基于51单片机的多起气体浓度测试仪

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1、. . . . 基于单片机的多气体浓度测试仪摘要近些年来，我国经济快速发展，人民生活水平日益提高,全国机动车辆数量和驾驶员人数猛增，醉酒驾车造成严重后果的犯罪也日益增多，给社会和广大人民群众生命、健康造成严重危害。2000年以来，酒后驾车行为所造成事故越来越多，对社会的影响也越来越大，酒精逐渐成为凶残的“马路杀手”。据有关资料统计，全世界每年因车祸丧生的人数就超过60万人，留下永久性伤残者在400万以上，一般受伤者则不计其数。在许多国家，车祸已成为第一位意外死亡原因。另外，交通事故所造成的经济损失也相当惊人。据统计，大约50%60%的车祸与饮酒有关。中国公安部门在2009年8月，在全国各地加强

2、查处酒后驾驶的力度，以减少由酒后驾驶造成的恶性交通事故。要查处就涉与到检测人体的酒精含量和使用设备来进行检测的问题。近年来我国煤炭工业的安全生产状况不容乐观，中小型煤矿的情况尤为严重，已经直接威胁到整个煤炭工业的稳定生产，给国家财产和人民生命造成了很大的损失，作为“万恶之首”的甲烷爆炸事故更是重大事故发生率之首。出于安全考虑，甲烷浓度的测量，显得尤为重要。基于以上可以看出，有关气体的浓度检测问题，至关重要。本文研究设计了一种可以测量多种气体浓度，并可以进行超限报警的智能测试仪。其设计方案基于STC89C52单片机，MQ3酒精浓度传感器，MQ4甲烷浓度传感器。系统将传感器回路输出的信号通过以AD

3、0832为核心的A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，由LCD显示酒精浓度值。并设计一定的限值，超限声光报警。限值可由按键调整。考虑到单片机计算能力有限，难以进行复杂数据处理，故单片机系统与PC机系统通过RS-232串行通信端口进行互连，从而单片机用作下位机进行数据采集和设备控制，而PC机用做上位机进行复杂的数据处理和对单片机的控制。文中详细介绍了数据采集子系统、数据处理过程以与数据显示子系统和报警电路、单片机与PC机通信的软硬件实现的设计方法和过程。系统对于采样地点超出规定的指定气体浓度时，通过声光报警电路提醒监测人员。同时，操作人员对于具体报警点的上限值可以通过单片机编程进行设置。

4、关键词：酒精浓度传感器（MQ3）、甲烷浓度传感器（MC113）、STC89C52、A/D转换器、数据选择器（74HC4051）、串口通信、RS232、VB；AbstractIn recent years, Chinas rapid economic development, increasing peoples standard of living, the number of motor vehicles and drivers has soared, drunk driving has caused serious consequences of illegal crime is also

5、 increasing, to the society and the life of the masses, causing serious harm to health. Since 2000, drinking and driving behavior caused by increasing number of accidents, on the social impact is also growing, alcohol has become fierce killer on the road. According to the statistics, the whole world

6、 because of traffic accident every year the number of people killed more than 600000 people, left permanently disabled in 4000000 above, general injuries are too many to count. In many countries, traffic accident has become the first cause of accidental death. In addition, the traffic accidents caus

7、ed by the economic loss is quite amazing. According to statistics, approximately 50% - 60% of the accidents are related to alcohol. China public security departments in 2009August, throughout the country to strengthen and driving force, so as to reduce the driving caused by malignant traffic acciden

8、t. To investigate the related to detection of human with an alcohol content and the use of equipment to detect problem.In recent years, industry of our country coal production safety situation is not optimistic, middle and small coal mine situation is particularly serious, has a direct threat to the

9、 stable production of the whole coal industry, to the national property and peoples lives and caused great damage, as the worst of all evils methane explosion is a major accident rate in the first. For security reasons, the methane concentration measurement, appear particularly important.Based on th

10、e above, the gas concentration detection problem, critical. This paper studied and designed a variety of gas concentration can be measured, and can alarm intelligent tester. The design scheme based on STC89C52 MCU, MQ3 alcohol concentration sensor, MQ4 methane concentration sensor. System circuit of

