基于单片机的室内煤气报警装置.doc

1、 摘 要 随着经济和科学技术的快速发展,人们对生活质量的提高和生活环境的改善越来越重视,液化气、煤气进入家庭的使用为人们带来了方便,也改善了城市的环境,但同时也给人们带来了潜在的危险,其中一氧化碳是最主要的危险源。若管道和阀门密封不好，它们泄露出去，轻者引起中毒，重者造成火灾，危及人们的生命财产。由于这些原因，对于气体的检测与控制就变得很重要了，研究各种气体的检测方法与传感器也随之成为一个重要课题。 本课题设计煤气报警采用了AT89C51单片机为报警器的核心部件，对煤气报警器进行控制。通过MQ-7一氧化碳气体传感器对煤气进行检测，当检测到有煤气泄漏，会发生报警信号，而且DS18B20温度检测装

2、置也能监测温度的异常，从而实现对家用和工业煤气漏气的监控。整个系统的硬件电路设计合理，性能安全可靠。关键词：煤气检测 单片机 温度检测ABSTRACTWith the rapid development of economy and the science technology， people become pay more and more attention to the quality of life and improving the environment ,and coal gas used into the family brings convenience to people

3、, but also to improve the potential dangers, including the risk of carbon monoxide is the most important source. If not sealed pipes and valves, gas leak, lightly causes poisoning ,heavily causes fire , endangering peoples lives and property . For these reasons , it is very important for us to inspe

4、ct and control these gases well, and it is obviously very important to study on the inspection methods and sensors of all kinds of gases.This paper introduces the design of a coal gas alarms device that uses the AT89C51 SCM as the most important controller. Through the MQ-7CO gas sensor gas detectio

5、n, when the detection of the gas leakage happens, alarm signals, and the DS18B20 temperature monitoring device can monitor temperature anomaly. Then we can monitor the leak of coal gas in the house and industry. The hardware design of circuits is reasonable and the performance of the coal gas alarms

6、 device is safe and reliable.Key words: gas detection MCU temperature monitoring目 录1 前 言11.1 课题背景11.2 国内外发展状况和趋势11.3 研究目标32 元件介绍42.1 AT89C51简介42.2 传感器MQ-762.3 DS18B2072.3.1 DS18B20的主要特征72.3.2 DS18B20的内部结构82.3.3 DS18B20工作原理83 硬件电路设计103.1 系统原理介绍103.2 主控制电路设计113.3 温度显示电路设计143.4 气体检测电路设计153.4.1 传感器简介153

7、.4.2 气体检测电路163.5 声光报警电路设计164 软件设计184.1 DS18B20程序184.2 温度检测与显示194.3 主控制215 系统调试225.1 仿真软件Proteus225.2 气体检测模块仿真235.3 气体检测模块调试235.4 声光报警模块仿真235.5 声光报警模块调试245.6 温度部分仿真245.7 温度部分调试25结 论26谢 辞271 前 言1.1 课题背景随着我国燃气的变革及西气东输工程的进行，煤气或天燃气已成为多数家庭的燃料。每年，因煤气泄露造成的煤气中毒事故中，因使用热水器不当或产品本身的质量问题，造成的煤气中毒事故，全国均有不少事例。有甚者，因室

8、内煤气浓度过高，引起煤气爆炸的事故也不少见。家用煤气有时会因各种原因发生泄漏，煤气的主要成分是甲烷，甲烷是一种可燃性气体，遇到明火会发生燃烧甚至爆炸，所以如果在煤气泄漏时打电话，使用家用电器的话，煤气遇到电火花可能会发生爆炸事故。人待在煤气泄漏的空间内，甲烷的不完全燃烧可能会生成一氧化碳，人体吸入有毒气体一氧化碳后，一氧化碳将会迅速与血液中的红细胞结合导致人体中毒昏迷，如果长时间吸入泄露的煤气甚至会发生中毒死亡。一氧化碳中毒属内科急症，如不及时发现及治疗，将会危及生命。近年来，我国部分地区非职业性一氧化碳中毒事件时有发生。特别是冬春季高发，据不完全统计，我国2006年因非职业性一氧化碳中毒，造

