（冶金行业）基于单片机
室内煤气,天然气泄漏警
报器的设计
南京理工大学
毕业设计说明书(论文)
作 者 : 笑嘻嘻 学号： 08042101学习
学院(系): 电子工程和光电技术学院
专 业 : 电子信息工程
题 目 :
基于 51单片机室内煤气，天然气泄漏警
报器的设计
指导者：
(姓名)(专业技术职务)
评阅者：
(姓名)(专业技术职务)
2012年 6月
毕业设计说明书（论文）中文摘要
工程师
随着天然气的大量使用,每壹座居民大楼都被天然气所“笼罩”。天然气的普及
给公共生活带来了方便,减少了城市的污染,提高了生活质量和效率,可是同时,天
然气也是潜在的“危险品”,壹旦发生大面积泄漏,处置不及时就可能引发大爆炸,
给居民的生命财产安全带来巨大的威胁。面对燃气泄漏而造成的种种事故威胁，
我们需要壹个解决办法。使用天然气报警器是对付燃气无形杀手的重要手段之壹。
本论文以半导体气敏传感器和单片机技术为核心设计的气体报警器可实现声光报
警功能，是壹种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的气体报警
器，具有壹定的实用价值。
其中选用 MQ-2传感器实现对气体的检测，具有灵敏度高、响应快、抗干扰能
力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。经 AT89C51单片机处理，且对处理后
的数据进行分析，是否大于或等于某个预设值(也就是报警限)，如果大于则会自
动启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态，而且在此设计中我们通过
DS18B20温度传感器和 AT89C51单片机进行连接，将温度信号转换成单片机可识
别的数字信号，经过单片机处理且对其进行分析，最终将温度仍有气体的浓度显
示在 LED的显示管中。
关键词气敏传感器报警器单片机温度传感器
毕业设计说明书（论文）外文摘要
Title Design of indoor gas & natural gas alarm based on 51 microcontroller
Abstract
Withthewideuseofnaturalgas,eachresidentialtowerswere"enveloped",reducethecity'spollutionandimprovethelifequalityandefficiency,butatthesametime,naturalgasisalsopotential"dangerous",onceproducelargelea
k,disposalnottimelycouldtrigger,thebigbangtopeople',.
Thispaperstothesemiconductorgassensorsandsinglechipmicrocomputerasthecoredesigncanrealizethegasalarmsound-lightalarmfunctions,isakindofsimplestructure,stableperformance,easytouse,inexpensiveandintelligentgasalarm,hascertainpracticalvalue.
AmongthemwechooseMQ-2ofgasdetectionsensor,ithasahighsensitivity,fastresponse,stronganti-jammingcapabilityetc,andthepriceislow,,whetherisequaltoorgreaterthantheadefaultvalue(thatis,thealarmlimit),ifbeyondthe
limitthanitwillautomaticallystartalarmcircuitwarningvoice,,weconnectedDS18B20temperaturesensorandtheAT89C51micr-ocontroller,
etemperatureofgaswillbedisplayedontheLEDdisplaytube.
Keywords：gassensoralarmsinglechipmicrocomputertemperaturesensor
目录
、课题研究的背景 1
、课题研究的意义 2
国内外研究情况及其发展 2
、可燃性气体泄漏报警器种类和结构 2
、国内外情况及其发展趋势 2
2 天燃气泄漏报警系统的方案设计 3
方案的选择 3
对于该警报器设计的要求 3
气体传感器的选型 4
气体传感器介绍 4
气体传感器的选定 6
天燃气泄露报警系统的整体设计方案 7
天燃气泄露报警器工作原理 7
天燃气泄露报警器的结构 8
气体检测报警器的功能 9
3 天燃气泄漏报警系统的硬件部分设计 9
主控电路的设计 9
半导体气敏传感器 9
单片机的选择 15
AT89C51单片机的介绍 15
AT89C51单片机的时钟电路 18
AT89C51单片机的复位电路 20
外围接口电路的设计 21
驱动模块的选择 21
DS18B20温度传感器的介绍 22
声音报警电路 26
气体检测模块和光报警电路 28
总电路设计 30
4 燃气泄漏报警系统的软件部分设计 31
主程序设计流程和编程 31
主程序设计流程图 32
主程序的编程 33
程序调试 39
程序调试的步骤 39
程序调试过程中的问题及解决 41
结论 42
致谢 43
参考文献 44
1绪论
、课题研究的背景
人的生存离不开空气，人的壹生大约有 80%的时间是在室内度过的，室内环
境质量的好坏影响着人们的身心健康。室内的有害气体来源有来自装修不当造成
的甲醛、氨气、氡气、苯、放射性物质的释放，而这些气体在装修时加以注意，
完全能够减少其排放量，从而不至于影响人的健康状况。室内存在的有害气体的
另壹主要来源为可燃性气体的泄漏，主要可分为天然气泄漏、液化气泄漏和煤气
泄漏。
煤气泄漏的主要成分是壹氧化碳和氢气，壹氧化碳中毒原因是壹氧化碳进入
人体后会和血液中的血红蛋白结合，从而出现缺氧。常见于家庭居室内通风差得
情况下，煤炉产生的煤气或液化气管道泄漏气中的壹氧化碳吸入会导致壹氧化碳
中毒。
液化气泄漏危害也不易小视，液化石油气是石油产品之壹。是由炼厂气或天
然气(包括油田伴生气)加压、降温、液化得到的壹种无色、挥发性气体。由炼厂
气所得的液化石油气，主要成分为丙烷、丙烯、丁烷、丁烯，同时含有少量戊烷、
戊烯和微量硫化合物杂质。由天然气所得的液化气的成分基本不含烯烃。液化石
油气主要用作石油化工原料，用于烃类裂解制乙烯或蒸气转化制合成气，可作为
工业、民用、内燃机燃料。其主要质量控制指标为蒸发残余物和硫含量等，有时
也控制烯烃含量。液化石油气是壹种易燃物质，空气中含量达到壹定浓度范围时，
遇明火即爆炸。
天然气主要成分是烷烃，其中甲烷含量在 95%之上。人所赖以生存的空气中
有大约 20%的氧气，如果人的生活空间是封闭空间，氧气稀薄，人会因氧气不足，
导致窒息、昏迷，有心脑血管疾病的人将会危及生命。室内天然气泄漏会使室内
空气中的氧气相对稀薄，由于天然气是无色无味，人很难察觉到，尤其当人处于
睡眠状态时，天然气的泄漏就更加危险，甚至会使人窒息。天然气的另壹危险是
当空气中的天然气含量达到壹定含量时，遇到明火就会产生爆炸，危及人的生命。
、课题研究的意义
人们面对可燃性气体泄漏而危及生命健康情况，有没有壹个彻底的解决办
法？据有关专家介绍，可燃气体泄漏报警器是对付燃气泄漏的重要预防手段之壹。
为防止中毒事件发生，现提出利用单片机系统进行有效的预防措施。所以怎样预
防燃气中毒和爆炸已成为人们的迫切需要。基于此现实，本设计宗旨是为家庭用
户设计壹种能够对天然气，液化气和、煤气泄漏的装置，从于减少不必要的事故，
进于保证人民的生命健康，减少不必要的损失。
国内外研究情况及其发展
、可燃性气体泄漏报警器种类和结构
可燃性气体泄漏报警器，多用于大型公寓、饮食餐店、医院、学校、工厂的
各种气体报警器和系统，有单体分离型报警器、外部报警系统、集中监视系统、
遮断连动系统、防止中毒报警防护系统等。可燃性气体泄漏报警器可发出声光报
