(1)煤气浓度探测功能：为了提高煤气泄漏报警的准确性和及时性，报警系统需要使用各种方法进行煤气浓度探测。在实际使用中，根据不同的场所需要，用户可以选用不同的煤气传感器，设定不同的预设值，不同功率的排风扇。
(2)灯光报警功能：当煤气浓度过大、有可燃气体泄漏等情况出现时，报警器要进行声光报警。当检测的烟雾值超过设定值时，可以使单片机驱动控制负载工作。
2.2 系统的技术要求
在了解这个系统的工作原理以及功能之后，相应的方案设计就可以进行了。系统采用的51系列单片机的成本都比较低而且功能强大，可以满足生产成本和各类工程的需求。对于完整的一个系统而言，为提高产品本身的竞争力，这个系统应具备体积较小、功耗低、数传性能稳定可靠和成本低廉等一些技术要求。具体指标和参数如下:
(1)体积小：探测器的体积一定要尽量的小，这样才能占用较小的空间，使用和更换才会方便。
(2)功耗低：系统可以采用三节5号干电池供电或5v电源供电。
(3)可靠性高:由于不确定的电磁干扰可能存在在系统工作环境中，为了保证系统在工作长时间后仍能可靠的工作和尽量减少误报次数，所以选择多指示灯，指示不同的状态。
2.3 系统的组成及方案设计
晶振电路电机驱动电路复位电路声光报警电路按键电路液晶显示电路烟雾探测电路单片机 图2-1 系统基本方框图
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系统的组成结构如图2-1所示：
本设计主要由烟雾探测传感器电路、主控电路、液晶显示电路、声光报警电路、电机驱动电路、控制程序等组成。
3 系统的硬件设计
硬件系统的电路包括主机单元的电路和功能实现系统模块电路。主机单元主要有STC89C52单片机与复位电路和时钟电路组成。功能模块由烟雾探测电路，液晶显示模块，声光报警提示电路，电机驱动电路，按键电路组成。
该系统正常工作时，首先系统得电，单片机进行初始化。然后由装在室内的MQ-2传感器获得室内煤气浓度的原始信号，再进入数模芯片ADC0809转换器，把原始模拟的信号转化为数字信号，从而得到被测对象的数字量信号，传给单片机，再由单片机进行数据处理，最终把得到的浓度检测值显示在LCD1602上。
通过LCD1602液晶显示器实时显示当前的煤气浓度值，共设有4个报警值，绿灯亮设定值、黄灯亮设定值、红灯亮设定值、煤气报警设定值。而它们的大小都可以通过按键设定，并且三个灯的设定值依次增大。其中K1键是模式选择键，用以选择修改哪个设定值，而K2、K3用于相应设定值数字的增减。默认绿灯在2～15时亮起，一般显示的烟雾值不会小于2，小于2时就得检测系统是否正常工作；黄灯为15～30时亮起，当被检测室内有人吸烟时会亮起；红灯为30～60，当被检测室内吸烟较大，或是煤气轻度泄露等原因，红灯会亮起；当室内烟量大于60，此时可能时煤气泄露或是起火，蜂鸣器会报警，同时继电器会吸合，使排风扇工作，进行换气，防止灾害的发生。
+5+5GNDIN12345678910160216PINC4FS1K111213141516R9Q29012J4+5黑红白123+5GNDLCDENRSR610KR81kR7104+5GND+5123RL3AFAMQ-2BFB654GNDGND排针K1R5470M1+-2.2GNDk1k2k3S1AS2SW SPSTS3SW SPST21J5GND接线端子GNDSW SPSTGNDSTADC08091234567891011121314In3In4In5In6In7STARTEOCD3OECLOCKVccVref+GNDD1ADC1ADC0809In2In1In0ADDAADDBADDCALED7D6D5D4D0Vref-D22827262524232221201918171615+5D0D1D2D3D4D5D6D7U11234567891011121314151617181920P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTP3.0(RXD)P3.1(TXD)P3.2(INT0)P3.3(INT1)P3.4(T0)P3.5(T1)P3.6(WR)P3.7(RD)XTAL2XTAL1GND89C51C230PGNDVCC(AD0)P0.0(AD1)P0.1(AD2)P0.2(AD3)P0.3(AD4)P0.4(AD5)P0.5(AD6)P0.6(AD7)P0.7EA/VPPALE/PROGPSEN(A15)P2.7(A14)P2.6(A13)P2.5(A12)P2.4(A11)P2.3(A10)P2.2(A9)P2.1(A8)P2.04039383736353433323130292827262524232221+5J112345678910KCLKk2k1LCDENRSD1D2D3P12POWER1电源+5+5INGND+C310uf3S112246135135FABBUZZERGNDEOCD3OECLK+5D7D6D5D4D0R110KOESTFSEOCk3Y1246FR1Q19012GNDD2LEDRLEDYLEDGR42.2kR31k+52.2KD1R222012MHZC130PGNDGND 图3-1 系统电路图
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3.1 主控电路
