基于单片机的酒精、煤气检测报警系统的设计

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1、基于AT89C51单片机的煤气、酒精检测报警系统的设计学院（系）：机电汽车工程学院专业班级：机101—2班学生姓名：指导教师：学号：同组成员：目录目录2一.前言31.设计任务32.主要内容3二、酒精、煤气测试仪总体方案设计4三、硬件设计41、传感器的选择42、MQK2传感器的特性及性能指标43、MQ-7传感器的特性及性能指标64、模/数转换器ADC08087（Ⅰ）、引脚功能8（Ⅱ）、主要特性95、单片机AT89C51的概述9（Ⅰ）、AT89C51简介9（Ⅱ）、主要性能参数10（Ⅲ）、引脚图116、其他各硬件模块设计11（Ⅰ）、复位及晶振电路11（Ⅱ）、显示电路设计11（Ⅲ）、声光报警设

2、计12（Ⅳ）、按键功能设计12四、软件部分设计121、主程序流程图设计132、功能子程序13（Ⅰ）、按键管理子程序13（Ⅱ）、显示子程序15（Ⅲ）、浓度检测子程序16（Ⅳ）、浓度越限报警子程序17（Ⅴ）、BCD码转换子程序17五、参考文献18六、附录19附录一、整体电路图19附录二、参考程序19酒精、煤气浓度检测仪的设计一.前言1.设计任务本设计以MCS-51系列单片机为核心，采用常用电子器件设计，选用合适的气体传感器，检测气体浓度，数码管显示，当浓度超标时报警。2.主要内容本课题分为两部分：硬件设计部分和软件设计部分。硬件部分为利用MQK2半导体酒精传感器测量空气中酒精浓度，利用MQ

3、-7气体传感器测量CO浓度（煤气的主要成分为CO），并转换为电压信号，经A/D转换器转换成数字信号后传给单片机系统，由单片机及其相应外围电路进行信号的处理，显示酒精、煤气浓度值以及超阈值蜂鸣器报警。程序设计采用模块化设计思想，各个子程序的功能相对独立，便于调试和修改。而硬件电路又大体可分为单片机小系统电路、A/D转换电路、声光报警电路、LED动态显示电路以及按键电路。二、酒精、煤气测试仪总体方案设计设计时，考虑酒精、煤气浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是0-5伏的电压值且电压值稳定，外部干扰小等。因此，可以直接把传感器输出电压值经过A/D转换器转换得到数据送入单片机进行处

4、理。此外，还需接人LED显示，按键，报警电路等。其总体框图如图1所示。被测环境气敏传感器A/D转换电路单片机声光报警电路LED显示按键图1基本工作原理图三、硬件设计1、传感器的选择检测酒精采用MQK2传感器，检测煤气（主要成分为CO）采用MQ-7传感器2、MQK2传感器的特性及性能指标气敏传感器，考虑到周围空气中的气体成分可能影响传感器测量的准确性，所以传感器只能对酒精气体敏感，对其他气体不敏感，故选MQK2型气敏传感器。其有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。MQK2型气敏传感器由微型Al2O3，陶瓷管和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

5、不锈钢的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。传感器的标准回路有两部分组成。其一为加热回路，其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻值的变化。传感器的表面电阻RS的变化，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号VRL输出面获得的。负载电阻RL可调为0．5-200K。加热电压Uh为5v。上述这些参数使得传感器输出电压为0-5V。MQK2型气敏传感器的结构和外形、标准回路、传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度的关系图如图2所示。为了使测量的精度达到最高，误差最小，需要找到合适的温度，一般在测量前需将传感器预热5分钟。图2传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度之间的关

6、系（Ⅰ）、特性参数l、回路电压：(Vc)5-24V2、取样电阻：(RL)0.5-20KΩ3、加热电压：(VH)5±0.1V4、加热功率：(P)约750mW5、灵敏度：R0(air)/RS(100ppmC2H5OH)＞56、响应时间：Tres＜10秒7、恢复时间：Trec＜30秒（Ⅱ）、工作环境：温度-10-+50℃、相对湿度0-90％RH。（Ⅲ）、传感器输出电压与酒精浓度关系通过测量MQK2输出信号同酒精浓度为近似的线性关系，如图2-1所示。图2-1酒精浓度同输出电压的近似关系由图形可知只设计0-0.72之间的酒精浓度范围，在进行AD转换时0.72对应255也是5V的对应值，0时对应

7、3V的对应值，由此可列出标准方程式Y（153-255）=142x+153，x为最后显示值，Y为AD转换后的值。3、MQ-7传感器的特性及性能指标MQ-7气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡。采用高低温循环检测方式低温检测一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温清洗低温时吸附的杂散气体。使用简单的电路即可将电导率的变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-7气体传感器对一氧化碳的灵敏度高，这