家用安全保護(hù)裝置設(shè)計(jì)方案說(shuō)明書(shū)

1、家用安全保護(hù)裝置的研究與設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)總說(shuō)明 伴隨著社會(huì)發(fā)展、科技進(jìn)步，人們生活水平逐步提高。大量現(xiàn)代家用電器和廚 房設(shè)施的使用 , 家庭中存在的安全隱患也越來(lái)越多，傳統(tǒng)的安全防范措施已無(wú)法適應(yīng) 現(xiàn)代化社會(huì)的需求，于是各種新型智能報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生 。 本文研究了基于 89C51 的家用安全裝置，對(duì)家庭日常生活中發(fā)生的煙霧及燃?xì)膺M(jìn) 行了監(jiān)測(cè)。利用 89C51 高性能 16 位單片機(jī)設(shè)計(jì)主控核心，以門(mén)磁開(kāi)關(guān)，燃?xì)鉄熿F傳 感器，以 LED 和蜂鳴器為聲光信號(hào)警示，對(duì)傳統(tǒng)的安防裝置進(jìn)行了改進(jìn)，希望改善 我們?nèi)粘Ｉ畎卜啦蛔愕那闆r。設(shè)計(jì)先通過(guò) Protues 軟件進(jìn)行仿真，再通過(guò)硬件來(lái) 實(shí)現(xiàn)以上功能。 關(guān)鍵

2、詞： 氣體傳感器，單片機(jī)，煙霧，燃?xì)猓瑘?bào)警 目錄 1 緒論 1.1 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)研究目的和意義 12智能家居的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 1.3 本設(shè)計(jì)主要任務(wù) 2 家用安全保護(hù)裝置總體設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)要求 2.1.1 煙霧、燃?xì)庑孤z測(cè)的功能 2.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 2.1.3煙霧、燃?xì)庑孤z測(cè)的各個(gè)功能模塊 2.2 設(shè)計(jì)原理 2.2.1 氣體傳感器介紹 2.2.2 氣體傳感器的選定 3 硬件設(shè)計(jì) 3.1AT89C51單片機(jī)介紹 3.1.1 AT89C51 簡(jiǎn)介 3.1.2 主要性能參數(shù) 3.1.3AT89C51 各引腳說(shuō)明 3.2 ADC0808轉(zhuǎn)換器介紹 3.2.1 轉(zhuǎn)換器 ADC0808 構(gòu)成 3.

3、2.2轉(zhuǎn)換器 ADC0808 工作原理 3.3 報(bào)警電路 3.3.1 聲報(bào)警電路 3.3.2 光報(bào)警電路 3.4 LED 數(shù)碼管顯示及按鍵控制電路 4 軟件設(shè)計(jì) 4.1 主程序 4.2A/D 轉(zhuǎn)換程序 4.3 外部中斷 1 服務(wù)程序 4.4 軟件調(diào)試與仿真 4.4.1程序調(diào)試步驟 4.4.2調(diào)試中的問(wèn)題及解決方法 4.4.3運(yùn)行結(jié)果分析 5 硬件電路的搭建及調(diào)試 5.1 硬件電路主要元器件 5.2 搭建硬件面包板注意事項(xiàng) 5.3 硬件調(diào)試 1.緒論 1.1 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)研究目的和意義 可燃性氣體通常指城市煤氣、石油液化氣、汽油蒸汽、酒精蒸汽、天然氣以及 煤礦瓦斯等 1 。這些氣體主要含有烷類(lèi)、烴

4、類(lèi)、烯類(lèi)、醇類(lèi)、苯類(lèi)以及一氧化碳和 氫氣等成分，易燃、易爆、貯存和使用這些氣體的過(guò)程中，如違反操作規(guī)程和設(shè)備 密封不好，都有可能發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏現(xiàn)象，進(jìn)而釀成火災(zāi)或爆炸事故，給國(guó)家和 人民的生命財(cái)產(chǎn)造成損失。可燃性氣體檢測(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。該報(bào)警裝置是石油化學(xué)工業(yè)、有可燃性氣體泄漏可 能的生產(chǎn)工廠(chǎng)及家庭防火防爆必備的儀器?？扇夹詺怏w報(bào)警器屬于中華人民共和 國(guó)強(qiáng)制檢定的工作計(jì)量器具目錄中第 46 項(xiàng)，它歸類(lèi)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1032條明確規(guī)定：“散發(fā)可燃?xì)怏w、可燃蒸汽的甲 類(lèi)廠(chǎng)房和場(chǎng)所，應(yīng)設(shè)置可燃性氣體濃度檢測(cè)

