畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于stc89c52單片機(jī)的瓦斯報(bào)警器設(shè)計(jì)..deflate

1、目 錄引 言1第1章 緒論21.1課題研究的目的和意義及來源2 課題研究的目的和意義2課題的來源31.2瓦斯報(bào)警控制器國內(nèi)外現(xiàn)狀31.3本課題主要完成的任務(wù)3第2章 瓦斯報(bào)警控制器的方案設(shè)計(jì)42.1 氣體傳感器的選型4 氣體傳感器的種類4 TGS-813氣體傳感器5 TGS-813氣體傳感器的一般特點(diǎn)62.2 瓦斯報(bào)警控制器的整體設(shè)計(jì)7瓦斯報(bào)警控制器的結(jié)構(gòu)7瓦斯報(bào)警控制器主要技術(shù)指標(biāo)7第3章 瓦斯報(bào)警控制器的硬件設(shè)計(jì)83.1 AT89S52系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)83.2 瓦斯報(bào)警控制器的電路設(shè)計(jì)9 前置放大電路93.2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路10 AT89S52單片機(jī)接口電路11 聲音報(bào)警電路12

2、 顯示電路12 中斷電路13第4章 瓦斯報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì)154.1 AT89S52單片機(jī)調(diào)試及開發(fā)工具154.2瓦斯報(bào)警控制器軟件流程及設(shè)計(jì)15 主程序流程圖及設(shè)計(jì)15 T0中斷子程序16 線性化處理子程序設(shè)計(jì)17 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序設(shè)計(jì)19 顯示子程序設(shè)計(jì)20 鍵掃描子程序設(shè)計(jì)22結(jié)論與展望23致 謝24參考文獻(xiàn)25附錄A：硬件電路總圖26附錄B：外文文獻(xiàn)及譯文27附錄C：主要參考文獻(xiàn)及摘要31附錄D：程序清單33摘要；隨著瓦斯種類和應(yīng)用范圍的增加，其使用場所和貯氣倉庫內(nèi)的泄漏、火災(zāi)爆炸事故日益增多。從安全、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)上考慮，研制一種檢測瓦斯自動報(bào)警和自動打開排器裝置的一種控制器是非常

3、必要的。本設(shè)計(jì)對瓦斯泄漏報(bào)警、控制器進(jìn)行了深入的研究，采用了“探測器+單片機(jī)控制電路”設(shè)計(jì)思路，具有檢測誤差小，反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。選用MQ2氣體傳感器對現(xiàn)場瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢測，采用功能和性價(jià)比較高的STC89C52單片機(jī)作為中央處理單元，對濃度信號進(jìn)行采集、數(shù)據(jù)處理、顯示、報(bào)警及打開排氣裝置等工作。本設(shè)計(jì)的瓦斯報(bào)警、控制器可以檢測空氣中以烷類氣體為主的多種瓦斯的濃度，實(shí)時顯示濃度值，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的上限報(bào)警設(shè)定值時，發(fā)出聲音報(bào)警和控制信號，以提示操作人員采取安全對策或自動控制相關(guān)安全裝置。該報(bào)警器可以實(shí)時、準(zhǔn)確檢測瓦斯，并且可以長時間可靠無誤的報(bào)警，具有很廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。關(guān)鍵詞： 報(bào)警

4、器；瓦斯；單片機(jī)；氣體傳感器AbstractWith the rapid increase of combustible gas classes and applied range, the leakage and fire explosion of locations and warehouses storing combustible gas are more often. To ensure personal safety, environment and equipment safety, it is necessary to develop a new type reliable c

5、ombustible gas alarm instrument.This paper explains combustible gas alarm instrument principle deeply, and use the project of detector and microcontroller control circuit to design alarm instrument. Chooses MQ2 gas sensor, which turns the concentration of combustible gas in the air into voltage sign

6、al, and sends the voltage signal into microcontroller(MCU), then MCU implements date acquisition, processing, concentration display and alarm operation. Meanwhile, taking function, integration and the ratio of performance to price into account, chooses STC89C52 MCU as the core part of combustible ga

7、s alarm instrument.Combustible gas alarm instrument designed detects alkyl combustible gas especially, and displays concentration on the instrument. When combustible gas reaches alarm threshold value, the instrument sends out sound and light alarm, reminds worker to take action. The combustible gas

8、alarm instrument has got past the test on the spot and got a satisfying result. Conclusion can be drawn that this kind of high efficiency combustible gas alarm instrument will have a wide application.Keywords：divulging alarm; combustible gas ;single chip microcomputer; gas sensor第1章 緒論1.1課題研究的目的和意義及

9、來源課題研究的目的和意義隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，易燃、易爆、有毒氣體的種類和應(yīng)用范圍都有所增加。液化石油氣、天然氣、煤氣等這些氣體主要含有烷類、烴類、烯類、醇類、苯類以及一氧化碳、氫等成分，是易燃、易爆、有毒、有害的氣體。它們易流動、易燃燒，在生產(chǎn)、輸送、貯存和使用這些氣體的過程中，如違反操作規(guī)程或設(shè)備密封質(zhì)量不好，都有可能發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏的現(xiàn)象。當(dāng)與空氣混合后的混合物達(dá)到一定的濃度時，就是一種爆炸性混合物，遇火就會發(fā)生劇烈的化合反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱，會燃起大火，進(jìn)而釀成火災(zāi)或爆炸事故，給國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成損失。國內(nèi)外均有不少這方面的報(bào)道，其教訓(xùn)是非常深刻的。為了防患于未然，只有采用先進(jìn)、

