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基于单片机的可燃气体报警器.doc
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2022-07-16
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基于单片机的可燃气体报警器.doc
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摘要
近年来,由于科技的开展新兴材料不断出现,建筑火灾荷载不断
增多,以及温室效应全球变暖等因素,火灾形势日益严峻。我国是开
展中国家,消防管理的不尽完善以及消防技术的落后,使得我国的火
灾形势更加严峻。本文研究了一种用于家庭或者是工厂具有检测及超
限报警功能的可燃气体浓度检测仪设计。设计方案基于 16F877A 单片
机和 MQ6 烟雾浓度传感器,系统先将传感器输出的信号通过 A/D 转换
电路处理后,再经单片机进展数据处理,最后由 LCD 显示可燃气体浓
度值,假设超过上限值那么报警并自动翻开排气扇,将有害气体排出
室外。
经过大量实验,基于单片的可燃气体浓度检测仪比传统的机械检测仪
或酒精计灵敏,扩展简单,准确方便,可靠性好,检测精度高,控制
功能强大,对超出阀值进展声光报警,直观准确,并且翻开防御措施
所以基于单片机的可燃气体浓度监测仪的研究对社会公共平安的提
高具有很大促进作用。
关键词:烟雾浓度传感器, 单片机, 数模转换, 硬件设计,
报警,预防。
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目 录
1 引 言 **************************************** 1
1.1 可燃气体浓度检测仪的背景 ********************** 1
1.2 可燃气体浓度检测仪现状及开展趋势 ************** 1
1.3 本课题实现目标 ********************************** 1
2 设计方案和元器件选择 *************************** 2
2.1 设计方案 *********************************** 2
2.2 单片机的选择 ******************************** 2
2.3 传感器 *************************************** 4
2.4 编码器**************************************** 4
2.5 数模转换器 ********************************** 5
2.6 LCD 显示模块 ********************************* 6
3 系统硬件设计 *********************************** 8
3.1 硬件设计原理 ********************************* 8
3.2 硬件设计外围电路 ****************************** 9
晶振电路、复位电路设计 ********************* 9
报警电路设计 ******************************* 11
电源电路设计 ******************************* 11
4 系统软件设计 *********************************** 15
4.1 主程序流程图 ********************************* 15
5 本设计总结与展望 ******************************* 18
参考文献 ******************************************** 20
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致 ********************************************** 21
1.1 可燃性气特浓度检测仪的背景
对气体中可燃气体含量进展检测的设备有五种根本类型,即:燃
料电池型(电化学)、半导体型、气体色谱分析型、红外线型、比色型。
但由于价格和使用方便的原因,常用的只有燃料电池型和半导体型两
种。
燃料电池作为一种发电装置,它的原理是将存在于燃料与氧化剂
中的化学能直接转化为电能。当前各国家都在广泛研究环保型能源,
因为它直接可以把可燃气体转变成电能,并且不产生污染,烟雾传感
器只是燃料电池的一方面应用。与半导体型的相比,燃料电池型呼气
酒精检测仪有很多优势,即稳定性好,精度高,抗干扰性好。但是燃
料电池烟雾传感器的结构要求非常精细,制造难度相当大,并且材料
本钱高,价格昂贵。
1.2 可燃性气体浓度检测仪现状及开展趋势
如今的酒精浓度检测仪都是用于各个专业领域,而利用传感器和
单片机核心技术的家庭可燃气体浓度检测仪在市面上是一个空缺,我
们弥补了这一块的空缺,同时社会公共平安系数也大大的提高。
但是现在大局部各个专业领域的可燃气体检测仪的售价比拟昂贵,
并且大多只是对结果进展预警、低报、高报三限报警点设置。并不适
用于家庭,在 LCD 显示可燃气体浓度数值上应实现普及。同时可检
测到多种危险气体。
1.3 本课题实现目标
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本课题进展硬件局部和软件局部设计,硬件局部是利用烟雾敏传
感器检测 空气中的可燃气体浓度并转为电压信号,经 A/D 转换器
程序转换成数字信号传给单片机系统,并经单片机及其外围电路信号
处理,显示可燃气体浓度值以及超阈值声光报警,翻开保护系统。
硬件设计局部主要包括:MCU、A/D、LCD、外围扩展数据 RAM
等芯片的选择。
2 设计方案和元器件选择
2.1 设计方案
因为设计时考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量,传感
器输出的是 0-5 伏电压值且电压值稳定,外部干扰小等,所以可以把
传感器输出电压值经过 A/D 转换得到数据交给单片机进展处理。因此
要求系统配备完善的模拟量和数字量输入输出通道和完善的中断系
统和处理功能。单片机采集烟雾传感器的响应信号,并且进展转换。
进展气体检测的根本步骤是信号采集处理、声光报警电路以及显示、
保护电路测试。模数转换就是用于快速、高精度的对输入信号采样编
码,然后转化成数字量储存在数据储存器中,然后单片机通过特定的
算法进展气体浓度的识别,同时和所设值进展比照,超出那么报警同
时显示浓度数值,没超出只显示浓度数并且将结果输出到 LCD 显示屏
幕上。
2.2 单片机的选择
我们选择单片机 16F877A 为控制核心,主要基于考虑 16F877A 具
有低价高速,高可靠强抗静电,强抗干扰的特点。
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16F877A 有 40 个引脚,32 个外部双向输入/输出(I/O)端口,
并且有 2 个外中断口, 2 个全双工串行通信口,32 个读写口线,片
振荡器及时钟电路,3 个 16 位可编程定时计数器。16F877A 能够按
照常规方法进展编程,也能够在线编程。同时 16F877A 可降至 0Hz 的
静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止
CPU 的工作,但允许 RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续
工作。掉电方式保存 RAM 中的容,但振荡器停止工作并禁止其他所有
部件工作直到下一个硬件复位,其将通用的微处理器和 Flash 存储器
结合在一起,特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发本。
PIC 单片机有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等三种封装形式,以适应
不同产品的需求。
16F877A 单片机单片机引脚功能,引脚如图 2-2 所示:
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