一氧化碳报警器设计 - 软件设计(3)

东南大学成贤学院毕业设计报告

第一章 绪论

1.1 课题背景和意义

随着国家经济水平的不断的提高，现代化、智能化的多功能建筑越来越多，对建筑的防火安全设计要求也越来越高。近年来，全国燃气行业发展迅猛，液化气、天然气、煤制气等城市燃气作为清洁能源已在工商业和城镇居民用户中得到广泛应用，特别是随着“西气东输”工程的快速进展，燃气行业发展潜力巨大。以“西气东输工程”为开端的大规模天然气利用工程的实施，意味我国城市燃气将大踏步的进入“天然气时代”。我国天然气市场将迎来一个千载难逢的机会，城市燃气需求的主要增长点将体现在天然气上。2000年党中央国务院提出“西部大开发”的重大战略部署，特别是2002年“西气东输”第一期工程正式开工，这无疑为发展西部地区的燃气产业带来了历史性的机遇。西气东输工程，在西部优势资源和东部广阔市场之间建立起了一座“金桥”，西气东输工程投入使用后，每年供应长江三角洲地区100亿立方米天然气。城市燃气的普及与应用无疑对改善城市的环境质量和提高居民的生活质量发挥了巨大的作用。

但是随着燃气的广泛使用，由于燃气泄漏所引发的爆炸、中毒和火灾等事故也时有发生，这在某种程度上增加了城市的不安全和不稳定因素。一氧化碳（CO）为无色、无味、无刺激性气体，比重0.967，几乎不溶于水，不易被活性炭吸附。当碳物质燃烧不完全时，可产生CO，如人体短时间内吸收较高浓度的C0，或浓度虽低，但吸时间较长，均可造成急性中毒。CO与血红蛋白结合能力超过氧和血红蛋白的结合能力的200-300倍，当CO与血红蛋白结合形成的碳氧血红蛋白含量达到5%时，就会对人体产生慢性损害，达到60%时就会昏迷，达到90%就会死亡。在不同浓度下，人体吸入一氧化碳时间和中毒症状如下表1-1所示：

表1-1 不同浓度下一氧化碳中毒

CO空气中的含量 50ppm 200 ppm 400 ppm 800 ppm 1600 ppm 吸入时间和中毒显示症状 成年人置身其中所允许的最大含量 （2~3h）后有轻微头痛、头晕、恶性 2h后前额痛、3h后有生命危险 45min头痛、恶性，2~3h内死亡 20min头痛、恶性，1h内死亡

为了使燃气更好地造福于民，造福于社会 ，减少并杜绝各种因燃气泄漏而引发的爆炸及火灾事故，各燃气使用单位及居民用户选择一种适合的燃气报警器实为必要之举。

1.2 应用前景

日本早在1980年1月开始实施安装城市煤气、液化石油气报警器的法规。1986年5月日本通产省又实施了安全器具普及基本方针。美国目前已有7个州11个城市通过立法，规定家庭、公寓等都要安装一氧化碳报警器。

随着城市燃气化的扩大，我国已有北京市、辽宁省、黑龙江省、山西省、哈尔滨市、青岛市、等相继发布燃气安全管理文件，做到政府立法和百姓自身提高安全保护意识有机结合。为了保障更广大人民群众的生命财产安全，一氧化碳报警器在更大范围内被使用是大势所趋。

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1.3 一氧化碳报警器的概述

首先我们应该对国家标准规定的燃气报警器的种类有所了解。燃气报警器分为可燃气体泄漏仪（简称“检漏仪”），可燃气体报警控制器（简称“控制器”）、可燃气体探测器（简称“探测器”）、家用可燃气体报警器（简称“报警器”）四大系列产品。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，报警器报警，以提醒居民。

燃气报警器的核心是气敏传感器，俗称“电子鼻”。当气敏传感器遇到燃气时，传感器电阻随燃气浓度的变化而变化，随之产生电信号，供燃气报警器处理。处理后变成浓度成比例变化的电压信号，由线性电路加以补偿，使信号线性化，再经微机处理、逻辑分析，输出各种控制信号，当燃气浓度达到报警设定值时，燃气报警器发出报警信号。

1.4 本次课题设计的目的

本次设计的目的是设计出性能可靠，经济实惠的一氧化碳报警器。

目前，现有一氧化碳检测仪器主要是面对工矿企业或者公共场所的检测，价格高昂，对家庭不适用。因此，本次设计所面对的是广大居民，其优点在于：

（1）成本低廉并能对一氧化碳准确报警。

（2）无需专业人员操作，只要放在合适位置，通电即可，连续使用、方便简捷。

（3）能起到预防一氧化碳中毒事件的发生。该产品能够有效预防广大农村居民冬季燃煤取暖时一氧化碳中毒事件的发生，同时也能够给城镇居民安全使用天然气提供有力的保障。

1.5 本次设计的主要任务

本次设计利用单片机电路制作一氧化碳报警器，且侧重于软件设计。因此设计过程中最关键的部分就是“软件的设计”。这也是在设计过程中需要解决的最关键的问题。

软件设计主要由“键盘控制程序”、“ADC0809信号转换程序”、“AT24C02存储器存储程序”、“LCD液晶显示器显示程序”四个部分组成。首先，键盘是人机交互最基本的途径。键盘模块设计的好坏，直接关系到系统的可靠性和稳定性。其次，传感器检测到的数据是模拟信号，而单片机只能处理数字信号，因此需要模数转换器ADC0809进行信号转换，然后将转换得到的数据输出给单片机，由单片机进行数据处理，当浓度超过给定值时，控制报警器报警。此外传感器模块检测得到的数据还需要用存储器储存起来，以供需要时参考使用，也就是还需要用显示器把这些数据显示出来。

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第二章 器件介绍

2.1 AT89S52单片机介绍

AT89S52单片机是MCS-51系列产品的升级版，由世界著名半导体公司ATMEL在购买MCS-51设计机构后，利用自身优势技术——（掉电不丢数据）闪存生产技术对旧技术进行改进和扩展，同时使用新的半导体生产工艺，最终得到的成型产品。根据不同场合的要求，这款单片机提供了多种封装，本次设计根据最小系统有需要更换单片机的具体情况，使用双列直插DIP—40封装，如下图2-1所示：

(T2)P1.0 (T2EX)P1.1

P1.2 P1.3 P1.4

(MOSI)P1.5 (MISO)P1.6 (SCK)P1.7

RST (RXD)P3.0 (TXD)P3.1

(INT1)P3.3 (T0)P3.4 (T1)P3.5

(RD)P3.7 XTAL2 XTAL1

2.1.1 主要性能

它是一款低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，片内集成256字节程序运行空间、具有8K在系统可编程Flash 存储器、1000次擦写周期、支持最大64K外部存储扩展，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在0～33MHZ之间。片内资源有4组I/O控制端口、3个16位定时器/计数器、8个中断源、双全工UART串行通道、软件设置低功耗空间、断电保护（掉电模式具有掉电标识符、掉电后可唤醒）、看门狗定时器和双数据指针。可以在4V～

3

GND

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 VCC P0.0(AD0) P0.1(AD1) P0.2(AD2) P0.3(AD3) P0.4(AD4) P0.5(AD5) P0.6(AD6) P0.7(AD7)

EA/VPP

PDIP ALE/PROG

PSEN

P2.7(A15) P2.6(A14) P2.5(A13) P2.4(A12) P2.3(A11) P2.2(A10) P2.1(A9) P2.0(A8)

图2-1 AT89S52引脚图 DIP封装

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