2022年2022年家用煤气泄漏报警器 .pdf

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1、课程设计任务书信息技术学院通信工程专业 08 级， 学号 20084074214 姓名 李建强一、课程设计课题：家用煤气泄漏报警器二、课程设计工作日自 2011 年 11 月 21 日至 2011 年 12 月 9 日三、课程设计进行地点：信息技术学院四、程设计任务要求：1. 课题来源 : 教师指定2. 目的意义 : 此次课程设计，有助于学生对电子线路知识的整合和电子线路设计能力的训练，并为后继课程的学习和毕业设计打下一定的基础。3. 基本要求 : 1)设计一个家用煤气泄漏报警系统，当煤气在空气中的浓度大到一定浓度时，触发报警器发出报警声。2)电路由气敏传感器、开机延时电路、报警触发电路与输出

2、电路组成。3)气敏元件自选；4)控制电路自行设计；5)在满足设计要求的前提下，力求电路简单，可靠，成本低廉。课程设计评审表指导教师评语：成绩：签字：日期：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 16 页 - - - - - - - - - 通信工程基础课程设计研究报告家用煤气泄漏报警器学生姓名：李建强学生学号： 20084074214指导教师：孟艳君所在学院：信息技术学院专业班级：通信工程(1) 班中 国 大 庆2011 年12 月名师资料总结 - - -精品资料

3、欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 16 页 - - - - - - - - - I 摘要随着人们生活水平的提高， 越来越多的家庭都开始使用煤气灶。这为人民的生活提供了便利， 但人们因煤气而中毒的现象也屡见不鲜，为人们的安全埋下了隐患。为了更放心的使用煤气， 设计了一个以 AT89C2051为系统核心，利用 MQ-5电阻式半导体传感器采集煤气信息的家用煤气报警器。将MQ-5采集的煤气浓度模拟量送入到 ADC0832 中，通过与设定值比较并进行模数转换，得到煤气偏差量的数字值，将此值送入到单片

4、机中进行处理分析，判断是否报警并通过二极管的亮灭情况得出煤气浓度的高低或直接从显示器中读出煤气的浓度值，从而实现对家用煤气漏气的监控。 整个系统的硬件电路设计简单合理，性能安全可靠， 成本低廉。关键词：AT89C2051 MQ-5煤气传感器 ADC0832Abstract With the improvement of peoples living conditions, more and more families are beginning to use gas burner. This has offered the facility for the peoples life, but

5、the phenomenon that people are poisoned because of coal gas is of common occurrence too, bury the hidden danger for peoples security. In order to feel relieved the use coal gas, has designed one take AT89C2051 as the system core, uses the MQ-5 resistance type semiconductor sensor gathering coal gas

6、information the domestic gas alarm apparatus. The MQ-5 gas collected fed into the ADC0832 analog concentration in comparison with the set value and the analog to digital conversion, digital gas deviation value, this value is sent to a microcontroller for processing and analysis, to determine whether

7、 Alarm and through the diode light come off of the gas concentration level or reading directly from the display of gas concentration, in order to achieve the monitoring of household gas leak .The whole system hardware circuit design is simple and reasonable and reliable performance, low cost.Keyword

8、: MSP430F149 MQ-5 Gas sensorsADC0832名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 16 页 - - - - - - - - - II 目 录1 绪论 . 11.1 课题研究的背景. 11.2 课题研究的目的. 11.3 系统设计基本内容. 22 系统设计 . 22.1 系统实现方案与选择. 22.1.1 基于单片机的实现方案. 22.1.2 基于 AT89C2051 的方案的实现 . 32.1.3 方案选择 . 32.2 处理器的选择

9、与应用. 42.2.1 AT89C2051 介绍 . 42.2.2 选择 AT89C2051 的优点 . 42.3 煤气传感器的选择. 52.4 A/D 转换器选择 . 63 基于 AT89C2051 系统电路设计 . 73.1 系统硬件总电路设计. 73.2 系统硬件电路. 73.3 信号采集转换电路的设计. 83.4 电源转换电路设计. 93.5 本章小结 . 94 系统电路调试. 94.1 模块的连通性调试. 10 4.2 系统各硬件的检测及控制性. 10 4.3 系统主控硬件的通信性能调试. 10 4.4 系统软硬件综合性能测试. 10 5 器件清单 . 11 6 心得体会 . 11

