家用燃气泄漏报警器的设计.doc

南京邮电大学高等教育自学考试南京邮电大学高等教育自学考试 专接本专业专接本专业 毕毕 业业 设设 计计 (论文论文)设计题目：家用燃气泄漏报警器的设计 专科学校 南京信息职业技术学院 姓 名 卢艳 准考证号 本科专业 计算机通信工程 指导教师 袁迎春 完毕日期 2023 年 5 月 4 日 附表一 南京邮电学院高等教育自学考试 专接本专业 毕业设计任务书（本科）姓名 卢艳 准考证号 专业 计算机通信工程 题目 家用燃气泄漏报警器的设计 指导教师 袁迎春 职称 讲师 工作 单位 南京信息职业技术学院 通信 地址 南京信息职业技术学院 邮政 编码 210046 联系 电话 设计内容（规定具体到节，有学生独立完毕的内容）：燃气报警器重要是由传感器感知模块，报警模块，LCD 显示模块，传感模块组成，其中室内燃气浓度的变化通过一氧化碳传感器来感知并将其转化为电信号传输到测控电路中的。在具有了硬件条件后，编写程序来完毕本课题所需达成的功能；对于报警模块，可由蜂鸣器和 LED 实现报警功能。结合上述提到的所要完毕的重要功能，我认为完毕这一设计可以分为下面这几步走：（1）结合本设计课题所要完毕的重要功能，完毕原理分析及电路初步设计。（2）拟定电路所需的元器件并熟悉其各自在电路中的作用以及工作原理。（3）运用 prtel 99se 和 keil 软件完毕相应的电路图制作与程序的编写，对燃气报警器的电路进行调试，验证方案的可行性。（4）调试顺利完毕后，搜集所需元器件，开始线路布局，进行手动焊接。（5）在焊接成功后，对燃气报警系统的电路再进行测试。（6）燃气报警实验顺利完毕后，撰写毕业设计论文。重要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)1 周润景 徐宏伟 丁莉.单片机电路设计、分析与制作J.北京：机械工业出版社.2023 2 彭为 黄科 雷道仲.单片机典型系统设计实例精讲J.北京：电子工业出版社.2023 3 张志良 主编 邵青 张慧莉.模拟电子技术基础J.北京：机械工业出版社.2023 4 朱明程等.一氧化碳传感 MGS1100 原理及应用J.电子技术,1998,1:39-40 5 戴 永 黄辉先 胡俊达等.微型计算机技术J.湘潭：湘潭大学出版社.2023 6 艾礼貌.浅谈热释电红外传感器报警系统J.中国科技财富，2023,23（7）：10-12 7 周世龙，单电源供电运算放大器设计方法J，电子工程师，2023，31 8 丁国骏，陈敏，图解电子电路，科学出版社M，2023 9 王猛，姜旭，可燃气体报警器计量检定现状与发展，沈阳市能源标准计量所J，2023 10 高吉祥，数字系统与自动控制系统设计M，电子工业版社，2023 11 谢自美，电子线路综合设计，华中科技大学出版社M，2023 规定完毕报告书的时间：2023/4/27 单位（盖章）南邮继续教育学院（盖 章）下达任务书：年 月 日附表二 开 题 报 告 班级：2023 级南邮接本班 姓名：卢艳 准考证号：提 纲：家用燃气报警系统的实现，系统各硬件模块的设计与调试，系统软件程序的设计与调试 1.对教师下达的课题任务的学习与理解 燃气是我们生活中不可缺少的部分，由于燃气泄漏导致的一氧化碳中毒或爆炸的事故屡屡发生。本课题通过设计燃气报警器可以大大减少使因燃气泄漏导致的事故。燃气报警的燃气探测器时刻监测室内的燃气浓度，当我们使用完燃气后忘关了阀门之后，就会泄露大量燃气，若燃气探测器检测到燃气溶度超过报警器设定的安全浓度值时，就会进行声光报警，以提醒人们及时关闭燃气阀门，注意安全问题。由此可以大大减少劫难性事故发生的概率。2.阅读文献资料进行调研的综述 通过图书馆查阅以及网上查询等方式，结合本设计所要完毕的重要功能，了解到燃气报警器为居民家用的燃气报警器，一般安装在厨房，遇燃气泄漏时，报警器可发出警报声。在应用方面，目前最广泛的是可燃性气体气敏元件传感器，已普及应用于气体泄漏检测和监控，从工厂公司到居民家庭应用十分广泛。国外燃气报警器发展不久，一方面是由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性规定提高；另一方面是由于燃气报警器市场增长受到政府安全法规的推动。因此，国外燃气报警器技术得到了较快发展，目前，燃气报警器的发展趋势集中表现为：一是提高灵敏度和工作性能，减少功耗和成本，缩小尺寸，简化电路，与应用整机相结合，这也是燃气报警器一直追求的目的。二是增强可靠性，实现元件和应用电路集成化，多功能化，发展 MEMS 技术，发展现场合用的变送器和智能型燃气报警器。3.根据任务书的任务及文献调研结果，初步拟定的执行（实行）方案（含具体进度计划）2.01-2.05 查找资料，拟定课题 2.08-2.16 收集资料，总体方案设计，开题报告 2.17-3.05 调试程序，修改论文，完善实物 3.05-3.25 撰写毕业设计论文 3.25-3.30 整实物体，论文定初稿 4.11-4.20 整实物体，论文定稿 4.21-5.06 准备答辩 5.07 毕业答辩 指导教师批阅意见 指导教师署名 _ 日期：注：不够可另加附页。附表三 毕业设计(论文)工作中期检查表 类 别 指 导 教 师 检 查 意 见 备 注（涉及工作摘记）计 划 执 行 情 况 毕 业 设 计 工 作 该毕业设计基本能按照计划进行，现处在家用燃气报警硬件结构以及气体传感模块的设计阶段，学生感觉该课题具有一定的深度，需要查阅大量的资料。