基单片机火灾报警器设计
摘
着现代生活质量提升生命财产安全更高重视日常生活中时操作失误引发火灾民带伤害然某种层面燃性气体够生活带便利然存着较隐患进步保障生命财产安全设计套安全系统环境中燃性气体进行实时监测显必
文设计套基单片机STC89C51报警系统加入MQ5传感器环境中燃性气体进行严密监控采集数通单片机核心模块通LCD1602显示器燃性气体浓度显示出单片机处理数时会系统设定浓度限值做超范围值时会启动报警系统提醒屋环境中存燃性隐患整体系统设计较简单实现功较完善现实生活中具较高实价值
关键词：燃性气体传感器报警器STC89C51单片机
Design of fire alarm based on single chip microcomputer
Abstract
With the improvement of modern life quality people pay more attention to the safety of life and property In daily life may at any time because of the operation of the fault caused by fire to the people Although combustible gas can bring convenience to people＇s life on some level it still has a big hidden danger In order to ensure the safety of people＇s life and property it is necessary to design a set of safe and reliable system for realtime monitoring of combustible gas in the environment
In this paper a set of alarm system based on MCU STC89C51 is designed Mq5 sensor is added to closely monitor the combustible gas in the environment After collecting data the concentration of combustible gas is displayed through the core module of MCU and LCD1602 display When the singlechip microcomputer processes data it will compare with the concentration upper and lower limit set by the system When the concentration exceeds the limit the alarm system will be activated to remind the owner of potential flammability hazards in the environment The overall system design is relatively simple the realization of the function is more perfect in real life has a high practical value
Keywords：Flammable GasSensorAlarmSTC89C51
目 录
摘 I
Abstract II
目 录 I
1绪 1
11 课题研究背景 1
12 课题研究必性 1
13 国外研究现状发展方 2
131 燃气泄漏检测报警器现状 2
132 燃气泄漏检测报警器发展方 2
14 单片机概述 2
141 单片机分类 2
142 STC89C51单片机介绍 3
15 ADC0809介绍 3
16 课题研究容章节 4
2 燃气泄漏检测报警系统概 6
21 系统功求 6
22 系统技术求 6
23 系统组成方案设计 6
24 易燃气体简介 6
25 MQ5燃气体传感器 6
3 燃气泄漏检测报警系统硬件 8
31 控模块 8
32 燃气检测电路设计 11
33 系统显示电路 11
34 声光报警提示电路 12
35 负载控制电路 13
36 键电路 13
4 软件设计实现 15
41 软件介绍 15
42 燃性气体泄露报警器软件设计流程 15
421程序设计流程图 15
422 气体浓度显示程序 16
423 声光报警程序 17
424控制键部分程序 18
5 系统调试数分析 19
51 系统调试 19
511 硬件调试 19
512 软件调试 19
52 实验数分析 20
结 22
参考文献 23
致 谢 24
附录 整体电路图 25
附录二 整体程序 26
1绪
11 课题研究背景
21世纪济快速发展物质文化需求越越高[1]信息科技支持事物着简单化便捷化智化方发展[2]中国实行改革开放国家便力发展天然气等行业济水明显提高时隐患逐渐增起生活中天然气生活带许便利厨房烹饪必少资源时天然气工业发展重资源现代生活中扮演角色越越重现实生活中仅仅天然气种燃性气体包括液化气等常见资源[3]年新闻报道燃性气体带安全事时常发生少操作慎者疏忽造成煤气泄漏引发火灾情形发生民生命财产安全带极破坏基设计套安全系统实时监测环境中燃性气体浓度显尤重降低事发生概率效措施方面系统显示燃性气体浓度提醒屋方面启动报警装置屋警觉防止安全事发生
背景应运生气体检测装置正信息时代典型产物传统气体检测装置需通工进行开启者关闭工作现代气体检测装置数量越越种类越加繁户回家中时劳累身体需气体检测装置进行操作加重身体负担传统模式已够满足需求样背景基单片机动气体检测装置产生解决问题[4]
气体检测装置设计程中融合学科知识包括动控制技术硬件布线技术等通电器设备安装传感器电器设备统连接单片机中达动控制传感器工作目减少力资源消耗时节约资源操作简单[5]
