智能可燃氣體探測控制器設計

1、XX信息職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（畢業(yè)論文）系別：機電工程系專業(yè)：機電一體化班級：機電051學生姓名：吳興海學生學號：學0405學48設計（論文）題目：智能瞰氣根則價爆謝十指導教師：朱江設計地點：XX信息耿業(yè)技術學院起迄日期：8月1日8月22日目錄1 .畢業(yè)設計（論文）任務書32 .畢業(yè)設計（論文）開題報告3 .摘要關鍵字64 .前言65 .智能可燃氣體探測控制器的發(fā)展66 .智能可燃氣體探測控制器的工作原理117 .硬件結構138 .元氣件選擇139 .軟件設計188 .軟件仿真249 .結束語2410 .答謝詞2411 .畢業(yè)設計（論文）成績評定表25畢業(yè)設計（論文）任務書專業(yè)：機電一體化

2、班級：機電051XX：吳興海一、課題名稱：智能可燃氣體（天然氣、煤氣、液化氣、氫氣）探測控制器設沖二、主要技術指標：1 .MCS-51系列單片機2 .三菱PLC交流電源、24V直流輸入類型3 .FX2N-32MR-0013216漏型16繼電器150*87*904、探測器參數(shù)指標：（1）能設定可燃氣體（天然氣、煤氣、液化氣、氫氣）濃度報警值，X圍在（1%25%LEL）查閱國家推薦標準GT"12474-90空氣中可燃氣體爆炸極限測定方法爆炸極限大于4%LEL（2）探測器的報警動作值與可燃氣體濃度報警設定值之差不應超過±3%LEL（3）在報警X圍內，實行聲、光（紅色指示燈）報警：

3、從報警區(qū)移到干凈空氣區(qū)，30秒內應正常顯示。三、工作內容和要求：1 .選題，審題，整理材料2 .了解PLC系統(tǒng)的應急情況，復習可編程控制的相關內容3 .分析氣體傳感器的工作原理，畫出控制電路4 .硬件電路設計5 .設計程序6 .軟件仿真：用單步、自動單步或連續(xù)執(zhí)行程序，觀察效果7 .定稿,寫總結四、主要參考文獻：吳雪峰PLC智能控制X洋可燃氣體探測器工作原理楊波空氣中可燃氣體爆炸極限測定方法學生（簽名）06年8月日指導教師（簽名）06年8月日教研室主任（簽名）06年月日系主任（簽名）06年月日畢業(yè)設計（論文）開題報告設計（論文題目）工業(yè)污水處理的PLC控制一、選題的背景和意義：隨著城市煤氣、天

4、然氣事業(yè)的迅速發(fā)展和民用石油液化氣用戶的增多?？扇細怏w泄海報警問題已提到城市消防與建筑電氣設計的議日程。（建筑設計防火規(guī)X）（GBJ16-87）第103-2條明確規(guī)定：“散發(fā)可燃氣體可燃氣的甲類廠房和場所，應設置可燃氣體濃度檢測報警裝宜”?？扇細怏w通常是指城市煤氣、石油液化氣、汽油蒸氣、酒精蒸氣、天然氣以及煤礦瓦斯等。這些氣體主要含有烷類、燒類、烯類、醇類、苯類以及氧化碳和氫等成分。是易燃、易爆、有毒、有害的氣體。因此。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)程或設備密封質量不好，都有可能發(fā)生可燃氣體泄漏現(xiàn)象，進而釀成火災或爆炸事故，給國家和人民的生命財產(chǎn)造成損失。近年來，這類事

5、故實例不勝枚舉。為了防止這類事故的發(fā)生，裝設可燃氣體濃度檢測報警裝置是非常必要的，可以及時發(fā)現(xiàn)事故隱患，盡早采取補救措麓。二、課題研究的主要內容：1 .選題，審題，整理材料2 .了解PLC系統(tǒng)的應急情況，復習可編程控制的相關內容3 .分析氣體傳感器的工作原理，畫出控制電路4 .硬件電路設計5 .設計程序6 .軟件仿真.：用單步、自動單步或連續(xù)執(zhí)行程序，觀察效果7 .定稿，寫總結三、主要研究（設計）方法論述：通過查找資料了解智能可燃氣體探測控制器系統(tǒng)工作原理，畫出采樣電路、交流電源開關電路、控制電路和報警電路。在傳統(tǒng)的可燃氣體報警器基礎上進行技術革新，選擇合適的元器件。然后設計軟件部分，并在PC

6、環(huán)境下用單步、自動單步或連續(xù)執(zhí)行程序，觀察仿真效果。最后進行修改寫出定稿。四、設計（論文）進度安排：7月31日8月22日時間（第周）工作內容2006.7.318.3選題、審題、收集資料、整理資料8.48.5了解PLC控制系統(tǒng)的應用情況，復習可編程控制器的相關理論8.58.7分析控制器的PLC控制系統(tǒng)8.88.9分析氣體傳感器的工作原理，畫出系統(tǒng)框圖8.108.11硬件電路設計8.128.13設計程序8.148.15軟件仿真：用單步、自動單步或連續(xù)執(zhí)行程序，觀察效果8.178.18整理所有材料，完成設計報告8.198.20寫總結，修改初稿8.218.21定稿五、指導教師意,指導教師簽名：06年0

