基于单片机的一氧化碳报警器

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④ 支持 ISP 下载，使用方便； ⑤ FLASHROM 可以下载超过 10000 次； ⑥高可靠性 （2）缺点： ① 低性能，由于设计时间较早，新型单片机功能上远超 AT89S52。 ② 性价比不高，相同功能的 STC 单片机更便宜； ③ 封装过大，工业生产不方便。 2.2.3 芯片的引脚功能 P0：该口是一个八位漏极开路的双向 I/O 口。在用户对存储器编程时，P0 用于接收代码；在进行 校验过程，该端口用于输出代码字节。 P1：该端口是有内部上拉电阻的一个 8 位双向 I/O 口。编程是，对 P1 口写高电平，则此时 P1 口 作为输入口使用。 P1 端口的第二个功能,如下表 2.1 所示：
2.2.1 AT89S52 主要性能 AT89S52 是一款低能耗、高性能的 CMOS 8 位微控制器，256 字节的片上集成的程序运行空间、具 有 8K 在系统可编程 Flash 存储器、 1000 次擦写周期、 最多的外部存储扩展支持 64K， 与工业 80C51 产 品指令和引脚完全兼容。 根据速度和功率的要求， 时钟频率可以在 0 〜 33MHZ 之间设置。 可以在 4V～ 5.5V 宽电压范围内正常工作。不断发展的半导体工艺也让该单片机支持计算机并口下载，简单的数字 芯片就可以制成下载线。片上 Flash 规定，程序存储器可以在系统可编程，同时常规的编程器也可以在 系统编程。 2.2.2 优缺点 （1）优点： ① AT89S52 功能与标准 51 单片机相比，AT89S52 多 128 字节 RAM、多一个定时器、多 512 字节 EEPROM、内置 8K ROM 足够容纳一般程序； ②广泛使用，容易找到； ③ 资料众多，编程与 51 单片机兼容； 4
表 1.1 不同浓度下一氧化碳中毒 空气中 CO 的含量 50ppm 200 ppm 400 ppm 800 ppm 1600 ppm 吸入时间以及中毒显示症状 成年人所处环境中所允许的最大含量 2 至 3h 后产生轻微头痛、头晕、恶性 2h 前后头痛、3h 后有生命危险 45min 以内有头痛、恶心等症状，2 到 3h 内死亡 20min 产生头痛、恶性症状，1h 内死亡
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
VCC P0.0(AD0) P0.1(AD1) P0.2(AD2) P0.3(AD3) P0.4(AD4) P0.5(AD5) P0.6(AD6) P0.7(AD7)
EA /VPP
ALE/ PROG
3
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(T2)P1.0 (T2EX)P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 (MOSI)P1.5 (MISO)P1.6 (SCK)P1.7 RST (RXD)P3.0 (TXD)P3.1 P3.2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
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第一章 绪
1.1 课题背景及现状
论
随着我国经济水平的不断提高， 不断提高人民生活水平， 越来越多的高智能化建筑出现在我们身边， 人们对生活环境中的消防安全要求也就越来越高。其次，近些年来全国燃气行业的快速发展，液化气， 天然气，煤制天然气作为一种清洁能源等新能源已被广泛应用于工业，商业及住宅客户的城镇，尤其是 与完成“西气东输”工程，燃气行业的发展将达到一个新的高峰。以“西气东输”工程为核心的大规模天然 气利用开发的实施，意味我国城市燃气行业将进入“天然气时代”。 随着越来越多的家庭使用天然气， 由于天然气泄漏遇到明火而引发的爆炸等事故也越来越频繁的发 生， 城市也因为这一系列的事故而变得不安全和不稳定。 天然气中主要成分--一氧化碳 （carbon monoxide, CO）一般条件下是一种无色、无臭、无刺激性的气体，它的比重是 0.967，同时一氧化碳也极难溶于水， 同时它不易被活性炭吸附。在日常生活中，当碳物质燃烧不够彻底时，就有可能产生一氧化碳。而当短 时间内人体吸收较大量的高浓度的一氧化碳，或者长时间吸入一氧化碳市，都可以造成中毒，同时它在 空气中达到一定浓度后遇明火极易爆炸。 人体中的血红蛋白与一氧化碳的结合能力超强， 一氧化碳与血 红蛋白结合形成的碳氧血红蛋白， 当碳氧血红蛋白含量达到 5%时， 就会对人体产生慢性损害， 到达 60% 就会昏迷，达到 90%就会死亡。在不同浓度下，人体吸入一氧化碳时间和中毒症状如下表 1.1 所示：