气体检测装置设计中核心部分单片机报警气体检测模块电路连接设计年发展单片机子模块连接设计已发展出模式三种[6]：（1）通键盘LCD显示屏气体检测报警装置进行控制：种控制方式设计复杂操作困难易手（2）通软件台气体检测报警装置进行控制：种控制方式操作简单目前流控制方式（3）通手机移动端气体检测报警装置进行控制：种方式够解决远程控制问题操作灵活设计简单成较高
12 课题研究必性
家庭环境中工业领域够常见燃性气体声音燃性气体成分CHO等元素起火点较低属易燃性气体旦操作失误会造成煤气泄漏气体般毒浓度超定值时会体生命健康产生极影响甚引发火灾恶劣性事件社会带幸灾难
设计燃性气体检测报警装置够时掌握环境中燃性气体浓度信息旦达体产生危害限值够时作出反应发出警告现代社会市场发生煤气中毒者煤气爆炸事件家庭企业带灾难国家相关法律方面已逐步完善起立法解决问题根途径安全隐患存居民者工操作慎者粗心意状况够通立法解决问题设计套功齐全燃性报警装置迫眉睫
13 国外研究现状发展方
131 燃气泄漏检测报警器现状
国外研究员燃性气体安全隐患已成熟认识解决问题进行十年深入研究开发出系列研究产品中关检测气体浓度传感器研究早起源世纪30年代时称气敏传感器时社会种传感器重作予高度重视重公场合必须安装类传感器保障民生命安全医院家庭等时西方发达国家年煤气泄漏事件做详细调查发现种安全隐患事件数量年增长
132 燃气泄漏检测报警器发展方
较西方发达国家国研究燃性气体装置起步较晚世纪70年代开始引起重视部分家庭环境中煤气者沼气早期研究成果检测煤气者沼气种气体象国法律法规开始重视燃性气体检测目前止没明文规定类居住公场医院等环境强制求安装燃性气体报警装置年安全意识逐渐提高燃性气体报警装置适范围越越广泛燃性气体报警装置安装家户必然未发展趋势
14 单片机概述
141 单片机分类
根划分标准面积划分种类般常见划分方式三种：
（1） 根结构单片机分通型单片机专型单片机前者适般场合够实现部分基础功者专业性更强般实现单功适范围较窄
（2） 根单片机部否线分线型非线型两种前者部设总线够传输数址等信息够提供外界进行联系接口者基外围器件集中单片机需扩展接口成前者低
（3） 根应场合单片机分工业型家型两种顾名思义前者般工业领域单片机性求较高需够处理数计算等等者性相求较低种般结构较简单
142 STC89C51单片机介绍
图11 STC89C51单片机引脚图
具体言STC89C51款单片机具优点成众系统设计中首选单片机：
（1） 款单片机需提供电压值般情况需三节干电池够驱动正常工作
（2） 款单片机适范围较广低零40℃环境正常工作高85℃环境进行正常工作
15 ADC0809介绍
气体检测传感器采集气体浓度信息旧模拟信息单片机处理数字信息需设计AD转换电路完成功系统采ADC0809完成项设计芯片引脚图见图12示
图12 ADC0809引脚图
想实现AD转换功需ADC0809芯片采取特定操作具体操作：首先需芯片输入端输入三位址数特定信息转换数字信号时芯片ALE脚置高电样保证址数利保存芯片锁存器中芯片START引脚输入电发生跳变时引脚会发挥作般升电时引起芯片复位操作果降会进行正常AD转换数转换结果通OE引脚输出引脚设置高电时数够准确误传输数总线数传输时间程芯片需完成数否传送完全判断次芯片判断方式三种：
（1）定时传送方式
种判断方式数传输程设置固定时间时间数正常传输超时间进行传输需通软件设计延时程序完成功
（2）查询方式
种判断方式芯片传输数程中设置标志位标志位1时说明传输完成交芯片进行步处理
（3）中断方式
中断方式述查询方式相似方通设置标志位完成里标志位中断方式进行判断
16 课题研究容章节
文研究容首先详细解单片机等器件性特点功实现原理接着根文设计求完成子模块整体系统硬件软件设计STC89C51核心展开深入研究整系统功进行测试具体研究容章节分配示：
第章文研究背景等做详细阐述深入探讨芯片工作原理
第二章文需实现气体检测报警原理进行详细阐述
第三章硬件设计部分包含总体电路设计子模块设计
第四章软件设计部分第三章容应阐述软件设计流程
第五章文系统功性测试调试
第六章全文总结
2 燃气泄漏检测报警系统概
21 系统功求
系统设计初期已明确需完成功：
（1） 检测部分：够环境中燃性气体进行实时监测通显示屏显示出
（2） 报警部分：检测气体数传输单片机模块处理判断浓度否达限值超限值启动报警装备
22 系统技术求
设计系统结构时关键步骤单片机技术性做出选择指根系统性求选择合适单片机类型需结合实际情形进行合理选择十年发展业单片机选型已基形成标准适部分场合常标准种：
（1） 体积：单片机系统控制中心模块需量选择体积单片机减少占空间样系统维护阶段表现出更性
（2） 功耗低：功耗问题始终系统设计必须考虑问题般情况单片机系统采干电池供电
（3） 性高：标准指单片机系统完成硬件部分检测够环境中表现出相性受环境影响较性稳定
23 系统组成方案设计
文设计系统组成时参考需完成功环境中燃性气体进行检测包含气体传感器检测模块接着采集数信息需转化数字信息包含AD转换模块数转化数字信息需交单片机进行处理包含核心单片机模块外需处理浓度信息显示出包含显示模块需浓度信息限值进行超限值需发出警告包含报警模块
24 易燃气体简介
文研究目环境中燃性气体进行检测里需易燃性气体做出详细介绍谓燃性气体现实生活中般会空气混合起查阅相关资料发现易燃性气体浓度超20时已达爆炸极限值般燃性气体包含氢气甲烷等文中研究燃性气体甲烷种色味气体般难通体器官进行识需通特定器件进行识燃性气体旦火花接触容易引起爆炸
25 MQ5燃气体传感器
系统中燃性气体进行检测传感器MQ5具体外观见图21示种传感器种名二氧化锡气敏材料根电导率变化反映空气中燃性气体浓度值气敏材料电导率会着燃性气体浓度提高增设计电路时需电导率变化转化电压变化MQ5传感器成较低够种燃性气体进行效检测检测浓度方面表现出较性
图21 MQ5燃气体传感器
3 燃气泄漏检测报警系统硬件
31 控模块
控模块芯片选择参考三方案：
方案：单片机选择PIC系列
系列单片机般美国Microchip公司进行生产公司发展历史悠久业界已形成较品牌形象始终性优越著称款单片机质量普遍较高实现功齐全相价格稍贵