9、成至少3850人中毒，142人死亡1。基于此，本设计旨在为家庭用户设计一种能够同时检测煤气和天然气泄露的装置，从而减少因煤气、天然气的泄露造成的事故的发生概率，进而保证人民的生命健康安全，减少不必要的损失。单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，有利于为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施。为了防止中毒事件再次发生，提出利用单片机系统进行有效的预防对策。1.2 国内外发展状况和趋势民用可燃气体报警器为居民家庭用的燃气报警器，一般安装在厨房，遇燃气泄漏时，报警器可发出声光报警，或同时伴有数字显示，同时联动外部设备。有的报警器可自动开启排风扇，把燃气排出室外；有的报警器在报警时可自动关闭

10、燃气阀门，以防燃气继续泄漏8。在应用方面，目前最广泛的是可燃性气体气敏元件传感器，已普及应用于气体泄漏检测和监控，从工厂企业到居民家庭，应用十分广泛。仅以用于安全保护家用燃气泄漏报警器为例，日本早在1980年1月开始实行安装城市煤气、液化石油气报警器法规，1986年5月日本通产省又实施了安全器具普及促进基本方针。美国目前已有6个州立法，规定家庭、公寓等都要安装CO报警器。报警器种类也相当繁多，有用于一般家庭、集体住宅、饮食餐店、医院、学校、工厂的各种气体报警器和系统，有单体分离型报警器、外部报警系统、集中监视系统、遮断连动系统、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

11、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。气体检测技术与计算机技术相结合，实现了智能化、多功能化。美国工业科学公司（ISC）一台携带式气体监控仪可实现4种气体监测，采用了统一的软件，只需要换气体传感器，即可实现对特定气体监测。美国国际传感器技术（IST）公司应用一种“MegaCas传感器和微程序控制单元，可检测100种以上毒性气体和可燃性气体，通过其“气体检索”功能扫描，能很快确定是哪一种气体。可燃气体传感器的发展也成为气体检测系统的代表性标志。近年来，由于在工业生产、家庭安全、环境监测和医疗等领域对气体传感器的精度、性能、稳定性方面的要求越来越高，因此对气体传感器的研

12、究和开发也越来越重要。随着先进科学技术的应用，气体传感器发展的趋势是微型化、智能化和多功能化。深入研究和把握有机、无机、生物和各种材料的特性及相互作用，理解各类气体传感器的工作原理和作用机理，正确选择各类传感器的敏感材料，灵活运用微机械加工技术、敏感薄膜形成技术、微电子技术、光纤技术等，使传感器性能最优化是气体传感器的发展方向。国外气体传感器发展很快，一方面是由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动。因此，国外气体传感器技术得到了较快发展，据有关统计猜测，美国1996年2002年气体传感器年均增长率为（2730）。目前，气体传感

13、器的发展趋势集中表现为：一是提高灵敏度和工作性能，降低功耗和成本，缩小尺寸，简化电路，与应用整机相结合，这也是气体传感器一直追求的目标。如日本费加罗公司推出了检测（0.110）106硫化氢低功耗气体传感器，美国IST提供了寿命达10年以上的气体传感器，美国FirstAlert公司推出了生物模拟型（光化反应型）低功耗CO气体传感器等。二是增强可靠性，实现元件和应用电路集成化，多功能化，发展MEMS技术，发展现场适用的变送器和智能型传感器。如美国GeneralMonitors公司在传感器中嵌入微处理器，使气体传感器具有控制校准和监视故障状况功能，实现了智能化；还有前已涉及的美国IST公司的具有微处

14、理器的“MegaGas”传感器实现了智能化、多功能化。气敏元件传感器作为新型敏感元件传感器在国家列为重点支持发展的情况下，国内已有一定的基础。其现状是：（1）烧结型气敏元件仍是生产的主流，占总量90以上；接触燃绕式气敏元件已具备了生产基础和能力；电化学气体传感器有了试制产品；（2）在工艺方面引入了表面掺杂、表面覆膜以及制作表面催化反应层和修隔离层等工艺，使烧结型元件由广谱性气敏发展成选择性气敏；在结构方面研制了补偿复合结构、组合差动结构以及集成化阵列结构；在气敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生产气敏元件，新研究开发的Al2O3气敏材料、石英晶体和有机半导体等也开始用于气敏材料；（3