5、報(bào)警裝置”。 2003年 1 2月，國(guó)家執(zhí)行新 的可燃性氣體探測(cè)器標(biāo)準(zhǔn)（GB15322-2003可燃?xì)怏w探測(cè)器，2004年10月國(guó)家頒 布可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器規(guī)程 JJG693-2004，研究新型、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)可燃 性氣體，并合乎國(guó)家相關(guān)規(guī)定的報(bào)警器具有極其重要得意義。 目前我國(guó)已有許多城市鋪設(shè)了煤氣管道，使用人口約達(dá)二億人，煤氣發(fā)生基地 及中轉(zhuǎn)站也達(dá)幾千家。如果這些家用燃?xì)夂兔簹饣丶爸修D(zhuǎn)站的報(bào)警率按10%計(jì)算， 可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器的需求量就達(dá) 2000 萬(wàn)臺(tái)以上。隨著全社會(huì)對(duì)防火防爆及人身 安全的重視程度的提高，這個(gè)數(shù)字會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。 近十年來(lái)，農(nóng)村的沼氣使用也得到了極大的發(fā)展。到 2

6、006 年底，全國(guó)沼氣池?cái)?shù) 量已達(dá)近 1300 萬(wàn)座，這就為檢測(cè)沼氣 主要成分是甲烷）濃度的儀器提供了市場(chǎng)。 可見(jiàn)，可燃性氣體報(bào)警器具有十分廣闊的市場(chǎng)前景。 12智能家居的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 自1984年世界上第一幢智能建筑在美國(guó)出現(xiàn)后，“智能家居”逐步走入人們的 視野。美國(guó)、加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家先后提出了 5 各種智能家居方案。并在美國(guó)、德國(guó)、新加坡、日本等國(guó)得到應(yīng)用 我國(guó)的智能家居始于 20世紀(jì)90年代末。 1999年，建設(shè)部勘察設(shè)計(jì)司、建設(shè)部住 宅產(chǎn)業(yè)化辦公室聯(lián)合實(shí)施全國(guó)住宅小區(qū)智能化術(shù)示范工程，該示范工程的啟動(dòng)，標(biāo) 志著我國(guó)智能化住宅小區(qū)的建設(shè)進(jìn)入了新的發(fā)展階段

7、5 。智能家居進(jìn)人中國(guó)發(fā)展已有 近十年的時(shí)間，隨著人們從陌生到熟悉，從誤解到理解，智能家居的發(fā)展道路可謂 非常坎坷。它經(jīng)過(guò)了早期的概念普及期到現(xiàn)在開(kāi)始進(jìn)入快速的發(fā)展期。 目前，國(guó)內(nèi)智能家居行業(yè)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，主流智能家居廠(chǎng)家主要由對(duì)講安防 類(lèi)、傳統(tǒng)家電類(lèi)和網(wǎng)絡(luò)通信類(lèi)廠(chǎng)家發(fā)展而來(lái)。也有專(zhuān)業(yè)從事智能家居生產(chǎn)的廠(chǎng)家。 各類(lèi)廠(chǎng)家結(jié)合自家特色推出的智能家居產(chǎn)品在功能上各有側(cè)重點(diǎn)。專(zhuān)業(yè)智能家居生 產(chǎn)廠(chǎng)家對(duì)控制功能單一的智能家居產(chǎn)品進(jìn)行功能組合，把發(fā)展的主要目標(biāo)放在智能 控制系統(tǒng)的研發(fā)上。對(duì)傳統(tǒng)家電類(lèi)企業(yè)在其家電產(chǎn)品中置人通信接口，使其成為網(wǎng) 絡(luò)家電，此類(lèi)智能家居產(chǎn)品的推廣受到家電品牌選擇的限制。網(wǎng)絡(luò)通信類(lèi)廠(chǎng)

8、家側(cè)重 在數(shù)碼產(chǎn)品和信息家電產(chǎn)品中植入某些智能家居控制功能。智能家居的出現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng) 的安防裝置進(jìn)行了改進(jìn)，改善了我們?nèi)粘Ｉ畎卜啦蛔愕那闆r。 1.3 本設(shè)計(jì)主要任務(wù) 本文主要是基于 89C51 單片機(jī)的家用安全裝置，對(duì)家庭日常生活中發(fā)生的煙霧 及燃?xì)膺M(jìn)行了監(jiān)測(cè)。利用 89C51 高性能 16 位單片機(jī)設(shè)計(jì)主控核心，以門(mén)磁開(kāi)關(guān)，燃 起煙霧傳感器為監(jiān)測(cè)器，以 LED 和蜂鳴器為聲光信號(hào)警示，以達(dá)到監(jiān)測(cè)的目的，避 免不必要的事故發(fā)生。 2 家用安全保護(hù)裝置總體設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)要求 2.1.1 煙霧、燃?xì)庑孤z測(cè)的功能 在本設(shè)計(jì)中，煙霧及其燃?xì)庑孤稖y(cè)試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

