基于单片机的气体检测系统设计说明.doc

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1、 . . . . ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 毕 业 论文基于单片机的气体检测系统设计TheDesign of Gas Detection System Based on SCM系（院）名称：电子信息与电气工程学院专业班级：学生：学生学号：指导教师：指导教师职称： 讲 师 2011 年 5 月42 / 48毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作与取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得工学

2、院与其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了意。作 者 签 名： 日 期：指导教师签名： 日期：使用授权说明本人完全了解工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部容。作者签名： 日 期：目录摘要IAbstractII引言1第一章绪论21.1 设计背景21.2 设计意义3第二章硬件的

3、选择42.1 可燃气体的传感器42.2 MQ-6的结构和测量电路42.3 MQ-6气体传感器的技术参数52.3.1 MQ-6的规格52.3.2 MQ-6的特点62.3.3 MQ-6的应用62.4 芯片的选择62.5 AT89S52的功能特点72.6 中央处理器（CPU）72.7 单片机引脚介绍7第三章系统硬件设计123.1 电源电路123.2 转换电路123.2.1 ADC0809原理133.2.2 ADC0809使用与时序图153.3 液晶显示驱动模块163.3.1 LCD1602液晶主要功能163.3.2 LCD1602液晶引脚和指令功能163.3.3 LCD1602的RAM地址映射173

4、.3.4 LCD1602液晶模块部的控制器指令183.3.5 LCD1602液晶时序193.3.6 LCD1602液晶初始化过程203.4 时钟电路和复位电路203.5 报警电路223.6 硬件电路总图23第四章软件设计254.1 ADC0809采样时钟软件实现254.2 可燃气体浓度显示程序254.3 可燃气体浓度报警程序264.4 程序流程图27结论29致30参考文献31附录32基于单片机的气体检测系统设计摘要：随着可燃性气体的种类和应用围的增加，其使用场所和贮存仓库的泄漏，火灾爆炸事故日益增多，从安全、环保与经济上考虑，设计一种检测可燃气体自动报警装置的控制器是非常必要的。本设计对可燃气

5、体检测与报警进行了深入的研究，采用了“探测器和单片机控制电路”的设计思路，具有检测误差小，反应速度快等优点。选用气敏传感器对可燃气体浓度进行测量，用A/D转换器以完成信号到电压的转换。采用功能和性价比比较高的AT89S52单片机作为中央处理单元，对浓度进行采集、数据显示、报警等工作。本设计的可燃性气体报警设计可以检测到空气中烷类气体为主的多种可燃气体的浓度，实时现实浓度值，当达到预先设定的上下限报警等级值时，发出声音报警，以提示人们采取安全对策。关键词：可燃气体 气敏传感器 A/D转换器 AT89S52 报警The Design ofGas Detection System Based on

6、SCMAbstract：With the combustible gas type and the scope of application of increasing, its use place and storage warehouse in leakage, fire and explosion accidents increase, from safety, environmental protection and economic considerations, design a kind of testing combustible gas automatic alarm dev

7、ice controller is very necessary. This design of flammable gas detection and alarm studied, using a detector and single-chip microcomputer control circuit design train of thought, has the testingerror is smaller, anyway speed, etc. Choose gas-sensitive sensor measurements of combustible gas concentr

8、ation, with A/D converter to complete the signal to the voltage conversion. Using function and high ratio of AT89S52 SCM as the central processing unit of concentration, the collection and data display, alarm, etc. This design of combustible gas alarm design can detect the air of silane variety of f

9、lammable gas mainly gas concentration, real-time reality chroma value, when the upper reaches pre-set alarm level value, sound alarm, to remind people take safety countermeasures. Key words：Flammable Gas ; Gas Sensors ; A/D Converter ;AT89S52 ;Alarm引言随着信息时代的到来，作为获取信息手段之一的传感器技术得到了显著的发展，其应用领域越来越广，对其要求

