可燃?xì)怏w報(bào)警裝置設(shè)計(jì)

1、目錄目錄1 1 前言前言.1 12 2 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì).2 22.1 方案比較.22.2 方案選擇.33 3 單元模塊設(shè)計(jì)單元模塊設(shè)計(jì).4 43.1 各單元模塊電路設(shè)計(jì)及功能介紹.4 4轉(zhuǎn)換模塊.6報(bào)警電路.7數(shù)碼顯示及濃度設(shè)置模塊.83.2 特殊元器件的介紹 .83.2.1 LM2576 穩(wěn)壓器 .83.2.2 MQ-5 傳感器 .9單片機(jī).93.2.4 ADC8089.114 4 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) .1.14 44.1 軟件設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)所用工具.14軟件設(shè)計(jì)原理.14軟件設(shè)計(jì)所用工具.144.2 軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖.145 5 系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù).1 16 65.

2、1 說明系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能.165.2 系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù).166 6 結(jié)論結(jié)論.17177 7 總結(jié)與體會(huì)總結(jié)與體會(huì).18188 8 謝辭謝辭.19199 9 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).2020附錄附錄 .21211 1 前言前言在很多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域包括石油、化工、冶金、采礦等行業(yè)，都會(huì)產(chǎn)生或利用到可燃?xì)怏w。而近年來，可燃?xì)怏w作為人們做飯、取暖的燃料，早已進(jìn)人廣大城鄉(xiāng)居民家中。但是由于各種原因如漏氣、閥門故障、等都會(huì)引起室內(nèi)可燃?xì)怏w濃度上升，當(dāng)室內(nèi)可燃?xì)怏w的濃度達(dá)到一定的程度時(shí)，就會(huì)引起人體中毒反應(yīng)；如遇火花等，甚至還有可能引起爆炸，造成人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。由于可燃?xì)怏w本身的危險(xiǎn)性嚴(yán)重威脅到人民的生產(chǎn)生活安全

3、，故而對可燃?xì)怏w的檢測與報(bào)警在生產(chǎn)生活中式非常重要的。本課程設(shè)計(jì)通過傳感器將送來的可燃性氣體濃度對應(yīng)的微小信號(hào)經(jīng)過放大，送入微控制器，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換、濃度比較，線性化數(shù)據(jù)處理，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的十進(jìn)制濃度值，把實(shí)際可燃性氣體濃度及各路狀態(tài)送顯，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度超過 25%時(shí)進(jìn)行光報(bào)警，超過50%時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警并提醒附近人員及時(shí)采取安全措施，防止中毒事故、爆炸、及火災(zāi)發(fā)生，從而保障生命、財(cái)產(chǎn)的安全。由于氣體傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)越快，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間就越快。為提高響應(yīng)時(shí)間，保證傳感器準(zhǔn)確地、穩(wěn)定地工作，可燃?xì)怏w報(bào)警器需要向氣體傳感器持續(xù)輸出一個(gè) 5V 的電壓。為了保證其可靠性，在

4、輸出 5V 的電壓的同時(shí)，進(jìn)行故障監(jiān)測。當(dāng)傳感器加熱絲、或電纜線和傳感器斷線、或接觸不良時(shí)，進(jìn)行故障報(bào)警。本設(shè)計(jì)為常用普通的可燃性氣體報(bào)警器設(shè)計(jì)，具備監(jiān)控可燃?xì)怏w的濃度，顯示測量結(jié)果，并對當(dāng)前的環(huán)境狀態(tài)做出判斷，發(fā)出報(bào)警信息的功能。該報(bào)警裝置靈敏度高，適用于檢測低濃度氣體。且壽命長、在線性好，報(bào)警器的結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，制造成本低，適用于家庭可燃?xì)怏w的報(bào)警。2 2 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì) 2.12.1 方案比較方案比較方案一：方案一：可燃?xì)怏w報(bào)警裝置由可燃性氣體傳感器電路、放大電路，A/ D 轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、顯示電路、按鍵、信號(hào)輸出電路、報(bào)警器等組成。若可燃?xì)庑孤?，則傳感器電路將可燃?xì)怏w濃