10、可靠的安全監(jiān)測儀表，嚴(yán)密監(jiān)測環(huán)境中的瓦斯的濃度，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，將事故消滅在釀成事故之前，才能確保安全生產(chǎn)，居民的人身財(cái)產(chǎn)安全才能有保證。瓦斯報(bào)警控制器屬于中華人民共和國強(qiáng)制檢定的工作計(jì)量器具目錄中第46項(xiàng)，它歸類于物理化學(xué)計(jì)量器具。建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(GBJ16-87)第條明確規(guī)定:“散發(fā)可燃?xì)怏w、可燃蒸汽的甲類場所，應(yīng)設(shè)置瓦斯?jié)舛葯z測報(bào)警裝置”。但現(xiàn)在國內(nèi)使用的報(bào)警控制器，許多產(chǎn)品使用時間過長，產(chǎn)品老化嚴(yán)重，技術(shù)指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，報(bào)警器的性能也不穩(wěn)定。有些是保養(yǎng)不當(dāng)，如電池流水腐蝕儀器，或蓄電池?fù)p壞使報(bào)警器不能工作;有些是因使用不當(dāng)而造成故障，因此不能進(jìn)行準(zhǔn)確，安全的報(bào)警和控制

11、。2003年12月，國家執(zhí)行新的瓦斯探測器標(biāo)準(zhǔn)(GB 15322-2003)可燃?xì)怏w探測器。在2004年10月國家頒布可燃?xì)怏w檢測報(bào)警器規(guī)程JJG693-2004 。一部分不合規(guī)定的瓦斯報(bào)警控制器將停止使用10。因此，研制一種新型，性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確監(jiān)測瓦斯，并且合乎國家相關(guān)規(guī)定的報(bào)警控制器勢在必行。課題的來源隨著城市煤氣、天然氣事業(yè)及化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，易燃、易爆的氣體種類和應(yīng)用范圍在不斷增加，這些易燃易爆氣體在生產(chǎn)和使用過程中，一旦發(fā)生泄漏將會引起中毒、火災(zāi)、爆炸等重大事故，人們在對安全生產(chǎn)的重視程度日益增加的同時，對生產(chǎn)技術(shù)手段也進(jìn)行不斷的提高， 研制一種新型、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確監(jiān)測瓦斯報(bào)警控制

12、器勢在必行。而傳統(tǒng)的模擬型瓦斯報(bào)警控制器，對于氣體傳感器的特性補(bǔ)償、修正，采用匹配補(bǔ)償傳感器的硬件調(diào)整方式；這種調(diào)整方式雖然具有現(xiàn)場調(diào)整方便的優(yōu)點(diǎn)，但補(bǔ)償擬合的范圍窄，匹配傳感器的部件選擇困難，而難以獲得較好的補(bǔ)償、修正效果。因此，本次設(shè)計(jì)采用了“探測器+單片機(jī)控制電路”設(shè)計(jì)思路。本次設(shè)計(jì)采用以STC89C52芯片為核心，用半導(dǎo)體陶瓷式氣體傳感器MQ-2來檢測外部氣體濃度，結(jié)合外部硬件電路實(shí)現(xiàn)對瓦斯進(jìn)行報(bào)警控制裝置。STC89C52芯片具有功能強(qiáng)大，性價(jià)比高等一系列優(yōu)點(diǎn)，適合產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)。同時，設(shè)計(jì)出的瓦斯報(bào)警控制器具有操作簡單，實(shí)用性強(qiáng)，價(jià)格便宜，安全性高等特點(diǎn)，所以非常適合貯氣倉庫，以及

13、家庭等場所使用，具有很高的實(shí)用價(jià)值。正是由于瓦斯報(bào)警控制器對于安全生產(chǎn)的重要性，國內(nèi)外有眾多廠家研制、生產(chǎn)這一產(chǎn)品。從運(yùn)用所學(xué)知識和實(shí)際意義出發(fā)，研制一種固定式瓦斯報(bào)警控制器，它主要對以烷類氣體為主的多種瓦斯進(jìn)行檢測控制。1.2 瓦斯報(bào)警控制器國內(nèi)外現(xiàn)狀瓦斯報(bào)警控制器在國外己經(jīng)發(fā)展成為一種相當(dāng)成熟的產(chǎn)品。日本是最早發(fā)明燃?xì)鈭?bào)警器的國家，己有50多年的歷史。無論在氣體探測器的研制上，還是在報(bào)警器的性能上，均處于國際領(lǐng)先水平。日本政府和生產(chǎn)企業(yè)大力推廣報(bào)警器的使用，使燃?xì)庑孤┖捅ǖ仁鹿实氖鹿事蔬h(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美等發(fā)達(dá)國家。其中FIGARO、理研都是專門研制、生產(chǎn)瓦斯報(bào)警控制器的廠家，他們生產(chǎn)的產(chǎn)品以采

14、用最先進(jìn)的氣敏傳感器、響應(yīng)速度快、性能可靠、壽命長而著稱。我國在70年代初期開始研制瓦斯報(bào)警控制器，生產(chǎn)型號多樣、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，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進(jìn)國外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，又進(jìn)行研究與開發(fā)，形成自己的特色。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7。工業(yè)瓦斯報(bào)警控制器一般分為瓦斯檢漏儀(簡稱“檢漏儀”)、瓦斯報(bào)警控制器(簡稱“控制器”)、瓦斯探測器(簡稱“探測器”)三大系列產(chǎn)品?！皺z漏儀”的體積較小，可隨身攜帶或手持，采用堿性電池或可充電電池供電，一般可以連續(xù)工作近12小時。該儀器主要

15、應(yīng)用于燃?xì)夤艿赖牟槁┡c巡線。若有燃?xì)庑孤?，檢漏儀便會發(fā)出聲光報(bào)警，同時顯示氣體濃度，以便及時采取安全措施，防止爆炸等惡性事故的發(fā)生?！疤綔y器+控制器”，這是在工業(yè)裝置上和生產(chǎn)過程中使用最多的檢測儀器，可在防爆現(xiàn)場長期監(jiān)測氣體的濃度。這種儀器大都裝設(shè)在油庫、乙炔站、液化氣站和煤氣站等易燃易爆的危險(xiǎn)場所。探測器安裝在防爆現(xiàn)場，控制器放在值班室等有人值守的地方，二者采用屏蔽電纜線連接。當(dāng)在現(xiàn)場的探測器探測到燃?xì)庑孤┲?，通過屏蔽電纜線將信號傳到控制器，控制器發(fā)出聲光報(bào)警，同時啟動排風(fēng)裝置或關(guān)閉電磁閥切斷氣源，以確保安全。1.3本課題主要完成的任務(wù) 本課題是基于單片機(jī)的家用瓦斯檢測報(bào)警器控制器的研制，