9、體的含量 主要是CO氣體和甲烷氣體），通過(guò)LED顯示屏將CO等氣體 濃度顯示出來(lái)，當(dāng)氣體濃度達(dá)到一定門(mén)限值時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。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。 2.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 圖2-1系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)工作流程為：由裝在室內(nèi)的CO傳感器和QM-N5傳感器獲得被測(cè)量對(duì)象（室 內(nèi)CO甲烷濃度原始信號(hào),經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和取樣放大得到矯正后的可匹配信號(hào)，進(jìn)入 A/D轉(zhuǎn)換,得到被測(cè)對(duì)象的數(shù)字量信號(hào)，再由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到最終的室內(nèi)環(huán) 境CO及甲烷濃度值 本次設(shè)計(jì)中我利用可變電阻模擬煙霧燃?xì)鈧鞲衅鳎?，將此?shù)據(jù) 通過(guò)數(shù)碼管顯示

10、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)立即啟動(dòng)預(yù)警信號(hào)進(jìn)行聲光報(bào)警提示，提示室內(nèi)人員打開(kāi)門(mén)窗、關(guān)閉氣源并迅速 撤離事故現(xiàn)場(chǎng)。 COM體技術(shù)指標(biāo)如下： 應(yīng)用范圍：工業(yè)生產(chǎn)和人民生活中的 CO檢測(cè)； 檢測(cè)對(duì)象：CC及他們的混合氣體； 檢測(cè)范圍：co：曠loooppm 檢測(cè)精度：co優(yōu)于20ppm 報(bào)警濃度：100ppm 300ppm 響應(yīng)時(shí)間：w 30ms 電池電壓：+12V 工作溫度范圍：-20+70C ; 工作濕度范圍：1095%RH QM-N5傳感器 適用范圍：用于檢測(cè)CH4 C4H10 H2等 技術(shù)指標(biāo)：加熱電壓Vh） AC或 DC 5 0.2V 響應(yīng)時(shí)間（tr

11、ec w 10S 回路電壓Vc）最大DC 24V 恢復(fù)時(shí)間（trec w 30S 負(fù)載電陰vRI） 2KQ 元件功耗w 0.7W 檢測(cè)范圍 5010000ppm 靈敏度 4(在 1000ppmC4H1中 2.1.3 煙霧、燃?xì)庑孤z測(cè)的各個(gè)功能模塊 在本設(shè)計(jì)中，煤氣泄露測(cè)試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 害氣體的含量 半導(dǎo)體氣體傳感器。 (2 固體電解質(zhì)氣體傳感器。 (3 接觸感染式氣體傳感器。 (4 電化學(xué)式氣體傳感器。 (5 光學(xué)式氣體傳感器。 (6 高分子氣體傳感器。 2. 氣體傳感器應(yīng)滿(mǎn)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

12、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 對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好。 (4 長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性好。 (5 使用壽命長(zhǎng)。 (6 制造成本低，使用與維護(hù)方便。 2.2.2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)，選擇合適的傳感器成 為決定系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。 CO氣體傳感器和QM-N5專(zhuān)感器屬于氣敏傳感器，通過(guò) 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

13、理、濃度處理及報(bào)警控制等工 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。由此可見(jiàn)，傳感器的選型是非常重要的。 由于監(jiān)控系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分在于室內(nèi)一氧化碳?xì)怏w濃度的檢測(cè) , 本系統(tǒng)考慮到室 內(nèi)空氣中一氧化碳含量的大致范圍,結(jié)合國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)(GB3095-1996規(guī)定的 一氧化碳分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) , 我們選用了 Motorola 生產(chǎn)的一種專(zhuān)門(mén)用于家庭用途的 MGS1100 型一氧化碳?xì)怏w傳感器，MGS1100氧化碳傳感器是一種應(yīng)用全微電子工藝制成的半 導(dǎo)體氣體傳感器，作為 CO敏感元件，對(duì)CO響應(yīng)的選擇性好，并具有靈敏度高，穩(wěn) 定性好等特點(diǎn)在信號(hào)采集的同時(shí)加以溫度

14、補(bǔ)償。它是在微型硅橋結(jié)構(gòu)中嵌入的加熱 器上制作一層SnO2薄膜,這種結(jié)構(gòu)不僅使得SnO2薄膜對(duì)CO氣體在很寬的溫度范圍 內(nèi)具有敏感性，而且硅膜減少熱傳導(dǎo)的熱損失，從而大大降低了功耗。最終設(shè)計(jì)采用 可變電阻模擬上述所用傳感器，通過(guò)改變阻值得到不同的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的功 其中2、4端為加熱器的電源接線(xiàn)端,1、3為傳感器輸出端，其工作原理是把傳感 器置于CO氣體環(huán)中，SnO2薄膜層的電阻會(huì)隨著 CO濃度的變化而變化,CO濃度越 大,SnO2薄膜層阻值越小。圖22b）為取得傳感器輸出信號(hào)的基本電路圖，Vh為加 熱電壓,傳感器電阻RS與負(fù)載電阻 RL串聯(lián)接到工作電壓 VCC兩端,由此可得關(guān) 系：VRL

