3.2放大滤波及数据转换原理
3.2.1 放大滤波
因为不同的传感器有不同的特性存在，所以要根据具体传感器的性能和要求来设计自己的信号处理结构电路。针对本设计系统的传感器的性能要求，信号处理电路低功耗数运用系统及差动放大器电路。
在系统中使用的检测元件是换能器器件，超声换能器是在超声频率的范围内将外部的声信号转换为电信号的能量转换器件。根据输入输出电阻匹配原理，采用同相的放大电路。此外，由于外界环境的干扰，常常会夹杂一些其他频率段的干扰信号，采用高通滤波器来滤掉低频率段的干扰信号是最为有效的手段。信号的处理工艺流程框图如图5所示。
图5——信号工艺流程框图
3.2.2数据转换
由于经过放大电路出来的模拟电压变化范围在0到5V，为了方便与AT89C52单片机的链接，故选择性价比比较合适的ADC0809模数转换。它的分辨率是八,不必进行零和满度的调整,它的高阻抗稳定性比较器、8通道多路开关可以直接访问的八个单端模拟信号中的一个。其管脚定义如图6所示。
图6——ADC0809管脚示意图
ADC0809的时序接口为52系列单片机的标准总线接口，操作方便，如同对存储器或I/O操作一样，A/D转换精度为8bit，满足本课题要求。输入的模拟电压值是0~5V，A/D转换周期为100μS。
单片机启动ADC0809转换器，转换完成后再由ADC0809中断请求信号,CPU中断请求响应AT89C52。
图 7——A/D转换模块原理图
3.3声光报警电路的设计
可燃气体含量检测预警器由探测器和报警仪器两部分组成,主要用于监测可燃气体产生、使用或储存危险场所内外的泄漏。当可燃气体的浓度超过报警设定值时,发出声、光报警信号，以便人员作出相应的反应。
报警信号包括三种类型：分别为闪光、 鸣音、语音报警。为了使本监测系统对室内空气品质的监测更为简便易懂，采用了由二极管和蜂鸣器构成的声光报警控制电路。
每种毒气二极管用二极管区分，绿表示正常情况，蜂鸣不响;如果有害气体的浓度超过设置的上限值时，则红色的发光二极管亮，这是引起蜂鸣器发声。图8是声光报警电路图的连接电路图，D1和D3为绿色发光二极管，依次对应液化气和一氧化碳两种有毒气体;
图8——声光报警电路图
3.4液晶显示电路设计
LED数码管有阴阳两种分类，本文选用2行16字符作为显示模块，可以提供显示所需要求。液晶显示具有不占空间、便宜、不闪烁等优点。
如果想数码管正常显示，就要利用电路来驱动数码管的所有段码，从而显示出所需的数字。 引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。图9为引脚定义。
图9——引脚定义
LED1602采用16脚接口标准，有8位数据总线，和RS、R/W、EN三个接触控制端口，运行电压为5V。LED1602的具体连接原理图如图10所示。
图10——LED1602连线图
3.5传感器的选用
本设计要求实现对室内空气中CO、液化气等有毒易燃有害气体含量监测，因此选择合适的传感器尤为重要，需要对性能、可实现性、价格等多方面的比较。对于一氧化碳气体，选择的是MQ-7一CO传感器;对于液化气选择MQ-2气体传感器，传感器模块就由这两种。
3.5.1 MQ-7一氧化碳传感器模块
MQ-7气敏元件的结构和实物图如图11所示，利用微氧化铝陶瓷管,二氧化锌敏感层,当测量电极和加热器传感器组成的敏感元件固定在塑料或不锈钢的腔体内,为了提高选择性的传感器,该传感器包括两个部分，分别是气室分离外部和活性炭过滤层外。封装后的气体敏感元件有六只引脚组成,但只是其中四个用于信号发出,另外两个是用于提供加热电流作用。
图11——MQ-7实物图
图12——MQ-7一氧化碳传感器工作原理
3.5.2MQ-2气体传感器
图13——MQ-2气体传感器实物图
图14——MQ-2气体传感器工作原理
3.6复位电路设计
无论是在单片机刚开始接上电源时，还是运行过程中发生故障都需要复位。复位电路用于将单片机内部各电路的状态恢复到一个确定的初始值，并从这个状态开始工作。
AT89S52芯片具有复位操作的功能。RST是复位输入的引脚短口，在通电或芯片运行的时候对AT89S52芯片复位。每次通电后都必须使芯片处于复位情形，给RST通上一个大于两个周期高电平触发信号。 最终结果如图15所示。
图15——系统复位电路原理图
4.系统软件设计及仿真
本课题属于生产实际题目，涉及硬件的实物制作。但是作为实验阶段，只进行软件仿真，通过软件的模拟仿真技术以得出真正的实物检测。
4.1软件简介
