基于AT89C51單片機在燃氣報警中的設(shè)計及應用

宋留斌+王丹飛

摘要： 該系統(tǒng)設(shè)計包括硬件和軟件兩部分。主要是基于AT89C51單片機實現(xiàn)燃氣濃度超標報警的檢測和應急處理，如果濃度大于設(shè)定的限值就驅(qū)動電路進行聲光報警，并開啟應急系統(tǒng)消除隱患。

關(guān)鍵詞： AT89C51；氣敏傳感器；濃度；報警

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）34-0026-02

0 引言

隨著工廠對安全生產(chǎn)的重視，對于車間具有重大安全隱患的重點部位，例如南陽防爆集團重機公司高壓電工車間的VPI（真空壓力浸漆）工段，烯料及罐裝漆揮發(fā)的大量可燃氣體時刻給生產(chǎn)和人員帶來巨大的威脅，一旦發(fā)生事故所產(chǎn)生的危害是無法估量的，所以有必要對重點部位進行監(jiān)控，若出現(xiàn)燃氣濃度超標的現(xiàn)象，可以及時處理?；谶@樣的目的，利用AT89C51單片機設(shè)計應用8位鍵盤控制監(jiān)控8個部位燃氣濃度是否超標，當達到一定濃度時會產(chǎn)生聲光報警，并關(guān)閉閥門、開啟排風機，自動進行緊急處理。

1 燃氣濃度超標報警系統(tǒng)的硬件組成與工作原理

該系統(tǒng)硬件主要組成有：AT89C51單片機，8255，氣敏傳感器，8鍵盤輸入電路，ADC0809，LED顯示電路，聲報警電路，光報警電路，驅(qū)動抽風機電路和閥門關(guān)閉啟動電路。圖1為濃度超標報警系統(tǒng)組成框圖。

工作原理：八位鍵盤輸入與8255的PC口相連，通過與8255連接的單片機AT89C51來檢測鍵盤的輸出狀態(tài)，如果有輸入，則通過單片機控制ADC0809的地址通道，對該通道濃度進行轉(zhuǎn)換，將氣敏傳感器所檢測到的濃度值通過ADC0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。同時進行通過軟件編程來控制對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，判斷是否超過限值，如果沒超過則通過與8255PA、PB口連接的LED顯示電路進行顯示。如果超過限值顯示電路顯示“FF”，啟動聲音報警和光報警電路，并啟動應急排風機。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

如系統(tǒng)框圖1，鍵盤KEY1-KEY8分別與8255的PC0-PC7相連，來控制ADC0809的IN0-IN7位，而IN0-IN7又與所要檢測的燃氣濃度超標部位的氣敏元件相連，通過對IN0-IN7八個端口超標情況檢測判定，可以達到控制八個單元的目的。AT89C51單片機通過8255PC口來檢測八位鍵盤輸入狀態(tài)，如果有輸入，檢測到8255的PC0-PC7端口中哪路鍵盤輸入，就通過ATC89C51單片機控制ADC0809的對應地址，檢測地址所對應的單元。該單元的燃氣濃度經(jīng)氣敏傳感器，通過與AT89C51單片機發(fā)出的啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換信號，經(jīng)ADC0809將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。單片機P1.0口與ADC0809的EOC端口相連檢測模數(shù)轉(zhuǎn)換是否完成，如果轉(zhuǎn)換完成判定是否超過濃度規(guī)定限值100D，如果小于100D則通過8255PA、PB口控制的LED顯示電路進行顯示通道號和濃度值。如果大于100D則顯示通道號，濃度值位顯示“FF”，并轉(zhuǎn)向聲光報警子程序，啟動聲光報警電路，且啟動應急處理，關(guān)閉管道閥門，開啟排風系統(tǒng)，達到消除隱患的目的。圖2為程序流程圖。

濃度超標報警程序包括：鍵盤的輸入狀態(tài)查詢，8位鍵盤輸入控制8個通道程序，數(shù)據(jù)采集與計算及濃度值判定子程序，BCD碼轉(zhuǎn)換子程序，顯示子程序，延時子程序，聲光報警和應急處理程序。

2.1 8255初始化和鍵盤輸入狀態(tài)檢測

為了減少對AT89C51單片機接口的占用，該系統(tǒng)利用8255進行擴展，其中PA、PB口接LED顯示電路，作為輸出口，工作方式為方式0。PC口作為輸入口，用來做8位鍵盤的輸入口。并且在鍵盤的輸入過程中，為了防止鍵盤的抖動而產(chǎn)生誤鍵入的判斷，使用了軟件抗干擾。