5、度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過放大、A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送予單片機(jī)，再由單片機(jī)控制報(bào)警信號(hào)，發(fā)出聲光報(bào)警。原理框圖如圖2.1: 傳感器放大電路串行通信數(shù)碼顯示報(bào)警裝置按鍵設(shè)置單片機(jī)及AD 轉(zhuǎn)換圖2.1方案一框圖方案二：方案二： 可燃?xì)怏w報(bào)警裝置由可燃?xì)怏w傳感器、電橋電路、差分電路、放大電路、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)、顯示電路、報(bào)警器電路、按鍵設(shè)置模塊組成。由氣體傳感器感知環(huán)境中某種氣體并將氣體濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。該電信號(hào)為連續(xù)變化的模擬信號(hào)，經(jīng)過抗干擾處理放大后經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)送予單片機(jī)處理。單片機(jī)對采集的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和判斷，通過程序控制計(jì)算出待檢測氣體成分及濃度

6、并送到數(shù)碼管顯示，當(dāng)檢測氣體濃度超出設(shè)定報(bào)警閥值時(shí)給出聲光報(bào)警。其原理框圖如圖 2.2 所示：傳感器差分電路電橋電路放大電路單片機(jī)及 AD 轉(zhuǎn)換報(bào)警裝置數(shù)碼顯示按鍵設(shè)置串行通信圖2.2方案二框圖2.22.2 方案選擇方案選擇 方案一和方案二相比較，方案一結(jié)構(gòu)簡單，比方案二省略了電橋和差分電路，其對信號(hào)的采集和處理不是很嚴(yán)格，容易造成較大的誤差，方案二的設(shè)計(jì)正好彌補(bǔ)了這一點(diǎn)。電橋電路可作為調(diào)零電路，減小系統(tǒng)誤差；而差放電路具有很強(qiáng)的抑制零點(diǎn)漂移及抑制噪聲與干擾的能力。故而傳感器采集的信號(hào)經(jīng)過電橋電路、差分電路和放大電路的處理后，信號(hào)質(zhì)量好，誤差小，所以選擇方案二做為此次課程設(shè)計(jì)方案。3 3 單元

7、模塊單元模塊設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)3.13.1 各單元模塊電路設(shè)計(jì)及功能介紹各單元模塊電路設(shè)計(jì)及功能介紹直流穩(wěn)壓電源模塊如圖 3.1 所示： 圖 3.1 電源電路 該模塊由變壓器、二極管整流橋、濾波電容、開關(guān) SP1、穩(wěn)壓器 LM2596 等組成。通過變壓器將家庭電網(wǎng)中 220V 交流電壓變壓至 20v 以內(nèi)，然后通過二級(jí)管整流橋進(jìn)行全波整流，再通過濾波電容濾波，最后用 LM2576 進(jìn)行穩(wěn)壓（5V） 。 開關(guān) SP1 在 STC89C52 單片機(jī)寫程序的時(shí)候?qū)纹瑱C(jī)進(jìn)行斷電，有利于對單片機(jī)進(jìn)行寫入程序，在開關(guān)接通的時(shí)候，電路輸出 5V 電壓，當(dāng)開關(guān)處于斷開的時(shí)候，沒有電壓輸出，達(dá)到單片機(jī)斷電寫程序的目的。

8、發(fā)光二極管用作電源指示。串口電路模塊如圖3.2所示： R1 IN13R2 IN8T1 IN11T2 IN10V+2V-6R1 OU T12R2 OU T9T1 OU T14T2 OU T7C1+1C1 -3C2+4C2 -5U6MAX2 32AEPE(1 6)C130.1uFC90.1uFC100.1uFC110.1uF162738495J2RS232 BVCCC120.1RXD(P3.0)TXD(P3.1) 圖3.2 單片機(jī)串口電路串口通訊對單片機(jī)而言意義重大，不但可以實(shí)現(xiàn)將單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)端，而且也能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對單片機(jī)的控制，同時(shí)也可以通過串口對外部電路進(jìn)行控制等。由于其所需電纜線