警，或伴有数字显示，或联动外部设备。有的可燃性气体泄漏报警器可自动开启
排风扇，把燃气排出室外；有的可燃性气体泄漏报警器在报警时可自动关闭燃气
阀门，以防燃气继续泄漏。
、国内外情况及其发展趋势
当前应用最广泛的可燃性气体泄漏报警器和气敏元件传感器，已普及应用于气体
泄漏检测和监控，仅用于安全保护家用燃气泄漏报警器为例，不少发达国家已经
明确规定家庭、公寓等要求安装相应的报警器。国外可燃性气体泄漏报警器发展
很快，是由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另壹方
面是由于燃气泄漏报警器市场增长受到政府安全法规的推动。因此，国外燃气报
警器技术得到了较快发展，据有关统计猜测，美国在 1996年—2002年就煤气报
警器的年均增长率为 27％～30％。在这些方面，国内应该增强安全意识增强。
可燃性气体泄漏报警器的发展趋势集中表现为，壹是提高灵敏度和工作性能，
降低功耗和成本，缩小尺寸，简化电路，和应用整机相结合，这也是燃气泄漏报
警器壹直追求的目标；二是增强可靠性，实现元件和应用电路集成化，多功能化，
发展 MEMS技术，发展现场适用的变送器和智能型可燃性气体泄漏气报警器。如
美国在燃气泄漏报警器中嵌入微处理器，使燃气泄漏报警器具有控制校准和监视
故障状况功能，实现了智能化、涉多功能化。
2天然气泄漏报警系统的方案设计
方案的选择
方案壹，通过传感器感受到可燃性气体，降低自身的阻值，来增大电流，且
且驱动蜂鸣器报警。电路简单、可靠可是灵活性和实用性差。
方案二，能够通过传感器感知信号多级放大电路，且用电位器调节得到固定
的电压值，当得到可燃性气体信号时，电阻值立刻变小，放大器的放大倍数增加，
电压也就随着增加，驱动三极管导通报警电路。该方案有壹定的灵活性和可执性，
可是电路比较复杂，智能性差。
方案三，通过 51系列单片机作为主控单元，且且能够通过传感器把模拟信
号通过 A/D信号转换为数字信号，且且读取和显示出来。键盘能够通过不同的应
用场合和针对不同气体做出不同的浓度设定，且且储存报警的上限和报警时间，
方便查询和日后的工作调查。
综合考虑，由于使用单片机设计灵活性更强、用途更宽广，所以本设计采用
方案三。
对于该警报器设计的要求
1. 对可燃气体进行检测，可燃气体浓度达到报警设定值时，应能报警。
2. 正常工作：绿灯闪烁，蜂鸣器不报警。
3.能够显示此时的温度
4故障报警：传感器短路，短路时应发出和可燃气体浓度超范围报警有明显区别
的声，光报警。
5.浓度超限报警时，应能启动输出控制功能。
气体传感器的选型
气体传感器属于气敏传感器，是气-电变换器，它将可燃性气体在空气中的含
量(即浓度)转化成电压或者电流信号，通过 A/D转换电路，将模拟量转换成数字
量后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。气
体传感器作为燃气泄漏报警器的信号采集部分，是仪表的核心组成部分之壹。由
此可见，气体传感器的选型是非常重要的。
气体传感器介绍
1.气体传感器的分类
（1）.半导气体传感器
这种类型的传感器在气体传感器中约占 60%，根据其机理分为电导型和非电
导型，电导型中又分为表面型和容积控制型.
（2）.固体电解质气体传感器
固体电解质气体传感器固体电解质气体传感器使用固体电解质气敏材料做气敏
元件。其原理是气敏材料在通过气体时产生离子，从而形成电动势，测量电动势
从而测量气体浓度。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，得到了广泛
的应用，几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域，仅次于金属氧化物半导体气
体传感器。如测量 H2S的 YST-Au-WO3、测量 NH3的 NH+4CaCO3等。开发新的气体
传感器，特别是开发和完善智能气体传感系统，使之能够在气体泄漏事故中起到
报警、检测、识别、智能决策等方面的作用。大大提高气体泄漏事故处置的工作
效率和安全性，对于控制事故损失具有重要的作用。
（3）.接触烧式气体传感器
接触燃烧式气体传感器可分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式俩种。其工
作原理是：气敏材料在通电状态下，可燃性气体氧化燃烧或在催化剂作用下氧化
燃烧，产生的热量使电热丝升温，从而使其电阻值发生变化，测量电阻变化从而
测量气体浓度。这种传感器只能测量可燃气体，对不燃性气体不敏感。例如，在
Pt丝上涂敷活性催化剂 Rh和 Pd等制成的传感器，具有广谱特性，即能够检测各
种可燃气体。接触燃烧式气体传感器在环境温度下非常稳定，且能对爆炸下限的
绝大多数可燃性气体进行检测，普遍应用于石油化工厂、造船厂、矿井隧道、浴
室、厨房等处的可燃性气体的监测和报警。
（4）.高分子气体传感器
国外在高分子气敏材料的研究和开发上有了很大的进展，高分子气敏材料由
于具有易操作性、工艺简单、常温选择性好、价格低廉、易和微结构传感器和声
表面波器件相结合等特点，在毒性气体和食品鲜度等方面的检测具有重要作用。
高分子气体传感器根据气敏特性主要可分为下列几种：
l)高分子电阻式气体传感器
该类传感器是通过测量高分子气敏材料的电阻来测量气体的体积分数，目前的材
料主要有欧菁聚合物、LB膜、聚毗咯等。其主要优点是制作工艺简单、成本低廉。
但这种气体传感器要通过电聚合过程来激活，这既耗费时间，又会引起各批次产
品之间的性能差异。
2)浓差电池式气体传感器
浓差电池式气体传感器的工作原理是：气敏材料吸收气体时形成浓差电池，测量
输出的电动势就可测量气体体积分数，目前主要有聚乙烯醇-磷酸等材料。
3)声表面波(SAW)式气体传感器
SAW气体传感器制作在压电材料的衬底上，壹端的表面为输入传感器，另壹
端为输出传感器。俩者之间的区域淀积了能吸附 VOC的聚合物膜。被吸附的分子
增加了传感器的质量，使得声波在材料表面上的传播速度或频率发生变化，通过
测量声波的速度或频率来测量气体体积分数。主要气敏材料有聚异丁烯、氟聚多
元醇等，用来测量苯乙烯和甲苯等有机蒸汽。其优势在于选择性高、灵敏度高、
在很宽的温度范围内稳定、对湿度响应低和良好的可重复性。SAW传感器输出为
准数字信号，因此可简便地和微处理器接口。此外，SAW传感器采用半导体平面
工艺，易于将敏感器和相配的电子器件结合在壹起，实现微型化、集成化，从而
降低测量成本。
（5）.电化学传感器
电化学传感器通过和被测气体发生反应且产生和气体浓度成正比的电信号
来工作。典型的电化学传感器由传感电极（或工作电极）和反电极组成，且由壹
个薄电解层隔开。
气体首先通过微小的毛管型开孔和传感器发生反应，然后是憎水屏障，最终到达
电极表面。采用这种方法能够允许适量气体和传感电极发生反应，以形成充分的
电信号，同时防止电解质漏出传感器。
穿过屏障扩散的气体和传感电极发生反应，传感电极能够采用氧化机理或仍原机
理。这些反应由针对被测气体而设计的电极材料进行催化。
通过电极间连接的电阻器，和被测气浓度成正比的电流会在正极和负极间流动。
测量该电流即可确定气体浓度。由于该过程中会产生电流，电化学传感器又常被
称为电流气体传感器或微型燃料电池。（6）.热传导传感器
热传导传感器和接触燃烧式传感器具有类似的结构形式，可是测量原理不同。
它的测量原理是：将加热后的铂电阻线圈置于目标烟雾中，由于向目标气体传送
热量造成温度降低，引起电阻值变化，传感器即测量电阻值的变化情况。温度的
变化情况是目标气体热传导率的函数，而对于壹种给定的气体，热传导率是它固
有的物理特性。
（7）.红外传感器
利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线又称红外光，它具有反
射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有壹定的温度（高
于绝对零度），都能辐射红外线。红外线传感器测量时不和被测物体直接接触，
因而不存在摩擦，且且有灵敏度高，响应快等优点。