2.2 8位鍵盤輸入處理程序

當檢測到8位鍵盤中有輸入就轉(zhuǎn)向該操作通道，對該路進行處理。

2.3 數(shù)據(jù)采集與計算程序及濃度值判定

氣敏電阻傳感器是一種半導體元件，燃氣濃度升高時，電阻值減小，但并非線性關(guān)系。當通過氣敏電阻的電流恒定時，電阻兩端的電壓與被測濃度有如下關(guān)系：

D=DC-KVD

式中：D——被測燃氣濃度；

DC——與氣敏電阻特性有關(guān)的濃度參數(shù)；

K——與氣敏電阻特性有關(guān)的系數(shù)；

VD——氣敏電阻兩端電壓。

依此公式，并已知參數(shù)DC和參數(shù)K，則可以通過氣敏電阻兩端的電壓計算出被測燃氣濃度。本次系統(tǒng)中，我們要解決的就是將氣敏電阻兩端的電壓值經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809變成數(shù)字量，并通過軟件方法計算得到濃度。在進行濃度判定，如果大于100D（以萬分數(shù)表示），就產(chǎn)生報警，并開啟應急系統(tǒng)。若小于100D則顯示濃度值。

燃氣濃度采集通過P1.0腳查詢ADC0809的EOC輸出判定模數(shù)轉(zhuǎn)換是否完成，當EOC=1時A/D轉(zhuǎn)換完畢。當濃度值超出100D（這里濃度按萬分數(shù)顯示），數(shù)碼管全部顯示FF標志，并且調(diào)用聲光報警及啟動應急系統(tǒng)。

在濃度值計算公式中，系數(shù)K是一個很小的數(shù)，為計算方便，將K擴大256倍后與VD做乘法運算，即256KVD。相乘后，取高8位舍低8位，可以抵消K的256倍擴大，得到準確的結(jié)果。輸入的A/D轉(zhuǎn)換電壓VD在累加器A中，擴大256倍后的K值為XXH，DC值為YYH。

當濃度值轉(zhuǎn)換完畢，要對該濃度值進行判定，若大于100D，就轉(zhuǎn)向聲光報警，開啟應急系統(tǒng)。若小于100D就返回，進行濃度值的顯示。

2.4 燃氣濃度轉(zhuǎn)換為BCD碼子程序

計算出的燃氣濃度值是以十六進制形式存在，為了LED顯示需轉(zhuǎn)換為BCD碼。由于有效濃度值不超過100D，其格式為D、通道號（1位）、濃度值（2位）。

為了使可燃氣充分的排掉，排風系統(tǒng)再經(jīng)過10m工作后關(guān)掉，達到消除隱患的目的。

3 結(jié)語

該系統(tǒng)經(jīng)過多次優(yōu)化設(shè)計，通過模擬調(diào)試滿足使用要求，達到了預期的效果。

參考文獻：

[1]李光飛編著.單片機課程設(shè)計實例指導[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.

[2]馮博琴主編.微型計算機原理與接口技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，2003：2.

[3]林德杰主編.電氣測試技術(shù)（第2版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003：3.

摘要： 該系統(tǒng)設(shè)計包括硬件和軟件兩部分。主要是基于AT89C51單片機實現(xiàn)燃氣濃度超標報警的檢測和應急處理，如果濃度大于設(shè)定的限值就驅(qū)動電路進行聲光報警，并開啟應急系統(tǒng)消除隱患。

關(guān)鍵詞： AT89C51；氣敏傳感器；濃度；報警

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）34-0026-02

0 引言

隨著工廠對安全生產(chǎn)的重視，對于車間具有重大安全隱患的重點部位，例如南陽防爆集團重機公司高壓電工車間的VPI（真空壓力浸漆）工段，烯料及罐裝漆揮發(fā)的大量可燃氣體時刻給生產(chǎn)和人員帶來巨大的威脅，一旦發(fā)生事故所產(chǎn)生的危害是無法估量的，所以有必要對重點部位進行監(jiān)控，若出現(xiàn)燃氣濃度超標的現(xiàn)象，可以及時處理?；谶@樣的目的，利用AT89C51單片機設(shè)計應用8位鍵盤控制監(jiān)控8個部位燃氣濃度是否超標，當達到一定濃度時會產(chǎn)生聲光報警，并關(guān)閉閥門、開啟排風機，自動進行緊急處理。

