淺談溫濕度與燃氣檢測機的設(shè)計

許英杰　　康彥婷　吳　威（齊齊哈爾工程學院，黑龍江　齊齊哈爾　　161005）

淺談溫濕度與燃氣檢測機的設(shè)計

許英杰康彥婷吳威
（齊齊哈爾工程學院，黑龍江齊齊哈爾161005）

摘要：為了使城市居民在使用高效、清潔的燃氣能源的同時得到更好的安全保障，本文設(shè)計開發(fā)了適合家庭使用的燃氣檢測機。采用了具有強大編程能力的STC12C5A60S2單片機為燃氣檢測機的核心部件，對家庭使用的可燃氣體檢測、報警等控制，本文介紹了一種居民用燃氣檢測機的設(shè)計開發(fā)，討論了燃氣檢測機的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計等。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟實用和智能化程度高等特點。

關(guān)鍵詞：單片機；溫濕度傳感器；氣體傳感器；液晶顯示

本文主要研究設(shè)計一個基于STC12C系列單片機的燃氣檢測機，實現(xiàn)對廚房可燃氣體、溫度、濕度等信息的采集，并同時和預(yù)設(shè)值相比較，判斷是否超過預(yù)設(shè)值，超過預(yù)設(shè)值時實現(xiàn)蜂鳴器聲音進行報警功能。控制系統(tǒng)主要是由STC12C5A60S2單片機、電源單元、AD數(shù)據(jù)采集單元、傳感器單元、復(fù)位電路、實時時鐘電路、TFT液晶顯示與鍵盤輸入單元接口電路、聲音報警單元電路等部分組成。單片機通過AD轉(zhuǎn)換將傳感器得到的信號，進行采集，并將采集到的數(shù)值和預(yù)設(shè)值進行比較處理，異常時蜂鳴器發(fā)出報警信息。同時在TFT彩屏液晶上實時顯示當前的測量值。

1　硬件電路設(shè)計

1.1主控制器

宏晶科技生產(chǎn)的STC12C5A60S2/ AD/PWM系列單片機是單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是新一代高速、低功耗、超強抗干擾的8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度比傳統(tǒng)8051快8-12倍。內(nèi)部集成專用復(fù)位電路MAX810，具有2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S），針對電機控制，強干擾場合。STC12C系列單片機工作電壓范圍為5.5V-3.5V工作頻率范圍為：0～35MHz，片上集成1280字節(jié)的RAM。STC12C5A60S2單片機具有豐富的外設(shè)接口：4個16位定時器、3個時鐘輸出口、PWM（2路）/PCA（2路）、8路10位精度ADC，轉(zhuǎn)換速度可達250K/S、通用全雙工異步串行口等。本設(shè)計選擇這款單片機主要是因為其具有SPI外設(shè)，可以直接控制2.2寸SPI串口TFT液晶彩屏模塊顯示采集到的溫度、濕度、可燃氣體濃度等信息。

1.2DHT11溫濕度傳感器模塊

DHT11是一款輸出數(shù)字信號的溫濕度傳感器模塊，內(nèi)部已經(jīng)對輸出的數(shù)字信號進行校準。由于應(yīng)用專用的數(shù)字采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，可靠性好穩(wěn)定性高。DHT11由一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件組成。其具有質(zhì)量好、響應(yīng)速度比較快、抗干擾能力強、性價比高等特點。每個DHT11都在濕度校驗室中進行過精確的濕度校準，校準系數(shù)存儲在DHT11的OTP內(nèi)存中，DHT11內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。DHT11屬于單線制串行接口數(shù)據(jù)總線，系統(tǒng)集成比較簡單。DHT11具有體積小、功耗低，信號傳輸距離遠等特點，適用于各類要求嚴格的場合。

DHT11的電源為直流3V～5.5V，上電后等待1秒左右的時間，使傳感器輸出穩(wěn)定。DHT11的電源引腳和接地引腳之間需要添加一個100nF的電解電容，用來為其供電電源去耦濾波。本設(shè)計對DHT11的操作過程為：單片機首先發(fā)送一次起始信號，接收到信號后DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，當單片機的起始信號結(jié)束后，DHT11向單片機發(fā)送響應(yīng)信號，發(fā)送出40位的數(shù)據(jù)，并進行一次溫濕度的信號采集，在程序中單片機選擇性的讀取40位數(shù)據(jù)中的溫度和濕度數(shù)據(jù)。

1.3MQ-5氣體傳感器

MQ-5氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫（SnO2）。當MQ-5的環(huán)境中存在可燃性氣體時，其電導(dǎo)率隨著環(huán)境中可燃性氣體濃度的增加而線性增大，設(shè)計相應(yīng)的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)變?yōu)榕c環(huán)境中氣體濃度相對應(yīng)的輸出電壓或者電流信號。MQ-5對丁烷、丙烷、甲烷的靈敏度比較高，對甲烷和丙烷的敏感性較高。MQ-5可以檢測許多可燃性氣體，尤其是天然氣，其是一種適合于多種應(yīng)用場合的低成本、可靠性強、穩(wěn)定性高的可燃性氣體傳感器。

MQ-5傳感器的電氣特性為：輸入電壓：DC5V功耗（電流）：150mA；DO輸出：TTL數(shù)字量0和1（0.1V和5V）；AO輸出：0.1V～0.3V（相對無污染），最高濃度電壓4V左右。

1.3TFT彩屏模塊

TFT彩屏模塊可以由5V或者3.3V供電，兼容5V和3.3V的IO電平，集成背光控制電路，可以控制通斷或者PWM調(diào)光，集成SD卡擴展電路，預(yù)留SPI的FLASH字庫電路，擴展方便。TFT模塊和單片機連接為：單片機P3.2接液晶模塊LED引腳，背光可以采用IO控制或者PWM控制，也可以直接接到高電平常亮；單片機P1.7接液晶模塊CLK引腳；單片機P1.5接液晶模塊SDI引腳；單片機P0.2接液晶模塊RS引腳；單片機P0.3接液晶模塊CS引腳；單片機P3.3接液晶模塊RST引腳；VCC可以接5V也可以接3.3V；LED可以接5V，也可以接3.3V或者使用任意空閑IO控制；GND接電源地。

2　軟件設(shè)計

單片機的軟件設(shè)計包括DTH11的初始化程序，MQ-5燃氣傳感器的初始化程序，單片機AD變化初始化程序等。TFT液晶顯示部分程序，顯示的標題為“多功能檢測機”，顯示的內(nèi)容有溫度、濕度、燃氣濃度等。MQ-5氣體傳感器AD轉(zhuǎn)換程序如下，轉(zhuǎn)換MQ-5輸出的燃氣濃度模擬值輸入到單片機的P1.0引腳，通過單片機內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)燃氣濃度的信息采集。

結(jié)語

本文的設(shè)計基于STC12C5A60S2單片機作為主控微處理器的燃氣檢測機，利用DHT11溫濕度傳感器對周圍環(huán)境的溫濕度進行實時采集，利用MQ-5燃氣傳感器對廚房燃氣濃度進行檢測，并通過SPI接口將采集到的溫濕度和燃氣濃度數(shù)據(jù)傳遞到TFT液晶進行實時的顯示。通過和預(yù)設(shè)值進行比較，當檢測到燃氣濃度超過預(yù)設(shè)值時，利用蜂鳴器實現(xiàn)聲音報警。本文設(shè)計的燃氣檢測機具有硬件結(jié)構(gòu)精簡、體積小、能耗低、操作簡單、可視性好等特點。

參考文獻

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中圖分類號：TH137

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