动 纪 律 思 想 品 德 期 间 工 作 态 度 劳 学 生 在 毕 业 设 计 该生可以及时和老师进行沟通和交流，积极查阅资料，认真分析研究。按照老师规定进行论文的研究和写作，态度积极。有协作精神。毕 业 设 计 调 整 意 见 注重燃气报警系统对自动排气方面功能的设计和开发。学号 学生姓名 11019P05 指导教师 签 名 卢艳 年 月 日 附表四 毕业设计（论文）评语表（本科）姓名 卢艳 准考证号 专业 计算机通信工程 题目 家用燃气泄露报警器的设计 毕业设计（论文）评语：指导教师（署名）年 月 日 备注 摘 要 随着经济和科学技术的快速发展,人们对生活质量的提高和生活环境的改善越来越重视,液化气、煤气进入家庭的使用为人们带来了方便,也改善了城市的环境,但同时也给人们带来了潜在的危险,其中一氧化碳是最重要的危险源。一氧化碳是一种无色无味的气体，同时燃气燃料在使用中，若管道和阀门密封不好，它们泄露出去，轻者引起中毒，重者导致火灾，危及人们的生命财产。由于这些因素，对于气体的检测与控制就变得很重要了，使用燃气报警器是对付燃气泄漏的重要手段之一。基于此现实，现提出运用单片机系统进行有效的防止措施。本论文针对家庭燃气重要类型与成分而设计的燃气泄露报警系统，以气敏传感器和单片机为核心器件。该燃气报警器是一种结构简朴、性能稳定、使用方便、价格便宜的报警器，它具有很强的实用性。当这些气体在室内达成一定规定浓度（安全值）时，该装置可以进行声光报警，提醒人们注意有家里有燃气泄漏，及时采用措施。关键词：气敏传感器；单片机；模数转换；报警器系统；ABSTRACT With the rapid development of economy,science and technology,people to improve the quality of life and improving the living environment more and more attention,liquefied gas into the home s convenient for people to use,but also to improve the urban environment,but at the same time also gave rise to a potential risk,which is the most dangerous source of carbon monoxide.Carbon monoxide is a colorless,odorless gas fuel in use at the same time,if the piping and valve seal is not good,they leaked out,the light can cause poisoning,caused severe fire,endangering peoples lives and property.For these reasons,the detection and control of gas becomes very important,the use of combustible gas is one of the important means to deal with a gas leak.Based on this reality,the use of single-chip systems are proposed for effective preventive measures.In this thesis,the main types of home and composition of gas and gas leak alarm system designed to gas sensors and microprocessor as the core device.The combustible gas is a simple structure,stable performance,easy to use,inexpensive price alarm,it has a strong practicality.When these gas concentrations in the indoor meet certain requirements(safety value),the device can be audible and visual alarm,a reminder of the family has had a gas leak,take timely measures.KeywordsKeywords：Gas sensors;SCM;analog-digital converter;alarm system;目 录 第一章 概述.0 1.1 课题的背景、目的和意义.0 1.1.1 课题的背景.0 1.1.2 课题的目的和意义.0 1.2 题目可燃性气体报警器的国内外现状.1 1.3 报警系统实现的基本内容和功能.2 1.3.1 报警系统实现的基本内容.2 1.3.2 报警系统实现的基本功能.3 第二章 系统总体方案设计.3 2.1 燃气泄漏报警系统的设计思绪.3 2.2 系统原理及基本框图.4 2.3 燃气报警系统总电路设计.5 第三章 燃气泄漏报警系统的硬件设计.7 3.1 控制模块.7 3.1.1 单片机的简介.7 3.1.2 引脚介绍.7 3.1.3 最小系统.8 3.2 模数转换模块.12 3.2.1 ADC0809 的简介.12 