西安文理学院物理与机械电子工程学院课程设计报告专业班级2011级自动化1班课程自动化专业课程设计题目可燃气体报警器设计学号0803110104学生姓名孙辉指导教师谢常健2014年12月西安文理学院物理与机械电子工程学院课程设计任务书学生姓名孙辉专业班级2011级自动化1班学号0803110104指导教师谢常健职称讲师教研室自动化教研室课程自动化专业课程设计题目可燃气体报警器设计任务与要求设计一个由单片机控制的可燃气体报警器。
1.学习单片机的硬件及软件知识。
2.掌握传感器的基本知识、工作原理及使用方法。
3.报警器能够设定可燃气体的报警浓度。
4.报警器正常工作时绿灯闪烁，报警器不报警。
报警时能实现声、光电报警。
5.可实现故障报警，但与可燃气体超标报警有区别。
6.可燃气体超标报警时应能启动断气驱动接口。
7.设计、安装、调试所设计的电路，要求画出完整的电路图，详细说明电路工作原理，完成设计总结报告。
开始日期 2014.11.23 完成日期 2014.12.202014年12 月20 日目录一．设计目的 (1)二．设计任务和要求 (1)三．总体设计方案 (1)四．功能模块设计与分析 (3)五．电路的安装与调试 (9)六．实验仪器及元器件清单 (11)七．心得体会 (11)附录系统电路图 (12)一、设计目的本设计是用单片机控制的浓度报警器，掌握由80c52芯片及半导体陶瓷式气体传感器MQ-2。
设计出一个由80c52为主控芯片，传感器MQ-2为检测模块的烟雾报警系统。
传感器来检测外部气体的浓度，结合外部硬件电路实现对可燃气体进行报警控制装置，从而浓度超标达到报警效果。
二、设计要求和任务1.设计任务：（1）学习单片机的硬件及软件知识。
（2）掌握传感器的基本知识、工作原理及使用方法。
（3）设计、安装、调试所设计的电路，要求画出完整的电路图，详细说明电路工作原理，完成设计总结报告。
2.设计要求：（1）报警器正常工作时绿灯闪烁，报警器不报警。
（2）报警时能实现声、光电报警。
（3）可实现故障报警，但与可燃气体超标报警有区别。
（4）可燃气体超标报警时应能启动断气驱动接口。
三、总体设计方案1.方案的选择和论证：本设计方案利用芯片80c52为主控制器，并对其进行程序控制，先有气体传感器MQ-2对室内的空气进行采集，再通过AD转换器ADC0808进行模-数转化，最后得出空气中的气体浓度是否超标，如果没有超标则进行下一组的气体采集，如果超标则进行声、光、电报警。
（1）气体传感器的选择：可燃性气体传感器是一个气-电变换器，它的作用是把可燃性气体在空气中的含量（即浓度）转换为电信号，进而由单片机采集信号、数据处理、浓度显示以便报警控制。
传感器作为对可燃气体的敏感元件，是各种类型之一。
以下是对气体传感器的分类：a.半导体气体传感器。
b.固体电解质气体传感器。
c.高分子气体传感器。
d.接触燃烧式气体传感器。
e.电化学传感器。
（2）MQ-2传感器MQ-2可燃气体传感器对一氧化碳，甲烷及液化石油气具有很高的灵敏度和良好的选择性。
具有长期的使用寿命和可靠的稳定性，驱动电路简单，较大的电信号输出。
适宜于一氧化残，甲烷和液化石油气的探测。
（3）软件编程方案的确定C语言是一种功能很强的程序设计语言，也是利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。
C语言易于读写、调试和修改，可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备，如磁盘、存储器、CPU、I/O端口等。
C语言的代码简短、占用内存少、执行速度快，是高效的程序设计语言。
本方案中以上面的流程图为主导思想利用C语言的上述特点给主控制器80c52进行编程，使程序易于读写、调试和修改，使程序的运行和执行速度大大提高。
（4）系统原理总框图：系统复位后，首先进行定时器初始化，液晶模块初始化，串行口初始化。
然后启动A/D转换通道，读取转换结果，重新标度变换，并且保存数值结果。
如果接收到上位机发来的信号，就将对应的浓度值传送给上位机进行后续处理，程序框图如下：图1 系统原理框图四、功能模块设计与分析1.80c52功能的简介：STC80C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。
主要特性如下：a. 增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.b. 工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）c. 工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz 。
d. 用户应用程序空间为8K字节e. 通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4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，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。
f. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片g. 具有EEPROM功能，具有看门狗功能管脚如下图：图2 80c52引脚图引脚功能说明：VCC（40引脚）：电源电压。
