一氧化碳自排與高溫報警系統(tǒng)設(shè)計論文.doc

項目編號院(系)名稱儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院專業(yè)名稱探測制導(dǎo)與控制技術(shù)學(xué) 號學(xué)生姓名指導(dǎo)教師一氧化碳自排與高溫報警系統(tǒng) 20摘要一氧化碳具有毒性，一旦進入人體，會和血液中的血紅蛋白結(jié)合，引起機體組織出現(xiàn)缺氧，導(dǎo)致人體窒息死亡。在通常狀況下，一氧化碳是無色、無臭、無味的氣體，故易于忽略而致中毒。一氧化碳自排與高溫報警系統(tǒng)為智能化系統(tǒng)，可自動排出環(huán)境中不易被人察覺的一氧化碳。當環(huán)境中一氧化碳濃度過高時，可自動觸發(fā)排風裝置，將環(huán)境中混有過量一氧化碳的空氣排出，從而保障了人的安全與健康，并解除了一氧化碳爆炸的隱患。此外，本系統(tǒng)中含有高溫報警裝置，不但可以實時顯示環(huán)境溫度，而且，當環(huán)境溫度過高，可能引起火災(zāi)及其他隱患時，報警器會發(fā)出尖銳的報警聲，以便人覺察并做出及時處理。本文所做的主要工作為：1、考慮了工業(yè)及家居方面的市場需求，設(shè)計了一氧化碳自排與高溫報警系統(tǒng)。在設(shè)計中選用了89c52處理器，主要由基于單片機的主控模塊、co傳感器及a/d轉(zhuǎn)換模塊、電磁式繼電器及風扇模塊、溫度傳感器、蜂鳴器及l(fā)cd顯示模塊幾個部分組成。2、建立了52單片機系統(tǒng)的平臺和開發(fā)環(huán)境。主要包括各模塊的傳輸信號處理與控制程序的編寫。3、完成了周邊電路的設(shè)計，實現(xiàn)了模塊的各自功能與模塊間的工作配合。本文完成了一氧化碳自排與高溫報警系統(tǒng)的硬件設(shè)計和程序設(shè)計，并進行了調(diào)試，驗證了所設(shè)計的有效性和實用性。實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)的設(shè)計方法是可行的，且整個系統(tǒng)具有良好的通用性和可擴展性。abstractco is a kind of toxic gas. once entering the body, it will combine with the hemoglobin in the blood, causing tissues lack of oxygen, resulting in death of suffocation. under normal circumstances, co is colorless, odorless and tasteless gas, which is easy to overlook, resulting in poisoning. the co automatic exhausting and high-temperature alarm system can automatically discharge the co in the environment which cannot easily be detected. when the co concentration in the environment is too high, the exhaust device can be automatically triggered to discharge the air mixed with excessive co, thus ensuring peoples safety and health, and lifting the hidden dangers of co explosion. in addition, the system includes high-temperature alarm device. it not only can display real-time temperature, and when the temperature is too high, possibly causing fire and other danger, the alarm will issue a sharp warning sound effectively for people to perceive and then they may make a timely response. in this paper, major work is as follows: 1、 taking into account aspects of industrial and domestic market demand, the co automatic exhausting and high-temperature alarm system has been designed. 