1 燃氣濃度超標報警系統(tǒng)的硬件組成與工作原理

該系統(tǒng)硬件主要組成有：AT89C51單片機，8255，氣敏傳感器，8鍵盤輸入電路，ADC0809，LED顯示電路，聲報警電路，光報警電路，驅(qū)動抽風機電路和閥門關(guān)閉啟動電路。圖1為濃度超標報警系統(tǒng)組成框圖。

工作原理：八位鍵盤輸入與8255的PC口相連，通過與8255連接的單片機AT89C51來檢測鍵盤的輸出狀態(tài)，如果有輸入，則通過單片機控制ADC0809的地址通道，對該通道濃度進行轉(zhuǎn)換，將氣敏傳感器所檢測到的濃度值通過ADC0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。同時進行通過軟件編程來控制對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，判斷是否超過限值，如果沒超過則通過與8255PA、PB口連接的LED顯示電路進行顯示。如果超過限值顯示電路顯示“FF”，啟動聲音報警和光報警電路，并啟動應急排風機。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

如系統(tǒng)框圖1，鍵盤KEY1-KEY8分別與8255的PC0-PC7相連，來控制ADC0809的IN0-IN7位，而IN0-IN7又與所要檢測的燃氣濃度超標部位的氣敏元件相連，通過對IN0-IN7八個端口超標情況檢測判定，可以達到控制八個單元的目的。AT89C51單片機通過8255PC口來檢測八位鍵盤輸入狀態(tài)，如果有輸入，檢測到8255的PC0-PC7端口中哪路鍵盤輸入，就通過ATC89C51單片機控制ADC0809的對應地址，檢測地址所對應的單元。該單元的燃氣濃度經(jīng)氣敏傳感器，通過與AT89C51單片機發(fā)出的啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換信號，經(jīng)ADC0809將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。單片機P1.0口與ADC0809的EOC端口相連檢測模數(shù)轉(zhuǎn)換是否完成，如果轉(zhuǎn)換完成判定是否超過濃度規(guī)定限值100D，如果小于100D則通過8255PA、PB口控制的LED顯示電路進行顯示通道號和濃度值。如果大于100D則顯示通道號，濃度值位顯示“FF”，并轉(zhuǎn)向聲光報警子程序，啟動聲光報警電路，且啟動應急處理，關(guān)閉管道閥門，開啟排風系統(tǒng)，達到消除隱患的目的。圖2為程序流程圖。

濃度超標報警程序包括：鍵盤的輸入狀態(tài)查詢，8位鍵盤輸入控制8個通道程序，數(shù)據(jù)采集與計算及濃度值判定子程序，BCD碼轉(zhuǎn)換子程序，顯示子程序，延時子程序，聲光報警和應急處理程序。

2.1 8255初始化和鍵盤輸入狀態(tài)檢測

為了減少對AT89C51單片機接口的占用，該系統(tǒng)利用8255進行擴展，其中PA、PB口接LED顯示電路，作為輸出口，工作方式為方式0。PC口作為輸入口，用來做8位鍵盤的輸入口。并且在鍵盤的輸入過程中，為了防止鍵盤的抖動而產(chǎn)生誤鍵入的判斷，使用了軟件抗干擾。

2.2 8位鍵盤輸入處理程序

當檢測到8位鍵盤中有輸入就轉(zhuǎn)向該操作通道，對該路進行處理。

2.3 數(shù)據(jù)采集與計算程序及濃度值判定

氣敏電阻傳感器是一種半導體元件，燃氣濃度升高時，電阻值減小，但并非線性關(guān)系。當通過氣敏電阻的電流恒定時，電阻兩端的電壓與被測濃度有如下關(guān)系：

D=DC-KVD

式中：D——被測燃氣濃度；

DC——與氣敏電阻特性有關(guān)的濃度參數(shù)；

K——與氣敏電阻特性有關(guān)的系數(shù)；

VD——氣敏電阻兩端電壓。

依此公式，并已知參數(shù)DC和參數(shù)K，則可以通過氣敏電阻兩端的電壓計算出被測燃氣濃度。本次系統(tǒng)中，我們要解決的就是將氣敏電阻兩端的電壓值經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809變成數(shù)字量，并通過軟件方法計算得到濃度。在進行濃度判定，如果大于100D（以萬分數(shù)表示），就產(chǎn)生報警，并開啟應急系統(tǒng)。若小于100D則顯示濃度值。

燃氣濃度采集通過P1.0腳查詢ADC0809的EOC輸出判定模數(shù)轉(zhuǎn)換是否完成，當EOC=1時A/D轉(zhuǎn)換完畢。當濃度值超出100D（這里濃度按萬分數(shù)顯示），數(shù)碼管全部顯示FF標志，并且調(diào)用聲光報警及啟動應急系統(tǒng)。