9、少，接線簡單，所以在較遠(yuǎn)距離傳輸中，得到了廣泛的運(yùn)用。MCS-51單片機(jī)的I/O串行口為全雙工接口。發(fā)送時(shí)，將CPU送來的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一定格式的串行數(shù)據(jù)，在TXD引腳上按照一定的波特率諸位輸出。接收時(shí)，監(jiān)視RXD引腳，一旦出現(xiàn)起始位“0” ，就將外圍設(shè)備送來的一定格式的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)等待CPU輸入。由于電腦的串口是RS232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL電平的，所以在單片機(jī)和電腦之間進(jìn)行串口通訊時(shí)要通過芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換。3.3.1.31.3 單片機(jī)模塊單片機(jī)模塊單片機(jī)模塊電路如圖3.3所示：EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T0

10、14T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U10STC89 C52X111.059 2MC422PC522PC62.2uFR402.2KVCCALEPSENVCCR371KPORT 1_0PORT 1_1PORT 1_2PORT 1_3PORT 1_4PORT 1_5PORT 1_6PORT 1_7READ (P3.7)WRIT E(P3.6)INT0(P3

11、.2)INT1(P3.3)T0(P3 .4)T1(P3 .5)RXD(P3.0)TXD(P3.1)DM0DM1DM2DM3DM4DM5DM6DM7A8A9A10A11A12A13A14A15A0A1A2A3A4A5A6A7OC1C111D22D33D44D55D66D77D88D91Q192Q183Q174Q165Q156Q147Q138Q12U1174HC5 73ALE地地地地DM7.0A15.0LED8LED4LED7LED3LED6LED2LED5LED1R36 510R35 510S17R34 510R33 510R32 510R31 510R30 510R29 510VCC 圖3.3

12、 單片機(jī)模塊電路單片機(jī)模塊電路采用由STC89C52構(gòu)成單片機(jī)總線主控系統(tǒng)。其由單片機(jī)STC89C52及晶振電路、復(fù)位開關(guān)電路、地址鎖存器、輸出顯示模塊、鍵盤掃描模塊等外部設(shè)備構(gòu)成。其中所有外部設(shè)備包括AD數(shù)據(jù)采集等均采用總線驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)。由11.0592M的晶振為單片機(jī)提供時(shí)鐘源。因?yàn)閱纹瑱C(jī)為高電平復(fù)位，所以復(fù)位電路采用以復(fù)位開關(guān)S17構(gòu)成的上電復(fù)位系統(tǒng)。P1口作為系統(tǒng)的狀態(tài)輸出，通過LED8位數(shù)碼管顯示，能夠?qū)崟r(shí)觀察室內(nèi)可燃?xì)怏w濃度大小。由于單片機(jī)STC89C52的P0口和P2口可用于與外部存儲(chǔ)器的連接，這時(shí)P0口作為數(shù)據(jù)/地址分時(shí)復(fù)用端口，P0口先輸出外部設(shè)的低8位地址，并在外部鎖存，而

13、后再輸出讀入數(shù)據(jù)。在16位尋址時(shí)，P2口輸出外部存儲(chǔ)器的高8位地址。當(dāng)P0口和P2口用作數(shù)據(jù)/地址總線時(shí)，它們不能再作為通用I/O口。 本系統(tǒng)中，在P0口用74HC573鎖存器對地址進(jìn)行鎖存，數(shù)據(jù)經(jīng)74HC573鎖存后與P2口一起構(gòu)成16位地址線，然后用高位地址控制外圍電路的運(yùn)行。可燃?xì)怏w檢測及信號(hào)調(diào)理電路如圖3.4所示：1H3A2H4BRf1MQ-5R39 47kR281K32184U9A084CN1R467423U7084CN67423U8084CN4R73R55R86R92R67R118R10VCCR2633VCCVCCVCCR271KSrSlw110kTO_A D1VCC 圖3.4可燃