3.2.1 引脚介绍.13 3.3 气体检测模块.15 3.3.1 传感器 MQ-2 简介.15 3.3.2 MQ-2 参数.17 3.3.3 传感模块最小系统.18 3.4 显示模块.19 3.4.1 LCD 简介.19 3.4.2 LCD 工作原理.20 3.4.3 显示器最小系统.21 3.5 报警模块.22 3.5.1 LED 和蜂鸣器.22 3.5.2 报警工作原理.22 3.6 硬件电路的调试.24 第四章 软件部分的设计及测试.25 4.1 主程序设计流程与编程.25 4.2 主程序设计流程图.25 4.3 程序测试.27 4.4 软件程序的调试.28 结束语.29 致谢.30 参考文献.31 附录一 家用燃气报警系统的程序设计.32 附录二 系统和大图.39 附录三 系统实物图.40 第一章第一章 概述概述 1.1 1.1 课题的背景、目的和意义课题的背景、目的和意义 1.1.1 1.1.1 课题课题的背景的背景 随着科技的发展，我国燃气的变革及西气东输工程的进行，煤气或天然气已成为多数家庭的燃料。但是可燃性气体在给我们带来极大便利的同时，也存在巨大隐患。每年因煤气泄漏导致的煤气中毒事故中，因使用热水器不妥或产品自身的质量问题导致的一氧化碳中毒事故全国均有不少事例。更有甚者，因室内煤气浓度过高引起煤气爆炸的事故也不少见。由于燃气使用导致严重经济损失，甚至会危及生命安全。为了减少这类事故的发生，就必须对这些可燃性气体进行现场实时检测，采用可靠的燃气报警装置，严密监测室内环境中可燃性气体的浓度，及早发现事故隐患，采用有效措施，避免事故发生，才干保证家庭生活安全。因此，研究可燃性气体的检测方法与研制可燃性气体报警器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题。1.1.2 1.1.2 课题的目的和意义课题的目的和意义 人们面对燃气泄漏而导致的种种事故威胁，就真的没有一个彻底的解决办法吗？据有关专家介绍，使用燃气报警器是对付燃气无形杀手的重要手段之一。燃气专家指出，燃气泄漏或废气排放而大量产生的一氧化碳是燃气中毒事件响应的根源，假如采用燃气泄漏报警器就能得到及时的警示。有关部门经长期测试同样得出结论，燃气报警器防止一氧化碳中毒事故发生的有效率达 95%以上。随着科学技术的迅猛发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，燃气泄漏则是人们平常生活中经常需要测量和控制的一个问题。人们己不满足于传统的居住环境，对家庭及住宅社区安全提出了更高的规定，报警系统被引入家庭，并迅速在世界各地发展起来。人们对居住环境规定的日见增高，体现在希望住宅不仅更便利、舒适并且更安全。1.2 1.2 题目可燃性气体报警器的国内外现状题目可燃性气体报警器的国内外现状 国外从 20 世纪 30 年代开始研究及开发气体传感器，且发展迅速，一方面是由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性规定提高；另一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动。据有关记录，美国1996年2023年气体传感器年均增长率为27%30%。随着传感器生产工艺水平逐步提高，传感器日益小型化、集成度不断增大，使得气体检测仪器的体积也逐渐变小，提高了气体检测仪器的便携性，更加利于生产、运送及市场推广。1963 年 5 月，日本开发完毕第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，次年 12 月其改良产品问世，改良的报警器可以检测燃气、一氧化碳等气体，可以安装在浴室或者采用集中监视。我国在 70 年代初期开始研制可燃性气体报警器，生产型号多样、品种较齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增长。但重要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，进行研究与开发形成自己的特色。近年来，在气体选择性和产品稳定性上也有很大进步。燃气报警器可分为民用可燃气体报警器、工业用可燃性气体报警器、有毒有害气体报警器三大系列产品。(1)民用可燃气体报警器民用可燃气体报警器为居民家庭用的燃气报警器,一般安装在厨房，遇燃气泄漏时，报警器可发出声光报警，或同时伴有数字显示，同时联动外部设备。有的报警器可自动启动排风扇，把燃气排出室外；有的报警器在报警时可自动关闭燃气阀门，以防燃气继续泄漏。(2)工业用可燃性气体报警器及有毒有害气体报警器工业用可燃性气体报警器及有毒有害气体报警器只是检测探头有差异，而在原理和应用中都很相近。工业用燃气报警器及有毒气体报警器根据检测环境的不同，也可分为检漏仪、控制器和探测器。检漏仪的体积较小，可随身携带或手持，重要应用于燃气管理的查漏与巡检。若有燃气泄漏，检漏仪便会发出声光报警，同时数字显示气体浓度，以便及时采用安全措施，防止爆炸等恶性事故的发生。控制器与探测器结合使用，可在防爆现场长期监测气体的浓度。探测器安装在防爆现场，控器壁挂在值班室等有人值守的地方，两者采用屏蔽电缆线连接。当在现场的探测器探测到燃气泄漏之后，通过屏蔽电缆线将信号传到控制器，控制器发出声光报警，同时启动排风装置或关闭电磁阀切断气源，以保证安全。此种仪器广泛应用于液化气站、汽车加气站、锅炉房等工业场合。