方案二：单片机选择MSP430系列
系列单片机般德国TI公司进行生产问世该公司生产单片机功耗低优势市场中占极高位够实现基功满足低功耗需求价格稍贵
方案三：单片机选择STC89C51单片机
款单片机目前市面高校实验室款单片机款单片机价格低廉功齐全基够满足现代系统设计需求成热门单片机外款单片机CPU八位处理数时表现出优良性部设接口够外围器件相连拓展性强
文设计燃性气体检测报警系统核心控制模块单片机模块核心控制作表现方面：首先燃性气体检测模块检测气体浓度数会数传输单片机模块进行处理处理时单片机处理性较高求需单片机较高处理速度够时获取MQ5气体检测传感器部分传数信息次单片机需处理信息传送显示模块进行显示够清楚环境中气体浓度达机交互效果方便屋做步计划处理鉴需MQ5气体检测传感器模块显示模块报警器等模块进行数交互文设计控模块子模块连接接口设计图31示
图31 STC89C51
实现单片机STC89C51外部电路准确数传输需详细解单片机部电路做出详细介绍单片机部电路般单片机芯片时钟电路复位电路电源电路重部分组成STC89C51核心电路实现单片机功必组成部分外通合理设计单片机外围器件组合形成更强系统实现更复杂功
构成STC89C51单片机系统两关键电路时钟复位电路接针部分电路原理做出详细介绍：
(1) 时钟电路
STC89C51单片机产生时钟频率方式两种通芯片部时钟电路产生二利外界电路设计产生前者电路图32示需单片机外围连接石英晶体石英晶体震荡频率图示电路连接完成便会震荡作产生固定频率震荡形成时钟周期
图32 STC89C51部时钟电路
(2) 复位电路
单片机引脚中中引脚完成复位操作想实现复位操作外围需设计电路完成图33示单片机复位操作需高电信号唤起高电信号持续超两时钟周期时单片机实现复位功具体设计电路见图33示
图33 STC89C51复位电路
单片机STC89C51通合理设计够实现中断操作需进行中断操作原够提高单片机工作效率数传输更时实现单片机中断功需完成系列设置时操作避免单片机直处等命令状态单片机监控系统发出中断指令变会做出相应请求根部电路设计完成相应请求处理功实现需中断系统完成详细中断程图34示
图34中断程
32 燃气检测电路设计
设计燃性气体检测电路时需模拟数转化数字数需MQ5芯片电路模块ADC0809芯片模块进行统设计MQ5传感器检测气体浓度信息会模拟数传ADC0809模块进行数转化ADC0809处理数交单片机进行处理具体设计电路图35示
图35 MQ5电路
33 系统显示电路
行车行驶里程数显示出系统需设计显示模块完成功里选LCD1602液晶显示屏外观实物图36示选择液晶显示屏较数码液晶显示屏操作更加简单显示画面更清晰需连续刷新界面实现功更加安全
图36 实物图
现款液晶显示屏已设计非常成熟功稳定想正常显示需通调节电压完成需简单设置便够完成项求系统中实现显示功具体电路设计图37示
图37 液晶显示电路设计
34 声光报警提示电路
实现基功外增加附加功模块浓度值超某阈值时系统够发出警报信号告知屋应该进行步适处理系统设计中加入报警模块核心器件蜂鸣器LED蜂鸣器LED实现报警功操作十分简单具体设计电路图38示设计电路时需注意问题蜂鸣器正常工作电流般超30毫安相较单片机系统言正常工作电流远远值单片机身法提供30毫安电流电路解决问题般需报警模块中设计拉电阻实现电流降级者通设计合理放电路单片机电流放够蜂鸣器正常工作电流简化系统设计选择前种设计方式
图38 声光报警提示电路
35 负载控制电路
日常生活中见电磁继电器铁芯线圈触点弹簧片衔铁等器件组成线圈附加电压会产生电磁感应效应磁场变化时会电流产生电流产生力会衔铁铁芯相互吸住衔铁触点相互吸合线圈两端没电压产生电磁力会消失衔铁会弹簧弹回原位置两触点会分离图示负载控制电路原理图中通PNP型三极驱动继电器
图39继电器控制负载电路
36 键电路
燃性气体检测报警系统中简单键模块实现整系统初始化操作系统模块正常工作时键模块输入电压高电时初始化功法实现电压变低电时够实现初始化操作文需设计键模块手动完成功旦键便产生低电信号完成系统初始操作燃性气体检测报警记录浓度值零重新进行浓度检测
查阅资料解目前市面设计键电路两种形式分独立键设计形式矩阵键设计形式前者独立键单片机IO口进行相连时进行单线操作单片机IO口实现键功果想连接更键连接电源者接模块种方法优势设计起非常简单实现功较稳定者采矩阵形式完成键相较前者种设计模式会变更加复杂存着较优点单片机需通少数IO口便够实现键操作结合系统需实现功里选第种设计形式
想实现键模块正常功需模块输入低电信号设计模块电路时输入端需单片机接口进行相连判断单片机模块输出电压高电低电促键模块发挥功低电样够保证键模块正常工作
解键模块实现原理需进行重操作键模块抖键时频率键时处高电低电间回切换中样会系统判断造成麻烦解决问题十分重需注意产生抖动整程持续时间非常短般毫秒级类言法进行操控单片机言极漫长时间需通合理电路设计便够完成抖操作现成抖方式两种分硬件抖软件抖 前者需设计合理抖电路者设计方式需量规避抖动时间电压稳定电压高低进行判断文结合两种方式案件模块进行抖操作具体设计电路见图310示
图310键电路
4 软件设计实现
41 软件介绍
想实现行车里程数正常计数功进行完整软件设计系统采台Keil uVision4系统台针单片机开发专c语言开发台51系列单片机够实现完整软件操作系统设计软件模块时台已更新第4版相较前面版台版优点软件开发台界面更加美观工具库更加丰富够实现更加复杂功现成51系列单片机开发必备开发台
进行软件设计时需台画相应电路进行合理电路连接c语言程序设计文装载模块中够实现系统软件功开发台操作界面见图41示
图41 Keil软件界面
42 燃性气体泄露报警器软件设计流程
421程序设计流程图
进行程序设计时首先需考虑系统进行初始化实现功首先MQ5模块读取燃性气体浓度接着读取模拟数值传输ADC0809模块进行模数转化单片机模块会实时读取处理气体浓度数字信号单片机会系统设定浓度限值进行方面会浓度值传输LCD1605模块进行显示方面时检测键模块初始化浓度数具体设计流程图42示
开始
初始化
读取AD转换浓度值
判断前
浓度范围
判断键
否
执行相应
指示控制
