基于单片机的一氧化碳检测系统设计

石家庄铁道大学四方学院毕业设计基于单片机的一氧化碳检测系统设计TheDesignofCarbonMonoxideTestingSystemBasedonSingleChip2014届电气工程系专业电气工程及其自动化学号20106810学生姓名李婉菁指导老师冯国胜完成日期2014年5月20日毕业设计成绩单学生姓名李婉菁学号20106810班级方1010-7专业电气工程及其自动化毕业设计题目基于单片机的一氧化碳检测系统设计指导教师姓名冯国胜指导教师职称教授评定成绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：院长（主任）签字：年月日毕业设计任务书题目基于单片机的一氧化碳检测系统设计学生姓名李婉菁学号20106810班级1010-7专业电气工程及其自动化承担指导任务单位电气工程系导师姓名冯国胜导师职称教授一、主要内容本设计以单片机为核心，利用一氧化碳检测传感器检测环境中的一氧化碳浓度，并利用显示器显示当前的浓度值，同时可设定报警值，超过设定值时进行声光报警。二、基本要求1.选择合适的单片机；2.选择合适的传感器，并设计信号处理电路，使单片机能够采集浓度信息；3.选择合适的时间芯片；4.设计键盘电路，可设定报警值；5.选择合适的显示器，设计显示电路，显示当前的时间和浓度值；6.选择合适的存储芯片，设计存储电路，存储超限的浓度值和对应的时间；7.设计蜂鸣器电路，浓度超限时报警；8.设计电源电路，为单片机供电；9.编写软件程序，实现系统功能。三、主要技术指标1.利用protel绘制电路图并形成PCB图，制作出实物；2.利用C语言语言完成软件设计；3.单片机建议选用STC12C520XAD系列；4.显示器建议选用LCD1602；5.存储芯片建议选用AT24C02。四、应收集的资料及参考文献1.单片微型计算机原理与接口技术科学出版社2.单片机原理及应用高等教育出版社3.传感器与检测技术高等教育出版社五、进度计划第1-2周：资料收集，设定方案；第3周：撰写开题报告；第4-7周：确定设计方案，完成电路设计，编写程序；第8周：中期检查；第9-12周：系统调试，撰写论文；第13-14周：论文审核，定稿；第15-16周：答辩。教研室主任签字时间年月日毕业设计开题报告题目基于单片机的一氧化碳检测系统设计学生姓名李婉菁学号20106810班级1010-7专业电气工程及其自动化一、研究背景目前，随着日光温室的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了提高生产效率，对温室的自动化程度要求也越来越高。中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是日光温室已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如：一氧化碳浓度、空气的温度、湿度等。在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质，高产，高效的栽培目的。由于温室大棚能带来可观的经济效益,所以温室大棚技术越来越普及,并且己成为农民增收的主要手段。温室内的一氧化碳浓度、温度与湿度等参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。例如：一氧化碳过浓会导致作物叶片发黄等。国外的温室设施已经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节温室内二氧化碳的浓度、温度以及湿度，使大棚内形成有利于蔬菜，水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质、高效益的重要环节。由于单片机及各种电子器件性价比的迅速提高，使得这种要求变为可能。本课题即以单片机为核心控制芯片，设计一套基于单片机的一氧化碳检测系统。二、国内外研究现状1.国外研究现状及特点西方发达国家在现代一氧化碳检测技术上起步比较早。20世纪60年代，生产型的高级温室开始应用于农业生产，奥地利首先建成了番茄生产工厂，70年代后荷兰、日本、美国、英国、以色列等国家的温室园艺迅猛发展，一氧化碳检测广泛应用于园艺作物生产、畜牧业和水产养殖业。近百年来，温室大棚作为设施农业的重要组成部分，其自动控制和管理技术不断得以提高，特别是二十世纪一氧化碳检测技术的出现，更使温室大棚环境控制技术产生了革命性的变化。80年代，随着微型计算机日新月异的进步和价格大幅度下降，以及对问世控制要求的提高，以微型计算机为核心的一氧化碳检测系统，在欧美得到了长足的发展，并迈入了网络化，智能化阶段。目前，国外一氧化碳检测设施已经发展到一定程度，并形成了一定的标准。2.我国研究现状及特点我国自行开发的一氧化碳测控系统其技术水平和调控能力与发达国家还有一定的差距。而我国综合环境测控技术的研究刚刚起步，目前仍然停留在研究单个或少量环境因子调控技术的阶段，而实际上，温室内的光照度、温度、湿度、一氧化碳浓度等环境因素，都是在相互影响、相互制约的状态中对作物的生长产生影响的，环境要素的空间变化、时间变化都很复杂。因此，我们应该根据我国的国情研制出适合我国农业的发展的一氧化碳检测仪器仪表，并在农业设施中广泛推广。三、主要工作和方法手段1.进行系统方案设计；2.选择合适的单片机，设计单片机最小系统，并熟悉该单片机的开发环境；3.设计电源电路，为单片机供电；4.选择MQ7传感器，设计气体传感电路；5.选择显示部分为LED数码管，对一氧化碳浓度进行分时显示；6.设计按键电路控制显示浓度；7.设计报警电路，一氧化碳超出指定浓度时声光报警；8.利用protel绘制电路图并形成PCB图，制作出实物；9.