基于STC12C5A60S2單片機的可燃氣體報警儀的設計

　　隨著石油、煤炭等傳統燃料的減少，可燃氣體在工業和人們的家庭生活中得到了廣泛的應用。這些氣體雖然為人們的生產生活提供便利，創造價值，但仍需對其濃度進行有效監控，以防范火災、氣體中毒等對人們生命財產造成的危害。

　　本文給出一種基于STC12C5A60S2單片機的可燃氣體報警儀的設計。硬件方面，先給出總體的設計方案，然后按功能要求對各硬件電路單元進行分析設計。軟件方面，依據硬件的功能，設計了可燃氣體報警儀的總體方案，并介紹了各功能模塊的實現方法。

　　1基于STC12C5A60S2單片機的可燃氣體報警儀的硬件設計

　　1.1系統的結構分析

　　報警儀系統框圖如圖1所示，系統以單片機STC12C5A60S2為核心，配合其他的外圍電路共同完成信號采集、濃度顯示、按鍵輸入、聲光報警等功能。

　　首先，氣體傳感器送來的微小電壓信號經信號調理單元放大后，轉換成較大的電壓信號傳送給STC12C5A60S2單片機;然后，在單片機進行A/D轉換，濃度比較，線性化處理;最后，將氣體濃度送入LED顯示單元并判斷氣體濃度是否超出報警限值。

　　當氣體濃度處于正常狀態時，綠燈點亮;當氣體濃度超出設定限值時，聲光報警單元立即發出聲音報警并伴隨紅燈閃亮完成對氣體的檢測報警，同時啟動通風換氣設備及時加強通風并利用電磁閥關閉氣體通道，使氣體濃度迅速降低到安全點。該系統還可以通過RS-232總線與上位機進行串口通信，便于在線采集和處理數據，更改報警限值等。

　　2系統硬件設計

　　2.1可燃氣體檢測電路

　　本設計采用費加羅公司生產的一款氣體傳感器TGS813，該氣體傳感器對甲烷等可燃還原性氣體有很高的靈敏度。當存在檢測氣體時，傳感器的電導率隨氣體濃度的增加而增加。在實際應用中，可使用簡單的電橋電路即可將電導率的變化轉化為與該氣體濃度相對應的電信號。然而通過電橋電路產生的輸出電壓信號一般比較微弱，需要做適當的調理才可以轉換成適合A/D轉換的電壓。

　　TGS813數據采集電路如圖2所示。圖中R8、R9、R10和氣敏電阻RS構成一個電橋，實現電阻到電壓的轉換。運算放大器A1A接成電壓跟隨器，和電阻R7、穩壓管D1組成穩壓電路，為電橋供電。電橋轉換后的輸出電壓通過LM324的另外一個運算放電器A2A進行放大，放大的倍數通過電阻R11進行調節，以便輸出合適的電壓供A/D轉換。

　　2.2主控單元電路

　　主控單元電路圖如圖3所示，微處理器STC12C5A60S2是一款單時鐘/機器周期的單片機，是高速/低功耗/超強干擾的增強型8051單片機，指令代碼完全兼容傳統的8051，但是速度快8～12倍。內部自帶A/D，D/A轉換器、實時時鐘，看門狗等，減少了外圍器件的數目，降低了系統成本。

　　在圖3中，單片機的外圍連接除了基本的復位電路，還有溫度補償電路、串口連接電路和鍵盤電路。由于氣體傳感器TGS813的RS隨溫度變化較大，為提高系統精度必須對結果進行溫度補償或者溫度修正。本系統采用溫度傳感器DS18B20采集溫度，然后用軟件方法對測量值進行溫度修正。RS-232串口的連接，可以實現系統與PC機的通信，可從PC機下載最新的數據，也可將檢測數據上傳至PC機。

　　鍵盤電路有模式（MODE）、加（+）、減（-）、確認（ENTER）4個獨立的控制按鍵。按下模式鍵，表示系統進入調試狀態，此時可以按下+鍵或者-鍵對報警值進行設定，設定完畢按ENTER即退出設定模式。