居室有害气体监测仪的设计

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇居室有害气体监测仪的设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要：本文就根据行业现状与相关需要设计了一款基于单片机的有害气体检测系统。此系统应具备高精度的有害气体采集显示、可燃气体浓度的采集显示以及相关参数的报警功能。

关键词：STC89C52单片机；可燃气体浓度检测；数模转换器；环境报警

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

引 言：随着人们生活水平的不断提高，对我们居室生活的安全要求也不断提高，在日常的生活中安全防范中，有害气体检测是不可缺少的一个部分，这个参数关系到人们的生活财产安全

在国外，目前的有害气体系统相对国内而言相对先进许多，国外的设计更注重系统的整体功能设计，而不去关心具体的有害气体的采集方式，国外设计的系统就有很高的稳定性，适应性，仅需少许的设置即可将整套系统移植到不同的需求场所进行稳定报警工作。

本次设计的有害气体检测系统，是一种新型的有害气体监测系统改变原有设计的缺陷，提高检测的实时性与可靠性。

1 系统构思与设计

系统的设计构思

通过查询相关的有害气体可燃气体采集系统的设计思路，了解本次设计的功能需求，制订了本次系统的设计功能指标。

通过设计，系统主要由7大功能模块组成，每个模块在整个有害气体检测系统中发挥着各个系统的相关功能职责，在后续中会进行各大功能模块的详细介绍。

系统的设计方案

根据系统的功能需求进行相关子系统的方案设计，在设计中主要进行了中央处理器的方案设计、显示设备的方案选择、有害气体采集设备的方案选择、模数转换的方案设计与选择、按键的方案设计与选择以及报警电路的方案设计与选择。

中央处理器

本次设计中中央处理器选用由美国STC公司推出的STC89C52单片机。

STC89C52单片机是美国Atmel公司推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统的8052单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可随意选择。STC89C52单片机是MCS-51系列单片机的派生产品它们在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准基8052单片机完全兼容，DIP40封装系列与8051为pin-to-pin兼容。STC89C52单片机高速，低功耗，不占用户资源。因此基于本设计的需要，决定使用DIP40封装的STC89C52RC型单片机进行有害气体检测系统的开发设计。

1.2.2 显示器

本次采用LCD1602进行显示设计。使用LCD1602进行有害气体可燃气体等相关信息的显示，优点是可以进行丰富的显示内容输出显示屏内可以进行32个字符的内容输出，硬件驱动电路简单，软件程序相对复杂，在距离较远时观察效果较差。

1.2.3 有害气体采集器

本次的有害气体采集选择MQ-7进行设计。MQ-7是一款数字有害气体传感器，其采用电阻加热原理进行有害气体检测，当期供电电压一定是，有害气体的浓度与输出电压成正比，即浓度越高输出电压越高。

1.2.4 可燃气体采集

MQ-5可燃气体传感器是一款通过加热原理进行化学反应输出的模拟信号的可燃气体传感器，此传感器内部具有加热电阻，上电后加热电阻加热，是内部可燃气体升高，当可燃气体浓度加高时，传感器内部反应就会相对剧烈，此时输出电压也会相对较高，通过电路检测输出电压即可知道环境的可燃气体浓度。

1.2.5 模数转换器

采用ADC0809进行系统的模数采集工作。ADC0832模数转换器，此转换器支持差分输入和单端输入两种模式，但参考源与供电电压相同，不能进行参考源设置，使用3线控制机制占用资源较少，适合1-2路模拟信号的采集状况。

1.2.6 报警器

通过分析系统的使用场合和相关的报警要求决定再设计中采用讯响器进行开发设计。讯响器就是通过频率震荡输出高频信号控制压电陶瓷震动发出报警声音进行报警的设备，其特点是报警效果好，价格低廉。

1.2.7 日历时钟电路

根据实际系统的需要，要保持时间的可靠性，本次设计选用DS1302进行系统的开发设计。采用专用时间芯片进行时间的设定，本次实际预计使用DS1302进行时间的记录，其特点是占用系统资源少，并且可以进行掉电保持，通过两个I/O进行数据通信，完成时间的读取功能。

系统功能设计说明

系统接通电源后屏幕显示初始值，进入检测状态，单片机控制ADC0809进入采集状态，通过控制ADC0809选择相应的ADC信道进行MQ-5的实时信号采集，通过单片机处理ADC0809的信号值进行LCD显示，通过单总线通信的方式完成MQ-7的有害气体采集功能，并将有害气体信息输出显示的LCD1602，LCD1602还进行实时的阀值显示。

时间显示功能：在系统默认状况下显示实时的系统时间。

有害气体检测系统显示功能：当LCD1602显示的实时采集值，当采集值高于设定的有害气体上限与可燃气体上限则进行报警。

系统整体设计方案

通过上述的系统功能需求分析、系统相关的硬件系统选择与相关功能参数的确定最终得到如下设计指标：

1) 采用STC89C52进行系统核心设计；

2) 采用MQ-7进行有害气体采集设计；

3) 采用MQ-5传感器进行可燃气体检测；

4) 通过ADC0809进行模数转换采集工作；

5) 使用按键完成设计的功能设计和修改功能；

6) 使用LCD1602进行显示设计；

7) 就有阀值报警功能。

2系统设计

由于本设计在系统硬件的整体设计时，把系统的设计分成了4个部分，因此在软件设计时，要求对这3部分都有一定的考虑。本部分在通过需求分析后，认为软件部分要完成如下的功能：

（1）对LCD1602的数据显示和报警值显示进行重点设计；

（2）对按键的处理进行重点设计；

（3）对报警值进行详细设计；

实际设计时采用模块化程序设计方案，用以降低设计难度。程序方面大致分为4个模块：主程序模块、有害气体可燃气体采集模块、液晶显示模块及报警模块。对于报警部分的程序，本系统使用单片机GPIO进行声音的控制输出，因为此部分的程序设计简单，在此不再进行多余地赘诉。

3 结论

本课题的研究工作已经基本达到预期的要求.归纳起来有以下几点：

1) 系统硬件设计重点使用的芯片有STC89C52单片机，主要完成系统的整体控制电路，是本次设计的核心元件、ADC0809模数转换电路，主要完成模数转换，将MQ2传感器的模拟参数转化为数字参数输出、MQ-7有害气体传感器，主要进行传感器的有害气体采集，使用单总线的有害气体传感器可以增强系统的扩展性、MQ-5可燃气体传感器进行可燃气体采集以及LCD1602液晶显示屏等芯片设计了包括电源电路、显示电路、有害气体采集电路、气体浓度采集电路、报警电路、复位电路、晶振电路等系统硬件电路。

2) 系统软件设计包括程序初始化，主要完成LCD初始化，MQ-7初始化以及相关全局变量的赋值、按键检测子函数，主要进行按键扫描识别按键、LCD液晶显示子函数，主要进行相关参数的显示，如有害气体、可燃气体浓度等、ADC0809模数转换子函数进行模拟电压到数字输出的转换、报警的电路子函数以及MQ-7子函数等模块，软件设计中采用模块的编程设计方式，特点是操作方便和容易修改。

参考文献

[1] 李金平等.电子系统设计[M].北京：电子工业出版社，2012.9.

[2] 姜智海等．单片机原理及应用[M]．北京：电子工业出版社，2007.6.