基于單片機的智能型可燃性氣體泄漏報警器的設計

畢業(yè)設計〔論文〕題目：基于單片機的智能型可燃性氣體泄漏報警器的設計姓名：包瑩專業(yè)：自動化學院：繼續(xù)教育學院學習形式：自考專升本助學單位：遼寧石化職業(yè)技術學院指導教師：李飛2023年5月畢業(yè)設計〔論文〕說明書題目基于單片機的智能型可燃性氣體泄漏報警器的設計院別：繼續(xù)教育學院專業(yè)：自動化班級：自動化112設計人：包瑩指導教師：李飛畢業(yè)設計〔論文〕任務書一、題目：基于單片機的智能型可燃性氣體泄漏報警器的設計二、根底數(shù)據(jù)三、內容要求：1.說明局部：2.計算局部：3.繪圖局部：四、發(fā)給日期：年月日五、要求完成日期：年月日指導教師：系主任：年月日摘要隨著可燃性氣體種類和應用范圍的增長，其使用的地方和貯氣倉庫內的泄漏、火災爆炸事件日益增多。從平安、環(huán)保和經濟的角度上考慮，研究測量可燃性氣體自動報警和自動翻開排氣裝置的一種控制裝置是非常重要的。此設計對可燃性氣體泄漏報警、以及控制器進行了非常深的研究，采用了“探測器加單片機控制電路〞設計思維，具有反響快，誤差小等優(yōu)點。選用TGS-813半導體陶瓷式氣體傳感器對現(xiàn)場可燃性氣體濃度進行測量，采用性價比和功能較高的AT89S51單片機作為中央處理單元，對濃度信號進行收集、數(shù)據(jù)做處理、顯示、報警及翻開排氣裝置等步驟。此設計的可燃性氣體報警、控制器可以測量到空氣中以烷類氣體為主的多樣可燃性氣體的濃度，實時顯示濃度值，當?shù)竭_預先設置的上限報警值時，發(fā)出聲音報警和控制信號，以提示操作人員采取平安措施或自動控制相關平安設備。該報警、控制器可以實時、準確測量可燃性氣體濃度，并且可以長時間可靠無誤的報警，具有很廣泛的應用前景和價值。關鍵詞：報警器；可燃性氣體；氣體傳感器；單片機AbstractWithcombustiblegastypeandapplicationareaincreases,theuseoflocalandgasstoragewarehouseleaks,fireandexplosionincidentsareincreasing.Fromthesafety,environmentalandeconomicpointofviewtoconsider,ofameasureofflammablegasalarmdevice,andautomaticallyopensadischargecontroldeviceisveryimportant..Thisdesignforcombustiblegasleakalarm,andacontrollerin-depthstudy,usinga"probeplusMCUcontrolcircuit"designthinking,withasmallerror,fastresponseandsoon.SelectionTGS-813semiconductorceramicgassensorformeasuringtheconcentrationofflammablegasfield,theuseofhighercostandfunctionalityAT89S51microclineasthecentralprocessingunitoftheconcentrationsignalcollection,datadoprocessing,display,alarmandopentheexhaustothersteps.Thedesignofthecombustiblegasalarm,thecontrollercanbemeasuredintotheairtogas-basedanddiversealkaneconcentrationofflammablegas,real-timedisplayofconcentrationvalues,whenitreachesapre-setlimitalarmvalue,thealarmsoundsandcontrolsignalstoprompttheoperatortotakesafetymeasuresorautomaticcontrolrelatedsafetyequipment.Thealarm,thecontrollerinrealtime,accuratemeasurementofcombustiblegasconcentration,andthereliabilityandaccuracyofthealarmcanbelong,withaverybroadapplicationprospectsandvalue.Keywords：divulgingalarm;combustiblegas;singlechipmicrocomputer;gassensor目錄摘要IAbstractII目錄III1緒論11.1單片機的背景11.2課題國內外研究的現(xiàn)狀11.3半導體陶瓷式氣體傳感器原理22硬件簡介32.1AT89S51單片機概述3AT89S51單片機引腳說明3AT89S51單片機的時鐘及復位52.2各芯片功能及工作原理68位數(shù)碼管674HC04芯片7CX20236芯片83可燃性氣體泄漏報警器的系統(tǒng)設計93.1可燃性氣體泄漏報警系統(tǒng)總方案93