16、主要完成以下任務(wù)：(1) 對單片機(jī)報(bào)警器系統(tǒng)進(jìn)行整體的規(guī)劃和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。(2) 以STC89C52單片機(jī)為中央處理器，對硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)，使其功能更加完善。系統(tǒng)硬件電路主要分為A/D轉(zhuǎn)換電路、STC89C52單片機(jī)接口電路、聲音報(bào)警控制電路、顯示電路四個部分。(3) 系統(tǒng)的軟件編制。在程序的編寫過程中，分別對主程序和各部分子程序進(jìn)行了流程圖的繪制，同時加入了詳細(xì)的文字注釋，以便于后期的改進(jìn)與維護(hù)。第2章 瓦斯報(bào)警控制器的方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)就是根據(jù)題目的要求而對硬件和軟件進(jìn)行規(guī)劃，并選擇最合適的硬件電路和軟件程序來達(dá)到目的。硬件設(shè)計(jì)是通過對設(shè)計(jì)要求的分析，對各種元器件的了解，而得出分立元件與集成

17、塊的某些連接方法，以達(dá)到設(shè)計(jì)的功能要求。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。它包括對各種元器件的功能和接法的了解，以及對各種元器件的選擇和設(shè)計(jì)方案的選擇。軟件設(shè)計(jì)是分析設(shè)計(jì)的硬件用程序?qū)崿F(xiàn)其功能，并且調(diào)試優(yōu)化產(chǎn)品功能。2.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下功能：系統(tǒng)能巡回檢測四個不同位置的煙霧和煤氣濃度，把檢測到的信號送單片機(jī)處理，處理過的數(shù)據(jù)送顯示器顯示和送存儲器保存，在煙霧和煤氣濃度達(dá)到設(shè)置值時系統(tǒng)啟動報(bào)警。2.2 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)擬按以下思路展開研究：（1）根據(jù)該設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的基本功能，設(shè)計(jì)大致應(yīng)該分為信號采集放大，信號處理控制，系統(tǒng)設(shè)置報(bào)警三個部分。信號采集部分即通過氣體傳感器檢測室

18、內(nèi)氣體濃度，將這種變化量轉(zhuǎn)化成電壓模擬量的變化，然后通過運(yùn)放進(jìn)行必要的放大。信號處理部分是將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送入控制器進(jìn)行處理，并將處理過的信號送存儲器保存和送顯示器顯示。系統(tǒng)設(shè)置報(bào)警部分是通過預(yù)定控制方式并利用蜂鳴器報(bào)警實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確操作。（2）依據(jù)上面所說的思路，得到如下一些基本的結(jié)論：信號采集部分為了能準(zhǔn)確采集到氣體濃度的變化應(yīng)選用半導(dǎo)體氣體傳感器，為使其有效的檢測室內(nèi)氣體濃度，采用電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器；而放大部分使用運(yùn)放進(jìn)行比例和反相兩級放大。信號處理部分為了實(shí)現(xiàn)精確控制，采用單片機(jī)較為合適。將模擬信號送A/D模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過處理后送存儲器保存和送顯示器顯示。系

19、統(tǒng)設(shè)置報(bào)警部分可以考慮采用44鍵盤設(shè)置初始值和蜂鳴器報(bào)警。根據(jù)對上面設(shè)計(jì)系統(tǒng)的分析，我們得到該設(shè)計(jì)思想框圖如下圖2-1所示：將上述設(shè)計(jì)思想結(jié)合設(shè)計(jì)要求總結(jié)為：單片機(jī)電路制作室內(nèi)故障監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)對室內(nèi)四個不同位置的煙霧和煤氣濃度進(jìn)行巡回監(jiān)測；由電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器采集煙霧和煤氣的濃度；采集到的信號送入A/D模塊完成A/D轉(zhuǎn)換；最后將數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；處理過的數(shù)據(jù)送存儲器進(jìn)行保存以方便調(diào)用；處理過的數(shù)據(jù)經(jīng)過比較，若超過預(yù)先由鍵盤設(shè)定的值則觸動報(bào)警器報(bào)警；由單片機(jī)處理過的數(shù)據(jù)都送顯示器或經(jīng)串口接口調(diào)用送電腦進(jìn)行再處理。系統(tǒng)設(shè)置報(bào)警信號處理控制信號采集放大圖2-1 設(shè)計(jì)思想框圖2.3 設(shè)計(jì)

20、方案方案一采用單個傳感器檢測房間氣體濃度，將檢測的到濃度信號送入A/D芯片中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用AT89S51單片機(jī)控制觸動蜂鳴器進(jìn)行聲音報(bào)警以及將氣體傳感器檢測到的濃度值在液晶顯示器上顯示出來。分析：此設(shè)計(jì)雖然簡單，但是存在著嚴(yán)重的問題。采用單個傳感器檢測房間氣體濃度是不合適的。氣體傳感器所測量的值經(jīng)常會發(fā)生變化。在一段短時間內(nèi)可能很穩(wěn)定，而在一段較長時間內(nèi)則可能有緩慢起伏，或呈周期性的脈動變化，甚至出現(xiàn)突變的尖峰。氣體傳感器主要通過兩個基本特性-靜態(tài)特性和動態(tài)特性來反映傳感器的這種變動性。 靜態(tài)特性通常反映在靈敏度上。所謂的靈敏度，是指在靜態(tài)工作條件下，其單位輸入所產(chǎn)生的輸出，用S表示。 （