在濃度值計算公式中，系數(shù)K是一個很小的數(shù)，為計算方便，將K擴大256倍后與VD做乘法運算，即256KVD。相乘后，取高8位舍低8位，可以抵消K的256倍擴大，得到準確的結(jié)果。輸入的A/D轉(zhuǎn)換電壓VD在累加器A中，擴大256倍后的K值為XXH，DC值為YYH。

當濃度值轉(zhuǎn)換完畢，要對該濃度值進行判定，若大于100D，就轉(zhuǎn)向聲光報警，開啟應急系統(tǒng)。若小于100D就返回，進行濃度值的顯示。

2.4 燃氣濃度轉(zhuǎn)換為BCD碼子程序

計算出的燃氣濃度值是以十六進制形式存在，為了LED顯示需轉(zhuǎn)換為BCD碼。由于有效濃度值不超過100D，其格式為D、通道號（1位）、濃度值（2位）。

為了使可燃氣充分的排掉，排風系統(tǒng)再經(jīng)過10m工作后關(guān)掉，達到消除隱患的目的。

3 結(jié)語

該系統(tǒng)經(jīng)過多次優(yōu)化設(shè)計，通過模擬調(diào)試滿足使用要求，達到了預期的效果。

參考文獻：

[1]李光飛編著.單片機課程設(shè)計實例指導[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.

[2]馮博琴主編.微型計算機原理與接口技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，2003：2.

[3]林德杰主編.電氣測試技術(shù)（第2版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003：3.

摘要： 該系統(tǒng)設(shè)計包括硬件和軟件兩部分。主要是基于AT89C51單片機實現(xiàn)燃氣濃度超標報警的檢測和應急處理，如果濃度大于設(shè)定的限值就驅(qū)動電路進行聲光報警，并開啟應急系統(tǒng)消除隱患。

關(guān)鍵詞： AT89C51；氣敏傳感器；濃度；報警

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）34-0026-02

0 引言

隨著工廠對安全生產(chǎn)的重視，對于車間具有重大安全隱患的重點部位，例如南陽防爆集團重機公司高壓電工車間的VPI（真空壓力浸漆）工段，烯料及罐裝漆揮發(fā)的大量可燃氣體時刻給生產(chǎn)和人員帶來巨大的威脅，一旦發(fā)生事故所產(chǎn)生的危害是無法估量的，所以有必要對重點部位進行監(jiān)控，若出現(xiàn)燃氣濃度超標的現(xiàn)象，可以及時處理?；谶@樣的目的，利用AT89C51單片機設(shè)計應用8位鍵盤控制監(jiān)控8個部位燃氣濃度是否超標，當達到一定濃度時會產(chǎn)生聲光報警，并關(guān)閉閥門、開啟排風機，自動進行緊急處理。

1 燃氣濃度超標報警系統(tǒng)的硬件組成與工作原理

該系統(tǒng)硬件主要組成有：AT89C51單片機，8255，氣敏傳感器，8鍵盤輸入電路，ADC0809，LED顯示電路，聲報警電路，光報警電路，驅(qū)動抽風機電路和閥門關(guān)閉啟動電路。圖1為濃度超標報警系統(tǒng)組成框圖。

工作原理：八位鍵盤輸入與8255的PC口相連，通過與8255連接的單片機AT89C51來檢測鍵盤的輸出狀態(tài)，如果有輸入，則通過單片機控制ADC0809的地址通道，對該通道濃度進行轉(zhuǎn)換，將氣敏傳感器所檢測到的濃度值通過ADC0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。同時進行通過軟件編程來控制對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，判斷是否超過限值，如果沒超過則通過與8255PA、PB口連接的LED顯示電路進行顯示。如果超過限值顯示電路顯示“FF”，啟動聲音報警和光報警電路，并啟動應急排風機。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

如系統(tǒng)框圖1，鍵盤KEY1-KEY8分別與8255的PC0-PC7相連，來控制ADC0809的IN0-IN7位，而IN0-IN7又與所要檢測的燃氣濃度超標部位的氣敏元件相連，通過對IN0-IN7八個端口超標情況檢測判定，可以達到控制八個單元的目的。AT89C51單片機通過8255PC口來檢測八位鍵盤輸入狀態(tài)，如果有輸入，檢測到8255的PC0-PC7端口中哪路鍵盤輸入，就通過ATC89C51單片機控制ADC0809的對應地址，檢測地址所對應的單元。該單元的燃氣濃度經(jīng)氣敏傳感器，通過與AT89C51單片機發(fā)出的啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換信號，經(jīng)ADC0809將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。單片機P1.0口與ADC0809的EOC端口相連檢測模數(shù)轉(zhuǎn)換是否完成，如果轉(zhuǎn)換完成判定是否超過濃度規(guī)定限值100D，如果小于100D則通過8255PA、PB口控制的LED顯示電路進行顯示通道號和濃度值。如果大于100D則顯示通道號，濃度值位顯示“FF”，并轉(zhuǎn)向聲光報警子程序，啟動聲光報警電路，且啟動應急處理，關(guān)閉管道閥門，開啟排風系統(tǒng)，達到消除隱患的目的。圖2為程序流程圖。