7、8月22日六、系部意見：系主任簽名：06年08月22日課程總結隨著畢業(yè)日子的到來，課程設計也接近了尾聲。時間過的真快，轉眼間，畢業(yè)設計的寫作終于劃上了句號，大學最后的時光就在這樣的忙碌和充實中度過了。從拿到畢業(yè)設計任務書到完成本次設計，這一個多月的時間里我感覺自己經(jīng)歷了很多，也學到了很多。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的課程設計終于完成了。在沒有做課程設計以前覺得課程設計只是對這幾年來所學知識的單純總結，但是通過這次做課程設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前覺得自己對

8、課本上的知識掌握的已經(jīng)可以了，現(xiàn)在覺得有點有點眼高手低。通過這次課程設計，我才明白學習是一個長期積累的過程,尤其是對這種操作類的課程在社會中的積累占據(jù)很大的比重，所以在以后的工作、生活中我都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質以適應這個瞬息萬變的社會需求C這次課程設計中在朱老師的幫助下進行的還算順利，遇到不懂的地方老師總是能夠悉心的教導，耐心的講解。這次課程設計也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法讓我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。首先，我要感謝很多在我完成論文的過程中給予過我關懷幫助的人。然后要謝謝與我一起并肩作戰(zhàn)

9、的好朋友好同學們，在我做畢業(yè)設計期間他們一直在我身邊陪伴我,幫我查資料,找資料.總之，謝謝所有關心、愛護過我的人。畢業(yè)設計的結束，意味著我將開始屬于我的新的人生旅程,我會很努力的走完它。這次課程設計讓我覺得自己需要掌握的東西還很多，以往學過的東西真的被應川時才覺得它的重量，也許是萬事開頭難，但我想如果真的懂得了那么這種難定會降低程度。做完了這項設計有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結論:知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。感謝老師們給我們的幫助。設計過程中，在老師的悉心引導下我們的進展還算順利，我通

10、過在圖書館和網(wǎng)絡上查閱大量有關資料，以及與同學交流經(jīng)驗和自學，使自己學到了不少知識，當然在此過程中遇到了一些困難但在老師和同學的幫助下都一一克服了。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力和信心，我相信這次做設計的感受會對今后的學習、工作及其生活有非常重要的引導。它不僅大大提高了動手的能力，而且使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的質量如何還有待老師們的評定，但是在設計過程中所學到的東西是這次課程設計的最大收獲和財富，使我終身受益。前言在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，經(jīng)常使用H2、CO等多種可燃氣體。為確保生命和財產(chǎn)安全，在使用可燃氣

11、體的場合，必須安裝可燃氣體探測報警器，以防止發(fā)生意外。本設計是在傳統(tǒng)的可燃氣體報警器基礎上進行技術改造的，因此，吸收了原產(chǎn)品的技術優(yōu)點，增添了新的功能。傳統(tǒng)的可燃氣體報警器采用分立式元件構成，使用中剛通電時，氣敏元件處于不穩(wěn)定狀態(tài)，無論有無可燃氣源都會發(fā)出報警聲，輸出控制頻繁操作，造成現(xiàn)場安裝調試比較麻煩。同時，因缺少對氣敏元件傳感器預熱時間的控制，缺少氣敏元件傳感器本身短路或斷路故障的檢測，缺少有明顯區(qū)別的聲、光報警，不能符合可燃氣體產(chǎn)品的新標準，必須研制新產(chǎn)品。智能可燃氣體探測控制器就是在此基礎上進行研制的。本設計以MCS-51系列的單片機AT89c2051為核心,本著設計簡單、調試方便、

12、安裝靈活、安全可靠、節(jié)約成本的原則，完成該設計。智能可燃氣體探測控制器主要功能以及技術要求：1、對可燃氣體進行測量和檢測可燃氣體濃度達到報警設定值時，應能報警。2、能設定可燃氣體濃度報警值，X圍在（1%25%LEL）查閱國家推薦標準GTfT12474-90空氣中可燃氣體爆炸極限測定方法爆炸極限大于4%LEL.3、探測器的報警動作值與可燃氣體濃度報警設定值之差不應超過±3%LEL。4、常工作：綠燈閃爍，蜂鳴器不報警。5、可燃氣體濃度超X圍報警：（1）、在報警X圍內，實行聲、光（紅色指示燈）報警。（2）、從報警區(qū)移到干凈空氣區(qū)，30秒內應正常顯示。6、故障報警：傳感器斷路、短路時應發(fā)出與

13、可燃氣體濃度超X圍報警明顯區(qū)別的聲、光（黃色指示燈）報警。7、聲、光設置手動自檢功能。8、濃度超限報警時，應能啟動輸出控制功能。一、智能可燃氣體探測控制器系統(tǒng)工作原理1、可燃性氣體傳感器工作原理目前，使用最廣泛的是燒結型SMh和Fe2O3氣敏傳感器。燒結時埋下加熱絲和測定電極制成管芯。工作時，加熱絲通電加熱，測量絲用于測量器件的阻值。使用該氣敏元件測量氣體成分含量的原理是：當被測可燃氣體通過氣敏元件的表而時，會發(fā)生熱化學反應（無焰燃燒），燃燒后的SnO?等金屬氧化物中的氧與還原性氣體結合，使金屬氧化物的阻值發(fā)生變化，而且其大小與被測氣體濃度成一定比例。通過測量這一變化，就可知空氣中可燃性氣體濃