根据以上设计利用C语言完成软件编程设计。四、预期达到的结果利用一氧化碳检测传感器及单片机检测环境中的一氧化碳浓度，并利用显示器显示当前的浓度值，显示范围为0—1000ppm。同时可设定报警值，当一氧化碳浓度超过设定的上、下限时，仪器产生声光报警，并在显示屏上显示报警状态、故障状态、时间参数等数据信息。指导教师签字时间年月日摘要一氧化碳检测仪是一种用于公共场所具有检测及超限报警功能的仪器，能起到预防一氧化碳中毒的效果，使人们安全放心的工作。设计方案基于STC12C5A60S2单片机，选择瑞士蒙吧波公司的MQ7一氧化碳传感器。系统将传感器的标准信号通过AD0832为核心的A/D转换电路调理，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，系统具有较高的测量精度，而且结构简单，性能优良。系统以单片机为核心，利用一氧化碳检测传感器检测环境中的一氧化碳的浓度，并利用显示器显示当前的浓度值，同时可设定报警值，超过设定值时进行声光报警。关键词：一氧化碳检测STC12C5A60S2MQ7AbstractCarbonmonoxidedetectorisakindofinstrumentusedtotestandtransfinitealarmfunctioninpublicplaces.Itcanpreventcarbonmonoxidepoisoningtomakepeopleworksafely.ThisdesignisbasedonSTC12C5A60S2singlechipmicrocomputer,selectingtheSwisswaveofcorporateMQ7carbonmonoxidesensor.SystemwillchangethestandardsignalofsensorthroughAD0832asthecoreofafterA/Dconversioncircuitbysingle-chipcomputerfordataprocessing.FinallyitdisplaysthecarbonmonoxidedensitybytheLCD.Thispaperintroducesthedataacquisitionsubsystem,dataprocessinganddatadisplaysubsystemandalarmcircuitdesignmethodandprocess.Systemforsamplingsitesbeyondtheallowableconcentrationofcarbonmonoxideinthesingleaudioalarmcircuitdrivenbytrioderemindsmonitoringpersonnel.Atthesametime,theoperatorfortheupperlimitofthespecificstationscansetthroughthemicrocontrollerprogramming.Inaddition,thesystemoftheconcentrationsignal,signalcompensationandsoonprocessingtoreducethemeasurementerror.Therefore,thissystemhashighmeasurementprecision,simplestructureandgoodperformance.Systemusesthesinglechipprocessorasthecorewiththeuseofcarbonmonoxidedetectionsensortotestconcentrationofcarbonmonoxideintheenvironmentandusesthedisplaytoshowthecurrentdensity.Atthesametimeitcanbesetalarmvalue.Whenitismorethanthesetvalue,thesystemwillimplementsoundandlightalarming.Keywords:CarbonmonoxidetestingSTC12C5A60S2MQ7I目录第1章绪论····································································································11.1课题研究的目的意义·················································································11.2国内外研究现状························································································11.3论文研究内容···························································································2第2章系统设计方案························································································32.1原理框图·································································································32.2总体设计思路····················································