14、氣體檢測及信號(hào)調(diào)理電路本模塊是由氣敏傳感器MQ-5組成的電橋電路和差分放大電路組成。一般地，當(dāng)被測量非常微弱的時(shí)候，必須用專門的電路來測量這種微弱的變化，最常用的電路就是各種電橋電路。電橋電路的作用就是把電阻變化率轉(zhuǎn)換成電壓輸出，然后提供給放大電路放大后進(jìn)行測量，當(dāng)電橋的四個(gè)橋臂電阻達(dá)到一定關(guān)系時(shí)，電橋輸出為零。在差放電路中采用TL084型四運(yùn)放放大器。其中TL084前兩個(gè)運(yùn)放構(gòu)成相同放大器，第三個(gè)運(yùn)放構(gòu)成差動(dòng)放大器。可燃?xì)怏w濃度通過氣敏傳感器MQ-5構(gòu)成的電橋電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，然后送入差放電路將信號(hào)放大供ADC0809采集。ADAD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換模塊AD轉(zhuǎn)換電路如圖3.5所示：IN-02

15、6msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENAB LE9STAR T6ref(+)12CLOC K10U13ADC0809VCC8910U1C74HC02111213U1D74HC02READ (P3.7)WRIT E(P3.6)A0A1A2DM0DM1DM2DM3DM4DM5DM6DM7ADC_A_EOCDM7.010CLK11D1213Q9Q8CLRPRU12BMC74HC74AD4CLK3

16、D21Q5Q6CLRPRU12AMC74HC74ADALEVCCVCCVCCVCCA2.012345678J4AD_INA15TO_A D1 圖3.5 AD轉(zhuǎn)換電路本模塊主要功能是由 ADC8089 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。將經(jīng)過處理的模擬信號(hào)送入 ADC0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)。地址線 A15 控制 ADC8089 的選通，當(dāng)向 A15寫數(shù)據(jù)時(shí)采集數(shù)據(jù)，當(dāng)向 A15讀數(shù)據(jù)時(shí)讀取 AD 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。選通數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道由 A0、A1、A2控制。報(bào)警電路如圖 3.6 所示： T19014R41100BELL 1BELLR422.2kVCCT1(P3.5)T29014D8LED2R43100R442.2

17、kVCCT0(P3.4) 圖3.6 報(bào)警電路（a)（b)聲、光報(bào)警電路分別如圖3.6（a）和（b） ，分別由單片機(jī)P3.5和P3.4控制。聲音報(bào)警使用蜂鳴器，光報(bào)警使用發(fā)光二極管。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到相應(yīng)報(bào)警要求時(shí)，單片機(jī)P3.5或P3.4輸出高電平，三極管T1或T2導(dǎo)通,報(bào)警電路發(fā)出聲光報(bào)警。數(shù)碼管顯示電路模塊如圖3.7所示：C012C1.d9C2.d8C36A11B7C4D2E1F10G5DP3SR405 63J1LED_ SR40563ALED地地地地地S2S3S4S13S14S15S16S9S10S11S12S5S6S7S8DM0DM1DM2DM3DM4DM5DM6DM7C012C1.d

18、9C2.d8C36A11B7C4D2E1F10G5DP3SR405 63J2LED_ SR40563ALED_ SEG_0LED_ SEG_1LED_ SEG_2LED_ SEG_3LED_ SEG_4LED_ SEG_5LED_ SEG_6LED_ SEG_7LED_ D0LED_ D1LED_ D2LED_ D3LED_ D4LED_ D5LED_ D6LED_ D7D12D23D34D45D56D67D78D89Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712Q811E11E219U574HC5 41OC1C111D22D33D44D55D66D77D88D91Q192Q183Q

19、174Q165Q156Q147Q138Q12U374HC5 73OC1C111D22D33D44D55D66D77D88D91Q192Q183Q174Q165Q156Q147Q138Q12U474HC5 73LED_ SEG_0LED_ SEG_1LED_ SEG_2LED_ SEG_3DM0DM1DM2DM3DM4DM5DM6DM7LED_ SEG_4LED_ SEG_5LED_ SEG_6LED_ SEG_7LED_ SEG_0LED_ SEG_1LED_ SEG_2LED_ SEG_3R91KR101KR191KR201KVCCKEY_ IN0KEY_ IN1KEY_ IN2KEY_ I