89c52 mcu was chosen in the design and the system was mainly composed of mcu control module, co sensor and a / d converter module, electromagnetic relays and fan modules, temperature sensors, buzzer and lcd display module.2、52-mcu system has been established to be the platform and the development environment. transmission of signal procedures and control procedures of each module was readily programmed. 3、the circuit design of peripheral devices has been completed, so as to realize the respective functions of each module and the perfect coordination with each other. the system hardware and programs have been designed, and have been debugged, in order to verify the effectiveness and practicality of system. results show that the design is feasible, and the whole system has good versatility and scalability. 目錄1 引言11.1 選題背景及作品意義11.2 系統(tǒng)組成11.2.1 一氧化碳自排系統(tǒng)21.2.2 高溫報警系統(tǒng)21.3 論文體系結(jié)構(gòu)32 系統(tǒng)總體設(shè)計任務(wù)及方案32.1 系統(tǒng)總體設(shè)計任務(wù)32.2 系統(tǒng)設(shè)計方案43 系統(tǒng)硬件設(shè)計及程序設(shè)計53.1 系統(tǒng)設(shè)計思想和總體結(jié)構(gòu)53.2 主控制板模塊73.3 co自排系統(tǒng)各模塊及周邊電路93.3.1 a/d轉(zhuǎn)換模塊93.3.2 co傳感器113.3.3 繼電器133.4高溫報警系統(tǒng)各模塊及周邊電路143.4.1 溫度傳感器143.4.2 lcd液晶顯示屏143.4.3 報警裝置173.5 程序設(shè)計流程183.6 系統(tǒng)測試193.7 本章小節(jié)19結(jié)論總結(jié)與展望191 引言1.1 選題背景及作品意義在工業(yè)和日常生活方面，一氧化碳作為燃料以及附屬產(chǎn)物而廣泛地存在。然而，一氧化碳是無色無味的有毒氣體，一旦泄露，易引起中毒和爆炸事故。近些年來，此類事故頻頻發(fā)生，如礦井爆炸、煤氣中毒，嚴重危害了人們的生命財產(chǎn)安全。有鑒于此，一氧化碳自排與高溫報警系統(tǒng)顯得十分重要，可有效解除此類隱患，從而保障了人們的生命財產(chǎn)安全。所以，一氧化碳自排與高溫報警系統(tǒng)適用面廣泛。工業(yè)方面，本系統(tǒng)可安裝于火電廠、供暖部門、化工廠、采礦等行業(yè)；民用方面，由于大多數(shù)家庭使用燃氣灶及燃氣熱水器，本系統(tǒng)可安裝于此類家庭的廚房中，以防止煤氣泄露引起的中毒和爆炸事故。綜上所述，一氧化碳自排與高溫報警系統(tǒng)有著其重要的意義和廣闊的市場前景。1.2 系統(tǒng)組成一氧化碳自排與高溫報警系統(tǒng)的最終目的是防止一氧化碳中毒與爆炸事故，保障人們的生命財產(chǎn)安全。為達到這一目的，在設(shè)計上，系統(tǒng)主要是以一個中央微處理器（cpu）接收來自各感應(yīng)模塊的信息，再按照既定的程序?qū)⒖刂菩畔l(fā)送給各功能模塊，從而實現(xiàn)了信息與控制的傳遞，達到了智能化的目的。在技術(shù)實現(xiàn)上，中央微處理器必須一方面連接各種控制中端，如一氧化碳傳感器、溫度傳感器，另一方面連接各種功能終端，如風扇、液晶顯示屏、蜂鳴器。通過控制中端感應(yīng)外界環(huán)境，發(fā)送信號至中央微處理器，既而由中央微處理器處理信號并判斷是否向功能終端發(fā)出工作指令，實現(xiàn)智能控制。在功能方面，本系統(tǒng)可分為兩大部分：一氧化碳自排系統(tǒng)和高溫報警系統(tǒng)。1.2.1 一氧化碳自排系統(tǒng)一氧化碳自排系統(tǒng)的主要功能是實時監(jiān)測環(huán)境中一氧化碳濃度，當濃度超過程序預(yù)設(shè)值時，接通風扇工作回路，從而將環(huán)境中含有過量一氧化碳的空氣排出。其特點為實時監(jiān)測、智能控制、反應(yīng)迅速。一氧化碳自排系統(tǒng)主要包括中央微處理器、co傳感器、a/d轉(zhuǎn)換模塊、電磁式繼電器和風扇。1.2.2 高溫報警系統(tǒng)高溫報警系統(tǒng)的主要功能是實時監(jiān)測并顯示環(huán)境溫度，當溫度超過程序預(yù)設(shè)值時，報警器發(fā)出尖銳的報警聲，從而提醒人們做出及時處理。高溫報警系統(tǒng)主要包括中央微處理器、溫度傳感器、lcd液晶顯示屏、和蜂鳴器。1.3 論文體系結(jié)構(gòu)本論文余下各章組織如下：第二章提出了系統(tǒng)總體設(shè)計任務(wù)及方案分析，結(jié)合方案設(shè)計，介紹了本設(shè)計用到的背景技術(shù)。