VSS（20引脚）：接地。
RST（9引脚）：复位输入。
XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。
ALE（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：P0口是一个漏极开路的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，可以作为高阻抗输入。
P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O 口。
P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。
P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O 端口。
P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
下图为80c52单片机芯片在可燃气体报警器设计中的仿真电路图，通过用C 语言对80c52进行编程，达到控制电路的作用。
单片机最小系统图3 单片机最小系统2.ADC0808转换器ADC 0808和ADC 0809除精度略有差别外(前者精度为8位、后者精度为7位)，其余各方面完全相同。
它们都是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。
利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。
ADC0808引脚图如下：图4 ADC0808引脚主要技术指标和特性：（1）分辨率： 8位。
（2）总的不可调误差： ADC0808为±21LSB,ADC 0809为±1LSB。
（3）转换时间：取决于芯片时钟频率，如CLK=500kHz时，TCONV=128μs。
（4）单一电源： +5V。
（5）模拟输入电压范围：单极性0～5V；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.信号采集该模块主要用MQ-2完成，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。
可燃气体浓度与电压是非线性关系，不同的MQ-2由不同的特性，需要用标准气校准才行，因此在仿真中把它们当做线性处理，实际过程中进行电气校准。
MQ-2输出模拟电压给单片机。
下图是MQ-2模块电路图:图5 MQ-2模拟模块及外部AD采集模块4.报警模块采集到的数字信号经过单片机计算后如果可燃气体浓度达到报警器设置的临界点时，单片机将控制蜂鸣器报警，同时LED闪烁。
如下图所示报警模块电路：图6 报警模块与浓度设置模块5.总电路设计与原理该设计由气体传感器、A/D转换模块、显示电路、声光报警电路等部分组成。
当传感器所处环境中存在可燃气体时传感器随着气体中可燃气体浓度的增大而增大时，增大到一定程度。
使用简单的电路即可将电导率的变化转化为相应的的输出信号。
采集到的电压信号经过A/D转换模块转换为数字信号，经过单片机处理后，由显示电路显示可燃气体浓度值。
声光报警电路由蜂鸣器、发光二极管构成。
当可燃气体浓度超过设定的报警点时，由软件控制报警。
实验原理电阻型半导体气敏传感器气敏元件的敏感部分是金属氧化物微结晶粒子烧结体，当它的表面吸附有被测气体时，半导体微结晶粒子接触介面的导电电子比例就会发生变化，从而使气敏元件的电阻值随被测气体的浓度改变而变化，从而达到报警效果。
总电路图如下：图7 总电路图五、电路的安装与调试1.仿真系统复位后，首先进行定时器初始化，液晶模块初始化，串行口初始化。
然后启动A/D转换通道，读取转换结果，重新标度变换，并且保存数值结果。
如果接收到上位机发来的信号，就将对应的浓度值传送给上位机进行后续处理。
工作时总电路图：图8 总电路图2.仿真图功能说明：（1）.swi为个十位选择，add为加，sub为减。
这三个按键可以实现设定浓度的作用。
（2）.调节滑动变阻器实现可燃气体浓度模拟，上面的百分比即为可燃气体浓度。
（3）.可燃气体浓度为超标，绿灯闪烁。
可燃气体超标，绿灯常亮，蜂鸣器报警。
3.注意（1）AD转换器用ADC0809,但protues中ADC0809不具有仿真模型，所以在仿真中用ADC0808代替。
（2）OUT为预留端口，启动断气驱动接口。
六、实验仪器及元器件清单80c52单片机芯片、显示器（液晶，数码管等）、A/D装换芯片ADC0808、MQ-2传感器、二极管、蜂鸣器、protues软件七、心得体会同时，我也明白了现在的我们还很欠缺实践经验，以后一定多动手，多和周围的人一起努力。
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关80c52芯片编程方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
过而能改，善莫大焉。
在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。
最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。