1、本科毕业论文（20 届）基于单片机的一氧化碳气体检测仪的设计所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 苏州大学本科生毕业设计（论文）i目 录前言 .1第一章 一氧化碳检测仪系统总体设计 .31.1 系统的功能要求 .31.2 系统的技术要求 .31.3 系统的组成及方案设计 .3第二章 系统的硬件设计 .52.1 主控电路 .52.2 一氧化碳探测电路的设计 .82.3 数码管显示电路设计 .132.4 声光报警提示电路 .142.5 按键电路 .152.6 硬件设计主电路图 .16第三章 系统的软件设计 .183.1 系统的主程序流程图 .183.2
2、 系统的子程序流程图 .19第四章 一氧化碳检测仪的调试及结果 .214.1 调试 .214.2 测试结果及分析 .21结论 .25参考文献 .26致谢 .27附录 .28苏州大学本科生毕业设计（论文）1基于单片机的一氧化碳气体检测仪的设计【摘要】 :一氧化碳检测仪是一种用于公共场所及室内具有检测及超限报警功能的仪器。其设计方案基于 AT89C51 单片机，选择 MQ-7 一氧化碳传感器。系统将传感器的标准信号通过 ADC0809 为核心的 A/D 转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由 LCD 显示一氧化碳浓度值。文中详细介绍了数据采集子系统、数据处理过程以及数据显示子系统和报警电路
3、的设计方法和过程。系统对于采样地点超出规定的一氧化碳容许浓度时采用三极管驱动的单音频报警电路提醒监测人员。同时，操作人员对于具体报警点的上限值可以通过单片机编程进行设置。另外，该系统对浓度信号进行了信号补偿等处理，减少了测量误差，因此，具有较高的测量精度，而且结构简单，性能优良。【关键词】:一氧化碳检测；单片机；数据采集处理系统Abstract: Carbon monoxide detector is a kind of instrument detection and alarm function for public places and indoor. The design scheme
4、 based on AT89C51 microcontroller, MQ-7 carbon monoxide sensor. The standard signal sensor by ADC0809 as the core of the A/D conversion circuit, after conditioning, data processing by the MCU, and finally by the LCD display carbon monoxide concentration values.This paper introduces the data acquisit
5、ion subsystem, data processing and data display subsystem and alarm circuit design method and process. System for a single audio sampling sites exceeding the prescribed carbon monoxide allowable concentration using triode driven reminder alarm circuit monitors. At the same time, the operator specifi
6、c alarm point for the upper limit set by MCU programming. In addition, the system of signal compensating of concentration signal, reduce measuring error Therefore, it has high measuring precision, and has the advantages of simple structure, excellent performance.Key words:The detection of carbon mon
7、oxide; Single chip microcomputer; Data acquisition and processing system苏州大学本科生毕业设计（论文）2前言一氧化碳是一种无色、无味、有毒的气体。它具有可燃性而不能支持燃烧。通过实验证明它还具有还原性。分子式 C-O，分子量 28.01，相对密度0.793（液体） 。熔点-205.0 摄氏度，沸点-191.5 摄氏度，自然点 608.89 摄氏度。与空气混合物爆炸限 1275%。在水中的溶解度低，但易被氨水吸收。在空气中燃烧呈蓝色火焰。遇热、明火易燃烧爆炸。在 400700 摄氏度间分解为碳和二氧化碳。当空气中 CO 达到
8、 600ppm 时，人体即有一半血红素无法携带氧气，因为 CO 与血红素结合的能力速度是氧气的二百四十倍。正常大气中 CO 浓度约为 10ppm，汽机车排气 CO 占 6%10%v，天然瓦斯燃烧正常 CO 约2%14%v，如燃烧不完全则 CO 浓度更高。一氧化碳在血中与血红蛋白结合而造成组织缺氧。急性中毒：轻度中毒者出现头痛、头晕、耳鸣、心悸、恶心、呕吐、无力。中度中毒者除上述症状外，还有面色潮红、口唇樱红、脉快、烦躁、步态不稳、意识模糊、可有昏迷。重度患者昏迷不醒、瞳孔缩小、肌张力增加、频繁抽搐、大小便失禁等。深度中毒可致死。慢性影响：长期反复吸入一定量的一氧化碳可致神经和心血管系统损害。一
9、氧化碳是一种易燃易爆气体。与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。在当今社会发展中，现代化的发展给人类带了很大的方便，但与此同时，人生安全越来越受到人们的重视，一氧化碳在工业领域所给我们带来的方便不言而喻，但它对人体的危害也是显而易见的。所以我们设计一款基于单片机控制的一氧化碳检测仪，对一氧化碳进行检测，为人们提供了安全的保障。一氧化碳气体检测仪采用一氧化碳传感器将空气中一氧化碳气体的浓度信号转换成微弱的电流或电压信号，再经过一级或两级信号放大，传送给单片机进行信号比较与处理，超过预定的阈值单片机就发出声光报警信号，驱动 LED灯，喇叭或蜂鸣器。相关的一氧化碳检测仪有：泵吸式
10、一氧化碳检测仪、便携式一氧化碳检测仪、在线式一氧化碳报警器。一氧化碳检测仪，主要检测一氧化碳，再通过单片机控制相应的报警装置。通过数码管显示当前的一氧化碳浓度值，通过按键设定相应的阀值。该项目主要是为了完成任务，包括：（1）硬件部分：包括传感器的选择，显示模块的选择，一氧化碳信号转换苏州大学本科生毕业设计（论文）3电路的设计，报警驱动电路的设计（2）软件部分：包括微处理器控制程序的编制和原理图的绘制。（3）系统的综合调试与分析：在软硬件完成以后，要对系统进行综合的测试与实验，分析系统的可靠性与实用性，调整系统的不足。苏州大学本科生毕业设计（论文）4第一章 一氧化碳检测仪系统总体设计本课题主要是