15、=RL VCC/vRL+RS 傳感器阻值RS隨著CO濃度的增大而減小時(shí),輸出負(fù)載電壓VRL逐漸變大,所以 通過(guò)測(cè)量負(fù)載電壓即可反應(yīng)出被測(cè)對(duì)象的CO濃度。MGS110C型一氧化碳?xì)怏w傳感器 的特點(diǎn)：測(cè)量濃度范圍為 0-1000PPM測(cè)量精度為3%分辨率為1PPM工作溫度- 2070,零點(diǎn)漂移為 PPMV10 3硬件設(shè)計(jì) 3.1AT89C51單片機(jī)介紹 3.1.1 AT89C51 簡(jiǎn)介 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可 編程可擦除 只讀存 儲(chǔ)器 ADC0808芯片引腳圖3-2-1(b ADC0808電路引腳 3.2.2轉(zhuǎn)換器ADC0808工作原理 模擬量輸入通道共計(jì) 8條，即IN0IN7。AD

16、C0808引腳圖如圖3-2a）所示。 ADC0808對(duì)輸入模擬量的要求是信號(hào)單極性；電壓范圍為05V，若信號(hào)太小，必 須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)保持不變，若模擬量變換太大，則需在 輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線(xiàn)共計(jì) 4條，ALE為地址鎖存允許輸入線(xiàn)，高電平有效。當(dāng) ALE線(xiàn)為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A、B、C三條地址線(xiàn)的地址信號(hào)進(jìn)行鎖 存，經(jīng)譯碼器后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A、B和C為地址輸入 線(xiàn)，用于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇見(jiàn)表 3-2。 表3-2 ADC0808通道選擇表 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1

17、IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 如下圖3-2-2所示ADC0808工作電路，ADC0808 A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)時(shí)，待轉(zhuǎn)換的模擬量 是通過(guò)IN2輸入，由可調(diào)變阻器控制模擬量的輸入。數(shù)字量輸出及控制線(xiàn)共計(jì)11 條。ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為 高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束； 否則，表明在進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三 條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE= “1 ”，

18、輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE= “ 0 ”， 輸出數(shù)據(jù)呈高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出線(xiàn)。CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)。因 ADC0808的內(nèi)部沒(méi)有 時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500kHz，VREF+、VREF-為參考電 壓輸入引腳。 RESPACK-8 CLOCK) P30 P32 P27 P26 P25 P24 P23 P22 P21 P20 P31 CLOCK IN0 START IN1 IN2 EOC IN3 IN4 OUT1 IN5 OUT2 IN6 OUT3 IN7 OUT4 OUT5 ADD a OUT6 ADD B r iT7Ann n OUT8 ALE VREF

19、(+) OE VREF(-) U2 7 25 12 9 16 ADC0808 21 20 19 10 6 18 8 15 14 17 26 27 24 23 22 28 1 2 3 4 5 P30 O P33 Volts Volts RV1 1k RV2 1k 圖3-2-2 ADC0808工作電路 3.3報(bào)警電路 燃?xì)庠谛孤┎⑦_(dá)到一定濃度后，出于安全考慮，單片機(jī)處理從傳感器收集到的 信息，通過(guò)軟件編程輸出控制信號(hào)給聲光報(bào)警電路。以便于及時(shí)通知相關(guān)人員注 意，及時(shí)檢查。下面，我將對(duì)聲光報(bào)警電路及其原理進(jìn)行詳細(xì)解釋 3.3.1聲報(bào)警電路 圖3-3-1.聲音報(bào)警電路 如圖3-3-1所示為聲音報(bào)警電路

20、原理圖。圖中的蜂鳴器采用壓電式約需10mA 驅(qū)動(dòng)電流），在這里我們采用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)。 當(dāng)P3.5輸出高電平“ 1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約 +5V的電壓而 鳴叫；當(dāng)P3.5輸出低電平“ 0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。 3.3.2光報(bào)警電路 如圖3-3-2所示為光報(bào)警電路原理圖。其中，“燈指示”為紅色電路的功能是當(dāng) 燃?xì)庑孤┖螅诼曇魣?bào)警的同時(shí)進(jìn)行的光報(bào)警。即P3.6輸出為低電平“0”時(shí)，發(fā) 光二極管導(dǎo)通?！盁糁甘尽睘榫G色的電路功能，當(dāng)燃?xì)庑孤┎⑦_(dá)到聲光報(bào)警的濃 度，指示燈點(diǎn)亮。 D? LED-RED 圖3-3-2.光報(bào)警電路 3.4 LED數(shù)碼管顯示及按鍵控制電路 在本