第三章介紹本設(shè)計的總體思想和模塊設(shè)計，以及各模塊的功能實現(xiàn)和器件選擇、電路設(shè)計和程序設(shè)計等。最后總結(jié)本設(shè)計的特點和不足等。對論文進行了總結(jié)并提出展望。2 系統(tǒng)總體設(shè)計任務(wù)及方案2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計任務(wù)本設(shè)計要實現(xiàn)以下幾個功能： 系統(tǒng)的主要功能是實時監(jiān)測環(huán)境中一氧化碳濃度，當濃度超過程序預(yù)設(shè)值時，接通風扇工作回路，從而將環(huán)境中含有過量一氧化碳的空氣排出； 實時監(jiān)測并顯示環(huán)境溫度，當溫度超過程序預(yù)設(shè)值時，報警器發(fā)出尖銳的報警聲。2.2 系統(tǒng)設(shè)計方案本設(shè)計將構(gòu)建一個基于單片機的一氧化碳自排與高溫報警系統(tǒng)，采用stc公司的89c52單片機為基礎(chǔ)。co自排系統(tǒng)工作時，將完成如下操作： co傳感器將模擬信號傳送至a/d轉(zhuǎn)換模塊； a/d轉(zhuǎn)換模塊將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳送給單片機； 單片機對接收到的信號進行處理，當其小于程序預(yù)設(shè)值時，將斷開的控制信號傳送給電磁式繼電器；大于程序預(yù)設(shè)值時，將閉合的控制信號傳送給電磁式繼電器； 當電磁式繼電器接收到“閉合”的信號時，接通風扇回路，風扇工作。高溫報警系統(tǒng)工作時，將完成如下操作： 數(shù)字溫度傳感器將數(shù)字信號傳送給至單片機； 單片機對接收到的信號進行處理，并傳送到lcd液晶顯示屏；當其大于程序預(yù)設(shè)值時，將控制信號傳送至蜂鳴器； lcd液晶顯示屏對接收到的信號進行顯示； 當蜂鳴器接收到信號時，發(fā)出報警聲。本設(shè)計的開發(fā)環(huán)境為：rz-51單片機試驗板一塊；keil uvision3集成開發(fā)環(huán)境，編譯器為stc_isp_v3.1，用來生成運行在中心控制單元上及各模塊結(jié)點上的程序。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計及程序設(shè)計本章結(jié)合系統(tǒng)總體設(shè)計任務(wù)和方案選定了硬件器件和程序設(shè)計，針對其功能和參數(shù)進行了電路設(shè)計，完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計和程序設(shè)計工作。3.1 系統(tǒng)設(shè)計思想和總體結(jié)構(gòu)針對第一需要完成的設(shè)計任務(wù)和方案，對系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進行了詳細設(shè)計。系統(tǒng)選用硬件為： 主控模塊采用rz-51試驗板，用于主控模塊的開發(fā)； a/d轉(zhuǎn)換模塊采用a/d d/a擴展板，adc0832串行a/d轉(zhuǎn)換芯片為其工作芯片，用與模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換； ds18b20數(shù)字溫度傳感器， 1602液晶顯示屏，qm-ng1廣譜可燃氣體傳感器，風扇各一個詳細硬件清單如下表：器件名稱數(shù)量用途rz-51實驗板（含電磁式繼電器）1塊a/d d/a擴展板（含adc0832芯片）1塊實現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換usb轉(zhuǎn)串口線1條供程序下載qm-ng1廣譜可燃氣體傳感器1個ds18b20數(shù)字溫度傳感器1個1602液晶顯示屏1個5v 0.24a風扇1個9v 1a穩(wěn)壓電源1個整體電路簡要框圖如下：mcu電源ad0832qm-ng1氣體傳感器ds18b20數(shù)字溫度傳感器1602液晶顯示屏電磁繼電器風扇下面分別從主控制模塊、co自排系統(tǒng)周邊電路及高溫報警系統(tǒng)周邊電路三個部分分別進行詳細敘述。3.2 主控制板模塊主控制板的cpu采用stc公司的89c52處理器，是低電壓、高性能cmos 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（perom）和265 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用stc公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準mcs-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（cpu）和flash存儲單元，功能強大的stc89c52單片機適合許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。