14、度的大小。本設計是基于可燃性氣體傳感器的單片機檢測和控制。根據(jù)設計要求，選擇可燃氣體氣敏元件MQ-412作為本設計用氣體傳感器，可檢測天然氣、煤氣、液化氣、氫氣等多種可燃性氣體。該傳感器具有長期的穩(wěn)定性，對可燃性氣體有較高的靈敏度、良好的抗溫性、良好的重復性：測量X闈寬，為10010000PPM；對可燃性氣體響應時間10秒，從可燃性氣體區(qū)移到潔凈區(qū)域恢復時間30秒：加熱電壓為5V,測量電壓X圍為510V：在潔凈空氣中的測量電阻大于50KQ；測量可燃性氣體濃度和測量端電阻成線形變化。傳感器結構和測量電路如圖1所示，Vb為加熱電壓，Va為測量電壓。圖1傳感器結構和測量電路圖2、智能可燃氣體探測控制

15、器系統(tǒng)工作原理根據(jù)可燃性氣體傳感器工作原理，按照傳感器測量電路圖，將可燃性氣體濃度轉換為電壓信號，供濃度采樣電路和報警電路使用。根據(jù)本設計檢測要求，考慮經(jīng)濟因素，不采用模/數(shù)轉換器，而采用可燃氣體濃度測量值與可燃氣體濃度超X闈的電壓設定值進行比較的方法。潔凈空氣中可燃性氣體傳感器測量電阻大于50KC,在可燃性氣體濃度中可燃性氣體傳感器測量電阻變化較大，其值可變至幾KC。因而，在測量電壓為+5V時，可燃性氣體傳感器測量輸出電壓也可從0.3V變化到4.5V以上。根據(jù)本設計的要求，實際測量的可燃性氣體濃度電壓X圍在O.3V3.5V之間，考慮余量，設計可燃性氣體的濃度電壓X圍限制在0.3V4.0V之間

16、。設計中，采用運算放大器作為可燃性氣體濃度測量值和設定可燃性氣體超限濃度電壓基準的比較器，比較器輸出連到單片機的輸入端?？扇夹詺怏w傳感器測量電壓為+5V時，設定可燃性氣體濃度超限電壓基準X闈在0.3V4.0V之間。若可燃性氣體濃度大于電壓設定值時，則單片機檢測到氣敏元件有濃度超限發(fā)生，單片機發(fā)出聲、光報警，關閉氣源閥門。在進行氣敏元件斷路故障檢測時，可燃性氣體傳感器輸出端電壓接近0V,為低電平；氣敏元件短路的故障檢測時，可燃性氣體傳感器輸出端電壓接近+5V,為高電平。因此，采用運算放大器作為可燃性氣體輸出和故障設定電壓值的電壓比較器。短路比較器的電壓基準值設定為+0.3V,斷路比較器的電壓基準

17、值設定為+4.9V,比較器輸出連到單片機的輸入端。當單片機檢測到氣敏元件有故障發(fā)生時，發(fā)出故障聲、光報警。此處聲、光報警與可燃性氣體濃度超X圍報警有明顯區(qū)別。手動自檢功能通過不互鎖按鈕實現(xiàn)，常開按鈕輸出連到單片機的輸入端，通過檢測常開按鈕的電平變化來檢測按鈕的閉合和松開。因為輸出控制不頻繁操作，所以選擇繼電器輸出控制電磁閥來實現(xiàn)氣源閥門的關閉，從而達到確保生命和財產(chǎn)安全的目的。系統(tǒng)硬件連接框圖如圖2所示。二、硬件結構：硬件結構主要有交流電源開關電路、電源整流電源穩(wěn)壓等組成。1、開關電源：由于本設計要求體積小，功率不大，考慮重量及抗干擾因素，電源設計采用普通自激式開關電源，單電源+5V供電。由L

18、I、R1R7、V1V2、C1C5、T等組成開關電路，并由二極管DI、C6、C18構成整流濾波電路，最后經(jīng)過LM78O5穩(wěn)壓和電容濾波，輸出+5V電壓。如圖3所示。2、采樣電路：采用XX電子廠生產(chǎn)的MQ-412型半導體氣敏元件，作為可燃氣體濃度測量的傳感器。從經(jīng)濟角度出發(fā)，加熱電壓、傳感器回路電壓均有+5V電壓供給。測量電路由二極管D2、半導體氣敏元件Ml、電位器RW、R14、R15、R19、C14、C15等元件組成。二極管D2起一個降壓和測量隔離作用?？扇細怏w濃度的電壓比較值，利用的是電壓疊加的原理。+5V電壓經(jīng)R14、R15、R19、RW分壓后，疊加可燃氣體傳感器輸出的電壓一起提供給比較器3

