基于AT89C51的气体浓度测量显示及报警系统W

哈尔滨商业大学课程设计基于AT89C51单片机的气体浓度测量显示及报警系统设计学生姓名王琴、李赛赛、汪金萍、周珊珊指导教师赵志杰、张玉茹、王立琦、董世成专业电子信息工程(2)班学院计算机与信息工程学院2014年3月14日哈尔滨商业大学课程设计目录1．课程设计要求.......................................................11.1课程设计题目......................................................11.2课程设计要求......................................................11.3课程设计具体工作..................................................12.气体浓度测量显示及报警系统简介.....................................22.1AT89C51简介......................................................22.2AD0808简介.......................................................52.3MQ-5气体传感器简介...............................................62.4LCD1602简介.....................................................103.气体浓度测量显示及报警系统设计.....................................143.1系统的硬件组成和元器件选择.......................................143.2电路总体设计.....................................................143.3数据采集模块的设计...............................................153.4数据转换模块的设计...............................................153.5显示及报警模块的设计.............................................154.气体浓度测量显示及报警系统的软件设计...............................134.1系统的软件设计...................................................134.2编程环境KeilC51.................................................174.3软件流程框图.....................................................134.4系统程序.........................................................155气体浓度测量显示及报警系统仿真调试................................165.1系统仿真调试.....................................................165.2仿真调试环境-PROTEUS7.7.........................................165.3系统仿真调试结果.................................................16结论................................................................18参考文献.............................................................18致谢................................................................19附件一：..........................................................26基于AT89C51单片机的气体浓度测量显示及报警系统电路板图............26附件二：..........................................................27基于AT89C51单片机的气体浓度测量显示及报警系统实物图..............21哈尔滨商业大学课程设计11．课程设计要求1.1课程设计题目基于AT89C51单片机的气体浓度测量显示及报警系统设计1.2课程设计要求（1）任选一种有害气体传感器；（2）设计转换放大电路将气体浓度转换成标准的电信号；（3）利用单片机组成测量系统实现有害气体浓度的精确测量及显示报警。1.3课程设计具体工作（1）原理图设计、软件设计、PCB；（2）仿真实现；（3）元件清单；（4）设计报告。哈尔滨商业大学课程设计22.气体浓度测量显示及报警系统简介2.1AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节的闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。其中包括128字节内部RAM，32个I/O口线，2个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种可选的节电工作模式[26]。空闲方式体制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中的内容，但振荡器体制工作并禁止其他所有不见工作直到下一个硬件复位。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。AT89C51单片机管脚图如图1所示。图1AT89C51芯片引脚图哈尔滨商业大学课程设计32.2ADC0808简介ADC0808芯片有28条引脚,采用双线直插式封装.ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器。ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图2所示。图2ADC0808芯片引脚图ADC0808的时序图如图3所示。图3ADC0808时序图哈尔滨商业大学课程设计42.3MQ-5气体传感器简介2.3.1特点（1）对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度；（2）对乙醇，烟雾几乎不响应；（3）快速的响应恢复特性；（4）长期的使用寿命和可靠的稳定性；2.3.2应用适用于家庭或工业上对液化气，天然气，煤气的监测装置。优良的抗乙醇，烟雾干扰能力。2.3.3规格（1）标准工作条件表1MQ-5的标准工作条件符号参数名称技术条件备注VC回路电压≤15VACorDCVH加热电压5.0V±0.2VACorDCRL负载电阻可调RH加热电阻31Ω±3Ω室温PH加热功耗≤900mW（2）环境条件表2MQ-5的环境条件符号参数名称技术条件备注Tao使用温度-10℃-50℃Tas存储温度-20℃-70℃Rh相对湿度小于95%RhO2氧气浓度21%(标准条件)氧气浓度会影响灵敏度特性最小值大于2%哈尔滨商业大学课程设计5（3）灵敏度特性表3MQ-5的灵敏度特性符号参数名称技术参数备注RS敏感体电阻10KΩ-60KΩ(1000ppm甲烷探测范围：300-5000ppm液化气，天然气，煤气。α(1000ppm/5000ppmCH4)浓度斜率≤0.6标准工作条件温度：20℃±2℃Vc:5.0V±0.1V相对湿度：65%±5%Vh:5.0V±0.1V不少于24小时预热时间（4）结构外形测试电路表4MQ-5的结构外形部件材料1气体敏感层二氧化锡2电极金（Au）3测量电极引线铂（Pt）4加热器镍铬合金（Ni-Cr）5陶瓷管三氧化二铝6防爆网100目双层不锈钢（SUB316）7卡环镀镍铜材（Ni-Cu）8基座胶木9针状管脚镀镍铜材（Ni-Cu）MQ-5气敏元件的结构和外形如Fig.1所示。测量电路如图Fig.2所示。哈尔滨商业大学课程设计6Fig.1MQ-5的结构外形Fig.2MQ-5的测试电路由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。2.3.4灵敏度调整MQ-5型气敏元件对不同种类，不同浓度的气体有不同的电阻值。因此，在使用此类型气敏元件时，灵敏度的调整是很重要的。建议用1000ppm异丁烷或氢气校准传感器。2.4LCD1602简介在日常生活中，液晶显示模块已作为很多电子产品的通用器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。而液晶显示器各种图形的显示原理为:（1）线段的显示点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成，屏上64×16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H——00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，……（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。（2）字符的显示用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6×8或8×8点阵组成，既要哈尔滨商业大学课程设计7找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。（3）汉字的显示汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5……右边为2、4、6……根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节……直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。(4)LCD1602的基本参数及引脚功能如图2.4所示。图2.41602LCD尺寸图(6)1602LCD的指令时序如图5