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基于51单片机的燃气体报警器的设计

本文设计的燃气报警器以STC12C5410AD单片机为控制核心，通过单片机系统对家庭

煤气泄漏实现报警功能。由SnO2敏感材料构成的一氧化碳气体传感器对煤气进行检测，

将所等到的测量浓度值和设定浓度值相比较得到偏差信号，通过对偏差信号的处理获得控制

信号，实现报警功能。通过12864液晶显示器显示当前空气中煤气的浓度值，通过按键来

设定报警浓度值。整个系统硬件电路设计合理，安全可靠。

可燃气体报警器在生产、生活中应用非常广泛，目前市场上经销的绝大多数报警器只具

有检测与报警的功能，不能显示和设置当前可燃气体报警浓度值且控制精度不高，电路复杂

且价格较贵。本人在实践中发现利用气敏传感器与单片机相结合制作可燃气体报警器效果较

好，测量精度高响应速度快，电路简单而且造价低廉。

1硬件电路的设计与制作

1.1检测电路的设计与制作检测电路是由气敏传感器、温度补偿电路、延时电路组成，

电路如图1所示。气敏传感器敏是由SnO2敏感材料制成的，在常温、洁净空气中其固

有电阻值Ra一般（103～105）Ω范围。当空气中可燃气体浓度增加时，固有电阻值Rab

的阻值减小，回路电流I增加，从而使负载RL电阻两端输出电压值增加。温度补偿电路由

R2和Rt电阻构成，当环境温度降低时，则负温度热敏电阻（Rt）的阻值增大，使相应

的输出电压得到补偿。延时电路是由热敏电阻（R4）晶闸管Q及R5电阻构成的。刚通

电时，气敏电阻固有电阻值小，热敏电阻值R4也小，晶闸管Q导通。电流大部分经热敏

电阻R4回到负极，使负载输出电压得到限幅作用。

当通电1～2min后，热敏电阻阻值变为极大值，延时电路停止工作，气敏传感器固有

阻值也急剧增大，电路进入正常的工作状态。在制作时，将加热丝一端接5V电源正极，另

一端接负极；将敏感元件的一端接电源正极，另一端作为输出端，将气敏传感器同检测电路

其它器件设计在一小块线路板上，保证气敏传感器与补偿元件工作在相同环境条件下，这样

能够起到有效的补偿作用。然后从该板端子上引出三根线，分别是电源正极、负极和信号线，

引到控制及显示板上，传感器及转换电路如图1所示。图1传感器及转换电路

1.2控制及显示电路的设计与制作该部分电路主要由单片机最小系统，液晶显示器和键

盘电路组成。单片机采用深圳宏晶科技公司生产的STC12C5410AD单片机。该款单片机P1

口内部设置了AD转换器，可直接将检测电路的输出端接在P1.0口上，不需要外加AD转

换器，可降低制作成本。显示器采用12864图形液晶显示器，该液晶显示器不仅能显示数

字、字符还可以显示汉字，内部自带字库，与单片机连接采用并口驱动方式，键盘电路采用

独立式键盘，分别是功能键、增加和减少键，具体电路如图三所示。在画PCB板图时，本

着节约、好用的原则进行设计：控制板与检测板相连的引线都采用端子连接；放置12864液

晶显示器时要注意液晶显示器的摆放方向等，单片机及外围电路图如图2所示

1.3硬件电路参数调整

报警器显示的刻度值是可燃气体占空气浓度的百分数，而气敏传感器输出信号是电压信

号，单片机在处理时需将模拟电压值转变成数字量，再将数字量换算成百分数送显示单元显

示。而可燃气体浓度与检测电路输出电压之间的关系是非线性的，在实验室中利用化学的方

法确定其对应关系，具体办法是首先调整零点和满量程值，当空气中可燃气体浓度为零时，

输出电压值为零，当可燃气体浓度达到100%时，调整检测板上RL电阻的阻值，使输出电

压值为3V，其它显示刻度值所对应的电压值可通过实验的方法得到，然后再通过软件查表

的方法计算表格数据，这样能够有效地克服非线性所带来的测量误差。

2软件设计软件设计有三个方面工作：包括AD转换程序，显示驱动程序和键盘扫描程

序。AD转换程序的设计：首先将P1.0口设置成AD转换状态，再设置转换通道，启动AD

转换，最后读数据等过程；键盘扫描程序的设计：键盘电路设计成独立式键盘，采用扫描的

方法来编写程序，因为程序量不大，所以不需要中断的方法来设计硬件电路；显示程序的编

写严格按照读写时序来进行，然后将数据表数据送显示就可以了，程序框图如图3所示。

3整机调试将编写好的程序下载到单片机中，先不要接上检测电路，采用输入模拟测量

电