基于單片機(jī)的畢業(yè)設(shè)計(jì).pdf

煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 1 開封大學(xué) 基于單片機(jī)的家用煤氣報(bào)警器設(shè)計(jì)的 畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄 摘要.2 Abstract.3 第 1 章 緒論.4 1.1、課題研究的背景4 1.2、課題研究的目的5 1.3、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)6 1.4、研究?jī)?nèi)容7 第 2 章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì).8 2.1 設(shè)計(jì)要求.8 2.11 方案的選擇.8 2.12 煤氣泄露測(cè)試的功能9 2.13 煤氣泄露測(cè)試系統(tǒng)框圖9 2.2 相關(guān)技術(shù)和器件的基本知識(shí).10 2.21 氣體傳感器介紹10 2.22單片機(jī)選擇.12 2.23 X5045 看門狗及復(fù)位電路16 2.24 聲光報(bào)警與 LED 顯示18 2.25 HD7279A 電路模塊20 2.26 數(shù)據(jù)采集單元.23 2.27 放大器的選擇.27 2.28 DS12887 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片及其電路29 2.29 排氣扇控制系統(tǒng)與切斷閥.30 設(shè)計(jì)心得.33 參考文獻(xiàn)：.35 謝辭.36 附錄 A：原理圖37 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 2 摘要 如今人類生活里面煤氣已成為人們生活中必不可少的能源了，在越來越多的人使 用煤氣的同時(shí)，煤氣泄漏引起的事故發(fā)生的頻率也越來越高，從而給人們的人身安全和 財(cái)產(chǎn)安全帶來了很多隱患，所以怎樣防止煤氣中毒與爆炸已成為人們的迫切需要.當(dāng)今 社會(huì)上，出現(xiàn)了許多煤氣報(bào)警器，而這些產(chǎn)品大都是針對(duì)煤氣的泄漏所做出的相應(yīng)的報(bào) 警，即為家庭式煤氣報(bào)警器。隨著社會(huì)的發(fā)展，煤氣報(bào)警器也在發(fā)展。微機(jī)控制技術(shù)、 傳感器在工業(yè)控制、機(jī)電一體化、智能儀表、通信、家用電器等方面得到了廣泛應(yīng)用， 顯著提高了各種設(shè)備的技術(shù)水平和自動(dòng)化程度。 本課題設(shè)計(jì)煤氣報(bào)警采用了 AT89S52 單片機(jī)為報(bào)警器的核心部件， 對(duì)煤氣報(bào)警器進(jìn) 行控制。用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制，電路簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、可靠性好。由一氧化碳?xì)怏w傳 感器對(duì)煤氣進(jìn)行檢測(cè)，將所得的濃度值與設(shè)定濃度值相比較得到偏差。通過對(duì)偏差信號(hào) 的處理獲得控制信號(hào)，去調(diào)節(jié)煤氣出氣閥的通斷，八個(gè)單元的煤氣濃度對(duì)應(yīng)模擬量利用 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并加入了鍵盤輸入，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家用煤氣漏氣的控制。整個(gè)系統(tǒng)的 硬件電路設(shè)計(jì)合理，性能安全可靠。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 煤氣濃度煤氣濃度 報(bào)警器報(bào)警器 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 3 Abstract Now the human life inside the gas has become essential to life energy, in more and more people use gas at the same time, gas leakage accidents caused by more and more is also high frequency, thus to peoples personal safety and property safety brought many hidden problems, so how to prevent gas poisoning and explosion has become the urgent needs of the people. In todays society, appeared a lot of gas alarm, but these products are mostly for the coal gas leak made corresponding alarm, is a family type gas alarm. With the development of the society, gas alarm also in development. The microcomputer control technology, the sensor inindustrialcontrolmechanicalandelectricalintegration,intelligentinstrument, communication, household appliances, etc to a wide range of applications, improved the each . This topic design gas alarm used for alarmAT89S52 SCM core part, gas alarm to control. With the single chip microcomputer timing control, circuit is simple, cheap, good reliability. Carbon monoxide gas by electrochemical sensors to detect gas, took the density and setting density compared to get deviation. Through to the deviation of signal processing gain control signal to regulate the gas out of the air valve hige, eight units of gas concentration of corresponding simulation using A/D conversion for the digital quantity, and joined the keyboard input, so as to realize the control of household gas leak. The whole system hardware circuit design is reasonable and reliable performance. Keywords: SCMgas concentrationalarm 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 4 第 1 章 緒論 1.1、課題研究的背景 隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,人們對(duì)生活質(zhì)量的提高和生活環(huán)境的改善越來越 重視,液化氣、煤氣進(jìn)入家庭的使用為人們帶來了方便,人民生活水平的提高，管道煤氣 和罐裝煤氣已深入到尋常百姓家。 