本次仿真监测系统中主要运用了Protues和Keil两种操作软件。本监测系统采用的Proteus设计，组合了Proteus中的原理图、SPICE仿真，PCB设计和自动布线来实现一个完整的电子监测系统。
Keil C52软件是基于52系列单片机开发的C语言软件开发系统,兼备很强的可读性、可维护性,方便使用。Keil提C语言编译器、连接端口、程序库管理、最重要拥有一个功能强大的仿真调试设备,经过一个集成开发环境将这些器件集合在一个模块上。
4.2监测电路原理图
利用Proteus软件仿真，依据之前的电路原理图绘制，封装。依照顺序排好，并对其进行连线，结果如下图图16所示。
图16——电路原理图
4.3程序设计
利用Keil进行软件编程，设立项目文件，选取恰当的单片机类型，由于兼容性问题的存在，编程时选择Atmel 的89C52单片机。同时创建C语言程序文件。然后，进行程序调试、编译与连接，如果最后未发现错误，则说明调试成功。
图17——运行程序调试
4.4软件的仿真
为了检测软件是否运行正确，采用了Proteus软件进行仿真测试。
由于Proteus软件的功能完善，例如单片机协同仿真功能。除此之外库中包括了键盘、按钮开关、常用电机等通用运行设备。
当电路原理图已经画出后，运行程序也没有语法语句差错时，此刻编译好的hex程序文件导入到单片机中进行仿真。
第一步：程序下载，
图18——把程序下载到单片机中
第二步：仿真，经过仿真，把出现异常的部分进行修改 ，等最后成功没有差错为止。具体仿真结果如下图所示：
图19——运行仿真原理图
4.5 PCB的封装
当上一步调试成功后，我们便运用Proteus 6 Professional 中的ARES 6 Professional来PCB设计并制作相关模型。
用Proteus 制作PCB包括以下一些步骤：
1.绘制电路原理图并仿真调试;
2.加载网络表格以及元件封装;
3.绘制电路板并设定相关参数系数;
4.元件的布局;
5.布线完善;
6.输出结果并制作最后的PCB。
由于本设计使用的模块较多，在绘制PCB板时利用了铺地接地方法，铺地包括一些优点，例如散热迅速，稳定性好，对模块及器件保护作用。最终得出的PCB图如图20所示。
图20——系统总PCB图
5.总体系统调试
首先，将已经编好的运行程序通过串口导入到52单片机系统中，启动电源按钮，对于各模块的工作情况进行观察。
将STC_ISP_V483串口通信软件打开，搜索单片机的hex文件，找到需要下载的选项，随后给单片机通电复位，然后依照两种不同传感器模块的类型将对应的待测气体放置在传感感应装置旁，此刻等待报警模块反馈工作，发现工作后，此时按下外部中断按钮选择分别选择不同的报警模式，按一下LED显示屏关闭，按两下则蜂鸣器报警停止，最后，按第三下LED显示屏和蜂鸣器报警装置都将运行。通过上述调试两个传感器模块都检查了完毕后，按下复位键，同时关闭电源开关。
经过检测来测试是否工作正常。
6.总结与展望
6.1论文总结
本论文设计原理是利用了一个基于AT89C52单片机的室内有毒易燃有害气体含量检测设备。组成模块包括气体传感器、复位电路、放大滤波、A/D转换器、LED报警显示装置，通过原理图的绘制，详细描述了整个设备的工作流程，同时详细的叙述了本论文设计的硬件部分构造以及软件部分的设计方案和调试仿真原理。
本次采用的AT89C52单片机作为本系统控制单元的核心部件，同时设计利用了我国现今使用范围最广，并且该品牌的资料能接纳较多外围芯片，整个电路兼备运行速度快，系统稳定，结构简便，利于散热等特点，通过模块化的设计方式，不仅便于系统硬件的设计和调试，而且方便对系统的运行流程进行更改和系统硬件的升级更新。
经过本次论文的设计，让我室内有害易燃气体的关注 同时也对实物装置的制作产生了极大兴趣。经过52单片机的安装和Proteus软件操作流程等，让我对52单片机的工作原理以及程序运行得到了充分了解，同时明白了软硬件的调试对于设备运行的重要性。
6.2改进与希冀
因为本次设计涉及到的知识面覆盖较广，实用性也比较强，但由于本人知识理论水平和实践经验不够充分，还有时间的紧迫，这次论文设计还有不足和不太完美的地方，由于科技的飞速发展，器材选择也更应该考虑经济实用等。除以上不足之外，由于我的编程经验的不足，有许多地方需要改进和有待提高。
针对室内气体含量的检测，本次论文设计仅局限于两种气体含量的检测，由于室内气体复杂各种环境因子之间掺杂影响，本监测系统的输出仅是简单的各气体所占百分比指标信号，显然不能够高精度的满足控制的要求，所以在这里采用了模糊算法。对于本文得出比较有用的数据 起到了很大作用。