1.3 1.3 报警系统实现的基本内容和功能报警系统实现的基本内容和功能 1.3.1 1.3.1 报警系统实现的基本内容报警系统实现的基本内容 针对经常发生的燃气泄漏中毒事件，采用煤气、甲烷、乙烷及一氧化碳等气体传感器、单片机、LCD 显示器、LED 发光二极管和蜂鸣器，设计一套基于单片机的燃气报警系统，控制系统重要是由 STC89C52 单片机、电源电路、AD 数据采集电路、传感器电路、看门狗电路、复位电路、实时时钟电路、LCD 显示，声光报警电路1等部分组成。单片机通过 AD 转换 8 路传感器来所得到的信号，进行比较解决，并且可以存储各个通道的报警上限和报警时的数据储存，并且在安全值内，轮回显示当前通道的测量值和设定值，在安全值外，产生声光报警，并且轮回显示报警通道的当前值、设定值。报警系统由硬件和软件两大部分组成。其中硬件部分由蜂鸣器、LED 发光二极管、LCD显示器、气敏传感器制器、AD 转换器，单片机主控器等设备组成。软件部分重要是报警系统控制程序。气敏传感器用来检测空气中燃气的浓度，当空气中燃气含量超过允许标准浓度后，传感器所获得的感应模拟信号通过 AD 转换器后传到单片机控制系统中，再由单片机控制系统对各感应信号进行相应辨认和解决，并将解决后的感应信号送至各个硬件，对各个硬件采用相应的警报动作。报警信号加至报警声响电路的控制端后，报警声响电路被触发，发出报警声，同时发光二极管发光报警。1.3.2 1.3.2 报警系统实现报警系统实现的基本功能的基本功能 本文所设计的数字气体报警器采用单片机 STC89C52，其价格便宜，易于产品化。本设计能将置于测试环境中的气体传感器输出的模拟电压通过 A/D 转换器送入单片机 STC89C52中进行解决并通过液晶屏显示，通过设立报警值，当检测到的浓度达成或者超过设定值时，用单片机控制发光二极管发光报警，同时打开喇叭发出声音报警，来达成报警的目的。系统以 MQ-2 气体传感器和 STC89C52 单片机为核心2,设计气体泄漏报警器。实现：1准确测量周边环境中的可燃性气体、有毒有害气体的泄漏；2实现系统各个模块的功能控制；3实现单片机编程语言系统的控制及传感器电路的控制。4研究单片机各接口的作用及功能；5了解 MQ-2 气体传感器的具体功能；6实现对基本报警电路的控制。第二章第二章 系统总体方案设计系统总体方案设计 2.1 2.1 燃气泄漏报警系统的设计思绪燃气泄漏报警系统的设计思绪 根据在家庭室内使用易燃易爆的气体的安全性规定，设计的燃气泄漏报警器应不仅能在较宽的温度范围工作，并且应具有实时监测室内煤气浓度，发出声光报警。尽量减少成本，提高可靠性和稳定性。总得来说，燃气泄漏报警系统是通过气体传感器检测室内的可燃气体的浓度，再由单片机进行控制报警解决的。重要由三部分组成，一是传感器，可以采集环境中的气体浓度，安装在气体源附近；二是控制器，可以对煤气信号进行解决和控制报警；三是报警装置，根据控制器发出的信号采用相应的报警措施。2.2 2.2 系统原理及基本框图系统原理及基本框图 根据毕业设计的规定本次设计采用 STC89C52 单片机机芯片配合 ADC0809 模/数转换芯片构成一个简易的可燃气体检测报警系统3，显示部分由 LCD 液晶显示屏显示可燃气体的浓度。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 ADC0809 芯片采样模拟量电压，通过模/数转换后，产生相应的数字量通过其输出通道 DB0DB7 传送给 STC89C52 单片机的 P2 口。STC89C52 单片机负责把接受到的数字量通过数据解决，产生对的的 LCD 的数据的实时显示。本系统有单片机最小系统及电源、LCD 液晶显示、可燃气体检测、报警电路组成。基本原理如图 2-1 所示：上电复位 电源电路 RST P2 STC89C52 P0 P3 VCC P1 ADC0809 LCD 显示器 报警电路 图 2-1 系统基本方框图 信号解决 气敏传感器 系统工作流程为:由装在室内的 CO 传感器获得被测量对象(室内 CO 浓度)原始信号,通过温度补偿和取样放大得到矫正后的可匹配信号，进入 A/D 转换,得到被测对象的数字量信号,再由单片机进行数据解决,得到最终的室内环境 CO 浓度值,将此数据通过 LCD 液晶显示并保存,同时根据系统设定的限值参数判断环境浓度是否超标,假如超过安全最低限度立即向报警电路输出控制信号,此时启动预警信号进行声光报警提醒,提醒室内人员打开门窗、关闭气源。具体技术指标如下：应用范围：家庭生活中的可燃性气体检测；检测对象：CO 及他们的混合气体；检测范围：CO:01000ppm；检测精度：CO 优于 20ppm；报警浓度：100ppm300ppm；响应时间：30ms；电池电压：+5V；工作温度范围：-20+70；工作湿度范围：1095%RH。2.3 2.3 燃气报警系统总电路设计燃气报警系统总电路设计 根据各模块的选择的方案、元器件，拟定了各个模块的设计方案。控制模块：采用 STC89C52 增强型单片机；模数转换模块：采用 ADC0809 模数转换器；气体检测模块：采用 MQ-2 型气体传感器；显示模块：采用 LCD1602 液晶显示；声光报警电路：采用蜂鸣器和发光二级管报警；根据各个模块设计的电路，通过整合，由此得到了系统总体的电路设计，如图 2-2 所示。图 2-2 系统总体设计框图 图 2-2 系统总体设计框图 第三章第三章 燃气泄漏报警系统的硬件设计燃气泄漏报警系统的硬件设计 3.1 3.1 控制模块控制模块 3.1.1 3.1.1 单片机的简介单片机的简介 STC89C52 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重要部分。