.2超聲波發(fā)射模塊93.3超聲波接收模塊103.4其它主要模塊11溫度測量模塊11LED顯示模塊12電源模塊13聲音報警模塊133.5總體電路設計144程序流程的設計154.1主程序流程設計154.2中斷程序設計155調試175.1硬件調試175.2軟件調試176結論19參考文獻20謝辭21附錄1電路圖22附錄2程序231緒論1.1單片機的背景單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能〔可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路〕集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領域的廣泛應用。從上世紀80年代，由當時的4位、8位單片機，開展到現(xiàn)在的32位300M的高速單片機。1.2課題國內外研究的現(xiàn)狀鑒于火災事故的不可預測性和不可絕對防止性為了減少火災事故利用計算機及信息技術來提高防火技巧已成為國內外研究的熱點。二十世紀八十年代以后展開的關于智能防火報警系統(tǒng)的研究被認為是解決各種火災問題的一個很好的途徑。智能防火報警系統(tǒng)是將先進的信息技術、通訊數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)以及計算機處理系統(tǒng)有效地應用于整個運輸管理體系使人、電腦、環(huán)境協(xié)調統(tǒng)一從而建立一個全方位發(fā)揮作用的實時、準確、高效的綜合管理系統(tǒng)。其中智能防火系統(tǒng)涉及到計算機測量與控制、計算機視覺、傳感器數(shù)據(jù)融合等諸多領域。視覺系統(tǒng)在智能防火報警系統(tǒng)中起到環(huán)境探測和辨識作用。與其他傳感器相比，機器視覺具有檢測信息量大的特點，單純以當前的現(xiàn)實條件出發(fā)解決容易導致系統(tǒng)實時性差，根據(jù)計算著火點與目標的相對位移并用自適應濾波對測量數(shù)據(jù)進行處理以減少環(huán)境的不穩(wěn)定性造成的測量誤差。在智能可燃性氣體泄漏警報領域常用的還有雷達、激光等傳感器。利用信息感知、動態(tài)辨識、控制技術的方法提高平安性是先進防火報警器與平安系統(tǒng)(AVCSS)的主要研究內容。世界各大公司都在開展這方面的研究與開發(fā)工作：日本各大企業(yè)公司致力于新型平安防火報警器技術研究開發(fā)并取得了重要的進展；豐田汽車公司使用毫米波雷達和CCD攝像機對本車的距離進行動態(tài)監(jiān)測當火和環(huán)境距離小于設定值時系統(tǒng)將發(fā)出報警信號提醒工作人員；本田公司使用具有扇形激光束掃描的雷達傳感器日本公司在毫米波雷達防撞方面也做了大量的研究其雷達中心頻率主要選擇60～61GHZ或76～77GHZ探測距離為120m；尼桑公司為41LV-Z配備了自適應巡航控制系統(tǒng)。德國和法國等歐洲國家也對毫米波雷達技術進行了研究：如奔馳汽車公司和英國勞倫斯電子公司聯(lián)合研制的可燃性氣體泄漏報警系統(tǒng)，僅探測本車道內車輛的信息從而可防止旁車道上目標物的影響；戴姆勒-克萊斯勒公司的防撞結構主要是兩個測距儀和一個影像系統(tǒng)她能夠測出平安距離發(fā)現(xiàn)前方有障礙物計算機能夠自動。但國內目前生產的可燃性氣體泄漏報警器普遍達不到要求表現(xiàn)在最遠測距距離近測距誤差大遠遠不滿足各個公司需進一步研究。1.3半導體陶瓷式氣體傳感器原理半導體陶瓷式氣體傳感器分機械方式和電氣方式兩類它實際上是一種換能器在發(fā)射端它把電能或熱能轉換成熱能接收端那么反之。本設計中半導體陶瓷式氣體傳感器采用電氣方式中的壓電式溫度換能器。它是利用壓電晶體的諧振來工作的。它有兩個壓電晶體和一個共振板。當它的兩級外加脈沖信號其頻率等于壓電晶體的固有振蕩頻率時壓電晶體將會發(fā)生共振并帶動共振板振動產生超聲波。反之如果兩電極間未外加電壓當共振板接收到超聲波時將壓迫壓電晶體片做振動將機械能轉換為電信號就成為半導體陶瓷式氣體接收器。在電路中發(fā)射端輸出一系列脈沖方波脈沖寬度越大輸出的個數(shù)越多能量越大所能檢測到的溫度越高。半導體陶瓷式氣體換能器與接收換能器在其結構上稍有不同使用時應看清器件上的標志。半導體陶瓷式氣體傳感器測氣體的方法有很多種：如溫度檢測法、相位檢測法、溫度幅值檢測法。本設計采用往返時間檢測法溫度。其原理是超聲波傳感器發(fā)射一定頻率的超聲波借助空氣媒質傳播到達測量目標或障礙物后反射回來經反射后由超聲波接收器接收脈沖其所經歷的時間即往返時間。往返時間與氣體的種類有關。根據(jù)測試傳輸時間可以得出溫度。假設S為被測物體的溫度，測得的時間為t，超聲波傳播的速度為v表示。那么有關系式：(1-1)在精度的要求較高的情況下需要考慮溫度對超聲波傳播速度的影響按式(1-2)對超聲波傳播速度加以修正以減小誤差。(1-2)中T為實際溫度單位為℃，V為溫度單位為℃。2 硬件簡介2是方案論證，硬件簡介是第三局部2是方案論證，硬件簡介是第三局部本設計采用以AT89S51單片機為核心芯片的電路來實現(xiàn)主要由AT89S51芯片、時鐘電路、復位電路、LED顯示、超聲波傳感器5局部組成。