20、N3R211KR221KR231KR241KDM0DM1DM2DM3DM4DM5DM6DM7ADC_ A_EOCREAD (P3.7)WRIT E(P3.6)WRIT E(P3.6)DM7 .0Q29013R121KR11KR21KR31KR41KR51KR61KR71KR81KQ19013R111KR141KR131KR161KR151KR181KR171KQ49013Q39013Q69013Q59013Q89013Q79013地地地地S1123U1A74HC0 2456U1B74HC0 2A14A13A12 圖3.7 數(shù)碼管顯示電路本模塊采用共陰極數(shù)碼管，電路比較簡單。設(shè)置數(shù)值和數(shù)碼顯示主

21、要由單片機(jī)來控制完成，數(shù)碼顯示采用總線方式編寫程序。用 A14控制數(shù)碼管的段數(shù)據(jù)；用 A13控制數(shù)碼管的位選通，通過選通信號(hào)對數(shù)碼管進(jìn)行掃描顯示；用 A12控制鍵盤輸入鍵值的讀取。3.23.2 特殊元器件的介紹特殊元器件的介紹單片式開關(guān)穩(wěn)壓器LM2576系列能提供降壓開關(guān)穩(wěn)壓器（buck)的各種功能，能驅(qū)動(dòng)3A的負(fù)載，有優(yōu)異的線性和負(fù)載調(diào)整能力。其特點(diǎn)有能輸出3.3V、5V、12V、15V和可調(diào)節(jié)輸出電壓型號(hào)，輸出電壓可調(diào)的范圍為1.23V37V (HV型號(hào)的可達(dá)57V)，負(fù)載電壓的輸出容差最大為4， 最少只需要4個(gè)外圍元件支持，可達(dá)3A的輸出電流寬的輸入電壓范圍，內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生52KHz的固

22、定頻率；可用TTL電平關(guān)閉輸出，低功耗待機(jī)模式，典型待機(jī)電流為50A ，較高的轉(zhuǎn)換效率，過熱和過流保護(hù)。其管腳定義如下圖所示： 圖3.8 管腳定義 氣敏傳感器MQ-5適用于家庭或工業(yè)上對液化氣，天然氣，煤氣的監(jiān)測裝置。其具有對液化氣、天然氣、城市煤氣有較好的靈敏度；對乙醇，煙霧幾乎不響應(yīng)，具有優(yōu)良的抗干擾能力；有快速的響應(yīng)恢復(fù)特性；有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性；測試電路比較簡單等優(yōu)點(diǎn)。MQ-5 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖 3.9 所示(結(jié)構(gòu) A 或 B),由微型 AL2O3 陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作

23、條件。封裝好的氣敏元件有 6 只針狀管腳，其中 4個(gè)用于信號(hào)取出，2 個(gè)用于提供加熱電流。 圖 3.9 MQ-的結(jié)構(gòu)和外形STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K字節(jié)的系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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 和在線系統(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。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2

24、個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)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?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)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(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash。STC89C52單片機(jī)如下圖所示： 圖3.10 STC89C52芯片圖I/O口功能及特別引腳介紹：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

25、器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高八位地址。在使用8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)

26、時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。P3口亦作為STC89C52特殊功能使用（P3.0 RXD、P3.1 TXD、P3.2 INTO、P3.3 INT1、P3.4 TO、P3.5 T1、P3.6 WR、P3.7 RD），在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。RST復(fù)位輸入：當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率

27、的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。 PSEN：當(dāng)STC89C52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/VP：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）。ADC0809是含8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。其轉(zhuǎn)換方法為逐次逼近，精度為1LS

28、B。其原理框圖如下：START CLOCK OEEOCVREF(+)VREF(-)ALEABC 8 通道多路模擬開關(guān)地址鎖 存器和譯碼器控制邏輯逐次逼近型寄存 器 SAR三態(tài)輸出緩沖鎖存器開關(guān)樹組256R 梯形電阻W1W2模擬量輸入IN7 IN0數(shù)字量輸出D7D0圖 3.11 ADC0809 原理圖由上圖可知，ADC0809由兩部分組成。第一部分為8通道多路模擬開關(guān)，其基本原理與CD4051類似，控制C、B、A和地址鎖存允許端子，可使其中一個(gè)通道被選中。第二部分為一個(gè)完整的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，它由比較器、控制邏輯、數(shù)字量輸出鎖存緩沖器、逐次逼近型寄存器以及開關(guān)樹組和256R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)組成

