计算机控制技术课程设计

西华大学课程设计说明书

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目录

1 前言 (2)

2总体方案设计 (3)

2.1 主控芯片选择 (3)

2.2 显示模块选择 (3)

2.3 可燃气体信号采集传感器选择 (4)

2.4 A/D 转换部分 (4)

2.5 电源的选择 (4)

3理论分析与计算 (5)

3.1 MQ-2可燃气体信号采集传感器特点及参数 (5)

3.2 相关理论值计算 (5)

4单元模块电路设计 (8)

4.1 可燃气体信号采集部分 (8)

4.2 显示部分 (8)

4.3 A/D 转换部分 (9)

4.4 报警显示部分 (10)

4.5 最小系统及按键 (10)

5软件设计 (12)

5.1 程序结构图 (12)

5.2 程序代码 (12)

6系统调试 (13)

6.1 系统硬件调试 (13)

6.1.1 排除逻辑故障 (13)

6.1.2 排除元件故障 (13)

6.2 系统软件调试 (13)

7设计总结 (14)

8参考文献 (15)

附录一：系统总图 (16)

附录二：相关程序 (17)

1 前言

随着城市煤气、天然气事业及化学工业的迅速发展，易燃、易爆的气体种类和应用范围在不断增加，这些易燃易爆气体在生产和使用过程中，一旦发生泄漏将会引起中毒、火灾、爆炸等重大事故，人们在对安全生产的重视程度日益增加的同时，对生产技术手段也进行不断的提高，研制一种新型、性能稳定、准确监测可燃性气体报警控制器势在必行。

而传统的模拟型可燃性气体报警控制器，对于气体传感器的特性补偿、修正，采用匹配补偿传感器的硬件调整方式；这种调整方式虽然具有现场调整方便的优点，但补偿拟合的范围窄，匹配传感器的部件选择困难，而难以获得较好的补偿、修正效果。因此，本次设计采用了“探测器+单片机控制电路”设计思路。

本次设计采用以STC89C52芯片为核心，用半导体陶瓷式气体传感器MQ-2来检测外部气体浓度，结合外部硬件电路实现对可燃性气体进行报警控制装置。STC89C52芯片具有功能强大，性价比高等一系列优点，适合产品大规模生产。同时，设计出的可燃性气体报警控制器具有操作简单，实用性强，价格便宜，安全性高等特点，所以非常适合贮气仓库，以及家庭等场所使用，具有很高的实用价值。

正是由于可燃性气体报警控制器对于安全生产的重要性，国内外有众多厂家研制、生产这一产品。从运用所学知识和实际意义出发，研制一种固定式可燃性气体报警控制器，它主要对以烷类气体为主的多种可燃性气体进行检测控制。

2总体方案设计

2.1主控芯片选择

方案一：STC89C52系列单片机，此系列单片机比较常用、价格便宜、操作简单、独立的I/O口数量较多，方便购买。但属于8位单片机，计算能力一般，功耗高，加密性能弱，体积大。

方案二：DSP430系列单片机电压低，功耗低,3.3V供电，16位，运行速度快，内置硬件乘法器，乘除法运算都为单周期指令，片内集成资源丰富，有两组普通I\O口具有中断功能。但是相对STC89C52系列单片机成本较高，耐压值低，容易被烧毁。

方案三：ARM32位系列单片机以及处理器，与传统的8位微处理器相比速度更快，性能更强，资源丰富，比如中断、AD、LCD控制器、DMA、存储系统等等。ARM开发一般重点是操作系统和应用程序。缺点就是在低端应用时ARM性价比较低，开发难度也更大，新手入门较困难。

确定方案：考虑到实际开发中，STC89C52系列单片机性能已经完全足够，同时基于成本考虑，主控芯片采用STC89C52。

2.2显示模块选择

方案一: LCD1602液晶也叫LCD1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。

方案二:LCD12864液晶，能显示汉字，字符，数字等，但是体积较为庞大，所占空间较大。

方案三:诺基亚5110液晶,该模块具有以下特点：

84x48 的点阵LCD，可以显示4 行汉字，采用串行接口与主处理器进行通信，接口信号线数量大幅度减少，包括电源和地在内的信号线仅有9 条。支持多种串行通信协议（如AVR 单片机的ＳＰI、MCU51的串口模式０等），传输速率高达4Mbps，可全速写入显示数据，无等待时间。

方案四：数码管，显示较为稳定，抗干扰较强，但是显示能力单一，显示内

容会受到一定限制。

确定方案：实际开发中，不需要功能相对强大的液晶显示屏，显示可燃气体浓度用数码管显示简洁明了，同时功耗和成本都较低，确定显示模块采用数码管。

2.3可燃气体信号采集传感器选择

方案一：MQ-2，广泛的探测范围、高灵敏度、快速响应恢复、优异稳定性、寿命长、简单的驱动电路MQ-2应用: 可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。

方案二：TGS813，后期电路简单；长寿命，低功耗；对甲烷、乙烷、丙烷等可燃气体的高敏感度，但价格相对MQ-2要高一些。

方案确定：MQ-2的高灵敏度和优异的稳定性以及较低的价格适合本项目的开发，决定采用MQ-2作为可燃气体信号采集传感器。

2.4A/D转换部分

方案一：AD7888，微功耗8通道12位AD转换器，是高速、低功耗的12位AD转换器，单电源工作，电压范围为2.7V～5.25V，转换速率高达125ksps ，输入跟踪-保持信号宽度最小为500ns，单端采样方式。AD7888包含有8个单端模拟输入通道。

方案二：ADC0804是一个早期的A/D转换器，因其价格低廉而在要求不高的场合得到广泛应用。ADC0804是一个8位、单通道、低价格A/D转换器，主要特点是：摸数转换时间大约100us；方便的TTL或CMOS标准接口；可以满足差分电压输入；具有参考电压输入端；内含时钟发生器；单电源工作电压为0-5V。

方案确定：ADC0804开发简单，资料齐全，适合项目开发，通过分析对比采用ADC0804作为AD转换器。

2.5电源的选择

方案一：采用两节五号的干电池作为主控芯片的供电电源。此方案简单易行，但是此系统是处于长期工作状态对电量的消耗比较大。

方案二：采用汽车自带的汽车电瓶12V电源降压后供电。此方案较好的利用汽车自身能源，避免单独电源给防撞系统供电，可使系统长期安全不掉电工作。

方案确定：选择方案一，五号干电池易于得到，便于开发。