单片机实验总结成员：张静远 2 08微电张卓宁 2 08微电 张继波 2 08物基地赵永柯 2 08物基地1. 摘要：一种煤气测量报警装置的设计过程2．引言：这学期我们选择了单片机这门课， 从第一节课开始， 我们就感觉到了这门课与其他的课 有一些不同。单片机课程更侧重于实验，讲求从实验中掌握知识，确实让我们四人都受到了 很多的启发，并学到了很多的知识。 我们国家现在随着城市化程度的提高， 煤气作为一种清洁能源， 也在普通家庭中得到了 普及。虽然作为清洁能源，煤气有很多的优点，但同时，它也是一种有毒的气体，对人体有 很大的伤害，它无色无味，虽然国家在煤气中混加了有味道的气体，但每年因煤气煤气中毒 而死去的人数还是有增无减。基于这种原因，我们决定自主设计一种煤气感应报警装置， 也 许和工厂化的产品相差很远，但是我们认为设计这种装置还是很有必要的。 我们给定它的功能是能检测到空气中异常的煤气含量， 并能报警，报警方式有灯光与声 音。因此我们把它分成了四个部分油漆检测仪，一是电源部分煤气报警器，估计有12V 的变压器与7805芯片，接口 与散热片：第二部分是测量部分，包括煤气传感器：第三部分是报警装置，包括有源小喇叭 （蜂鸣器） ，红色与绿色的发光二极管各一个；四是控制部分，包括 mega16A 单片机一枚 （L 型的没货） 。

这四部分中，最难的是测量，因为煤气传感器其实就是一个电阻，随着煤 气浓度的变化它的阻值会发生变化， 因此为了能让它能正确的传达测量结果， 需要确定一个 正常值的范围与阀值，这是最耗经历的，还好我们成功的确定了标准。3.关键词：煤气，煤气传感器，mega16单片机.，报警4.系统硬件设计（1）电源 包括12V 变压器一个，7805芯片一枚，散热片若干，接口，线等。 设计思路是由外部220V 电压供电，通过12V 变压器接到7805变压芯片上，给系统以5V 电压 供电。 （2）测量部分 应用煤气传感器，进行煤气浓度测量。 MQ-5煤气传感器 MQ-5型气敏元件是以金属氧化物 SnO2为主体材料的 N 型半导体气敏元件，当元件接 触还原性气体时，其电导率随气体浓度的增加而迅速升高。 特点： 1、 用于可燃性气体的检测（CH4、C4H10、H2等）2、 灵敏度高 3、 响应速度快 4、 输出信号大 5、 寿命长，工作稳定可靠 技术指标： 加热电压（Vh） 回路电压（Vc） 负载电阴（Rl） 灵敏度（S=Ra/Rdg） AC 或 DC 5±0.2V 最大 DC 24V 2KΩ ≥4(在1000ppmC4H10中) 响 应 时 间 (trec) 恢 复 时 间 (trec) 元件功耗 检测范围 使用寿命 ≤10S ≤30S ≤0.7W 50—10000ppm 2年清洁空气中电阻 （Ra） ≤2000 KΩQM-N5型半导体气敏元件是以金属氧化物 SnO2为主体材料的 N 型半导体气敏元件,当元件接 触还原性气体时,其电导率随气体浓度的增加而迅速升高. ? 特点 用于可燃性气体的检测(CH4,C4H10,H2等) 灵敏度高 响应速度快 输出信号大 寿命长,工作稳定可靠 ? 技术指标 加热电压(VH) AC 或 DC 5±0.5V 回路电压(VC) 最大 DC 24V 负载电阻(RL) 2KΩ 清洁空气中电阻(Ra) ≤4000KΩ 灵敏度(S=Ra/Rdg) ≥4(在1000ppmC4H10中) 响应时间(tres) ≤10S 恢复时间(trec) ≤30S 检测范围 50-10000ppm?基本测试电路VC??使用方法及注意事项 ? 元件开始通电工作时,没有接触可燃性气体,其电导率也急剧增加1分钟后达到稳定, 这时方可正常使用,这段变化在设计电路时可采用延时处理解决. ? 加热电压的改变会直接影响元件的性能,所以在规定的电压范围内使用为佳. ? 元件在接触标定气体1000ppm C4H10后10秒以内负载电阻两端的电压可达到(Vdg- Va) 差值的80%(即响应时间);脱离标定气体1000ppm C4 H1030秒钟以内负载电阻两端的 电压下降到(Vdg- Va)差值的80%(即恢复时间). ? 符号说明 检测气体中电阻- Rdg 检测气体中电压- Vdg Rdg 与 Vdg 的关系: Rdg=RL(VC/Vdg-1) ? 负载电阻可根据需要适当改动,不影响元件灵敏度. ? 使用条件:温度-15~35℃;相对湿度45~75%RH;大气压力80~106KPa ? 环境温湿度的变化会给元件电阻带来小的影响 ,当元件在精密仪器上使用时,应进 行温湿度补偿,最简便的方法是采用热敏电阻补偿之. ? 避免腐蚀性气体及油污染,长期使用需防止灰尘堵塞防爆不锈钢网. ? 元件六脚位置可与电子管七角管座匹配使用. （3）报警部分 采用发光二极管与蜂鸣器。