29、，由后兩種電路組成D/A轉(zhuǎn)換器。ADC0809應(yīng)用接線圖如圖3.12所示：D7D6D5D4D3D2D1D0VIN8VIN7VIN6VIN5VIN4VIN3VIN2VIN1W1 OE EOC 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8 IN7 IN6 IN5 IN4IN3IN2IN1IN0CLKVREF(+)VREF(-)STARTALEABCVCCGND500KHZ5.000V0.000VAD0AD1AD2+5V1RADDRESSSDECODE(AD15AD4)1 INTERRUPT 圖3.12 ADC0809應(yīng)用接線圖 上圖為ADC0809接線圖，各引腳功能如下：IN7-

30、IN0：8個(gè)模擬量輸入端。 START:啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)START為高電平時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換開始。EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，發(fā)一個(gè)正脈沖，表示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。OE:輸出允許信號(hào)。可作為片選信號(hào)，高電平有效。CLOCK:實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可通過外接RC電路改變時(shí)鐘頻率。ALE:地址鎖存允許，高電平有效。C,B,A:通道選擇端子。C為最高位，A為最低位。D7D0：數(shù)字量輸出端。VREF(+),VREF（-）：參考電壓端子。用以提供D/A轉(zhuǎn)換器權(quán)電阻的標(biāo)準(zhǔn)電平。對于一般單極性模擬量輸入信號(hào)，VREF(+)=+5V,VREF(-)=0V。VCC:電源端子。接+5V。GND:接地端。 4 4 軟件設(shè)計(jì)軟

31、件設(shè)計(jì)4.14.1軟件設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)使用工具軟件設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)使用工具 將傳感器采集得到的模擬信號(hào)經(jīng) AD0809 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)中， 單片機(jī)根據(jù)原本的設(shè)計(jì)值與采集值進(jìn)行比較當(dāng)達(dá)到設(shè)定的濃度值時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的聲光報(bào)警。 軟件設(shè)計(jì)所用工具軟件設(shè)計(jì)所用工具 Protel99se：Protel99se 是 Protel 公司近 10 年來致力于 Windows 平臺(tái)開發(fā)的最新結(jié)晶，能實(shí)現(xiàn)從電學(xué)概念設(shè)計(jì)到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及這之間的所有分析、驗(yàn)證和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理。因而今天的 Protel 最新產(chǎn)品已不是單純的 PCB（印制電路板）設(shè)計(jì)工具，而是一個(gè)系統(tǒng)工具，覆蓋了以 PCB 為核心的整個(gè)物理設(shè)

32、計(jì)。 最新版本的 Protel軟件可以毫無障礙地讀 Orcad、Pads、Accel(PCAD)等知名 EDA 公司設(shè)計(jì)文件，以便用戶順利過渡到新的 EDA 平臺(tái)。ISIS：電路設(shè)計(jì)仿真軟件。 Keil uVision3：C 語言設(shè)計(jì)軟件。 4.24.2 軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖 4.1 所示： 程序初始化是否按下模式切換開始傳感器預(yù)熱并故障檢查鍵盤掃描及鍵值處理進(jìn)入報(bào)警限設(shè)置模式A/D 轉(zhuǎn)換線性化處理濃度顯示設(shè)置指示燈狀態(tài)是否超過報(bào)警限進(jìn)入報(bào)警處理程序Y 圖 4.1 軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 5 5 系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù)系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù)5.15.1 說明系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能說明系統(tǒng)

