一种可燃气体检测电路

1.本实用新型涉及可燃气体探测报警技术领域，尤其涉及一种可燃气体检测电路。


背景技术：

2.随着科技的进步，社会的发展，生产力水平的不断提高，液化气、天然气不仅在化工产业中扮演着重要的角色，也成了寻常百姓家中不可或缺的东西。可燃气体应用技术的迅速发展，使得可燃气体的使用人群不断扩大，而可燃气体一旦发生泄露，就特别容易引起严重的安全事故。
3.由于人们并不能够直接闻到可燃气体的味道，所以有人想出在常用液化气、天然气等可燃气体中加入有特别味道的惰性气体二苯醚，但人为鉴别具有极大的主观因素，甚至因慌张而产生误判。人们知道气体泄露了，却不知道空气中可燃气体的浓度有多大，不能判断是赶紧疏散人群，撤离到安全的地方，还是有时间去对泄露的地方做出简单的处理，直接避免灾难的发生，避免财产的损失。由此可见，人们无法对可燃气体的泄露量作出判断，更是确定不了是否会达到燃烧和爆炸的条件，而且靠人力长期性、重复性的去监测可燃气体的浓度，是不现实的。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种可燃气体检测电路，可以实时检测周围可燃气体的浓度并将浓度变化动态地显示出来，当可燃气体浓度达到报警值时，将作出报警反应，从而防止意外发生。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种可燃气体检测电路，包括单片机、复位电路、按键电路、显示电路、气体浓度传感器电路、声光报警电路以及为各部件进行供电的电源模块，所述复位电路的一端连接单片机的复位引脚，所述按键电路包括加、减按键且加、减按键分别连接单片机的外部中断0输入口int0和外部中断1输入口int1，用于调整报警浓度值，所述显示电路包括液晶显示器，所述液晶显示器的i/o数据口和选择信号控制端口分别连接单片机的i/o口，用于显示当前气体浓度值和预设的报警浓度值，所述气体浓度传感器电路包括a/d转换芯片和烟雾传感器，所述烟雾传感器的模拟信号输出口连接a/d转换芯片的模拟信号输入口，用于模拟信号的输入，所述a/d转换芯片的片选口、时钟输入口、数字信号输出端分别连接单片机的i/o口，用于数字信号的处理，所述声光报警电路包括蜂鸣器、发光二极管和三极管，所述蜂鸣器和发光二极管并联连接后与三级管的一端串联，所述三极管的另一端连接单片机的i/o口，用于接收单片机产生的声光报警信号，并通过蜂鸣器发出蜂鸣声，发光二极管发出光来实现报警。
6.优选地，上述可燃气体检测电路还包括晶振电路，所述晶振电路的两端分别连接单片机的两个外部晶振接口。
7.更优选地，所述单片机为80c51单片机，所述晶振电路的两端分别连接单片机的xtal1端和xtal2端。
8.优选地，所述单片机为80c51单片机，所述液晶显示器为smc1602a液晶led显示器，所述液晶显示器的d0至d7端分别连接单片机的p00至p07端，所述液晶显示器的rs、r/w、e端分别连接单片机的p25至27端。
9.优选地，所述单片机为80c51单片机，所述a/d转换芯片为adc0832芯片，所述烟雾传感器为mq-2传感器，所述烟雾传感器的ao端连接a/d转换芯片的ch0端，所述a/d转换芯片的cs端连接单片机的p10端，所述a/d转换芯片的clk端连接单片机的p11端，所述a/d转换芯片的do与di端共同连接单片机的p12端。
10.优选地，所述单片机为80c51单片机，所述复位电路的一端连接单片机的rst端,所述加、减按键分别连接单片机的p32和p33端。
11.优选地，所述电源模块为单一直流稳压电源。
12.上述可燃气体检测电路可以实时检测周围可燃气体的浓度并将浓度变化动态地显示出来，当可燃气体浓度达到报警值时，将作出报警反应，从而防止意外发生。另外，上述可燃气体检测电路在报警方面采用常规的蜂鸣报警方式和特有的灯光闪烁方式，能够起到明显的警示作用，而且该电路的构建成本较低，同时还可以实现精准检测和及时报警。