19、腳。調節(jié)電位器RW可以調行電壓的初始值，從而達到改變可燃氣體濃度的設定值。在潔凈空氣中保證比較器3腳的電壓值為0.3V左右。8 / 24圖2系統(tǒng)硬件連接框圖圖3開關電路比較器2腳為比較電壓的基準。由R16、RT、R17、R18分壓提供，C13起穩(wěn)定工作點電壓的作用。該標準基準電壓為2.2V。當可燃氣體濃度增大時，氣敏元件的阻值變小，運放U3A輸入端3腳的電壓升高，與2腳電壓進行比較，其結果由U3A1腳輸出。R14、R15對小信號進行整形、放大。U3B、R16R18、RT、C13對放大信號進行比較。大于比較電壓，輸出+5V電壓，為高電平：小于比較電壓，輸出低電平。輸出連接到單片機的輸入腳，供單片

20、機判斷。單片機輸入腳等于高電平，可燃氣體濃度不超X圍；等于低電平，可燃氣體濃度超X圍，發(fā)出濃度超限聲、光報警，關閉氣源閥門。圖4濃度采樣電路3、手動按鈕控制如圖5所示：由不互鎖按鈕K、R9、C17構成。在可燃氣體濃度測量正常X圍內，按一下，自檢可燃氣體濃度超X用故障，發(fā)出聲、光報警，關閉氣源閥門。再按一下，自檢恢復正常綠燈閃爍。長時間按住3秒鐘，自檢發(fā)光二極管和蜂鳴器工作狀態(tài)，不關閉氣源閥門：（1）、正常顯示，綠燈閃爍，計時5秒。（2）、可燃氣體濃度超X困發(fā)出聲光報警計時5秒。C17（3）、氣敏元件斷路和短路故障發(fā)出聲、光報警，計時5秒匚匕二4、控制電路|'R9-04P3419 / 2

21、4+5V繼電器輸出電路由V3、V4、D6、R1LR13和繼電器組成。當檢測可燃氣體濃度大于濃度設定值時，單片機對應引腳輸出低電平，三極管V3、V4導通，繼電器吸合，1、3腳連通，+8V電壓加到電磁閥兩端，電磁閥動作，關閉氣源。二極管D6起續(xù)流作用，保護三極管不被繼電器反電勢擊穿。二極管D11起續(xù)流作用。圖5按鈕電路29 / 245、報警電路報警電路由R12、75、S2組成。三極管V5工作在飽和狀態(tài)，起功率放大作用。當可燃氣體濃度小于濃度設定值（正常工作）時，單片機對應引腳輸出高電平，不報警：當檢測可燃氣體濃度大于濃度設定值時，單片機對應引腳輸出低電平，三極管V5導通，執(zhí)行報警。當氣敏元件發(fā)生短

22、路或斷路故障時，單片機對應引腳輸出低電平，三極管V5導通，發(fā)出故障報警。濃度超限報警和故障報警兩種報警聲有明顯區(qū)別，分別由單片機程序設定。1R24來自斡梯杷“來彈頡觥+對1卜口一Rl0圖7報警電路和LED光報警電路6、LED光報警電路由于對發(fā)光顏色有不同要求，所以選擇LED雙色（紅、綠）共陽極發(fā)光二極管作為光源。綠色指示燈閃爍點亮，表明智能可燃氣體探測控制器正常工作。檢測可燃氣體濃度大于濃度設定值時，單片機對應引腳輸出低電平，紅燈常亮，發(fā)出聲、光報警。當氣敏元件發(fā)生短路或斷路故障時，單片機對應引腳全部輸出低電平，黃燈（紅燈和綠燈合成）常亮，發(fā)出有明顯區(qū)別的聲、光報警。7、故障檢測：氣敏元件發(fā)生

23、短路時，氣敏元件輸出直接連到+5v,為高電平。氣敏元件發(fā)生斷路時，氣敏元件輸出接近0V,為低電平。而正常工作及可燃氣體濃度超過濃度設定值的氣敏元件輸出X國為（0.3V4.0V）。所以設定氣敏元件短路的基準。電壓值為4.9V,設定氣敏元件斷路的基準電壓值為0.3V。氣敏元件輸出小于0.3V,為氣敏元件斷路故障。氣敏元件輸出大于4.9V,為氣敏元件短路故障。由電阻R20R21、R23R24、雙運放U4構成故障檢測電路。3R211KR2010K接故障檢測TL062接單月初編入產(chǎn)U4A接單片機輸入JT+5VIR231Kz6U4BR24|I1OK類型指示燈繼電器蜂鳴器正常工作綠燈秒閃爍不動作不報警短路與

24、斷路故障黃燈常充不動作急促報警濃度超限紅燈?？藙幼骶徛龍缶醋詸z按鈕單數(shù)紅燈?？藙幼骶徛龍缶醋詸z按鈕雙數(shù)綠燈秒閃爍不動作不報警長按3秒鐘自檢：綠燈秒閃爍5秒紅燈常痙5秒黃燈常痙5秒不動作不報警緩慢報警急促報警斷路檢測短路檢測圖8故障檢測電路、光作態(tài)11表前工狀表圖9、智能可燃氣體檢測控制器原理圖三、元器件的選擇1、電源部分本設計是在傳統(tǒng)的可燃氣體報警器基礎上進行技術革新的，因此采用原有的開關電源。本設計單片機部分負載電流約100毫安，氣敏元件負載電流約150亳安，LM7805輸入電壓為+8V,考慮余量，設總的工作電流為300亳安，則總的功率約3W,LM78O5的功耗為（300毫安X3V）1W