正常工作时，绿色发光二极管闪烁；当煤气浓度达到报警值时， 进入报警工作状态，绿灯灭，红色发光二极管闪烁，蜂鸣器发出嘟嘟声；当煤气浓度降到安 全值时，重新进入正常工作状态。?（4）控制装置 使用 mega16单片机作为控制单元。 AVRmega16单片机是一款功能十分强大， 集成度非常高的数字处理系统。 它集成了 ADC与 DAC 的模块， 因而此作品设计中可以直接将 MQ3型酒精气敏传感器的探测信号输入单片 机中，然后在单片机内进行 A/D 模数转换，数据处理。其引脚图如下图:5.系统软件设计编程环境：cvavr 程序： This program was produced by the CodeWizardAVR V2.04.4a Evaluation Automatic Program Generator ?Copyright 1998-2009 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l. Project : Version : Date : 2010/6/10 Author : Freeware, for evaluation and non-commercial use only Company : Comments:Chip type : ATmega16 Program type : Application AVR Core Clock frequency: 1.000000 MHz Memory model : Small External RAM size : 0 Data Stack size : 256 *****************************************************/#include #include // Declare your global variables herevoid main(void) { // Declare your local variables here// Input/Output Ports initialization // Port A initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTA=0x00; DDRA=0x00;// Port B initialization // Func7=In Func6=Out Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=Out // State7=T State6=0 State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=0 PORTB=0x00; DDRB=0x41;// Port C initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTC=0x00; DDRC=0x00;// Port D initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=Out // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=0 PORTD=0x00; DDRD=0x01;// Timer/Counter 0 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 0 Stopped // Mode: Normal top=FFh // OC0 output: Disconnected TCCR0=0x00; TCNT0=0x00; OCR0=0x00;// Timer/Counter 1 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer1 Stopped // Mode: Normal top=FFFFh // OC1A output: Discon. // OC1B output: Discon. // Noise Canceler: Off // Input Capture on Falling Edge// Timer1 Overflow Interrupt: Off // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: Off // Compare B Match Interrupt: Off TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00;// Timer/Counter 2 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer2 Stopped // Mode: Normal top=FFh // OC2 output: Disconnected ASSR=0x00; TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; OCR2=0x00;// External Interrupt(s) initialization // INT0: Off // INT1: Off // INT2: Off MCUCR=0x00;MCUCSR=0x00;// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x00;// Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off // Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x40; SFIOR=0x00;while (1) { if(ACSR.5) { PORTB.6=0; PORTD.0=1; PORTB.0=1; delay_ms(300); PORTD.0=0; PORTB.0=0; delay_ms(300); };if(~ACSR.5) { PORTB.0=0; PORTD.0=0; PORTB.6=1; delay_ms(300);PORTB.6=0; delay_ms(300); }; }; }6.调试调试分析包括硬件调试分析和软件调试分析及软、 硬件联调。

由于硬件调试分析和软件 调试分析是独立进行的，所以可以先调硬件再调软件。在调试中找出错误、缺陷，判断各种 故障，并做出软硬件的修改，直至设计作品能够正确体现其功能。 1、硬件调试 硬件调试包括传感器电路、单片机外围电路、报警电路等。下面主要介绍传感器电路、 报警电路的调试。 首先把传感器，接1.5v 左右电压上由于电压预热3秒以上，传感器里已经集成了放大电路， 而用万用表测量可证实传感器输入电路中输出是一稳定的0-5V 的电压信号，符合单片机的 输入条件，因此此信号可以直接接人单片机进行 A/D 转换而不需要放大、滤波等。 其次对于声光报警电路的调试分为蜂鸣器和 LED 的调试。经试验可知蜂鸣器在高电平 时正常工作，LED 为共阳极。 2、软件调试 软件调试为利用 ICCAVR，CVAVR，AVR Studio 软件进行模块化调试。调试过程中观 察各个变量的变化，查找所写程序的错误，并改正。 3、软、硬件联调 利用 AVR Studio 软件和硬件电路板进行软硬件联合仿真， 首先将软件程序下载到 AVR Studio 中，然后运行一下，确认无误后，再把程序写入硬件之中。对调试过程中出现的错 误要仔细分析，然后不断修正，直至达到理想效果为止。