我國(guó)燃?xì)獾淖兏锛拔鳉鈻|輸工程的進(jìn)行，煤氣和天燃?xì)庖殉蔀槎鄶?shù)家庭的燃料。每 年，因煤氣泄露造成的煤氣中毒事故中，因使用熱水器不當(dāng)或產(chǎn)品本身的質(zhì)量問題，造 成的煤氣中毒事故，事故發(fā)生頻率隨年增長(zhǎng)。因室內(nèi)煤氣濃度過高，引起煤氣爆炸的事 故也不少見。所以怎樣防止煤氣中毒與爆炸已經(jīng)成為人們的迫切需要。為此我們開發(fā)研 制了智能煤氣報(bào)警系統(tǒng)。目前家用煤氣，液化氣、天然氣作為氣體燃料，已用于家庭、 旅館，深入人民的生活之中。氣體燃料的應(yīng)用和普及，伴之而來的是氣體泄漏造成的中 毒、爆炸、火災(zāi)等事故也時(shí)有發(fā)生。家用煤氣有時(shí)會(huì)因各種原因發(fā)生泄漏，煤氣的主要 成分是甲烷、CO 等氣體，甲烷是一種可燃性氣體，遇到明火會(huì)發(fā)生燃燒，當(dāng)濃度達(dá)到 一定數(shù)量時(shí)甚至爆炸，所以如果在煤氣泄漏時(shí)打電話，煤氣遇到電火花可能會(huì)發(fā)生爆炸 事故。人呆在煤氣泄漏的空間內(nèi)，甲烷的不完全燃燒可能會(huì)生成一氧化碳，一氧化碳泄 漏中毒死亡尤為嚴(yán)重。眾多周知由于 CO 與血液中的血紅素的結(jié)合能力是氧的 240 倍, 因此,當(dāng)它進(jìn)入人體血液循環(huán)系統(tǒng)后,就會(huì)大量取代氧而與血紅素結(jié)合,抑制血液中氧氣 的釋放,使得人體缺氧，從而導(dǎo)致發(fā)生頭痛、耳鳴、嘔吐、血壓降低等不同程度的癥狀 發(fā)生。如果 CO 中毒,輕者于康復(fù)過程中可能會(huì)頭昏眼花、喪失記憶或引起視覺及神經(jīng)上 的障礙,嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致腦部受損甚至發(fā)生死亡。 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 5 表 1.1CO 對(duì)人體的有害程度 空氣中一氧化碳的濃度吸入時(shí)間和中毒癥狀 200ppm2-3 小時(shí)前頭部輕度頭痛 400ppm1-2 小時(shí)前頭痛惡心 2.5-3 小時(shí)后頭痛 800ppm45 分鐘頭暈眼花 2 小時(shí)精神失常 1600ppm20 分鐘頭暈、頭痛眼花 2 小時(shí)死亡 3200ppm5-10 分鐘頭暈、頭痛、眼花 30 分鐘死亡 6400ppm1-2 分鐘頭暈、頭痛、眼花 10-15 分鐘死亡 12800ppm1-3 分鐘死亡 1.2、課題研究的目的 可燃性氣體通常指煤氣、石油液化氣、汽油蒸汽、酒精蒸汽、天然氣以及煤礦瓦斯 等。這些氣體主要含有烷類（甲烷） 、烴類、烯類、醇類、苯類以及一氧化碳和氫氣等 成分，這些氣體易燃、易爆、不易貯存，在使用這些氣體的過程中，如違反操作規(guī)程或 者設(shè)備密封不好，都有可能發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏事故，進(jìn)而釀成火災(zāi)或爆炸事故，給人民 的生命財(cái)產(chǎn)造成損失?？扇夹詺怏w檢測(cè)報(bào)警裝置是能夠檢測(cè)環(huán)境中的可燃性氣體濃度， 并具有報(bào)警功能的儀器。 使用可燃?xì)鈾z測(cè)報(bào)警器是對(duì)付燃?xì)鉄o形殺手的重要且非常有效 的手段之一。當(dāng)今社會(huì)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的普及和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們己不在滿足 于傳統(tǒng)的居住環(huán)境， 對(duì)家庭及住宅小區(qū)提出了更高的要求， 智能化被引入人們的生活中， 并迅速在世界各地發(fā)展起來。人們對(duì)居住環(huán)境的要求日見增高，體現(xiàn)在希望住宅不僅更 便利、更加舒適而且更安全。如今單片機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，煤氣泄漏則是人們?nèi)粘Ｉ?活中常常需要測(cè)量和控制的一個(gè)問題。單片機(jī)有利于為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 6 更好的、更方便、更安全的設(shè)施。為了防止中毒事件再次發(fā)生，提出利用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn) 行有效的預(yù)防對(duì)策。所以怎樣防止煤氣中毒與可燃性氣體爆炸已成為人們的迫切需要。 為此我們開發(fā)研制了智能煤氣報(bào)警系統(tǒng)。 1.3、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài) 報(bào)警器其實(shí)按檢測(cè)氣體可分為：可燃?xì)怏w報(bào)警器，有毒氣體報(bào)警器和復(fù)合式氣體報(bào) 警器，其中復(fù)合式氣體報(bào)警器可同時(shí)檢測(cè)可燃和有毒氣體氣體報(bào)警器，使用不同傳感器 檢測(cè)不同氣體。 按自身形態(tài)可分為：固定式氣體報(bào)警器和便攜式氣體檢測(cè)儀。 燃?xì)庑孤﹫?bào)警器從功能上可分為： 僅有泄漏報(bào)警功能的泄漏報(bào)警器和可以指示所探 測(cè)到的燃?xì)鉂舛炔⒕哂袌?bào)警功能的檢測(cè)報(bào)警器；燃?xì)鈭?bào)警器從使用場(chǎng)所上可分為：民用 燃?xì)庑孤﹫?bào)警器和商用報(bào)警器。 其中民用報(bào)警器通常是獨(dú)立的在住宅中使用的燃?xì)鈭?bào)警 器，功能較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，且價(jià)格便宜；商用報(bào)警器主要使用燃?xì)獾倪\(yùn)輸、儲(chǔ)存場(chǎng)所、 使用燃?xì)夂涂赡苡腥細(xì)庑孤┑牡墓S和公共場(chǎng)所。城市燃?xì)庖?guī)范中規(guī)定地下室、半地下 室、建筑的管道井、地上密閉空間的用氣房間、封閉計(jì)量表房等可能出現(xiàn)可燃?xì)庑孤兜?地方都要安裝燃?xì)鈭?bào)警器。 建筑和燃?xì)獾南嚓P(guān)規(guī)范和法規(guī)也推薦使用民用燃?xì)庑孤﹫?bào)警 器。 民用可燃?xì)怏w報(bào)警器為居民家庭用的燃?xì)鈭?bào)警器，一般安裝在廚房、浴室等安裝了 煤氣設(shè)備的地方。遇燃?xì)庑孤r(shí)，報(bào)警器可發(fā)出聲光報(bào)警，或同時(shí)伴有數(shù)字顯示，同時(shí) 聯(lián)動(dòng)外部設(shè)備。有的報(bào)警器可自動(dòng)開啟排風(fēng)扇，把燃?xì)馀懦鍪彝?；還有的報(bào)警器在報(bào)警 時(shí)可自動(dòng)關(guān)閉燃?xì)忾y門，以防燃?xì)饫^續(xù)泄漏。在應(yīng)用方面，目前最廣泛的是可燃性氣體 氣敏元件傳感器，已普及應(yīng)用于氣體泄漏檢測(cè)和監(jiān)控，從工廠企業(yè)到居民家庭，應(yīng)用十 分廣泛。 國(guó)外從 20 世紀(jì) 30 年代開始研究及開發(fā)氣體傳感器，發(fā)展非常迅速，其一方面是因 為人們安全意識(shí)越來越強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性的要求提高；另一方面是因?yàn)閭?