21、設(shè)計(jì)中，我們采用 LED數(shù)碼管顯示電路實(shí)現(xiàn)顯示功能，采用一個(gè)四位共陽(yáng) 數(shù)碼管，其中，前三位數(shù)碼管顯示從單片機(jī)傳出的濃度大小，以便于進(jìn)行跟蹤監(jiān) 控。它顯示的范圍為“ 000999”，因?yàn)楫?dāng)濃度到達(dá)100即萬(wàn)分之一）時(shí)，就自動(dòng) 報(bào)警，第四位數(shù)碼管顯示通道號(hào)，確保在某一路燃?xì)庑孤r(shí)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏位 置，在最短的時(shí)間內(nèi)采取措施。在本次設(shè)計(jì)中我利用鍵盤(pán)來(lái)對(duì)兩路顯示濃度進(jìn)行轉(zhuǎn) 換。圖3-4-1為L(zhǎng)ED數(shù)碼管顯示，圖3-4-2為鍵盤(pán)轉(zhuǎn)換控制電路。 圖3-4-1 LED數(shù)碼管顯示 P34工 圖3-4-2鍵盤(pán)轉(zhuǎn)換控制電路 驅(qū)動(dòng)LED的時(shí)候，應(yīng)該分二種情況比如用共陽(yáng)接法和共陰接法，共陽(yáng)的時(shí)候LED 正端接正電源

22、，負(fù)端通過(guò)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發(fā)光管亮的時(shí)候電流就是從電源正一一LED限流電阻一一 P 口，P 口為低電位發(fā)光管滅的時(shí)候沒(méi)有電流流過(guò)，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)光管亮的時(shí)候電流是從電源正一一上拉電阻一一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)候電流是從電源正一一 上拉電阻一一P 口，這時(shí)LED無(wú)電流流過(guò)，P 口為低電位，限流電阻上流過(guò)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(kāi)始講起。單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)

23、分為高電平驅(qū)動(dòng)和低電平驅(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，所謂低電平驅(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)輸出咼電平時(shí)，其驅(qū)動(dòng)能力實(shí)際 上是靠端口的上拉電阻來(lái)驅(qū)動(dòng)的，實(shí)際測(cè)試表明，51單片機(jī)的上拉電阻的阻值在 330K左右，也就是說(shuō)如果靠咼電平驅(qū)動(dòng)，本質(zhì)上就是靠330K的上拉電阻來(lái)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(huà)，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(wèn)題是接了上拉電阻以后，每當(dāng)端口變

24、為低電平0的時(shí)候，那么就有10個(gè)、20個(gè)上 拉電阻被無(wú)用的導(dǎo)通，假設(shè)每個(gè)電阻的電流為5mA計(jì)算，20個(gè)電阻就是100mA這 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。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(kāi)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，有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(wú)用功的大量消耗，因此51單片機(jī)是不能 用高電平直接驅(qū)

25、動(dòng)led的，只能用低電平直接驅(qū)動(dòng)led，即只能用共陽(yáng)數(shù)碼管，而不 能直接用共陰數(shù)碼管 本設(shè)計(jì)通過(guò)觀察 LED數(shù)碼顯示器顯示 CO甲烷濃度值 即可變電阻兩端的電 壓），判斷CO濃度值是否超過(guò)上限值，如果超過(guò)，自動(dòng)報(bào)警并使發(fā)光二極管點(diǎn)亮。 4軟件設(shè)計(jì) 4.1主程序 本次設(shè)計(jì)的軟件部分主要由轉(zhuǎn)換子程序，報(bào)警子程序和中斷1服務(wù)程序組成 4.2A/D轉(zhuǎn)換程序 在本次設(shè)計(jì)中所采集到的信號(hào)是模擬信號(hào)，所以我們必須先把它轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號(hào)再送入單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算和處理。 ADC0808具體工作為：當(dāng)START啟動(dòng)脈沖輸入 信號(hào)為高電平“ T時(shí)開(kāi)始轉(zhuǎn)換，EOC，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)為高電平“ 1”時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié) 束，數(shù)據(jù)輸出

26、允許信號(hào)0E為高電平“ 1”時(shí)打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。其流程 圖如下： EOC=1 4.3外部中斷1服務(wù)程序 報(bào)警 在這次的設(shè)計(jì)中報(bào)警產(chǎn)生的脈沖由定時(shí)器 流程圖如下： 定時(shí)，定時(shí)器1中斷函數(shù)實(shí)現(xiàn)聲光 4.4軟件調(diào)試與仿真 441程序調(diào)試步驟 1）打開(kāi)Keil u Vision 4,新建Project工程，選擇 AT89C51單片機(jī)作為 CPU，新建C源文 件，編寫(xiě)程序，并將其導(dǎo)入到Source Group 1 ”中。在Option for Target對(duì)話(huà)框中，選中” Output “選項(xiàng)卡中的” Create HEX File選項(xiàng)和“ Debug ” 選項(xiàng)卡中的“ Use: Proteu

27、s VSM Simula ”選項(xiàng)。編譯 C源程序，改正程序中的錯(cuò)誤。 2）在Priteus ISIS中，選中 ADT89C51并單擊鼠標(biāo)左鍵，打開(kāi)“ Edition Component”對(duì)話(huà) 框中，設(shè)置單片機(jī)晶振頻率為 12MHZ，在此窗口中的program file ”欄中，選擇先前用 KEIL 生成的.HEX文件。在PROteus ISIS的菜單欄中選擇“ file ”并“ Save Design “選項(xiàng)，保存設(shè)計(jì)。 在Priteus ISIS的菜單欄中，打開(kāi)” Debug “下拉菜單，在菜單中選中”Use Remote Debug Monitor “選項(xiàng)，以支持與 keil的聯(lián)合調(diào)試.