10、越来越高，需求也越来越迫切。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理与特性是非常重要的。由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制。但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能直接影响系统性能的好坏。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理与其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析和了解，才能将传感器和信息通信以与信息处理结合起来，来适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一

11、方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了提高生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器与传感器系统不断涌现。可燃气体传感器便是其中重要的一类传感器。现在，人们对可燃气体的使用越来越多，它给我们带来很多便利，但是如果不注意可燃气体的使用安全，可燃气体同样会给我们带来祸害。当空气中的可燃性气体达到一定浓度时就会发生自燃自爆的危险，波与面大，后果将十分严重。易燃易爆的可燃性气体泄露如不与时发现并处理，将会造成燃烧，爆炸，危与到人民生命财产的安全。因此，可燃性气体的检测在化工、石油、电力、环保等部门以与人们的日常生活中显得尤其重要。石化厂、煤气站

12、、油库等场所对泄漏可燃气体的监控、报警是确保安全隐患的关键措施。近年来煤气爆炸事件时有发生，对人们的生命构成了严重的威胁，因此如果能放置一个可燃气体浓度检测装置，当有可燃气体泄露时进行报警，提醒人们采取补救措施就显得十分必要。第一章绪论1.1 设计背景在冶金、石油、化工、石化、煤炭工业等行业的生产中，工业现场存在着因为可燃性气体泄漏而发生爆炸的隐患，因此对工业现场的可燃性气体进行检测是关系到生命安全和生产安全的重要安全问题。可燃气体检测报警系统种类也相当繁多，有用于一般家庭、集体住宅、饮食餐店、医院、学校、工厂的各种气体检测报警系统,有单体分离型报警系统、外部报警系统、集中监视系统、遮断连动系

13、统、防止中毒报警防护系统等。结构型式有袖珍型便携式、手推式、固定式报警等；工业用固定式报警又有壁挂式、台放式、单台监控式、多路巡检式等。由于气体本身存在的扩散性，可燃性气体一旦发生泄漏，在外部风力和部浓度梯度的作用下，气体会沿逐渐扩散，从而扩大危害区域。因此，只有与时可靠地探测空气中某些气体的含量，才能与时采取有效措施进行补救。可燃性气体检测报警系统在工业生产的实际应用中往往需要对工业现场的的某个区域的可燃气体浓度进行多点监测，而且有时还要求报警器不仅能够在工业现场发出声光报警做出安全保护动作，还要求报警器能够接入工业网络，方便进行远程监控。随着我国经济的迅猛发展和工业生产的日益繁荣，人们对生

14、产、生活中的安全问题也越来越重视。可燃气体是人类生活中使用比较多的一种能源，它给我们的生活带来方便的同时也会给我们带来潜在的安全隐患。随着人类的进步，各种先进技术被应用于安防当中。如今，人们一直在研究可燃气体的监测技术，经过多年的发展，现在有了众多灵敏度非常高的可燃性气体传感器，使人们更加容易、方便的检测到空气中的可燃气体的浓度。气敏传感器是一种将气体种类与其与浓度有关的信息转换成电气信号的装置。根据这些电气信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警。单片微型计算机是现在智能电路中使用较多的器件，这种单片微型计算机简称单片机，它被应用于各种场合，给人

15、们的生活带来了极大的方便。A/D转换器用于将现实中的模拟信号转化为数字信号。ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以与微处理机兼容的逻辑控制CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接连接。ADC0809非常适用于过程控制、微控制器输入通道的接口电路、智能仪器和机床控制等领域。1.2 设计意义在石油、化工、电力等系统装置，存在着各种易燃易爆的可燃气体。这些气体一旦泄漏并积聚在周围环境中，很容易产生燃烧和爆炸。为了防患于未然，严密监测工艺装置或储运设施环境中可燃气体的浓度，确保安全生产，在装置设计的同时，对可燃气体检测报警系统的设计是十分必要的。在石油、化工生产装置中采