10、参考文献 . 11 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 16 页 - - - - - - - - - 1 1 绪论1.1 课题研究的背景近年来，我国燃气行业发展迅猛，液化气，天然气、煤制气等新式能源作为清洁能源已在工商业中和城镇居民用户中得到了广泛的应用，特别是随着我国燃气的变革及“西气东输”工程的进行，燃气行业发展潜力巨大。城市燃气的普及和应用无疑对改善城镇的环境质量和人民的生活质量发挥着巨大的作用。但随着燃气的广泛应用，家用煤气有时会因各种原因发生泄漏，煤

11、气的主要成分是CO 、氢和烷烃、烯烃、芳烃等的混合物，他们是一种可燃性气体，遇到明火会发生燃烧甚至爆炸， 所以如果在煤气泄漏时打电话，使用家用电器的话， 煤气遇到电火花可能会发生爆炸事故。 人呆在煤气泄漏的空间内， 甲烷的不完全燃烧可能会生成一氧化碳， 人体吸入有毒气体一氧化碳后， 一氧化碳将会迅速与血液中的红细胞结合导致人体中毒昏迷， 如果长时间吸入泄露的煤气甚至会发生中毒死亡。一氧化碳中毒属内科急症， 如不及时发现及治疗， 将会危及生命。 由于燃气泄露所造成的爆炸、 煤气中毒、 火灾等事故时有发生， 这在某种程度上增加了城镇的不安全和不稳定因素。 为了使燃气更好的造福于民，造福与社会， 减

12、少因燃气泄露而造成爆炸、 煤气中毒、 火灾等事故， 各燃气使用单位及居民用户选择一种实用的煤气报警器实为必要之举。1.2 课题研究的目的计算机的普及和信息技术的迅猛发展，人们己不满足于传统的居住环境，对家庭及住宅小区提出了更高的要求，智能化被引入家庭， 并迅速在世界各地发展起来。人们对居住环境要求的日见增高，体现在希望住宅不仅更便利、 舒适而且更安全。即要求家庭及住宅小区智能化，一般认为， 在现代化的城乡住宅小区内综合采用微型计算机、 自动控制、 通信与网络及智能卡等技术，建立一个由住宅小区综合物业管理中心与安防系统、 信息通信服务与管理系统和家庭智能化系统组成的“三合一” 住宅小区服务与管理

13、集成系统，最终目的是使每一住户得到满足其要求的最佳方案。国家建设部规定，目前住宅小区应实现六项智能化要求，其中包括实行安全防范系统自动化监控管理; 防盗报警系统应安装红外或微波与煤气泄漏报警器等各种类型报警探测器。基于此项规定， 煤气泄漏自动报警实现智能化势在必行。在社会信息化进程日益发展的今天，信息技术应用己渗透到人类生存、活动的各个领域，在建筑领域，人们的现代生活、工作对居住要求舒适健康、安全可靠、高效便利。这时候气体燃料的应用也越来越广泛。目前家用煤气，液化器、天然气作为气体燃料， 已用与家庭旅馆， 深入人民的生活之中。 气体燃料的应用和普及，伴之而来的是气体泄漏造成的中毒、爆炸、火灾等

14、事故也时有发生。其中由于煤气中毒死亡尤为严重。众多周知由于CO与血液中的血红素的结合能力是氧的 240 倍, 因此, 当它进入人体血液循环系统后, 就会大量取代氧而与血红素结合, 抑制血液中氧气的释放 , 从而导致发生头痛、 耳鸣、呕吐、血压降低等不同程度的症状发生。 如果 CO中毒严重 , 轻者于康复过程中可能会头昏眼花、丧失记忆或引起视觉及神经上的障碍, 严重者会导致脑部受损甚至发生死亡。为了防止中毒事件再次发生， 提出利用单片机系统进行有效的预防对策。所以怎样防止煤气中毒与爆炸已成为人们的迫切需要。为此我们开发研制了智能煤气报警系统。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - -

15、- - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 16 页 - - - - - - - - - 2 1.3 系统设计基本内容本设计主要研究并设计一个基于单片机的煤气报警系统，这是一套集有毒气体检测、报警电路、显示室内空气质量（分优、良、中、差4 级）于一体的简易实用的报警设备。控制系统主要是由MCS-52系列单片机、电源电路、 AD数据采集电路、传感器电路、复位电路、人机接口电路、声光报警电路等部分组成。单片机通过对 AD转换气敏传感器所采集的信号进行分析处理后，利用LED及显示器的显示对室内煤气进行监控。 报警系统由硬件和软