感器市場(chǎng)增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的保護(hù)和推動(dòng)，因?yàn)榘l(fā)展智能的傳感器，可以推動(dòng)人們 的生活水平的發(fā)展。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，美國(guó) 1996 年到 2002 年氣體傳感器年均增長(zhǎng)率為 27% 至 30%。隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 7 得氣體檢測(cè)儀器的體積也逐漸變小，提高了氣體檢測(cè)儀器的便攜性，高集成，體積小， 功能容易實(shí)現(xiàn)，更加利于生產(chǎn)、運(yùn)輸及市場(chǎng)推廣。 1963 年 5 月，日本開發(fā)完成第一臺(tái)接觸燃燒式家用燃?xì)庑孤﹫?bào)警器，又于次年 12 月其改良產(chǎn)品問世，改良的報(bào)警器可以檢測(cè)燃?xì)猓淄椋?、一氧化碳等氣體，可以安裝 在浴室或者采用集中監(jiān)視。 我國(guó)于 70 年代初期開始研制可燃性氣體報(bào)警器，生產(chǎn)型號(hào)多樣、品種較齊全，應(yīng) 用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴(kuò)展到幾乎所有危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境的各種類型報(bào)警器， 同時(shí)產(chǎn)品 數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上， 進(jìn)行研究與開發(fā)形成自己的特色。但是近年來，在氣體選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大 進(jìn)步。 1.4、研究?jī)?nèi)容 本設(shè)計(jì)針對(duì)經(jīng)常發(fā)生的煤氣泄漏中毒事件，采用煤氣、甲烷及一氧化碳等氣體傳 感器、單片機(jī)、電磁閥和電鈴，設(shè)計(jì)一套有毒氣體檢測(cè)、報(bào)警電路，顯示室內(nèi)空氣質(zhì)量， 用單片機(jī)模塊分路控制繼電器、發(fā)光二極管和報(bào)警器。 報(bào)警系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。其中硬件部分由各報(bào)警感應(yīng)器、感應(yīng)器控制 器、主控器等設(shè)備組成。軟件部分主要是報(bào)警系統(tǒng)控制程序。CO 氣體傳感器用來檢測(cè) 空氣中煤氣的濃度，當(dāng)空氣中煤氣含量超過允許的標(biāo)準(zhǔn)濃度后，感應(yīng)器所獲得的感應(yīng)信 號(hào)均被感應(yīng)器控制器所接收，再由感應(yīng)器控制器對(duì)各感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)識(shí)別和處理，并 將處理后的感應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再通過串口送至主控器，由主控器對(duì)其采取相應(yīng)的 警報(bào)動(dòng)作。 報(bào)警信號(hào)加至報(bào)警聲響電路的控制端后， 報(bào)警聲響電路被觸發(fā)， 發(fā)出報(bào)警聲， 同時(shí)關(guān)閉總氣閥。 本課題在硬件設(shè)計(jì)方面主要研究組成家用煤氣泄漏報(bào)警控制系統(tǒng)的單片機(jī)芯片、 CO 氣體傳感器總線的使用方法，同時(shí)研究電路設(shè)計(jì)思路、電路組成，包括控制芯片、氣體 傳感器、單片機(jī)等的選用和設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)主要研究并設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的煤氣報(bào)警系統(tǒng)， 并實(shí)現(xiàn)對(duì) A/D 數(shù)據(jù)的采集 和聲光的報(bào)警控制。控制系統(tǒng)主要是由 52 系列單片機(jī)、A/D 數(shù)據(jù)采集電路、傳感器電 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 8 路、看門狗、復(fù)位電路、LED 顯示、聲光報(bào)警電路等部分組成。單片機(jī)通過 A/D 轉(zhuǎn)換 8 路傳感器來所得到的信號(hào)，進(jìn)行比較處理，并且能夠存儲(chǔ)各個(gè)通道的報(bào)警上限和報(bào)警時(shí) 的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存， 并且在安全值內(nèi)， 輪回顯示當(dāng)前通道的測(cè)量值和設(shè)定值， 但是在安全值外， 則產(chǎn)生聲光報(bào)警，并且輪回顯示報(bào)警通道的當(dāng)前值和設(shè)定值。 第 2 章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)要求 2.11 方案的選擇 目前存在很多關(guān)于煤氣報(bào)警器設(shè)計(jì)的方案，很多種設(shè)計(jì)方法，但是我在這里這里不 一一列舉，只介紹了幾種方案，簡(jiǎn)單介紹如下： 方案一，通過 52 系列單片機(jī)作為主控單元，并且能夠通過傳感器把模擬信號(hào)通過 A/D 信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并且讀取和顯示出來。鍵盤可以通過不同的應(yīng)用場(chǎng)合和針對(duì) 不同氣體做出相應(yīng)的濃度設(shè)定，并且儲(chǔ)存報(bào)警的上限和報(bào)警時(shí)間，從而方便查詢和日后 的工作調(diào)查。 方案二，通過傳感器感受到可燃性氣體，降低自身的阻值，從而增大電流，并且驅(qū) 動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。電路簡(jiǎn)單、可靠但是靈活性和實(shí)用性相較而言差。 方案三，可以通過傳感器感知原始信號(hào)多級(jí)放大電路，并用電位器調(diào)節(jié)得到固定的 電壓值，當(dāng)?shù)玫娇扇夹詺怏w信號(hào)時(shí)，電阻值會(huì)立刻變小，放大器的放大倍數(shù)會(huì)增加，電 壓也就隨著增加，驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通報(bào)警電路。該方案有一定的靈活性和可執(zhí)性，但是電 路比較復(fù)雜，智能性差。 方案四，采用的是 Rabbit RCM5700 模塊實(shí)現(xiàn)煤氣報(bào)警器，該方案基于 Rabbit RCM5700 模塊進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，Rabbit MiniCore 模塊用于加速嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和實(shí)施。 編程開發(fā)采用我們經(jīng)過業(yè)界廣為驗(yàn)證的 Dynamic C 開發(fā)系統(tǒng), 一個(gè)包括編輯器、鏈接 器、裝載器和編譯器在內(nèi)的 C 語言集成開發(fā)環(huán)境。從計(jì)算機(jī)通過 USB 端口或串口下載 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 9 程序，立即在目標(biāo)硬件上進(jìn)行調(diào)試無需在線仿真器。這種開發(fā)環(huán)境減少了工作量， 加速了軟硬件集成。