16、用固定式可燃气体检测系统，实时检测生产装置中可燃气体的浓度情况，与时发出报警信号通知有关人员采取有效措施，对于防止爆炸与火灾的发生具有重大的意义。本课题利用所学相关课程的知识，设计、制作一套基于单片机控制的气体测试装置来解决可燃气体的安全使用问题。设计的主要容由气敏传感器组合成的测量电路采集可燃气体的浓度信息，用A/D转换器以完成信号到电压的转换。采用单片机AT89S52作为主控电路，控制外围电路的显示，以与接口电路、数据输出，最终能现实检测报警等功能。第二章 硬件的选择2.1 可燃气体的传感器气体传感器是一种能够感知环境中气体成分的敏感器件，它将气体种类与其浓度有关的信息转换成电信号，根据这

17、些电信号的强弱便可获得与待测气体在环境中存在的有关信息，从而可以进行检测、监控、报警，有的还可通过接口电路与计算机组成自动检测控制和报警系统。适宜的气体传感器阵列对提高系统的性能至关重要。根据不同的分类标准，气体传感器的分类有很多种方法，有根据工作原理分类的气体传感器。如固态电解质气体传感器、半导体气体传感器、电化学气体传感器、表面波气体传感器、金属栅MOS气敏元件、光纤气体传感器、红外气体传感器等。其中半导体气体传感器在实际应用中应用围最为广泛，它是用具有半导体特性的金属氧化物材料制成的气敏元件，当其与某种气体接触时，表面吸附的气体导致半导体载流子浓度发生变化，引起电导率变化，电阻值也随之变

18、化，根据这种变化可以检测出气体的成分和浓度，因此半导体式气敏元件可视为是一种气敏电阻器。其中，旁热式SnO气敏器件最为常用。旁热式气敏器件是一个表面烧结有SnO厚膜气体敏感层的薄壁瓷管，敏感层两端设有一对金电极，分别用铂铱合金丝引出后焊接在管座插腿上，在薄壁瓷管装有一根绕成螺旋形的镍铬合金电阻丝作为加热器，电阻值为3040欧。传感器工作时，电阻丝通电发热，将薄壁瓷管上SnO敏感层加热至200-400，这时氧化锡气敏器件电阻值较小，并能够提高传感器的响应速度。由于薄壁瓷管热容量大，减少了环境温度变化、气流流动对传感器工作的影响。这种结构器件，克服了直热式器件的缺点，其测量极与加热丝分开，避免了测

19、量回路与加热回路之间的相互影响；而且器件热容量大，降低了环境气氛对器件加热温度的影响，并容易保持Sn02材料结构稳定。所以这种类型器件的稳定性和可靠性较直接式器件有较好的改进。目前，国产MQ-6型气敏器件就是采用这种结构。与其他型号的传感器相比，MQ-6半导体气体传感器的主要优点是响应速度快、稳定性好、能耗少、寿命长，能够满足我们快速检测的需要。2.2 MQ-6的结构和测量电路MQ-6气敏元件的结构和外形如图2.1所示（a或b），由微型瓷管、SnO敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4只用

20、于信号取出，2只用于提供加热电流。测量电路如图2.2所示。（a）（b）图2.1MQ-6的结构和外形图2.2 测量电路2.3MQ-6气体传感器的技术参数2.3.1MQ-6的规格MQ-6的标准工作条件，环境条件，灵敏度特性分别如表2.1，表2.2，表2.3所示。表2.1 标准工作条件符号参数名称技术条件备注Vc回路电压15VAC or DCVH加热电压5.0V0.2VAC or DCRL负载电阻可调RH加热电阻313室温PH加热功耗900mW表2.2 环境条件符号参数名称技术条件备注Tao使用温度-10-50Tas储存温度-20-70Rh相对湿度小于95%RhO2氧气浓度21%(标准条件)氧气浓度