11、 the sensor output signals from the AD0832 as the core of the A / D conversion circuit after conditioning, through the single-chip microcomputer for data processing, LCD display by the alcohol concentration value. And the design of certain limits, overrun alarm. Limit value by the keys to adjust. Co

12、nsidering the SCM calculation ability is limited, to complex data processing, so single-chip system and PC system through the RS-232 serial communication port interconnect, thereby SCM as the next bit machine data acquisition and control equipment, and the machine used PC do PC for complex data proc

13、essing and the SCM control. This paper introduces the data acquisition subsystem, data processing and data display system and alarm circuit, SCM and PC communication hardware and software to achieve the design method and process. System for sampling locations beyond the prescribed specified gas conc

14、entrations, through sound and light alarm circuit to remind staff monitoring. At the same time, the operator for a specific alarm limit values can be set through the single-chip programming.Key words: alcoholoncentration sensor (MQ3), methane concentration sensor ( MC113), STC89C52, A/D converter,Da

15、taelector (74HC4051), serial communication, RS232,VB;目录引言1第1章前言21.1气敏传感器的发展现状21.2国外气体浓度检测技术的发展现状31.2.1非光学分析法31.2.2光学分析法41.3 单片机与PC机串行通信研究背景和意义51.4本气体浓度测试仪的设计容5第2章方案器件简介62.1 MCU简介62.2 模数转换器简介92.3液晶显示器的简介122.4 电源电平转换芯片（TTL电平转RS-232电平）132.5 数据选择器13第3章串口通信基础理论143.1 两种常用接口方式14.并行接口14.串行接口143.2 RS-232串行接口

16、标准153.3 VB编程过程中使用到的MSComm控件163.3.1. MSComm控件处理通信的方式163.2.2MSComm控件的主要属性16第4章总体方案设计184.1 STC89C52 MCU194.2 ADC0832数模转换194.3 LCD1602液晶显示194.4单电源转换芯片 MAX232214.5 数据选择器 74HC4051214.6 用于串口转USB的芯片CP2102（实际使用）224.7设计中使用到的软件介绍23第5章硬件设计255.1 最小系统的实现255.2 信号采集电路275.2.1 MC113与其测量电路的特点275.2.2 MQ3特点与其测量电路原理295.2

17、.3关于气体浓度单位的说明325.3 A/D转换设计335.4 按键设计345.5 LCD1602液晶显示设计355.6 报警线路设计365.7 电源电路设计375.8 差动放大器与滤波电路设计375.9 串口与USB互转电路设计（实际使用）38第6章软件设计396.1 编译语言的选择396.2 程序设计396.2.1 AD转换模块396.2.2 按键模块406.2.3液晶显示模块41PC机程序设计416.3 VB应用界面设计流程416.3.1创建项目文件416.3.2加入串口通信控件426.3.3设计窗体界面43第7章系统调试447.1 软件仿真447.2 硬件调试45第8章结束语50第9章

18、致51参考文献52附录一：proteus仿真原理图53附录二 PCB图54附录三：硬件设计原理图55附录四：单片机程序56附录五：PC机程序6667 / 72引言随着我国经济的快速发展，人民生活水平日益提高,全国机动车辆数量和驾驶员人数猛增，醉酒驾车造成严重后果的犯罪也日益增多，给社会和广大人民群众生命、健康造成严重危害。2000年以来，酒后驾车行为所造成事故越来越多，对社会的影响也越来越大，酒精逐渐成为凶残的“马路杀手”。在许多国家，车祸已成为第一位意外死亡原因。另外，交通事故所造成的经济损失也相当惊人。据统计，大约50%60%的车祸与饮酒有关。中国公安部门在2009年8月，在全国各地加强查

