毕业设计 2

2014 届毕业设计说明书模板

题目

院、部：电气与信息工程学院

学生姓名：鄢忠强

指导教师：何淑珍职称讲师

专业：电子信息工程

班级：电子1003

完成时间：2014-5-28

摘要

随着科学技术的发展，交通安全在电子技术方面取得了一定的进步，很多安全方面的电子产品不断的出世，使人们的生活在安全方面有了一定的保障。该设计主要是检测室内是否含有一氧化碳、液化气等有害气体，并测量其气体浓度值。测量数据超过设置浓度的临界点时，分别通过蜂鸣器、LED灯发出声光报警，并在LCD显示器上显示测量的浓度。系统由MQ-4传感器、ADC0832处理数据、MCU 采用单片机AT89C52和报警电路组成。

检测系统能对有害气体进行检测，当有有害气体的浓度超过设定的气体浓度范围是，系统就会声光报警。通过MQ-4气体传感器对有害气体浓度的进行检测从而转换成相应的电压值，又通过A/D模数转换器将传感器的电压值的模拟信号转换为数字信号，然后将数字信号接到单片机80C52的P0口，由单片机内部对输进来的数字信号进行检测气体的浓度是否超标并做出相应的响应，如果浓度值大于了临界值则做出声光报警指示，如果小于或等于临界值声光报警系统就处于正常状态。

关键字：MQ-4;AT89C52;ADC0832;LCD显示器;声光报警

ABSTRACT

With the development of science and technology, traffic safety has made certain progress in electronic technology, electronic products, many security aspects of continuous birth, so that people's lives have a certain degree of protection in the area of security. The design of detection of carbon monoxide, contained in indoor air of liquefied gas, toxic flammable gas content. The critical point of measurement data exceeds the set concentration, respectively, sound and light alarm by buzzer, LED light, and display the measurement of the concentration of LCD in the display. The system consists of MQ-4 sensor, ADC0832 data processing, MCU chip AT89C52 and alarm circuit.

The detection system can detect harmful gases, when the gas concentration range of concentration of harmful gas exceeds the set, the system will alarm. The MQ-4 gas sensor to detect the concentration of harmful gas which is converted into a corresponding voltage value, and through A/D converter converts the sensor voltage analog signals into digital signals, and then the digital signal receiving chip 80C52 P0 port, finally after a single slice machine to access digital signal to judge the measured concentration of harmful the gas would exceed the standard and make the appropriate response, exceed the standard will make flash bell alarm indication, normal state remains unchanged in the safe range.

Keywords: MQ-4 sensor; MCU AT89C52; ADC0832; LCD display; LED lamp; alarm

目录

第一章系统总体方案选择与说明 (5)

第二章系统结构框图与工作原理 (7)

2.1系统结构框图 (7)

2.2 工作原理 (8)

第三章各单元硬件设计说明及计算方法 (9)

3.1硬件设计说明 (9)

3.2蜂鸣器电路设计 (9)

3.3电平输入设计 (9)

3.4相应的指示灯设计 (11)

3.5气体浓度实时显示设计 (11)

3.6主电路设计 (12)

3.7 PCB电路设计 (12)

第四章软件设计与说明(包括流程图) (13)

4.1自检程序的设计 (14)

4.2气体检测程序设计 (15)

4.3软件流程图的设计 (16)

第五章调试结果与必要的调试说明 (17)

5.1线路的检测 (17)

5.2数码管的调试 (17)

5.3单片机的调试 (18)

第六章设计总结 (18)

参考文献 (20)

附录 (20)

附录A 系统原理图 (21)

附录B 程序清单 (22)

第一章系统总体方案选择与说明

由于社会交通行业的不断发展，人们的生活水平的不断的提高，人们对于安全知识也更加的了解，尤其是在交通行业的中，安全知识是最重要的。由于传统的安全知识不能为人们在交通行业中满足人们的需求。于是交通业对安全防范知识做出了相应的改革。本设计就是针对于社会中的具体情况，从交通行业的安全方面出发，因此想出来这一种由多路控制的驾驶员报警器，用以实现安全智能防范的报警目的。