红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为
透射式和反射式俩类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。
热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发
生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常
由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。
红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、
空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如采用红外线传感器远距离测量人
体表面温度的热像图，能够发现温度异常的部位，及时对疾病进行诊断治疗（见
热像仪）；利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可实现大范围
的天气预报；采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机的过热情况等。
气体传感器的选定
天燃气泄漏报警器主要应用在石油、化工、冶金、油库、液化气站、喷漆作业
等易发生可燃气体泄漏的场所，根据报警器检测气体种类的要求，壹般选用接触
燃烧式气敏传感器和半导体气敏传感器。
天燃气泄漏报警器主要应用在石油、化工、冶金、油库、液化气站、喷漆作
业等易发生可燃气体泄漏的场所，根据报警器检测气体种类的要求，壹般选用接
触燃烧式气敏传感器和半导体气敏传感器。
使用接触燃烧式气敏传感器，其探头的阻缓及中毒,是不可避免的问题。阻缓
是当在气体和空气的混合物中含有硫化氢等含硫物质的情况下，则有可能在无焰
燃烧的同时，有些固态物质附着在催化元件表面，阻塞载体的微孔，从而引起响
应缓慢反应滞缓，灵敏度降低。虽然将阻缓的传感器再放回新鲜空气环境中有得
到某种程度的恢复的可能，可是如果长期暴露在这样的环境中，其灵敏度会不断
下降，导致该传感器最终丧失检测烟雾的能力。中毒是如果环境空气中含有硅烷
之类的物质时，则传感器将使催化元件产生不可逆转的中毒，以致灵敏度很快就
丧失。当怀疑检测环境中存在这些物质时，经常对探头进行标定，是必须且有效
的办法。
因此，经常对传感器进行标定，是保证其准确性的必要的途径。壹般连续使
用俩个月后应对传感器进行量程校准，这种经常性对传感器的维护，无形中加大
了工作人员的工作量，同时增加了报警器的维护成本。
半导体气敏传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的气体传感
器以及用单晶半导体器件制作的气体传感器，它具有灵敏度高，响应快、体积小、
结构简单，使用方便、价格便宜等优点，因而得到广泛应用。半导体气敏传感器
的性能主要见其灵敏度、选择性(抗干扰性)和稳定性(使用寿命)。
经过对比上述俩种气敏传感器的应用特性，发现半导体气敏传感器的优点更
加突出：灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜，且不会发生探
头阻缓及中毒现象，维护成本较低等。因此，本设计采用半导体气敏传感器作为
报警器气体信息采集部分的核心。而在众多半导体气敏传感器中，本设计选用
MQ-2型气敏传感器，这种型号的传感器具备壹般半导体气敏传感器灵敏度高、响
应快、抗干扰能力强、寿命长等优点。
天燃气泄露报警系统的整体设计方案
天然气泄露报警器工作原理
本论文中的燃气泄漏报警器以 AT89C51单片机为控制核心，采用 MQ-2型电阻
式半导体传感器采集气体信息，而且利用 DS18B20温度传感器进行温度采集，在
LED的显示管中显示温度。
首先，气体传感器送来的气体浓度对应的电压信号送入 AT89C51单片机；然后，
在 AT89C51单片机内 A/D转换、气体浓度比较，对数据进行线性化处理，将数字
化电压信号转化成为对应的十进制浓度值；最后，判断气体浓度值是否超出报警
限，当气体浓度处于正常状态红灯不会闪亮，当气体浓度超出设定的限定值时，
发出声音报警且伴随红灯闪亮。而且利用 DS18B20温度传感器将温度信号采集到
AT89C51单片机中进行输出，最后在 LED显示管中进行显示。另外由于气体传感
器需要在加热状态下工作，温度越高，反应越快，响应时间和恢复时间就越快。
为提高响应时间，保证气体传感器准确地、稳定地工作，报警器需要向气体传感
器持续输出壹个 5V的电压。为了保证其可靠性，在输出 5V的电压的同时，进行
故障监测。
天然气泄露报警器的结构
为适应家庭对可燃性易爆气体安全性要求，设计的可燃性气体报警仪应不仅
能在较宽的温度范围工作，而且应具有显示可燃气体浓度、可接计算机进行现场
远测和实时控制等功能。其目标是在传统的烟雾报警仪的基础上，尽量提高准确
性，降低成本，缩小体积。
天然气泄露报警器系统结构框图如图 1所示，该系统以 51单片机为核心，配
合外围电路共同完成信号采集、声音及闪烁报警等功能。系统采用高性能的单片
机，要求工作稳定、测量精度高、通用性强、功耗低，保证报警器的精确性及可
靠性，而且最好体积小，成本低，有利于减少报警器的体积，降低报警器的成本。
使用 AT89C51单片机，选用气敏传感器作为敏感元件，DS18B20元器件作为温
度传感器，且且在 LED中显示温度仍有气体的浓度。利用 A/D转换器和声光报警
电路，开发了可用于家庭或小型单位天然气泄漏报警器。整个设计由 4大部分构
成：气敏传感器、A/D转换电路、AT89C51单片机、声光报警电路。气敏传感器
是将现场气体浓度非电信号转化为电信号；转换电路是将完成将气体传感器输出
的模拟信号到数字信号的转换。声光报警模块由单片机和报警电路组成，由单片
机控制实现不同的声光报警功能。
天然气泄漏报警系统结构框图如下图 ：
图 系统结构框图
气体检测报警器的功能
声光报警功能
当气体浓度取值处在报警限值之上，蜂鸣器开始报警，且声音越来越急促，
且且伴随红灯闪烁。因为人对变化的信号更为敏感，所以变化的声音及灯光更容
易引起用户的注意。
气敏
传感器
A/D
转换器
AT89C51
单片机
灯光报警
声音报警
气体
浓度
温度传感器
3天然气泄漏报警系统的硬件部分设计
主控电路的设计
半导体气敏传感器
（1）半导体的基本介绍
半导体传感器是壹种采用半导体气敏为主要使用材料的传感装置，它利用和
其气体接触时使半导体的导电率等物理性质发生变化来检测待测气体的成分和
浓度。且且，它具有灵敏度高、响应时间和恢复时间快、使用寿命长及价格低等
优点，成为世界上产量最大、使用最广的传感器之壹。
（2）半导体的分类
半导体气敏传感器有多种分类方法，主要壹种是将其分为俩类—电导控制
型气敏传感器和电压控制气敏传感器。其中电导控制型壹般以金属氧化物半导体
材料如 SnO、ZnO、FeO系为基体，加入合适的催化金属和添加剂，采用烧结、厚
膜或薄膜工艺制成。
半导体气敏传感器包括硫化氢气敏传感器和壹氧化碳气敏传感器俩个敏感
器件。硫化氢气敏传感器是采用 MOS场效应晶体管结构,利用过渡金属作栅极的
气敏元件,当空气中存在硫化氢时,场效应晶体管的开启电压发生变化,变化的幅
度和硫化氢的浓度成比例。壹氧化碳气敏传感器是利用以二氧化锡为基体的铂－
锑－二氧化锡敏感材料制成的表面电阻控制型敏感器件,当空气中有微量的壹氧
化碳存在时,器件的电阻急剧下降。该俩种敏感器件灵敏度均≤10ppm;响应时间
均≤0秒;感应时间均≤1秒。
（3）半导体气敏传感器的原理
当半导体器件被加热到稳定状态时，气体接触半导体表面而被吸附，吸附的
分子首先在表面自由扩散，失去运动能量，壹部分分子被蒸发掉，另壹部分残留
分子产生热分解而固定在吸附处。当半导体的功函数小于吸附分子的电子亲和力
时，则吸附分子将从器件夺得电子而变成负离子吸附，半导体表面呈现电荷层。
具有负离子吸附倾向的气体，如O2和NON,等被称为氧化型气体或电子接收型气体。
如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，则吸附分子将向器件释放出电子，