19、处酒后驾驶的力度，以减少由酒后驾驶造成的恶性交通事故。要查处就涉与到检测人体的酒精含量和使用设备来进行检测的问题。近年来我国煤炭工业的安全生产状况不容乐观，中小型煤矿的情况尤为严重，已经直接威胁到整个煤炭工业的稳定生产，给国家财产和人民生命造成了很大的损失，作为“万恶之首”的甲烷爆炸事故更是重大事故发生率之首。出于安全考虑，甲烷浓度的测量，显得尤为重要。基于以上可以看出，有关气体的浓度检测问题显得尤为重要。本文研究设计了一种可以测量多种气体浓度，并可以进行超限报警的智能测试仪。其设计方案基于STC89C52单片机，MQ3酒精浓度传感器，MQ4甲烷浓度传感器。系统将传感器回路输出的信号通过以AD

20、0832为核心的A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，由LCD显示酒精浓度值。并设计一定的限值，超限声光报警。限值可由按键调整。考虑到单片机计算能力有限，难以进行复杂数据处理，故单片机系统与PC机系统通过RS-232串行通信端口进行互连，从而单片机用作下位机进行数据采集和设备控制，而PC机用做上位机进行复杂的数据处理和对单片机的控制。从现实角度考虑，此仪器可以让开车的人知道自己在什么情况下可以开车；煤矿井是否处在安全的状态下等等。这是一个在现代生活很实用，很负责的一个设计，对社会的健康发展具有积极的意义。第1章 前言1.1气敏传感器的发展现状目前半导体气体传感器的研究动态与其发展方向气

21、体传感器向低功耗、多功能、集成化方向发展国外气体传感器发展很快，一方面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；另一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动。因此，国外气体传感器技术得到了较快发展，据有关统计预测，美国1996年2002年气体传感器年均增长率为（2730）。 目前，气体传感器的发展趋势集中表现为：一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，与应用整机相结合，这也是气体传感器一直追求的目标。如日本费加罗公司推出了检测（0.110）106硫化氢低功耗气体传感器，美国IST提供了寿命达10年以上的气体传感器，美国FirstAlert公司推出了生

22、物模拟型（光化反应型）低功耗CO气体传感器等。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传感器。如美国GeneralMonitors公司在传感器中嵌入微处理器，使气体传感器具有控制校准和监视故障状况功能，实现了智能化；还有前已涉与的美国IST公司的具有微处理器的“MegaGas”传感器实现了智能化、多功能化。气敏元件传感器作为新型敏感元件传感器在国家列为重点支持发展的情况下，国已有一定的基础。其现状是： （1）烧结型气敏元件仍是生产的主流，占总量90以上；接触燃绕式气敏元件已具备了生产基础和能力；电化学气体传感器有了试制产品; （2）在工

23、艺方面引入了表面掺杂、表面覆膜以与制作表面催化反应层和修隔离层等工艺，使烧结型元件由广谱性气敏发展成选择性气敏；在结构方面研制了补偿复合结构、组合差动结构以与集成化阵列结构；在气敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生产气敏元件，新研究开发的Al2O3气敏材料、石英晶体和有机半导体等也开始用于气敏材料; （3）低功耗气敏元件（如一氧化碳，甲烷等气敏元件）已从产品研究进入中试; （4）国气敏元件传感器产量已超过“九五”初期的400万支。产量超过20万支的主要厂家有5家，敏感集团、电子厂、春光器材厂、费加罗公司（合资）、电子管厂（特种电器厂），其中前四家都超过100万支，据行业协会统计，19

24、98年全国气敏元件总产量已超过600万支。总的看来，我国气敏元件传感器与其应用技术有了较快进展，但与国外先进水平仍有较大的差距，主要是产品制造技术、产业化与应用等方面的差距，与日本比较仍要落后10年。1.2国外气体浓度检测技术的发展现状1.2.1非光学分析法（1）超声波技术超声原理测量气体浓度是近10年来随着电子技术和测量技术的发展而出现的一种新技术，同时具有测量围宽、精度高、无节流、适应性强等特点。超声波技术是利用超声波在某种气体中的传播速度与当前气体温度和气体性质的关系，通过测量超声波在气体中的传播速度以与气体温度，进而推算出气体的大概浓度。超声波技术测量气体浓度克服了传统气体检测方法的缺