设置相应参数
显示设置数值
结束
Y
图42 程序流程图
422 气体浓度显示程序
软件设计师需显示模块进行程序驱动显示屏够正常显示实时检测气体浓度值通输入写入指令完成项功
面出显示程序部分代码：
rite_com(0x80+0x40+11)
write_data(＇0＇+WARNING100)
write_data(＇0＇+WARNING1010)
write_data(＇0＇+WARNING10)
write_com(0x80+0x40+13)位置
423 声光报警程序
浓度值超系统软件部分设定预期值时系统报警模块会发出报警信号提示屋燃性气体浓度已达限需做安全防范措施避免意外事发生外方面通键部分重新气体浓度进行检测完成步操作报警模块设计十分重具体设计代码示：
面出部分报警程序代码：
if(count10)
if(flag0)
{
LED_G0
LED_R1
FENG1
san1
}
if(flag1)
{
LED_G1
LED_R0
FENG0
san0
}
}
if(count20)
count0
if(flag0)
{
LED_G1
LED_R1
FENG1
san1
}
if(flag1)
{
LED_G1
LED_R1
FENG1
san0
}
424控制键部分程序
文设计键模块够系统检测气体浓度值进行清零操作时清零结果单片机处理交LCD1602显示出键模块软件设计MQ5模块传输浓度值输入单片机入口单片机电调低数值变0
5 系统调试数分析
51 系统调试
511 硬件调试
硬件调试目系统设计硬件电路模块够实现原应该实现正常功调试时需示波器者万表判断标准根某模块输入输出电压值进行判断果理想输出电压出现差错说明模块硬件电路出现问题现存硬件电路调试方法两种首先静态调试方法次动态调试方法前者种调试方法需没接通电源情况进行操作者相言需接通电源情况进行调试操作接针两种调试方法进行详细阐述说明：
(1)静态调试
静态方法调试时般需4步骤：
第1步目测种检测方法般检测肉眼观察错误说硬件电路焊接时出现短路焊接者虚焊等情况
第2步万表进行检测万表够检测出系统电路中高低电情况硬件电路进步详细检查
第3步需接通电源进行检测结合万表检查电路中模块高低电实际情况发现错误
第4步进行联机检查
(2)动态调试
动态调试程相较静态调试操作更加复杂需遵守定规具体调试步骤：
① 远规指根电路行走路线进行检查
② 分合规指系统模块划分分进行检测进行整体电路检测
512 软件调试
软件调试程序语言实现功进行检测具体步骤：
首先需编写正常程序语言代码程序编写完毕第1步检查操作程序进行编译系统台动进行检查操作够帮助解决语法问题帮助解决功问题发现程序语言身存逻辑错误法实现相应功时需程序模块分进行软件测试通设置断点模块输入指定信号观察输出信号否预期值相样通手动检查方式够真正完成软件部分调试程序编译结果见图51示
图51 系统程序编译情况
52 实验数分析
文检测实物图图52示
图52 实物测量图
检测浓度数值结果表51示：
表51 实际数误差数
浓度（LE）
浓度误差
浓度（LE）
浓度误差
0
0
50
3
5
1
55
1
10
1
60
2
15
2
65
3
20
3
70
3
25
2
75
0
30
5
80
1
35
3
85
2
40
4
90
1
45
2
95
0
根误差计算公式 计算出系统检测气体浓度误差值234满足误差±5条件文实现功较
结
次毕业设计甲烷气体泄漏报警系统STC89C51芯片核心控制芯片ADC0809作数模转换模块控制芯片通MQ5气敏传感器检测数传输LCD1602液晶显示屏中供员实时监测浓度变化情况通键模块设定监测限浓度值浓度值超限定值会触发报警装置次设计具模块化处理成低廉精度较高性高电路非常简单等特性
参考文献
[1] 童诗白华成英模拟电子技术基础第三版高等教育出版社2001
[2] 杨振江孙占彪王曙梅布线涛智仪器数采集系统中新器件应西安电子科技学出版社200112
[3] 胡汉单片机原理接口技术清华学出版社19967
[4] 杨振江杜铁军李群流行单片机实子程序应实例西安电子科技学出版社20027
[5] 韩志军沈晋源王振波单片机应系统设计机械工业出版社20051
[6] 赵继文传感器应电路设计科学出版社20023
[7] 吴少军刘光斌实低功耗设计原理器件应民邮电出版社20033
[8] 王彦延群危胜军Protel电路设计指南清华学出版社20006
致 谢
转眼间四年学生活开始走尾声四年时光里生活简单三点线结构宿舍食堂教室构成规律学生涯现撰写毕业文应该说四年生活结尾曲四年学见证衷心感谢四年直陪伴左右老师学果没学迷失方生活枯燥乏味
首先特感谢文指导老师前期方指导期谆谆教导老师渊博知识令折服温厚性格令敬慕感谢老师帮助
次感谢身边学生活中予众关怀遇挫折时时伸出援手谢谢四年陪伴
百忙中抽出时间文评阅老师表示衷心感谢
附录 整体电路图
附录二 整体程序
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绥化学院科毕业设计创作声明
郑重声明：提交毕业设计导师指导绥化学院学期间独立进行研究工作取成果知毕业设计中已注明部分外包含已发表撰写研究成果文研究工作做出重贡献集体均已文中明确方式注明声明法律结果完全承担
作者签名： 日期： 年 月 日
绥化学院科毕业设计授权书
提交毕业设计导师指导绥化学院学期间取成果毕业设计研究成果绥化学院毕业设计研究容单位名义发表完全解绥化学院关保存学位文规定意学院保留关部门送交文复印件电子版允许毕业设计查阅阅授权绥化学院采影印缩印复制手段保存毕业设计公布毕业设计全部部分容
作者签名： 日期： 年 月 日
导师签名： 日期： 年 月 日
科毕业设计指导教师意见
学生姓名
学号
教学单位
电气工程学院
专业
年级
指导教师姓名
学位
职称
毕业设计题目
字数
指导教师评语：
指导教师意见：
明确否意答辩
指导教师签字：
年 月 日
科毕业设计答辩委员会意见
学生姓名
学号
教学单位
电气工程学院
专业
年级
指导教师姓名
学位
职称
毕业设计题目
字数
毕业设计成绩：优秀（ ）良（ ）中等（ ）合格（ ）合格（ ）