该设计主要由四部分组成，分别是：气体浓度传感器、单片机最小系统电路、LCD显示电路、声光报警电路。单片机控制外围电路，设计有单片机上电复位电路和晶体振荡电路，使系统更加的稳定和方便。

本设计主要是使用单片机AT89C52作为驾驶员报警器的核心系统。传感器是使用MQ-4采集气体的具体浓度，使其形成相等的电平信号并输出，经过单片机内部程序进行处理，使其实现MQ-4气体传感器信号进行比较、显示具体浓度和声光报警等功能。该系统用于集中检测报警，当检测到一种或多种气体有报警信号时，能用声和LED灯发出报警信号，实现了智能报警控制。通过测试，可以测出各电路是否能正常工作，MQ-4气体传感器的接收灵敏度高，声光报警声音和响声都比较的明显。这表现出单片机能实现多路控制驾驶员报警功能，因此，我们可以把单片机技术投向交通行业，对于检查有害气体，并判断是否对人造成伤害。由于人们对于空气中的气体不是很了解，所以人们通常会忽略一些严重地问题。并且这些问题已经可以对他们的身体健康造成了伤害。因此，我们拿出了这套能够检查并能检测出空气中有害气体浓度同时还带有自动系统报警的功能。

从安全知识中，我们了解到有害气体的浓度只有超过了安全值才会对人们的身体产生伤害，但是我们不能直接的对空气中的有害气体进行检测，因此，我们采用模拟转换的技术把空气中有害气体的浓度通过模拟转换成为对电压高低的检测。但首先我们要设置一个电压的临界值，如果气体浓度大于这个临界值则表示空气中有有害气体的浓度已经能威胁到人们的身体健康了。因此，我们可以通过通过声光报警器的蜂鸣器和LED灯提示此时有气体能够对人的身体造成伤害，并让这方面的专家解决这样的问题，从而提高了人们的安全质量。

只要每种有害气体的浓度的极限值都能够通过LED显示屏来直观大表达出来，对超过极限值的浓度都使用LED灯闪动和蜂鸣器来报警。只要当检查人员来

检修时按下手动开关来关闭蜂鸣器，但是指示灯却是只要当浓度下降到安全范围内时才会停止工作。这样工人们就能更加清楚身边的环境。

总的来说，本系统能满足如下功能：1）检测交通业现场有害气体在规定的范围内。2）1路输入信号,可检测多种有害气体,超标则闪光响铃报警,处于安全范围保持正常状态不变。3)检测电路有自检功能。

这种系统设计方案不难，但可以说是十分务实的。能够将有害气体检测出来，有效地维持交通业的正常运作，驾驶员的健康大有保障。

第二章 系统结构框图及工作原理

2.1系统结构框图

这个方案以单片机为核心，配以一定的外围电路和软件，从而实现气体浓度的控制的功能。

系统方案的硬件电路方框图设计如下图2.1：

图2.1 硬件电路方框图

AT89C52

单片机

气 体 检 测

报 警 器 自 检

ADC0832

信 号 输 入

气 体 浓 度 显 示

2.2 工作原理

报警器自检程序就是让1个指示灯点亮一次，通过观察1个指示灯来确定指示灯是否完好。用延时程序让蜂鸣器响一声。这样整个自检程序就结束了。

通过模拟电平来限制气体浓度的最大值，在正常情况下，多种气体的浓度低于安全浓度以下。为此，我们设计了1个可变电阻来调节电平的变化，电平的变化可以看成是多种气体通过传感器的电平变化。当电平低于设定的电平时，单片机通过报警程序中的检验程序后，由于没有达到报警条件，不执行报警，也就是说此时报警器不工作，指示灯也不亮。当电平高于预设的安全电平时，单片机通过报警程序的检验程序后，由于达到了报警条件，立即执行报警，也就是说此时报警器蜂鸣，指示灯点亮。

