电保护方法下，RAM内容被保留，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中止或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。它有多个关键组成部分：中央处理器、存放器、并行I/O口、定时器/计数器。STC89C52组成单片机系统是含有简单结构、低廉价格、高效微控系统，含有较高性价比。STC89C52关键性能：首先它是8051单片机升级版，含有6时钟/机器周期和12时钟/机器周期能够任意选择特点，其指令代码完全兼容传统8051。在IO口方面，通用I/O口（32个），复位后：P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，无须加上拉电阻，看成为I/O口用时，要加上拉电阻。含有EEPROM功效和看门狗功效，3个16位定时器/计数器（即定时器T0、T1、T2），4路外部中止，下降沿中止或低电平触发电路。3.1.2 STC89C52单片机基础结构STC89C52单片机基础结构图3.1所表示。 定时计数器 RAMROM 时钟电路 CPU 中止系统 并行接口 串行接口图3.1基础结构图由图可见，STC89C52单片机关键由以下部分组成：（1）CPU系统：8位CPU和闪烁存放器；时钟电路；总线控制逻辑。（2）存放器系统：8KB程序存放器（ROM/EPROM/Flash）；512字节数据存放器（RAM）。（3）I/O口和其它动能单元：4个并行I/O口；3个16位定时/计数器；2个全双工串行通信口；中止系统（5个中止源） 3.1.3 STC89C52RC单片机引脚图3.2 STC89C52管脚示意图1.引脚分类（1）主电源立即钟引脚：VCC、GND等。（2）P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）。P0口是一个漏极开路8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，能够作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存放器时，P0口也能够提供低8位地址和8位数据复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求接10K上拉电阻。（3）P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：P1口是一个内部自带上拉8位双向I/O口。P1输出缓冲器能够直接驱动4个TTL输入。给端口写“1”时，利用内部上拉电阻能够把端口拉高。当把P1口用作输入口来使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低端口就会输出电流。 表3.1 P1.0和P1.1引脚复用功效引脚号功效特征P1.0T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器2捕捉/重装触发和方向控制）（4）P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）：P2口是一个内部带上拉8位双向I/O端口。P2输出缓冲器也能够驱动4个TTL输入。当给端口写入1时，利用内部上拉电阻能够把端口拉到高，此时P2口能够被用作输入口。P2作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，那些被外部器件拉低引脚就会输出电流。P2口也能够访问外部存放芯片，访问16位存放器时，P2送出是高8位地址。在访问8位地址外部芯片存放器时，P2口引脚上内容（就是专用寄存器SFR区中，P2口寄存器内容），在访问整个期间全部不改变。(5）P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P3是一个内部带上拉8位双向I/O端口。P3口输出缓冲器可直接驱动4个TTL输入。给端口写1时，利用内部上拉电阻把端口拉高，这时P3口就能够作为输入口。当P3用做输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部器件拉低引脚就会输入一个电流。在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收部分控制信号，P1接收低8位地址。RST（9引脚）：复位输入。当连续输入两个机器周期以上高电平时才能有效，用来完成单片机复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上DISRTO位能够取消此功效。DISRTO位默认状态是复位高电平有效。ALE（30引脚）：地址锁存控制信号作用在访问外部存放器时，锁存低8位地址脉冲。在Flash编程时，在此引脚（PROG）也用做编程输入脉冲在通常情况下，ALE会以晶振频率1/6频率出脉冲，能够用来作为外部器件定时器或时钟来使用（本设计就用到单片机ALE管脚经过四分频后为ADC0809提供时钟）。PSEN（29引脚）：外部程序存放器选通管脚。当STC89C52实施外部程序存放器程序代码时，PSEN需要在每个机器周期内需要被激活两次，而访问外部数据存放器时，PSEN就不需要被激活。