其中重要有 CPU，存储器，可编程 I/O 口，定期/计数器，串行口4等，各部分通过内部总线连接。STC89C52 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 的微解决器。该器件采用ATMEL 高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。3.1.2 3.1.2 引脚介绍引脚介绍 STC89C52 的引脚图如图 3-1 所示。主电源引脚（2 根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V 电源 GND(Pin20)：接地线 外接晶振引脚（2 根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端 控制引脚（4 根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号 EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，假如接图 3-1 STC89C52 引脚图 高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32 根）STC89C52 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、P1、P2、P3 口，每个口有 8位（8 根引脚），共 32 根。PO 口（Pin39Pin32）：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0P0.7 P1 口（Pin1Pin8）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P1.0P1.7 P2 口（Pin21Pin28）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0P2.7 P3 口（Pin10Pin17）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0P3.7 3.1.3 3.1.3 最小系统最小系统 单片机最小系统涉及时钟电路和复位电路如图 3-2 所示：1.时钟电路 STC89C52 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器6，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图 33(a)所示，在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上外接定期元件，内部振荡器就产生自激振荡。定期元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz 之间选择，电容值在 530pF 之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图 33（b）所示，XTAL1 接地，XTAL2 接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊规定，只规定保证脉冲宽度，一般采用频率低于 12MHz 的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟 P1 和 P2，供单片机使用。XTAL1 接地，XTAL2 接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊规定，只规定保证脉冲宽度，一般采用频率低于 12MHz 的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频7，产生一个两相时钟 P1 和 P2，供单片机使用。XTAL1 XTAL2(a)内部时钟电路 外部振荡XTAL2 XTAL1+5OCT(b)外部部时钟电路 图 3-3 时钟电路 图 3-2 单片机最小系统图 2.复位及复位电路 （1）复位操作 复位是单片机的初始化操作。其重要功能是把 PC 初始化为 0000H，使单片机从 0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运营犯错或操作错误使系统处在死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除 PC 之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表 3-1 所示。（2）复位信号及其产生 RST 引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应连续 24 个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为 12MHz 的晶振，则复位信号连续时间应超过 4us才干完毕复位操作。复位信号如图 3-4 所示。