题目5：基于51单片机的可燃气体浓度监控系统设计设计

最新推荐文章于 2025-06-07 10:19:26 发布

相醉为友

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分类专栏：单片机作业文章标签： 51单片机嵌入式硬件单片机

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00 读题

试设计一个基于51单片机的烟雾浓度值检测系统，使之能提供以下功能：

用51单片机做控制芯片，用MQ-2模块来实现烟雾浓度值的检测；
烟雾浓度值通过计算后，要能够准确的显示在LCD1602上面；
当浓度值过高时蜂鸣器开启报警通知，同时直流电机开始转动来模拟空气排放；
具有创新功能的可适当加分。

01 分析

1. 系统组成

主控制单元：SCT89C52单片机
- 51系列单片机，主要负责整个系统的控制和数据处理。
气体检测单元：MQ-2传感器
- MQ-2传感器用于检测烟雾或可燃气体的浓度，使用串口通信。
显示单元：LCD1602
- 用于实时显示气体浓度的值。
报警单元：蜂鸣器
- 当气体浓度超过预设阈值时，蜂鸣器发出声音报警。
空气排放模拟单元：步进电机
- 当气体浓度超标时，步进电机开始转动，模拟空气排放。

02 系统框架

传感器数据采集：
- MQ-2传感器通过串口收发将浓度信号送入单片机
数据处理与显示：
- 单片机对MQ-2传感器的数据进行处理，将16进制信号转换为十进制信号后通过算法计算气体浓度。
- 根据计算的浓度值，单片机驱动LCD1602显示气体浓度。
报警与控制：
- 单片机根据设定的阈值判断气体浓度是否超标。如果超标，激活蜂鸣器报警。
- 同时，控制步进电机转动，通过空气排放来模拟处理气体的功能。
控制逻辑：
- 系统的控制逻辑包括数据采集、浓度计算、显示、报警和排放模拟等功能。系统需要定期检查光照强度，判断是否启用报警功能。

03. 硬件设计

3.1 单片机部分（SCT89C52）

SCT89C52是一个8位单片机，具备丰富的I/O口，可以很好地实现对MQ-2、LCD1602、蜂鸣器和步进电机的控制。

IO引脚分配：
- P1.0 - P1.3：用于控制步进电机
- P3.0：连接MQ-2传感器的TXD。
- P3.1：连接MQ-2传感器的RXD。
- P0.2 - P0.4：连接LCD1602的读写控制脚
- P2.0 - P2.7：连接LCD1602的数据教
- P0.7：连接蜂鸣器。

03. 软件设计

MQ-2传感器：

#include <reg52.h>
#include <intrins.h> 
#include "delay.h"
static unsigned char Send_Byte[9] = {0xFF, 0x01, 0x86, 0, 0, 0, 0, 0, 0x79};
static unsigned char Recv_Byte[9] = { 0 }, index = 0, flag = 0, time_out = 0;
 //初始化串口
void MQ2_Init(void)
{
    SCON = 0x50;    //设置为工作方式1
    PCON &= 0x7F;   //SMOD=0，波特率不加倍
    TMOD = 0x20;    //设置计数器工作方式2
    TH1 = 0xFD;     //计数器初始值设置，波特率是9600的
    TL1 = 0xFD;
    ES = 1;     //打开接收中断
    EA = 1;     //打开总中断
    TR1 = 1;    //定时器1开始工作 
}
 //获取烟雾浓度的函数
int MQ2_Get(void)
{
    unsigned char i = 0;
    for(i = 0; i < 9; i++)
    {
        SBUF = Send_Byte[i];
        while(TI == 0);//等待发送完成
        TI = 0;
    }
    time_out = 2;
    while(!flag && time_out++)//等待接收数据
        delay_ms(10);
    if(time_out == 1)
        return 0;       //超时返回0
    return Recv_Byte[2] * 256 + Recv_Byte[3];
}
 //中断代码
void UART_Routine(void) interrupt 4
 {
    if(RI == 1)
    {
        Recv_Byte[index++] = SBUF;
        if(Recv_Byte[0] != 0xFF)
        {
            index = 0;
            RI = 0;
			return;
		 }
	 if(index == 9)
	 {
		 index = 0;
		 flag = 1;
	 }
	  RI = 0;
   }
}

步进电机控制：

* 步进电机启动函数，angle-需转过的角度 */
void StartMotor(signed long angle)
{
    //在计算前关闭中断，完成后再打开，以避免中断打断计算过程而造成错误
    EA = 0;
    beats = -(angle * 4076) / 360; //实测为4076拍转动一圈
    EA = 1;
}
/* 步进电机停止函数 */
void StopMotor()
{
    EA = 0;
    beats = 0;
    EA = 1;
}
/* 电机转动控制函数 */
void TurnMotor()
{
    unsigned char tmp;  //临时变量
    static unsigned char index = 0;  //节拍输出索引
    unsigned char code BeatCode[8] = {  //步进电机节拍对应的IO控制代码
        0x1, 0x3, 0x2, 0x6, 0x4, 0xc, 0x7, 0x8
    };
    
    if (beats != 0)  //节拍数不为0则产生一个驱动节拍
    {
        if (beats > 0)  //节拍数大于0时正转
        {
            index++;               //正转时节拍输出索引递增
            index = index & 0x07;  //用&操作实现到8归零
            beats--;               //正转时节拍计数递减
        }
        else            //节拍数小于0时反转
        {
            index--;               //反转时节拍输出索引递减
            index = index & 0x07;  //用&操作同样可以实现到-1时归7
            beats++;               //反转时节拍计数递增
        }
        tmp = P_Motor;                    //用tmp把P_Motor口当前值暂存
        tmp = tmp & 0xF0;            //用&操作清零低4位
        tmp = tmp | BeatCode[index]; //用|操作把节拍代码写到低4位
        P_Motor  = tmp;                   //把低4位的节拍代码和高4位的原值送回P_Motor
    }
    else  //节拍数为0则关闭电机所有的相
    {
        P_Motor = P_Motor | 0x00;
    }
}

蜂鸣器控制：
- 通过P0.7口输出控制蜂鸣器开关，当气体浓度超标时，蜂鸣器会发出警报。

 smog =	MQ2_Get( );	
					LCD_ShowNum(8,1,smog,3);
						if( (smog >=smog_limen )&(mode!=10) )
					 {
						 BuzzPlay(200);//蜂鸣器响400ms
								mode=10;
					 }else if( smog <=smog_limen )
						{
							mode=0;//待改
						}

LCD1602显示部分

LcdShowStr(1,1,"Smoke:",6);//LCD_ShowHexNum(0,0,id,16);//LCD_ShowNum
……………………………………………………………………………………
LCD_ShowNum(8,1,smog,3);

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