16、件两大部分组成。其中硬件部分由各报警感应器、 感应器控制器、 主控器等设备组成。 软件部分主要是报警系统控制程序。 气敏传感器用来检测空气中煤气的浓度，当空气中煤气含量超过允许标准浓度后， 感应器所获得的感应信号均被感应器控制器所接收，再由感应器控制器对各感应信号进行相应识别和处理，并将处理后的感应信号通过串口送至主控器，由主控器对其采取相应的警报动作。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。2 系统设计微处理器的出现极大地促进了生产力的发展，提高了人们生活的质量， 实现了工业的现代化和自动化。Internet技术的飞速发展，使得基于分组交换技术的通信性能、通信质量

17、和可靠性得到稳步提高。基于8 位和 16 位单片机的嵌入式设备 ( 如仪器仪表、数据采集和显示、过程控制、工业自动化等)的实时应用、测控系统正在走向网络智能化。 这就要求企业从现场控制层到管理层能实现全方位的无缝信息集成， 实现远程维护、 智能诊断以及远程管理功能，提供一个开放的基础构架，并具有高可靠性、分散控制、集中监视和管理的功能。2.1 系统实现方案与选择针对目前主要处理芯片的不同， 本文提出了 2 种实现方案，分别为基于 8051单片机实现方案以及基于MSP430F149 实现方案。并最终选择了一种方案进行系统实现。2.1.1 基于单片机的实现方案基于 8051 单片机实现的煤气报警器

18、的具体方案如图2.1 所示。该方案主要包括了可燃气体传感器、A/D 转换器、 AT89C2051单片机电路、晶振、蜂鸣器以及 LED显示电路。可燃气体传感器输出为模拟量， 需要利用 A/D 转换器将模拟量转换成数字量送给 AT89C2051单片机；晶振和复位作为 AT89C2051 单片机的外围输入电路， 蜂鸣器作为报警用的AT89C2051 单片机的外围输出电路； 显示电路采用了 LED灯显示并通过串口显示在上位机上。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 16

19、 页 - - - - - - - - - 3 89C2051AD 转换电路串口电路显示电路气体检测电路晶振电路复位电路报警电路图 1 基于 8051 单片机的实现2.1.2 基于 MSP430 的实现方案的实现方案基于 MSP430 实现的煤气报警器的具体方案如图2.2 所示。该方案主要包括了可燃气体传感器、串口电路、MSP430F149模块电路、晶振、复位、蜂鸣器以及 LED显示电路。可燃气体传感器输出为模拟量，需要利用A/D 转换器将模拟量转换成数字量，在此我们可以利用MSP430 单片机自带的 12 位 AD进行转换，再通过其自身对数字量进行分析处理；晶振和复位电路作为MSP430F14

20、9 模块电路所必须的外围输入电路，蜂鸣器作为输出电路用于报警；显示电路采用了4个 LED灯进行显示，可显示优、良、中、差4 个级别，由 MSP430F149 模块电路控制实现显示。MSP430串口电路显示电路气体检测电路晶振电路复位电路报警电路图 2 基于 MSP430的实现2.1.3 方案选择方案 1 中采用的是 8051 单片机实现煤气报警器，该方案结构化设计简单，并且采用 89C2051小型单片机进行控制， 大部分引脚都有其各自的用处， 芯片的利用率非常高。在硬件上，器件成本低，电路设计简单实用，性能安全可靠；软件上，我们可以采用keil c软件进行编程，简单易懂，编程很方便。这是一种非

21、常广泛采用的实现方案。方案2 采 用 的 是 MSP430F149 模 块 实 现 煤 气 报 警 器 ， 该 方 案 基 于MSP430F149模块进行开发设计， MCU 模块用于加速嵌入式系统的开发和实施。编程开发可采用 IAR 430 软件, 这是一个包括编辑器、 链接器、装载器和编译器在内的 C语言集成开发环境。 从你的计算机通过并口或USB 仿真器下载程序， 可立即在目标硬件上进行调试无需在线仿真器。这种开发环境减少了工作量，加速了软硬件集成， 是用户选择此方案的一大亮点。并且 430 单片机低功耗， 这名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - -

22、 - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 16 页 - - - - - - - - - 4 是他最大的优点，但MSP430 单片机价格较高，管脚很多，更适宜应用在比较大的项目之中，而非用在如此小的简单设计中。在家用煤气报警器的设计当中，我们只需要探测室内煤气的浓度并作出预警，通过上位机或其他方法显示出煤气的浓度，并自动或人为的对煤气阀门做出处理。对于这些要求， AT89C20512单片机已然完全可以胜任，并能够达到并实现智能化小区的理念。综合以上两种方案及本设计的要求，本设计选择了方案1基于 AT89C2051 单片机实现煤气报警器的方案。 这

23、样既是对单片机的充分利用，同时在成本上大大降低，真正的实现了人民群众所希望的物美价廉的要求。在此报警系统中， 利用可燃气体传感器检测某一环境中可燃气体含量的指标，对于可燃气体的检测，由于可燃气体传感器输出量为模拟量，需要将其进行A/D转换后送给单片机，当其含量超过设定值时，由主控芯片AT89C2051 模块控制蜂鸣器进行报警。2.2 8051 单片机的选择与应用2.2.1 AT89C2051单片机的介绍AT89C2051是美国 ATMEL 公司生产的低电压、高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和 128bytes的随机数据存储器（R

24、AM ） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、 非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用8 位中央处理器和Flash 存储单元，AT89C2051单片机在电子类产品中有广泛的应用。AT89C2051是一带有 2K 字节闪速可编程可擦除只读存储器（EEPROM）的低电压，高性能8 位 CMOS 微处理器。它采用ATMEL 的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS-51 指令集和引脚结构兼容。 通过在单块芯片上组合通用的 CPLI 和闪速存储器， ATMEL 的 AT89C2051 是一强劲的微型处理器，它对许多嵌入式控制应用提供一定高度灵活和成本低的解决办法。AT8

25、9C2051提供以下标准功能： 2K 字节闪速存储器， 128字节 RAM ，15根 I/O 口，两个 16位定时器， 一个五向量两级中断结构， 一个全双工串行口， 一个精密模拟比较器以及两种可选的软件节电工作方式。空闲方停止CPU 工作但允许 RAM 、定时器/计数器、串行工作口和中断系统继续工作。 掉电方式保存 RAM 内容但振荡器停止工作并禁止有其它部件的工作到下一个硬件复位。另外， AT89c2051设计有 2 个程序保密位，保密位1 被编程之后，程序存储器不能再被编程除非做一次擦除，保密位 2 被编程之后， 程序不能被读出。 可以严格保护程序开发者的利益。2.2.2 选择 AT89C

26、2051 的优点在众多 51系列单片机中，几乎每一款单片机都可以胜任此项设计，但此处选择 AT89c2051有其充分的理由。首先，从管脚数目上来说， AT89c2051是一般单片机引脚数目的1/2 ，但功能与其他单片机相同， 在此设计中已完全够用， 并且这样还减小了单片机的体积，方便封装。再有， 从软硬件的开发上来看， 由于 89C2051内部程序存贮器为 Flash ，所以修改它内部的程序十分方便快捷，只要配备一个可以编程89C2051的编程器即可。调试人员可以采用程序编辑- 编译- 固化 -插到电路板中试验这样反复循环的方法，对于熟练的MCS-51程序员来说，这种调试方法很是方便。名师资料

27、总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 16 页 - - - - - - - - - 5 2.3 煤气传感器的选择对于煤气报警器的实现， 感应器的选择也相当的重要， 是系统重要的组成部分之一，其性能对于系统的精确度和实现范围有这相当大的影响，也是体现煤气监控发展现状的标志。市面上的煤气感应器多种多样， 特性价格也各有不同。 根据实际应用和成本性价比，本设计传感器选择了MQ-5电阻式半导体传感器，其详情如下：特点： 1、对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度 2、对乙醇，

28、烟雾几乎不响应 3、快速的响应恢复特性 4、长期的使用寿命和可靠的稳定性 5、简单的测试电路应用：适用于家庭或工业上对液化气，天然气，煤气的监测装置。优良的抗乙醇，烟雾干扰能力。MQ-5气敏元件的结构和外形如图1 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。它的测试电路简单，如 2 所示。图 1 MQ-5 结构和外形图 2 MQ5测试电路原理： MQ-5传感器对在不同的气体浓度时会有不同的电阻值