√
答辩委员会意见：
答辩委员会席：
年 月 日
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摘
着现代生活质量提升生命财产安全更高重视日常生活中时操作失误引发火灾民带伤害然某种层面燃性气体够生活带便利然存着较隐患进步保障生命财产安全设计套安全系统环境中燃性气体进行实时监测显必
文设计套基单片机STC89C51报警系统加入MQ5传感器环境中燃性气体进行严密监控采集数通单片机核心模块通LCD1602显示器燃性气体浓度显示出单片机处理数时会系统设定浓度限值做超范围值时会启动报警系统提醒屋环境中存燃性隐患整体系统设计较简单实现功较完善现实生活中具较高实价值
关键词：燃性气体传感器报警器STC89C51单片机
Design of fire alarm based on single chip microcomputer
Abstract
With the improvement of modern life quality people pay more attention to the safety of life and property In daily life may at any time because of the operation of the fault caused by fire to the people Although combustible gas can bring convenience to people＇s life on some level it still has a big hidden danger In order to ensure the safety of people＇s life and property it is necessary to design a set of safe and reliable system for realtime monitoring of combustible gas in the environment
In this paper a set of alarm system based on MCU STC89C51 is designed Mq5 sensor is added to closely monitor the combustible gas in the environment After collecting data the concentration of combustible gas is displayed through the core module of MCU and LCD1602 display When the singlechip microcomputer processes data it will compare with the concentration upper and lower limit set by the system When the concentration exceeds the limit the alarm system will be activated to remind the owner of potential flammability hazards in the environment The overall system design is relatively simple the realization of the function is more perfect in real life has a high practical value
Keywords：Flammable GasSensorAlarmSTC89C51
目 录
摘 I
Abstract II
目 录 I
1绪 1
11 课题研究背景 1
12 课题研究必性 1
13 国外研究现状发展方 2
131 燃气泄漏检测报警器现状 2
132 燃气泄漏检测报警器发展方 2
14 单片机概述 2
141 单片机分类 2
142 STC89C51单片机介绍 3
15 ADC0809介绍 3
16 课题研究容章节 4
2 燃气泄漏检测报警系统概 6
21 系统功求 6
22 系统技术求 6
23 系统组成方案设计 6
24 易燃气体简介 6
25 MQ5燃气体传感器 6
3 燃气泄漏检测报警系统硬件 8
31 控模块 8
32 燃气检测电路设计 11
33 系统显示电路 11
34 声光报警提示电路 12
35 负载控制电路 13
36 键电路 13
4 软件设计实现 15
41 软件介绍 15
42 燃性气体泄露报警器软件设计流程 15
421程序设计流程图 15
422 气体浓度显示程序 16
423 声光报警程序 17
424控制键部分程序 18
5 系统调试数分析 19
51 系统调试 19
511 硬件调试 19
512 软件调试 19
52 实验数分析 20
结 22
参考文献 23
致 谢 24
附录 整体电路图 25
附录二 整体程序 26
1绪
11 课题研究背景
21世纪济快速发展物质文化需求越越高[1]信息科技支持事物着简单化便捷化智化方发展[2]中国实行改革开放国家便力发展天然气等行业济水明显提高时隐患逐渐增起生活中天然气生活带许便利厨房烹饪必少资源时天然气工业发展重资源现代生活中扮演角色越越重现实生活中仅仅天然气种燃性气体包括液化气等常见资源[3]年新闻报道燃性气体带安全事时常发生少操作慎者疏忽造成煤气泄漏引发火灾情形发生民生命财产安全带极破坏基设计套安全系统实时监测环境中燃性气体浓度显尤重降低事发生概率效措施方面系统显示燃性气体浓度提醒屋方面启动报警装置屋警觉防止安全事发生
背景应运生气体检测装置正信息时代典型产物传统气体检测装置需通工进行开启者关闭工作现代气体检测装置数量越越种类越加繁户回家中时劳累身体需气体检测装置进行操作加重身体负担传统模式已够满足需求样背景基单片机动气体检测装置产生解决问题[4]