28、Start/stop Debug Session ”圖標(biāo)蟲(chóng)，進(jìn)入程序調(diào)試環(huán)境。按“ F5”鍵，順序運(yùn) 行程序。調(diào)出Priteus ISIS界面, 4 .4.2運(yùn)行結(jié)果分析 調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使其相應(yīng)阻值發(fā)生變化，例如圖中此時(shí)的電阻占比為92%。 由ADC0808通過(guò)28號(hào)引腳采集滑動(dòng)變阻器兩端電壓值的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成8位二進(jìn)制 數(shù)通過(guò)引腳OUT1-OUT8輸出給單片機(jī)P2 口，此時(shí)將此信號(hào)傳輸給 P2.0-P2.7,在時(shí) 鐘信號(hào)的作用下，LED循環(huán)顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果為此時(shí)可變電阻兩端的電壓值和當(dāng)前哪一 路的信息。滿(mǎn)足4位數(shù)碼管的前三位顯示 A/D轉(zhuǎn)換后的電壓值，后一位顯示通道 數(shù)，所以程序和設(shè)計(jì)的軟件符合

29、設(shè)計(jì)的要求。 5硬件電路的搭建及調(diào)試 5.1硬件電路主要元器件 表5-1主要元器件清單 序號(hào) 名稱(chēng) 型號(hào) 數(shù)量 1 單片機(jī)丁 AT89S51 1 2 瓷片電容 33pF 2 3 瓷片電容 104 1 4 按鍵 1 5 晶振 12M 1 6 三極管 NPN 4 7 三極管 PNP 1 8 電阻 10K 1 9 可變電阻: 1K 2 10 排阻 1K 1 11 電解電容 10uF 1 12 蜂鳴器 1 13 二極管 1 14 轉(zhuǎn)換器 ADC0808 1 15 定時(shí)器 NE555 1 16 LED 四位8段數(shù)碼管 1 5.2 搭建硬件面包板注意事項(xiàng) (1.明確面模板上所插引腳開(kāi)通與關(guān)斷，豎直方向?yàn)殚_(kāi)

30、通，但是就兩層格子的模 塊則恰好相反，橫向?yàn)殚_(kāi)通方向。 (2.為了分布各器件的最佳布置，應(yīng)該先對(duì)器件在整個(gè)面模板上進(jìn)行整體布局， 以便達(dá)到各器件合理分布的良好視覺(jué)效果，然后再根據(jù)電路原理圖將導(dǎo)線(xiàn)連接到相 應(yīng)的引腳。 (3.各芯片正常工作需要給每個(gè)芯片加電源，本次實(shí)驗(yàn)所加電壓為+5V ，一般芯 片最左下角的引腳接電源，而芯片最左上角接地。但是需要特別強(qiáng)調(diào)的是 AD0808 轉(zhuǎn)換器則不同，需要在引腳 11號(hào)和引腳 13 號(hào)分別接電源和接地。建議參考芯片引 腳正確連接各引腳。 (4.原理圖中 AD0808 轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘信號(hào)是外輸入的，本次模擬所用的是 TMDM-1 型數(shù)電模電實(shí)驗(yàn)箱所提供的頻率發(fā)生器

31、，注意當(dāng)所給的信號(hào)頻率越低采集 信號(hào)轉(zhuǎn)換的速度越慢，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)得出頻率在 500HZ 以上轉(zhuǎn)換速度較為明顯。 5.3 硬件調(diào)試 接通所選的+5V電源以及外加頻率發(fā)生器，如果發(fā)現(xiàn) LED與發(fā)光二極管沒(méi)有顯 示，仔細(xì)對(duì)照原理圖與芯片引腳，比較對(duì)照各引腳直到故障排除。值得提出的是當(dāng) 反復(fù)檢查引腳沒(méi)有錯(cuò)誤時(shí)，是否芯片與面模板接觸完好。 當(dāng)改變滑動(dòng)變阻器的阻值后顯 示也應(yīng)隨之改變。由調(diào)試結(jié)果可看到 4 位數(shù)碼管的前三位顯示 A/D 轉(zhuǎn)換后的電壓值， 后一位顯示通道數(shù)，所以程序和設(shè)計(jì)的軟件符合設(shè)計(jì)的要求。 6 畢業(yè)設(shè)計(jì)的收獲及心得 通過(guò)近三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我對(duì)自己以前所學(xué)的知識(shí)有了很好的回顧同時(shí) 對(duì)以前