21、2-1） 動態(tài)特性是氣體傳感器的特有問題，反映氣體傳感器對隨時間變化的輸入響應(yīng)特性。動態(tài)特性好的氣體傳感器，其輸出特性曲線隨時間變化很小。動態(tài)特性的輸入與輸出關(guān)系不是一個常數(shù)，而是時間的函數(shù)，隨時間的變化而變化，因此常用傳遞函數(shù)表征。 （2-2）由此可見，氣體傳感器的輸入和輸出關(guān)系并非簡單的線性或曲線關(guān)系，要對氣體傳感器建立一個準(zhǔn)確的溫度修正數(shù)學(xué)模型是很困難的。通常應(yīng)用時，都忽略氣體傳感器的動態(tài)特性，根據(jù)其靜態(tài)溫度響應(yīng)靈敏度，采取一定的措施對其進(jìn)行補(bǔ)償。如通過溫度傳感器16測出環(huán)境的溫度，對氣體傳感器的輸出特性曲線進(jìn)行修正；或者直接對傳感器進(jìn)行硬件補(bǔ)償。氣體傳感器特性總是會受到環(huán)境溫度、濕度的

22、影響而變化，氣體報(bào)警器要能夠有效實(shí)現(xiàn)對環(huán)境氣氛的監(jiān)控，有效避免誤報(bào)、漏報(bào)，提高測量的準(zhǔn)確性，必須對氣體傳感器進(jìn)行有效的溫、濕度補(bǔ)償和修正。本設(shè)計(jì)主要考慮如何有效實(shí)現(xiàn)傳感器的溫度補(bǔ)償。 傳統(tǒng)補(bǔ)償方式一般有硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償兩種。所謂硬件補(bǔ)償是指直接使用溫度傳感器在電路中對氣體傳感器進(jìn)行補(bǔ)償，這種方式雖然簡單，但只有在溫度傳感器和氣體傳感器的溫度特性一致時，才能很好地補(bǔ)償；很難實(shí)現(xiàn)寬范圍的氣體傳感器和溫度傳感器的特性匹配。軟件補(bǔ)償方式通過傳感器的溫度特性曲線擬合進(jìn)行算法補(bǔ)償，這種方式是以一定的特性曲線作為基礎(chǔ)，對不同的工作環(huán)境和不同傳感器的溫度特性，用算法處理和查表修正以得到不同的補(bǔ)償效果。該方式

23、較為復(fù)雜，對特性離散的傳感器，擬合效果差。為了解決這個問題，提出采用雙傳感器補(bǔ)償方式，具體來說就是選用兩個特性一致（實(shí)際上只能做到非常接近）的氣體傳感器來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，把其中一個氣體傳感器A密封代替溫度傳感器，對另一氣體傳感器B進(jìn)行補(bǔ)償。這樣的補(bǔ)償方式，不僅能較好地?cái)M合氣體傳感器的靜態(tài)溫度特性，而且對傳感器的動態(tài)溫度響應(yīng)也能同步實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償23。由于方案一傳感器測量精度不高，所以不予采納。 方案二采用雙傳感器5，采用相互補(bǔ)償?shù)姆椒z測房間氣體濃度，將檢測的到濃度信號送入A/D芯片中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用AT89S51單片機(jī)控制聲音報(bào)警以及將氣體傳感器檢測到的濃度值在顯示器顯示出來。分析：此設(shè)計(jì)方法雖然解決

24、了傳感器檢測氣體濃度時溫度和濕度對測量值的影響，但是，在實(shí)際制作的過程中，需要利用的核心控制芯片必須最少具有4路8位A/D口，氣體和溫度敏感信號直接由A/D口采集后，進(jìn)行一定的算法修正和軟件補(bǔ)償。由于本課題要求采用四路巡回檢測，如果采用本方案那么就需要8個特性相同的半導(dǎo)體氣體傳感器（4個密封檢測氣體濃度，另外4個做補(bǔ)償），為了達(dá)到更好的溫度修正效果，往往需要傳感器廠家的配合，在生產(chǎn)時對傳感器進(jìn)行成對生產(chǎn)，以保證傳感器特性的一致性。并且主控制芯片采用常規(guī)的ADC0809和單片機(jī)并不支持，且制作硬件極其復(fù)雜，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)體積過大、功耗高、成本太高。單單采用此種方法并不能更好的提高測量性能，還需要加

25、以軟件補(bǔ)償。由于采用此方案制作硬件極其復(fù)雜，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)體積過大、功耗高、成本太高，所以不予采納。方案三采用高性能半導(dǎo)體氣體傳感器7，采用四路巡回檢測的方法檢測房間氣體濃度，將檢測的到濃度信號送入A/D芯片中進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，利用AT89S51單片機(jī)控制聲音報(bào)警、鍵盤輸入、存儲器運(yùn)行，并且將氣體傳感器檢測到的濃度值在LCD顯示器上顯示出來。分析：選用此方法設(shè)計(jì)電路不僅解決了溫度、濕度的影響，并且簡化了設(shè)計(jì)電路，降低了成本，采用此種方法設(shè)計(jì)主體電路。具體電路設(shè)計(jì)將在下文中給出。通過搜集信息，提出本次設(shè)計(jì)采用QM-N5型氣體傳感器?，F(xiàn)在特將此傳感器簡單介紹如下：(1) 特點(diǎn)：QM-N5型氣體傳感器8

26、是以金屬氧化物SnO2為主體材料的N型半導(dǎo)體氣敏元件，當(dāng)元件接觸還原性氣體時，其電導(dǎo)率隨氣體濃度的增加而迅速升高。適用于天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、烯類氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣、煙霧等的檢測，屬于N型半導(dǎo)體元件。靈敏度較高，穩(wěn)定性較好，響應(yīng)和恢復(fù)時間短。用它做成的報(bào)警器完全可以達(dá)到UL2034標(biāo)準(zhǔn)，不需溫、濕度補(bǔ)償。(2) 工作條件：工作電壓：5V 0.5V靜態(tài)功耗：0.5W(加熱絲冷態(tài)電阻為50 2)環(huán)境條件：溫度-10+50,相對濕度95%初期穩(wěn)定時間：15分鐘響應(yīng)時間：10s恢復(fù)時間：60s檢測煤氣濃度范圍：5020000ppm(3)對一氧化碳反應(yīng)的敏感度14：圖2-2 系列一氧化