2.1AT89S51單片機概述AT89S51是一個低功耗高性能CMOS8位單片機。片內4KbytesISP(In–systemprogrammable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器。芯片內集成了通用8位中央處理器和ISPFLASH存儲單元，是一種功能強大的微型計算機芯片。AT89S51具有如下特點：〔1〕40個引腳4KBytesFlash片內程序存儲器；〔2〕128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器RAM〔3〕32個外部雙向輸入、輸出I/O口〔4〕5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷〔5〕2個16位可編程定時計數(shù)器〔6〕2個全雙工串行通信口看門狗WDT電路片內時鐘振蕩器。主要特性如下：〔1〕1.8031CPU與MCS-51兼容〔2〕4K字節(jié)可編程FLASH存儲器(壽命1000寫/擦循環(huán))〔3〕全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz.〔4〕三級程序存儲器保密鎖定〔5〕128*8位內部RAM6.32條可編程I/O線7.兩個16位定時器/計數(shù)器〔7〕6個中斷源1.可編程串行通道2.低功耗的閑置和掉電模式3.片內振蕩器和時鐘電路。 AT89S51單片機引腳說明1、VCC:電源2、GND:地3、P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1〞時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有內部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。4、P1口：P1口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1〞時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流〔IIL〕。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸〔P1.0/T2〕和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入〔P1.1/T2EX〕，具體如表2-1所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。表2-1 P1口的第二功能表格處理一下，不要圖片表格處理一下，不要圖片5、P2口：P2口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1〞時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流〔IIL〕。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器〔例如執(zhí)行MOVX@DPTR〕時，P2口送出高八位地址。在這種應用中，P2口使用很強的內部上拉發(fā)送1。在使用8位地址〔如MOVX@RI〕訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。6、P3口：P3口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，p2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1〞時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流〔IIL〕。P3口亦作為AT89S52特殊功能〔第二功能〕使用，如表2-2所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。表2-2 P3口的第二功能同上同上7、RST:復位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位。看門狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊存放器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。8、ALE/PROG：地址鎖存控制信號〔ALE〕是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳〔PROG〕也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1〞，ALE操作將無效。這一位置“1〞，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時有效。否那么，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位〔地址為8EH的SFR的第0位〕的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。