EA/VPP（31引脚）：访问外部程序存放器控制管脚。为了使从外部程序存放器0000H到FFFFH读取指令，EA必需接地。注意加密方法1时，EA将内部锁定位RESET。若是实施内部程序指令，EA需要接VCC。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和时钟发生电路输入管脚。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器输出端。振荡器特征: XTAL1和XTAL2分别是反向放大器输入输出端。该反向放大器能够被配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡全部能够被采取。若采取是外部时钟源驱动器件，XTAL2则不能接。有余输入至内部时钟信号要经过一个二分频触发器，所以说对外部时钟信号脉宽没有任何要求，但必需要确保脉冲高低电平所要求宽度。P3口除作为通常I/O口外，还有其它部分复用功效，如表3.2所表示：表3.2 P3口管脚 管脚配置功效P3.0RXD（串行输入端口）P3.1TXD（串行输出端口）P3.2INT0（外部中止0端口）P3.3INT1（外部中止1端口）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6WR（外部数据存放区间写入端口）P3.7RD（外部数据存放区间读取端口）3.2电源电路设计图3.3，由USB接口提供电源，VCC接5V电压，GND接地组成电源模块。图3.3 电源模块3.3可燃气体信号采集部分图3.4，天然气信号采集部分是由气敏传感器MQ-4、AD转换器组成。图3.4 信号采集部分3.4 MQ-4气体传感器MQ-4气体传感器所使用气敏材料是在清洁空气中电导率较低二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器电导率随空气中可燃气体浓度增加而增大。使用简单电路即可将电导率改变转换为和该气体浓度相对应输出信号。MQ-4气体传感器对液化气、甲烷、丙烷、氢气灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽检测也很理想。这种传感器可检测多个可燃性气体，是一款适合多个应用低成本传感器。 表3.3 MQ-4材料组成部件材料 1 气体敏感层二氧化锡 2电极金（Au） 3测量电极引线铂（Pt） 4加热器镍铬合金（Ni-Cr） 5陶瓷管三氧化二铝 6防爆网100目双层不锈钢（SUB316） 7卡环镀镍铜材（Ni-Cu） 8基座胶木或尼龙图3.5 MQ-4基础电路MQ-4基础电路中有如公式3.5： （3.1）浓度和电压关系函数如公式3.2：浓度=(0.7-(10-10*ADdata)/1.4*14.43*ADdata)104 （ppm） （3.2）3.5 A/D转换部分3.5.1 A/D转换电路MQ-4传感器采集到电压信号接单片机P1.1。图3.6 A/D转换部分3.5.2 A/D 转换芯片 ADC0832 ADC0832 是美国国家半导体企业生产一个8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。因为它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其现在已经有很高普及率。学习并使用ADC0832 可是使我们了解A/D转换器原理，有利于我们单片机技术水平提升。ADC0832 含有以下特点：8位分辨率；逐次迫近式A/D转换器；双通道A/D转换；输入输出电平和TTL/CMOS相兼容；5V电源供电时输入电压在05V之间；工作频率为250KHZ，转换时间为32S；通常功耗仅为15mW；8P、14PDIP（双列直插）、PICC 多个封装；商用级芯片温宽为0C to +70C，工业级芯片温宽为40C to +85C。图 3.7，ADC0832 芯片顶视图：图3.7 ADC0832顶视图芯片接口说明：CS_片选使能，低电平芯片使能。CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。GND 芯片参考0 电位（地）。DI 数据信号输入，选择通道控制。DO 数据信号输出，转换数据输出。CLK 芯片时钟输入。Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。3.6 气体结果测量计算图3.8 MQ-4气敏灵敏度特征其中X轴表示外界可燃气体浓度，Y轴表示改变内阻和固定电阻值（Rs/Ro）。Rs：元件在不一样气体，不一样浓度下电阻值。Ro:元件在洁净空气中电阻值。(Ro=14.43 K)3.7 声光报警部分采集到数字信号经过单片机计算后，假如天然气浓度达成报警器设置临界点时，单片机将控制蜂鸣器报警，同时LED亮。LED正极和PNP三极管集电极c相连，负极接2K电阻后接地。蜂鸣器采取PNP三极管来驱动，三极管发射极e接电源正极（+5V），基极接1K电阻后接单片机P3.4端，集电极接蜂鸣器，经过蜂鸣器后接地。图3.9 声光报警电路3.8 计数器译码显示电路3.8.1 LED 综述在单片机应用系统中，为了便于大家观察和监视单片机运行情况，常常需要用显示器显示运行中间结果、状态等信息，所以显示器也是不可缺乏外部设备之一。