29、，根据这个性质我们就能够通过它来检测室内煤气的浓度。它的灵敏度曲线如图3 所示。图 3 灵敏度曲线名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 16 页 - - - - - - - - - 6 2.4 A/D 转换器选择本文 A/D 转换器选择了 ADC0832，该芯片是美国国家半导体公司生产的一种 8 位分辨率、双通道A/D 转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎。ADC0832 具有以下特点： 8 位分辨率；双通道 A/D 转换；输入

30、输出电平与 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；一般功耗仅为 15mW ； 8P 、14PDIP（双列直插）、PICC多种封装；商用级芯片温宽为0C to +70 C ，工业级芯片温宽为- 40C to +85C ；ADC0832 为 8位分辨率 A/D转换芯片，其最高分辨可达256 级，可以适应一般的模拟量转换要求。 其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理

31、器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。单片机对 ADC0832 的控制原理：正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线， 分别是 CS 、CLK 、DO 、DI。但由于 DO端与 DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和 DI 并联在一根数据线上使用。 （见图 4）当 ADC0832未工作时其 CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和 DO/DI的电平可任意。当要进行 A/D 转换时， 须先将 CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作， 同时由处理器向芯片时钟输入端CLK

32、输入时钟脉冲， DO/DI 端则使用 DI 端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前 DI 端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3 个脉冲下沉之前 DI端应输入 2 位数据用于选择通道功能，其功能项见表1。图 4 AD 转换电路表 1 通道选择模式如表 1 所示，当此 2 位数据为“ 1” 、 “0”时，只对 CH0进行单通道转换。当2 位数据为“ 1” 、 “1”时，只对 CH1进行单通道转换。当2 位数据为“ 0” 、 “0”时，将 CH0作为正输入端 IN+，CH1作为负输入端 IN- 进行输入。当 2 位数据为“0” 、 “1”时，将 CH0作为负输入端 IN- ，

33、CH1作为正输入端 IN+进行输入。此设计中我们使 ch0 作为 IN+，ch1 作为 IN- 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 16 页 - - - - - - - - - 7 到第 3 个脉冲的下沉之后DI 端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。 从第 4 个脉冲下沉开始由 DO端输出转换数据最高位DATA7 ，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11 个脉冲时发出最低位数据DATA0 ，一个

34、字节的数据输出完成。 也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据， 即从第 11 个字节的下沉输出DATD0 。随后输出 8位数据，到第 19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D 转换的结束。最后将 CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。3 基于 AT89C2051 系统电路设计3.1 系统硬件总电路设计系统的工作原理是利用煤气传感器将煤气浓度变换为V级模拟电流信号，经低通滤波滤掉干扰信号送到A/D 转换器，变换成数字量送主控芯片进行数据分析。输出信号到显示器，并通过LED灯的亮灭即可显示出“优、良、中、差”等4 个等级的空气质量提示。当感应信号达到设定的任意一个危险区

35、域值时，主控芯片将输出信号驱动报警，控制显示器显示出相应空气质量等级即为“差”，驱动蜂鸣器发出声响，报警LED发光，以让监控人员进行处理，以排除故障。故障排除后，报警完毕自动回到警戒状态，等待下一次报警。AT89C2051串口电路与计算机相连LED 显示电路气体检测电路晶振电路复位电路报警电路电源电路开机延时电路A/D 转换电路图 5系统原理框图系统采用模块化设计。 所谓模块化设计， 简单就是程序的编写不是开始就逐条录入计算机语句和指令， 而是首先用主程序、 子程序、子过程等框架把软件的主要结构和流程描述出来，并定义和调试好各个框架之间的输入、输出链接关系。用户端自动报警器内提供备用电源，在没

36、有市电的情况下， 交直流供电自动切换，确保系统在停电时能继续工作。3.2 系统硬件电路系统硬件电路的总体设计主要包括了AT89c2051模块电路设计、煤气传感器电路设计、 A/D转换器电路设计以及通信接口电路设计。使用 AT89C2051 为系统核心，利用 MQ-5电阻式半导体传感器采集煤气信息的家用煤气报警器。将MQ-5采集的煤气浓度模拟量送入到ADC0832 中，通过与名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 16 页 - - - - - - - - - 8