9、PSEN:外部程序存儲器選通信號〔PSEN〕是外部程序存儲器選通信號。當AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。10、EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內部程序指令，EA應該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。11、XTAL1:振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。12、XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 AT89S51單片機的時鐘及復位AT89S51單片機為40引腳雙列直插芯片，有四個I/O口P0，P1，P2，P3，MCS-51單片機共有4個8位的I/O口〔P0、P1、P2、P3〕，每一條I/O線都能獨立地作輸出或輸入。單片機的最小系統(tǒng)如圖2-1所示，18引腳和19引腳接時鐘電路，XTAL1接外部晶振和微調電容的一端，在片內它是振蕩器倒相放大器的輸入，XTAL2接外部晶振和微調電容的另一端，在片內它是振蕩器倒相放大器的輸出。第9引腳為復位輸入端，接上電容，電阻及開關后夠上電復位電路，20引腳為接地端，40引腳為電源端。圖片再找找不要帶水印的圖片再找找不要帶水印的圖2-1 單片機的最小系統(tǒng)2.2各芯片功能及工作原理在本設計中用到了74HC04芯片、CX2023芯片、晶振芯片。芯片在本設計設計中起到了關鍵作用。 8位數(shù)碼管8段數(shù)碼管屬于LED發(fā)光器件的一種。LED發(fā)光器件一般常用的有兩類數(shù)碼管和點陣。8段數(shù)碼管又稱為8字型數(shù)碼管分為8段A、B、C、D、E、F、G、P10根管腳每一段有一根管腳。其中P為小數(shù)點。數(shù)碼管常用的有另外兩根管腳為一個數(shù)碼管的公共端兩根之間相互連通如圖2-2所示:圖2-2 LED的引腳和電路原理圖數(shù)碼管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件它是由假設干個發(fā)光二極管組成的。當發(fā)光二極管導通時相應的一個點或一個筆畫發(fā)亮控制不同組合的二極管導通就能顯示出各種字符。數(shù)碼管有共陽極和共陰極兩種。共陰極LED顯示管的發(fā)光二極管的陰極連在一起通常此共陰極接地。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時發(fā)光二極管點亮相應的段被顯示。同樣共陽極LED顯示管的發(fā)光二極管的陽極接在一起通常此共陽極接正電壓當某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時發(fā)光二極管被點亮相應的段被顯示。本次設計所用的LED數(shù)碼管顯示器為共陰極。LED數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同根據(jù)材料不同正向壓降一般為1.5—2V額定電流為10mA最大電流為40mA。靜態(tài)顯示時取10mA為宜動態(tài)掃描顯示可加大脈沖電流但一般不超過40mA。如表2-3所示。表2-3 數(shù)碼管靜態(tài)顯示表顯示字符dpgfedcba十六進制數(shù)0110000000C0H1111110010F9H2101001000A4H3101100000B0H41001100199H51001001092H61000001082H7111110000F8H81000000080H91001000090HA1000100088HB1000001183HC110001100C6HD101000010A1HE1000011086HF100011108EH 74HC04芯片1.高速CMOS--六反相器.2.對稱的傳輸延遲和轉換的時間3.相對于LSTTL邏輯IC功耗減少很多4.工作電壓2V到6V5.兼容直接輸入LSTTL邏輯信號，VIL=0.8V(Max)，VIH=2V(Min)6.兼容CMOS邏輯輸入，1μAatVOL，VOH如圖2-3所示。7.寬工作溫度范圍-55℃-125℃。同上同上圖2-3 74HC04管腳圖 CX20236芯片CX20236內部由前置電路將接收到的信號轉換成CX20236可以接收的標準數(shù)字信號送到CX20236的1管腳。CX20236的總放大增益約為80dB其7管腳輸出的控制脈沖序列信號幅度在3.5~5V范圍內?？傇鲆娲笮∮?管腳外接的R1.。9、C1.4決定R1.9越小或C1.4越大增益越高。但取值過大時將造成頻率響應變差C1.4為10uF。采用峰值檢波方式檢波電容C1.2為10uF。R2為帶通濾波器中心頻率f0的外部電阻。積分電容C1.3取330pF。經CX20236處理后的脈沖信號由7管腳輸出給AT89S51進行譯碼處理。CX2023:紅外解碼芯片。同上同上圖2-4 CA20236內部結構3 可燃性氣體泄漏報警器的系統(tǒng)設計3.1可燃性氣體泄漏報警系統(tǒng)總方案本設計是以AT89S51單片機控制的可燃性氣體泄漏報警系統(tǒng)。