15、）低功耗气敏元件（如一氧化碳，甲烷等气敏元件）已从产品研究进入中试；（4）国内气敏元件传感器产量已超过“九五”初期的400万支。产量超过20万支的主要厂家有5家，黑龙江敏感集团、太原电子厂、云南春光器材厂、天津费加罗公司（合资）、北京电子管厂（特种电器厂），其中前四家都超过100万支，据行业协会统计，1998年全国气敏元件总产量已超过600万支。总的看来，我国气敏元件传感器及其应用技术有了较快进展，但与国外先进水平仍有较大的差距，主要是产品制造技术、产业化及应用等方面的差距，与日本比较仍要落后10年。1.3 研究目标本次设计的目标是通过信号处理电路将有无气体泄漏两种状态转换成高低电平，并将此电

16、平通过单片机I/O接口传入单片机，并通过单片机编程控制报警电路的工作状态。同时，室内显示温度部分通过DS18B20温度传感器，将室内温度值转换为16位二进制数，通过单片机I/O接口传入单片机，并通过编程在七段数码管上显示出当前的温度值。2 元件介绍 2.1 AT89C51简介 单片机（Microcontroller，又称微处理器）是在一块硅片上集成了各种部件的微型机，这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。8051单片机的基本结构见图2-1。图2-1 8051单片机的基本结构8051是MCS-51系列单片机的一个产品。MCS-51系

17、列单片机是Intel公司推出的通用型单片机，8051单片机系列指的是MCS-51系列和其他公司的8051衍生产品。这些衍生品是在基本型基础上增强了各种功能的产品。这些产品给8位单片机注入了新的活力，给它的开发应用开拓了更广泛的前景。8051系列的内部结构可以划分为CPU、存储器、并行口、串行口、定时器/计数器、中断逻辑几部分。（1）中央处理器8051的中央处理器由运算器和控制逻辑构成，其中包括若干特殊功能寄存器（SFR）。算术逻辑单元ALU能对数据进行加、减、乘、除等算术运算；“与”、“或”、“异或”等逻辑运算以及位操作运算。ALU只能进行运算，运算的操作数可以事先存放到累加器ACC或寄存器T

18、MP中，运算结果可以送回ACC或通用寄存器或存储单元中，累加器ACC也可以写为A。B寄存器在乘法指令中用来存放一个乘数，在除法指令中用来存放除数，运算后B中为部分运算结果。程序状态字PSW是个8位寄存器，用来寄存本次运算的特征信息，用到其中七位。PSW的格式如下所示，其各位的含义是：CY：进位标志。有进位/错位时CY=1，否则CY=0。 AC：半进位标志。当D3位向D4位产生进位/错位时，AC=1，否则AC=0，常用于十进制调整运算中。F0：用户可设定的标志位，可置位/复位，也可供测试。RS1、RS0：四个通用寄存器组选择位，该两位的四种组合状态用来选择03寄存器组。OV：溢出标志。当带符号数

19、运算结果超出-128+127范围时OV=1，否则OV=0。当无符号数乘法结果超过255时，或当无符号数除法的除数为0时OV=1，否则OV=0。P：奇偶校验标志。每条指令执行完，若A中1的个数为奇数时P=1，否则P=0，即偶校验方式。控制逻辑主要包括定时和控制逻辑、指令寄存器 、译码器以及地址指针DPTR和程序寄存器PC等。单片机是程序控制式计算机，即它的运行过程是在程序控制下逐条执行程序指令的过程：从程序存储器中取出指令送指令存储器IR，然后指令译码器ID进行译码，译码产生一系列符合定时要求的微操作信号，用以控制单片机的各部分动作。8051的控制器在单片机内部协调各功能部件之间的数据传送、数据

20、运算等操作，并对单片机发出若干控制信息。这些控制信息的使用专门的控制线，诸如PSEN、ALE、EA以及RST，也有一些是和P3口的某些端子合用，如WR和RD就是P3.6和P3.7，他们的具体功能在介绍8051引脚是一起叙述。（2）存储器组织8051单片机的存储器结构特点之一是将程序存储器和数据存储器分开，并有各自的寻址机构和寻址方式，这种结构称为哈佛结构单片机。这种结构与通用微机的存储器结构不同，一般微机只有一个存储器逻辑空间，可随意安排ROM或RAM，访存时用同一种指令，这种结构称为普林斯顿型。8051单片机在物理上有四个存储空间：片内程序存储器和片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储