32、沒(méi)有能懂得知識(shí)也一一破解。在電路分析上也有很大的提高。使對(duì)集成芯片 的管腳和工作原理更加牢固。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，又使我學(xué)到了許多書(shū)本上無(wú)法學(xué) 到的知識(shí)，也深刻體會(huì)到單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛，不僅使我對(duì)學(xué)過(guò)的單片機(jī)知 識(shí)有了很多的鞏固，同時(shí)也對(duì)單片機(jī)這一門(mén)課程產(chǎn)生了更大的興趣。在做本次課程 設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱了大量的設(shè)計(jì)資料了。為了讓自己的設(shè)計(jì)更 加完善，查閱這方面的設(shè)計(jì)資料是十方必要的，同時(shí)是必不可少的。其次，我學(xué)會(huì) 了在網(wǎng)絡(luò)中查找有關(guān)的各硬件的資源，為本次課程設(shè)計(jì)提供一定的資料。這次設(shè)計(jì) 使我認(rèn)識(shí)到怎樣把所學(xué)的知識(shí)連貫起來(lái)，分析需要將產(chǎn)品有充足的了解，需要有足 夠的耐心。當(dāng)你

33、遇到困難時(shí)要敢于克服。在認(rèn)真、持之以恒的態(tài)度下一定能取得設(shè) 計(jì)成功。通過(guò)本次設(shè)計(jì)我還熟悉掌握了 Proteus 和 klieC 軟件?？傊?，這次畢業(yè)設(shè)計(jì) 讓我受益匪淺。這對(duì)我將來(lái)工作一定帶來(lái)很大幫助。 致謝 在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我得到了組里各位老師的支持和幫助，特別是 張曉群和稽 啟春老師，更是在畢業(yè)論文設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，認(rèn)真指出我設(shè)計(jì)的不足之處，耐心 指導(dǎo)我如何完善，還幫助我解決我不懂的地方， 使我們少走了很多彎路。 在此，誠(chéng) 心感謝我的指導(dǎo)老師成老師！沒(méi)有你們的指導(dǎo)也不會(huì)有今天的我，再次真誠(chéng)的感謝 我的指導(dǎo)老師，在本次設(shè)計(jì)中您給我的良言我會(huì)謹(jǐn)記在心，您給我的不僅是單獨(dú)的 知識(shí)，您還教會(huì)了我在

34、生活中的一些細(xì)節(jié)，給我傳達(dá)了謹(jǐn)慎、認(rèn)真、仔細(xì)做事的精 神，老師您辛苦了！在此還要感謝所有在我學(xué)習(xí)遇到困難時(shí)幫助我的老師們和我們 組的同學(xué)，和他們一起設(shè)計(jì)，相互鼓勵(lì)，共同面對(duì)困難，共同解決困難，這才使得 我能夠順利完成學(xué)業(yè)。 附錄 J -:l 11F 1k FflJJUM KI.IM1 HJJW ra/AOi 用阿 FQ5W耳 Hl 馴E raj UH PZJA11 WQ FMfAt PZfi椚 * PZTffi-B on燉 n. oa而 oaiifi HmTI F1ST1 Flff/F pijTd 柑I 居 FX PT RRI odoo g ； j n / I-! -V 卜 0D SPEJEP

35、. TEc( 閔皿圈皿舊Fzi映F31 5 J： S1SIIT IN1 或. MZ HU oim N4 IH om 虧 oirn OUTii oim MX QUTS AUDB OUTl oins LE VRBF) 7 P T1 C u F 1 F I 圖1系統(tǒng)原理圖 源程序： #in elude 系統(tǒng)宏定義 #defi ne uchar un sig ned char #defi ne uint un sig ned int P1 P0 #defi ne LCon #defi ne Data #defi ne SWITCH_KEY1 #defi ne NO_KEY0 #defi ne DOWN

36、0 #define UP /0808管腳定義 #define DataPortP2/0808的數(shù)據(jù)輸出口 ,注意引腳接線(xiàn)。 sbit ADDA=P3A3。輸入選擇口 sbit start=P3A0o / AD開(kāi)始信號(hào)，與 ALE連接在一起用 sbit eoc=P3A2。 sbit oe=P3A1o uchar X2 o /端口引腳定義 sbitSpeaker=P3A5o sbitClockPin=P1A7o sbitSysLed=P3A6o sbitSwitchKey=P3A4o /數(shù)碼管軟件譯碼 unsigned char const s=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0

37、x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f o /數(shù)碼 管軟件譯碼 unsigned char code seg=1,2,4,8o/數(shù)碼管片選信號(hào) /系統(tǒng)變量定義 static uchar index,sam_indexo /當(dāng)前采樣通道 static uchar SpeakStatoe /揚(yáng)聲器狀態(tài) uint AlarmLimit2 o /報(bào)警輸入值，在初始化函數(shù)中配置 uchar SampleValue2o /采樣獲取值， AD 的采樣值 uchar ShowControlo /顯示的采樣通道 uchar RefFlago /數(shù)碼顯示更新標(biāo)識(shí) /外部引用函數(shù) ext