附图说明
13.图1为实施例中可燃气体检测电路的结构框图；
14.图2为实施例中80c51单片机的封装和引脚图；
15.图3为实施例中电源模块的电路图；
16.图4为实施例中复位电路的电路图；
17.图5为实施例中晶振电路及按键电路的电路图；
18.图6为实施例中声光报警电路的电路图；
19.图7为实施例中adc0832芯片的引脚图；
20.图8为实施例中气体浓度传感器电路的电路图；
21.图9为实施例中显示电路的电路图；
22.图10为实施例中主程序流程框图；
23.图11为实施例中ad转换子程序流程框图；
24.图12为实施例中显示子程序流程框图；
25.图13为实施例中报警子程序流程框图；
26.图14为实施例中仿真电路设计图。
具体实施方式
27.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。
28.如图1所示，一种可燃气体检测电路，包括单片机、复位电路、按键电路、显示电路、气体浓度传感器电路、声光报警电路以及为各部件进行供电的电源模块，复位电路的一端连接单片机的复位引脚，按键电路包括加、减按键且加、减按键分别连接单片机的外部中断0输入口int0和外部中断1输入口int1，用于调整报警浓度值，显示电路包括液晶显示器，液晶显示器的i/o数据口和选择信号控制端口分别连接单片机的i/o口，用于显示当前气体浓
度值和预设的报警浓度值，气体浓度传感器电路包括a/d转换芯片和烟雾传感器，烟雾传感器的模拟信号输出口连接a/d转换芯片的模拟信号输入口，用于模拟信号的输入，a/d转换芯片的片选口、时钟输入口、数字信号输出端分别连接单片机的i/o口，用于数字信号的处理，声光报警电路包括蜂鸣器、发光二极管和三极管，蜂鸣器和发光二极管并联连接后与三级管的一端串联，三极管的另一端连接单片机的i/o口，用于接收单片机产生的声光报警信号，并通过蜂鸣器发出蜂鸣声，发光二极管发出光来实现报警。
29.上述可燃气体检测电路可以实时检测周围可燃气体的浓度并将浓度变化动态地显示出来，当可燃气体浓度达到报警值时，将作出报警反应，从而防止意外发生。另外，上述可燃气体检测电路在报警方面采用常规的蜂鸣报警方式和特有的灯光闪烁方式，能够起到明显的警示作用，而且该电路的构建成本较低，同时还可以实现精准检测和及时报警。
30.在本实施例中，单片机为80c51单片机，可以采用at89c51，a/d转换芯片为adc0832芯片，烟雾传感器为mq-2传感器，液晶显示器为smc1602a液晶led显示器，电源模块为单一直流稳压电源。
31.在本实施例中，烟雾传感器的ao端连接a/d转换芯片的ch0端，a/d转换芯片的cs端连接单片机的p10端，a/d转换芯片的clk端连接单片机的p11端，a/d转换芯片的do与di端共同连接单片机的p12端。液晶显示器的d0至d7端分别连接单片机的p00至p07端，液晶显示器的rs、r/w、e端分别连接单片机的p25至27端。复位电路的一端连接单片机的rst端。加、减按键分别连接单片机的p32和p33端。另外，上述可燃气体检测电路还包括晶振电路，晶振电路的两端分别连接单片机的两个外部晶振接口xtal1端和xtal2端。
32.下面对各器件进行介绍说明。
33.1、单片机。
34.80c51单片机主要组成部分包括cpu系统、存储器系统、i/o口和其他单元。cpu系统包括8位cpu，含布尔处理器，算数/逻辑运算电路，控制电路。存储器系统包括内部数据存储器和内部程序存储器，内部数据存储器分为128个专用单元和128个客户单元以及部分做地址寄存器使用，内部程序存储器只有4kb掩膜做程序的存储作用以及原始数据的存放作用。