25、点。在大流量、大管径的气体浓度检测方面，完全可以适应未来工业生产中的高精度测量。目前，影响该技术测量精度的因素主要是工作环境的差异，极易受到周围压力、温度、湿度等因素的影响。在进行测量时，必须采用补偿措施，尽量减小误差，以此来保证测量精度。（2）气敏法在进行检测时，通过将被测气体浓度转换为与其成一定关系的电量输出。根据被测气体的种类，其分析方法也不同。气敏技术主要应用于气敏传感器检测气体的浓度。气敏元件性能与敏感功能材料的种类、结构以与制作工艺密切相关。其中采用金属氧化敏感材料制作的半导体气敏元件具有灵敏度高、结构简单、坚固耐用等优点。但是采用气敏法检测气体浓度也存在不足。由于在气体检测仪中一

26、般将气敏元件与标准元件组成测量电桥电路，所以电桥电路的非线性以与电桥供电电压的大小会对测量精度产生很大的影响。除此之外，在检测时还需要考虑现场温度、空气扰动等因素，为此必须采取补偿电路等措施。该方法适合对测量精度要求不高的场所。（3）光干涉法光干涉法是利用光的折射率与被测气体的含量有关来检测气体浓度的。当被测气体的气室与空气室同时充入空气时，如果两束光所经过的光程一样，则干涉条纹不产生移动。如果改变气室中被测气体的成分、温度或压力，折射率会发生改变，光程也随之改变，干涉条纹从而发生移动。而当两气室温度和压力相等时，干涉条纹的移动量与气体浓度成正比，只要测得移动量，便可测得气体温度。在采用光干涉

27、法对气体温度进行测量时，必须考虑到周围测量环境的影响，如温度、湿度、压力等。（4）被动检气管法在检气管的惰性载体上涂渍对被测气体有效的显色剂，气体通过检气管端口扩散进入管，在经过惰性载体时，与惰性载体上的显色剂发生反应，从而产生颜色的变化。检气管显色长度的平方与被测气体浓度与采样时间的乘积存在一定的线性关系，从而求出环境中气体的时间加权浓度。被动检气管法与传统的方法相比较，检气管结构简单、分析快速、操作方便，并且不受被测环境的空间大小、有无电源的影响；携带非常方便，利于外出测定和大面积布点测定；使用后的载体以与主要显色剂可以进行回收循环利用，不产生环境污染。一般情况下，被测气体的温度、风速、湿

28、度等外部因素对测定无明显影响。除上述介绍的4种非光学气体浓度检测法外，还有热催化法、色谱分析法等非光学分析法。1.2.2光学分析法在光学分析中，主要基于光谱学，利用光和大气污染分子相互作用的特性进行检测，具有大围、高组分、连续实时检测的特点，已成为气体浓度检测的理想工具。主要有差分吸收光谱技术、傅里叶变换红外光谱技术、可调谐激光二极管激光吸收光谱技术、差分吸收激光雷达和拉曼散射激光雷达技术等等。1.3 单片机与PC机串行通信研究背景和意义随着科学技术的发展，PC机以其优越的性价比和丰富的软件资源成为计算机应用的主流机种。单片机自诞生以来以其性能稳定、价格低廉、功能强大，在智能仪器、工业装备以与

29、日用电子消费品中得到了广泛的应用。现代化集中管理需要对现场数据进行统计、分析、制表、打印、绘图、报警等,同时，又要求对现场装置进行实时控制，完成各种规定操作，达到集中管理的目的。由于单片机的计算能力有限，难以进行复杂的数据处理。因此在功能比较复杂的控制系统中，通常以PC机为上位机，单片机为下位机，由单片机完成数据的采集与对装置的控制，而由上位机完成各种复杂的数据处理与对单片机的控制，二者结合，使得单片机的应用已不仅仅局限于传统意义上的自动监测或控制，而形成了向以网络为核心的分布式多点系统发展的趋势。在一般的利用PC机对单片机进行控制的场合，采用Windows作为上位机的平台，其优点是界面友好，