在软硬件联调时，根据在程序中设 定的阈值，用打火机中的气体渐渐接近传感器来模仿煤气浓度的增大，显示结果良好，报警 结果十分精确，在到达阈值时能够准确发出报警声甲苯检测仪，红色 LED 也能发光。6.测试情况正常工作时，绿色发光二极管闪烁；当煤气浓度达到报警值时，进入报警工作状态， 绿 灯灭，红色发光二极管闪烁，蜂鸣器发出嘟嘟声；当煤气浓度降到安全值时，重新进入正常 工作状态。7.所需资源AVR mega16单片机一枚，12V 变压器，7805芯片，煤气传感器，LED 红色与绿色各一个，实 验版，印刷版，电阻，接线，各种型号的接口，焊接设备及其附属设备等。8.成员分工张静远：负责程序编写，焊接电路， 、写论文报告； 张继波：写论文，做网页，帮忙焊接电路； 张卓宁：电路检测，程序调试，调试电路： 赵永柯：焊接电路，PPT煤气报警器，购买元件，写实验心得。9.系统设计总结报告(1)团队管理的心得体会。对于每一个小组成员，我们都应明确他所善长和能胜任的方面，并且每一成员都应自 发地承接自己所擅长的工作，遇到问题时要与大家一起商量讨论，找出切实可行的方案， 这 样才能发挥每一个成员的作用，发回出小组真正的能力，更好的完成课题。

我们小组在本此 课题中正是这样做的。我们首先共同商讨，根据小组成员能力和一些技术上的问题，发挥自 己的创新意识和对现实的应用价值，一起选定了“煤气浓度检测及报警”这一课题，进而， 一起确定了设计思想。 小组成员根据自己能力提出自己想成接的任务， 最后再根据实际情况， 大家一起均衡分配工作任务。并在各自完成任务的同时，周期地一起讨论课程的进程，并对 遇到的一些问题，提出来一起解决，这样我们小组成员可以对整个项目有一个全面的了解， 这倒自己下一步该如何做， 最重要的是解决遇到的问题， 不致因一个小方面的问题而使整个 项目无法完成，与此同时还要善于与其他小组交流，并一起对所交流问题一起研讨。这样才 能从中找出最好的方法。 这就是我们小组在本次课题中的基本过程，虽然我们遇到了很多问题和困难，但我们 合作得很愉快，很团结，直到项目完全结束。 （2）课程设计的心得体会： 在通过本次课程中，我们遇到很多问题，但是与此同时，我们也学到了很多，对于本次课 题的心得体会，我们觉得有以下几点: 1、 不管做什么事,计划是很重要的。 没有一个完好的计划， 做事情就会没有一个好的顺序， 做事情会比较乱，很难成功。

而有一个好的计划，不管做什么事都会事半功倍，做事心中有 数煤气报警器，明确重点和缓急，不会有疏漏。这样才能提高成功率。 2、做事要多动脑,选出最好的方法。一件事往往有多种解决方法，一个好的方法，不仅能 使事情事半功倍，而且往往决定最后的成与败，所以做事时一定要多动一下脑筋，想出最好的方法。 3、要注意细节。细节决定成败，这句话在这次课题中不仅一次得到了印证，特别是在软 件的编程过程中， 一点点的错误就会使你整个程序不能运行。 因此我们不仅仅要有整体意识， 也要注意细节，不要因一个关键地方的一个细节而导致满盘皆输。 4、团队合作很重要。团队做一件事时，要发挥出门一个人的长处。人无完人，但一个团 队可以互相帮助， 互相补充， 只要互相合作， 个人完成各自专长的， 离成功就只有一步之遥。 人人总是有疏漏的方面，但是只要互相合作，互相交流，就会考虑问题更全面化，在本次课 题中，我们组团结合作不仅事半功倍，而且发现了一些好的有趣的构想，是我们对单片机有 了更浓的兴趣。 5、最后，也是最重要的一点，通过这次课题，我们学到了很多有关单片机方面的知识， 也对单片机有了更深入的了解。使我们受益匪浅。 （3） 课程改革的建议： 1.此作品还可以加入数码管进行浓度显示，使之应用更广泛。 2.还可以将煤气传感器换做其他气体传感器，检测其他气体浓度。

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