濃度超標報警程序包括：鍵盤的輸入狀態(tài)查詢，8位鍵盤輸入控制8個通道程序，數(shù)據(jù)采集與計算及濃度值判定子程序，BCD碼轉(zhuǎn)換子程序，顯示子程序，延時子程序，聲光報警和應急處理程序。

2.1 8255初始化和鍵盤輸入狀態(tài)檢測

為了減少對AT89C51單片機接口的占用，該系統(tǒng)利用8255進行擴展，其中PA、PB口接LED顯示電路，作為輸出口，工作方式為方式0。PC口作為輸入口，用來做8位鍵盤的輸入口。并且在鍵盤的輸入過程中，為了防止鍵盤的抖動而產(chǎn)生誤鍵入的判斷，使用了軟件抗干擾。

2.2 8位鍵盤輸入處理程序

當檢測到8位鍵盤中有輸入就轉(zhuǎn)向該操作通道，對該路進行處理。

2.3 數(shù)據(jù)采集與計算程序及濃度值判定

氣敏電阻傳感器是一種半導體元件，燃氣濃度升高時，電阻值減小，但并非線性關(guān)系。當通過氣敏電阻的電流恒定時，電阻兩端的電壓與被測濃度有如下關(guān)系：

D=DC-KVD

式中：D——被測燃氣濃度；

DC——與氣敏電阻特性有關(guān)的濃度參數(shù)；

K——與氣敏電阻特性有關(guān)的系數(shù)；

VD——氣敏電阻兩端電壓。

依此公式，并已知參數(shù)DC和參數(shù)K，則可以通過氣敏電阻兩端的電壓計算出被測燃氣濃度。本次系統(tǒng)中，我們要解決的就是將氣敏電阻兩端的電壓值經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809變成數(shù)字量，并通過軟件方法計算得到濃度。在進行濃度判定，如果大于100D（以萬分數(shù)表示），就產(chǎn)生報警，并開啟應急系統(tǒng)。若小于100D則顯示濃度值。

燃氣濃度采集通過P1.0腳查詢ADC0809的EOC輸出判定模數(shù)轉(zhuǎn)換是否完成，當EOC=1時A/D轉(zhuǎn)換完畢。當濃度值超出100D（這里濃度按萬分數(shù)顯示），數(shù)碼管全部顯示FF標志，并且調(diào)用聲光報警及啟動應急系統(tǒng)。

在濃度值計算公式中，系數(shù)K是一個很小的數(shù)，為計算方便，將K擴大256倍后與VD做乘法運算，即256KVD。相乘后，取高8位舍低8位，可以抵消K的256倍擴大，得到準確的結(jié)果。輸入的A/D轉(zhuǎn)換電壓VD在累加器A中，擴大256倍后的K值為XXH，DC值為YYH。

當濃度值轉(zhuǎn)換完畢，要對該濃度值進行判定，若大于100D，就轉(zhuǎn)向聲光報警，開啟應急系統(tǒng)。若小于100D就返回，進行濃度值的顯示。

2.4 燃氣濃度轉(zhuǎn)換為BCD碼子程序

計算出的燃氣濃度值是以十六進制形式存在，為了LED顯示需轉(zhuǎn)換為BCD碼。由于有效濃度值不超過100D，其格式為D、通道號（1位）、濃度值（2位）。

為了使可燃氣充分的排掉，排風系統(tǒng)再經(jīng)過10m工作后關(guān)掉，達到消除隱患的目的。

3 結(jié)語

該系統(tǒng)經(jīng)過多次優(yōu)化設(shè)計，通過模擬調(diào)試滿足使用要求，達到了預期的效果。

參考文獻：

[1]李光飛編著.單片機課程設(shè)計實例指導[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.

[2]馮博琴主編.微型計算機原理與接口技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，2003：2.

[3]林德杰主編.電氣測試技術(shù)（第2版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003：3.