27、碳濃度的條件下RL電壓的振蕩曲線。高濕高溫對傳感器的影響：根據(jù)測試結(jié)果表明，此傳感器可承受96%RH相對濕度、70的環(huán)境條件，但基電平升高。 方案的確定 現(xiàn)今半導(dǎo)體氣體傳感器技術(shù)的不斷提高，使得在應(yīng)用此類傳感器時不必采用溫度、濕度補(bǔ)償7，極大的簡化了電路和降低了成本。鑒于對以上三個方案的對比分析，方案三最符合設(shè)計(jì)要求，所以我選擇使用方案三來設(shè)計(jì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主體電路。第3章 瓦斯報(bào)警控制器的硬件設(shè)計(jì)3.1 瓦斯警報(bào)器硬件的選擇本設(shè)計(jì)所選擇的硬件主要有 單片機(jī)以及氣體傳感器等。本設(shè)計(jì)屬于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。它是單片機(jī)在系統(tǒng)檢測方面的應(yīng)用，是典型的嵌入式系統(tǒng)。通常將滿足海量高速數(shù)值計(jì)算的計(jì)算機(jī)稱為通用

28、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；而把面向工控領(lǐng)域?qū)ο?，嵌入到工控?yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計(jì)算機(jī)稱之為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡稱嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)一般分為四種:工控機(jī)，通用CPU模塊，嵌入式微機(jī)處理，單片機(jī)。嵌入式系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1)面對控制對象。如傳感信號輸入、人機(jī)交互操作,伺服驅(qū)動等。(2)嵌入到工控應(yīng)用系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)形態(tài)。(3)能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中可靠運(yùn)行的品質(zhì)。 (4)突出控制功能。如對外部信息的捕捉、對控制對象實(shí)時控制和有突出控制功能的指令系統(tǒng)(I/O控制、位操作和轉(zhuǎn)移指令等)。單片機(jī)有惟一的專門為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)，最能滿足嵌入式應(yīng)用要求。單片機(jī)是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)的單芯片

29、形態(tài)應(yīng)用系統(tǒng)，能滿足面對控制對象、應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入、現(xiàn)場的可靠運(yùn)行及非凡的控制品質(zhì)等要求，是發(fā)展最快、品種最多、數(shù)量最大的嵌入式系統(tǒng)。3.2 STC89C52系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案2。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)Fla

30、sh，256字節(jié)RAM，32 位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計(jì)數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。其引腳電路如圖3-2所示，STC89C52主要性能有以下幾點(diǎn)：(1) 與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容(2) 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器(3) 1000次擦寫周期(4) 全靜態(tài)操作：

31、0Hz33Hz(5) 三級加密程序存儲器(6) 32個可編程I/O口線(7) 三個16位定時器/計(jì)數(shù)器(8) 八個中斷源全雙工UART串行通道(9) 低功耗空閑和掉電模式(10) 掉電后中斷可喚醒(11) 看門狗定時器(12) 雙數(shù)據(jù)指針(13) 掉電標(biāo)識符圖3-2 STC89C52引腳圖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分三個層次。 (1)單片機(jī)：通常指應(yīng)用系統(tǒng)主處理機(jī)，即所選擇的單片機(jī)器件。(2)單片機(jī)系統(tǒng)10：指按照單片機(jī)的技術(shù)要求和嵌入對象的資源要求而構(gòu)成的基本系統(tǒng),如時鐘電路、復(fù)位電路和擴(kuò)展存儲器等與單片機(jī)構(gòu)成了單片機(jī)系統(tǒng)。(3)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)：指能滿足嵌入對象要求的全部電路系統(tǒng)。在單片

32、機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上面向?qū)ο蟮慕涌陔娐罚缜跋蛲ǖ?、后向通道、人機(jī)交互通道(鍵盤、顯小器、打印機(jī)等)和串行通信口(RS232)以及應(yīng)用程序等。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)三個層次的關(guān)系如圖2-3:以此理解，單片機(jī)室內(nèi)故障監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)同樣具有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的三個層次。其中以AT89S51單片機(jī)為核心構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，檢測信號進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理，控制外圍電路。為了更好的理清設(shè)計(jì)思路，將整個系統(tǒng)細(xì)分為三部分加以設(shè)計(jì)說明。整個監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)由三個部分組成，分為三大模塊：濃度檢測模塊、主控模塊和設(shè)置及報(bào)警模塊。在本次設(shè)計(jì)中，使用的核心器件是單片機(jī)9和QM-N5型氣體傳感器。為了保證整個系統(tǒng)可靠的運(yùn)行，設(shè)計(jì)中

33、必須明確三大部分的實(shí)際聯(lián)系：以單片機(jī)為中心，其他各大模塊一一展開。其中，濃度檢測及顯示模塊所實(shí)現(xiàn)的功能是將房間中的煙霧和煤氣濃度值轉(zhuǎn)換成為單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號，并且將濃度值顯示出來；主控模塊以單片機(jī)為主，對其他模塊的運(yùn)行進(jìn)行控制；設(shè)置及報(bào)警模塊是此系統(tǒng)的外圍電路，它的功能實(shí)現(xiàn)形式最人性化，體現(xiàn)了智能控制，通過鍵盤設(shè)置報(bào)警濃度值，在檢測到煙霧和煤氣濃度超過設(shè)定值時會啟動蜂鳴器報(bào)警。 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)人機(jī)交互通道應(yīng)用程序串行通信口后向通道前向通道 圖2-3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)三個層次的關(guān)系單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)由三大部分九個不同電路組成，系統(tǒng)總的結(jié)構(gòu)框圖如下圖2-4所示：一路傳感