該裝置將單片機的實時控制及數(shù)據(jù)處理功能與超聲波的測距技術相結合可檢測著火時的溫度通過LED顯示裝置顯示溫度并由蜂鳴器根據(jù)距離遠近發(fā)出警告聲。本設計中將電路分為以下幾個主要的組成局部，分別是超聲波發(fā)射超聲波接收溫度測量顯示和報警電源等硬件電路局部以及相應的軟件局部構成。系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。同上同上圖3-1系統(tǒng)框圖整個系統(tǒng)由單片機AT89S512控制超聲波傳感器采用收發(fā)分體式分別是一支超聲波發(fā)射換能器和一支超聲波接收換能器。超聲波信號通過超聲波發(fā)射換能器發(fā)射到空氣中遇被測物反射后回聲波被超聲波接收換能器接收。進行相關處理后輸入單片機的INTO腳產生中斷計算中間經歷的時間同時再根據(jù)具體的溫度計算相應的聲速根據(jù)式(1-2)就可得出相應的溫度。報警系統(tǒng)根據(jù)LED顯示的溫度發(fā)出報警。3.2超聲波發(fā)射模塊超聲波發(fā)射局部是為了讓超聲波發(fā)射換能器能向外界發(fā)出40KHZ左右的方波脈沖信號。40KHZ左右的方波脈沖信號的產生通常有兩種方法采用硬件如555測溫電路14振蕩產生或軟件。本設計采用單片機軟件編程控制。由單片機P1.0端口輸出40KHZ左右的方波脈沖信號由于單片機端口輸出功率不夠40KHZ方波脈沖信號分成兩路送給一個由74HLS04組成的推挽式電路進行功率放大以便使發(fā)射距離足夠遠滿足測量距離要求最后送給超聲波發(fā)射換能器以聲波形式發(fā)射到空氣中。發(fā)射局部的電路如圖3-2所示。圖中輸出端上拉電阻R16，R17一方面可以提高反向器74HLSO4輸出高電平的驅動能力另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果縮短其自由振蕩的時間。圖3-2超聲波發(fā)射電路圖3.3超聲波接收模塊超聲波換能器發(fā)射的超聲波信號在空氣中傳播遇到溫度高于標準溫度的物體就會返回超聲波接收模塊是為了將反射回波順利接收到超聲波接收換能器進行轉換成電信號并對此電信號進行放大、濾波、整形等處理。本設計中采用的是索尼公司生產的集成芯片CX20236。超聲波接受換能器將得到的一個負脈沖送給單片機的P3.2(INT0)引腳便產生一個中斷。接收模塊的電路如圖3-3.由電路圖可以看出集成芯片CX20236在接收模塊電路中起了很大的作用。CX20236是一款應用廣泛的紅外線檢波接受的專用芯片其具有功能強、性能優(yōu)越、外圍接口簡單、本錢低等優(yōu)點。由于紅外遙控常用的載波頻率38KHZ與測距的超聲波頻率40KHZ比擬接近而且CX20236內部設置的濾波器中心頻率f0可由其5引腳外接電阻調節(jié)阻值越大中心頻率越低范圍為30~60KHZ。所以本設計中采用它來做接收電路。CX20236內部由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器及整形電路構成。工作過程是接收到的回波信號先經過前置放大器和限幅放大器將信號調整到適宜幅值的矩形脈沖由濾波器進行頻率選擇、濾除干擾信號再經整形送到輸出端7腳。當接收到與CX20236濾波器中心頻率相符的回波信號時其輸出端7腳就輸出低電平而輸出端7教直接接收到AT89S52的P3.2引腳上以觸發(fā)中斷。假設頻率有一些誤差可調節(jié)芯片引腳5的外接電阻R4.2，將濾波器的中心頻率設置在40KHZ就可到達理想的效果。圖3-3超聲波接收模塊電路圖3.4其它主要模塊 溫度測量模塊為提高系統(tǒng)的準確度本設計采用了溫度補償法。這里用的主要元器件是美國Dallas半導體公司生產的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20。其具有準確度高、智能化、體積小、線路簡潔等特點。將單片機的P1.1口與DS18B20數(shù)據(jù)線相連就可以實現(xiàn)溫度測量圖3-4溫度測量電路圖 LED顯示模塊本設計顯示模塊使用LCD顯示所測距數(shù)值TC1602顯示的容量為2行16個字。液晶顯示屏有消耗小、體積小、顯示內容多、超薄輕巧、方便等許多優(yōu)點。與數(shù)碼管相比顯得更專業(yè)、美觀。從價格上考慮本設計采用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管分為共陰數(shù)碼管和共陽數(shù)碼管本系統(tǒng)中使用共陰數(shù)碼管其工作原理是公共端接地低電位然后給abcdefgh每段賦予高電位就可顯示不同的數(shù)值顯示。單片機通過P0口輸出數(shù)字80的二進制代碼給數(shù)碼管賦予段值再通過P2端口將數(shù)碼管位選通數(shù)碼管就可以顯示出設定的平安溫度。圖3-5 LED顯示模塊 電源模塊電源模塊電路采用LM7805三端穩(wěn)壓集成電路用LM7805三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路使用起來可靠、方便而且價格廉價。