家居环境
可燃气体监测系统设计
摘 要:本设计提出了一个基于MQ-2传感器和STC12C5604AD单片机的家居环境
可燃气体监测系统的设计方案。本设计主要包括七个组成部分:电源模块、传感器电路模块、MCU控制模块、LCD显示模块、报警电路模块、串口通信模块和上位机模块。本系统的MCU采用自带ADC功能的增强型51单片机STC12C5604AD。传感器MQ-2将
可燃气体浓度信息转换成电压信号,由MCU的ADC采集电压,将电压值通过换算转换成对应的浓度值用于LCD显示,并通过串口将浓度值发送给上位机。上位机部分实现对可燃气体浓度曲线的动态显示,报警浓度门限设置以及对报警装置的控制等功能。
关键词:可燃
气体监测系统,MQ-2,STC12C5604AD,上位机
Abstract:This design puts forward a scheme of combustible gas monitor based on sensor of MQ-2 and STC12C5604AD microcontroller. This design mainly includes seven parts: power supply module, sensor module, MCU control module, LCD module, alarm circuit module, serial port communication module and a PC module. The system USES the MCU of STC12C5604AD which include ADC function. Sensor MQ-2 will convert flammable gas concentration information into voltage signal, Using the ADC to collect the voltage,The MCU convert the voltage value into the corresponding concentration values for LCD display, And sent the concentration values to PC through the serial port. The PC realize combustible gas concentration curve dynamic display function, alarm value setting and the alarm device control and other functions.
Keywords:Combustible gas monitoring system, MQ-2, STC12C5604AD, PC
目录
1前言 1
2总体方案设计 2
2.1设计方案比较 2
2.2方案论证 3
2.3方案选择 3
3单元模块设计 4
3.1特殊器件介绍 4
3.2电路参数的计算及元器件的选择 7
3.3各单元模块功能介绍及电路设计 8
3.4各单元模块的联接 12
4软件设计 13
4.1软件设计原理及设计所用工具 13
4.2系统软件设计结构图及其功能 13
4.3主要软件设计流程框图及说明 14
5系统调试 18
5.1硬件调试 18
5.2软件调试 18
5.3总体功能调试 20
6系统功能、指标参数 22
6.1系统实现的功能 22
6.2系统指标参数测试 23
6.3系统功能及指标参数分析 23
7结论 24
8总结与体会 25
8.1设计小结 25
8.2设计收获体会 25
9致谢 26
10参考文献 27
附录1系统原理图 28
附录2系统PCB电路图 24
附录3相关设计软件 30
附录4外文资料翻译 35
1前言
在生活中,煤气中毒和瓦斯爆炸时常发生,威胁人们的生命和财产安全,而这些伤害都源于无色无味的可燃气体。在不借助仪器设备的情况下,可燃气体的泄露很难被人所发现,但可能此时已经构成了安全隐患。随着人们的安全意识的加深,人们开始重视对可燃气体泄露的检测,目前国内市场上
可燃气体检测设备种类较多,但普遍价格比较昂贵、体积较大,得不到很好的普及。为了保护人们的生命财产安全,普及
可燃气体检测器的应用,我们提出了一个成本相对较低、体积小巧、灵敏度高的家居环境可燃气体监测系统的设计方案。
由于可燃气体本身的危险性和对人民的生产生活造成的巨大危害,瓦斯气体的监控和报警是一项必要的工作。瓦斯气体监控与报警仪是利用气体传感器技术,将气体浓度转换成电压输入到ADC电路,通过一定的电压与浓度的关系算法,计算出检测到的瓦斯浓度,并和门限浓度值进行比较,当超出系统设定的域值时进行相应的声光报警,提醒人们进行相应的处理,组织人员撤离并对该场所进行通风排气,避免事故的发生造成人身和财产伤害,对现在的家庭、作业场地安全起着非常重要的保护作用。基于种种社会想法,笔者所设计一种低成本的家居环境可燃气体监测系统,能够监控瓦斯气体的浓度,显示测量结果,并对当前的环境状态做出判断,发出报警信息,另外系统将检测到的气体浓度上传到PC机,可实现远程监控。
家居环境可燃气体监测系统是一种安全的检测仪器,它只是检测空气中可燃气体(如:煤气、甲烷等)的含量,如果可燃气体含量超出正常指标,威胁到人身安全,系统会进行报警,提醒人们及早的采取措施,避免事故发生。鉴于瓦斯爆炸事故屡见不鲜,家庭煤气中毒也时有发生,因此在家庭、矿井等场所可燃气体监控与报警,是非常必要的。
本设计提出了一个低成本、高性能的家居环境可燃气体监测系统的设计方案,使可燃气体的检测有希望得到跟好的普及,保护更多人得生命和财产安全。
2总体方案设计
本设计的整体思路是:将可燃气体的浓度信号转换成电压信号,通过对电压的处理,实现报警的功能。
2.1设计方案比较
方案一:(采用纯模拟电路)电路输入级为气敏元件,和二极管、三级管构成的电子开关。再用两个三极管构成互补多谐振荡器,他与继电器和发光二级管组成闪光报警器。电位器为报警灵敏度调节,瓦斯气体浓度一定,三极管导通,继电器通断工作,二极管闪烁报警。框图如图2.1所示。
图2.1方案一框图
方案二:本方案采用可燃气体传感器MQ-2采集可燃气体浓度信息,将浓度信息转换成电压值,并通过ADC将模拟信号转换成数字信号,MCU对数字信号进行处理,将电压转换成对应的浓度,通过LCD显示当前浓度,并将数据通过串口传送到PC机,在上位机上对浓度信息进行实时动态显示。上位机可设置浓度的报警阀值,并能控制报警电路。本方案使用带ADC的增强型51单片机STC12C5604AD,可以降低成本,并简化设计。其系统框图如图2.2。
图2.2方案二框图
方案三:(采用纯模拟电路)电路输入级采用可燃气体传感器MQ-2将浓度信号转换成电压信号,再电压信号输入比较器,与固定的门限电压进行比较,当传感器输出电压超过门限电压时,比较器输出高电平,触发报警电路,发出报警;当传感器输出电压低于门限电压时,输出低电平,不触发报警。框图如图2.3所示。
图2.3方案三框图
2.2方案论证
方案一结构简单,采用电位器可以对报警灵敏度进行调节,但是属于纯模拟电路报警,在调节过程中相对比较困难。
方案二以单片机为核心,对采集的数字信号进行处理和判断,能准确计算出可燃气体浓度并能通过LCD显示。方案中的上位机能实现远程监控,便于工业的应用。但是此电路在设计时即有硬件的设计又有软件的设计,不易调试。
方案三采用比较器,方法简单,但门限电压不易确定,且功能单一。
2.3方案选择
三个方案中,方案一与方案三都比较简单,但是功能