计算机控制技术课程设计

西华大学课程设计说明书第1页目录1前言............................................................................................................................22总体方案设计............................................................................................................32.1主控芯片选择.................................................................................................32.2显示模块选择.................................................................................................32.3可燃气体信号采集传感器选择.....................................................................42.4A/D转换部分.................................................................................................42.5电源的选择.....................................................................................................43理论分析与计算........................................................................................................53.1MQ-2可燃气体信号采集传感器特点及参数................................................53.2相关理论值计算.............................................................................................54单元模块电路设计....................................................................................................84.1可燃气体信号采集部分.................................................................................84.2显示部分.........................................................................................................84.3A/D转换部分.................................................................................................94.4报警显示部分...............................................................................................104.5最小系统及按键...........................................................................................105软件设计..................................................................................................................125.1程序结构图...................................................................................................125.2程序代码.......................................................................................................126系统调试..................................................................................................................136.1系统硬件调试...............................................................................................136.1.1排除逻辑故障....................................................................................136.1.2排除元件故障....................................................................................136.2系统软件调试...............................................................................................137设计总结..................................................................................................................148参考文献...................................................................................................................15附录一：系统总图......................................................................................................16附录二：相关程序......................................................................................................17西华大学课程设计说明书第2页1前言随着城市煤气、天然气事业及化学工业的迅速发展，易燃、易爆的气体种类和应用范围在不断增加，这些易燃易爆气体在生产和使用过程中，一旦发生泄漏将会引起中毒、火灾、爆炸等重大事故，人们在对安全生产的重视程度日益增加的同时，对生产技术手段也进行不断的提高，研制一种新型、性能稳定、准确监测可燃性气体报警控制器势在必行。而传统的模拟型可燃性气体报警控制器，对于气体传感器的特性补偿、修正，采用匹配补偿传感器的硬件调整方式；这种调整方式虽然具有现场调整方便的优点，但补偿拟合的范围窄，匹配传感器的部件选择困难，而难以获得较好的补偿、修正效果。因此，本次设计采用了“探测器+单片机控制电路”设计思路。本次设计采用以STC89C52芯片为核心，用半导体陶瓷式气体传感器MQ-2来检测外部气体浓度，结合外部硬件电路实现对可燃性气体进行报警控制装置。STC89C52芯片具有功能强大，性价比高等一系列优点，适合产品大规模生产。同时，设计出的可燃性气体报警控制器具有操作简单，实用性强，价格便宜，安全性高等特点，所以非常适合贮气仓库，以及家庭等场所使用，具有很高的实用价值。正是由于可燃性气体报警控制器对于安全生产的重要性，国内外有众多厂家研制、生产这一产品。从运用所学知识和实际意义出发，研制一种固定式可燃性气体报警控制器，它主要对以烷类气体为主的多种可燃性气体进行检测控制。西华大学课程设计说明书第3页2总体方案设计2.1主控芯片选择方案一：STC89C52系列单片机，此系列单片机比较常用、价格便宜、操作简单、独立的I/O口数量较多，方便购买。但属于8位单片机，计算能力一般，功耗高，加密性能弱，体积大。方案二：DSP430系列单片机电压低，功耗低,3.3V供电，16位，运行速度快，内置硬件乘法器，乘除法运算都为单周期指令，片内集成资源丰富，有两组普通I\O口具有中断功能。但是相对STC89C52系列单片机成本较高，耐压值低，容易被烧毁。方案三：ARM32位系列单片机以及处理器，与传统的8位微处理器相比速度更快，性能更强，资源丰富，比如中断、AD、LCD控制器、DMA、存储系统等等。ARM开发一般重点是操作系统和应用程序。缺点就是在低端应用时ARM性价比较低，开发难度也更大，新手入门较困难。确定方案：考虑到实际开发中，STC89C52系列单片机性能已经完全足够，同时基于成本考虑，主控芯片采用STC89C52。2.2显示模块选择方案一:LCD1602液晶也叫LCD1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。方案二:LCD12864液晶，能显示汉字，字符，数字等，但是体积较为庞大，所占空间较大。方案三:诺基亚5110液晶,该模块具有以下特点：84x48的点阵LCD，可以显示4行汉字，采用串行接口与主处理器进行通信，接口信号线数量大幅度减少，包括电源和地在内的信号线仅有9条。支持多种串行通信协议（如AVR单片机的ＳＰI、MCU51的串口模式０等），传输速率高达4Mbps，可全速写入显示数据，无等待时间。方案四：数码管，显示较为稳定，抗干扰较强，但是显示能力单一，显示内西华大学课程设计说明书第4页容会受到一定限制。确定方案：实际开发中，不需要功能相对强大的液晶显示屏，显示可燃气体浓度用数码管显示简洁明了，同时功耗和成本都较低，确定显示模块采用数码管。2.3可燃气体信号采集传感器选择方案一：MQ-2，广泛的探测范围、高灵敏度、快速响应恢复、优异稳定性、寿命长、简单的驱动电路MQ-2应用:可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。方案二：TGS813，后期电路简单；长寿命，低功耗；对甲烷、乙烷、丙烷等可燃气体的高敏感度，但价格相对MQ-2要高一些。方案确定：MQ-2的高灵敏度和优异的稳定性以及较低的价格适合本项目的开发，决定采用MQ-2作为可燃气体信号采集传感器。2.4A/D转换部分方案一：AD7888，微功耗8通道12位AD转换器，是高速、低功耗的12位AD转换器，单电源工作，电压范围为2.7V～5.25V，转换速率高达125ksps，输入跟踪-保持信号宽度最小为500ns，单端采样方式。AD7888包含有8个单端模拟输入通道。方案二：ADC0804是一个早期的A/D转换器，因其价格低廉而在要求不高的场合