21、器。8051片内有256K数据存储器RAM和4KB的程序存储器ROM。除此之外，还可以在片外扩展RAM和ROM，并且各有64KB的寻址范围。也就是最多可以在外部扩展2*64KB存储器。8051的存储器组织结构如图2-2所示。图2-2 8051存储器组织结构64K字节的程序存储器（ROM）空间中，有4K字节地址区对于片内ROM和片外ROM是公用的，这4K字节地址是0000HFFFH。而1000HFFFFH地址区为外部ROM专用。CPU的控制器专门提供一个控制信号EA用来区分内部ROM和外部ROM的公用地址区：当EA接高电平时，单片机从片内ROM的4K字节存储器区取指令，而当指令地址超过0FFFH

22、后，就自动的转向片外ROM取指令。当EA接低电平时，CPU只从片外ROM取指令。程序存储器的某些单元是保留给系统使用的：0000H0002H单元是所有执行程序的入口地址，复位以后，CPU总是丛0000H单元开始执行程序。0003H002AH单元均匀地分为五段，用做五个中断服务程序的入口。用户程序不应进入上述区域。8051的RAM虽然字节数不很多，但却起着十分重要的作用。256个字节被分为两个区域：00H7FH时真正的RAM区，可以读写各种数据。而80HFFH是专门用于特殊功能寄存器（SFR）的区域。对于8051安排了21个特殊功能寄存器，每个寄存器为8位，所以实际上128个字节并没有全部利用。

23、内部RAM的各个单元，都可以通过直接地址来寻找，对于工作寄存器，则一般都直接用R0R7，对特殊功能寄存器，也是直接使用其名字较为方便。8051内部特殊功能寄存器都是可以位寻址的，并可用“寄存器名.位”来表示，如ACC.0，B.7等。2.2 传感器MQ-7 MQ-7气体传感器的气敏材料，是用在清洁空气中电导率低的二氧化锡(SnO2)。采用高低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传感器对一氧化碳的灵敏度高，这种传感

24、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成本传感器。图2-3 MQ-7引脚结构图 MQ-7 气敏元件的结构和外形如图2-3所示 ( 结构A或B),由微型Al2O3 陶瓷管、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不锈钢制成的腔体内，为了改善传感器的选择性， 传感器气室用活性炭过滤层与外界隔开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个用于信号取出，2个用于提供加热电流。MQ-7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。当精确测量时：报警点的设定应考虑温度、湿度的影响

25、。灵敏度的调整程序：1) 将传感器连接在应用回路中；2) 接通电源，通电老化48h以上；3)调整负载阻值R至获得对应于某一个一氧化氮浓度时所需要的信号值。2.3 DS18B20 2.3.1 DS18B20的主要特征 (1) 适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V。(2) 独特的单线接口方式。 (3) DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。 (4)DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 (5)温范围55125，在-10+85时精度为0.5。 (6)可编程 的分辨率为912位，对

26、应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。 (7)在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。 (8)测量结果直接输出数字温度信号，以一 线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 (9)负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。2.3.2 DS18B20的内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。 图2-4 DS18B20内部结构图2.3.3

27、 DS18B20工作原理 DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。 DS18B20测温原理如图2-2所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对 低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重 新开始对低温度系数晶振产生的脉冲

28、信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。图2-5中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。图2-5 DS18B20测温原理框图如图2-6所示，数字式温度传感器DS18B20，具有测量精度高，电路连接简单特点，此类传感器仅需要一条数据线进行数据传输，使用0.7与DS18B20的I/O口连接加一个上拉电阻,Vcc接电源,Vss接地。图2-6 DS18B20温度传感器3 硬件电路设计3.1 系统原理介绍1)气体检测模块：主要有气体传感器以及LM358组成，其作用是将煤气、天然气的泄露与否转换为利

29、于单片机说别的高低电平，并将此信号传到单片机；2)声光报警模块：由蜂鸣器和LED构成，其作用是当检测到有煤气、天然气泄露时，发出声光报警信号，提醒用户有煤气、天然气泄露，采取相应措施；3)温度检测模块：由DS18B20温度传感器构成，DS18B20将检测到的温度值转换成二进制数，并传到单片机进行处理；4)温度显示模块：主要由74LS245和4位七段数码管组成，其作用是显示当前温度值；5)主控模块：即单片机AT89C51，其作用是根据气体检测模块输出的高低电平，控制声光报警模块的工作状态，并完成温度的采集及显示功能。 图3-1 系统结构图 当没有煤气天然气泄露时，OUT1端为高电平，此时单片机控