38、ern uchar ad_search(uchar ko extern void StartTran(uchar IDo extern uchar GetSampleValue(voido extern uchar ADC0808(unsigned char ido extern uchar GetSampleNowait(uchar *valo void delayl(uint n uint i,j o for(i=no i0o i- for(j=114o j0o j-o void delays(unsigned int cnt while(-cnt 。 uchar ad_tr(void/A

39、D 模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量函數(shù) uchar val。 oe=0。 start=0。 delayl(1。 start=1。 delayl(1。 start=O。/開(kāi)始轉(zhuǎn)換 delayl(1。 while(!eoc 。 /等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 oe=1。 delayl(1。 DataPort = Oxff。 val=DataPort。 /讀入轉(zhuǎn)換的數(shù)字量 oe=O。 return val。 uchar ad_search(uchar k/IN0,IN1,IN2 模擬量的分時(shí)轉(zhuǎn)換 if (k1 return 0。 switch(k return X0 。 break。 return X1 。 break。 ad

40、_tr( 。 IN2=val 。 i=0 。 case 0:ADDA=0 。 delayl(5。 X0=ad_tr( 。 case 1:ADDA=1 。 delayl(5。 X1=ad_tr( 。 /case 2:ADDA=0 。 ADDB=1 。 ADDC=0 。 break。 default:k=0。 break。 void StartTran(uchar ID oe=0。 ADDA = ID 。 delays(4。 start=0。 delays(2。 start=1。delays(2。 start=0。 /開(kāi)始轉(zhuǎn)換 delays(2。 /獲取采樣的值 uchar GetSampleVa

41、lue(void uchar val。 while(!eoc。 oe=1。 delayl(2。 val=P1。 oe=0。 return val。 uchar ADC0808(u nsig ned char id/0808的轉(zhuǎn)換 un sig ned char va。 if(id = 0 ADDA = 0 。 else ADDA = 1 。 start=1。 /開(kāi)始 來(lái)一個(gè)脈沖 start=0。 while(eoc=0。 oe=1。 /允許輸出 val = DataPort。 /到 0808 oe=0。 return val。 /功能 : 將整數(shù)轉(zhuǎn)化成字符串輸入 : value 需要轉(zhuǎn)化的整數(shù)

42、 uchar BufTemp4。 /數(shù)碼管需要顯示的值就在這里取的 void IntToChar(uint value if(value999 BufTemp0=9 。 BufTemp1=9 。 BufTemp2=9 。 BufTemp0 = value/100。 value = value%100。 BufTemp1 = value/10。 BufTemp2 = value%10。 1 產(chǎn)生 BufTemp3= ShowControl 。 /打開(kāi)揚(yáng)聲器輸出，揚(yáng)聲器輸出靠 PWM 脈沖驅(qū)動(dòng)，脈沖由定時(shí)器 void OpenSpeaker(void if(SpeakState = 0 Speak

43、State =1。 else return。 TMOD |= 0 x11 。 ET1=1。 TR1 = 1。 /關(guān)閉揚(yáng)聲器輸出 void ClosedSpeaker(void SpeakState = 0。 ET1=0。 TR1 = 0。 /定時(shí)器 1 中斷函數(shù) void Timer1( interrupt 3 TR1=0。 Speaker=Speake。 TH1= 0 xF2 。 TL1= 0 xDA 。 TR1=1。 /初始化系統(tǒng)變量 void InitSystem(void AlarmLimitO = 321。電壓值 3.21V,輸入 321 AlarmLimit1 = 250 。 Sh

44、owControl = O。 SampleValueO = O。 SampleValue1 = O。 sam_index = O。 index = O。 RefFlag = O。 /轉(zhuǎn)化成采樣值 AlarmLimitO = (unsigned longAlarmLimitO*51/1OO 。 AlarmLimit1 = (unsigned longAlarmLimit1*51/1OO 。 EA = 1 。 /按鍵掃描 uchar scan_key( SwitchKey = 1 。 if(SwitchKey = DOWN delays(35。 /去抖 if(SwitchKey = DOWN while(SwitchKey = DOWN 。 return SWITCH_KEY 。 return NO_KEY 。 /定時(shí)器 O 的初始化函數(shù) void InitTimerO(void/3Oms TMOD |= Ox11 。 ETO = 1 。 THO = Ox94 。 TLO = OxOO。 TRO = 1 。 定時(shí)器0的中斷響應(yīng)函數(shù)，定時(shí)器 0實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管定時(shí)刷新，定時(shí)時(shí)長(zhǎng)是 10ms,實(shí) 現(xiàn) ADC 定時(shí)采樣，采樣采用查詢(xún)方式。 void Timer0_isr(void interrupt 1 using 1 static uint temp。 TR0 = 0。