34、器ADC0809二路傳感器 單片機(jī)AT89S51三路傳感器四路傳感器2K存儲器報(bào)警器44鍵盤串口通信LCD 5V電源圖2-4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1） 信號采集部分：14路傳感器電路；2） 信號處理部分：A/D轉(zhuǎn)換電路，2K存儲器電路，LCD顯示電路，串口通信電路，單片機(jī)復(fù)位電路；3） 設(shè)置報(bào)警部分：44鍵盤電路，報(bào)警器電路。設(shè)計(jì)瓦斯傳感器是一個氣-電變換器，它的作用是把瓦斯在空氣中的含量(即濃度)變成電信號，進(jìn)而由單片機(jī)采集信號、數(shù)據(jù)處理、濃度顯示以便報(bào)警控制。傳感器作為對瓦斯的敏感元件，是各種類型(袖珍式、便攜式、固定式)儀表的核心之一。因此，傳感器的選型是非常重要的3。2.1.1 氣體傳感器的種

35、類國外從30年代開始研究開發(fā)氣體傳感器。過去氣體傳感器主要用于煤氣、液化石油氣、天然氣以及礦井中的瓦斯氣體的檢測與報(bào)警，目前需要檢測的氣體種類由原來的還原性氣體(H2， C4H10， CH4等)擴(kuò)展到毒性氣體(CO，NO2， H2S， NO， NH3， PH3等)。氣體傳感器種類繁多，從原理上可以分為三大類：(1) 利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器:如半導(dǎo)體、催化燃燒等。(2) 利用物理性質(zhì)的氣體傳感器:如熱導(dǎo)、光干涉、紅外吸收等。(3) 利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器:如電流型、電勢型等。下面對工業(yè)上常用的幾種氣體傳感器作以簡單介紹。(1) 半導(dǎo)體氣體傳感器這類傳感器主要使用半導(dǎo)體氣敏材料，利用氣敏

36、元件的電阻、電流或電壓隨氣體濃度變化的原理工作的。由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、輸出信號強(qiáng)、耐久性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，這類傳感器得到了廣泛的應(yīng)用。目前，世界上許多國家開展了對半導(dǎo)體氣敏材料的研究，其中日本、美國處十領(lǐng)先地位，我國也投入大量資金和人力進(jìn)行研究，并取得一定成果。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的氣體傳感器之一。(2) 固體電解質(zhì)氣體傳感器這是一種產(chǎn)量僅次于半導(dǎo)體氣體傳感器的一類傳感器。它使用固體電解質(zhì)材料作為氣敏元件。其原理是氣敏材料在通過氣體時產(chǎn)生離子，形成電動勢，鋇U量電動勢從而測量氣體濃度。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎打

37、入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個領(lǐng)域。如測量H2S YST-Au-WO3， NH3的NH4CaCO3等。但這種傳感器制造成本高，檢測氣體范圍有限，在檢測環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢。(3) 接觸燃燒式氣體傳感器這類傳感器可分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式氣體傳感器。其工作原理是：氣敏材料在通電狀態(tài)下，瓦斯氧化燃燒或在催化劑作用下氧化燃燒，產(chǎn)生的熱量使電熱絲升溫，從而使其電阻值發(fā)生變化，測量阻值變化從而測量氣體濃度。接觸燃燒式氣體傳感器在環(huán)境溫度下非常穩(wěn)定，并能對爆炸F限的絕大多數(shù)瓦斯進(jìn)行檢測，普遍應(yīng)用于石化工廠、造船廠、礦井隧道、浴室、廚房等處瓦斯的監(jiān)測和報(bào)警。這類傳感器只能測量瓦斯，對不瓦斯不敏感。在燃

38、氣爆炸下限內(nèi)輸出為線性、只與燃?xì)鉂舛瘸烧?、溫度和濕度的變化對其工作狀態(tài)影響很小、選擇性好、反映準(zhǔn)確、精度高、再現(xiàn)性好。其不足的是催化劑壽命有限，當(dāng)在瓦斯與空氣的混合物中有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無焰催化燃燒的同時，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應(yīng)緩慢，反應(yīng)滯緩或中毒，使靈敏度降低。(4) 高分子氣體傳感器利用高分子氣敏材料制作的氣體傳感器近年來得到很大的發(fā)展。高分子氣敏材料在遇到特定氣體時，其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速度和頻率、材料重量等物理性能發(fā)生變化D21高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價(jià)格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲

39、表面波器件相結(jié)合，在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。高分子氣體傳感器具有對特定氣體分子靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)簡單，能在常溫下使用，可以彌補(bǔ)其它氣體傳感器的不足。(5) 電化學(xué)傳感器這類傳感器由膜電極和電解液灌封而成。氣體濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號傳出。它的優(yōu)點(diǎn)是:反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測，但壽命較短(大于等于兩年)。它主要適用于毒性氣體的檢測。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。2.2 MQ-2傳感器簡介 MQ2傳感器概述MQ-2是鄭州煒盛電子科技生產(chǎn)的可燃?xì)怏w傳感器，對一氧化碳、甲烷，液化石油氣具有很高的靈敏度和良好的選擇性。

40、具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性，驅(qū)動電路簡單，較大的電信號輸出。應(yīng)用于家庭和生產(chǎn)環(huán)境下的一氧化碳探測裝置，適宜于一氧化碳、煤氣，液化石油氣等的探測。 MQ2傳感器詳細(xì)說明MQ-2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)秀的長期穩(wěn)定性，在正常使用條件下，其使用壽命可達(dá)5年。圖2-1給出了MQ-2元件對不同氣體的靈敏度特性。溫度為20攝氏度，濕度為65%，氧氣濃度為21%，RL=l0k，Ro為1000ppmLPG（液化石油氣）中氣敏元件電阻，Rs為不同氣體不同濃度下氣敏元件電阻。圖2-1 MQ-2靈敏度特性曲線MQ-2工作原理：傳感器的表面電阻Rs是通過與其串聯(lián)的負(fù)載電阻R

