室内一氧化碳浓度检测报警器的设计

分类号：TP277单位代码：107密级：一般学号：xxxxxxxx本科毕业论文（设计）题目：室内一氧化碳浓度检测报警器的设计专业：电子信息工程姓名：xxxx指导教师：xxxx职称：教授答辩日期：延安大学学士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：日期：关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解延安大学有关保留和使用学位论文的规定，即：本科生在校攻读学士学位期间论文工作的知识产权单位属延安大学，学生公开发表需经指导教师同意。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在2年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。作者签名：日期：导师签名：日期：室内一氧化碳浓度检测报警器的设计摘要：设计了一款检测室内一氧化碳浓度是否超标的检测仪。设计思想基于AT89C52单片机，选择MQ-2一氧化碳传感器。一氧化碳传感器将检测到的信号传递给ADC0832组成的模数转换系统，经过AT89C52进行数据处理，最后通过LCD1602显示出来一氧化碳的浓度值。正文具体的介绍了数据的采集，处理，显示和报警电路的设计原理和硬件电路，若卧室的一氧化碳浓度超过设定值，报警电路发出警报。同时可以根据实际情况对一氧化碳浓度的报警值通过程序进行设置，也可以在开机后使用按键设置。本次设计的一氧化碳检测仪具有体积小、质量轻、性价比高、电路简单、检测精度高的优点。主要分为硬件设计和软件设计。能够满足一般的农村家庭用作卧室内的煤气浓度的检测。关键词：一氧化碳；浓度；AT89C52；报警ThedesignofindoorcarbonmonoxideconcentrationdetectorAbstract：Designeddetectorofcarbonmonoxideconcentrationwillexceedthestandard.BasedonthedesignideaofAT89C52MCU,MQ-2combustiblegassensor.Transferofthecarbonmonoxidesensorwilldetectthesignaltotheanalog-to-digitalconversionsystemcomposedofADC0832,thentheAT89C52fordataprocessing,finallythroughtheLCD1602displayofcarbonmonoxideconcentration.Thetextdescribesthespecificdataacquisition,processing,displayandalarmcircuitdesignprincipleandhardwarecircuit,iftheconcentrationofcarbonmonoxideinthebedroomexceedsthesetvalue,thealarmcircuitalarm.Atthesametimeaccordingtotheactualsituationoftheconcentrationofcarbonmonoxidealarmvaluesetbytheprogram,alsoyoucanusethebuttonsinthebootsettings.Designofahighprecisionvolumeofcarbonmonoxidedetectorthedesignofsmall,lightweight,highcost,simplecircuit,detection.Mainlydividedintohardwaredesignandsoftwaredesign.Detectionofgasconcentrationtomeetthegeneralruralfamilyforthebedroom.Keywords:Carbonmonoxidede;concentration;AT89C52;alarm前言1煤气中毒介绍冬季北方偏远农村的家庭几乎都用煤炉子取暖，而有些家庭取暖时煤烟排放不通畅，使得室内一氧化碳等气体浓度升高，一氧化碳是煤气中毒的主要元凶，严重危害人们的生命健康。我国每年都有人因为煤气中毒抢救不及时而失去生命，煤气的主要成分就是一氧化碳，而且能够在空气中燃烧生成二氧化碳，一氧化碳的密度和空气差不多，尤其在农村卧室空气流通不通畅时，使人们不知不觉的将煤气吸入体内，而偏远农村家庭的煤气中毒主要是在晚上人们熟睡的时候，由于农村的房屋面积较大，人们在晚上睡觉的时候会将门、窗等能够通风的地方堵住，这就很容易造成空气的不流通，尤其在生有煤炉子的卧室，一旦一氧化碳的浓度升高，人们在熟睡之时由于察觉不到，很容易造成煤气中毒。大量的一氧化碳被吸入人和动物体内，会与肺部的血红蛋白结合，造成缺氧，危及生命，一氧化碳的中毒按照中毒的轻重可分为：一般性中毒和严重性中毒。一般性中毒的人会出现头晕目眩、睡不着觉、胃部难受等感觉。严重性中毒的人刚开始伴随一般性中毒的情况。等到一段时间后，中毒者脸色发白进而变成紫色。会因为呼吸困难而去世，如果有幸被救活，也会有伴随而来的后遗症，部分患者可发生继发性脑病。在偏远的农村由于人们对于燃煤导致一氧化碳中毒的知识比较欠缺，对防范措施也知道的比较少，每逢冬季，新闻上总会有因为燃煤不当而导致中毒的事件，所以针对偏远农村容易在冬季取暖时候出现煤气中毒的情况设计一款检测卧室内一氧化碳浓是否超标的检测设备是很有必要的。生命只有一次，这也给人们的安全增加一道屏障。