37、设定值比较并进行模数转换， 得到煤气偏差量的数字值， 将此值送入到单片机中进行处理分析，判断是否报警并通过二极管的亮灭情况得出煤气浓度的高低或直接从显示器中读出煤气的浓度值，从而实现对家用煤气漏气的监控。串口通信主要利用AT89C2051 模块端口 P3.0 和 P3.1 作为串口通信端口， 分别定义为 RXD 和 TXD 。蜂鸣器则有 MSP430 模块 P1.7 输出端口实现控制。系统总体硬件原理图如图6 所示。图 6 系统总体硬件原理图3.3 通信端口电路RS-232C是目前最常用的串行接口标准，用来实现计算机和计算机之间、计算机和外设之间的数据通信。在 PC机系统中都装有异步通信适配器

38、，利用它可以实现异步串行通信。而且 51 单片机本身具有一个全双工的串行接口，因此只要配以电平转换的驱动电路、隔离电路就可以组成一个简单可行的通信接口。由于 MCS-51 单片机的输入和输出电平为TTL电平， 而 PC机配置的是 RS-232C标准串行接口，二者电气规范不一致，因此要完成PC机与单片机的数据通信，必须进行电平转换。我们采用了专用芯片MAX232 进行转换。我们采用了三线制连接串口，也就是说和计算机的9 针串口只连接其中的3 根线：第 5 脚的 GND 、第 2 脚的 RXD 、第 3 脚的 TXD 。电路如下图所示， MAX232 的第 10 脚和 AT89C2051单片机的

39、3 脚连接，第 9 脚和单片机的 2 脚连接，第 15 脚和地连接。其典型电路连接如图 7 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 16 页 - - - - - - - - - 9 图 7 MAX232典型电路连接3.4 电源转换电路设计系统中各个芯片主要使用5V电源，因此本电路中电源模块使用LM7805进行稳压。 LM7805是三端正电源稳压电路，他的封装形式为TO-220 ，它输出固定的5V 电压，并且由于其内部电流的限制，以及过热保护和安全工作区的保

40、护，使得它基本上不会损坏， 如果提供足够的散热片， 他还可以输出大于1.5A 的电流。虽然它是按照固定的电压值设计的，但只要接入相应的外部电路， 就可以得到任意的电压值和电流值。同时，在开关电路中加入了RC电路，已达到开关延时的效果，通过计算可得到精确地R值和 C值（即电阻值和电容值） 。电源转换电路如图 8 所示。图 8 电源转换电路3.5 本章小结本章针对基于 AT89C2051 单片机的实现方案， 给出了系统实现的总体硬件电路设计。并分别对气体传感器电路、A/D转换器电路、开关延时电路以及通信接口电路的设计进行了详细阐述。4 系统电路调试在进行硬件电路的实验调试时，首先检测电路板各个主要

41、模块之间的连通性，即保证硬件电路焊接及连接无误，是否有短路、虚焊现象发生；对系统各硬件电路进行检测， 保证各模块可以正常工作， 同时保证各主要硬件电路可以由主控芯片 AT89C2051 进行控制；对系统主控芯片AT89C2051 模块的通信进行测试；结合系统软件测试， 利用硬件平台进行功能性检测， 最终验证系统软硬件综合功能的实现。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 16 页 - - - - - - - - - 10 4.1 模块的连通性调试该部分电路的测试

42、主要完成各个主要模块之间连通性测试，包括了煤气传感器和 A/D 转换器之间的连接、 A/D 转换器和 AT89C2051模块之间的连接、 LED显示电路与 AT89c2051单片机之间的连接、 晶振以及蜂鸣器与AT89C2051 单片机之间的连接等。按照逐级检查的方式， 对各个连接电路部分进行仔细测试检查，保证整体系统的连通性正确。 连通性调试期间， 各模块均以 LED代替，外接一个发光二级管，控制每个端口的连接，直到各个接口灯亮，连通性调试结束。4.2 系统各硬件的检测及控制性系统各硬件的检测及控制性主要包括了各主要模块的功能性验证，即煤气传感器检测电路、 LED显示、报警等电路各自可以正常