21、会影响灵敏度特性最小值大于2表2.3 灵敏度特性符号参数名称技术参数备注Rs敏感体电阻10K- 60K(1000ppm LPG)探测围：100-10000ppmLPG ,丁烷，丙烷，LNG(1000ppm/4000ppm LPG)浓度斜率0.6标准工作条件温度： 202 Vc:5.0V0.1V对湿度：65%5% Vh: 5.0V0.1V预热时间不少于24秒2.3.2MQ-6的特点（1） 对液化气，丁烷，丙烷有较高的灵敏度；（2） 对乙醇蒸汽，烟雾几乎不响应；（3） 快速的响应恢复特性； （4） 具有长期的使用寿命和可靠的稳定性； （5） 简单的驱动电路。2.3.3MQ-6的应用MQ-6适用于家

22、庭或工业上对LPG，丁烷，丙烷，LNG的检测装置。具有优良的抵抗乙醇蒸汽、烟雾干扰的能力。对丙烷、丁烷、液化石油气的灵敏度高，对天然气也有较好的灵敏度。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。MQ-6型气敏器件对不同种类，不同浓度的气体有不同的电阻值。因此，在使用此类型气敏器件时，灵敏度的调整是很重要的。我们建议用1000ppm液化气或1000ppm丁烷校正传感器。当精确测量时，报警点的设定应考虑温湿度的影响。2.4 芯片的选择随着集成电路技术的发展，单片微型计算机（简称单片机）的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。在自动化装置、智能化仪器仪表和家用电器

23、等领域得到了广泛的应用。AT89S系列单片机是美国ATMEL半导体公司继AT89C系列之后推出的功能更强的新产品。AT89S系列与AT89C系列相比，运算速度有了较大的提高，它的静态工作频率为033MHz，片集成有双数据指针DPTR、定时监视器（watch dog timer，又称看门狗）、低功耗休闲状态与关电方式、关电方式下的中断恢复等诸多功能，极满足了各种不同的应用场合要求。AT89S52是AT89S系列中的增强型高档机产品，它片存储器容量是AT89S51的一倍，即片8KB的Flash程序存储器和256KB的RAM。另外，它还增加了一个功能极强的，具有独特应用的16位定时/计数器2等多种功

24、能。而且，AT89S52单片机与MCS-51系列完全兼容，因此，AT89S52受广大用户的青睐并被选择作为学习和应用系统的主机，使得AT89S52单片机为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。本次设计就是采用AT89S52作为主要控制电路来实现气体检测报警的功能。下面大致介绍一下AT89S52。2.5 AT89S52的功能特点AT89S52具有8K字节的Flash存储器，256字节的RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口通道，片晶振与时钟电路，三级加密程序存储器，电源下降标志等。另外，AT89S52可降

25、至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。2.6 中央处理器（CPU）AT89S52的核心部件是一个字长为8位的高性能中央处理器（CPU）。它是AT89S52的指挥中心、执行机构。它的作用是读取和分析指令，并根据指令的功能要求，指挥指定操作，完成指令所要求的处理功能。CPU一般由运算器ALU、定时控制部件、若干寄存器等通过部总线连成一个整体而构成。2.7 单片机引脚介绍下面，根据单片机的原理来介绍单片机各引脚相应的功

26、能。1.电源引脚VCC（40脚）：电源供电电压接4.05.0V。GND（20脚）：接地。2.时钟引脚XTAL1（19脚）：接外部晶振的一个引脚。CHMOS单片机采用外部时钟信号时，时钟信号由此引脚输入。XTAL2（18脚）：接外部晶振的另一个引脚，HMOS单片机采用外部时钟信号时，外部时钟信号由此接入。3.复位、锁存和选通引脚RST（9脚）：复位信号输入端。振荡器起振后，该引脚置高电平，并持续2个机器周期以上系统进行复位。特殊功能寄存器AUXR（地址8EH）中的DISRT0位可以使复位无效。默认的DISRT0位状态，RST引脚上的高电平有效。掉电后，此引脚可接备用电源，低功耗条件下保持部RAM