35.80c51单片机的封装和引脚如图2所示，80c51单片机芯片共有40个引脚，其中32个为i/o口，另外8个分别为地线接口vss，5v电源接口vcc，地址锁存控制口ale，外rom读选通控制口psen，内外rom读选控制口ea，复位信号口rst以及两个外部晶振接口xtal1和xtal2。
36.2、电源模块。
37.由于单片机芯片的电源接口电压为5v，没有其它电压需求，所以电源模块的输入直接使用5v供电，并采用usb接头做电源输入口，取电方便。电源模块中d1为电源指示灯，r2为led灯的限流电阻，s1位电源总开关。电源模块的电路设计图如图3所示。
38.3、复位电路。
39.复位电路的设计采用的是按键电平复位，它既能实现按键复位，也能实现上电复位。上电复位通过电容的充放电来实现，在充电的瞬间将复位脚拉高，但足以满足复位的要求。而按键电平复位是当按键按下时，电源通过电阻与复位脚相连，拉高复位脚，实现复位功能。复位电路的电路设计图如图4所示，复位时各寄存器的状态如下。
40.寄存器名称：pc，状态值：0000h；
41.寄存器名称：acc，状态值：00h；
42.寄存器名称：b，状态值：00h；
43.寄存器名称：bsw，状态值：00h；
44.寄存器名称：sp，状态值：07h；
45.寄存器名称：dptr，状态值：0000h；
46.寄存器名称：p0-p3，状态值：ffh；
47.寄存器名称：ip，状态值：xx000000b；
48.寄存器名称：ie，状态值：xx000000b；
49.寄存器名称：tmod，状态值：00h；
50.寄存器名称：tcon，状态值：00h；
51.寄存器名称：tho，状态值：00h；
52.寄存器名称：tl0，状态值：00h；
53.寄存器名称：th1，状态值：00h；
54.寄存器名称：tl1，状态值：00h；
55.寄存器名称：scon，状态值：00h；
56.寄存器名称：sbuf，状态值：xxxxxxxxb；
57.寄存器名称：pcon，状态值：0xxx0000b。
58.4、晶振电路和报警值设置按键电路。
59.晶振电路中采用12mhz的晶振，电容c1、c2为22pf，起电容匹配作用，当外接电路的总电容与晶振内部的效应电容大小一致时，晶振的振动频率就愈加接近标称值。报警设置按键直接连到p32和p33，分别利用它们的第二功能t0（定时/计数器0计数输入）和t1（定时/计数器1计数输入）做计数器使用。晶振电路和报警值设置按键电路的电路设计图如图5所示。
60.5、声光报警电路。
61.声光报警电路主要由蜂鸣器和发光二极管组成，声光报警信号由p17口产生，当需要报警时，p17口被程序控制置为低电平，使得三极管q1导通，发光二极管和蜂鸣器并联之后接地，构成通路，蜂鸣器发出蜂鸣声，发光二极管发光，完成报警功能。声光报警电路的电路设计图如图6所示。
62.6、a/d转换电路。
63.6.1、a/d转换芯片adc0832的特点。
64.a/d转换芯片adc0832拥有两个模拟信号处理通道，虽然不能对两个通道中的不同信号同时进行处理，但可以让两个通道采取同一模拟量，通过两个通道之间的数据比较来互相验证，从而减少信号传输过程中产生的误差。由于只要32us的数据转换时间，所以它是一款准确度高、稳定性强的快速a/d转换芯片。其主要特点如下：精确度达到可将测量的数据分为二的八次方份；5v单电源供电；在0～5v的输入范围内，完全可以正常处理输入信号；输入输出电平信号皆符合常用电平的标准，适用于ttl和cmos通信；在工作频率达到额定值时，数据转换时间可快达32us；模拟数据输入通道有个，可通过程序控制选用；功耗低至15mw。
65.6.2、adc0832芯片的外部引脚及其说明。
66.adc0832各引脚命名以及排列情况如图7所示。
67.对各引脚说明如下：
68.cs——片选口，低电平有效；
