基于STC12C5A60S2单片机的可燃气体报警仪的设计.doc

基于STC12C5A60S2单片机的可燃气体报警仪的设计随着石油、煤炭等传统燃料的减少，可燃气体在工业和人们的家庭生活中得到了广泛的应用。这些气体虽然为人们的生产生活提供便利，创造价值，但仍需对其浓度进行有效监控，以防范火灾、气体中毒等对人们生命财产造成的危害。本文给出一种基于STC12C5A60S2单片机的可燃气体报警仪的设计。硬件方面，先给出总体的设计方案，然后按功能要求对各硬件电路单元进行分析设计。软件方面，依据硬件的功能，设计了可燃气体报警仪的总体方案，并介绍了各功能模块的实现方法。1基于STC12C5A60S2单片机的可燃气体报警仪的硬件设计1.1系统的结构分析报警仪系统框图如图1所示，系统以单片机STC12C5A60S2为核心，配合其他的外围电路共同完成信号采集、浓度显示、按键输入、声光报警等功能。首先，气体传感器送来的微小电压信号经信号调理单元放大后，转换成较大的电压信号传送给STC12C5A60S2单片机;然后，在单片机进行A/D转换，浓度比较，线性化处理;最后，将气体浓度送入LED显示单元并判断气体浓度是否超出报警限值。当气体浓度处于正常状态时，绿灯点亮;当气体浓度超出设定限值时，声光报警单元立即发出声音报警并伴随红灯闪亮完成对气体的检测报警，同时启动通风换气设备及时加强通风并利用电磁阀关闭气体通道，使气体浓度迅速降低到安全点。该系统还可以通过RS-232总线与上位机进行串口通信，便于在线采集和处理数据，更改报警限值等。2系统硬件设计2.1可燃气体检测电路本设计采用费加罗公司生产的一款气体传感器TGS813，该气体传感器对甲烷等可燃还原性气体有很高的灵敏度。当存在检测气体时，传感器的电导率随气体浓度的增加而增加。在实际应用中，可使用简单的电桥电路即可将电导率的变化转化为与该气体浓度相对应的电信号。然而通过电桥电路产生的输出电压信号一般比较微弱，需要做适当的调理才可以转换成适合A/D转换的电压。TGS813数据采集电路如图2所示。图中R8、R9、R10和气敏电阻RS构成一个电桥，实现电阻到电压的转换。运算放大器A1A接成电压跟随器，和电阻R7、稳压管D1组成稳压电路，为电桥供电。电桥转换后的输出电压通过LM324的另外一个运算放电器A2A进行放大，放大的倍数通过电阻R11进行调节，以便输出合适的电压供A/D转换。2.2主控单元电路主控单元电路图如图3所示，微处理器STC12C5A60S2是一款单时钟/机器周期的单片机，是高速/低功耗/超强干扰的增强型8051单片机，指令代码完全兼容传统的8051，但是速度快812倍。内部自带A/D，D/A转换器、实时时钟，看门狗等，减少了外围器件的数目，降低了系统成本。在图3中，单片机的外围连接除了基本的复位电路，还有温度补偿电路、串口连接电路和键盘电路。由于气体传感器TGS813的RS随温度变化较大，为提高系统精度必须对结果进行温度补偿或者温度修正。本系统采用温度传感器DS18B20采集温度，然后用软件方法对测量值进行温度修正。RS-232串口的连接，可以实现系统与PC机的通信，可从PC机下载最新的数据，也可将检测数据上传至PC机。键盘电路有模式（MODE）、加（+）、减（-）、确认（ENTER）4个独立的控制按键。按下模式键，表示系统进入调试状态，此时可以按下+键或者-键对报警值进行设定，设定完毕按ENTER即退出设定模式。