而形成正离子吸附。具有正离子吸附倾向的气体有 H2、CO,碳氢化合物和醇类等，
被称为仍原型气体或电子供给型气体
半导体气敏传感器的参数
1）工作电压：5VDC
2）静态功耗：≤15mW
3）工作温度：－10℃~50℃
4）相对湿度：≤95%
5）初期稳定时间：≤3min.
6）检测浓度范围：0~2000ppm（壹氧化碳）
（4）MQ-2的相关参数
本次的设计采用的MQ-2气体传感器，MQ-2气敏传感器所使用的气敏材料是在
清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃性气体
时，传感器的电导率随空气中可燃性气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即
可将电导率的变化转换为和该气体浓度相对应的输出信号。
（1）灵敏度特性：
图 传感器典型的灵敏度特性曲线
注：图中纵坐标为传感器的电阻比（Rs/Ro），横坐标为气体浓度。
Rs表示传感器在不同浓度气体中的电阻值
Ro表示传感器在1000ppm不同气体中的电阻值
（2）温/湿度的影响：
图 传感器典型的温度、湿度特性曲线
图中纵坐标是传感器的电阻比（Rs/Ro）。
Rs表示在含1000ppm甲烷、不同温/湿度下传感器的电阻值
Ro表示在含1000ppm甲烷、20℃/65%RH环境条件下传感器的电阻值
表传感器的相关的参数
（3）规格：
（4）A.标准工作条件
B.环境条件
C.灵敏度特性
符号 参数名称 技术条件 备注
Vc 回路电压 ≤24V DC
VH 加热电压 ± ACorDC
RL 负载电阻 可调
RH 加热电阻 31Ω±3Ω 室温
PH 加热功耗 ≤900mW
符号 参数名称 技术条件 备注
Tao 使用温度 -10℃－＋50℃
Tas 储存温度 -20℃－＋70℃
RＨ 相对湿度 小于95%RＨ
O2 氧气浓度
21%(标准条件)
氧气浓度会影响灵敏度特性
最小值大于２％
0. 5
0. 7
0. 9
1. 1
1. 3
1. 5
1. 7
1. 9
- 20 - 10 0 10 20 30 40 50 ℃
R
s
/
R
0
60%RH
30%RH
85%RH
敏感体功耗（Ps）值：Ps=Vc2×Rs/(Rs+RL)2
传感器电阻（Rs）值：Rs=(Vc/VRL-1)×RL
（4）结构，外形
MQ-2气敏元件的结构和外形如图 4所示(结构 A或 B),由微型 Al2O3陶瓷管、
SnO2敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体
内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有６只针状管
脚，其中４个用于信号取出，２个用于提供加热电流。
图 -2/MQ-2S气敏元件的结构和外形
MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸
汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是壹款适合多种应用的
低成本传感器。
此次的 MQ-2传感器因为在 protues的元器件库中无法找到，然后只能利用
protel进行设计。
元器件选择
电源采用输入 AC：220V50Hz，
输出 DC：稳压 5V的电源变压器；烟
雾传感器 MQ－2；壹个 50K的电位器；
壹个 1K的电阻；壹个三脚的开关；晶
符号 参数名称 技术参数 备注
Rs
敏感体表面电阻
2KΩ-20KΩ
(2000ppmC3H8)
α
(R3000ppm/
R1000ppmC3H8)
浓度斜率 ≤
标准工作条
件
温度：20℃±2℃Vc:±
相对湿度：65%±5%VH:±
适用范围：
5000-20000ppm
天然气
预热时间 不少于48小时
体管采用9013型号；继电器采用JRC－4100F5V的型号；通电指示灯采用 的
淡绿发光二极管；风扇 FAN为 5V的单转向小型风扇。
其原理图如下图 ：
图 -2原理图
电路如图 所示，MQ－2为烟雾传感器，FAN为 5V电机。电路采用交流
供电，220V交流市电从插头引入电路，经电源变压器降压后变为直流，直流电压
直接供传感器 MQ－2的加热丝 H-H工作，
加热丝给传感器 MQ－2预热壹定时间后，才能正常检测烟雾。
稳压电压同时供控制电路工作，接在继电器、通电指示灯和风扇上。当 MQ－2所
处的环境烟雾在允许范围内时，其俩端输出电极 H-H间导电率很低，则加在电极
间俩端 H—H电压很低，则输出电压升高，晶体管 9013导通，此时加在继电器 JRC
－4100F俩端的电压达到它的启动电压（５V），继电器跳转，通电指示灯熄灭；
风扇 FAN电路接通，风扇工作，开始吸收烟雾。风扇产生吸力将烟雾吸入装有活
性炭过滤筛的壳体，先经过壹层活性炭过滤后，再经过负离子发生器，从而除掉
有害物质。过滤筛能够拆下来清理或更换，活性炭也能够更换。当烟雾逐渐减少，
传感器 MQ－2导电率升高，加在电极间俩端 H—H的电压升高，输出电压变小，
晶体管 9013截止，则继电器 JRC－4100F俩端电压为零，继电器跳转为常态，风
扇 FAN停止转动，通电指示灯变亮。
注：为了使到在烟敏器件电路发生故障的时候烟灰缸仍能工作，我们另外接了壹
个手动的开关（如电路图中的开关 K），这样，当电路发生故障的时候，我们能够
手动的开启电机，壹样能达到抽烟过滤的功能。
调试电路主要通过调试可变电阻，能够调节烟雾传感器的灵敏度，以获得满
意的烟雾浓度风扇启动点。
单片机的选择
单片机又称单片微控制器,它不是完成某壹个逻辑功能的芯片,而是把壹个
计算机系统集成到壹个芯片上。相当于壹个微型的计算机，和计算机相比，单片
机只缺少了 I/O设备。概括的讲：壹块芯片就成了壹台计算机。它的体积小、质
量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机
是了解计算机原理和结构的最佳选择。
单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系
统、家用电器等。各种产品壹旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，
常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机，各种警报器中的
应用等。
壹方面它要接收来自传感器的气体浓度的模拟信号和故障检测信号，另壹方
面要对俩种信号分别进行处理，控制后续电路的相应工作；同时，查询是否有键
按下的命令。在单片机实现的功能中，将模数转换后的信号做数字滤波，再进行
线性化处理，这壹过程的软件实现，需要单片机有较快的运算速度，使仪表监测
人员能够观测到且进行相应处理。
根据此次的实验要求设计我们采用的是 51系列的单片机，根据多方面的比较
我此次采用的是 AT89C51的单片机。
单片机的介绍
描述
AT89C51是壹个低电压，高性能 CMOS8位单片机带有 4K字节的可反复擦写的
程序存储器（PENROM）。和 128字节的存取数据存储器（RAM），这种器件采用 ATMELX
公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，且且能够和 MCS-51系列的单片机兼
容。片内含有 8位中央处理器和闪烁存储单元，有较强的功能的 AT89C51单片机
能够被应用到控制领域中。
功能特性
AT89C51提供以下的功能标准：4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据
存储器，32个 I/O口，2个 16位定时/计数器，1个 5向量俩级中断结构，1个
串行通信口，片内震荡器和时钟电路。另外，AT89C51仍能够进行 0HZ的静态逻
辑操作，且支持俩种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允
许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电