rz-51實驗板布局圖如圖所示：rz-51實驗板原理圖如圖所示：stc89c52主要性能參數(shù)及引腳如下圖：3.3 co自排系統(tǒng)各模塊及周邊電路3.3.1 a/d轉(zhuǎn)換模塊本系統(tǒng)中a/d轉(zhuǎn)換模塊使用a/d d/a擴展板，其布局圖如下：擴展板中，adc0832串行ad轉(zhuǎn)換芯片為工作芯片。adc0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道a/d轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強，性價比高，目前已經(jīng)有很高的普及率。adc0832具有以下特點： 8位分辨率； 雙通道a/d轉(zhuǎn)換； 輸入輸出電平與ttl/cmos相兼容； 5v電源供電時輸入電壓在05v之間； 工作頻率為250khz，轉(zhuǎn)換時間為32s； 一般功耗僅為15mw； 8p、14pdip（雙列直插）、picc多種封裝； 商用級芯片溫寬為0c to +70c?，工業(yè)級芯片溫寬為40 to +85adc0832芯片引腳及功能如下圖：a/d轉(zhuǎn)換模塊與實驗板連接電路如下圖所示：3.3.2 co傳感器本系統(tǒng)中co傳感器選用qm-ng1型廣譜氣敏傳感器。qm-ng1 是采用目前國際上工藝最成熟，生產(chǎn)規(guī)模最大的sn02材料作為敏感基體制作的廣譜性氣體傳感器。該產(chǎn)品的最大特點是對各種可燃性氣體(如氫氣、液化石油氣、一氧化碳、烷烴類等氣體)以及酒精、乙醚、汽油、煙霧等有毒氣體具有高度的敏感性。qm-ng1型廣譜氣敏傳感器技術(shù)指標如下表：加熱電壓( vh )50.2v ( acdc )回路電壓( vc )10v ( 最大 dc 24v)負載電阻( rl )2k(可自定)清潔空氣中電壓( v0 )1.5v靈敏度3響應(yīng)時間( tres )10s恢復(fù)時間( trec )30s元件功耗0.7w使用壽命5年 qm-ng1型廣譜氣敏傳感器基本測試電路如下圖: co傳感器與a/d轉(zhuǎn)換擴展板連接電路如下圖所示：3.3.3 繼電器實驗板上的繼電器為電磁式繼電器，最大工作電壓電流為24v 10a(dc)（見rz-51實驗板布局圖），其連接電路圖如下：本系統(tǒng)中的排co裝置選用5v 0.24a風扇， 3.4高溫報警系統(tǒng)各模塊及周邊電路3.4.1 溫度傳感器本系統(tǒng)中，溫度傳感器選用ds18b20數(shù)字溫度傳感器（如下圖）。ds18b20數(shù)字溫度傳感器體積小，經(jīng)濟靈活，其適用電壓為3v5v，測量溫度范圍為 -55c+125c，在-10+85c范圍內(nèi),精度為0.5c。ds1822 的精度較差為 2c ?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。3.4.2 lcd液晶顯示屏 本系統(tǒng)lcd液晶顯示屏采用1602液晶顯示屏。主要參數(shù)如下圖：其引腳說明如下表：引腳符號功能說明1vss一般接地2vdd接電源（+5v）3v0液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調(diào)整對比度）。4rsrs為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。5r/wr/w為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。6ee(或en)端為使能(enable)端，下降沿使能。7db0底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）8db1底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位9db2底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位10db3底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位11db4高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位12db5高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位13db6高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位14db7高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是busy flag）15bla背光電源正極16blk背光 電源負極寄存器選擇控制如表下： rsr/w操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01讀busy flag（db7），以及讀取位址計數(shù)器（db0db6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)1602液晶顯示屏的引腳與實驗板上的1602液晶擴展口插好即可，其連接電路圖如下圖所示：3.4.3 報警裝置本系統(tǒng)報警裝置采