43、工作。同时为了保证各硬件控制性，利用主控芯片AT89C2051 模块完成对各部分硬件电路控制性的测试，保证硬件电路各个环节工作正常且均可以由AT89c2051模块实现控制。1）A/D转换电路的调试 A/D 转换电路的主要工作是对采集到的模拟输入信号进行正确的采样和转换，所得到的数字信号量应该与原模拟信号量一致。在试验中采用编组器产生模拟输入信号量， 读取其 A/D 转换后的数字量经行比较。 实验的结果表明A/D采样精度满足系统功能要求。2）煤气检测电路的测试此模块的主要功能是采集煤气气体浓度的信号，元件在接触标定气体1000ppm 煤气后 10 秒以内负载电阻两端的电压可达到(Vdg- Va)

44、 差值的 80%( 即响应时间 ); 脱离标定气体 1000ppm煤气 30 秒钟以内负载电阻两端的电压下降到(Vdg- Va) 差值的 80%(即恢复时间 ). 3）串口通信模块测试串口通信调试主要借助串口调试助手实现AT89C2051 与 PC机之间的通信，通过观察串口助手上发送和接收得数据是否一样，来确定串口通信电路是否正确，保证发送数据与接收数据正常。4.3 系统主控硬件的通信性能调试系统主控硬件的通信性能调试系统主控硬件的通信性能调试系统主控硬件的通信性能调试系统主控硬件电路的通信性能调试主要是对RS-232 电路进行调试和测试，保证通信可以正常运行。4.4 系统软硬件综合性能测试结

45、合系统软件测试， 利用硬件平台进行功能性检测，即验证系统软硬件综合测试正常。主要包括了煤气传感器电路、 AD转换电路、LED灯显示等功能的正常。并实现各部分功能的综合测试。 煤气检测综合测试， 该综合测试主要在系统调试正常的情况下，验证煤气浓度的测试情况。首先对某一环境下的煤气进行检测，植入显示器，观察显示器上气体浓度的数值；其次，通过一些特殊手段，改变环境的煤气的含量， 同时观察显示屏显示的煤气含量数值是否发生变化；当煤气含量指标达到一定限制值时，报警电路是否可以正常报警。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精

46、心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 16 页 - - - - - - - - - 11 5 器件清单本次设计所用的元器件如表2 所示：序号元件说明参数数量1 AT89C2051 单片机DIP16 1 2 MAX232 串口转换芯片DB9 1 3 MQ-5 煤气传感器1 4 ADC0832 A/D转换器DIP8 1 5 LM7805 电源芯片TO-220 1 6 30pF 电容C0805 2 7 10uF/25v 电容电解电容1 8 1uF 电容C0805 4 9 450uF 电容电解电容1 10 60uF 电容电解电容1 11 8550 三极管TO-92 1 12 1K 电阻

47、R0805 4 13 10K 电阻R0805 5 14 12M 晶振1 15 复位按键1 16 自锁按键1 17 蜂鸣器1 18 LED灯D0805 5 表 2 元器件清单一览表6 心得体会通过本次课程设计， 我从中学习到了很多专业基础的知识，对电子设计有了更浓厚的兴趣。 在这次设计中学到了不少先前未曾注意到的知识，如开关延时电路的设计， 这本是电路基础中的知识， 但在我们的学习过程中并未用到它，未曾深入的研究 RC电路有何用处，不知道在 RC电路中应该如何确定电阻电容的确切值，虽然知道它用处很大，但那只是知道，其实并不会用。这次的设计过后，我更深层次的了解到严谨认真、 注重实践的科学态度是多

48、么的重要，自己要从失败中总结教训，积累经验。在工作中不断的发现自己的不足，以完善自己，不断的充实自己， 挑战自己， 如此才能在今后的工作生活中获得更多的收获。感谢孟老师耐心地审阅课题全稿， 提出宝贵的意见。 感谢一直在身边支持我、 帮助我的同学，在我遇到问题时，他们都尽心为我解答，如果遇到我们都不熟悉的问题，我们会一起思考， 共同解决。由于老师的支持和同学的各方配合才使得我的课题能顺利的完成。在此，我向他们致以最诚挚的谢意！参考文献1 李竹君 电子技术重庆大学出版社 2000.9；2 陈杰 传感器与检测技术高等教育出版社 2002.8；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 16 页 - - - - - - - - - 12 3 曲学基 常用电子器件电路精选电子工业出版社 1991；4 张福学 传感器应用及其电路精选电子工业出版社 1992 ；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 16 页 - - - - - - - - -