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基于51单片机的一氧化碳检测报警器的设计

摘要：CO气体报警器利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量，并用数字方式显示出测量结果。A/D转换器的精确度影响数据显示的准确度，本设计采用ADC0809对输入模拟信号进行转换，控制核心STC89C51单片机对转换的结果进行运算和处理，最后驱动LCD1602显示数字信号，并将数值与设定值做比较控制声光报警和继电器是否吸和，系统可自行设定上下限报警值。通过keil软件对所设计程序进行编译和调试，keil软件提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个uViSion集成开发环境将这些部分组合在一起。

将keil软件与proteus软件结合，通过Proteus仿真软件实现接口电路设计，将编好的程序输入keil软件中，进行编译，编译结束将产生一个HEX格式的文件，将其载入到proteus环境中，进行实时仿真。Proteus软件是一种电路分析和实物模拟仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以进行仿真、分析各种模拟器件和集成电路，是集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能强大，具有系统资源丰富、硬件投入少、形象直观等优点。

关键词：STC89C51；ADC0809；LCD1602；

一、设计背景及意义

CO是一种有毒易燃易爆性气体，常温下无色无味、难溶于水，但易溶于氨水。由于相对密度略低于空气，故能均匀的扩散于监测环境中。在受CO的环境污染中，人们慢性中毒时完全意识不到它的存在，CO的这一特性更增加了它的危害性。CO随空气毫无知觉的吸入人体肺部后，由于CO与血红蛋白的亲和能力比氧气和血红蛋白的亲和能力大约高250~300倍，形成碳氧血红蛋白。而且它们结合后不易分离，它们的解离速度只有氧和血红蛋白的1/3600。因而造成血红蛋白更易于CO结合而不易与氧结合，使输送到人体各组织器官的血液供氧不足。甚至还能夺走人体内的氧气，导致组织低氧症，使人体脑及全身组织缺氧窒息而中毒。在空气中的CO达到一定浓度值时，将直接威胁人的生命安全。

CO给工业安全生产带来巨大危害，在煤矿井下，CO是引起瓦斯爆炸的主要气体之一。在日常生活中，CO是智能家具系统、大气环境监测等重要的参数指标。液化气、煤气进入家庭为人们带来了方便，改善了城市环境，但同时也给人们带来了潜在的危险，CO就是最重要的危险源。为了实现对CO的检测，装设可燃气体检测器，及时发现事故隐患、尽早采取补救措施是非常必要的。

因此，实时、准确的测出这些场合CO的浓度，对有效防止CO中毒、火灾的早期预测预报、保障工业安全生产等方面具有十分重要的意义。

二、总体设计方案

2.1系统的功能要求

本系统的研制主要包括以下几项功能：

(1)时时监测环境中CO的浓度值；

(2)灯光报警功能：当环境CO浓度过大时，报警器要进行灯光报警，同时继电器吸和，控制排气扇工作，降低环境CO浓度值。

2.2系统的组成及方案设计

本设计主要由CO气体传感器电路、单片机、灯光报警电路、负载驱动电路、控制程序等组成。

系统的组成结构如下：

ADCO气体浓度采集模块

声光报警提示模块

负载控制模块

液晶显示模块

按键模块

晶振电路

单

片

机

复位电路

三、系统的硬件设计

总体电路

实时显示当前的浓度值，共有1个报警值（可以通过按键设定），默认开机时报警值是25，当浓度值小于25时，绿灯闪烁，继电器断开，当浓度值大于25时，红灯闪烁，继电器吸和，控制排气扇工作。

3.1STC89C51单片机

STC89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有4K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C51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。具有以下标准功能：4k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2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。

3.2CO气体检测电路的设计

在这个电路中，有两个部分，主要是CO传感器检测气体浓度，将电压信号给ADC0809，模数转换电路将模拟信号转换成数字信号给单片机，单片机再读取相应的数值和处理。

3.3MQ-5介绍

MQ-5型气体传感器用于以CO为主要成分的气体的测量，而且它抗干扰能力强，水蒸气、烟等干扰气体对它的影响小。

MQ-5型气敏元件的特点：

(1)采用烧结半导体所形成的敏感烧结体，具有稳定的R(即器件在纯洁空气中的阻抗)阻值，从而保证了长期工作的稳定性。

(2)单电源供电，其功耗仅0.7W左右。

(3)对所测试的气体有极高的灵敏度和信噪比。

MQ-5型元件外形结构图

3.4ADC0809介绍

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