41、L上的有效電壓信號VRL輸出而獲得的。二者之間的關(guān)系為： 公式（3-1） 圖2-2為負(fù)載測試曲線圖，是利用測試回路測得在傳感器由潔凈空氣轉(zhuǎn)移至一氧化碳或甲烷氣氛中時，RL上的信號輸出變化情況，輸出信號的測定是在一個完整的加熱周期或在兩個完整的加熱周期內(nèi)測得。圖2-2 負(fù)載測試曲線圖3.2 瓦斯檢測報(bào)警器的設(shè)計(jì)在瓦斯報(bào)警控制器的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是儀表的核心部件。它一方面接收傳感器檢測到的瓦斯?jié)舛人鶎?yīng)的模擬電壓信號，另一方面要對這一信號進(jìn)行處理，控制報(bào)警、控制電路進(jìn)行相應(yīng)操作，與此同時判斷是否收到外部中斷請求。在單片機(jī)所實(shí)現(xiàn)的這些功能中，特別是信號處理部分，需要單片機(jī)有較快的運(yùn)行速度，才能對現(xiàn)場氣

42、體濃度做出快速、準(zhǔn)確的檢測，進(jìn)行相應(yīng)的處理。同時考慮選擇低價(jià)實(shí)用的機(jī)型，并為制同一系列的低功耗產(chǎn)品做準(zhǔn)備。根據(jù)多方面的比較，本設(shè)計(jì)選用生產(chǎn)的STC89C52系列單片機(jī)作為報(bào)警器的核心控制器。首先，瓦斯?jié)舛刃盘柾ㄟ^MQ-2氣體傳感器將瓦斯?jié)舛刃盘栟D(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過前置放大電路后，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，輸出一個適合單片機(jī)接收的電壓信號，然后，送入STC89C52中，線性化數(shù)據(jù)處理后，將電壓信號轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的十六進(jìn)制濃度值。最后，將濃度值送入LED數(shù)碼管顯示。當(dāng)檢測到的瓦斯?jié)舛瘸錾舷迗?bào)警設(shè)定值時，報(bào)警器發(fā)出聲音報(bào)警，同時繼電器啟動驅(qū)動排氣裝置，實(shí)現(xiàn)排氣系統(tǒng)的自動控制。 瓦斯檢測報(bào)警器的結(jié)構(gòu)瓦斯報(bào)警控制器

43、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心，配合外圍電路共同完成信號采集、濃度顯示、聲音報(bào)警、自動控制等功能。通過預(yù)設(shè)氣體濃度，MQ2傳感器進(jìn)行檢測氣體濃度，假如超過預(yù)設(shè)氣體濃度時，將發(fā)出聲音報(bào)警，并自動啟動排氣裝置。 單片機(jī)濃度采樣電路濃度比較聲、光報(bào)警輸出控制5V電源圖3-1 瓦斯報(bào)警控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.3 瓦斯報(bào)警控制器的電路設(shè)計(jì)3.3.1 A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見圖9.8。對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下：IN7IN0模擬量輸入通道ALE地址鎖存允許信號。對應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。STA

44、RT轉(zhuǎn)換啟動信號。START上升沿時，復(fù)位ADC0809；START下降沿時啟動芯片，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持 低電平。本信號有時簡寫為ST.A、B、C地址線。 通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對應(yīng)關(guān)系見表9-1。CLK時鐘信號。ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請求信號使用。D7D0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩

45、沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高 OE輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。Vcc +5V電源。 Vref參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V). 圖3-5 A/D轉(zhuǎn)換電路VIN1采集傳感器輸出的信號電壓信號，當(dāng)采集的電壓超過1.96V時，即表示濃度超過約45%時，系統(tǒng)將發(fā)生報(bào)警。3.3.2 STC89C52單片機(jī)接口電路STC89C52采用PQFP貼片式的封裝形式，有40個管腳。根

46、據(jù)單片機(jī)制作的原理以及報(bào)警器實(shí)現(xiàn)的功能，其接口電路主要分為五個部分。STC89C52單片機(jī)接口電路如圖3-3所示。圖3-6 STC89C52單片機(jī)接口電路(1) 復(fù)位模塊復(fù)位操作可以使單片機(jī)初始化，也可以使死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動，因此非常重要。為可靠起見，電源上電穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時，才能撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分一合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。在本設(shè)計(jì)中，采用的是阻容RC上電復(fù)位電路，通過電容加到RST端上一個高電平復(fù)位信號，高電平持續(xù)時間取決于RC電路參數(shù)。為了保證系統(tǒng)能可靠地復(fù)位，RST端上高電平信號必須有足夠長的時間。(2) 系統(tǒng)時鐘模塊時鐘電路產(chǎn)生單片機(jī)的工作時序脈

47、沖，是單片機(jī)正常工作的關(guān)鍵。本次設(shè)計(jì)中采用外部獨(dú)立時鐘震蕩器所產(chǎn)生的時鐘信號。在STC89C52的18腳(XTAL1)和19腳(XTAL2)外接12M的晶體，同時并連2個22pF的電容，產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘。(3) 顯示模塊由STC89C52的3239腳以及2126腳構(gòu)成濃度顯示輸出信號。本次設(shè)計(jì)中采用的是動態(tài)顯示的方法進(jìn)行濃度顯示。(4) 聲音報(bào)警模塊由STC89C5242的11腳(TXD)實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警控制。當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^限定值時，揚(yáng)聲器發(fā)出鳴叫報(bào)警，同時啟動54繼電器。3.3.3 聲音報(bào)警電路 當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^限定值時，揚(yáng)聲器發(fā)出鳴叫報(bào)警。圖3-7 聲音報(bào)警控制電路聲音報(bào)警電路如圖3-7所示，它是由