27、中的数据。ALE/（30脚）：ALE为地址锁存使能端、当访问外部器件时ALE的负跳变将低8位地址输入锁存器。在Flash编程时输入编程脉冲（）。在非访问外部器件期间，ALE仍以1/6振荡频率的常量输出，可用于外部计数或时钟信号。当访问外部数据器件时将跳过一个ALE脉冲。如果需要，可对特殊功能寄存器区的地址为8EH单元的D0位置“1”可禁止ALE输出。而只有在执行MOVX或MOVC等指令时ALE才被激活，仍输出锁存有效，否则被微弱拉高。在执行外部程序时，该设定禁止ALE位无效。（29脚）：访问外部程序存储器读选通信号。取指令操作期间，的频率为振荡频率的1/6。在访问外部程序存储器读取指令码时，每

28、个机器周期产生两次有效信号，即输出两个有效脉冲。在执行片程序存储器取指令码时不产生此脉冲，在读写外部数据时，亦不产生信号。/（31脚）：为访问部或外部程序存储器选择信号，当CPU一开始就（从0000HFFFFH单元）访问外部程序存储器，则必须保持低电平（接GND端），如果位被编程，则复位时部会锁存端的状态。当端保持高电平（接VCC）时则CPU首先从片0000H单元开始执行部程序存储器程序；如果外部还有扩展程序存储器，则CPU在执行完部程序存储器程序后自动转向执行外部程序存储器程序。为Flash编程电压。在对片Flash编程时，此引脚施加12V编程允许电压（如果选用的Flash编程电压是12V允

29、许值的话）。4.多功能I/O口引脚P0口（3932脚）：8位并行I/O口，作为输出口时，每个管脚可以带8个TTL负载。在外扩存储器时，它定义为低8位地址/数据总线。当定义为I/O口时，为准双向I/O口，需要外接上拉电阻，在写入“1”后就成为高阻抗输入口。在对片Flash编程时P0口接收字节代码，在程序校验时输出字节代码。程序校验期间应外接上拉电阻。P1口（18脚）：接上拉电阻的8位准双向I/O口，可以负担4个TTL负载。在Flash编程和校验时定义为低8位地址线。它的第二功能如下：P1.0（1脚）：定时/计数器T2的外部计数输入；P1.1（2脚）：定时/计数器T2捕获/再装入触发与方向控制；P

30、1.5（6脚）：MOSI（用于系统部编程）；P1.6（7脚）：MISO（用于系统部编程）；P1.7（8脚）：SCK（用于系统部编程）。P2口（2128脚）：接上拉电阻的8位准双向I/O口。可以负担4个TTL负载。当访问外部存储器时，定义为高8位地址总线，只需8位地址线时，它将输出特殊功能寄存器（锁存器）中的容。注意：当P2口的极为作为地址使用时，剩下的P2口不能作为I/O口线使用。P3口（1017脚）：接上拉电阻的8位准双向I/O口。可以负担4个TTL负载。它的第二功能如下：P3.0（10脚）：RXD（串行输入端口）；P3.1（11脚）：TXD（串行输出端口）；P3.2（12脚）：（外部中断0

31、请求端）；P3.3（13脚）：（外部中断1请求端）；P3.4（14脚）：（定时/计数器0外部计数输入端）；P3.5（15脚）：（定时/计数器1外部计数输入端）；P3.6（16脚）：（外部数据写选通）；P3.7（17脚）：（外部数据读选通）。5.特殊功能寄存器AT89S52单片机共有21个字节的特殊功能寄存器SFR（special fuction regiters）,起着专用寄存器的作用，可用来设置片电路的运行方式，记录电路的运行状态，并说明有关标志等。此外，并行和串行I/O端口也映射到特殊功能寄存器，对这些寄存器的读/写，可实现从相应I/O端口的输入和输出操作。（1）累加器A累加器A是运算过程

