基于单片机的CO浓度检测及报警系统设计与制作

学号：密级：基于单片机的CO浓度检测及报警系统设计与制作学院名称：培黎工程技术学院专业名称：电子信息科学与技术学生姓名:指导教师：二〇一五年五月DesignandManufactureofCOConcentrationDetectionandAlarmSystemBasedonSCMCollege：SchoolofBailieEngineering﹠TechnologySubject：ElectronicInformationScienceandTechnologyName：Directedby：May2015郑重声明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名：日期：I摘要本文是以STC89C52芯片为核心设计制作了一种CO浓度检测及报警系统。通过CO传感器检测空气中CO浓度，经电路处理实现报警及降低其浓度作用。该系统主要包括ADC0832模数转换芯片，CO检测，蜂鸣器预警电路，LCD液晶显示电路等。软件编程采用C语言,具有功耗低，成本低等特点。关键词：CO检测；单片机；报警系统IIABSTRACTAdetectionandalarmsystemforCOconcentrationisdesignedwithSTC89C52chip.ItdetectsconcentrationofCOinairthroughcarbonmonoxidesensors,theroleofalarmandreduceitsconcentrationisachievedbycircuit.ThissystemmainlyconsistsofADC0832chip,detectionofCO,buzzeralarmcircuitandLCDliquidcrystaldisplaycircuit.ThesoftwareisprogrammedwithClanguage.Therefore,thesystemischaracterizedbylowpowerdissipationandlowcost.Keywords:detectionofCO;Singlechipmicrocomputer;alarmsystemIII目录第1章绪论..............................................11.1课题的背景和意义.....................................11.2CO检测仪的种类......................................21.3设计任务............................................2第2章CO检测系统硬件设计................................32.1STC89C52单片机简介...................................32.2单片机最小系统的设计..................................52.3数据采集系统的简介....................................72.4模数转换器的简介.....................................82.5按键电路的设计.......................................92.6外围扩充存储器的简介..................................92.7上拉电阻电路的设计...................................102.8液晶显示器简介......................................102.9报警电路的设计......................................11第3章CO检测系统软件设计...............................133.1软件设计结构........................................133.2主程序模块的设计....................................143.3模数转换的设计......................................153.4按键模块的设计和时钟模块的设计........................163.5液晶显示模块的设计..........................................17第4章系统调试及功能实现...............................184.1总体系统调试........................................184.1.1软件调试......................................184.1.2软件下载......................................184.2实物展示...........................................19结论....................................................21参考文献................................................22致谢....................................................23附录....................................................241第1章绪论1.1课题的背景和意义一氧化碳是无色、无臭、无味、有毒的气体,熔点﹣199℃,沸点﹣191.5℃。