气体检测装置设计程中融合学科知识包括动控制技术硬件布线技术等通电器设备安装传感器电器设备统连接单片机中达动控制传感器工作目减少力资源消耗时节约资源操作简单[5]
气体检测装置设计中核心部分单片机报警气体检测模块电路连接设计年发展单片机子模块连接设计已发展出模式三种[6]：（1）通键盘LCD显示屏气体检测报警装置进行控制：种控制方式设计复杂操作困难易手（2）通软件台气体检测报警装置进行控制：种控制方式操作简单目前流控制方式（3）通手机移动端气体检测报警装置进行控制：种方式够解决远程控制问题操作灵活设计简单成较高
12 课题研究必性
家庭环境中工业领域够常见燃性气体声音燃性气体成分CHO等元素起火点较低属易燃性气体旦操作失误会造成煤气泄漏气体般毒浓度超定值时会体生命健康产生极影响甚引发火灾恶劣性事件社会带幸灾难
设计燃性气体检测报警装置够时掌握环境中燃性气体浓度信息旦达体产生危害限值够时作出反应发出警告现代社会市场发生煤气中毒者煤气爆炸事件家庭企业带灾难国家相关法律方面已逐步完善起立法解决问题根途径安全隐患存居民者工操作慎者粗心意状况够通立法解决问题设计套功齐全燃性报警装置迫眉睫
13 国外研究现状发展方
131 燃气泄漏检测报警器现状
国外研究员燃性气体安全隐患已成熟认识解决问题进行十年深入研究开发出系列研究产品中关检测气体浓度传感器研究早起源世纪30年代时称气敏传感器时社会种传感器重作予高度重视重公场合必须安装类传感器保障民生命安全医院家庭等时西方发达国家年煤气泄漏事件做详细调查发现种安全隐患事件数量年增长
132 燃气泄漏检测报警器发展方
较西方发达国家国研究燃性气体装置起步较晚世纪70年代开始引起重视部分家庭环境中煤气者沼气早期研究成果检测煤气者沼气种气体象国法律法规开始重视燃性气体检测目前止没明文规定类居住公场医院等环境强制求安装燃性气体报警装置年安全意识逐渐提高燃性气体报警装置适范围越越广泛燃性气体报警装置安装家户必然未发展趋势
14 单片机概述
141 单片机分类
根划分标准面积划分种类般常见划分方式三种：
（1） 根结构单片机分通型单片机专型单片机前者适般场合够实现部分基础功者专业性更强般实现单功适范围较窄
（2） 根单片机部否线分线型非线型两种前者部设总线够传输数址等信息够提供外界进行联系接口者基外围器件集中单片机需扩展接口成前者低
（3） 根应场合单片机分工业型家型两种顾名思义前者般工业领域单片机性求较高需够处理数计算等等者性相求较低种般结构较简单
142 STC89C51单片机介绍
图11 STC89C51单片机引脚图
具体言STC89C51款单片机具优点成众系统设计中首选单片机：
（1） 款单片机需提供电压值般情况需三节干电池够驱动正常工作
（2） 款单片机适范围较广低零40℃环境正常工作高85℃环境进行正常工作
15 ADC0809介绍
气体检测传感器采集气体浓度信息旧模拟信息单片机处理数字信息需设计AD转换电路完成功系统采ADC0809完成项设计芯片引脚图见图12示
图12 ADC0809引脚图
想实现AD转换功需ADC0809芯片采取特定操作具体操作：首先需芯片输入端输入三位址数特定信息转换数字信号时芯片ALE脚置高电样保证址数利保存芯片锁存器中芯片START引脚输入电发生跳变时引脚会发挥作般升电时引起芯片复位操作果降会进行正常AD转换数转换结果通OE引脚输出引脚设置高电时数够准确误传输数总线数传输时间程芯片需完成数否传送完全判断次芯片判断方式三种：
（1）定时传送方式
种判断方式数传输程设置固定时间时间数正常传输超时间进行传输需通软件设计延时程序完成功
（2）查询方式
种判断方式芯片传输数程中设置标志位标志位1时说明传输完成交芯片进行步处理
（3）中断方式
中断方式述查询方式相似方通设置标志位完成里标志位中断方式进行判断
16 课题研究容章节
文研究容首先详细解单片机等器件性特点功实现原理接着根文设计求完成子模块整体系统硬件软件设计STC89C51核心展开深入研究整系统功进行测试具体研究容章节分配示：
第章文研究背景等做详细阐述深入探讨芯片工作原理
第二章文需实现气体检测报警原理进行详细阐述
第三章硬件设计部分包含总体电路设计子模块设计
第四章软件设计部分第三章容应阐述软件设计流程
第五章文系统功性测试调试
第六章全文总结
2 燃气泄漏检测报警系统概
21 系统功求
系统设计初期已明确需完成功：
（1） 检测部分：够环境中燃性气体进行实时监测通显示屏显示出
（2） 报警部分：检测气体数传输单片机模块处理判断浓度否达限值超限值启动报警装备
22 系统技术求
设计系统结构时关键步骤单片机技术性做出选择指根系统性求选择合适单片机类型需结合实际情形进行合理选择十年发展业单片机选型已基形成标准适部分场合常标准种：
（1） 体积：单片机系统控制中心模块需量选择体积单片机减少占空间样系统维护阶段表现出更性
（2） 功耗低：功耗问题始终系统设计必须考虑问题般情况单片机系统采干电池供电
（3） 性高：标准指单片机系统完成硬件部分检测够环境中表现出相性受环境影响较性稳定
23 系统组成方案设计
文设计系统组成时参考需完成功环境中燃性气体进行检测包含气体传感器检测模块接着采集数信息需转化数字信息包含AD转换模块数转化数字信息需交单片机进行处理包含核心单片机模块外需处理浓度信息显示出包含显示模块需浓度信息限值进行超限值需发出警告包含报警模块
24 易燃气体简介
文研究目环境中燃性气体进行检测里需易燃性气体做出详细介绍谓燃性气体现实生活中般会空气混合起查阅相关资料发现易燃性气体浓度超20时已达爆炸极限值般燃性气体包含氢气甲烷等文中研究燃性气体甲烷种色味气体般难通体器官进行识需通特定器件进行识燃性气体旦火花接触容易引起爆炸
25 MQ5燃气体传感器
系统中燃性气体进行检测传感器MQ5具体外观见图21示种传感器种名二氧化锡气敏材料根电导率变化反映空气中燃性气体浓度值气敏材料电导率会着燃性气体浓度提高增设计电路时需电导率变化转化电压变化MQ5传感器成较低够种燃性气体进行效检测检测浓度方面表现出较性
图21 MQ5燃气体传感器
3 燃气泄漏检测报警系统硬件
31 控模块
控模块芯片选择参考三方案：
方案：单片机选择PIC系列