25、O因此，LM7805必須加散熱器。開關電源以效率高、電壓適應X圍寬而得到廣泛應用。開關電源的穩(wěn)壓原理均采用脈沖調寬式的穩(wěn)壓方式，即通過自動改變開關功率管的關閉和導通時間的比例，或通過改變振蕩器輸出脈沖的占空比來達到穩(wěn)壓的目的。本設計采用原設計中成熟的開關電源電路。電路中加入了吸收電路（由電容和二極管并聯(lián)組成）、電感、壓敏電阻等以提高電源的抗干擾和耐沖擊性能。電路中，整流二極管流過的電流約300毫安，直流電壓約300V,整個開關電路工作頻率只有幾十KHz,本著經(jīng)濟的原則，選用市場上通用的IN4007整流二極管、開關功率管E13OO3等元器件。觸發(fā)二極管選用DB3?？紤]功耗，R3、R4、R6、R7

26、選用0.5W的電阻,其余電阻選用0.25W。主要器件的選擇：整流二極管：1N4007（1A/1000V）；開關功率管：E13003（3A/1000V）觸發(fā)二極管：DB3；Cl、C2電容：CBB-400-100N-I2、單片機該單片機為雙列直插式DIP20封裝，內帶2K閃存ROM,有Pl口、P3口，使用方便,指令與MCS-51系列兼容。片內程序存儲器為電擦寫型ROM,整體擦除時間僅為10亳秒，可寫入/擦除1000次以上，數(shù)據(jù)保存10年。VPP匚EXD/P3. 0 匚TXD/P3. 1 匚KTAL2CKTAL1 匚INT0/P3. 2匚INT1/P3. 3CT0/P3.4 匚Tl/3. 5 匚CU

27、D匚J 石曷36005O 12345678910 9 8 7 6 543 212111111111 Vcc Pl. 7 Pl.6 Pl. 5 Pl.4 Pl. 3 Pl. 2 Pl.1/AIN1 Pl. O/AINO P3. 7圖10、單片機引腳示意圖該產(chǎn)品一般應用于室內可燃氣體場合，外界干擾較少，從經(jīng)濟角度出發(fā)，單片機采用上電復位方式，復位時間由R8、C12決定，通常選200亳秒左右?？紤]單片機的運行速度，選用常用的12M晶振頻率。在此頻率下，單片機一個機器周期為1微秒，運行速度較快.AT89c2051是一個功能強大的單片機,但它只有20個引腳，15個雙向輸入/輸出（I/O）端口，其中P1是

28、一個完整的8位雙向I/O口，兩個外中斷口，兩個16位可編程定時計數(shù)器,兩個全雙向串行通信口，一個模擬比較放大器。同時AT89c2051的時鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有RAM、定時/計數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片內RAM將被凍結，時鐘停止振蕩,所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復位方可繼續(xù)運行。表2、主要功能特性：兼容MCS51指令系統(tǒng)2k可反復擦寫（1000次）FlashROM15個雙向I/O口6個中斷源兩個16位可編程定時/計數(shù)器2.7-6.V的寬工作電壓X圍時鐘頻率0-24MHz128x8bit內部RAM兩個外部中

29、斷源兩個串行中斷可直接驅動LED兩級加密位低功耗睡眠功能內置一個模擬比較放大器可編程UARL通道軟件設置睡眠和喚醒功能3、聲光報警單片機AT89c2051的Pl口、P3口低電平時的吸收電流可達20mA,不需要外接驅動電路，可直接驅動發(fā)光二極管。所以選用LED雙色（紅、綠）共陽極發(fā)光二極管BT311057,經(jīng)限流電阻直接連到單片機引腳。單片機高電平時，發(fā)光二極管不亮；低電平時點亮發(fā)光二極管。發(fā)光二極管的發(fā)光亮度強弱由流過它的電流決定，通常2mA以上就能保證發(fā)光二極管可靠發(fā)光，它的正常工作電流為810mA,發(fā)光二極管的壓降為1.5V。所以，選擇發(fā)光二極管的正常工作電流為10mA,則它的限流電阻可由

30、以下公式計算：RL=（5-1.5）V/10mA=350Q,取限流電阻為360Q.蜂鳴器用來作為報警指示，選用直流型FM12-5V型號。蜂鳴器工作電壓為+5V,工作電流在20mA以上。單片機的驅動電流不夠，不能直接驅動，必須外接功率驅動。因此，選用PNP型三極管9012作為蜂鳴器的功率驅動，與基極相連的電阻取2K阻值，保證三極管工作在飽和狀態(tài)。4、自檢電路自檢電路通過按鈕觸點的閉合和松開來實現(xiàn)，按鈕選用不互鎖的KA8型號。按鈕常開觸點一端接電源+5V：另一端連到單片機輸入端并通過電阻接地。電阻值取100。，電阻兩端并聯(lián)電容是保證開關信號輸入的穩(wěn)定。因此，按鈕按下時接+5V,松開時接低電平。單片機