30、制OUT3端无输出信号，继续检测OUT1端的状态；当煤气、天然气泄露时，OUT1端由高电平变为低电平，此时单片机控制OUT3端输出方波信号，驱动报警电路发出声光报警信号。通过单片机编程对DS18B20检测的温度值进行采集，此温度值由16位二进制数表示，通过编程对此16位二进制数进行处理，并通过4位七段数码管加以显示。3.2 主控制电路设计图3-2 单片机最小应用系统原理图 注: 该最小系统由按键复位RESET电路、晶体振荡电路以及I/O接口电路组成。复位的实现通常用2种方式: 开机上电复位和外部手动复位图3-3 单片机最小应用系统电路原理设计图主控模块即单片机模块，完成功能是各个功能模块连接，

31、并通过软件编程控制各个模块，完成煤气、天然气检测报警及温度显示功能。3.3 显示电路设计3.3.1 74LS245介绍74LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备,用法很简单,这里简单的给出一些资料，他是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。 74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。 当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。 当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收）*DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当/CE为高电平时，A、B均为高阻态。图

32、3-4 74LS245引脚图 1）74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。2）当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。3）当片选段/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由B向A传输；当片选段/CE高电平时，DIR=“1”，信号由A向B传输,A、B都为高阻态。4）由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端/1G和/2G接地，P2口与驱动器输入线对应连接。P0口与74LS245输入端相连，/E端接地，保证数据线畅通。8051的/RD和/PSEN相与后接DIR，使得/RD或/PSEN有效，74LS

33、245输入（P0.i-Di）,其他时间处于输出。3.3.2 LED显示电路设计图3-5 LED显示电路 如图3-5所示，电路采用4位七段共阴LED数码管显示实时温度值，采用74LS245增加I/O口的驱动能力。 74LS245是我们常用的芯片，用来驱动LED或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线发收器，可双向传输数据，如图所示3.3 温度显示电路设计图3-6 温度显示原理图 如图3-6所示，74LS245的使能端和方向控制端同时接地，此时74LS245的工作状态由数据B向A传送。七段数码管选位通过限流电阻接到74LS245的A总线，74LS245的B总线接单片机的P2口。由于室内温度不会超过

34、100，因此显示时百位不加以显示。而北方有些地区冬天时较冷，室内温度有可能达到0以下，因此显示符号位。因此用4位七段数码管显示温度，4位分别显示符号位、十位、个位、一位小数位。数码管的4位位选位接晶体管集电极，4个晶体管的基极B1-B4分别接单片机的P3.1-P3.4口。3.3.4温度检测电路设计图3-7 温度检测原理图 由DS18B20温度传感器构成。选用DS18B20温度传感器，可以把温度直接转化成串行数字信号，使用中不需要附加电路，但与主机通信有严格的时序要求。DS18B20选用默认的12位精度的分辨率，此时输出DQ输出的温度值为16位二进制补码的表达形式，DS18B20输出端DQ与单片

35、机引脚P1.0相接，将数据传入单片机进行处理。3.4 气体检测电路设计3.4.1 传感器简介传感器是能把被测物理量或化学量转化为与之有确定对应关系的电信号输出的装置。传感器主要由敏感元件、传感元件组成，有时也将信号调节与转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分，与图所示。敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的其他量的元件。传感元件：又称转换器，一般情况下，不直接感受被测量，而是将敏感元件的输出量转化为电量输出的元件。传感器按照工作原理可分为：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、光电式传感器、压电式传感器等。在这个设计中选择煤气、天然气气体传感器属于电阻式传感器，传感器型号为M

36、Q-7。MQ-7能够同时检测煤气和天然气两种气体，与分别用两种气体传感器检测相比，明显减少设计成本，气体检测模块原理图如图所示。3.4.2 气体检测电路图3-8气体检测原理图由于Protues软件元件库中没有MQ-7气体传感器，MQ-7气体传感器两信号输出端为电阻信号，由MQ-7灵敏度特性可得Rs阻值范围为220k,所以仿真时MQ-7气体传感器由20k滑动变阻器代替。如图3-8所示1） 当没有煤气、天然气泄露时，Rs阻值应该为20k左右，此时该检测模块的输出端为高电平，此时LED发光，2） 当有煤气、天然气泄露时，Rs阻值应该为2k左右，此时该检测模块的输出端为低电平，此时LED熄灭。3.5