33、能實(shí)現(xiàn)的功能本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)可燃?xì)怏w一級(jí)報(bào)警和二級(jí)報(bào)警。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度超過 25%LEL 時(shí)，產(chǎn)生一級(jí)報(bào)警，發(fā)光二極管發(fā)光，當(dāng)濃度超過 50%LEL 時(shí)，產(chǎn)生二級(jí)報(bào)警，二極管發(fā)光的同時(shí)蜂鳴器工作，發(fā)出聲光報(bào)警。5.25.2 系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù) 當(dāng)可燃性氣體與空氣混合，將形成空氣可燃?xì)饣旌蠚怏w，根據(jù)混合氣體中可燃性氣體的濃度，可將混合氣體分成三個(gè)區(qū)域，即歉量區(qū)，爆炸區(qū)及富量區(qū)(見圖1)。爆炸區(qū)的下限值，稱最低爆炸極限，即為L. EL；爆炸區(qū)的上限值，稱最高爆炸極限，即為UEL。每種氣體的最低爆炸極限與最高爆炸極限是確定的，可查閱有關(guān)手冊。報(bào)警控制器的主要性能指標(biāo)要求如下。檢測范圍：可燃?xì)怏w為

34、0100 LEL(爆炸下限)。報(bào)警設(shè)定值：可燃?xì)怏w一級(jí)報(bào)警不大于 25%LEL，二級(jí)報(bào)警不大于 5O %LEL，報(bào)警控制器一般為一級(jí)報(bào)警。下面的圖表是不同的濃度對應(yīng)不同的電壓輸出，通過排水法的方式來固定氣體濃度，然后把傳感器放入固定的濃度的氣體中，可以測出其輸出的電壓。表 6.1 傳感器在丁烷中的輸出電壓濃度ppm123456789102030電壓v0.3170.5500.7200.9501.1501.3401.5201.6901.8601.9901.9503.730不同氣體濃度值中檢測電路輸出的電壓00.511.522.5ppm電壓v圖5.1傳感器在丁烷中的輸出電壓6 6 結(jié)論結(jié)論本設(shè)計(jì)基本

35、達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。它采用 STC89C52 單片機(jī)為核心構(gòu)成檢測系統(tǒng)，對可燃?xì)怏w采用 MQ5 傳感器進(jìn)行檢測，經(jīng)電橋電路、儀用電路對信號(hào)進(jìn)行放大使能夠使用ADC0809 進(jìn)行八路數(shù)據(jù)采集。然后經(jīng)單片機(jī)處理后使用數(shù)碼管顯示濃度，當(dāng)濃度達(dá)到相應(yīng)值時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警器。由 MQ5 構(gòu)成的采集系統(tǒng)靈敏度高、壽命長、再現(xiàn)性好，報(bào)警器的結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，制造成本低，適用于家庭可燃?xì)怏w的報(bào)警。而 QM5 氣敏半導(dǎo)體傳感器在開機(jī)時(shí)，約有 20 分鐘的預(yù)熱期，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)易產(chǎn)生不穩(wěn)定因素，導(dǎo)致誤報(bào)，因此在電路的設(shè)計(jì)上有一個(gè)橋式電路，它由 R4、C2 構(gòu)成，調(diào)整 R4，使輸入得初始信號(hào)為 0。電阻R2、R3 的阻值決

36、定了電路的報(bào)警起控點(diǎn)。例如：將氣敏傳感器置于濃度為 0.3%的丁烷氣樣中，調(diào)整 R3 的阻值至所要求的報(bào)警濃度點(diǎn)，使電路處于報(bào)警臨界點(diǎn)即可。 7 7 總結(jié)與體會(huì)總結(jié)與體會(huì)在老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)幫助下，我完成了此次設(shè)計(jì)。通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我動(dòng)手、思考和解決問題的能力。現(xiàn)在設(shè)計(jì)已經(jīng)做好了,自己感覺還是比較好的,雖然花了很多的時(shí)間,但學(xué)到了很多東西。在這次設(shè)計(jì)中，首先對單片機(jī)和傳感器知識(shí)有了一個(gè)系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，對于單片機(jī)和傳感器的實(shí)用性有了深入的了解，提高了單片機(jī)的應(yīng)用能力。本次課程設(shè)計(jì)通過理論聯(lián)系實(shí)際，增強(qiáng)了我分析和解決問題的能力。當(dāng)然，在本次課程設(shè)計(jì)中也遇到了一些問題，比如對畫圖軟件不是很熟悉