寄存器 复位状态 寄存器 复位状态 PC 0000H TCON 00H ACC 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0-P3 FFH SCON 00H IP XX000000B SBUF 不定 IE 0X000000B PCON 0XXX0000B TMOD 00H 表 3-1 一些寄存器的复位状态 整个复位电路涉及芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器8，再由片内复位电路在每个机器周期的 S5P2 时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图 35（a）所示。这佯，只要电源 Vcc 的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与 Vcc 电源接通而实现的，其电路如图 35（b）所示：而按键脉冲复位则是运用 RC 微分电路产生的正脉冲来实现的。其电路如图 35（c）所示：片内 RAM VCC VSS 施 密 特 触 发复位电路 RST/VPD 图 3-4 复位信号的电路逻辑图 上述电路图中的电阻、电容参数合用于 12MHz 晶振，能保证复位信号高电平连续时间大于 2 个机器周期。本系统的复位电路采用图 35（b）上电复位方式。3.2 3.2 模数转换模块模数转换模块 3.2.1 ADC08093.2.1 ADC0809 的简介的简介 ADC0809 具有 8 个通道的模拟输入线(IN0IN7)，可在程序控制下对任意通道进行 A/D转换，获得 8 位二进制数字量(D7D0)。模拟输入部分有 8 路多路开关，可由 3 位地址输入 ADDA、ADDB、ADDC 的不同组合来选择，ALE 为地址锁存信号，高电平有效，锁存这三条地址输入信号。主体部分是采用逐次逼近式的 A/D 转换电路9，由 CLK 控制的内部电路的工作,START 为启动命令，高电平有效，启动 ADC0809 内部的 A/D 转换，当转换完毕，输出信号 EOC 有效，OE 为输出允许信号，高电平有效，打开输出三态缓冲器,把转换后的结果送 DB。ADC0809 是 CMOS 单片型逐次逼近式 AD 转换器，它由 8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8 位开关树型 DA 转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其它一些RST/VPO RST 8051 VCC VSS VCC+C 22uF R1 RESET R2 1K(a)上电复位(b)按键电平复位(c)按键脉冲复位 图 3-5 复位电路图 8051 VCC VSS RST/VPO VCC+C 22uF R 8051 VCC VSS RST/VPO VCC C 22uF R2 RESET+R1 200 电路组成。因此，ADC0809 可解决 8 路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微解决器相连，也可单独工作。输入输出与 TTL 兼容。重要技术指标和特性（1）分辨率：8 位。（2）总的不可调误差：ADC0809 为1LSB。（3）转换时间：取决于芯片时钟频率，如 CLK=500kHz 时，TCONV=128s。（4）单一电源：+5V。（5）模拟输入电压范围：单极性 05V；双极性5V,10V（6）具有可控三态输出缓存器。（7）启动转换控制为脉冲式(正脉冲)，上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使 A/D转换开始。（8）使用时不需进行零点和满刻度调节。3.2.1 3.2.1 引脚介绍引脚介绍 ADC0809 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装10，下面说明各引脚功能。IN0IN7：8 路模拟量输入端。D0D7：8 位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一路。ALE：地址锁存选通信号，输入高电平有效。START：AD 转换启动信号，输入高电平有效。EOC：AD 转换结束信号，当 AD 转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。OE：数据输出允许信号，输入高电平有效。当 AD 转换结束时，此端输入一个高电平，才干打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。规定期钟频率不高于 640KHZ。REF（+）、REF（-）：基准电压输入端,它们决定了输入模拟电压的最大值和最小值.VCC：电源，接5V。GND：接地。（1）IN0IN78 路模拟输入，通过 3 根地址译码线 ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。（2）D7D0A/D 转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微解决器数据线连接。8 位排列顺序是 D7为最高位，D0为最低位。（3）ADDA、ADDB、ADDC模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。（4）VR(+)、VR(-)正、负参考电压输入端，用于提供片内 DAC 电阻网络的基准电压。在单极性输入时，VR(+)=5V，VR(-)=0V；双极性输入时，VR(+)、VR(-)分别接正、负极性的参考电压。