Rabbit 提供了廣泛的驅(qū)動(dòng)函數(shù)庫(kù)和例程、免費(fèi)的 TCP/IP 及其源代 碼。 綜合考慮，由于使用 52 系列的單片機(jī)設(shè)計(jì)方案，靈活性強(qiáng)、高集成、電路簡(jiǎn)單、 價(jià)格便宜、可靠性好，所以本設(shè)計(jì)采用方案一。 2.12 煤氣泄露測(cè)試的功能 在本設(shè)計(jì)中， 煤氣泄露測(cè)試報(bào)警器裝置的主要功能就是快速準(zhǔn)確的檢測(cè)被測(cè)氣體中 有害氣體（主要是 CO 有毒氣體）的在空氣中的含量，通過 LED 顯示屏將 CO 氣體濃度顯 示出來，與計(jì)算機(jī)通信端口。所以為了實(shí)現(xiàn)以上功能：系統(tǒng)應(yīng)該具備氣體傳感器、數(shù)據(jù) 采集、A/D 轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、LED 數(shù)碼顯示、聲光報(bào)警單元、光電隔離技術(shù)和切斷閥、 看門狗。 2.13 煤氣泄露測(cè)試系統(tǒng)框圖 圖 2-1 測(cè)試系統(tǒng)框圖 這個(gè)煤氣報(bào)警器的設(shè)計(jì)主要是依靠 AT89S52 系列的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)， 其中系統(tǒng)的工作 的大概流程如下: 起先由裝在室內(nèi)的有毒氣體（一氧化碳?xì)怏w）傳感器獲得被測(cè)量對(duì)象(室內(nèi) CO 氣體 的濃度)原始信號(hào),經(jīng)過溫度補(bǔ)償和取樣放大得到矯正后的可匹配信號(hào)，再進(jìn)入數(shù)模 AT8 9S52 系列 單片 機(jī) 有毒氣體 （CO）傳 感器 溫度補(bǔ)差、取樣放大 預(yù)警 設(shè) 置 A/D 轉(zhuǎn)換 器 數(shù)碼顯 示 光 電 隔 離接口 繼電器排 氣 切斷器 A/D 轉(zhuǎn)換 器 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 10 （A/D）轉(zhuǎn)換器,把原始模擬的信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)（電信號(hào)） ，從而得到被測(cè)對(duì)象的數(shù) 字量信號(hào),傳給單片機(jī)， 再由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,最后得到最終的室內(nèi)環(huán)境一氧化碳濃 度值,將此數(shù)據(jù)通過數(shù)碼管顯示并保存,同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的限值參數(shù)判斷環(huán)境濃度是 否超標(biāo),如果超標(biāo)立即向光隔離接口輸出控制信號(hào),通過繼電器打開排氣扇, 如果超出 下限值，切斷閥關(guān)閉，并開始進(jìn)入危險(xiǎn)期計(jì)時(shí),如果發(fā)現(xiàn)環(huán)境中一氧化碳濃度長(zhǎng)時(shí)間處 于危險(xiǎn)狀態(tài),則有可能排氣扇未能打開,或者房間發(fā)生嚴(yán)重一氧化碳?xì)怏w泄露事故,此時(shí) 啟動(dòng)預(yù)警信號(hào)進(jìn)行光電報(bào)警提示,提示室內(nèi)人員打開門窗、關(guān)閉氣源，并迅速撤離事故 現(xiàn)場(chǎng)。 2.2 相關(guān)技術(shù)和器件的基本知識(shí) 2.21 氣體傳感器介紹 1.氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。 探測(cè)頭通過 氣體傳感器對(duì)氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理儀表 顯示部分。 氣體傳感器也是一種將氣體的成份、濃度等信息轉(zhuǎn)換成可以被觀察人員、儀器儀 表、計(jì)算機(jī)等利用的信息的裝置。氣體傳感器一般被歸為化學(xué)傳感器的一類，盡管這種 歸類不一定科學(xué)。 “氣體傳感器”包括：熱導(dǎo)式氣體傳感器、半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感 器、催化燃燒式氣體傳感器、紅外線氣體傳感器等。 2. 氣體傳感器應(yīng)滿足的基本條件 一個(gè)氣體傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實(shí)體，也可以 是由多個(gè)不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個(gè)完整的氣體傳感器都必須具備以 下條件： (1) 能選擇性地檢測(cè)某種單一氣體，而對(duì)共存的其它氣體不響應(yīng)或低響應(yīng)。 (2) 對(duì)被測(cè)氣體具有較高的靈敏度，能有效地檢測(cè)允許范圍內(nèi)的氣體濃度。 (3) 制造成本低，使用與維護(hù)方便。 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 11 (4) 長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性好。并且使用壽命長(zhǎng)。 (5) 對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快，并且重復(fù)性好。 3.氣體傳感器的選定 氣體傳感器是本系統(tǒng)檢測(cè)的起點(diǎn)，也是系統(tǒng)的核心和重點(diǎn)，選擇合適的傳感器理所 當(dāng)然的成為決定這次設(shè)計(jì)系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。 一氧化碳?xì)怏w傳感器屬于氣敏傳感器， 通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后 送到單片機(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報(bào)警控制等相關(guān)工作。傳感器作 為煤氣泄露測(cè)試裝置報(bào)警器的信號(hào)采集部分，是儀表的核心組成部分之一。本次設(shè)計(jì)采 用 MQ-9 半導(dǎo)體氣體傳感器，MQ-9 傳感器是裝有活性炭過濾器的傳感器，從而可以消除 雜質(zhì)氣體的影響，對(duì)有機(jī)溶劑或其他揮發(fā)性氣體的靈敏度低，而對(duì)氫氣和一氧化碳的靈 敏度高，所以非常適合用于檢測(cè)人工煤制氣。 圖 2.2 靈敏度特性 縱坐標(biāo)以傳感器電阻比（Rs/Ro）表示 Rs，Ro 的定義如下： Rs 不同濃度氣體中的電阻值 , Ro 1000ppm 一氧化碳中的電阻值 基本測(cè)試回路： 此傳感器需要施加 2 個(gè)電壓：加熱器電壓（VH）和回路電壓（VC） 。這個(gè)加熱器電 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 12 壓 （VH） 用于維持敏感素子處于與對(duì)象氣體相適應(yīng)的特定溫度而施加在集成的加熱器上。 VC 則是用于測(cè)定與傳感器串聯(lián)的負(fù)載電阻（RL）上的兩端電壓（VRL） 。這種傳感器具 有極性，所以 VC 需用直流電源。只要能滿足傳感器的電性要求，回路電壓 VC 和 VH 可 以共用同一個(gè)電源電路。為了將判定值水平最佳化，并使敏感素子的功耗（PS）低于 15mW 的限度值，需要選擇 RL 的值。 MQ-9 的管腳連接如圖 2.3 所示： 1 或 3 接傳感器，4 或 6 接傳感器，2 和 5 接加熱器 圖 2.3 MQ-9 的管腳連接 MQ-9 傳感器的工作原理是它的表面電阻 Rs ，是通過與其串聯(lián)的負(fù)載電阻 RL 上 的有效電壓信 VRL 輸出而獲得的。