30、编程和操作都比较容易。因此研究PC机与单片机串行通信具有重要的现实与工业意义。1.4本气体浓度测试仪的设计容本论文主要完成气体浓度测试仪软件设计，设计容包括：A/D转换程序、超标报警、键盘检测控制、数据显示、串口通信程序等。本系统采用单片机为控制核心，以实现气体浓度测试仪的基本控制功能。系统主要功能容包括：数据信号采集滤波、开始测量、超标报警、键盘检测控制、串口通信、PC机处理数据等。本系统设计采用功能模块化的设计思想，本论文容分为以下几个章节：设计器件简介和选择；硬件的设计；软件设计和系统调试。并利用Proteus 7.7 Professional单片机仿真软件对单片机系统的显示模块进行仿真

31、调试。第2章 方案器件简介硬件设计部分主要包括：MCU、A/D、LCD、电源电平转换芯片、数据选择器等芯片的选择，以下做一些器件的比较。2.1 MCU简介本系统的数据采集以与控制部分以单片机为核心。我们选择单片机STC89C52为控制核心，主要基于考虑STC89C52低功耗、超低价高速度、高可靠、超强抗静电，超强抗干扰、无法解密等优点。此外，其8K 在系统可编程Flash 存储器，512字节RAM对于本系统的程序大小而言，已基本够用。STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，片振荡器

32、与时钟电路，STC89C5X可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。同时STC89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发本。STC单片机有PDIP、PQFP/TQFP与PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。STC89C52单片机引脚功能图如图2-1所示:VCC:电源电压VSS:即地XTA

33、L1：振荡器反相放大器的与部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。图2-1单片机引脚图P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问器件激活部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电

34、路。对端口写“1”，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入(P1.1/T2EX)。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。表2-1为 P1.0和P1.1的第二功能。 表2-1引脚号功能特性P1.0T2： 定时器/计数器2外部计数脉冲输入，时钟输出P1.1T2EX： 定时器/计数器2捕获重装载触发和方向控制P2口：P2是一个带有部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱（吸收或输出电流）4个TTL逻辑

35、门电路。对端口P2写“1”，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，同时可作输入口，作输入口使用时，因为部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）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（如执行MOVXRI指令）时，P2口输出P2锁存器的容。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3口：P3口时一组带有部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入1时，它们被部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外

36、部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-2所示。此外，P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上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(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外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一个ALE脉冲。对Flash存储器编程器件，改引脚还用于输入编程脉冲（ ）。如有

37、必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位复位，可禁止ALE操作。该位置复位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。：程序储存允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号，当89C5X单片机由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 有效，即输出两个脉冲。在次期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时部会锁存 端状态

38、。如 端为高电平（接Vcc端），CPU则执行部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上12V的编程允许电源Vpp,当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。表2-2 P3口的第二功能端口引脚具体第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外中断0）P3.3（外中断1）P3.4T0（定时/计数器0）P3.5T1（定时/计数器1）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7 (外部数据存储器读选通)2.2 模数转换器简介实现A/D转换的基本方法很多，有计数法、逐次逼近法、双斜积分法和并行转换法。由于逐次逼近式A/D转换具有速度快，分辨率高等优点，而且采用

39、这种方法的ADC芯片成本低，所以我们采用逐次逼近式A/D转换器。逐次逼近型ADC包括1个比较器、一个数模转换器、1个逐次逼近寄存器（SAR）和1个逻辑控制单元。逐次逼近型是将采样信号和已知电压不断进行比较，一个时钟周期完成1位转换，依次类推,转换完成后，输出二进制数。这类型ADC的分辨率和采样速率是相互牵制的。优点是分辨率低于12位时，价格较低，采样速率也很好。ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0-5V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，

40、转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。鉴于其8位分辨率、双通道A/D转换、输入输出电平与TTL/CMOS相兼容、5V电源供电时输入电压在05V之间、工作频率为250KHZ、转换时间为32 微秒、一般功耗仅为15MW等优点，适合本系统的应用，所以在本设计中采用ADC0832作为模数转换器件。其具体特点如下： 8位分辨率； 双通道A/D转换； 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容； 5V电源供电时输入电压在05V之间； 工作频率为250KHZ，转换时间为32S； 一般功耗仅为15mW； 8P、14PDI