方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作且禁止其它所有部件
的工作直到下壹个复位。
引脚描述
AT89C51单片机的引脚图如下图 ：
图 引脚图
VCC：电源电压
GND：地
P0口：
P0口是壹组 8位漏极开路双向 I/O口，即地址/数据总线复用口。作为输出
口时，每壹个管脚都能够驱动 8个 TTL电路。当“1”被写入 P0口时，每个管脚
都能够作为高阻抗输入端。P0口仍能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，
转换地址和数据总线复用，且在这时激活内部的上拉电阻。P0口在闪烁编程时，
P0口接收指令，在程序校验时，输出指令，需要接电阻。
P1口：
P1口壹个带内部上拉电阻的 8位双向 I/O口，P1的输出缓冲级可驱动 4个 TTL
电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。
因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出壹个电流。闪烁编程时和程序
校验时，P1口接收低 8位地址。
P2口：
P2口是壹个内部带有上拉电阻的 8位双向 I/O口，P2的输出缓冲级可驱动 4
个 TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时，可作为
输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出壹个电流。在访问
外部程序存储器或 16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高 8位地址数据。
在访问 8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容在整个运行期间不变。闪
烁编程或校验时，P2口接收高位地址和其它控制信号。
P3口：
P3口是壹组带有内部电阻的 8位双向 I/O口，P3口输出缓冲故可驱动 4个 TTL
电路。对 P3口写如“1”时，它们被内部电阻拉到高电平且可作为输入端时，被
外部拉低的 P3口将用电阻输出电流。
P3口除了作为壹般的 I/O口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表 所示：
表 各部分引脚的作用
端口引脚 第二功能
RXD
TXD
INT0
INT1
T0
T1
WR
RD
P3口仍接收壹些用于闪烁存储器编程和程序校验的控制信号。
RST：
复位输入。当震荡器工作时，RET引脚出现俩个机器周期之上的高电平将使
单片机复位。
ALE/：
当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低 8
位字节。即使不访问外部存储器，ALE以时钟震荡频率的 1/16输出固定的正脉冲
信号，因此它可对输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存
储器时将跳过壹个 ALE脉冲时，闪烁存储器编程时，这个引脚仍用于输入编程脉
冲。如果必要，可对特殊寄存器区中的 8EH单元的 D0位置禁止 ALE操作。这个
位置后只有壹条 MOVX和 MOVC指令 ALE才会被应用。此外，这个引脚会微弱拉高，
单片机执行外部程序时，应设置 ALE无效。
PSEN：
程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89C51由外部程序
存储器读取指令时，每个机器周期俩次 PSEN有效，即输出俩个脉冲。在此期间，
当访问外部数据存储器时，这俩次有效的 PSEN信号不出现。
EA/VPP：
外部访问允许。欲使中央处理器仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电
平。需要注意的是：如果加密位 LBI被编程，复位时内部会锁存 EA端状态。如 EA
端为高电平，CPU则执行内部程序存储器中的指令。闪烁存储器编程时，该引脚
加上+12V的编程允许电压 VPP，当然这必须是该器件是使用 12V编程电压 VPP。
XTAL1：震荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2：震荡器反相放大器的输出端。
振荡器特性:XTAL1和 XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器
能够配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动
器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过壹个二分频触发器，因此
对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
单片机的时钟电路
T89C51中有壹个用于构成内部震荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1和
XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器和作为反馈元件的片外石
英晶体或陶瓷谐振器壹起构成自然震荡器。外接石英晶体及电容 C1，C2接在放
大器的反馈回路中构成且联震荡电路。对外接电容 C1，C2虽然没有十分严格的
要求，但电容容量的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡器工作的稳定性、起
振的难易程序及温度稳定性。如果使用石英晶体，我们推荐电容使用 30PF±10PF，
而如果使用陶瓷振荡器建议选择 40PF±10PF。用户也能够采用外部时钟。采用外
部时钟的电路如图示。这种情况下，外部时钟脉冲接到 XTAL1端，即内部时钟发
生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过壹个 2分频触发器后作
为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平
持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。
图 内部振荡电路
图 外部振荡电路
时钟电路图如下图 ：
图 时钟电路图
单片机的复位电路
在整个燃气报警系统中，要进行实验，必须对整个系统先复位。复位是单片
机的初始化操作。单片机系统在上电启动运行时，都需要先复位。其作用是使 CPU
和系统中其他部件都处于壹个确定的初始状态，且从这个状态开始工作，因而，
复位是壹个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合
相应的外部复位电路才能实现。
单片机的外部复位电路有上电复位和上电和按键均有效的复位俩种。我们在
设计单片机复位时，选用上电复位。
上电要求接通电源后，单片机实现自动复位操作。上电瞬间 RST引脚获得高
电平，随着电容的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。RST引脚的高电平只要
能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就能够进行复位操作。该电路典型
的电容参数为：晶振为 12MHZ，电容值为 1uF。
51单片机复位电路如下图 ：
图 单片机复位电路图
外围接口电路的设计
驱动模块的选择
对于驱动模块的选择，实验中测得 74LS245输出高电平为 ，而 74HC245
输出高电平为 5V。由于 74HC245和 74LS245相比较价格较贵，而 74LS245输出的
高电平足以驱动七段显示数码管，因此设计中采用 74LS245。
由于七段显示数码管的工作电压为 2V，而 74LS245输出高电平 ，因此
限流电阻俩端的电压为 。而七段显示数码管每位正常工作的电流为 2mA，而