二者之間的關(guān)系為：Rs/R L = (Vc-V RL ) / V RL MQ- 9 型氣敏元件的敏感層是用非常穩(wěn)定的二氧化錫制成的。因此，它具有優(yōu)秀的 長(zhǎng) 期穩(wěn)定性，在正常使用條件下，其使用壽命可達(dá) 5 年，所以被廣泛運(yùn)用。 2.22單片機(jī)選擇 52 單片機(jī)芯片內(nèi)集成了定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)和串行口等基本功能部件，一塊小 的芯片就是一個(gè)完整的小微機(jī)系統(tǒng)，可以應(yīng)用于簡(jiǎn)單的測(cè)控系統(tǒng)。Atmel 公司是世界著 名的 Flash 存儲(chǔ)器制造商。Flash 存儲(chǔ)器是一種可以反復(fù)擦寫的電擦/電寫閃速存儲(chǔ)器 （FPEROM)?？刂破鞑糠植捎昧嗣绹?guó) ATMEL 公司的 AT89S52 單片機(jī)，AT89S52 單片機(jī)是 一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k Bytes ISP 的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供 高性價(jià)比的解決方案。AT89S52 具有如下特點(diǎn)：40 個(gè)引腳，8k Bytes Flash 片內(nèi)程序 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 13 存儲(chǔ)器，256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM） ，32 個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，2 層中斷嵌套中斷，2 個(gè)全雙工串行通 信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器,看門狗電路。 此外,AT89S52 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0 Hz，并可通過軟件設(shè)置省電模式?？?閑模式下，CPU 暫停工作，而 RAM（隨機(jī)）定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口,，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工 作,掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件 復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PLCC、PDIP 和 TQFP 等三種封裝形式,以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 AT89S52 單片機(jī)的主要功能特性： 兼容 MCS-51 指令系統(tǒng) 8k 可反復(fù)擦寫(1000 次）ISP Flash ROM 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘頻率 0-33MHz 32 個(gè)雙向 I/O 口、4.5-5.5V 工作電壓 全雙工 UART 串行中斷口線 256x8bit 內(nèi)部 RAM 2 個(gè)外部中斷源 中斷喚醒省電模式、低功耗空閑和省電模式 看門狗電路 3 級(jí)加密位 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁(yè)編程、雙數(shù)據(jù)寄存器指針 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 14 圖 2.489S52 的各個(gè)管腳 各個(gè)引腳的說明： 52 單片機(jī)有四個(gè)八位雙向并行的 I/O 端口：P0,P1,P2,P3。端口映射于特殊功能寄 存器中，每個(gè)端口都有字節(jié)地址，可以輸入、輸出字節(jié)數(shù)據(jù)，也就是并行操作；每個(gè)端 口也有位地址，其各條 I/O 線也是單獨(dú)的使用；對(duì)相應(yīng)地址但愿執(zhí)行讀寫指令，就實(shí)現(xiàn) 了從相應(yīng)端口的輸入/輸出操作。四個(gè)并行的端口 P0,P1,P2,P3 還具有各自不同的結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)和功能。 P1 口（準(zhǔn)雙向通用 I/O 口） ：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高， 可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程 和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。 P3 口（具備第二功能的準(zhǔn)雙向通用 I/O 口） ：P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙 向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電 平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由 于上拉的緣故。 P3 口和 P1 口相比較增加了第二功能輸入輸出端口。輸入有兩路，加入或門 4 作緩 沖器。鎖存器輸出改成 Q 端，用非與門 3 控制輸出功能的交換。 表 2.1P3 口的第二功能： 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 15 引腳第二功能 P3.0RXD（串行輸入口） P3.1TXD(串行輸出口） P3.2/INT0(外部中斷 0 請(qǐng)求輸入端） P3.3/INT1（外部中斷 1 請(qǐng)求輸入端） P3.4T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)脈沖輸入端） P3.5T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)脈沖輸入端） P3.6/WR（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端） P3.7/RD（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端） P0 口 （地址數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線和通用 I/O 口） ： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P2 口 （通用 I/O 口或高 8 位地址口） ： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉 電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn) 行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì) 外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P0 口能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載，即負(fù)載電流大于或等于 800uA；P1、P2、P3 端口的 負(fù)載能力相同，它們分別能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載，即負(fù)載電流大于或等于 400uA。