本系统的主控芯片采用的是STC89C52,其引脚如图3-2所示：
U11234567891011121314151617181920P10P11P12P13P14P15P16P17RESETP30/RXDP31/TXDP32/INT0P33/INT1P34/T0P35/T1P36WRP37/RDX2X1GNDSTC89C52VCCP00P01P02P03P04P05P06P07EA/VPALE/PPSENP27P26P25P24P23P22P21P204039383736353433323130292827262524232221 图3-2 STC89C52DIP封装图
52单片机在一块芯片中集成了微型计算机所具有的所有部件，从功能方面讲，主要包括以下9个部分[1]：
一个8位的微处理器CPU；
8KB的片内程序存储器Flash ROM,用于烧录运行的程序，常数数据； 256的片内数据存储器RAM,在程序运行时可以随时写入和读出数据，用于存放函数相互传递的参数，接受的外部数据，运算的中间结果，最后结果以及显示的数据等；128B特殊功能寄存器（SFR）控制单片机各个部件的运行。
3个16位的定时器/计数器，每个定时器/计数器可以设置为计数方式，用于对外部事件信号进行计数，也可以设置为定时方式，满足各种定时要求。
有一个管理6个中断源，2个优先级的中断控制器；
4个8位并行I/O端口，每个端口既可以用作输入，也可以用作输出。 一个全双工的UART串行I/O口，用于单片机之间的通信，或者单片机有其他设备之间的串行通信；
片内震荡电路和时钟发生器，只需外面接上一晶振或输入震荡信号，就可以产生单片机所需要的各种时钟信号。
有一个可寻址64KB外部数据存储器，还可以寻址64KB外部程序存储器的三总线的控制电路。
3.1.1 时钟电路
STC89C52单片机通常产生两种方式的时钟信号：一种是内部时钟方式，另
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外一种外部时钟方式。内部时钟方式如图3-3所示。在STC89C52单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1(18)和XTAL2(19)引脚外接石英晶体(简称晶振)，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值为30pF。晶振CYS的振荡频率范围在1.2~12MHz间选择，本设计该值选为12MHz。
图3-3 STC89C52内部时钟电路
3.1.2 复位电路
当在STC89C52单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作。系统复位是任何微机系统执行的第一步，它使整个控制芯片回到默认的硬件状态下，也就是单片机的片内电路初始化，是单片机从一种确定的初态开始运行。
复位电路工作原理如图3-4所示，Vcc上电时，C3充电，在电阻R1出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C3充满，电阻R1上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下S0，C3放电；松开按键后，C3又充电，在电阻R1上出现电压，是单片机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。
图3-4 STC89C52复位电路
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3.2 烟雾探测电路的设计
如图3-5所示，在这个电路中，有两个部分，主要是MQ-2烟雾传感器和数模转换芯片ADC0809。MQ-2传感器获得室内煤气浓度的原始信号，再进入数模芯片ADC0809转换器，把原始模拟的信号转化为数字信号，从而得到被测对象的数字量信号，传给单片机。
STADC08091234567891011121314In3In4In5In6In7STARTEOCD3OECLOCKVccVref+GNDD1ADC1ADC0809In2In1In0ADDAADDBADDCALED7D6D5D4D0Vref-D22827262524232221201918171615INGNDEOCD3OECLK+5D7D6D5D4D0D1GNDC4IND2R81kR7GND2.2104654+5123RL3AFAMQ-2BFBGND
图3-5 烟雾探测电路
3.2.1 MQ-2介绍
MQ-2型气体传感器用于以氢气为主要成分的城市煤气、天然气的测量，而且它抗干扰能力很强，水蒸气、烟等干扰气体对它的影响很小[9]。
MQ-2型气敏元件具有以下特点：
(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。
MQ-2型气敏元件有两种型号。MQ-2A型适用于天然气、城市煤气、石油液化气、丙丁烷及氢气等;MQ-2型适用于烟雾等减光型有害气体。
封装好的气敏元件有６只针状管脚，其中４个用于信号取出，２个用于提供加热电流。
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