37、声光报警电路设计图3-9 声光报警电路原理图 如图3-9所示，OUT3与单片机P1.3引脚相接，当检测到有煤气、天然气泄露时通过单片机编程控制P1.3输出方波信号，此时LED的D1闪烁，并且蜂鸣器以相同的频率发出声音，产生声光报警信号，提醒用户煤气、天然气泄露，采取相应的措施。 由于Protues软件元件库中蜂鸣器无法仿真，因此用LED串联电阻代替声光报警电路。1） 当OUT1端为高电平时，表示此时没有煤气、天然气泄露，OUT3为高电平5V，此时LED不发光；2） 当OUT1端为低电平时，表示此时有煤气、天然气泄露，通过模拟示波器测得此时OUT3输出为方波信号，其周期为2s的方波信号，此时LE

38、D每2s亮灭一次。4 软件设计 软件部分主要通过软件编程控制主控制模块，根据气体检测模块检测到煤气、天然气的状态，控制声光报警模块是否发出声光报警信号，从而完成煤气、天然气检测报警功能。同时通过编程控制主控模块对温度采集模块进行数据采集，并通过温度显示模块显示当前温度值。4.1 DS18B20程序1）复位时序。使用DS18B20时，首先要将其复位，然后才能执行 其他命令。复位时，主机将数据线激发为低电平并保持480-960us,然后释放数据线，再由上拉电阻将数据线拉升15-60us.再由DS18B20发出相应信号，以将数据线激发成低电平，这样就完成了复位操作void reset(void) u

39、char x=0; DQ=1; delay(8); DQ=0; delay(14); x=DQ; delay(20); 2）写程序。在主机DS18B20写数据时，先将数据线激发为低电平，该低电平应大于1us。然后写1或0来使数据线变高或继续为低。DS18B20将在数据线变成低电平后15-60us对数据线进行采样。要求写入DS18B20的数据持续时间应该大于60us而小于120us，两次写数据之间的时间间隔应大于1us。void writebyte(unsigned char dat)uchar i=0;for(i=8;i0;i-) DQ=0; DQ=dat&0x01; delay(5); DQ

40、=1; dat=1; delay(4);3） 读时序。当主机从DS18B20读数据时，主机先向数据线发出低电平，然后释放，以使数据线再升为高电平。DS18B20在数据线从高电平变为低电平的15us内将数据送到数据线上。主机可在15us后读取数据线以获得数据。uchar readbyte(void) uchar i=0; uchar dat=0; for(i=8;i0;i-) DQ=0; dat=1; delay(4); DQ=1; if(DQ) dat|=0x80; delay(4); return(dat); 4.2 温度检测与显示开始 主程序 初始化、设置常量生成显示码调DS18B20初始

41、化子程序读取转换温度值显示温度值调数据处理子程序 图4-1 程序设计思路图温度检测与显示的主要任务可以分为DS18B20温度的检测传输过程、单片机的数据处理与控制显示过程。因为DS18B20自身有将采集的模拟量直接转换成二进制数的功能，所以单片机将采集到的数据存储并进行进制转换过程。最后就是将转换后的数进行对应的显示操作。void reset(void) uchar x=0;DQ=1;delay(8);DQ=0;delay(80);DQ=1;delay(14);x=DQ;delay(20); 4.3 主控制开始 DS18B20初始化化化发温度转换命令读温度值并存储数据处理显示检测P1.0是否为

42、0？对P1.3定时取反产生方波 Y Y结束 图 4-2设计流程图 DS18B20温度检测与显示主要操作是对DS18B20的时序操作。第一步是对DS18B20的初始化操作。因为传感器有很严格的时序要求，所以对它的时序操作关系的是否能够正常进行测温的关键。初始化完成后，就是发送温度转换命令。温度转换由单片机完成并存储。接着，单片机将由DS18B20检测到的温度进行二进制到十进制的转换，用来显示到LED数码管上。一氧化碳的检测主要由接有MQ-7的端口完成，当端口检测到时产生低电压信号，同时控制接有报警的端口产生方波信号，产生报警。 5 系统调试5.1 仿真软件ProteusProteus软件是英国L

43、abcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一设计平台，其处理器模型支持8051、HC11

44、、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是： 1原理布图；2PCB自动或人工布线；3SPICE电路仿真。革命性的特点：1互动的电路仿真：用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件；2仿真处理器及其外围电路：可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、

45、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。 它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于PROTEUS提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台 随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中PR