汪洋 王博毅 王明陈 曹吉花
宿州学院机械与电子工程学院 宿州市 234000
摘要：CO气体报警器利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量，并用数字方式显示出测量结果。A/D转换器的精确度影响数据显示的准确度，本设计采用ADC0809对输入模拟信号进行转换，控制核心STC89C51单片机对转换的结果进行运算和处理，最后驱动LCD1602显示数字信号，并将数值与设定值做比较控制声光报警和继电器是否吸和，系统可自行设定上下限报警值。通过keil软件对所设计程序进行编译和调试，keil软件提供了包括C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个uViSion集成开发环境将这些部分组合在一起。
将keil软件与proteus软件结合，通过Proteus仿真软件实现接口电路设计，将编好的程序输入keil软件中，进行编译，编译结束将产生一个HEX格式的文件，将其载入到proteus环境中，进行实时仿真。Proteus软件是一种电路分析和实物模拟仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以进行仿真、分析各种模拟器件和集成电路，是集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能强大，具有系统资源丰富、硬件投入少、形象直观等优点。
关键词：STC89C51；ADC0809；LCD1602；
一、设计背景及意义
CO是一种有毒易燃易爆性气体，常温下无色无味、难溶于水，但易溶于氨水。由于相对密度略低于空气，故能均匀的扩散于监测环境中。在受CO的环境污染中，人们慢性中毒时完全意识不到它的存在，CO的这一特性更增加了它的危害性。CO随空气毫无知觉的吸入人体肺部后，由于CO与血红蛋白的亲和能力比氧气和血红蛋白的亲和能力大约高250~300倍，形成碳氧血红蛋白。而且它们结合后不易分离，它们的解离速度只有氧和血红蛋白的1/3600。因而造成血红蛋白更易于CO结合而不易与氧结合，使输送到人体各组织器官的血液供氧不足。甚至还能夺走人体内的氧气，导致组织低氧症，使人体脑及全身组织缺氧窒息而中毒。在空气中的CO达到一定浓度值时，将直接威胁人的生命安全。
CO给工业安全生产带来巨大危害，在煤矿井下，CO是引起瓦斯爆炸的主要气体之一。在日常生活中，CO是智能家具系统、大气环境监测等重要的参数指标。液化气、煤气进入家庭为人们带来了方便，改善了城市环境，但同时也给人们带来了潜在的危险，CO就是最重要的危险源。为了实现对CO的检测，装设可燃气体检测器，及时发现事故隐患、尽早采取补救措施是非常必要的。
因此，实时、准确的测出这些场合CO的浓度，对有效防止CO中毒、火灾的早期预测预报、保障工业安全生产等方面具有十分重要的意义。
二、总体设计方案
2.1系统的功能要求
本系统的研制主要包括以下几项功能：
(1)时时监测环境中CO的浓度值；
(2)灯光报警功能：当环境CO浓度过大时，报警器要进行灯光报警，同时继电器吸和，控制排气扇工作，降低环境CO浓度值。
2.2系统的组成及方案设计
本设计主要由CO气体传感器电路、单片机、灯光报警电路、负载驱动电路、控制程序等组成。
系统的组成结构如下：
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三、系统的硬件设计
总体电路
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实时显示当前的浓度值，共有1个报警值（可以通过按键设定），默认开机时报警值是25，当浓度值小于25时，绿灯闪烁，继电器断开，当浓度值大于25时，红灯闪烁，继电器吸和，控制排气扇工作。
3.1 STC89C51单片机
STC89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 4K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 4k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。
3.2 CO气体检测电路的设计
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在这个电路中，有两个部分，主要是CO传感器检测气体浓度，将电压信号给ADC0809，模数转换电路将模拟信号转换成数字信号给单片机，单片机再读取相应的数值和处理。
3.3 MQ-5介绍
MQ-5型气体传感器用于以CO为主要成分的气体的测量，而且它抗干扰能力强，水蒸气、烟等干扰气体对它的影响小。
MQ-5型气敏元件的特点：
(1) 采用烧结半导体所形成的敏感烧结体，具有稳定的R (即器件在纯洁空气中的阻抗)阻值，从而保证了长期工作的稳定性。
(2) 单电源供电，其功耗仅0.7W左右。
(3) 对所测试的气体有极高的灵敏度和信噪比。
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MQ-5型元件外形结构图
3.4 ADC0809介绍
ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。
IN0～IN7：8路模拟量输入端。
2-1～2-8：8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100ns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：数据输入允许信号，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。
3.5 LCD1602A液晶显示
LCD1602A 是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02 即32个字符。（16列2行）。在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED数码管、液晶显示器。发光管和LED数码管比较常用，软硬件都比较简单。
3.6 灯光提示电路
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灯光提示电路
本设计利用不同颜色的LED指示不同的烟雾浓度报警。
3.7 声音报警电路
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声音报警电路
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。
3.8 负载控制电路
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继电器控制负载电路
电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。
四、系统的软件设计
4.1 主程序流程图
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4.2关键程序
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5、小结
本次设计的CO气体报警器以STC89C51为主芯片，STC89C51为8位单片机，当ADC0809的输入电压为5 V时，输出数字量值为FFH，故最大分辩率为0．0196V。为了实现四位数码管显示数据，我在显示部分增加了BCD码转化程序，将十六进制数转化为十进制。本设计的显示偏差，可以通过校正0809的基准参考电压来解决，或用软件编程来校正其测量值。本次设计用单片机STC89C51、ADC0809和数码管构成一个简单的检测系统，在设计过程中通过Proteus仿真软件进行调试，仿真。本次设计具有电路简单、成本低、精度较高、速度快和性能稳定等特点。
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（宿州学院国家级大学生创新创业训练计划项目资助 项目编号：S202010379158）.