2一氧化碳浓度检测仪总体设计我国每年报道出来的室内一氧化碳中毒的事件越来越多，一氧化碳中毒对人们健康的威胁越来越大，因此促使专家去研究一氧化碳浓度超标的报警器，现在市场上的一氧化碳浓度检测仪有多个类型，比较流行的是热催化监测方式，一氧化碳能够催化氧化燃烧，检测的浓度就不准确。它的最大缺点是体积大，功耗高。本次设计提出采用AT89C52和MQ-2完成要求，很大程度上降低了功耗，提高了精度。论文围绕一氧化碳浓度检测仪的软件和硬件展开设计，设计由几大部分构成：硬件控制部分、A/D转换系统、检测超过报警、键盘输入、检测数值的读取。由于单片机被广泛的应用于控制电路中，所以AT89C52是我们理想的主控芯片，该系统的主要功能包括：ADC0832进行数据处理，一氧化碳浓度限制设置，测量，超过设定值时报警，键盘检测，采用功能模块化的思想可以使电路系统更加的简单、明了，出现问题便于修改，我们这次设计大致可以分为如下环节：（1）总体方案确定；（2）硬件和软件的设计。具体分为：（1）硬件电路的搭建和设计；（2）在软件的主控制部分的硬件电路，编写软件程序；（3）调试软件和硬件电路满足设计要求；（4）得出结果是否达到设计要求。43一氧化碳检测仪硬件电路的设计3.1硬件结构设计方案一：硬件电路主要由：AT89C52、ADC0832、LM386功率放大器、LCD12864、一氧化碳传感器选用CO/CF-1000探头组成、报警采用ISD1760语音芯片；硬件结构框图1。图1硬件结构框图方案二：硬件电路主要由AT89C52、模数转换器ADC0832、LCD1602、MQ-2一氧化碳传感器等芯片的选择；主控电路的设计、数据采集、模数转换系统的设计、液晶显示电路设计、键盘接口电路等功能模块电路设计。硬件结构框图2图2硬件结构框图方案论证比较：两种方案的的主要区别在于报警电路的选择而在实际中报警的方案有很多种，比如采用普通的数字电路设计的，使用数字芯片的成本高，而5且和单片机控制电路的连接不方便，在编程时比较麻烦。采用单片机设计的报警电路简单，容易实现。采用DSP设计要考虑和单片机的兼容问题，采用PLD色设计的等等，而常用的方案就是方案一和方案二，方案二的优点在于结构简单既能够实现本次设计的要求，而且硬件电路容易实现，对实验的预算低，但是也有缺点，在一氧化碳传感器后没有加入功率放大器可能对于微弱的信号模数转换器检测不到进而不能进行处理，主控单元就不能产生动作。方案一的优点在于利用灵敏度搞得一氧化碳气体传感器，当有卧室内的煤气浓度升高时，可以立即将信号通过前置功率放大器的模数转换器传递到单片机中，进而进行报警；使用语音芯片的好处就是我们可以录自己喜欢的声音来作为报警音，如果使用蜂鸣器可能会受到外界环境影响。但是方案一的缺点在于报警电路比较复杂，这样会导致硬件电路的成本升高，结构复杂，而且语音芯片的录音放音时候还可能有其它噪声的干扰。所以，综合以上因素我们选择方案二进行完成本次设计。3.2硬件电路主要芯片的选择与设计3.2.1单片机的特点与参数单片机具有以下特点[1]：（1）电压低，功耗低。（2）控制能力相对比较强而且通电之后能够很快的运行，可以有目的性的从简单到复杂的解决各种控制问题，满足各类控制电路的要求，具有很强的位处理和接口的逻辑功能。（3）抗干扰能力强，适用温度范围宽；时钟、复位电路等早已经被嵌入在芯片的里面，这样的话芯片的功能就不会受外界的太多的干扰，提高了可靠性。（4）内存和I/O接口，易于扩展。（5）可以非常方便的实现多机和分布式控制。控制电路使用AT89C52单片机作为核心。图3为AT89C52的引脚图P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728ALE/PROG30PSEN29EA/VPP31P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.5/MOSI6P1.6/MISO7P1.7/SCK8REST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119GND20U5ALEPSENRSTA10A11A12A13A14A15A16A17D10D11D12D13D14D15D16D17VCCB10B11B12B13B14B15B16B17C10C11C12C13C14C15C16C17图3AT89C52引脚图[1]63.2.2单片机能够运行的最小系统运用AT89C52来搭建一个基于单片机并且能够让这个系统运行起来的最小系统[2]。单片机最小系统包含有晶振电路和复位电路，AT89C52芯片组成。电路图如图4。图4单片机最小系统图[1]3.2.3数据采集系统的选择与设计（1）一氧化碳传感器的选择：我们选择了MQ-2/MQ-2S气体传感器，它能够在干净空气中的电导率很低的主要原因是因为气敏材料二氧化锡(SnO2)的作用，因此当我们的室内一氧化碳浓度升高的时候，它的电导率也会升高，采用一些常用的转换电路就会将浓度转变成与之等价的电信号[4]。特点：可以适应很宽浓度范围，最主要的是对煤气等有很好的灵敏度、长寿命、低成本、简单的驱动电路即可。（3）传感器检测到的电压信号，必须通过模数转换，放大，才能够被主控芯片识别和处理。由于假若每一路都设置放大、滤波等器件，那么成本会很大，所以信号的采集一般用多路模拟通路进行选择。但是当我们选择多路模拟开关时有几个因素是我们一定要去关心的：元件的封装、开关电阻装置、通道的数目、切换的快慢。总之数据采集与硬件的选择有很大的关系。（4）测量电路测量电路由MQ-2/MQ-2S气体传感器、ADC0832组成。如果空气中一氧化碳被传感器检测到后，产生一个与和一氧化碳浓度等价的电信号，经过放大电路传输