69.ch0——模拟信号输入口0，可引脚复用成in+/-口；
70.ch1——模拟信号输入口1，可引脚复用成in+/-口；
71.di——模拟数据输入通道选择控制口；
72.do——模拟数据输出通道选择控制口；
73.clk——串行时钟输入端；
74.vcc/ref——既可以作标准电压5v输入口又可复用为参考电压输入口；
75.gnd——电源地。
76.7、气体浓度传感器电路。
77.传感器电路主要由mq-2传感器和adc0832芯片组成，mq-2传感器有四个接口，分别是电源vcc接口、地线接口、数字信号输出口d0和模拟信号输出口a0。adc0832芯片的八个接口中，有四个是数据口，它们分别是1脚的cs片选口，7脚的clk时钟口，6脚的d0和5脚的di共同做数字信号输出口。在传感器的电路设计中，将传感器的a0口连接到adc0832的模拟信号输入口cho，做a/d芯片模拟信号的输入。adc0832芯片的片选口由单片机芯片的p10口直接控制，时钟输入口clk由单片机芯片的p11口通过程序来实现时钟信号的控制，数字信号输出端d0与di，由于并不能同时工作，所以直接串联起来输入到单片机芯片的p12口，作数字信号处理。当单片机芯片的p10口置低，且一直保持低电平时，整个传感器电路可以维持正常工作。传感器硬件电路的设计见图8，对于adc0832芯片的位配置和通道选择的具体设定如下。
78.输入形式：差分输入1，配置位ch0：0，配置位ch1：0，选择通道cho：+，选择通道ch1：-；
79.输入形式：差分输入2，配置位ch0：0，配置位ch1：1，选择通道cho：-，选择通道ch1：+；
80.输入形式：单端输入1，配置位ch0：1，配置位ch1：0，选择通道cho：+，选择通道ch1：无；
81.输入形式：单端输入2，配置位ch0：1，配置位ch1:1，选择通道cho：无，选择通道ch1：+。
82.8、显示电路。
83.液晶显示器(led)为平面型的超薄显示设备，液晶显示器功耗很低，是一种适和用电池做电源输入的低能耗电子设备。液晶显示器(led)的基本组成结构为：将一块通电发光的半导体材料放置于一个底部布有数个接口引线的塑料架子上，用环氧树脂将其牢牢固定在架子上，并将接触缝隙堵住，起到防止尘、抗震以及保护内部引线的作用。
84.液晶显示器(led)的特点：（1）器件轻薄；使用及携带方便；（2）尺寸较小，能节省插件空间；（3）待机和运行状态下，功耗都比较低，节能省电，无需考虑温升的影响；（4）低辐射，有利于人体健康，显示稳定，无闪烁跳动，对人眼伤害低。
85.液晶显示器采用的是smc1602a液晶led显示器，该显示器可在4.5v到5.5v的电压范围内正常工作，在5v的电压输入下，其工作电流为2ma，额定功率为10mw，故而能耗特别低。smc1602a液晶led显示器各引脚功能如下。
86.序号：1，名称：vss，引脚功能：地线接口；
87.序号：2，名称：vdd，引脚功能：电源接口；
88.序号：3，名称：vl，引脚功能：偏压信号控制口；
89.序号：4，名称：rs，引脚功能：数据命令选择控制口；
90.序号：5，名称：r/w，引脚功能：读写选择控制口；
91.序号：6，名称：e，引脚功能：使能口；
92.序号：7，名称：d0，引脚功能：i/o数据口0；
93.序号：8，名称：d1，引脚功能：i/o数据口1；
94.序号：9，名称：d2，引脚功能：i/o数据口2；
95.序号：10，名称：d3，引脚功能：i/o数据口3；
96.序号：11，名称：d4，引脚功能：i/o数据口4；
97.序号：12，名称：d5，引脚功能：i/o数据口5；
98.序号：13，名称：d6，引脚功能：i/o数据口6；
99.序号：14，名称：d7，引脚功能：i/o数据口7；
100.序号：15，名称：bla，引脚功能：反面发光电源正极；