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度变化导致气体传感器的电阻产生变化， 随之燃气报警器收到气体传感器传给他的信号并处理， 经过一 定的处理后，电信号的大小随着浓度成比例变化，由放大电路进行补偿，使信号实现线性化，然后通过 计算机处理，输出各种控制信号，当浓度达到报警预定值时，燃气报警器实现报警功能。
1.2 课题设计的目的
本次设计是利用单片机电路制作一氧化碳报警器，且侧重于软件设计。 软件设计主要由“键盘控制程序”、“A/D 信号转换程序”、“存储器存储程序”、“显示模块显示程序” 四个部分组成。首先，键盘是人机交互最基本的途径。键盘模块设计直接影响系统的可靠性和稳定性。 其次，传感器检测到的数据是模拟信号，而单片机只能处理数字信号，因此需要模数转换器进行信号转 换，然后将转换得到的数字信号输出给单片机，由单片机进行数据处理，当浓度超过预定值时，控制报 警器报警。此外传感器模块检测得到的数据还需要用存储器储存起来，以供需要时参考使用，也就是还 需要用显示模块把这些数据显示出来。
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第二章 器件选择及介绍
2.1 部分器件的选择
2.1.1 传感器的选择 方案 1：采用单个传感器（MQ-9）检测一氧化碳气体浓度， 方案 2：采用双或多个传感器（MQ-9）检测一氧化碳气体浓度， 方案 1 设计十分简单，也十分实用。虽然对气体浓度的采集不是很精确，但基本符合设计的精度要 求且报警方面已经十分符合设计目的，由于使用单个传感器，价格较低，比较适用于家庭生活。方案 2 虽然解决了温度和湿度对测量值的影响以及精度明显提高，但这样设计体积大，成本高，功耗大，不适 用于日常生活，故而不采用。所以我们采取方案 1. 2.1.2 模数转化器的选择 方案 1：使用 8 位模数转换器 ADC0809 进行信号转换。 方案 2：使用 16 位模数转换器 AD7705 进行信号转换。 方案 1 使用 ADC0809 后精度为 2/2^8,精度符合设计的要求， 且使用 8 位 ADC0809 成本低且能很好 的完成模数转化这个任务。方案 2 使用 AD7705 后精度为 2/2^16,精度比方案 1 的更高，但是设计没必 要这么高的分辨率，且成本高，不适用于生活生产。所以选择方案 1，使用 8 位的 ADC0809。 2.1.3 显示器件的选择 方案 1：使用 LCD 液晶显示器显示读数。 方案 2：使用数码管显示屏显示读数。 方案 1 使用 LCD 液晶显示器优点是不仅可以显示数字和所有的大小写字母而且可以彩色显示图像， 且其体积小，厚度薄，重量轻、耗能少、工作电压低、无辐射无闪烁并能直接与 CMOS 集成电路匹配。 且该方案使用口资源比较少，显示位数多，显示比较清晰，界面友好。方案 2 使用数码管显示屏优点是 硬件简单，简单易操作且显示数字和字母，但是字母仅能显示 A、B、C、D、E、F 六个字母，无法满 足显示特殊字符的要求，且能耗高，寿命短。方案 1 可以很好的完成设计要求，所以选择方案 1。
表 2.1 管脚 P1.0 P1.1 P1.5 P1.6 P1.7 P1 端口的第二功能 名称 T2 T2EX MOSI MISO SCK 作用 定时器的输入， 计数器 T2 的外部输入， 时钟输出 定时器的捕捉， 程序编写 程序编写 程序编写
P2：该端口是一个有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口平。编程时，对 P2 口输入高电平，P2 口可 以作为输入口使用。 编程者在 flash 编程以及校验的时候， P2 口也接收高 8 位的字节以及一些控制信号。 P3：该端口是一个有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。编程时对 P3 端口输入高电平信号时，规定 将该口作为输入口使用。 P3 端口引脚的第二个功能，如表 2.2 所示：