41、P（双列直插）、PICC 多种封装； 商用级芯片温宽为0C to +70C，工业级芯片温宽为40C to +85C； 芯片接口说明： CS_ 片选使能，低电平芯片使能。 CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。 CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。 GND 芯片参考0 电位（地）。 DI 数据信号输入，选择通道控制。 DO 数据信号输出，转换数据输出。 CLK 芯片时钟输入。 VCC/VREF 电源输入与参考电压输入（复用）。ADC0832引脚图如图2-2所示图2-2ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码

42、锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。主要特点：ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器, 它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。其部图以与引脚图如图2-3所示。 图2-3下面说明各引脚功能：IN0IN7：8路模拟量输入端。 .8位数字量输出端。 .ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 .ALE：地址锁存允许信号，输入高电平有效。 .START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少10

43、0ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 .EOC： A/D转换结束信号输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 .OE：数据输出允许信号，输入高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 .CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 .REF（+）、REF（-）：基准电压。 .VCC：电源，单一5V。 .GND：地。2.3液晶显示器的简介LCD1602字符型液晶显示器的特点与其用法：.单5V电源电压，低功耗、长寿命、高可靠性.置192种字符(160个57点阵字符和32个510点阵

44、字符).具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义8个58点阵字符或4个511点阵字符.显示方式：STN、半透、正显.驱动方式：1/16并口，1/5串口.背光方式：底部LED.通讯方式：4位或8位并口可选.标准的接口特征：适配MC51和M6800系统MPU的操作时序LCD1602液晶显示屏的主要技术参数如下表所示：（表2-3）表2-3 LCD1602液晶主要参数显示容量162个字符芯片工作电压4.5-5.5V工作电流2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压5.0V字符尺寸2.954.35(mm)带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，部含有国标一级、二级简体

45、中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于一样点阵的图形液晶模块；基本特性:.低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V）.显示分辨率:12864点.置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字(简繁体可选).置 128个168点阵

46、字符，2MHZ时钟频率.显示方式：STN、半透、正显，驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS.视角方向：6点，背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/51/10.通讯方式：串行、并口可选，置DC-DC转换电路，无需外加负压.无需片选信号，简化软件设计，工作温度: 0度 - +55度 ,存储温度: -20度 - +60度。2.4 电源电平转换芯片（TTL电平转RS-232电平）MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5V单电源供电。 MAX220MAX249系列线驱动器/接收器，专为EIA/TIA-232E以与V.28/V

47、.24通信接口设计。2.5 数据选择器在多路数据传送过程中，能够根据需要将其中任意一路选出来的电路，叫做数据选择器，也称多路选择器或多路开关。数据选择器(MUX)的逻辑功能是在地址选择信号的控制下，从多路数据中选择一路数据作为输出信号。 有2选1，4选1、8选1和16选1等类型的数据选择器。 有数字信号的数据选择器，如74LS151，74HC151，也有针对模拟信号的数据选择器，如74HC4051。在本设计中，主要是选通模拟输入信号，故用74HC4051。第3章 串口通信基础理论随着微机特别是单片机的发展，其应用已从单机逐渐向多机或联网，而多机应用的关键又在于微机之间的相互通讯，互传数据信息。

48、在微型计算机系统中，CPU与外部的基本通讯方式有两种:并行通讯数据的各位同时传送;串行通讯数据一位一位顺序传送。在并行通讯中，数据有多少位就需要多少条传送线，而串行通讯只需要一对传送线，故串行通讯能节省传送线，特别是当数据位数很多和远距离数据传送时，这一优点更加突出。但串行数据也有缺点，那就是速度比并行通讯要慢。1.串行通讯是指将构成字符的每个二进制数据位，依据一定的顺序逐位进行传送的通讯方法。在串行通讯中，有二种基本的通讯方式:异步通讯和同步通讯。2.串行通讯中，要把数据从一个地方传送到另一个地方，必须使用通讯线路。数据在通讯线路两端的工作(通讯线路或计算机)之间传送。按通讯方式，可将数据传