四位七段数码管的每壹个相同的位段又是且联的形式连接的，为了保证每壹位的
亮度相同，因此每位段位电流应该为 8mA，即流过限流电阻的电流为 8mA。因此
限流电阻的阻值= 220欧的电阻作为限流电
阻。
74LS245的引脚图如下图 ：
图 引脚图
74LS245是我们常用的芯片，用来驱动 led或者其他的设备，它是 8路同相
三态双向总线收发器，可双向传输数据。
74LS245仍具有双向三态功能，既能够输出，也能够输入数据。
当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245
等总线驱动器。
当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B向 A传输；（接收）
DIR=“1”，信号由 A向 B传输；（发送）当 CE为高电平时，A、B均为高阻
态。
温度传感器的介绍
DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺
纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有 LTM8877，LTM8874等等。
主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的 DS18B20可用于电缆沟测温，
高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测
温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用
于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。
1:技术性能描述
①、独特的单线接口方式，DS18B20在和微处理器连接时仅需要壹条口线即可实
现微处理器和 DS18B20的双向通讯。
②、测温范围－55℃～+125℃，固有测温分辨率 ℃。
③、支持多点组网功能，多个 DS18B20能够且联在唯壹的三线上，最多只能且联
8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传
输的不稳定。
④、工作电源:3~5V/DC
⑤、在使用中不需要任何外围元件
⑥、测量结果以 9~12位数字量方式串行传送
⑦、不锈钢保护管直径Φ6
⑧、适用于 DN15~25,DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温
⑨、标准安装螺纹 M10X1,,G1/2”任选
⑩、PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于和其它电器设备连接。
DS18B20温度传感器引脚图如下图 ：
图 引脚图
DS18B20内部结构图如下图 ：
图 内部结构图
主要由 4部分组成：64位 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH
和 TL、配置寄存器。ROM中的 64位序列号是出厂前被光刻好的，它能够见作是
该 DS18B20的地址序列码，每个 DS18B20的 64位序列号均不相同。64位 ROM的
排的循环冗余校验码（CRC=X^8＋X^5＋X^4＋1）。ROM的作用是使每壹个 DS18B20
都各不相同，这样就能够实现壹根总线上挂接多个 DS18B20的目的。
DS18B20温度传感器采集温度传入单片机进行分析，最后的结果在 LED中进行显
示。
对温度部分进行仿真，能够在 DS18B20的硬件里设计不同的温度值最后再经过调
试在 LED中进行显示。首先在图 1中设计温度值为 ，在 protues中的仿真结
果如下图 ：
图 温度值设为 时的仿真图
在图 2中设置温度值为 ，其结果仿真如下图 ：
图 温度值设为 时的仿真结果图
由上俩图能够知道此次的温度传感器和单片机相连的结果是正确的。
声音报警电路
声音报警电路图如图所示。报警装置采用蜂鸣器较壹般的蜂鸣器体积大，声
音响亮，适用于家用燃气报警器的报警声音源。当单片机 AT89C51的 8脚()
置 1时，三极管导通，蜂鸣器报警。
图 声音报警电路图
灯光报警由于在 PROTUES中无法进行声音的仿真，所以此次的设计我们采用
LED二极管进行显示，其在 PROTUES中的硬件连接图如下 ：
图 灯光报警的电路连接图
当无煤气，天然气泄漏的时候此时的 LED即 为高电平 5V，此时的 LED管
不发光。当有煤气，天然气泄漏的时候此时的 LED为低电平 0V，通过模拟示波器
我们能够得到的是 LED管脚输出为方波波形，此时的 LED每 2S亮灭壹次。波形
图如下图 ：
图 接口出口地方的波形图
气体检测模块和光报警电路
灯光报警电路图如图所示。单片机 AT89C51的 1脚()控制输出的状态指
示灯。红灯不亮表示正常状态，环境中可燃气体浓度极低。红灯闪亮表示环境中
可燃烟雾浓度超过报警限值，提醒用户尽快采取相应安全措施。
当烟雾浓度超过报警限，报警器发出鸣叫，用户到达现场，可进行操作停止
报警器鸣叫。若过壹点时间浓度仍超出报警限，报警器会再次鸣叫提醒用户。
图 报警电路图
由前面的我们提到在 protues中没有气敏传感器的元器件，故在此次的实验
设计中我们采用的是阻值范围在 2~20k欧的电阻进行替代，当没有煤气，天然气
泄漏时，此时的电阻值应该在 20k欧，此时检测出模块的输出端为高电平，此时
的 LED发光，其仿真的结果如下图 ：
图 无煤气泄漏的仿真结果图
当有煤气，天然气泄漏时，此时的阻值应该在 2k欧，此时应该检测出模块
的输出端为低电平，此时的 LED灯熄灭。
总电路设计
根据要求，设计中我们选用 AT89C51单片机。AT89C51单片机的主控电路包
括时钟电路、复位电路。俩电路的接法在前面分别做了介绍，这里不再赘述。
而传感器是将非电量需要转换成和非电量有壹定关系的电量。当今信息时代，
随着电子计算机技术的非速发展，自动检测，自动控制技术显露非凡的能力，而
大多数设备只能处理电信号，也就需要把被测，被控非电量的信息通过传感器转
换成电信号。可见，传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。没有传感器
对原始信息进行精确可靠的捕捉和转换，就没有现代自动检测和自动控制系统。
没有传感器就没有现代科学技术的迅速发展。设计中，传感器我们选择的是MQ-2
型气体传感器连接在A/D转换器的输入接口。
我们将主控电路和外围接口电路（AT89C51和A/D转换器的接口电路、AT89C51
和声光报警电路）连接起来，就得到了基于AT89C51的气体报警总电路图。
当外部环境（气体浓度）达到壹定值时，气体传感器就会产生模拟电压，将
它作为输出的模拟信号经 ADC0808转换器转换为 AT89C51单片机所能识别的数字
电压量。通过检测信号。当有信号输入时，经程序设定就会驱动 AT89C51单片机
的 和 。而 和 是和声光报警电路相连接的。
综上所述，得出总电路图如图 所示：
图 燃气报警系统总电路图
4燃气泄漏报警系统的软件部分设计
主程序设计流程和编程
C语言是壹种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，且具备
汇编语言的功能。C语言有功能丰富的库函数、运算速度快、编译效率高、有良
好的可移植性，而且能够直接实现对系统硬件的控制。C语言是壹种结构化程序
设计语言，它支持当前程序设计中广泛采用的由顶向下结构化程序设计技术。此
外，C语言程序具有完善的模块程序结构，从而为软件开发中采用模块化程序设
计方法提供了有力的保障。因此，使用 C语言进行程序设计已成为软件开发的壹
个主流。用 C语言来编写目标系统软件，会大大缩短开发周期，且明显地增加软
件的可读性，便于改进和扩充，从而研制出规模更大、性能更完备的系统，用 C
语言进行单片机程序设计是单片机开发和应用的必然趋势。所以作为壹个技术全
面且涉足较大规模的软件系统开发的单片机开发人员最好能够掌握基本的 C语言
编程。使用 C语言肯定要使用到 C编译器，以便把写好的 C程序编译为机器码，
