摘 要本课题设计了一款能够实现天然气泄漏检测功能的远程监控系统，在天然气泄漏检测方面主要通过MQ系列传感器结合STM32单片机最小系统来实现，而在远程监控方面则采用了嵌入式以太网技术来实现，通过uip/TCP 1.0协议构建栈，实现将天然气泄漏值传送到WEB网页上进行显示，用户可以通过浏览器自由查阅监控情况。在软件程序设计方面，通过构建C语言程序将嵌入式以太网的天然气泄漏检测系统需要完成的效果进行指令语句编写，将程序代码烧写到单片机控制器而且上电进行工作后的结果符合系统的设计目标。通过对系统的工作稳定性进行测试发现，不论是在环境剧烈变动还是恒定的环境中，嵌入式以太网的天然气泄漏检测系统都能完成平稳的工作，大量的测试数据表示该嵌入式以太网的天然气泄漏检测系统的性能已经超出市场上大多数相关产品的整体性能。
目录
一、 方案设计及元器件选择 3
（一） 嵌入式以太网的天然气泄漏检测系统的方案设计 3
（二） STM32F103处理器简介 4
（三） MQ5天然气传感器简介 4
（四） ENC28J60嵌入式以太网模块简介 5
二、 系统硬件设计 6
（一） 最小系统电路设计 6
1. 复位电路设计 6
2. 时钟电路设计 6
（二） 天然气浓度检测电路设计 6
（三） 以太网数据交互接口电路设计 7
（四） 浓度超标报警电路设计 8
三、 系统软件设计 10
（一） 嵌入式以太网的天然气泄漏检测系统的主程序流程设计 10
（二） 天然气泄漏检测流程设计 11
（三） 浓度超标报警流程设计 11
四、 实物调试与安装 13
总结 17
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB 21
附录三 元器件列表 22
附录四 程序 23
方案设计及元器件选择
嵌入式以太网的天然气泄漏检测系统的方案设计
本论文通过Visio软件绘制了一个嵌入式以太网的天然气泄漏检测系统的结构 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ^351916072# 
框图，这个框图以较高层面反映了整个控制系统的内部结构框架和数据的流通方向。此框图可以较为清晰的反映嵌入式以太网的天然气泄漏检测系统的实现方案，依照控制与被控的关系，控制芯片与各模块相互间完成了各自间的驱动指令输入输出。嵌入式以太网的天然气泄漏检测系统的单片机最小系统电路由复位电路和时钟电路和STM32F103芯片组成，它是整个系统的关键核心，用来实现对ENC28J60网络模块、LCD1602液晶屏、ADC0832模数传感器、MQ5天然气传感器和有源蜂鸣器等电子元件进行控制。
系统将通过天然气探头来对周围环境泄漏出来的天然气气体进行高精度检测，该模块电路主要由MQ5天然气传感器电路构成，它与单片机之间通过总线进行连接，能够将检测到的实时环境天然气浓度送入单片机进行使用；
报警器主要用于当检测到的天然气浓度超过设定的安全阀值时进行报警，该电路部分主要由蜂鸣器及其驱动MOS管组成，它与单片机之间通过数字开关接口进行连接；
按键模块主要用于对泄漏浓度的安全报警阀值进行设置，该部分主要由机械按键组成，单片机通过静态扫描法对其进行驱动；
液晶屏部分采用LCD1602液晶屏集成块，单片机将通过并行总线接口对其进行驱动，对检测到的天然气浓度进行实时高清显示；
ENC28J60网络模块为本系统最为关键的一个电路，它主要实现了PC机与检测系统之间的网络数据交互功能，它能够将PC机浏览器向检测系统发来的WEB界面请求进行接收，并将检测系统检测到的天然气泄漏浓度进行WEB形式输出，送入PC机浏览器进行显示。


图1 嵌入式以太网的天然气泄漏检测系统内部框图设计
STM32F103处理器简介
本嵌入式以太网的天然气泄漏检测系统采用的这种型号的STM32F103选用的是144管脚封装，除去一些固定功能的管脚外，可供使用人员应用的IO管脚有108个，划分为PA~PF口，每个口的管脚数量为16，用户能够在程序语言的配置下通过这些管脚完成数据的输入和输出。STM32F103是一款可以在0~72MHz时钟频率范围中高效稳定工作的处理器，它属于一款经典的32位机，里面CPU能够每次对32位信号进行运算，里面CPU架构选用的是精简指令集，能够实现对C语言程序代码的高速执行和数据运算。
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图2 STM32F103处理器芯片
MQ5天然气传感器简介
图3的是本设计使用的MQ5天然气气体传感器的外观，通过图片中的外形图可以看出这种型号的智能传感器已经通过了企业的设计而且完成了高度电路集成，MQ5天然气气体传感器的内部结构不只包括MQ5天然气气体传感器的天然气检测半导体组件部分，工程师更是把滤网、平衡电桥模块、电阻电容网络和加热器等部分进行了嵌入，使用人员在使用起来只需要进行简单的电路连接即可,MQ5型号的天然气传感器的主要性能是检测天然气气体浓度，MQ5天然气气体浓度传感器的主要元件则是其天然气检测半导体组件部分。
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图3 MQ5天然气传感器模块
ENC28J60嵌入式以太网模块简介
为了能够实现天然气泄漏检测系统与PC机之间的网络数据交互功能，从而实现当用户通过PC机打开浏览器后能够看到气体泄漏浓度的数据显示界面，本课题将要使用图4中的ENC28J60型嵌入式以太网模块，这款模块目前在网络上由丰富的开发资料，并且单片机只需要打开SPI接口即可对其进行驱动，将所要发送和接收的数据通过SPI接口即可交互，并且这款模块不但集成了MAC硬件部分，还将PHY软件部分也进行了集成，用户使用起来非常方便，其SPI接口采用高速模式，能够最大实现10Mbit/s的数据通信速率，能够远远满足本系统的网页数据收发需求。
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图4 ENC28J60网络模块

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