37、等。 總的來說，這次課程設(shè)計(jì)之后,使我明白了,做任何事情都要認(rèn)真仔細(xì),不然的話,你會(huì)花更多的時(shí)間才會(huì)做好.課程設(shè)計(jì)有利于提高我們的動(dòng)手能力,能把我們所學(xué)的書本知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中去.同時(shí)也豐富了我們的業(yè)余生活,提高我們對知識(shí)的理解能力。在課程設(shè)計(jì)中指導(dǎo)老師，給了我極大的幫助，非常的感謝。8 8 謝辭謝辭從課程設(shè)計(jì)選題到完成的過程中，無不凝聚著 000 老師的心血和汗水。在我們做設(shè)計(jì)期間，000 老師為我提供了相應(yīng)專業(yè)知識(shí)的講解和一些富于創(chuàng)造性的建議，使得我們的一個(gè)個(gè)問題迎韌而解，同時(shí)也使我認(rèn)識(shí)到了自己的很多不足。沒有這樣的幫助和關(guān)懷，我們不會(huì)這么順利的完成課程設(shè)計(jì)。在此衷心的感謝 000 老師

38、對我的嚴(yán)格要求及悉心指導(dǎo)，使我學(xué)到了很多書本上沒有的實(shí)用的知識(shí)。同時(shí)也相當(dāng)感謝設(shè)計(jì)過程中幫助過我的同學(xué)，我每一步的前進(jìn)都與這些熱心的同學(xué)分不開。9 9 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 潘新民.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)用教程M.北京:電子工業(yè)出版社,2006 年 1 月2 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用，高等教育出版社，2008 年 12 月3 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分，高等教育出版社 2006 年 4 月4 李伯成.基于 MCS-51 單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，20045 常健生.檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社 2009 年 1 月6 陳而紹等.傳感器使用裝置制作錦集.北京：人民郵電出版社，

39、20007 何克農(nóng)，李偉.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng).清華大學(xué)出版社，19988 胡榮等. Protel 電路設(shè)計(jì)教程.北京：清華大學(xué)出版社9 于微波，林曉梅，劉俊萍. 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng). 吉林人民出版社，2002 11 徐時(shí)亮等.單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)技術(shù).科學(xué)技術(shù)出版社重慶分設(shè)，199812 何希才，劉洪敏.傳感器應(yīng)用接口電路.機(jī)械工業(yè)出版社，1997附錄附錄EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021

40、P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U10STC89C52X111.0592MC422PC522PC62.2uFR402.2KVCCALEPSENVCCR371KPORT 1_0PORT 1_1PORT 1_2PORT 1_3PORT 1_4PORT 1_5PORT 1_6PORT 1_7READ (P3.7)WRIT E(P3.6)INT0(P3.2)INT1(P3.3)T0(P3.4)T1(P3.5)RXD(P3.0)TXD(P3.1)DM0DM1DM2DM3DM4DM5DM6DM7A8A9A10A11A12A

41、13A14A15A0A1A2A3A4A5A6A7OC1C111D22D33D44D55D66D77D88D91Q192Q183Q174Q165Q156Q147Q138Q12U1174HC573ALE地地地地DM7.0A15.0LED8LED4LED7LED3LED6LED2LED5LED1R36510R35510S17R34510R33510R32510R31510R30510R29510VCCR1 IN13R2 IN8T1 IN11T2 IN10V+2V-6R1 OU T12R2 OU T9T1 OU T14T2 OU T7C1+1C1 -3C2+4C2 -5U15MAX232AEPE(16

42、)C160.1uFC120.1uFC130.1uFC140.1uF162738495J5RS232BVCCC150.1IN-026msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENAB LE9STAR T6ref(+)12CLOC K10U13ADC0809VCC8910U1C74HC02111213U1D74HC02READ (P3.7)WRIT E(P3.6)A0A1A2DM0DM1DM2DM3DM4DM5DM6DM7ADC_A_EOCDM7.010CLK11D1213Q9Q8CLRPRU12BMC74HC74AD4CLK3D21Q5Q6CLRPRU12AM