LED显示器是八十年代后期在全球快速发展起来新型信息显示媒体，显示器由几万到几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不一样材料能够制造不一样色彩LED像素点。现在应用最广是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED开发已经达成了实用阶段。LED显示器能够显示改变数字、文字、图形图像；不仅能够用于室内环境还能够用于室外环境，含有投影仪、电视墙、液晶显示器无法比拟优点。在短短十明年中，LED点阵显示器就以亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定优点快速成长为平板显示主流产品，在信息显示领域得到了广泛应用。LED发展前景极为宽广，现在正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高发光密度、更高发光均匀性、可靠性、全色化方向发展。LED显示器应用包含社会经济很多领域，关键包含：证券交易、金融信息显示。（2）机场航班动态信息显示。（3）港口、车站旅客引导信息显示。（4）体育场馆信息显示。（5）道路交通信息显示。（6）调度指挥中心信息显示。（7）邮政、电信、商场购物中心等服务领域业务宣传及信息显示。（8）广告媒体新产品等。3.8.2 LED 结构LED数码管显示器是由发光二极管显示字段组成。在单片机应用系统中使用最多就是七段LED数码管，有共阴极和共阳极两种。七段LED数码管显示器有8个发光二极管，其中从ag管脚输入显示代码，可显示不一样数字或字符，Dp显示小数点。共阴极LED数码管显示器公共端为发光二极管阴极，通常接地，当发光二极管阳极为高电平时，发光二极管点亮。共阳极LED数码管显示器公共端为发光二极管阳极，通常接+5V电源，当发光二极管阴极为低电平时，发光二极管点亮。本设计显示采取LED数码管动态扫描来显示。1个3位共阳极LED数码管组成3位显示上次测量数据。单片机P0口控制显示字型，P2口控制显示字位。显示电路图3.10。 图3.10 显示电路3.8.3 LED数码管显示方法静态显示方法是指当显示器显示某一字符时，发光二极管位选一直被选中。在这种显示方法下，每一个LED数码管显示器全部需要一个8位输出口进行控制。因为单片机本身提供I/O口有限，实际使用中，通常经过扩展I/O口形式处理输出口数量不足问题。静态显示关键优点是显示稳定，在发光二极管导通电流一定情况下显示器亮度大，系统运行过程中，在需要更新显示内容时，CPU才去实施显示更新子程序，这么既节省了CPU时间，又提升了CPU工作效率。其不足之处是占用硬件资源较多，每个LED数码管需要独占8条输出线。伴随显示器位数增加，需要I/O口线也将增加。动态显示方法是指一位一位地轮番点亮每位显示器（称为扫描），即每个数码管位选被轮番选中，多个数码管公用一组段选，段选数据仅对位选选中数码管有效。对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。显示器亮度既和导通电流相关，也和点亮时间和间隔时间百分比相关。经过调整电流和时间参数，能够既确保亮度，又确保显示。若显示器位数小于8位，则显示器公共端只需一个8位I/O口进行动态扫描（称为扫描口），控制每位显示器所显示字形也需一个8位口（称为段码输出）。经过比较，我们能够发觉LED静态显示愈加适合本设计，所以采取此方法。3.9 复位电路单片机在开启时全部需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定初始状态，并从初态开始工作。52系列单片机复位信号是从RST引脚输入到芯片内施密特触发器中。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，假如RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期）以上，则CPU就能够响应并将系统复位。 图3.11 复位电路3.10 最小系统及按键STC89C52单片机最小系统由起振电路、复位电路、STC89C52芯片组成。单片机接+5V电源；晶体振荡器频率为12MHz（11.0592MHz），晶振两个引脚分别连接在单片机XTAL1和XTAL2端，晶振两端再分别连接一个30pF电容后接地；复位电路经电源正极（+5V）接10uF电容后接10k欧姆电阻接地，单片机复位端RST接在电容和电阻之间。此次设计电路中加入4个按键，用于人为报警和设置报警上限值。按键分别接单片机P1.4、P1.5、P1.6、P1.7端。S1是数字键加，S2是数字键减，S3是确定键，S4是模拟报警键，当按下S4时蜂鸣器报警，LED亮；再次按下S4用来取消报警。 图3.12 最小系统及按键电路4燃气泄漏检测报警系统软件部分4.1程序设计步骤和编程程序步骤图图4.1所表示，软件设计包含AD采样程序、数据处理程序、数码管显示程序、按键扫描程序、系统报警程序。 开始初始化 天然气浓度采集 AD转换采集数据 设定值 声光报警 报警子程序 结束数码管显示 N Y 图4.1 程序设计步骤图STC89C52单片机对ADC0832传送气体浓度信号进行处理，将浓度值和报警限设定值相比较，判定是否报警。对采集数字信号进行处理和判定，利用一定算法计算出待检测气体成份及浓度