系列单片机般美国Microchip公司进行生产公司发展历史悠久业界已形成较品牌形象始终性优越著称款单片机质量普遍较高实现功齐全相价格稍贵
方案二：单片机选择MSP430系列
系列单片机般德国TI公司进行生产问世该公司生产单片机功耗低优势市场中占极高位够实现基功满足低功耗需求价格稍贵
方案三：单片机选择STC89C51单片机
款单片机目前市面高校实验室款单片机款单片机价格低廉功齐全基够满足现代系统设计需求成热门单片机外款单片机CPU八位处理数时表现出优良性部设接口够外围器件相连拓展性强
文设计燃性气体检测报警系统核心控制模块单片机模块核心控制作表现方面：首先燃性气体检测模块检测气体浓度数会数传输单片机模块进行处理处理时单片机处理性较高求需单片机较高处理速度够时获取MQ5气体检测传感器部分传数信息次单片机需处理信息传送显示模块进行显示够清楚环境中气体浓度达机交互效果方便屋做步计划处理鉴需MQ5气体检测传感器模块显示模块报警器等模块进行数交互文设计控模块子模块连接接口设计图31示
图31 STC89C51
实现单片机STC89C51外部电路准确数传输需详细解单片机部电路做出详细介绍单片机部电路般单片机芯片时钟电路复位电路电源电路重部分组成STC89C51核心电路实现单片机功必组成部分外通合理设计单片机外围器件组合形成更强系统实现更复杂功
构成STC89C51单片机系统两关键电路时钟复位电路接针部分电路原理做出详细介绍：
(1) 时钟电路
STC89C51单片机产生时钟频率方式两种通芯片部时钟电路产生二利外界电路设计产生前者电路图32示需单片机外围连接石英晶体石英晶体震荡频率图示电路连接完成便会震荡作产生固定频率震荡形成时钟周期
图32 STC89C51部时钟电路
(2) 复位电路
单片机引脚中中引脚完成复位操作想实现复位操作外围需设计电路完成图33示单片机复位操作需高电信号唤起高电信号持续超两时钟周期时单片机实现复位功具体设计电路见图33示
图33 STC89C51复位电路
单片机STC89C51通合理设计够实现中断操作需进行中断操作原够提高单片机工作效率数传输更时实现单片机中断功需完成系列设置时操作避免单片机直处等命令状态单片机监控系统发出中断指令变会做出相应请求根部电路设计完成相应请求处理功实现需中断系统完成详细中断程图34示
图34中断程
32 燃气检测电路设计
设计燃性气体检测电路时需模拟数转化数字数需MQ5芯片电路模块ADC0809芯片模块进行统设计MQ5传感器检测气体浓度信息会模拟数传ADC0809模块进行数转化ADC0809处理数交单片机进行处理具体设计电路图35示
图35 MQ5电路
33 系统显示电路
行车行驶里程数显示出系统需设计显示模块完成功里选LCD1602液晶显示屏外观实物图36示选择液晶显示屏较数码液晶显示屏操作更加简单显示画面更清晰需连续刷新界面实现功更加安全
图36 实物图
现款液晶显示屏已设计非常成熟功稳定想正常显示需通调节电压完成需简单设置便够完成项求系统中实现显示功具体电路设计图37示
图37 液晶显示电路设计
34 声光报警提示电路
实现基功外增加附加功模块浓度值超某阈值时系统够发出警报信号告知屋应该进行步适处理系统设计中加入报警模块核心器件蜂鸣器LED蜂鸣器LED实现报警功操作十分简单具体设计电路图38示设计电路时需注意问题蜂鸣器正常工作电流般超30毫安相较单片机系统言正常工作电流远远值单片机身法提供30毫安电流电路解决问题般需报警模块中设计拉电阻实现电流降级者通设计合理放电路单片机电流放够蜂鸣器正常工作电流简化系统设计选择前种设计方式
图38 声光报警提示电路
35 负载控制电路
日常生活中见电磁继电器铁芯线圈触点弹簧片衔铁等器件组成线圈附加电压会产生电磁感应效应磁场变化时会电流产生电流产生力会衔铁铁芯相互吸住衔铁触点相互吸合线圈两端没电压产生电磁力会消失衔铁会弹簧弹回原位置两触点会分离图示负载控制电路原理图中通PNP型三极驱动继电器
图39继电器控制负载电路
36 键电路
燃性气体检测报警系统中简单键模块实现整系统初始化操作系统模块正常工作时键模块输入电压高电时初始化功法实现电压变低电时够实现初始化操作文需设计键模块手动完成功旦键便产生低电信号完成系统初始操作燃性气体检测报警记录浓度值零重新进行浓度检测
查阅资料解目前市面设计键电路两种形式分独立键设计形式矩阵键设计形式前者独立键单片机IO口进行相连时进行单线操作单片机IO口实现键功果想连接更键连接电源者接模块种方法优势设计起非常简单实现功较稳定者采矩阵形式完成键相较前者种设计模式会变更加复杂存着较优点单片机需通少数IO口便够实现键操作结合系统需实现功里选第种设计形式
想实现键模块正常功需模块输入低电信号设计模块电路时输入端需单片机接口进行相连判断单片机模块输出电压高电低电促键模块发挥功低电样够保证键模块正常工作
解键模块实现原理需进行重操作键模块抖键时频率键时处高电低电间回切换中样会系统判断造成麻烦解决问题十分重需注意产生抖动整程持续时间非常短般毫秒级类言法进行操控单片机言极漫长时间需通合理电路设计便够完成抖操作现成抖方式两种分硬件抖软件抖 前者需设计合理抖电路者设计方式需量规避抖动时间电压稳定电压高低进行判断文结合两种方式案件模块进行抖操作具体设计电路见图310示
图310键电路
4 软件设计实现
41 软件介绍
想实现行车里程数正常计数功进行完整软件设计系统采台Keil uVision4系统台针单片机开发专c语言开发台51系列单片机够实现完整软件操作系统设计软件模块时台已更新第4版相较前面版台版优点软件开发台界面更加美观工具库更加丰富够实现更加复杂功现成51系列单片机开发必备开发台
进行软件设计时需台画相应电路进行合理电路连接c语言程序设计文装载模块中够实现系统软件功开发台操作界面见图41示
图41 Keil软件界面
42 燃性气体泄露报警器软件设计流程
421程序设计流程图
进行程序设计时首先需考虑系统进行初始化实现功首先MQ5模块读取燃性气体浓度接着读取模拟数值传输ADC0809模块进行模数转化单片机模块会实时读取处理气体浓度数字信号单片机会系统设定浓度限值进行方面会浓度值传输LCD1605模块进行显示方面时检测键模块初始化浓度数具体设计流程图42示