32、中的暂存寄存器，用于提供操作数和存放操作结果。其他大部分操作也都要用到累加器A，所以它是应用最为频繁的寄存器。在结构上通过部总线直接与ALU相连，一般信息的传递和交换都要通过累加器A。为了提高运算速度，压缩程序长度，在部结构上采取了一些措施，对一部分指令的执行将累加器A旁路，以直接或间接地址寻址的方式使数据可以从片的任意地址单元直接送到另一个单元，从而不经过累加器A。这就提高了部分指令的操作速度，增强了实时性。（2）寄存器B寄存器B一般用于乘、除法操作指令，与累加器A配合使用。它里面存放的第二操作数、乘积的高位字节或除法的余数部分。其他情况下可以作为一般寄存器或者中间结果的暂存器使用。（3）程

33、序状态寄存器PSW这是一个8位寄存器，用于寄存当前指令执行后的有关状态，为以后指令的执行提供状态条件。AT89S52的PSW是可编程的。PSW包括以下八种状态：CY：进、借位标志。反映运算中最高位有无进、借位情况。加法为进位，减法为借位。有进、借位时，CY=1；无进、借位时，CY=0。AC:辅助进、借位标志。反映运算中高半字节与低半字节的进、借位情况。AC=1有进、借位；AC=0，无进、借位。F0：用户标志位。可由用户设定起含义。,:工作寄存器组选择位。，取值为0011，分别选工作寄存器组03组。OV：溢出标志位。补码运算的运算结果有溢出，OV=1,无溢出，OV=0.OV的状态由补码运算中的最

34、高位进位（D7位的进位CY）和次高位进位（D6位的进位CY-1）的异或结果决定。P:奇/偶标志位。反映对累加器A操作后，A中“1”个数的奇偶。A中奇数个“1”，P=1;A中偶数个“1”，P=0。（4）堆栈指针SPAT89S52是在片RAM中开辟的一个存储区域。栈顶的地址码由栈指针SP指示。SP是一个8位的增量寄存器，它指示的堆栈深度为0255个存储单元。AT89S52允许用户通过软件定义片RAM的某一个连续区域单元作为堆栈。数据进栈时SP先自动增“1”，然后将欲进栈的数据压入由SP所指示的堆栈单元；弹出时将SP所指示的堆栈单元的数据推出栈，然后SP自动减“1”。因而，SP总是指向装有数据的栈顶

35、。在系统复位后，栈指针SP的初始值为07H，即栈底为08H单元。这显然与工作寄存器区域重叠，因此必须通过软件重新定义SP，在片RAM中开辟一个适宜的堆栈区域。（5）数据指针DPTR数据指针DPTR是个独特的16位寄存器，它由两个独立的8位寄存器DPH和DPL组合而成，既可以作为16位数据指针DPTR用，又可以分开以8位的寄存器（DPH、DPL）各自单独使用。它常用于访问64KB围的任意地址单元。AT89S52设有两个DPTR，分别为DP0（DP0H、DP0L）和DP1（DP1H、DP1L），通过软件对特殊功能寄存器AUXR1（片RAMSFR区，地址为A2H）的DPS位进行设置选择，当DPS=0

36、，选择DP0，DPS=1则选择DP1。两个DPTR便于访问部或者外部的有关数据单元。第三章 系统硬件设计经过对核心部件MQ-6可燃气体传感器、单片机芯片AT89S52的深入了解，以与对报警、显示等辅助电路的资料查阅后，形成了最终的系统电路，电路原理框图如图3.1所示。图3.1 电路原理框图下面对硬件电路的各模块电路做详细的介绍。3.1 电源电路稳压块的作用是将电压进行降压处理并稳定为某一固定的值后输出，如三端稳压块7805可将小于35V的电压降成稳定的5V输出电压，它比只使用一只稳压二极管进行稳压的电路要好得多。它的部含有限流保护、过热保护和过压保护电路，采用了噪声低、温度漂移小的基准电压源，