（5）ALE地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，A、B、C 三位地址信号被锁存，译码选通相应模拟通道。在使用时，该信号常和 START 信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动 A/D 转换。（6）STARTA/D 转换启动信号，正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始 A/D 转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，则本来的转换进程被中止，重新从头开始转换。（7）EOC转换结束信号，高电平有效。该信号在 A/D 转换过程中为低电平，其余时间为高电平。该信号可作为被 CPU 查询的状态信号，也可作为对 CPU 的中断请求信号。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC 也可作为启动信号反馈接到 START 端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。（8）OE输出允许信号，高电平有效。当微解决器送出该信号时，ADC0809 的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。在中断工作方式下，该信号往往是 CPU发出的中断请求响应信号。ADC0809 的外部引脚图和外部引脚分别如图 3-6 和 3-7 所示：ADC0809 的工作过程是：当模拟量送至某一输入通道 IN0 后，CPU 将标记该通道编码的三位地址信号经数据线或地址线输入到 ADDC、ADDB、ADDA 引脚上。然后输入 3 位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存器中。START 上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD 转换，之后 EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。直到 AD 转换完毕，转换开始,EOC变为高电平，指示 AD 转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。转换结束,OE 输入高电平，EOC 可作为中断请求信号,转换结束后，可通过执行 IN 指令，设法在输出允许 OE 脚上形成一个正脉冲，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。3.3 3.3 气体检测模块气体检测模块 3.3.1 3.3.1 传感器传感器 MQMQ-2 2 简介简介 要进行个具体的测量工作，使用何种原理的传感器，需要分析多方面的因素。由于，图3-6 ADC0809外部引脚图 图 3-7 ADC0809 内部结构图 即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的规定；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量。考虑上述问题之后我们选用 MQ-2 气敏传感器，该传感器在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度，对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高，长寿命、低成本简朴的驱动电路即可，该传感器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长而增大。使用简朴的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相相应的输出信号。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。MQ-2 气敏元件的结构和外形如图 3-8 所示(结构 A 或 B),由微型 Al2O3 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只针状管脚，其中个用于信号取出，个用于提供加热电流。MQ-2 气敏元件的各部件的材料组成如表 3-2 所示：结构 外形 图3-8 MQ-2的结构和外形 表 3-2 MQ-2 的部件材料组成 3.3.2 MQ3.3.2 MQ-2 2 参数参数 A.标准工作条件 符号 参数名称 技术条件 备注 Vc 回路电压 15V AC or DC VH 加热电压 5.0V0.2 V AC or DC RL 负载电阻 可调 RH 加热电阻 313 室温 PH 加热功耗 900mW B.环境条件 符号 参数名称 技术条件 备注 Tao 使用温度 -10-50 Tas 储存温度 -20-70 RH 相对湿度 小于 95%RH O2 氧气浓度 21%(标准条件)氧气浓度会影响灵敏度特性 最小值大于 C.灵敏度特性 符号 参数名称 技术参数 备注 Rs 敏感体表面电阻 3K-30K (1000ppm 异丁烷)探测浓度范围 100ppm-10000ppm 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 9 针状管脚 镀镍铜材（Ni-Cu）(3000/1000