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字 節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期 輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 VCC：供電電壓,接+5V 電源正端。 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 16 VSS：接地, 接+5V 電源地端。 PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89S52 由 外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖， 在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次 PSEN 信號(hào)。 EA/VPP：外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H-FFFFH） ， EA 端必須保持低電平（接地） 。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖 存 EA 端狀態(tài)。 如 EA 端為高電平 （接 Vcc 端） ， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。 FLASH 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 圖 2.589s52 最小系統(tǒng) 2.23 X5045 看門狗及復(fù)位電路 X5045 的特點(diǎn)是一種集看門狗、 電壓監(jiān)控和串行 EEPROM 三種功能于一身的可編程 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 17 電路。X5045 中的看門狗對(duì)系統(tǒng)提供了保護(hù)功能。這種組合設(shè)計(jì)減少了電路對(duì)電路板空 間的需求。如果當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障而超過設(shè)置時(shí)間時(shí)，電路中的看門狗將通過 RESET（復(fù) 位）信號(hào)向 CPU 作出反應(yīng)。X5045 提供了三個(gè)時(shí)間值供用戶選擇使用。它所具有的電壓 監(jiān)控功能還可以保護(hù)系統(tǒng)免受低電壓的影響，當(dāng)電源電壓降到允許范圍以下時(shí)，系統(tǒng)將 復(fù)位，直到電源電壓返回到穩(wěn)定值為止。X5045 的存儲(chǔ)器與 CPU 可通過串行通信方式接 口，共有 4096 個(gè)位，可以按 512 x 8 個(gè)字節(jié)來放置數(shù)據(jù)。可以存放 512 個(gè)字節(jié)，可擦 寫 100 萬次以上并且存儲(chǔ) 100 年。 圖 2.6 X5045 引腳 X5045 的管腳排列如圖 3-7 所示，它共有 8 個(gè)引腳，各引腳的功能如下： CS ：電 路選擇端，低電平有效；SO ：串行數(shù)據(jù)輸出端；SI ：串行數(shù)據(jù)輸入端；SCK：串行時(shí) 鐘輸入端； WP ：寫保護(hù)輸入端，低電平有效； RESET ：復(fù)位輸出端；VCC ：電源端； VSS ：接地端。 本設(shè)計(jì)中由于 X5045 是利用 SPI 通信協(xié)議 （高速同步串行口） ， SPI， 是一種高速的， 全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同 時(shí)為 PCB 的布局上節(jié)省空間，提供方便，正是出于這種簡(jiǎn)單易用的特性，現(xiàn)在越來越多 的芯片集成了這種通信協(xié)議所以電路連接十分簡(jiǎn)單。SI 和 SO 分別接 89S52 的 P1.3 和 P1.4 用作數(shù)據(jù)的傳輸使用。 CS 和 SCK 分別接單片機(jī)的 P1.1 和 P1.2 用作控制端口使用。 WP 和 Vcc 是直接接電源，RS 上拉 10k 電阻接電源，并且接上 89S52 的 RESET 引腳，用 作控制單片機(jī)復(fù)位信號(hào)使用，并且上電復(fù)位。設(shè)計(jì)中所用到的電路圖如圖 2.7 所示 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 18 圖 2.7X5045 的連接 2.24 聲光報(bào)警與 LED 顯示 作為煤氣泄露測(cè)試裝置，其中聲光報(bào)警部分不可缺少，當(dāng)檢測(cè)到一氧化碳有毒氣 體在空氣中的所占的濃度比例超標(biāo)時(shí)，就應(yīng)該通過聲光方式發(fā)出警報(bào)，防止由于一氧化 碳?xì)怏w含量過高而發(fā)生的意外事故。 本設(shè)計(jì)中的聲光報(bào)警部分包括蜂鳴器以及紅、黃、綠三個(gè) LED 報(bào)警指示燈。 聲光報(bào)警表現(xiàn)形式如下： 1.紅色燈點(diǎn)亮?xí)r表示被測(cè)得一氧化碳?xì)怏w含量已經(jīng)達(dá)到報(bào)警值， 此時(shí)黃色和綠色燈 熄滅，蜂鳴器發(fā)出聲光報(bào)警，通知用戶； 2.黃色燈點(diǎn)亮表示傳感器檢測(cè)到一氧化碳?xì)怏w濃度超過下限值，但沒有達(dá)到報(bào)警 值，此時(shí)紅色燈和綠色燈熄滅，蜂鳴器不發(fā)聲； 3. 綠色燈點(diǎn)亮表示傳感器檢測(cè)到一氧化碳?xì)怏w，但沒達(dá)到下限值，所以一切正常， 此時(shí)紅色和黃色熄滅，蜂鳴器不發(fā)聲； 單片機(jī)本身 I/O 的驅(qū)動(dòng)能力不是很高， 所以對(duì)蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)需要加入一個(gè) PNP 三極 管，這樣能夠使蜂鳴器的聲音更加響亮，起到更好的報(bào)警作用。三極管基極的電路保證 了只有在單片機(jī)輸出低電平時(shí)，蜂鳴器才會(huì)發(fā)聲，從而避免了錯(cuò)誤報(bào)警的發(fā)生。 用聲音或是燈光報(bào)警時(shí)，連續(xù)的聲響或常亮的燈光往往不易被人們的警覺，只有斷 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 19 續(xù)的聲音或山所的燈光才能取得最佳的報(bào)警效果。 就利用時(shí)鐘翻轉(zhuǎn) P3.5 和 P1.0 來轉(zhuǎn)換 電平，產(chǎn)生短促的報(bào)警聲音或閃爍燈光。 圖 2.8 聲光報(bào)警電路 LED 數(shù)碼顯示器是一種由 LED 發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了 8 個(gè) LED 發(fā)光二極管，其中 1 個(gè)用于顯示小數(shù)點(diǎn)，7 個(gè)用于顯示字符，故稱之為 7 段發(fā)光二 極管數(shù)碼顯示器。 驅(qū)動(dòng) LED 的時(shí)候，應(yīng)該分二種情況比如用共陰接法和共陽接法，共陽的時(shí)候 LED 正 端接正電源，負(fù)端通過一個(gè)限流電阻接 P 口，這時(shí)不用接上拉電阻，只要這個(gè)限流電阻 取合適就可以了解發(fā)光管亮的時(shí)候電流就是從電源正LED限流電阻P 口， P 口為低 電位發(fā)光管滅的時(shí)候沒有電流流過。P 口為高電位或高阻狀態(tài)共陰接法，LED 負(fù)端接地， 正端直接 P 口，這時(shí)候要接上拉電阻，這個(gè)上拉電阻是提供 LED 發(fā)光用的，發(fā)光管亮的 這個(gè)時(shí)候電流是從電源正上拉電阻LED 地。