这样单片机才能执行编写好的程序。
主程序设计流程图
主程序流程图如图所示。首先要给传感器预热三分钟，因为 MQ-2型半导体
电阻式气体传感器在不通电存放壹段时间后，再次通电时，传感器不能立即正常
采集烟雾信息，需要壹段时间预热。程序初始化结束后，系统进入监控状态。本
论文的主程序设计先对传感器预热三分钟，预热同时，对传感器加热丝故障检测，
采用软件方式检测传感器加热丝或电缆线是否断线或者接触不良。
AT89C51单片机对传感器检测的气体浓度信号进行 A/D转换，将浓度值和报
警限设定值相比较，判断是否报警。主程序仍包括状态指示灯及声音报警功能设
置，使报警器功能更加完善，给用户带来便利。主设计流程如图
图 主程序流程
主程序的编程
#include<>
#include<>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitDQ=P1^0;//定义 18B20数据线引脚
sbitLED=P1^3;
sbitinput=P1^1;
unsignedcharflag;//负数标志
//行扫描数组
ucharcodescan[4]={0xef,0xf7,0xfb,0xfd};
//数码管显示的段码表
ucharcodetable[13]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0
x40,0x39,0x00};//,-,C,kong
//小数部分显示查询表
ucharcodeditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0
x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};
uchardispbuf[8];//显示缓冲区
uchartemper[2];//存放温度数组
ucharTCNT;
//******************************
//延时函数
//******************************
voiddelay(unsignedintus)
{
while(us--);
}
//******************************
//DS18B20复位函数
//******************************
voidreset(void)
{
ucharx=0;
DQ=1;
delay(80);
DQ=0;
delay(80);
DQ=1;
delay(14);
x=DQ;
delay(20);
}
//******************************
//DS18B20中读壹个字节
//******************************
ucharreadbyte(void)
{
uchari=0;
uchardat=0;
for(i=8;i>0;i--)
{
DQ=0;
dat>>=1;
DQ=1;
if(DQ)
dat|=0x80;
delay(4);
}
return(dat);
}
//******************************
//向 DS18B20中写 1个字节
//******************************
voidwritebyte(unsignedchardat)
{
uchari=0;
for(i=8;i>0;i--)
{
DQ=0;
DQ=dat&0x01;
delay(5);
DQ=1;
dat>>=1;
}
dealy(4);
}
//******************************
//向 DS18B20中读取实时温度值
//******************************
voidreadtemp(void)
{
uchara=0,b=0;
reset();
writebyte(0xCC);//跳过序列号
writebyte(0x44);//启动温度转换
reset();
writebyte(0xCC);//跳过序列号
writebyte(0xBE);//读 9个寄存器，前 2个为温度
a=readbyte();//低位
b=readbyte();//高位
if(b>0x0f)//判断是否为负值
{
a=~a+1;
if(a==0)
b=~b+1;
elseb=~b;
flag=10;
}
elseflag=12;
temper[0]=a&0x0f;
a=a>>4;
temper[1]=b<<4;
temper[1]=temper[1]|a;
}
//******************************
//动态扫描显示函数
//******************************
voidscandisp()
{
unsignedchari,value;
for(i=0;i<4;i++)
{
P3=0xff;
value=table[dispbuf[i]];
if(i==2)
value|=0x80;
P2=value;
P3=scan[i];
dealy(90);
}
}
//******************************
//定时中断函数
//******************************
voidTimer0(void)interrupt1using1
{
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
TCNT++;
if(TCNT==6)
{
TCNT=0;
LED=~LED;
}
}
//******************************
//主函数
//******************************
voidmain()
{
uchartemp,temp1;
TCNT=0;
TMOD=0x01;
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
IE=0x82;
while(1)
{
if(input==0)
TR0=1;
else
{
TR0=0;
LED=1;
}
readtemp();
temp1=temper[0];
temp=temper[1];
dispbuf[3]=ditab[temp1];
dispbuf[2]=temp%10;
temp=temp/10;
dispbuf[1]=temp%10;
dispbuf[0]=flag;
scandisp();
}
}
程序调试
KeilC51是美国 KeilSoftwareX公司出品的 51系列兼容单片机 C语言软件开
发系统，和汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的
优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用 C来开发，体会更加深刻。
KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows
界面。另外重要的壹点，只要见壹下编译后生成的汇编代码，就能体会到 KeilC51
生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在
开发大型软件时更能体现高级语言的优势。KEILC51标准 C编译器为 80C51微控
制器的软件开发提供了 C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51
编译器的功能不断增强，更加贴近 CPU本身，及其它的衍生产品。C51已被完全
集成到 uVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，
实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision2IDE可为它们提供单壹而灵活的
开发环境。
程序调试的步骤
(1)源文件的建立：使用菜单“新建文件”或者点击工具栏的新建文件按钮，