31、通過對應端的電平變化可檢測自檢電路的按鍵變化，通過程序完成自檢功能的實現(xiàn)。5、繼電器輸出控制電路繼電器是感性元件，驅動電流較大，單片機不能直接驅動，必須經(jīng)過電路的轉換。繼電器選用SRS-05DC-SL型號，用直流+5V供電。三極管選用常用的PNP型9012、NPN型9013作為繼電器的功率開關。繼電器的常開觸電一端接7805穩(wěn)壓電源的輸入端+8V,另一端接電磁閥。單片機對應引腳輸出低電平，三極管V3、V4導通，繼電器常開觸點吸合，供給外界電磁閥直流+8V電壓。接著，電磁閥動作，電磁閥常開觸點閉合，關閉氣源。二極管D6選用IN4007型號，在電路中起續(xù)流作用，保護三極管不被繼電器反電勢擊穿。電磁

32、閥是感性元件，驅動電流較大，電磁閥選用ExiBIIBT3型號，采用直流+8V電壓供電；D11選用IN4007型號，在電路中起續(xù)流作用。6、氣敏元件選擇目前，使用最廣泛的是燒結型SnO?和FgO3氣敏傳感器。燒結時埋下加熱絲和測定電極，制成管芯。工作時，加熱絲通電加熱，測量絲用于測量器件的阻值。加熱電壓為+5V,測量電壓X圍為（510V）本設計是基于可燃性氣體傳感器的單片機檢測和控制。根據(jù)設計要求，選擇XX電子廠生產(chǎn)的可燃氣體氣敏元件MQ-412作為本設計用氣體傳感器，可檢測天然氣、煤氣、液化氣、氫氣等多種可燃性氣體。加熱電壓為+5V,通電電流為150mA,由7805輸出直接提供：測量電壓選+5

33、V。該傳感器具有長期的穩(wěn)定性，對可燃性氣體有較高的靈敏度、良好的抗溫性、良好的重復性；測量X闈寬，為10010000PPM；對可燃性氣體響應時間10秒，從可燃性氣體區(qū)移到潔凈區(qū)域恢復時間30秒：加熱電壓為5V,測量電壓X圍為510V：在潔凈空氣中的測量電阻大于50KQ；測量可燃性氣體濃度和測量端電阻成線形變化。7、濃度采樣電路元件選擇本設計對運放精度要求不高，可選用雙運放TL062作為濃度電壓比較器。測量電路由二極管D2、半導體氣敏元件Ml、電位器RW、R14、R15,R19、C14、C15等元件組成。二極管D2起一個降壓和測量隔離作用。比較器2腳的電壓基準，由+5V電壓經(jīng)R16、RT、R17

34、、R18分壓提供，C13起穩(wěn)定工作點電壓的作用，RT為熱敏電阻。選擇合適的參數(shù)，使該標準基準電壓為2.2V?？扇細怏w濃度的電壓比較值，利用的是電壓疊加的原理。+5V電壓經(jīng)R14、R15、R19、RW分壓后，疊加可燃氣體傳感器輸出的電壓一起提供給比較器3腳。調節(jié)電位器RW可以調'。電壓的初始值，從而達到改變可燃氣體濃度的設定值。在潔凈空氣中比較器3腳的電壓值為0.3V左右，在測量濃度X圍內，比較器3腳的電壓值小于4.0V。主要器件的選擇：熱敏電阻RT：RM-12K；電阻R16、R18：RJ-0.25-10K；雙運放：TL062：電阻R17：RJ-0.25-6.8K:電阻R19：RJ-0.

35、25-1K；電阻R14：RJ-0.25-2K；電容C14：16V-220uf:電阻R15：RJ-O.25-33OK：電位器RW：W-203；二極管D2：IN4007；電容C13：16V-10uf8、檢測故障元件選擇氣敏元件發(fā)生短路時，氣敏元件檢測點直接連到+5V,為高電平。氣敏元件發(fā)生斷路時,氣敏元件輸出接近0V,為低電平。而正常工作及可燃氣體濃度超過濃度設定值的氣敏元件輸出X圍為(0.3V4.0V)。根據(jù)這一設計要求，選擇雙運放TL062作為短路和斷路的電壓比較器。斷路比較器基準電壓為0.5V,短路比較器基準電壓為4.9V。TL062(A)作斷路比較器。2腳為基準電壓輸入?；鶞孰妷河?5V經(jīng)

36、電阻分壓提供，取R20為10K,R21為1K,則斷路電壓基準為5/(10+1)0.5Vo3腳為斷路檢測輸入點。TL062(B)作短路比較器。6腳為基準電壓輸入。基準電壓由+5V經(jīng)電阻分壓提供，取R23為IK,R24為47K,則短路電壓基準為5/(47+1)X47比4.9V。5腳為短路檢測輸入點。主要器件的選擇：電阻R20、R23：RJ-0.25-1K：電阻R21：RJ-O.25-1OK；電阻R24：RJ-0.25-47K；雙運放：TL062四、軟件設計1、軟件設計流程圖(如圖11所示)2、軟件設計要求(1)、氣敏元件開始工作時，在沒有遇到可燃性氣體時，其電阻值也會增加，經(jīng)過5min左右，其電阻