当报警后，我们通过开关检验程序判断报警声音停止手动开关是否按下，当检验到有电平按下时，要执行关断蜂鸣器的程序，这里我们可以通过一个中断程序来实现。当检验没有电平按下时，就继续保持原状。

完成以上程序后，我们设置一个浓度检验程序，即通过电平的高低来判断是否终止点亮的指示灯，这里我们也可以采用一个中断程序来实现。当检测到电平低于预设的安全电平时，启动中断程序，停止亮灯。当监测到电平高于预设安全电平时，不启动中断程序。同时设置启动中断程序时，返回监测电平的变化，至此，整个交通业现场报警器程序完毕。

同时，我们还设置了实时显示功能。实时显示程序是利用P0口的8个端口作为电平显示输出的，直接连LCD显示器。

第三章各单元硬件设计说明及计算方法

3.1硬件设计说明

此设计可以用PROTEUS来仿真，而且我的前期仿真调试也基本上是用此软件来进行的。用软件仿真后，再到单片机实验室接线，进行硬件仿真。硬件仿真时，需要按以下电路图接好线，再把程序装载进去，打开电源开关，即可进行仿真。在接线前，我们必须先检查线是否完好，这对硬件结果很重要。

3.2蜂鸣器电路设计

我们把蜂鸣器设计成通过P3.7输出，通过P3.7来输出报警声音，蜂鸣器电路设计如下图3.2：

图3.2 蜂鸣器电路设计

3.3电平输入设计

因为要输入电平，也就是要模拟传感器输入的气体浓度检测信号，我们要用电平的变化来模拟，电平的输入我们通过ADC0832输入端后，输出端接AT89C52单片机的P1口的2个端口，这里我们只需要1个可调电阻就可以实现，具体电路图如下图3.3：

图3.3电平输入设计

输入端经过ADC0832的CH0，之后ADC0832的CLK、DI、DO接AT89C52的P1口的P1.4、P1.5这两个端口。报警器手动停止开关我们就不多说了，直接接P3.6即可，这样输入设计就完成了。

3.4相应的指示灯设计

我们通过AT89C52的P3.5来控制LED指示灯。当气体超标时工作电路图如下图3.4：

图3.4指示灯工作电路图

3.5 气体浓度实时显示设计

我们把 LCD显示器的8个输入端接AT89C52的P0口8个输入端，即可以进行实时显示气体浓度，气体超标时工作时电路图如下图3.5：

图3.5实时显示工作电路图

3.6 主电路设计

主电路也就是报警器的核心，我们的交通业现场报警器进行正常工作时，就是通过此电路来进行控制其他电路的工作的。交通业现场报警器的自检以及气体浓度检测报警，以及以后的控制都是通过AT89C52单片机来控制的，它是整个电路的主体。具体电路图如下图3.6：

图3.6主电路图

3.7 PCB电路设计

使用PROTEL99SE绘制电路原理图，对相应的元器件进行封装处理，如果封装库里没有的元器件可以自己制作一个相应的封装，根据原理图产生网络表，元器件布局和连线，最后再产生报表。PCB图如下：

第四章软件设计与说明(包括流程图)

一个应用系统，要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是单片机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源，这个系统程序由主控程序、延时子程序，显示子程序组成，其中主控程序是核心。由它控制着整个系统程序的运行和跳转，包括系统初始化，自检处理，数据处理，故障报警等。软件设计具体步骤如下：

4.1自检程序的设计

我们设计交通业现场报警器的自检程序，其中包括两个方面：一方面是指示灯点亮一次。我们通过AT89C52的P3.5来控制LED指示灯，P3.5作为使能信号端，接低电平。另一方面是利用延时程序来使蜂鸣器响1声。

led=0;

sp=0;

delayms(3000);

led=1;

sp=1;

