2023年基于STC51单片机的氧化碳监测报警系统设计.doc

基于STC51单片机的一氧化碳监测报警系统的设计 ：文中设计提出了一种基于STC51单片机的一氧化碳监测报警系统。冬季天气寒冷，洗澡的时候浴室内空气的湿度会比拟大，再加上空气流通性差、气压低，很容易造成一氧化碳中毒，造成人员伤亡。针对这种不安全因素，而设计了此一氧化碳实时监测系统，安装于浴室内。该系统通过单片机控制MQ-7气体传感器，实现对浴室内一氧化碳浓度实时采集、处理，同时可根据环境手动设定报警值，并当所测一氧化碳浓度超过设定的报警上、下限时自动报警，提醒正在沐浴的人员及时采取相应措施，防止中毒事故发生，保证沐浴人员生命安全。 关键词：STC12C5A60S2；MQ-7一氧化碳气体传感器；一氧化碳浓度 1、 监控系统的组成及工作原理 根据小型化、实时检测等要求，系统利用STC51单片机及其外围电路完成对MQ-7一氧化碳气体传感器〔下文简称气体传感器〕的控制和数据转换。整个系统是流程是：首先通过气体传感器采集现场的数据；气体传感器输出的数据经过运算放大电路转换成单片机所需要的0～5V电压信号，单片机通过自身的8路AD转换器将采集到的一氧化碳数据进行转换。利用LCD显示当前现场的一氧化碳浓度。当测得的值超过预先设定的值时，由单片机控制进行声光报警。系统框图如图1所示。 MQ-7气体传感器 按键控制 单片机 LCD显示 报警装置 图1系统框图 2、 功能单元介绍 2.1 MQ-7气体传感器模块 系统所采用的是MQ-7气体传感器，其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(SnO2)。采用上下温循环检测方式低温〔1.5V加热〕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〔5.0V加热〕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，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低本钱传感器。 特点： 元件外形结构 x针对一氧化碳有良好的灵敏度 x长寿命低本钱 x简单的驱动电路即可 应用： x家庭用气体泄漏报警器 x工业用一氧化碳气体报警器 x便携式气体检测器 Vc VH GND RL VRL 根本测试回路： 技术指标： 产品型号 MQ-7 产品类型 半导体气敏元件 标准封装 塑封 检测气体 一氧化碳 检测浓度 10-1000ppmCO 标准电路条件 回路电压 Vc ≤10V DC 加热电压 VH 5.0V±0.2V ACorDC〔高〕 1.5V±0.1V ACorDC〔低〕 加热时间 TL 60±1S〔高〕90±1S〔低〕 负载电阻 RL 可调 标准测试条件下元件特性 加热电阻 RH 31Ω±3Ω〔室温〕 加热功耗 PH ≤350mW 敏感体外表电阻 Rs 2KΩ-20KΩ(in100ppmCO) 灵敏度 S Rs(in air)/Rs(100ppmCO)≥5 浓度斜率 α ≤0.6(R300ppm/R100ppm CO) 标准测试条件 温度、湿度 20℃±2℃；65%±5%RH 标准测试电路 Vc:5.0V±0.1V； VH〔高〕: 5.0V±0.1V； VH〔低〕: 1.5V±0.1V 预热时间 不少于48小时 传 传感器的输出电压太小，无法满足单片机的要求。故需要将气体传感器的输出信号进行放大。由于STC12C5A60S2单片机内部集成了10位的ADC模块，这样可以直接将放大电路输出的模拟电压与单片机的A/D输入通道P1.2相连接。 2.2 声光报警模块 主要是驱动一个蜂鸣器，图2为声光报警电路的实现。此报警电路的声音输入引脚由单片机的P1.5控制，光闪烁电路的输入引脚由单片机的P1.7控制。报警的上、下限值由软件设定。当气体传感器采集到的值超过报警范围时，令P1.5、P1.7=0那么可实现声光报警。 图2 2.3 按键模块 系统中由于需要的控制按键比拟少，故采用独立按键式键盘。功能按键有4个，主要实现一氧化碳报警值的设定、查询等功能。他们分别与单片机的P3.2～P3.5口连接，通常情况下给这几个引脚以高电平，当按键被按下时引脚变成低电平，因此，只要在软件查询这几个引脚的电平，就可以确定是否有按键按下，从而进入相应的子程序。 图3为按键模块。 图3 2.4 显示模块 显示模块由LCD1602液晶屏组成 。其中，单片机的P2.5～P2.7与液晶的控制端连接，输入信号控制液晶。单片机的P0.0～P0.7与液晶的数据端连接，控制显示的数据。图4为显示模块。 图4 2.5 STC12C5A60S2单片机电路 系统采用的是STC12C5A60S2单片机。STC12C5A60S2系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期〔1T〕的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换〔250K/S,即25万次/秒〕针对电机控制，强干扰场合。 3 系统软件设计 系统采用c语言进行程序设计，大大提高了开发调试工作 的效率，同时，所产生的文档资料也容易理解，便于移植。 主处理模块主要是将各个模块进行协调处理和实现数据 交互。主处理模块首先完成初始化工作，初始化后进入循环处 理，在循环过程中主处理获得采集模块的数据，并将数据进行处理，根据处理后的结果来进行显示或者报警。由于报警的上限和下限需要设置，因此主程序先检查FLASH里面的一氧化碳报警门限是否需要修改。如果需要修改那么进行等待修改数据，设置完后才进入下一步处理。当设置的标志为变为0时，定时器0到来，单片机停止对气体传感器采集的数据的A／D转换，读取数据，读取完毕后再启动A／D转换。如此循环。程序流程图如以下列图图5所示。 定时器0中断 停止A/D转换 读取数据 启动A/D转换 设置标志 Y 数据 超限 数据显示 程序初始化 翻开中断 读取EEPROM Flash的内存 修改 数据 等待修改数据 启动定时器 数据处理 N 报警 N Y 图5 系统流程图 4 结束语 系统采用了高性能的单片机，其丰富的片内资源使得外围 扩展器件少，体积小，降低了故障率。从实际应用效果来看，系统工作稳定。将MQ-7一氧化碳传感器和STC12C5A60S2有机地结合起来，组成低功耗的小型监测系统,适用于浴室内的CO安全监测。该系统经过适当的扩展，可实现温度、煤气、CO的监测等功能，具有广阔的应用背景和实用价值。