48、三極管，繼電器，揚(yáng)聲器以及排氣電路構(gòu)成。當(dāng)實(shí)際檢測濃度低于設(shè)定濃度時，三極管不導(dǎo)通，揚(yáng)聲器以及繼電器均不工作，排氣電路處于斷開狀態(tài)；當(dāng)實(shí)際檢測濃度等于或超過設(shè)定濃度時，通過P2.0和P2.1與單片機(jī)的連接從而引起電平的變化，P2.0和P2.1都為低電平，三極管導(dǎo)通，在揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲音的同時，繼電器也進(jìn)行工作，而使排氣電路形成閉合回路，達(dá)到自動進(jìn)行排氣控制的效果。3.3.4 顯示電路 圖3-8 數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管由7個發(fā)光二極管組成,行成一個日字形,它門可以共陰極,也可以共陽極.通過解碼電路得到的數(shù)碼接通相應(yīng)的發(fā)光二極而形成相應(yīng)的字,其工作原理見圖3-9。圖3-9 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖要使數(shù)碼管顯示

49、09這10個數(shù)字，只要控制其相應(yīng)的管腳所接發(fā)光二極管點(diǎn)亮便可完成。若要使數(shù)碼管顯示一個“3”字，只需控制其“a、b、c、d、g”這幾個發(fā)光管點(diǎn)亮即可。由于數(shù)碼管內(nèi)是沒有限流電阻的，在實(shí)際應(yīng)用時，必須對每一段發(fā)光管回路中串一限流電阻，否則極容易損壞數(shù)碼管。本設(shè)計(jì)中數(shù)碼管用于顯示當(dāng)前的外界氣體濃度。3.3.5燈光報(bào)警燈光報(bào)警電路如圖4-7所示，燈光報(bào)警電路由R22、LED2（黃色）組成，電阻起限流的作用。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度小于濃度設(shè)定值時，單片機(jī)對應(yīng)引腳輸出高電平，無燈光報(bào)警；當(dāng)檢測可燃?xì)怏w濃度大于濃度設(shè)定值時，單片機(jī)對應(yīng)引腳為低電平，進(jìn)行相應(yīng)的燈光報(bào)警。圖3-10 燈光報(bào)警控制電路黃燈閃爍時表示當(dāng)前

50、處于初始化狀態(tài)，報(bào)警器初始化完成后。綠燈不停的進(jìn)行閃爍表示當(dāng)前工作正常。第4章 瓦斯報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì)4.1 STC89C52單片機(jī)調(diào)試及開發(fā)工具 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)往往借助于開發(fā)系統(tǒng)工具，而各種開發(fā)系統(tǒng)一般都比待開發(fā)調(diào)試的嵌入式系統(tǒng)要復(fù)雜得多。STC89C52系列單片機(jī)的調(diào)試、開發(fā)工具由硬件和軟件兩部分組成，硬件只需一臺PC機(jī)、目標(biāo)板和一個稱為FET(FlashEmulation Tool)的JTAG控制器。 STC89C52FET仿真工具的功能主要是將由PC機(jī)打印機(jī)接口來的8位并行數(shù)據(jù)與來自JTAG接口的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與STC89C52芯片中的JTAG接口的通訊。具體包括：

51、(1) 程序下載當(dāng)用戶將源程序（C語言）經(jīng)keil軟件語法檢查無誤并生成代碼時，就可以將程序代碼在如圖的環(huán)境中下載到Flash芯片中，而用戶的系統(tǒng)可以是在線狀態(tài)。(2) 設(shè)置斷點(diǎn)用戶可以通過調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對話界面。在程序中設(shè)置斷點(diǎn)。在STC89C52中，可以同時設(shè)置4個硬件斷點(diǎn)，它是經(jīng)過JTAG接口的傳輸，由芯片中的幾組斷點(diǎn)條件寄存器實(shí)現(xiàn)的。(3) 現(xiàn)場觀察與修改用戶可以通過調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對話界面，檢查或修改Flash芯片內(nèi)的各種存儲器、寄存器的數(shù)據(jù)。在調(diào)試過程中，根據(jù)需要可以進(jìn)行軟件模擬仿真和硬件仿真。4.2 瓦斯報(bào)警控制器軟件流程及設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中，軟件要解決的主要問題是檢測傳感器送來

52、的瓦斯?jié)舛刃盘?，進(jìn)行線性化處理，用LED顯示濃度，若濃度值超出限定值，報(bào)警器發(fā)出聲音報(bào)警，同時啟動排氣裝置，因此分為主程序、T0中斷子程序、線性化處理子程序、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序，濃度顯示子程序、鍵掃描子程序六個部分。在程序的編寫過程中，加入了詳細(xì)的文字注釋，以便于后期的改進(jìn)與維護(hù)。 主程序流程圖及設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖4-1所示，由于MQ-2型氣體傳感器在不通電狀態(tài)下存放一段時間后，再通電時，器件并不能立即投入正常工作，需要一定的時間預(yù)熱，所以采用延時程序?qū)鞲衅黝A(yù)熱。本設(shè)計(jì)對傳感器預(yù)熱一段時間，預(yù)熱的同時，設(shè)定所要檢測瓦斯?jié)舛鹊纳舷拗?。主程序還包括顯示子程序，T0中斷子程序等，以完善報(bào)警器的功能，給檢測人員帶來方便。初始化定時器開始初始化AD轉(zhuǎn)換器AD采集數(shù)據(jù)按鍵掃描初始化傳感器數(shù)碼管顯示按鍵處理數(shù)據(jù)處理圖4-1 主程序流程圖4.2.2 T0中斷子程序 程序初始化后，系統(tǒng)進(jìn)入采樣狀態(tài)。對采集的氣體次數(shù)每3次進(jìn)行一次處理。經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、濾波、線性化處理、進(jìn)制轉(zhuǎn)化后，由LED顯示其濃度值。同時將濃度值與上限報(bào)警設(shè)定值相比較，以判斷是否需要報(bào)警控制處理。流程