4.2气体检测程序设计

首先，我们预设一个安全电平，同时用P3.5口实时显示电平高低，当检测到电平高于预设值时，启动报警程序，其中包括相应的指示灯点亮，还有蜂鸣器报警。当报警后，我们通过开关检验程序判断报警声音停止手动开关是否按下，此开关通过P3.6进行输入。当检验到有电平按下时，要执行关断蜂鸣器的程序，这里我们可以通过一个中断程序来实现。当检验没有电平按下时，就继续保持原状。此后，我们设置一个电平判断程序。当检测到电平低于预设的安全电平时，启动中断程序，停止亮灯。当监测到电平高于预设安全电平时，不启动中断程序。同时设置启动中断程序时，返回监测电平的变化，至此，整个工业现场报警器程序完毕。

流程图有着重大意义，因为我们通过流程图可以直观的看出程序执行的顺序，我们通过程序流程图可以更加清晰地了解程序的执行情况，因此我们画出程序流程图。

4.3软件流程图的设计

N

Y

N

Y

Y

合上 手动 开关

图4.3软件设计流程图

开 始

灯和蜂鸣器正常工作？

更换工作正常地灯和蜂鸣器

浓度超标？

灯和蜂鸣器不工作

对应地灯闪 蜂鸣器报警

蜂鸣器 停止工作

工作人员 检修

第五章调试结果与必要的调试说明

5.1线路的检测

注意对线路的检测，重点是对断线的测试，保证每根线的导电性能良好。同时要注意交叉线路之间不能出现短路和接错的现象。

5.2数码管的调试

调试数码管是否点亮，显示数据是否正确，具体步骤如下：

(1)打开电源，将输出电压调到5伏，然后关闭电源。

(2) 将电路板的火线与电源正极相连，地线与负极相连。

(3)打开电源，用万用表检测电路板是否有输出电压，如果有就是好的，没有就要检测是否有短路。

(4)电路检查完后，关闭电源，用一根导线与电源负极相连，然后打开电源，用导线的另一端逐个与P1.7、P2.4口的管脚接触，看数码管显示是否正确。

调试过程中遇到的问题及解决办法：

上电后，用导线一端接低电平，另一端逐一连接P1.7、P2.4管脚，数码管显示不正常，检测后发现管脚有短路现象，将短路管脚重新焊接后，显示正常。

反复调试几次后，发现电路不稳定，有时没反应。仔细分析后，觉得是稳压管有问题，拆除后直接接5V电压源，问题解决。

5.3单片机的调试

首先检测AT89C52单片机是否能正常工作，检测完毕后，按照PROTEUS仿真软件设置的电路接好线，将由.C的文件转换成.HEX文件装入AT89C52单片机，点击运行，即可正常运行，调节可调电阻，使其达到预期效果。

第六章设计总结

在学习单片机课程中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找一些关于单片机的资料，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在老师的指导课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。

通过毕业设计，在查找资料的同时也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电气、电子等方面的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。特别是在软件调试部分，一定要细心和沉得住气，因为在这个部分中，很难说可以运行调试一次就成功的，经过多次的调试与修改才能出成绩。其中所学到的知识真是太深刻了。

单片机课程设计是我作为一名即将完成学业的学生一次关键性的作业，这既是对这个学期所学关于单片机知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，这个设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力。同时，也是一份综合性作业，从老师的角度来说，指导做此设计是老师对学生所做的一次执手实践训练。只有彼此都付出，彼此都努力维护才能将作品做的更加完美。

由于时间的紧缺和许多课业考试的繁忙，并没有做到最好，但是，我们没有放弃，这是我们的骄傲！相信以后我们会以更加积极地态度对待我们的学习、对待我们的生活。我们的激情永远不会结束，相反，我们会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，

我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐！快乐至上享受过程，而不是结果！认真对待毕业设计的每一天，珍惜每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我们在单片机这门课的学习中学到的最重要的东西，也是以后都将受益匪浅的！不仅锻炼能力，而且可以学到很多东西，在与老师和同学的交流过

程中，互动学习，将知识融会贯通。由于时间的紧缺，希望老师可以包容我们在设计上的不足。

在此我要感谢我的指导老师陈坚老师对我们这组同学的悉心指导，耐心的答疑、解惑，感谢您给予我们的支持与帮助。谢谢您！

参考文献

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