开始
初始化
读取AD转换浓度值
判断前
浓度范围
判断键
否
执行相应
指示控制
设置相应参数
显示设置数值
结束
Y
图42 程序流程图
422 气体浓度显示程序
软件设计师需显示模块进行程序驱动显示屏够正常显示实时检测气体浓度值通输入写入指令完成项功
面出显示程序部分代码：
rite_com(0x80+0x40+11)
write_data(＇0＇+WARNING100)
write_data(＇0＇+WARNING1010)
write_data(＇0＇+WARNING10)
write_com(0x80+0x40+13)位置
423 声光报警程序
浓度值超系统软件部分设定预期值时系统报警模块会发出报警信号提示屋燃性气体浓度已达限需做安全防范措施避免意外事发生外方面通键部分重新气体浓度进行检测完成步操作报警模块设计十分重具体设计代码示：
面出部分报警程序代码：
if(count10)
if(flag0)
{
LED_G0
LED_R1
FENG1
san1
}
if(flag1)
{
LED_G1
LED_R0
FENG0
san0
}
}
if(count20)
count0
if(flag0)
{
LED_G1
LED_R1
FENG1
san1
}
if(flag1)
{
LED_G1
LED_R1
FENG1
san0
}
424控制键部分程序
文设计键模块够系统检测气体浓度值进行清零操作时清零结果单片机处理交LCD1602显示出键模块软件设计MQ5模块传输浓度值输入单片机入口单片机电调低数值变0
5 系统调试数分析
51 系统调试
511 硬件调试
硬件调试目系统设计硬件电路模块够实现原应该实现正常功调试时需示波器者万表判断标准根某模块输入输出电压值进行判断果理想输出电压出现差错说明模块硬件电路出现问题现存硬件电路调试方法两种首先静态调试方法次动态调试方法前者种调试方法需没接通电源情况进行操作者相言需接通电源情况进行调试操作接针两种调试方法进行详细阐述说明：
(1)静态调试
静态方法调试时般需4步骤：
第1步目测种检测方法般检测肉眼观察错误说硬件电路焊接时出现短路焊接者虚焊等情况
第2步万表进行检测万表够检测出系统电路中高低电情况硬件电路进步详细检查
第3步需接通电源进行检测结合万表检查电路中模块高低电实际情况发现错误
第4步进行联机检查
(2)动态调试
动态调试程相较静态调试操作更加复杂需遵守定规具体调试步骤：
① 远规指根电路行走路线进行检查
② 分合规指系统模块划分分进行检测进行整体电路检测
512 软件调试
软件调试程序语言实现功进行检测具体步骤：
首先需编写正常程序语言代码程序编写完毕第1步检查操作程序进行编译系统台动进行检查操作够帮助解决语法问题帮助解决功问题发现程序语言身存逻辑错误法实现相应功时需程序模块分进行软件测试通设置断点模块输入指定信号观察输出信号否预期值相样通手动检查方式够真正完成软件部分调试程序编译结果见图51示
图51 系统程序编译情况
52 实验数分析
文检测实物图图52示
图52 实物测量图
检测浓度数值结果表51示：
表51 实际数误差数
浓度（LE）
浓度误差
浓度（LE）
浓度误差
0
0
50
3
5
1
55
1
10
1
60
2
15
2
65
3
20
3
70
3
25
2
75
0
30
5
80
1
35
3
85
2
40
4
90
1
45
2
95
0
根误差计算公式 计算出系统检测气体浓度误差值234满足误差±5条件文实现功较
结
次毕业设计甲烷气体泄漏报警系统STC89C51芯片核心控制芯片ADC0809作数模转换模块控制芯片通MQ5气敏传感器检测数传输LCD1602液晶显示屏中供员实时监测浓度变化情况通键模块设定监测限浓度值浓度值超限定值会触发报警装置次设计具模块化处理成低廉精度较高性高电路非常简单等特性
参考文献
[1] 童诗白华成英模拟电子技术基础第三版高等教育出版社2001
[2] 杨振江孙占彪王曙梅布线涛智仪器数采集系统中新器件应西安电子科技学出版社200112
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[5] 韩志军沈晋源王振波单片机应系统设计机械工业出版社20051
[6] 赵继文传感器应电路设计科学出版社20023
[7] 吴少军刘光斌实低功耗设计原理器件应民邮电出版社20033
[8] 王彦延群危胜军Protel电路设计指南清华学出版社20006
致 谢
转眼间四年学生活开始走尾声四年时光里生活简单三点线结构宿舍食堂教室构成规律学生涯现撰写毕业文应该说四年生活结尾曲四年学见证衷心感谢四年直陪伴左右老师学果没学迷失方生活枯燥乏味
首先特感谢文指导老师前期方指导期谆谆教导老师渊博知识令折服温厚性格令敬慕感谢老师帮助
次感谢身边学生活中予众关怀遇挫折时时伸出援手谢谢四年陪伴
百忙中抽出时间文评阅老师表示衷心感谢
附录 整体电路图
附录二 整体程序
}
}
绥化学院科毕业设计创作声明
郑重声明：提交毕业设计导师指导绥化学院学期间独立进行研究工作取成果知毕业设计中已注明部分外包含已发表撰写研究成果文研究工作做出重贡献集体均已文中明确方式注明声明法律结果完全承担
作者签名： 日期： 年 月 日
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作者签名： 日期： 年 月 日
导师签名： 日期： 年 月 日
科毕业设计指导教师意见
学生姓名
学号
教学单位
电气工程学院
专业
年级
指导教师姓名
学位
职称
毕业设计题目
字数
指导教师评语：
指导教师意见：
明确否意答辩
指导教师签字：
年 月 日
科毕业设计答辩委员会意见
学生姓名
学号
教学单位
电气工程学院
专业
年级
指导教师姓名
学位
职称
毕业设计题目
字数
毕业设计成绩：优秀（ ）良（ ）中等（ ）合格（ ）合格（ ）
√
答辩委员会意见：
答辩委员会席：
年 月 日
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