這時(shí)上拉電阻也是限流用的。P 口為 高電位或高阻狀態(tài)發(fā)光管暗的時(shí)候電流是從電源正上拉電阻P 口，這時(shí) LED 無電流 流過，P 口為低電位，限流電阻上流過電流全部從 P 口流入。 要從單片機(jī)的輸出驅(qū)動(dòng)能力開始講起。 單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)分為低電平驅(qū)動(dòng)和高電平驅(qū) 動(dòng)兩種方式，所謂高電平驅(qū)動(dòng)，就是端口輸出高電平時(shí)的驅(qū)動(dòng)能力，同理低電平驅(qū)動(dòng)， 就是端口輸出低電平時(shí)的驅(qū)動(dòng)能力，當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí)，其驅(qū)動(dòng)能力實(shí)際上是靠端 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 20 口的上拉電阻來驅(qū)動(dòng)的，實(shí)際測(cè)試表明，52 單片機(jī)的上拉電阻的阻值在 330K 左右，也 就是說如果靠高電平驅(qū)動(dòng)，本質(zhì)上就是靠 330K 的上拉電阻來提供電流的，當(dāng)然該電流 是非常小的，小的甚至連發(fā)光二極管也難以點(diǎn)亮，如果要保證 LED 正常發(fā)光，必須要外 接一個(gè) 1K 左右的上拉電阻，如果是一個(gè) LED 還好，要是 10 個(gè)、20 個(gè) LED 的話，就要 接 10 個(gè)、20 個(gè) 1K 的上拉電阻，接電阻的本身是可以的，問題是接了上拉電阻以后， 每當(dāng)端口變?yōu)榈碗娖?0 的時(shí)候，那么就有 10 個(gè)、20 個(gè)上拉電阻被無用的導(dǎo)通，假設(shè)每 個(gè)電阻的電流為 5mA 計(jì)算，故 20 個(gè)電阻就是 100mA，這樣將造成電源效率的嚴(yán)重下降， 導(dǎo)致發(fā)熱，紋波增大，以至于造成單片機(jī)工作不穩(wěn)，因此很少有采用高電平直接驅(qū)動(dòng) LED 的，高電平驅(qū)動(dòng) LED 實(shí)際上就是共陰。然而低電平驅(qū)動(dòng)就不同了，端口為低電平 0 時(shí)，端口內(nèi)部的開關(guān)管導(dǎo)通，可以驅(qū)動(dòng)高達(dá) 30 多毫安的驅(qū)動(dòng)電流，可以直接驅(qū)動(dòng) LED 等負(fù)載，當(dāng)端口為低電平 0 時(shí)，盡管內(nèi)部的上拉電阻也是消耗電流的，但是由于內(nèi)部的 上拉電阻很大（330K） ，因此消耗電流極小，基本上不會(huì)影響電源效率，不會(huì)造成無用 功的大量消耗，因此 52 單片機(jī)是不能用高電平直接驅(qū)動(dòng) LED 的，只能用地電平直接驅(qū) 動(dòng) LED，即只能用共陽數(shù)碼管，而不能直接用共陰數(shù)碼管 本設(shè)計(jì)通過觀察 LED 數(shù)碼顯示器顯示 CO 濃度值，判斷 CO 濃度值是否超過上限值， 如果超過，自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)打開排氣扇，使 CO 濃度降低。如果超過下限值，切斷閥閉 合，以便達(dá)到正常狀態(tài)。 用聲音或是燈光報(bào)警時(shí)，連續(xù)的聲響或常亮的燈光往往不易被人們的警覺，只有斷 續(xù)的聲音或山所的燈光才能取得最佳的報(bào)警效果。 就利用時(shí)鐘翻轉(zhuǎn) P3.5 和 P1.0 來轉(zhuǎn)換 電平，產(chǎn)生短促的報(bào)警聲音或閃爍燈光。 2.25 HD7279A 電路模塊 HD7279A 的特點(diǎn)是一片具有串行接口的 ,可同時(shí)驅(qū)動(dòng) 8 位共陰極數(shù)碼管的智能顯示 驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片可連接多達(dá) 64 個(gè)鍵的鍵盤矩陣 , 并含有去抖動(dòng)電路。HD7279A 芯 片內(nèi)部有譯碼器 ,可以直接接受 16 進(jìn)制碼 ,并且具有 2 種譯碼方式和多種控制指令 , 如:消隱、閃爍、 左移、 右移、 段尋址等?？梢詮V泛應(yīng)用在儀器儀表 ,工業(yè)控制 , 條形顯示器 ,控制面板等領(lǐng)域。串行接口，無需外圍元件可直接驅(qū)動(dòng) LED；各個(gè)獨(dú)立控 制譯碼/不譯碼及消隱和閃爍屬性；循環(huán)左移和右移指令；具有段尋址指令，方便控制 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 21 獨(dú)立 led；64 鍵盤控制器，內(nèi)含去抖動(dòng)電路。HD7279A 的引腳如圖所示。 圖 2.9 HD7279A 引腳 HD7279A 是標(biāo)準(zhǔn) 28 引腳雙列直插式芯片。引腳 1 ,2 (VDD)為正電源;引腳 3 ,5 (NC) 不連接 ,使用時(shí)要求懸空;引腳 4 (VSS)為接地端;引腳 6 (CS)片選輸入端 ,此引腳為低 電平時(shí) ,可向芯片發(fā)送指令及讀取鍵盤數(shù)據(jù);引腳 7 (CLK)為同步時(shí)鐘輸入端 ,向芯片 發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取鍵盤數(shù)據(jù)時(shí) ,該引腳電平上升沿表示數(shù)據(jù)有效;引腳 8 (DATA)為串行數(shù) 據(jù)輸入/輸出端 ,當(dāng)芯片接收指令時(shí),此引腳為輸入端;當(dāng)讀取鍵盤數(shù)據(jù)時(shí),此引腳在 讀指令最后一個(gè)時(shí)鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆?引腳 9 (KEY)為按鍵有效輸出端 ,平時(shí) 為高電平 ,當(dāng)檢測(cè)到有效按鍵時(shí) ,此引腳變?yōu)榈碗娖?引腳1016 (SGSA)為段g段 a 驅(qū)動(dòng)輸出;引腳 17 (DP)為小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸出;引腳 1825 (DIG0DIG7)為數(shù)字 07 位驅(qū)動(dòng)輸出;引腳 26 (CLKO) 為振蕩輸出端;引腳 27(RC)為 RC 振蕩器連接端;引腳 28 (RESET)為復(fù)位端。 HD7279 的指令通信是采用串行方式與微處理器通訊 ,串行數(shù)據(jù)從DATA 引腳送入芯 片 ,并由 CLK 端同步。當(dāng)片選端 CS 信號(hào)變?yōu)榈碗娖胶?,DATA 引腳上的數(shù)據(jù)在 CLK 引 腳的上升沿被寫入 HD7279A 的緩沖寄存器。 HD7279A 的指令結(jié)構(gòu)有三種類型(表 1) :11 不帶數(shù)據(jù)的純指令 ,指令的寬度為8個(gè)BIT位 ,即微處理器需要發(fā)送8 個(gè) CLK脈沖;21 帶數(shù)據(jù)指令 ,寬度為 16 個(gè)BIT位 ,即微處理器需要發(fā)送 16 個(gè) CLK脈沖;31讀取鍵盤 數(shù)據(jù)指令 ,寬度為 16 個(gè) BIT 位 ,前 8 個(gè) BIT 位為微處理器發(fā)送到 HD7279A 的指令,后 8 個(gè) BIT 位為 HD7279A 返回的鍵盤代碼。執(zhí)行該指令時(shí) ,HD7279A 的 DATA 端在第 9 個(gè) 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 22 CLK 脈沖的上升沿變?yōu)檩敵鰻顟B(tài) ,并以第 6 個(gè)脈沖的下降沿恢復(fù)為輸入狀態(tài) ,等待接收 下一個(gè)指令。 