49、输线路分成三种:1.单工方式 2.半双工方式3.全双工方式3.1 两种常用接口方式.并行接口并行接口是指8位数据同时通过并行线进行传送，这样数据的传输率能得到极大的提高。但在并行传输中，干扰会随线路长度的增加而增加，产生传输错误。因此，并行传输主要应用在近距离数据传输中，如连接打印机端口。并行接口主要使用36针接头和25针D形接头，目前以25针D形接头为主。.串行接口串行口也是计算机的一种标准接口，PC机一般至少有两个串行口Com1和Com2。串行口不同于并行口，它的数据和控制信息是一位接一位在一根传输线上传送的，这样串行口较并行口能够进行远距离传送信息。串行口通常使用9针D形连接器，有些老式

50、则使用25针D形连接器。由于CPU与接口间按并行方式传输，接口与外设之间按串行方式传输，因此，在串行接口中，要由接收移位寄存器把串行方式转换成并行方式，由发送移位寄存器把并行方式转换成串行方式。完成这种转换功能的电路叫做通用异步收发机UART。3.2 RS-232串行接口标准目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准3-7。RS-232采用不平衡传输方式，收发端的数据信号是相对信号地。9针串口引脚和25针串口引脚定义如表3-1所示。表3-1 9针串口引脚与25针串口引脚定义9针串口（DB9）25针串口（DB25

51、）针号功能说明缩写针号功能说明缩写1数据载波检测DCD8数据载波检测DCD2接收数据RXD3接收数据RXD3发送数据TXD2发送数据TXD4数据终端准备DTR20数据终端准备DTR5信号地GND7信号地GND6数据设备准备好DSR6数据设备准备好DSR7请求发送RTS4请求发送RTS8清除发送CTS5清除发送CTS9振铃指示DELL22振铃指示DELL典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在5V-15V，负电平在-5V-15V；在接收数据时，接收器的典型工作电平是3V-12V和-3V-12V。串口传输数据只要有接收数据针脚和发送数据针脚就能实现，其连接方

52、式如表3-2所示。 表3-2 串口通信连接方式9针9针25针25针9针25针2332223223335577573.3 VB编程过程中使用到的MSComm控件MSComm控件全称为Microsoft Communications Control，是Microsoft公司提供的简化Windows下串行通行编程的ActiveX控件，它为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法。通过对此控件的属性和事件进行相应编程操作，就可以轻松实现串口通信。3.3.1. MSComm控件处理通信的方式MSComm控件通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通信功能。MSComm控件提供两种处理通信的方式

53、：事件驱动方式和查询方式。（1） 事件驱动方式事件驱动通信是处理串行端口交互作用的一种非常有效地方法。这种式下，在事件发生时，如在串口接收缓冲区有字符等，可以利用MSComm控件的OnComm事件捕获并处理这些通信事件，OnComm事件还可以检查和处理通信错误。在编程过程中，可以在OnComm事件处理函数中加入自己的代码。这种方法的优点使程序响应与时、可靠。（2）查询方式查询方式实质上还是事件驱动，在有些情况下，这种方式显得更为便捷。在程序的关键功能后，可以通过检查CommEvent属性的值来查询事件和错误，编写自己的程序代码。3.2.2MSComm控件的主要属性MSComm控件很多重要的属性

54、，常用属性的功能如下：CommPort属性：设置并返回通信端口号；Input属性：返回并删除接收缓冲区中的数据流；Output属性：往传输缓冲区中写数据流；PortOpen属性：设置并返回通信端口的状态（开或关）；Settings属性：设置并返回波特率、奇偶校验、数据位和停止位参数；InputLen属性：确定被Input属性读取的字符数，设置InputLen为0时，则Input属性读取缓冲区中的全部数据；InputMode属性：确定用Input属性读取的数据类型，设置InputMode为comInputModeText时，Input属性通过一个Variant返回文本数据，设置为comInput