101.序号：16，名称：blk，引脚功能：反面发光电源负极。
102.在显示模块的原理图设计中，采用单片机芯片的p00-p07口作液晶显示器的数据控制口，直接与显示器的d0-d7口相连接，滑动变阻器w1为液晶显示器的亮度调节电阻，单片机芯片的p25-p27口直接与液晶显示器的选择信号控制口相连，实现数据/命令、读/写以及使能口的控制。其电路设计如图9所示。
103.综上所述，本实施例提供一种可燃气体检测电路，它是以单片机芯片at89c51作为主要的程序处理器，接口各功能需求的外围电路构成。其中电源模块采用单一直流稳压电源，其构造简单，输出稳定。采集可燃气体浓度所使用的传感器为mq-2烟雾传感器，该传感器外形小、响应快、价格便宜，非常适用于可燃气体探测报警器。a/d转换器采用的是adc0832芯片，该芯片是一个8位的a/d转换的器件，具有功耗低，性能稳定的特点。由于需要显示气体浓度单位以及欢迎界面的字符，故而采用较为廉价的液晶显示屏来实现数据及动态字符的显示功能。报警方面采用常规的蜂鸣报警方式和特有的灯光闪烁方式，可以起到明显的警示作用。这些器件搭建的可燃气体检测电路既能实现精确检测、及时报警，又极大程度地减少了制作成本。
104.另外，本实施例还根据可燃气体检测电路做了相应的程序设计，具体如下。
105.程序包含程序主体部分和气体浓度采集程序子模块、a/d转换子模块、显示子模块、信号对比处理子模块以及报警子模块等。主程序流程框图如图10所示。
106.adc0832芯片可以将传感元件mq-2检测到的气体浓度值这一模拟信号转换成数字脉冲信号,整个设计的核心处理芯片at89c51对转换后的信号进行处理后，得到动态的气体浓度值，通过与报警值相比较，判断是否做出报警动作。同时，将测得的浓度值送入数码管显示，并根据浓度的变化实时的改变显示的数值。a/d转换子程序设计框图如图11所示。
107.液晶显示器与单片机的接口电路控制流程图如图12所示。
108.当浓度超标时，单片机通过程序让p17口输出为0，启动声光报警电路，发出警报。报警电路控制程序设计流程图如图13所示。
109.本实施例还针对上述可燃气体检测电路做了软件仿真测试。
110.设计采用proteus软件进行仿真，在该软件中构建的仿真电路图如图14所示，传感器mq-2无法仿真实现，这里用一个电位器改变adc0832数据输入口的电压值来代替。
111.如图14所示，当调节电位器的阻值之后，显示屏上的浓度值会增大，当它超过报警值的时候，p17口会输出一个高电平，使得报警电路中的蜂鸣器工作起来。报警浓度值可以通过图中的加键和减键来进行加减操作，根据需求设定一个合适的报警浓度值。图中仿真的复位按键也能够起到复位整个系统的作用，用以防止系统卡死或者进入死循环。经过仿真调试，该软件对硬件实物进行了完美的仿真，对实物的制作与修改起到了很大的辅助作用。
112.此外，本实施例的可燃气体检测电路可制作成可燃气体探测报警器，并已制成实物，并且还对实物做了测试。
113.上电之后，电源指示灯保持长亮，液晶显示屏会出现一个开机界面，显示“hello，welcome”字样。开机之后，液晶显示屏上面会显示当前的可燃气体浓度值和预先设置的报警浓度及其单位“mg/l”。报警浓度的设定可根据具体要求作改变，电路板上左边的按键为报警浓度增加按键，右边的按键为报警浓度减小按键。实物的调试过程中，使用的是打火机里面的可燃气体，在经过一段时间的预热后，将打火机的气体发出口对着传感器释放出可燃气体，当检测到的可燃气体浓度超过设定的报警值时，蜂鸣器会发出蜂鸣声，发光二极管也会间歇地闪烁。
