目 录
一、 引言 1
（一） 甲烷检测控制系统的发展背景 1
（二） 甲烷检测的国内外研究现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控核心的选择 3
（二） C51单片机概述 3
（三） MQ-4甲烷浓度传感器概述 5
（四） ADC0832模数转换芯片概述 6
（五） LCD1602液晶显示器介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 系统总体设计 9
（二） C51单片机最小系统设计 9
（三） MQ-4甲烷浓度传感器和ADC0832芯片电路设计 10
（四） 液晶显示电路设计 11
（五） 报警器模块设计 12
四、 软件系统设计 13
（一） 主程序流程设计 13
（二） MQ-4甲烷浓度传感器和ADC0832模数转换流程设计 14
（三） LCD1602显示流程设计 14
（四） 报警流程图设计 15
总结 17
参考文献 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB图 20
附录三 元件列表 21
附录四 程序 22
致谢 27
引言
甲烷检测控制系统的发展背景
甲烷检测在电子技术发展成熟之后就变得简单而快捷起来，在过去对于甲烷的检测完全依赖化学作用，对于甲烷气体浓度的检测往往涉及到多个化学反应式和多种试剂的参与，因此不但工序繁琐并且带有一定的危险性。而随着微电子技术、控制技术以及传感器技术的迅猛发展，电化学技术由此产生，这是一种借助半导体技术，将以特殊性质的半导体材料加入到电子线路中，从而能够表现出一定的化学现象，这种化学现象的结果是以电的形式（电压、电流或者电磁）进行输出，从而控制器去测量该电学量，从而形成一套自动的化学测量系统，这就是电化学技术，它必须依靠电子线路以及控制芯片的作用才能发挥作用，本文的甲烷检测仪就是一种典型的电化学测量系统，它以MQ-4型传感器作为甲烷的敏感元件，
 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2# 
迅猛发展，电化学技术由此产生，这是一种借助半导体技术，将以特殊性质的半导体材料加入到电子线路中，从而能够表现出一定的化学现象，这种化学现象的结果是以电的形式（电压、电流或者电磁）进行输出，从而控制器去测量该电学量，从而形成一套自动的化学测量系统，这就是电化学技术，它必须依靠电子线路以及控制芯片的作用才能发挥作用，本文的甲烷检测仪就是一种典型的电化学测量系统，它以MQ-4型传感器作为甲烷的敏感元件，用于检测甲烷气体的浓度，并通过电压值大小的形式来表征甲烷浓度的大小，从而单片机系统去采集电压值大小就能直接得到环境中甲烷浓度的具体值。甲烷气体在自然界的分布非常广泛，很多常见的气体中都有这种成分，如沼气、天然气中，甲烷是其主要成分，甲烷在工业上也被称为“瓦斯”，它是过去多起瓦斯爆炸的主要罪魁祸首，由于甲烷在物理上表现为无色无味，因此当它弥散在空气中或者矿井中时，不容易被人发现，必须依靠特殊的检测仪器才能检测到它的存在，然而当它在空气中积累到一定的浓度时，一触及明火立即引起爆炸，很多小矿井的瓦斯爆炸多数是由于这一原因造成的。目前人们对于甲烷的检测多依靠造价较昂贵的甲烷检测仪器来完成，这种仪器不但体型较为庞大并且其操作面板上的按键较多，操作起来非常复杂，这也是导致许多小煤矿企业所不能接收的主要原因之一，因此设计出一种便于手携并且操作简便的甲烷检测仪成为了许许多多企业或者家庭的新要求，由于甲烷也是家用天然气的主要成分，因此在家居生活中，天然气泄漏也是一种不易被察觉的危险现象，为了避免这种危害的发生，简易的、使用方便的甲烷浓度检测仪也是家庭的必备工具。综合上述多种原因，结合了本人大学期间对专业知识的学习，选用了目前市面上较为流行的MQ-4型甲烷浓度传感器作为检测机制的核心，并配合了一款性能较高主控芯片作为控制核心，设计一款具有自动检测功能的甲烷浓度检测仪。
甲烷检测的国内外研究现状
目前国内外对于甲烷检测仪的已经研究出了多种成熟的办法，由于目前单片机技术已经非常完善，并且传感器的功能和特性也在朝着多样性的方向发展，其体积和大小正在不断接近嵌入式和袖珍型，因此甲烷检测仪也在不断被技术人员所完善。在前不久的世界大学生电子设计大赛上，有一组参赛作品针对甲烷检测提出了新的观点，他们不但将甲烷检测模块嵌入到手机内部，更结合了手机的GSM模块通过短信将实时测到的甲烷浓度发送出去，从而更加方便地实现了对甲烷浓度的监视。
本文主要研究内容
本文主要结合了大学期间掌握的单片机以及电子电路知识，设计了一款能够自动检测甲烷浓度的检测仪。为了使得本设计实现最大的智能化，选用了单片机作为本系统的主控核心，并配备了显示屏和报警器等模块。为了能够使检测仪能够手携，本设计尽量完善线路布局，从而不断减小PCB板的面积，使得硬件系统的体积最小化。
方案选择及元器件介绍
主控核心的选择
方案一：选择学生群体使用最多的C51单片机作为本系统的主控核心，由于在大学期间对于C51单片机具有较为系统的学习，其内功的结构原理、模块组成以及程序编写，以及掌握了一套较为熟悉的流程，因此能够为本设计的顺利完成奠定夯实的基础。另外C51单片机内部已经集成了一个容量为4K的加密型FLASH和一个大小为128字节的RAM，足以够本系统的使用，再者C51单片机内部的两个8位定时器在经过简单的寄存器配置后，能够灵活的在本系统中提供精准的定时，为一些需要精准时基的地方提供帮助。根据C51单片机的资料显示，其P3.2和P3.3两个管脚带有中断功能，如果按键接在这两个管脚上，经过中断服务程序，能够方便的配置程序代码的运行。虽然目前市面上C51单片机的生产厂家众多，目前使用最多的是美国ATMEL公司生产的AT89C51和中国宏晶公司生产的STC89C51单片机，这两款单片机目前已经占据了C51单片机市场的主要份额，虽然生产厂家不同，然而这些C51单片机都可以相互替代，在使用上几乎没有任何区别，这也是使用C51单片机作为系统核心的另一个优点。
方案二：选择美国德州仪器（TI）公司研发的MSP430系列单片机作为主控核心，这种单片机进入市场的最大优势是其低功耗性能，该公司曾用一个新鲜柠檬的汁液进行处理来给430单片机供电，以此来展示其低功耗的优势。430单片机采用了RISC精简指令系统，另外430是一种16位单片机，该系列单片机的高端型号的主频能够达到40M，处理速度相对于经典的8位单片机来说非常快。430单片机中大多数芯片具有JTAG口，这使得用户能够通过专用的仿真器来设置断点来分析程序的运行现象，方便查看相关的寄存器值，给程序调试带来了极大的方便，为项目的成功
原文链接：http://www.jxszl.com/dzxx/txgc/33382.html