37、值下降到一個穩(wěn)定值，這時才可以使用。所以，程序有一個預熱過程，預熱時間為5mino(2)、按鈕檢測中采用軟件延時方法執(zhí)行按鍵的去抖動.(3)、電磁閥的驅動電壓取之于開關變壓器二次側整流的輸出。采用脈沖驅動方式。脈沖時間為20mso(4)、正常工作綠燈閃爍時間定義如下：秒循環(huán)顯示。1秒鐘內，綠燈點亮600ms,熄滅400mso(5)、可燃氣體濃度超限：紅燈常亮。秒循環(huán)顯示。1秒鐘內，蜂鳴器報警750ms,不報警250mso(6)、故障報警：黃燈常亮。200亳秒循環(huán)。200亳秒鐘內蜂鳴器報警100ms,不報警lOOmSo3、軟件程序設計（1）、整個程序延時地方較多，因此設立10ms、200ms延時

38、子程序DELAY10MS：MOVR7,#10:延時10msDELAY10_1：MOVR6,#10DELAY10_2：NOPNOPNOPDJNZR6,DELAYI0_2DJNZR7,DELAYI0_lRETDELAY200MS：MOVR7,#200：延時200msDELAY4.1：MOVR6,#200DELAY4.2：NOPNOPNOPDJNZR6,DELAY4_2DJNZR7,DELAY4_1RET證計時的精確.定時中斷中對計時的誤差進行了修正，修正程序如下:CLRTROMOVA,TLOADDA,#80HMOVTLO,AMOVA,THOADDCA,#OECHMOVTHO,ASETBTRO（3）

39、、程序中設計了短暫斷電（電網(wǎng)干擾）恢復程序，保證短暫斷電后程序能正常運行。掉電判斷利用了單片機內部的RAM單元。在程序開始運行時，預置一些數(shù)據(jù)，只要單片機不斷電，該數(shù)據(jù)不會改變：短時間斷電（單片機電壓仍存在），該數(shù)據(jù)也不會改變。只有真正斷電后再重新運行程序時，斷電保護單元數(shù)據(jù)處于不確定狀態(tài)，與設定值不符，程序才從頭運行。流程圖如圖124、軟件清單：BAOJINEQUP1.2SHUCHUEQUP1.5LEDLUEQUP3.0不等LEDREDEQUP3.1KAIGUANEQUP3.4KAILUEQUP1.6DUANLUEQUP1.7CHAOXIANEQUP3.7初始化ORG00HUMPMAINOR

40、GOBHUMPTIMEOORG30HMAIN：MOVSP,#60HLCALLDELAY200MSCLRPSW.3CLRPSW.4MOVA,10H；掉電判斷CJNEA,#55H,STARTMOVA,11HCJNEA,#0AAH,STARTMOVA,12HCJNEA,#55H,STARTMOVA,13HCJNEA,#OAAH.STARTUMPSTART1:首次開機START:：MOVRO,#10HMOVRI,#30HCLRAMAIN1：MOVRO,AINCRODJNZRI,MAIN1MOVRO,#10MAINl.l：LCALLDELAY200MSDJNZRO,MAIN1_1MOV10H,#55HM

41、OVUH,#0AAHMOV12H,#55HMOV13H.#0AAHSTART1：MOVTMOD,#01HMOVTLO,#78H；晶振=12MTO=5MSMOVTHO,#0ECHSETBETO:TOSETBTROSETBEASTART2：MOVA,30HCJNEA,#180,START2_1START2_1：JCSTART2_2MOV30H,#0LIMPSTART3；預熱階段5分鐘START2.2：SETBBAOJIN:關報警和繼電器輸出SETBSHUCHUMOVA,32HCJNEA,#120,START2.3START2.3：JNCSTART2_4CLRLEDLU；測量正常,(0-600MS)

42、亮綠燈SETBLEDREDUMPSTART2START2_4：CJNEA,#200,START2_5START2_5：JCSTART2.6MOV32H,#0START2_6：SETBLEDLU；(600MS-1000MS)滅綠燈SETBLEDREDUMPSTART2START3：SETBDUANLUDUANLU,MAIN1.1A；短路MAIN1.A：SETBKAILUJNBKAILU,MAIN1.2:開路UMPMAIN2MAIN1.1A：LCALLDELAY200MSSETBDUANLULCALLDELAY200MSJNBDUANLU,MAIN1.ALIMPMAIN9MAIN1_2：LCALL

43、DELAY200MSSETBKAILULCALLDELAY200MSKAILU,MAIN2UMPMAIN9MAIN2：SETBKAIGUANLCALLDELAY10MSLCALLDELAY10MSJNBKAIGUAN,MAIN2.0SETBKAIGUANLCALLDELAY10MSLCALLDELAY1OMSJNBKAIGUAN,MAIN2.0UMPMAIN5：=0,有鍵按下MAIN2_0：SETBDUANLUDUANLU,MAIN"：短路MAINll.A：SETBKAILUJNBKAILU,MAIN11.2；開路UMPMAIN12MAIN11_1：LCALLDELAY200MSSE