37、工作稳定可靠，所以应用还是很广泛的。在电源设计中采用了W78M00系列集成稳压块7805，最高输入电压为40V，稳定输出正5V电压。电源电路如图3.2所示。图3.2 电源电路3.2转换电路转换电路包括MQ-6型传感器和ADC0809芯片。其中，MQ-6型传感器通过采集空气中测试气体的浓度并把它转换为电信号，电信号经过ADC0809则由模拟信号变为数字信号，最后电压以数字信号的形式进入单片机。电路图如图3.3和3.4所示。在图3.3中，要注意引脚连接顺序，不能接错，否则无法采集测试气体的浓度值。图3.3MQ-6结构图图3.4 ADC0809结构图3.2.1ADC0809原理ADC0809是带有8

38、位A/D转换器、8路多路开关以与微处理机兼容的逻辑控制CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接连接。ADC0809非常适用于过程控制、微控制器输入通道的接口电路、智能仪器和机床控制等领域。其部结构图如图3.5所示。图3.5 ADC0809的部逻辑结构由图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁存器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的据。下面分别介绍一下ADC0809的各个引脚极其

39、功能：（1）IN0IN7是8条模拟量输入通道。ADC0809对模拟输入量要求：信号单极性，电压围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如果模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。（2）ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。A，B，C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟输入量。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进入A/D转换器进行转换。（3）ST为启动转换信号。当ST上跳沿时，所有部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。（4）EOC为转

40、换完毕信号。当EOC为高电平时，说明转换完毕；否则，说明正在进行A/D转换。（5）OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1时，输出转换得到的数据；OE0时，输出数据线呈高阻态。（6）D7D0为数字量输出线。（7）CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为1MHZ。（8）VREF（），VREF（）为参考电压输入。3.2.2 ADC0809使用与时序图ADC0809的使用说明如下：（1）ADC0809部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连；（2）初始化时，使ST和OE信号全为低电平；（3）把

41、要转换的通道地址送入到A，B，C端口上；（4）在ST端输出一个至少有100ns宽的正脉冲信号；（5）是否转换完毕，根据EOC的信号来判断；（6）当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换后的数据输出给单片机。ADC0809的操作时序图如图3.6所示。图3.6ADC0809的时序图ADC0809主要特性：（1）8路8位AD转换器，即分辨率8位；（2）具有转换起停控制端；（3）转换时间约为128s；（4）单个5V电源供电；（5）模拟输入电压围05V，不需零点和满刻度校准；（6）工作温度围为-4085摄氏度；（7）低功耗，约为15mW；（8）转换精度为0.4%；（9）可锁存三态输出，输出与TTL

42、兼容。3.3 液晶显示驱动模块3.3.1LCD1602液晶主要功能（1）40通道点阵LCD驱动；（2）可选择当作行驱动或列驱动；（3）输入/输出信号:输出,能产生202个LCD驱动波形;输入,承受控制器送出的串行数据和控制信号,偏压(V1V6)；（4）通过单片机控制将所测的频率信号读数显示出来。3.3.2LCD1602液晶引脚和指令功能（1）LCD1602液晶与单片机的连接如图3.7所示。图3.7 LCD1602液晶与单片机的连接（2）LCD1602液晶引脚功能1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3.1所示。表3.1 LCD1602液晶引脚接口说明

43、编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操

44、作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。3.3.3LCD1602的RAM地址映射液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在，哪里显示字符，LCD1602的部显示地址如图3.8所示。图3.8LCD1602的部显示地址3.3.4

45、LCD1602液晶模块部的控制器指令LCD1602液晶模块部的控制器共有11条控制如表3.2所示。表3.2 LCD1602液晶模块部的控制器指令序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据容1602液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明1为高电平，0为低电平）指令1：清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置