電路接法和注意事項(xiàng)是比較關(guān)心的部分。HD7279A 應(yīng)連接共陰式數(shù)碼管，無需用到 的鍵盤和數(shù)碼管可以不連接，省去數(shù)碼管或?qū)?shù)碼管消隱屬性均不會(huì)影響鍵盤的使用。 如果不用到鍵盤，則連接到鍵盤的 8 只 10K 電阻和 8 只 100k 下來電阻均可以省去。如 果使用了鍵盤，則要在電路中的 100k 下拉電阻均不可以省。實(shí)際中下拉電阻和位選電 阻應(yīng)該遵循一定的比例，下拉電阻應(yīng)該大于位選電阻的 5 倍而小于 50 倍。下拉電阻為 10K-100k，位選電阻為 1K-10K。下拉電阻盡可能的小，可以提高鍵盤的抗干擾能力。 因?yàn)椴捎醚h(huán)掃描工作方式，采用亮度高的數(shù)碼管可以解決亮度不夠問題。 HD7279A 需要一個(gè)外接的 RC 震蕩電路，經(jīng)典值是 R=1.5k，C=15PF，并且盡量靠近 芯片，使之電路連線最短。復(fù)位 RESET 可以直接與正電源連接，需要較高可靠性時(shí)可以 接一個(gè)外部的復(fù)位電路。在上電后大約經(jīng)過 12-25ms 的時(shí)間才會(huì)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。上 電后所有的顯示位為顯示和不閃爍 。當(dāng)有按鍵按下，KEY 引腳輸出變低電平， 此時(shí)接到讀鍵盤指令時(shí)，將輸出鍵盤代碼。因?yàn)樾酒苯域?qū)動(dòng) LED 顯示，電流較大，且 為動(dòng)態(tài)掃描，如果該部分電路的電源線較細(xì)較長(zhǎng)，可能會(huì)有電源噪聲干擾，所以在 HD7279A 的正負(fù)電源端并上去耦電容，提高電路的抗干擾能力。 圖 2.10 HD7279A 的總體連接 本設(shè)計(jì)中總體連接如圖 2.10 采用經(jīng)典的連接方法，電路安全可靠，抗干擾能力強(qiáng)。 其中 89S52 的 P1.5 連接 CS 做片選使用，P1.6 連接 CLK 做模擬時(shí)鐘使用，P1.7 接 DATA 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 23 做數(shù)據(jù)傳輸使用。Key 接單片機(jī)的中斷 INT1，作為鍵盤中斷程序入口控制。而與共陰極 LED 顯示器接法基本也是很經(jīng)典接法一至，只是利用了 0、1、2、3、4、5、6、7 作為 使用的鍵盤，加上電源去耦電容。 2.26 數(shù)據(jù)采集單元 本設(shè)計(jì)數(shù)模（A/D）轉(zhuǎn)換器選擇了 TLC2543，該芯片是 TLC2543 是德州儀器公司新 型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有 l2 位的分辨率，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成 A/D 轉(zhuǎn)換過程， 提供的最大采樣率為 66KSPS，供電電流僅需 1mA。它除具有通用靈活的串行接口外，還 具有高速的轉(zhuǎn)換器和通用的控制能力。它被廣泛運(yùn)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 TLC2543 是 l2 位開關(guān)電容逐次逼近型 ADC 每個(gè)器件有三個(gè)控制輸入端： 片選(CS)、 輸入/輸出時(shí)鐘(I/O CLK)及地址數(shù)據(jù)輸入端(DATA INPUT)。它還可以通過一個(gè)串行的 3 態(tài)輸出端(DATA OUT)與主處理器或其它外圍的串行口通訊，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。通過編程器 件的 DATA INPUT 管腳串行輸入的 8 位通道/方式控制字節(jié)的高 4 位(MSBs)，可選擇 11 個(gè)模擬輸入通道中的任一個(gè)?？捎猛瑯拥姆椒ㄟx用另外三個(gè)測(cè)試電壓 VREF-、VREF+、 （VREF+ + VREF-）/2,用于轉(zhuǎn)換器的枝正或其它用途。通道方式控制字節(jié)的低四位 (LSBs)用于選擇輸出數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度(8、 12 或 16 位)、 輸出數(shù)據(jù)的順序和是否需要單極性(二 進(jìn)制)或雙極性(二進(jìn)制補(bǔ)碼)格式。 TLC2543 使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成 A/D 轉(zhuǎn)換過程。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能 夠節(jié)省 51 系列單片機(jī) I/O 資源；且價(jià)格適中，分辨率較高，因此在儀器儀表中有較為 廣泛的應(yīng)用。 TLC2543 的特點(diǎn)： （1）12 位分辯率 A/D 轉(zhuǎn)換器； （2）11 個(gè)模擬輸入通道； （3）具有單、雙極性輸出； （4）3 路內(nèi)置自測(cè)試方式； （5）采樣率為 66kbps； （6）可編程輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。 （7）有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出 EOC； 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 24 （8）在工作溫度范圍內(nèi) 10us 轉(zhuǎn)換時(shí)間； （9）可編程的 MSB 或 LSB 前導(dǎo)； （10）線性誤差1LSBmax； TLC2543 引腳介紹如圖 2.2 所示。 圖 2.11TLC2543 引腳 TLC2543 引腳說明： 引腳號(hào)名稱I/O說明 1 9,11,12 AIN0AIN10I 模擬量輸入端。11 路輸入信號(hào)由內(nèi)部多路器選 通。對(duì)于 4.1MHz 的 I/OCLOCK，驅(qū)動(dòng)源阻抗必須小于或 等于 50，而且用 60pF 電容來限制模擬輸入電壓的斜 率 15/CSI 片選端。在/CS 端由高變低時(shí)，內(nèi)部計(jì)數(shù)器復(fù) 位。由低變高時(shí)，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)禁 DATAINPUT 和 I/O CLOCK 17DATAINPUTI 串行數(shù)據(jù)輸入端。 由 4 位的串行地址輸入來選擇 模擬量輸入通道 16DATAOUTO A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端。為高時(shí)處于高 阻抗?fàn)顟B(tài)，/CS 為低時(shí)處于激活狀態(tài) 煤氣報(bào)警器的畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 25 TLC2543 的工作過程分為兩個(gè)周期與接口時(shí)序，分別為：I/O 周期、轉(zhuǎn)換周期和接 口時(shí)序。 1、I/O 周期 I/O 周期由外部提供的 I/O CLOCK 定義,延續(xù) 8、12 或 16 個(gè)時(shí)鐘周期,決定于選定 的輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。器件進(jìn)入 I/O 周期后同時(shí)進(jìn)行兩種操作。 19EOCO 轉(zhuǎn)換結(jié)束端。在最后的 I/OCLOCK 下降沿之后， EOC從高電平變?yōu)榈碗?