摘 要天然气泄露检测系统指的是一种以微处理器等作为主控核心，在片外结合相关功能传感器而构建成的一种检测控制系统。本课题就以这种系统作为研究对象，选用STM32微处理器作为主控芯片，设计了一款能够实现对空气中天然气泄露浓度的准确快速检测的系统，能够将检测到的浓度数据通过以太网通信送入到WEB网页进行显示。由于系统内部采用的各类芯片和传感器外形较小，整个系统的外观体积也非常小，达到了便携式的指标。这款系统在硬件方面以STM32微处理器最小系统、LCD1602显示电路、ADC0832模数转换电路、MQ-5天然气浓度检测电路、报警电路和ENC28J60以太网通信电路等构建而成，在软件方面以主程序、参数显示子程序、ADC0832驱动子程序、天然气浓度检测子程序、蜂鸣器子程序和以太网模块驱动子程序等构建而成。设计完成后通过实物制作与测试，验证了系统的可行性，各项功能基本符合预期设计需求。
目录
一、 引言 1
（一） 天然气泄露检测系统的发展背景 1
（二） 本文主要研究内容 1
二、 系统整体方案设计 3
（一） 原理框图 3
（二） 功能模块 3
三、 系统硬件设计 4
（一） 主控电路设计 4
（二） 天然气泄漏检测电路设计 5
（三） 参数显示电路设计 7
（四） 蜂鸣器报警电路设计 8
（五） 以太网通信电路设计 9
四、 系统软件设计 11
（一） 主程序流程设计 11
（二） 天然气泄漏检测子程序流程设计 11
（三） 参数显示子程序流程设计 12
（四） 报警声输出子程序设计 13
（五） 以太网模块驱动子程序设计 14
五、 实物制作与功能测试 16
（一） 实物制作 16
（二） 功能测试 17
总结 21
参考文献 22
致 谢 23
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 25
附录三 元件列表 26
附录四 程序 27
引言
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天然气泄露检测系统的发展背景
天然气是目前最常用的一种洁净环保优质能源，与人工煤气相比，它燃烧价值高，并且更加稳定，是我国绝大多数家庭用户首选的能量供给方式之一。然而，由于天然气无毒，易散发，比重又比较轻，一旦扩散而不被用户察觉的话，往往会导致爆炸火灾等事故的发生。因此，及时准确的检测天然气燃烧情况，避免天然气泄露是天然气安全使用的首要条件。
天然气供给检测系统最初出现在工业场合，由于当时这种检测系统还不是由控制器进行智能控制，仅仅依靠繁琐的化学方法通过各种反应进行间接测量，没有电气的参与，因此还不能称为一款完整意义上的控制系统。这种化学检测法如今我们称之为传统检测法，它能够实现天然气检测的最基本功能，测试人员能够通过化学反应后的生成物并结合相关的化学反应方程式将待测天然气的浓度进行计算，由于测试人员的水平高低不齐并且测试过程中常常容易掺入影响测试结果的不利因素，因此天然气的测试结果经常不准确并且精确度也不能满足一些要求较高的应用场合。
相对于传统的燃气泄漏检测技术，国内外许多国家运用模拟电路、数字电路和智能微处理器等技术研发了许多新的监测系统。以欧美国家为例，主要采用智能微处理器技术，能实现对天然气气体灵敏的检测并且还能够通过组网技术实现大范围的集体检测管理功能；而国内，则主要采用一些性价比较高的中低端芯片来作为主控，具有常规的天然气检测功能。相比较而言，欧美国家的技术具有更加灵敏优势、同时有价格昂贵缺点；国内的技术则具有性价比优势、覆盖范围小的缺点。
本课题将结合大学期间所学的专业知识，结合单片机、以太网通信等知识来设计一款能实现以太网通信的天然气检测系统。天然气泄露检测系统的国内外发展现状
本文主要研究内容
对比上述几种常见技术方案，结合本次设计目标，本系统拟采用智能微处理器技术，结合STM32以及ENC28J60等芯片，完成一款天然气泄露检测系统的设计与制作，并预期实现以下功能：
能够将天然气泄露检测系统检测到的天然气泄露浓度值通过高清晰度液晶显示效果展示出来。
能够将MQ5传感器输出的模拟电压值换算成高分辨率的数字信号，并且在微处理器内部能够得到较为准确的待测电压值。
能够使得天然气泄露检测系统快速测量天然气浓度的大小并且转换为STM32微处理器能够识别的电信号。
能够设计一个报警电路，并且能够通过STM32微处理器管脚的驱动控制报警电路的工作状态，当泄露浓度过高时进行报警。
能够通过STM32微处理器对ENC28J60型号的以太网集成模块进行驱动，通过SPI接口的对接，实现天然气泄露检测系统中的天然气泄漏浓度数据的网络数据发送。
系统整体方案设计
原理框图
本课题设计的这款天然气泄露检测系统在硬件电路方面分为了STM32微处理器最小系统部分、LCD1602液晶显示电路、ADC0832模数转换电路、天然气气体浓度检测电路、有源蜂鸣器电路和ENC28J60以太网通信电路等，所有的模块电路主要以最小系统模块作为核心，其它电路是在最小系统的控制下才能够实现功能的，本部分将对这款天然气泄露检测系统的实现方案做设计，如下图1所示，将各个功能子电路与微处理器最小系统部分进行连接后即可形成这款系统的总体框架结构，将程序代码烧录到微处理器芯片中后即可实现系统功能的有序进行。


图1 天然气泄露检测系统硬件框图
功能模块
下面对各个功能模块电路的功能进行简介。
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。
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。
液晶屏显示电路用于实现高清晰度液晶显示的功能，采用LCD1602液晶屏集成块，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。

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