浅谈温湿度与燃气检测机的设计

摘 要：为了使城市居民在使用高效、清洁的燃气能源的同时得到更好的安全保障，本文设计开发了适合家庭使用的燃气检测机。采用了具有强大编程能力的STC12C5A60S2单片机为燃气检测机的核心部件，对家庭使用的可燃气体检测、报警等控制，本文介绍了一种居民用燃气检测机的设计开发，讨论了燃气检测机的结构组成、工作原理、硬件设计和软件设计等。该系统具有结构简单、经济实用和智能化程度高等特点。

关键词：单片机；温湿度传感器；气体传感器；液晶显示

中图分类号：TH137 文献标识码：A

本文主要研究设计一个基于STC12C系列单片机的燃气检测机，实现对厨房可燃气体、温度、湿度等信息的采集，并同时和预设值相比较，判断是否超过预设值，超过预设值时实现蜂鸣器声音进行报警功能。控制系统主要是由STC12C5A60S2单片机、电源单元、AD数据采集单元、传感器单元、复位电路、实时时钟电路、TFT液晶显示与键盘输入单元接口电路、声音报警单元电路等部分组成。单片机通过AD转换将传感器得到的信号，进行采集，并将采集到的数值和预设值进行比较处理，异常时蜂鸣器发出报警信息。同时在TFT彩屏液晶上实时显示当前的测量值。

1 硬件电路设计

1.1 主控制器

宏晶科技生产的STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是单时钟/机器周期（1T）的单片机，是新一代高速、低功耗、超强抗干扰的8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度比传统8051快8-12倍。内部集成专用复位电路MAX810，具有2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S），针对电机控制，强干扰场合。STC12C系列单片机工作电压范围为5.5V-3.5V工作频率范围为：0～35MHz，片上集成1280字节的RAM。STC12C5A60S2单片机具有丰富的外设接口：4个16位定时器、3个时钟输出口、PWM（2路）/ PCA（2路）、8路10位精度ADC，转换速度可达250K/S、通用全双工异步串行口等。本设计选择这款单片机主要是因为其具有SPI外设，可以直接控制2.2寸SPI串口TFT液晶彩屏模块显示采集到的温度、湿度、可燃气体浓度等信息。

1.2 DHT11温湿度传感器模块

DHT11是一款输出数字信号的温湿度传感器模块，内部已经对输出的数字信号进行校准。由于应用专用的数字采集技术和温湿度传感技术，可靠性好稳定性高。DHT11由一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件组成。其具有质量好、响应速度比较快、抗干扰能力强、性价比高等特点。每个DHT11都在湿度校验室中进行过精确的湿度校准，校准系数存储在DHT11的OTP内存中，DHT11内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。DHT11属于单线制串行接口数据总线，系统集成比较简单。DHT11具有体积小、功耗低，信号传输距离远等特点，适用于各类要求严格的场合。

DHT11的电源为直流3V～5.5V，上电后等待 1秒左右的时间，使传感器输出稳定。DHT11的电源引脚和接地引脚之间需要添加一个100nF 的电解电容，用来为其供电电源去耦滤波。本设计对DHT11的操作过程为：单片机首先发送一次起始信号，接收到信号后DHT11从低功耗模式转换到高速模式，当单片机的起始信号结束后，DHT11向单片机发送响应信号，发送出40位的数据，并进行一次温湿度的信号采集，在程序中单片机选择性的读取40位数据中的温度和湿度数据。

1.3 MQ-5气体传感器

MQ-5气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当MQ-5的环境中存在可燃性气体时，其电导率随着环境中可燃性气体浓度的增加而线性增大，设计相应的电路即可将电导率的变化转变为与环境中气体浓度相对应的输出电压或者电流信号。MQ-5对丁烷、丙烷、甲烷的灵敏度比较高，对甲烷和丙烷的敏感性较高。MQ-5可以检测许多可燃性气体，尤其是天然气，其是一种适合于多种应用场合的低成本、可靠性强、稳定性高的可燃性气体传感器。

MQ-5传感器的电气特性为：输入电压：DC5V 功耗（电流）：150mA；DO输出：TTL数字量0和1（0.1V和5V）；AO输出：0.1V～0.3V（相对无污染），最高浓度电压4V左右。

1.3 TFT彩屏模块

TFT彩屏模块可以由5V或者3.3V供电，兼容5V和3.3V的IO电平，集成背光控制电路，可以控制通断或者PWM调光，集成SD卡扩展电路，预留SPI的FLASH字库电路，扩展方便。TFT模块和单片机连接为：单片机P3.2 接液晶模块LED 引脚，背光可以采用IO 控制或者PWM 控制，也可以直接接到高电平常亮；单片机P1.7 接液晶模块CLK引脚；单片机P1.5 接液晶模块SDI引脚；单片机P0.2 接液晶模块RS引脚；单片机P0.3 接液晶模块CS引脚；单片机P3.3 接液晶模块RST 引脚；VCC可以接5V也可以接3.3V；LED可以接5V，也可以接3.3V或者使用任意空闲IO 控制；GND接电源地。

2 软件设计

单片机的软件设计包括DTH11的初始化程序，MQ-5燃气传感器的初始化程序，单片机AD变化初始化程序等。TFT液晶显示部分程序，显示的标题为“多功能检测机”，显示的内容有温度、湿度、燃气浓度等。MQ-5气体传感器AD转换程序如下，转换MQ-5输出的燃气浓度模拟值输入到单片机的P1.0引脚，通过单片机内部的模数转换模块实现燃气浓度的信息采集。

结语

本文的设计基于STC12C5A60S2单片机作为主控微处理器的燃气检测机，利用DHT11温湿度传感器对周围环境的温湿度进行实时采集，利用MQ-5燃气传感器对厨房燃气浓度进行检测，并通过SPI接口将采集到的温湿度和燃气浓度数据传递到TFT液晶进行实时的显示。通过和预设值进行比较，当检测到燃气浓度超过预设值时，利用蜂鸣器实现声音报警。本文设计的燃气检测机具有硬件结构精简、体积小、能耗低、操作简单、可视性好等特点。

参考文献

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