即可在项目窗口的右侧打开壹个新的文本编辑窗口，在该窗口中输入 C语言源程
序。保存该文件，加上扩展名（.c），这里将文件保存为 。
（2）建立工程文件：点击“工程-新建工程”菜单，出现壹个对话框，要求
给工程起壹个名字，我们输入天燃气,不需要扩展名，点击保存按钮，出现第二
个对话框。这个对话框要求选择目标 CPU（即我们所使用的芯片型号 AT89C51）
点击 ATMEL前面的“+”号，展开该层，点击其中的 AT89C51，然后点击确定按钮。
回到主界面，此时，在工程窗口的文件页中，出现了“目标 1”，前面有“+”号，
点击“+”展开，能够见到下壹层的“源代码组 1”,这时的工程仍是壹个空工程，
里面什么文件也没有，需要手动把刚才编写好的源程序加入，点击“源代码组”
使其反白显示，然后，点击鼠标右键，出现壹个下拉菜单。选中其中的“添加文
件到原目标 1的对话框，要求寻找源文件，注意该对话框下面的“文件类型“默
认为 CSoucefile(*.c),也就是以 C为扩展名的文件。双击燃气.c文件，将文件
加入项目，注意，在文件加入项目后，该对话框且不消失，等待继续加入其他文
件，但初学时常会认为操作没有成功而再次双击同壹文件，这时会出现对话框，
提示你所选的文件以在列表中，此时点击确定，返回前壹对话框，然后，点击”
关闭”即可返回主界面，返回后，点击“源程序 1”前的加号，会发现 文
件以在其中。双击文件名，即打开源程序。
（3）工程的详细设置：首先点击左边工程窗口的目标 1,然后使用菜单“工
程-为所有目标建立文件’”即出现对工程设置的对话框，对这个对话框可谓非
常复杂，共有 8个页面，要全部高清可不容易，好在绝大部分设置项取默认值就
行了。设置完成以后安确认返回主界面，工程建立、设置完毕。
（4）编译、连接：在设置好工程后，既能够进行编译、连接。选择菜单工
程编译程序,对当前工程进行连接，如果当前文件已修改软件会先对该文件进行
比阿尼，然后在连接以产生目标代码。编译过程中的信息将出当下输出窗口中的
编译页中，如果源程序有语法错误，会有错误报告出现，双击该行，能够定到出
错的位置，对源程序反复修改后，最终会得到如图 5-1所示的结果，提示获得了
名为 的文件，该文件即可被编程器读入且写到芯片中，同时仍产生了壹
些其他相关文件可被用于 KEIL的仿真和调试。最后编译建立所有目标的结果如
图 所示。
图 在 keilc编译出结果
程序调试过程中的问题及解决
在进入环境以后，有时会遇到了些问题，总结如下：
(1)在进入 Keil的调试环境以后，发现程序有错
解决方法：将光标定位于需要修改的程序上，用菜单， Debug》
InlineAssambly…即可出现对话框，EnterNew后面的编辑框内直接输入需要修改
的程序语句，输入完之后键入回车将自动指向下壹条语句，能够继续修改，如果
不在需要修改，能够点击右上角的关闭按钮关闭窗口。
（2）汇编出现数字、字母混淆
解决方法：字母“O”和数字“0”的混淆
（3）程序调试时，壹些程序必须满足壹定的条件才能被执行到
解决方法：这些条件往往是异步发生或难以预先设定的，这类问题使用的单
步实行方法是很难调试的，这时就要使用程序调试中的另壹种非常重要是方法---
断点设置。断点设置的方法有多种，常用的是在某壹程序行设置断点，设置好断
点后能够全速运行程序，壹旦执行到该程序行即停止，可在此观察有关变量值，
以确定问题所在。在程序行设置/移除断点的方法是将光标定位于需要设置断点
的程序行，使用菜单 Debug/Insert/RemoveBreakPoint设置或移除断点（也能够
用鼠标在该行双击实现同样的功能）；Debug/Enable/DisableBreakPoint是开启
或暂停光标所在懂行的断点功能；Dubug/DisaleAllBreakPoint暂停所有断点；
Debug/KillAllBreakPoint清除所有的断点设置。这些功能也能够用工具条上的
快捷键进行设置。
（4）输入程序时，有中文标点，用 keil编译时出现错误
解决方法：程序里有带中文标点，用英文重输入壹遍。
结论
气体检测报警器可保障生产和生活的安全，避免火灾和爆炸事故以及煤气中
毒的发生，它是防火、防爆和安全生产所必备的仪器，具有广阔的市场空间和发
展前景。
本论文在对气体传感器和报警技术进行深入研究的基础上，全面比较国内外
同类产品的技术特点，合理地确定系统的设计方案。且对仪器的整体设计和各个
组成部分进行了详细的分析和设计。
本论文设计的气体报警器由气体信号采集电路和单片机控制电路俩大部分
构成。
根据设计要求、使用环境、成本等因素，选用 MQ-2型半导体电阻式气体传
感器。该传感器是对以烷类气体为主的多种气体有良好敏感特性的广谱型半导体
敏感器件。它的灵敏度适中，具有响应和恢复特性好，长期工作稳定性、重现性、
不易受环境影响及抗温湿度影响等优点。
在系统单片机控制电路的设计上，采用了 AT89C51单片机作为核心芯片，充
分利用了其高速数据处理能力和丰富的片内外设，实现了仪器的小型化和智能化。
使仪器具有结构简单、性能稳定、体积小、成本低等优点。由于气体传感器需要
在加热状态下工作，温度越高，反应越快，响应时间和恢复时间就越快。为提高
响应时间，保证传感器准确地、稳定地工作，需要向气体传感器持续供给 5V的
加热电压。
气体报警器能实时范围检测工作，当烟雾的浓度达到设定的浓度时，发出声
光报警。报警器仍能够和上位机(PC)进行通信，实时传输烟雾浓度检测数据，由
上位机记录保存，也能够利用上位机完成实现远程实时检测和控制等功能。
在本论文研制的报警器的基础上，能够再做适当的功能扩展，使可燃性气体
报警器的功能更加完善，安全性更高，使用更加方便等。
致谢
通过这壹阶段的努力，我的毕业论文《基于 51单片机室内煤气，天然气泄
漏警报器的设计》终于完成了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在
学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，和各位老师、同学和朋友的
关心、支持和鼓励是分不开的。
在本论文的写作过程中，我的导师张文青老师倾注了大量的心血，从选题到
开题报告，从写作提纲，到壹遍又壹遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循
循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我仍要感谢在我学习期间给我极大关心和支
持的各位老师以及关心我的同学和朋友。
写作毕业论文是壹次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新
的学习生活的开始。我将铭记我曾是壹南理工学子，在今后的工作中把南理工的
优良传统发扬光大。
四年的读书生活在这个季节即将划上壹个句号，而于我的人生却只是壹个逗
号，我将面对又壹次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，
走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。
伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给壹位平凡的人，
我的导师，张文青老师，我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您
治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了壹种良好的精神氛围。
授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新
的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选
定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有“山重
水复疑无路,柳暗花明又壹村”。
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