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的LM78或LM79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓如LM7805表示輸出電壓為正5V。此電源模塊電路利用LM7805芯片不僅生成了穩(wěn)壓電源并且并聯(lián)了一個限流電阻和一個發(fā)光二極管當有電流流過時發(fā)光二極管發(fā)光無電流時二極管滅?？蓪崿F(xiàn)對電源的檢測作用方便迅速發(fā)現(xiàn)電源供應問題所在。如圖3-6所示圖不清楚圖不清楚圖3-6電源模塊 聲音報警模塊在很多設備上裝備防爆系統(tǒng)用于減少氣體泄漏時發(fā)生爆炸的概率。儀表板上有指示燈指示設備的溫度在溫度達標時有指示燈和聲音報警。本設計中采用一個蜂鳴器由P1.2輸出一定頻率的信號在連接到蜂鳴器之前經過一個三極管9012的放大。聲音報警的電路連接如圖3-7所示。圖為報警器電路R6，R10為限流電阻當P2.0口輸出高電平是三極管Q1.1截止此時由于2為高電平LED與揚聲器沒有電流流過即LED不亮揚聲器不響當P2.0口輸出低電平時三極管Q1.1導通LED與揚聲器有電流流過即LED亮，揚聲器響起。有水印有水印圖3-7 聲音報警模塊3.5總體電路設計通過對整個系統(tǒng)各個模塊的設計由此可以根本確定本次系統(tǒng)設計的總體電路的根本框圖，見附錄。4 程序流程的設計4.1主程序流程設計本系統(tǒng)采用匯編語言編程系統(tǒng)程序包括主控程序、T1中斷效勞子程序、INT0中斷效勞子程序、測溫子程序、溫度計算子程序、顯示子程序、時子程序和報警子程序設計等。主程序流程圖如圖4-1所示。有水印有水印圖4-1 主程序流程圖4.2中斷程序設計系統(tǒng)初始化后就啟動定時器T1從0開始計數(shù)。此時當主程序進入等待當?shù)竭_65ms時T1溢出進入T1中斷效勞子程序在T1中斷效勞子程序中將啟動一次新的超聲波發(fā)射此時將在P1.0引腳上開始產生40KHZ的方波同時開啟定時器T0計時為了防止折射波的繞射需要延時1ms后再開INT0中斷允許INT0中斷允許上電開始翻開后假設此時p3.2(INT0)引腳出現(xiàn)低電平那么代表收到回波信號。將提出中斷請求進入INT0中斷效勞子程序在INT0中斷效勞子程序中將停止定時器T0計時讀取定時器T0時間值到相應的存儲區(qū)同時設置接收成功標志主程序一旦檢測到接收成功標志將調用溫測子程序采集超聲波測溫時的環(huán)境溫度并換算出準確的聲速存儲到RAM存儲單元中單片機再調用溫度計算子程序進行計算計算出目標物體之間的溫度此后主程序調用顯示子程序進行顯示假設超過設定的最小報警溫度還將啟動揚聲器報警。當一次發(fā)射、接受、顯示的過程完后系統(tǒng)將延遲100ms重新讓T1置初值再次啟動T1以溢出進入下一次測溫。有水印有水印圖4-2中斷流程圖5調試5.1硬件調試第一步通電觀察。將電路通電觀察有無異常現(xiàn)象例如有無器件冒煙現(xiàn)象有無異常氣味手摸集成電路外封裝是否發(fā)燙等。如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象應立即關斷電源待排除故障后再通電。第二步靜態(tài)調試。將信號輸入端加固定的電平信號后進行的直流測試可用萬用表測出電路中各點的電位通過和理論估算值比擬結合電路原理的分析判斷電路直流工作狀態(tài)是否正常及時發(fā)現(xiàn)電路中已損壞或處于臨界工作狀態(tài)的元器件。通過更換器件或調整電路參數(shù)使電路直流工作狀態(tài)符合設計要求。第三步動態(tài)調試。動態(tài)調試是在靜態(tài)調試的根底上進行的在電路的輸入端參加適宜的信號按信號的流向用示波器順序檢測各測試點的輸出信號假設發(fā)現(xiàn)不正常現(xiàn)象應分析其原因并排除故障再進行調試直到滿足要求。5.2軟件調試所謂軟件調試是將編制的程序投入實際運行前用手工或編譯程序等方法進行測試修正語法錯誤和邏輯錯誤的過程。這是保證單片機正確運行的必不可少的步驟。編完單片機程序必須送入單片機中測試。我把軟件調試過程分為兩步第一步使用軟件調試程序。將編輯好的匯編語言程序進行編譯連接消除根本的語法錯誤再通過軟件自帶的調試工具進行必要的程序調試。第二步聯(lián)系程序的實際運行情況調試程序。此步主要是消除程序中的邏輯錯誤因為在編輯程序時在邏輯思維上可能會出現(xiàn)漏洞導致操作時出錯。我們將編輯好的匯編語言程序編譯連接并生成hex文件并將hex文件下載到單片機中。通過實際操作尋找邏輯上的錯誤不斷的修改程序最終到達了預先設定的操作步驟及顯示格式等多方面的要求。5.3測試結果為了保證實際制作出來的汽車防撞報警系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠地運行我們對各個功能模塊和程序運用仿真軟件protus進行了仿真測試。但實際制作出的電路和24理論又會有一定的差距為此我們還使用實驗儀器對該汽車防撞報警系統(tǒng)進行了相關測試。在本電路的調試中如果一直發(fā)射超聲波在7腳將會有周期的低電平產生。不會像通常認為的那樣即一直發(fā)射信號7腳一直為低電平。這是剛用CX20236時的一個常見錯誤。只要通過單片機來來計算發(fā)射信號時到收到信號是產生下降沿這段時間的長度再通過數(shù)計算轉化為溫度然后在顯示器上顯示。