11、实现一氧化碳的检测及报警，下面分别对系统功能要求、系统技术要求及系统实现方案总体阐述。1.1 系统的功能要求本系统的研制主要包括以下几项功能：（1）一氧化碳探测功能：为了提高一氧化碳报警的准确性和及时性，一氧化碳报警系统需要使用各种方法进行一氧化碳探测。在实际使用中，根据不同的防一氧化碳场所，用户可以选用不同的探测法来有效的探测一氧化碳；（2）报警功能：当室内一氧化碳浓度过大时，报警器要进行报警。当一氧化碳超过最大设定值时，可以驱动相关负载工作。1.2 系统的技术要求在了解这个系统的工作原理以及功能之后，我们就可以基本确定系统的技术要求。系统采用的单片机处理器成本都比较低，可以满足批量生产和各
12、类工程的需求。对于完整的一个系统而言，为提高市场的竞争力，这个系统应符合体积小、功耗低、数传性能可靠和成本低廉等技术要求。具体指标和参数如下:(1)体积小：探测器的体积要尽可能的小，这样占用的空间才能减少，使用和更换才会方便；(2)功耗低：系统可以采用三节 5 号干电池供电或 5v 电源供电。1.3 系统的组成及方案设计本设计主要由一氧化碳传感器电路、单片机、报警电路、负载驱动电路、控制程序和编解码程序等组成。系统的组成结构如下：苏州大学本科生毕业设计（论文）5按键模块复位电路晶振电路数码管显示模块报警提示模块模数转换模块图 1-1 系统组成结构单片机苏州大学本科生毕业设计（论文）6第二章 系
13、统的硬件设计2.1 主控电路STC89C51 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程Flash，使得 STC89C51 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能：8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，三个 16 位 定时器/计数器,一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X51 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式
14、。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35Mhz，6T/12T 可选。STC89C51 主要功能如表 2-1所示。表 2-1 STC89C51 主要功能主要功能特性兼容 MCS51 指令系统 4K 可反复擦写 Flash ROM32 个双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM3 个 16 位可编程定时/计数器中断 时钟频率 0-24MHz2 个串行中断 可编程 UART 串行通道2 个外部中断源 共 6 个中断源2 个读写中断口线
15、 3 级加密位低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能STC89C51 引脚介绍 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）苏州大学本科生毕业设计（论文）7RST/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
16、指令，如果接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）STC89C51 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。P0 口（Pin39Pin32）：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0P0.7P1 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作频率 35Mhz，6T/12T 可
17、选。STC89C51 DIP 封装图如下图EA/VP 31X119 X218RESET9P37/RD17 P36WR16P32/INT012 P33/INT113P34/T014 P35/T115P101 P112P123 P134P145 P156P167 P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P2122P22 23P23 24P2425P25 26P26 27P2728PSEN 29ALE/P 30P31/TXD11 P30/RXD10GND20VCC 40U1STC89C52图 2-1 STC89C51 DIP
18、 封装图最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正常的运行状态。电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等，使单片机完成较复杂的功能。STC89C51 是片内有 ROM/EPROM 的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单可靠。用 STC89C51 单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，结构如图 2-2 所示，由于集成度的限制，最小应苏州大学本科生毕业设计（论文）8用系统只能用作一些小型的控制单元。图 2-2 单片机最小系统原理框图（1） 时钟电路STC
19、89C51 单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。内部时钟方式如图 2-3 所示。在 STC89C51 单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的 XTAL1(18)和 XTAL2(19)引脚外接石英晶体(简称振)，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容 C1和 C2 的作用是稳定频率和快速起振，电容值在 530pF，典型值为 30pF。晶振CYS 的振荡频率范围在 1.212MHz 间选择，典型值为 12MHz 和 6MHz。Y111.0592MHzC230pFC330pF1819图 2-3 STC89C51 内部时钟电路（2） 复位电路当在 STC89C51 单片机的 RST 引脚引入高电平并保持 2 个机器周期时，单片机内部就执行复位操作(若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态)。最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充放电来实现的。只要 Vcc 的上升时间不超过 1ms,就可以实现自动上电复位。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过 RST(9)端与电源 Vcc 接通而实现的。R110kC110uFS4VCC9时钟电路复位电路STC89C51 单片机 I/O口