标准状况下气体密度为l.25g/L，和空气密度（标准状况下1.293g/L）相差很小,这也是容易发生煤气中毒的因素之一。一氧化碳分子中碳元素的化合价是＋2价，能进一步被氧比成＋4价，从而使一氧化碳具有可燃性和还原性，一氧化碳能够在空气中或氧气中燃烧，生成二氧化碳。一氧化碳中毒（carbonmonoxidepoisoning），亦称煤气中毒。一氧化碳是无色、无臭、无味的气体，故易于忽略而致中毒。常见于家庭居室通风差的情况下，煤炉产生的煤气或液化气管道漏气或工业生产煤气以及矿井中的一氧化碳吸入而致中毒。中毒原理：一氧化碳会与肺部的血红蛋白结合，造成机体缺氧。一是轻度中毒。患者可出现头痛、头晕、失眠、视物模糊、耳鸣、恶心、呕吐、全身乏力、心动过速、短暂昏厥。血中碳氧血红蛋白含量达10%-20%。二是中度中毒。除上述症状加重外，口唇、指甲、皮肤粘膜出现樱桃红色，多汗，血压先升高后降低，心率加速，心律失常，烦躁，一时性感觉和运动分离（即尚有思维，但不能行动）。症状继续加重，可出现嗜睡、昏迷。血中碳氧血红蛋白约在30%-40%。经及时抢救，可较快清醒，一般无并发症和后遗症。三是重度中毒。患者迅速进入昏迷状态。初期四肢肌张力增加，或有阵发性强直性痉挛；晚期肌张力显著降低，患者面色苍白或青紫，血压下降，瞳孔散大，最后因呼吸麻痹而死亡。经抢救存活者可有严重合并症及后遗症。一氧化碳的后遗症。中、重度中毒病人有神经衰弱、震颤麻痹、偏瘫、偏盲、失语、吞咽困难、智力障碍、中毒性精神病。部分患者可发生继发性脑病。在当今社会发展中，现代化的发展给人类带了很大的方便，但与此同时，人生安全越来越受到人们的重视，一氧化碳在工业领域所给我们带来的方便不言而喻，但它对人体的危害也是显而易见的。所以我们设计一款基于单片机控制的一氧化碳检测仪，对一氧化碳进行检测，为人们提供了安全的保障。21.2CO检测仪的种类目前，市场上一氧化碳检测仪的种类是多种多样，目前应用得较为广泛的是热催化监测方式，但由于多种可热性气体都能催化氧化燃烧，导致检测精度下降，另外，采用这种方式的检测仪体积和功率都较大，不便于随身携带，本设计使用的是一种采用点调制非光红外（NDIR）气体成分分析技术检测一氧化碳气体的方法的一氧化碳传感器，该方法提高了检测精度，大大降低了检测仪的尺度和功耗，延长了电池供给时间，体积和功耗的有效降低。1.3设计任务本设计的任务是设计一个由单片机控制的一氧化碳的浓度检测及报警系统，它将传感器输出的电压信号进行A/D转换、滤波、线性化，由单片机将电压值转换为气体浓度和温度送LCD1602液晶显示，并判断是否超过报警上限，若超过，则发出声光报警，并打开风扇降低一氧化碳的浓度。同时用户可以自己设定报警上限，使用户可以根据实际情况方便的掌握安全状况。该系统以STC89C52单片机为核心，可以实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置。它结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化，具有一定的实用价值。3第2章CO检测系统硬件设计本论文主要完成一氧化碳检测仪软件和硬件仿真设计，设计内容包括：A/D转换器程序、控制程序、超标报警、键盘检测、数据显示等。硬件设计部分主要包括：单片机、A/D转换器、时钟芯片、LCD、外围扩展数据RAM等芯片的选择；硬件主电路设计、数据采集、模数转换电路设计、液晶显示电路设计、外围扩充存储器接口电路、时钟电路、复位电路、键盘接口电路等功能模块电路设计。硬件结构框图2.1。硬件设计总体电路图见附录A1。图2.1硬件结构框图2.1STC89C52单片机简介本系统采用STC89C52单片机。而目前世界上较为著名的8位单片机的生产厂家和主要机型如下：美国Intel公司：MCS—51系列及其增强型系列；美国Motorola公司：6801系列和6805系列；美国Atmel公司：89C51等单片机；美国Zilog公司：Z8系列及SUPER8；美国Fairchild公司：F8系列和3870系列；美国Rockwell公司：6500/1系列；美国TI（德克萨司仪器仪表）公司：TMS7000系列；NS（美国国家半导体）公司：NS8070系列等等。MCS—51系列单片机包括三个基本型8031、8051、8751。4本系统采用STC89C52单片机为控制核心。而相比之下52型功能更为强大，ROM和RAM存储空间更大，52还兼容51指令系统。基于本系统设计内容的需要，综合考虑后，我们选择单片机ATME公司的STC89C52为控制核心；主要基于考虑STC89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM）、6个中断源；时钟频率0～24MHz；器件采用高密度、非易失性存储技术生产，并兼容标准MCS-51指令系统，功能强大。STC89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和256Kbytes的随机存取数据存储器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，功能强大，STC89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。图2.2引脚图主要性能参数：与MCS-51产品指令和引脚完全兼容；8K字节可重擦写FLASH闪存存储器；1000次写/擦循环；时钟频率：0Hz～24MHz；三级加密存储器；5256字节内部RAM；32个可编程I/O口线；3个16位定时/计数器；6个中断源；可编程串行UART通道。2.2单片机最小系统的设计采用STC89C52来设计一个单片机系统能运行起来的需求最小的系统[15]，电路图见图2.3：图2.3单片机最小系统图上图的最小单片机系统包含有晶振电