114.以上所述，仅为本实用新型的较佳实施而已，并非本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已为较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型产品形态和样式，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许改动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，均属于本实用新型技术方案的专利范畴内。

技术特征：
1.一种可燃气体检测电路，其特征在于：包括单片机、复位电路、按键电路、显示电路、气体浓度传感器电路、声光报警电路以及为各部件进行供电的电源模块，所述复位电路的一端连接单片机的复位引脚，所述按键电路包括加、减按键且加、减按键分别连接单片机的外部中断0输入口int0和外部中断1输入口int1，用于调整报警浓度值，所述显示电路包括液晶显示器，所述液晶显示器的i/o数据口和选择信号控制端口分别连接单片机的i/o口，用于显示当前气体浓度值和预设的报警浓度值，所述气体浓度传感器电路包括a/d转换芯片和烟雾传感器，所述烟雾传感器的模拟信号输出口连接a/d转换芯片的模拟信号输入口，用于模拟信号的输入，所述a/d转换芯片的片选口、时钟输入口、数字信号输出端分别连接单片机的i/o口，用于数字信号的处理，所述声光报警电路包括蜂鸣器、发光二极管和三极管，所述蜂鸣器和发光二极管并联连接后与三级管的一端串联，所述三极管的另一端连接单片机的i/o口，用于接收单片机产生的声光报警信号，并通过蜂鸣器发出蜂鸣声，发光二极管发出光来实现报警。2.根据权利要求1所述的可燃气体检测电路，其特征在于：还包括晶振电路，所述晶振电路的两端分别连接单片机的两个外部晶振接口。3.根据权利要求2所述的可燃气体检测电路，其特征在于：所述单片机为80c51单片机，所述晶振电路的两端分别连接单片机的xtal1端和xtal2端。4.根据权利要求1所述的可燃气体检测电路，其特征在于：所述单片机为80c51单片机，所述液晶显示器为smc1602a液晶led显示器，所述液晶显示器的d0至d7端分别连接单片机的p00至p07端，所述液晶显示器的rs、r/w、e端分别连接单片机的p25至27端。5.根据权利要求1所述的可燃气体检测电路，其特征在于：所述单片机为80c51单片机，所述a/d转换芯片为adc0832芯片，所述烟雾传感器为mq-2传感器，所述烟雾传感器的ao端连接a/d转换芯片的ch0端，所述a/d转换芯片的cs端连接单片机的p10端，所述a/d转换芯片的clk端连接单片机的p11端，所述a/d转换芯片的do与di端共同连接单片机的p12端。6.根据权利要求1所述的可燃气体检测电路，其特征在于：所述单片机为80c51单片机，所述复位电路的一端连接单片机的rst端,所述加、减按键分别连接单片机的p32和p33端。7.根据权利要求1所述的可燃气体检测电路，其特征在于：所述电源模块为单一直流稳压电源。

技术总结
一种可燃气体检测电路，涉及可燃气体探测报警技术领域。前述电路包括单片机、复位电路、按键电路、显示电路、气体浓度传感器电路、声光报警电路、电源模块，按键电路包括加、减按键，显示电路包括液晶显示器，液晶显示器的I/O数据口和选择信号控制端口分别连接单片机的I/O口，气体浓度传感器电路包括A/D转换芯片和烟雾传感器，烟雾传感器的模拟信号输出口连接A/D转换芯片的模拟信号输入口，A/D转换芯片的片选口、时钟输入口、数字信号输出端分别连接单片机的I/O口，声光报警电路包括蜂鸣器、发光二极管和三极管。上述方案可以实时检测周围可燃气体的浓度并将浓度变化动态地显示出来，当可燃气体浓度达到报警值时，将作出报警反应，从而防止意外发生。而防止意外发生。而防止意外发生。


技术研发人员：王晓丽 何凡 欧阳晶
受保护的技术使用者：湖南工学院
技术研发日：2022.03.24
技术公布日：2023/7/5