55、ModeBinary时，Input属性通过一个Variant返回一个二进制数据数组。第4章 总体方案设计本次设计的总体框图如下图4-1：液晶显示器STC89C52独立按键时钟晶振复位电路PC机/页面显示RS-232声光报警A/D转换甲烷气体传感器乙醇气体传感器其他气敏传感器滤波电路多路数据选择图 4-1 总体框图单片机部有一个全双工的收发缓冲器（SBUF），这两个在物理上独立的接收发射器，即可以接收也可以发射数据，它们共用同一个地址99H。在串行口的输入输出引脚上加上电平转换器，就可以方便的设计成标准的RS-232接口。在设计中以PC机为主机，单片机为从机，通过串行接口构成主从系统，设计其串行

56、通信的基本功能。Visual Basic（简称VB）是Windows操作系统下简单、易学、高效的应用软件开发工具。因其具有面向对象的设计方法，友好的用户界面、编程高效、数据处理与驱动底层硬件功能强等优点而受到广泛的使用。系统设计时，PC机的通信程序使用Visual Basic编写，单片机的程序用C语言编写。以下介绍本次设计的各个模块中使用到的具体器件。4.1 STC89C52 MCUSTC89C52是的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片含8K bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和256K bytes的随机存取数据存储器，器件采用高密度，非易失性存储技术生产，与标准MCS-

57、51指令系统与8051产品引脚兼容，片置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，功能强大，STC89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。它的主要性能参数如下：.8K字节可重擦写FLASH闪存存储器.1000次写/擦循环.时钟频率：0Hz24MHz.三级加密存储器.256字节部RAM.32个可编程I/O口线 .3个16位定时/计数器 .6个中断源.可编程串行UART通道.低功耗的空闲和掉电模式.片振荡器和时钟电路4.2 ADC0832数模转换ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输

58、入在0-5V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。4.3 LCD1602液晶显示LCD1602字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用161，162，202和402行等的液晶显示模块。模块组件部主要由LCD显示屏、控制器、列驱动器和偏压产生电路构成。LCD1602液晶显示屏分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。1602

59、液晶显示屏采用标准的16脚接口，其中各接口的功能如下表（4-1）所示：表4-1 LCD1602的16管脚功能引脚号引脚名电平输入/输出引脚说明1VSS电源地2VDD电源正极(+5V)3VL液晶显示偏压信号4RS0/1输入数据/命令选择端，0：输入指令，1：输入数据5R/W0/1输入读/写选择端，0：向LCD写入指令或数据，1：从LCD读取信息6E10输入使能信号，1时读取信息，10(下降沿)执行指令7D00/1输入/输出数据总线(最低位)8D10/1输入/输出数据总线9D20/1输入/输出数据总线10D30/1输入/输出数据总线11D40/1输入/输出数据总线12D50/1输入/输出数据总线1

60、3D60/1输入/输出数据总线14D70/1输入/输出数据总线(最高位)15BLA+VCCLCD背光电源正极16BLK接地LCD背光电源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会使屏幕显示不清晰，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为数据/命令选择端，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写选择端，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为

61、高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极4.4单电源转换芯片 MAX232MAX232是MAXIM公司生产的、包含两路接收/驱动器的芯片。芯片部有一个电源电压变换器，可以将输入的+5V电源电压变换成为RS-232输出电平。硬件接口简单，被广泛使用。芯片的引脚配置与典型工作电路如图4-2所示。图4-2 MAX232芯片引脚配置和典型工作电路4.5 数据选择器 74HC405174HC4051是一款高速CMOS器件， 是8通道模拟多路选择器/多路分配器，

62、带有3个数字选择端（S0至S2），1个低有效使能端（E），8个独立输入/输出端（Y0至Y7）和1个公共输入/输出端（Z）。 E为低时，8个开关的其中之一将被S0至S2选中（低阻态）。E为高时，所有开关都进入高阻态，直接无视S0至S2。 VCC和GND是数字控制端（S0至S2，E）的供电引脚，74HC4051的VCC至GND围为2.0 V10.0 V。74HC4051的模拟输入/输出端（Y0至Y7，Z）在上限VCC和下限VEE之间摆动，VCC-VEE应当不超过10.0 V。 作为一个数字多路选择器/多路分配器，VEE将被连接到GND上（一般是接地）。引脚图如下图4-3所示。图 4-3 74HC4051引脚图4.6 用