在測試過程中的總結1、定時器T1之所以是65ms溢出因為它是16位定時/計數(shù)器。在使用12MHZ的晶振時一個機器周期是1us，計數(shù)器65ms技術器溢出。2、本設計中40KHZ方波的產生采用的是軟件方式實現(xiàn)控制p1.0口輸出12us的高電平再輸出13us的低電平這樣得到一個周期為40KHZ的脈沖。再循環(huán)發(fā)送出8次。3、在cpu停止發(fā)送脈沖后由于阻尼換能器不能立刻停止發(fā)送超聲波。在一段時間內仍然會發(fā)送所以這段時間內不可立即開啟INT0接收回波要等待一段時間后這樣就防止發(fā)送端的局部直射波未經被測物就直接繞射到接收端。4、最大測試距離將取決于兩次脈沖發(fā)送之間的最小時間間隔和脈沖的能量。般來說發(fā)射端脈沖個數(shù)越多能量越大所能測的距離也越遠。但也不是無限制的。本設計中讀取定時器T0的計數(shù)值。6結論利用AT89S51單片機設計的可燃性氣體泄漏報警系統(tǒng)便于操作、讀數(shù)直觀。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定能滿足一般溫度的要求且本錢較低、有良好的性價比、設計中在超聲波接收電路中使用了CX20236集成芯片減少了電路之間的相互干擾減少了電噪聲。本設計系統(tǒng)可廣泛應用于小距離測量。通過試驗驗證該設計系統(tǒng)靈活方便工作穩(wěn)定可靠抗干擾能力強精確度高能夠有效的防止可燃性氣體的泄漏。超聲波換向器能很好的接收和發(fā)射信號很大程度上降低了小車周圍實物的干擾性提高抗干擾性。得到了預期的效果。在本設計中出現(xiàn)一個問題就是蜂鳴器一直響。原因是(1)蜂鳴器是由程序控制的只要檢測到溫度過高，程序執(zhí)行中斷來處理蜂鳴器響這條指令。(2)檢查電池沒有有電。通過本設計我學到了很多在實際操作中的知識(1)AT89S51各個管腳的功能。(2)LED顯示段選和位選的控制。(3)每個模塊的電路圖的功能。參考文獻[1]翟金輝，超聲波測溫系統(tǒng)的設計[M].中國儀器儀表，2007(8)，44-45.[2]袁佑新，吳妍，劉蘇敏.可視防火預警系統(tǒng)設計[M].微計算機信息，2007(23)268-270.[3]宋永樂，高精度超聲波測溫系統(tǒng)設計[M].現(xiàn)在電子技術，2023，31(15)，137-139.[4]吳斌方.超聲波傳感器的研究[J].湖北理工學院學報，2006(6):26-28.[5]高桔祥.電子技術根底實驗與課程設計[M].北京:電子工業(yè)出版社，2002，283-288.[6]孫肖子，張企民.模擬電子技術根底.1版，西安:西安電子科技大學出版社，2001，33-39.[7]余孟嘗.數(shù)字電子技術根底簡明教程[R].北京:高等教育出版社，1999，196-201.[8]張永瑞.西安:西安電子科技大學出版社，1994，107-110.[9]譚浩強，張基溫.C語言程序設計教程[M].北京:高等教育出版社，2006，85-88.[10]陳明熒.8051單片機課程設計實訓教材.清華大學出版社，2004，25-36.[11]羅亞非.單片機應用根底.北京:北航出版社，2003.[12]賈好來.MCS—51單片機原理及應用.機械工業(yè)出版社，2007.[13]閻石.數(shù)字電路技術根底.北京:高等教育出版社，1998.[14]童詩白，華成英.電子技術根底.北京:高等教育出版社，2001.[15]樓然苗，李光飛.單片機課程設計指導.2007.[16]譚浩強.C語言程序設計.清華出版社，2023.[17]侯媛彬.凌陽單片機原理及畢業(yè)設計精選.科學出版社，2005.[18]耿文靜，錢珊珠.單片機原理與接口技術.國防工業(yè)出版社，2007.[19]徐江海.單片機實用教程.機械工業(yè)出版社，2007.[20]龔運新.單片機C語言開發(fā)技術.清華大學出版社，2006.[21]劉秀英.單片機應用設計200例.北京航空航天大學出版社，2006.[22]Bickford，J.H.，AnIntroductiontotheDesignandBehaviorofBoltedJOINTS，2nd，ed，MarcelDekker，NewYork，1990.ceedingsofSPIEinSleeveBoltsUsinganUltra-sonicTechnique，MaterialsEvaluation，54(2)，308-313(1996).謝辭本論文是在我的指導老師李飛老師的親切關心與細心指導下完成的。從課題的選擇到論文的最終完成李老師始終都給予了細心的指導和不懈的支持。在他的身上我們可以感受到一個學者的嚴謹和務實這些都讓我們獲益菲淺并且將終生受用無窮。畢竟“經師易得人師難求〞希望借此時機向李老師表示最衷心的感謝。此外本文最終得以順利完成也是遼寧石化職業(yè)技術學院學院其他老師的幫助分不開的雖然他們沒有直接參與我的論文指導但在開題時也給我提供了不少的意見提出了一系列可行性的建議在此向他們表示深深的感謝。最后要感謝的是我的父母在未來的日子里我會更加努力的學習和工作，不辜負父母對我的殷殷期望我一定會好好孝敬和報答他們。附錄1 電路圖附錄2 程序//51單片機制作的測溫原程序