本次设计的目的是设计出可靠而又价廉物美，又操作简单的一氧化碳报警器。 目前，市场上大部分的一氧化碳报警器主要用于工矿企业或者公共场所等，而且价格昂贵。因此， 本次设计所面对的是家庭，其优点在于： （1）价廉物美。 （2）操作简单，即插即用。 （3）起到预防一氧化碳中毒事件的发生。
1.3 设计的主要任务
INT 0
( INT1)P3.3 (T0)P3.4 (T1)P3.5 P3.6
PSEN
P2.7(A15) P2.6(A14) P2.5(A13) P2.4(A12) P2.3(A11) P2.2(A10) P2.1(A9) P2.0(A8)
ຫໍສະໝຸດ Baidu
WR ( RD )P3.7
XTAL2 XTAL1 GND
图 2.1 AT89S52 引脚图 DIP 封装
2.2 AT89S52 单片机介绍
目前市面上使用的比较普遍的 51 系列单片机是 AT89S52。 AT89S52 是 MCS-51 系列产品的升级版， 由世界著名半导体公司 ATMEL 在收购 MCS-51 设计机构后，利用优势技术——（掉电不丢数据）闪存 生产技术对 MCS-51 产品进行改进和扩展，同时使用新的半导体生产工艺，最终生产所得的低功耗、高 性能 CMOS8 位微控制器。 AT89S52 片内含 8KB 的可反复擦写的只读程序存储器（PER0M） 以及 256 B 的随机存取数据存储器（RAM） ，另外它还兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位的 CPU 以及 Flash 存储单元，功能强大 AT89S52 可以提供许多高性价比的应用，可灵活应用于各种控制领域。同时 也根据不同场合的要求， 这款单片机提供了多种不同的封装， 本次设计所用单片机封装如下图 2.1 所示：
表 2.2 P3 端口引脚的第二功能 引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 名称 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD 引脚的功能 串行口的输入 串行口的输入 外部中断 0 外中断 1 定时器 0 或者计数器 0 定时器 1 或者计数器 1 选通(当写外部数据存储器的时候) 选通（读外部数据存储器的时候）
为了更好的保证了安全生产和居民的财产安全， 减少以及避免各种因燃气泄漏而引发的爆炸及火灾 事故。 这时一氧化碳报警器可以快速检测到危险以及做出相应的措施， 所以各燃气使用单位及居民用户 选择一种适合的燃气报警器实为势在必行之举。 现在， 国产的一氧化碳报警器在安防报警产品的技术含量上与国外的产品差距不是很大， 但国内安 防报警产品大批量规模化生产才处于刚起步阶段， 经验和技术都有所不足， 产品质量还是不如国外的产 品。有两大原因促进一氧化碳报警器发展:1，现代人们的安全意识不断提高，同时对环境安全性和生活 舒适性的要求也在不断提高提高；2，政府制定安全法规推动一氧化碳报警器的生产。比如：日本早在 1980 年 1 月开始实施安装城市煤气、液化石油气报警器的法规等，不仅国外如此，我国也早在北京市、 辽宁省、 黑龙江省等地方相继发布有关燃气安全管理的文件， 这意味着我国已经做到了提高个人安全保 护意识与政府政策的有机结合。 所以在大范围内使用一氧化碳报警器是大势所趋， 它不仅是政府政策的 规定，更在一定程度上保障了人们生产生活的安全。 当前，一氧化碳报警器的发展主要是：提高一氧化碳报警器的灵敏度和工作性能，同时一定程度上 降低能耗以及制作成本，简化电路。另一方面，提高一氧化碳报警器的可靠性，实现电路的集成化，多 功能化，开发一氧化碳报警器的 MEMS 技术，发展智能型一氧化碳报警器。 可燃气体报警器在国家规定在一般分为：1、可燃气体泄漏仪（ 检漏仪） ；2、可燃气体报警控制器 （控制器） ；3、可燃气体探测器（探测器） ；4、家用可燃气体报警器（报警器）四大系列。一般用于家 庭报警可燃气体的报警器安装在厨房，实现对煤气泄漏的报警器报警。 气体传感器是一个燃气报警器的核心，我们俗称“电子鼻”。当气体传感器感受到气体市，气体的浓