44、TBDUANLULCALLDELAY200MSJNBDUANLU,MAINll.AUMPMAIN9MAIN11.2：LCALLDELAY200MSSETBKAILULCALLDELAY200MSKAILU,MAIN12LIMPMAIN9MAIN12：SETBCHAOXIAN:測量正常JNBCHAOXIAN,MAIN4；超限CLR20H.120H.0,MAIN2_3；偶次按下，消音狀態(tài)，綠燈閃爍SETBBAOJIN：關報警和繼電器輸出SETBSHUCHUMOVA,32HCJNEA,#120,MAIN2MAIN2.1：JNCMAIN2_2CLRLEDLU:測量正常,(0-600MS)亮綠燈SETB

45、LEDREDLIMPMAIN2MAIN2_2：CJNEMAIN2_2A：JCMAIN2_2BMOV32H,#0MAIN2_2B：SETBLEDLUSETBLEDREDUMPMAIN2MAIN2_3：SETBLEDLUCLRLEDREDMOVA,32HCJNEA,#150,MAIN2_4MAIN2_4：JNCMAIN2_5CLRBAOJINUMPMAIN2A,#200,MAIN2_2A；（600MS一一1000MS）滅綠燈;處于報警狀態(tài)，報警停頓,亮紅燈:亮紅燈：(0-750MS)報警MAIN2_5：CJNEA,#200,MAIN2_5AMAIN2_5A：JCMAIN2_5BMOV32H,#0M

46、AIN2_5B：SETBBAOJIN：(7501000MS)消音UMPMAIN2：超限故障MAIN4：20H.1,MAIN4.1LCALLDELAY200MSLCALLDELAY200MSLIMPMAIN4_2MAIN"LCALLDELAY10MSLCALLDELAY10MSMAIN4.2：SETBCHAOXIANMOV30H,#0JNBCHAOXIAN,MAIN4_3:退出超限LIMPMAIN2:繼續(xù)超限MAIN4_3：SETBLEDLU亮紅燈CLRLEDRED20H.0,MAIN4_6；=偶次，(0750MS)報警，(750-1000MS)消音MOVA,32HCJNEA,#150

47、,MAIN4.4MAIN4_4：JNCMAIN4_5CLRBAOJINLIMPMAIN4.6MAIN4_5：CJNEA,#200,MAIN4.5AMAIN4_5A：JCMAIN4_5BMOV32H,#0MAIN4.5B：SETBBAOJINUMPMAIN4_6MAIN4_6：20H.1,MAIN4.7SETB20H.1:繼電器輸出脈沖CLRSHUCHULCALLDELAY200MSLCALLDELAY200MSSETBSHUCHUMAIN4_7：MOVA,30HCJNEA,#10,MAIN4_7AMAIN4_7A：JCMAIN4_3LIMPMAIN2MAIN5：MOV30H.#0SETBLED

48、LUSETBLEDREDMAIN5.0：MOVA,30HCJNEA,#3,MAIN5.1MAIN5.1：JCMAIN5_2LIMPMAIN6：連續(xù)按3s以上，執(zhí)行自檢MAIN5_2：LCALLDELAY10MSLCALLDELAY10MSLCALLDELAY1OMSSETBKAIGUANLCALLDELAY1OMSKAIGUAN,MAIN5_02OH.O,MAIN5_3SETB20H.0：繼電器輸出脈沖CLRSHUCHULCALLDELAY2OOMSLCALLDELAY2OOMSSETBSHUCHUUMPMAIN2MAIN5.3：CLR20H.0SETBBAOJIN；關繼電器輸出，報警SETB

49、SHUCHULIMPMAIN2:自檢程序MAIN6：MOV30H.#0SETBLEDRED：亮綠燈CLRLEDLUMAIN6：LCALLDELAY10MSSETBCHAOXIANJNBCHAOXIAN,MAIN6_3：超限MAIN6_2：MOVA,30HCJNEA,#5,MAIN6.2AMAIN6_2A：JCMAIN6UMPMAIN7MAIN6.3：LCALLDELAY200MSSETBCHAOXIANCHAOXIAN,MAIN6_2：自檢繼續(xù)超限，亮紅燈CLRLEDRED：亮紅燈SETBLEDLUMAIN6_4：MOVA,32HCJNEA,#150,MAIN6_5MAIN6_5：JNCMAIN6_6CLRBAOJIN；(0-750MS)報警20H.1,MAIN6.4SETB20H.1:繼電器觸發(fā)脈沖CLRSHUCHULCALLDELAY200MSSETBSHUCHUUMPMAIN6.4MAIN6_6：CJNEA,#200,MAIN6_6AMAIN6_6A：JCMAIN6_6BMOV32H,#0MAIN6_6B：SETBBAOJIN：消音UMPMAIN6.4MAIN7：MOV30H,#0MAIN7：LCALLDELAY10MSMOVA,32HCJNEA,