//測距范圍是50~400CM精度是1CM。

//原程序如下

#include<REG51.H>

sbitk1=P3^4;

sbitcsbout=P1^0;//測溫sbitcsbint=P3^2;//測溫

sbitbg=P3^3;

#defineLEDP0

sbitLED1=P2^4;//LED控制

sbitLED2=P2^5;//LED控制

sbitLED3=P2^6;//LED控制

sbitbj=P2^0;//報警

#definecsbc0.0347

unsignedcharcl，mqzd，csbs，csbds，buffer[3]，xm1，xm2，xm0，jpjs;//顯示標識

unsignedcharconvert[10]={0x18，0x7b，0x2c，0x29，0x4b，0x89，0x88，0x3b，0x08，0x09};//0~9段碼

unsignedints，t，i，xx，j，sj1，sj2，sj3，mqs，sx1;

voidcsbcj();

voiddelay(j);//延時函數(shù)

voidscanLED();//顯示函數(shù)

voidtimeToBuffer();//顯示轉換函數(shù)

voidkeyscan();

voidk1cl();

voidk2cl();

voidk3cl();

voidk4cl();

voidoffmsd();

voidmain()//主函數(shù)

{

EA=1;//開中斷

TMOD=0x11;//設定時器0為計數(shù)設定時器

1定時

ET0=1;//定時器0中斷允許

ET1=1;//定時器1中斷允許

TH0=0x00;

TL0=0x00;

TH1=0x9E;docin29TL1=0x57;

csbds=0;

csbout=1;

cl=0;

csbs=8;

jpjs=0;

sj1=50;/////////測試報警溫度

sj2=200;

sj3=580;

k4cl();

TR1=1;

while(1)

{

keyscan();

if(jpjs<1)

{

csbcj();//調用測溫度程序

if(s>sj3)//大于時顯示“CCC〞

{

buffer[2]=0xC6;

buffer[1]=0xC6;

buffer[0]=0xC6;

}

elseif(s<sj1)//小于時顯示“〞

{

buffer[2]=0xBF;

buffer[1]=0xBF;

buffer[0]=0xBF;

}

elsetimeToBuffer();

}

elsetimeToBuffer();//將值轉換成LED段碼

offmsd();

scanLED();//顯示函數(shù)

if(s<sj1)

bg=0;

bg=1;

}

}

voidscanLED()//顯示功能模塊

{

LED=buffe