基于單片機(jī)室內(nèi)煤氣,天然氣泄漏警報(bào)器的設(shè)計(jì)

1、 可修改 歡送下載 精品 Word 可修改 歡送下載 精品 Word 可修改 歡送下載 精品 Word 南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(b y sh j)說明書(論文(lnwn)作 者:笑嘻嘻學(xué) 號(hào)：學(xué)習(xí)學(xué)院(系):電子工程與光電技術(shù)學(xué)院專 業(yè):電子信息工程題 目:基于51單片機(jī)室內(nèi)煤氣，天然氣泄漏警報(bào)器的設(shè)計(jì)工程師張文青指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)(zhuny)技術(shù)職務(wù))評(píng)閱(pngyu)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)(jsh)職務(wù)) 2022 年 6 月畢業(yè)設(shè)計(jì)(b y sh j)說明書論文(lnwn)中文(zhngwn)摘要 隨著天然氣的大量使用,每一座居民大樓都被天然氣所“籠罩。天然氣的

2、普及給公共生活帶來了方便,減少了城市的污染,提高了生活質(zhì)量和效率,但是同時(shí),天然氣也是潛在的“危險(xiǎn)品,一旦發(fā)生大面積泄漏,處置不及時(shí)就可能引發(fā)大爆炸,給居民的生命財(cái)產(chǎn)平安帶來巨大的威脅。面對(duì)燃?xì)庑孤┒斐傻姆N種事故威脅，我們需要一個(gè)解決方法。使用天然氣報(bào)警器是對(duì)付燃?xì)鉄o形殺手的重要手段之一。 本論文以半導(dǎo)體氣敏傳感器和單片機(jī)技術(shù)為核心設(shè)計(jì)的氣體報(bào)警器可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的氣體報(bào)警器，具有一定的實(shí)用價(jià)值。其中選用MQ-2傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的檢測(cè)，具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格低廉，使用壽命長(zhǎng)。經(jīng)AT89C51單片機(jī)處理，并對(duì)處

3、理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是否大于或等于某個(gè)預(yù)設(shè)值(也就是報(bào)警限)，如果大于那么會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警聲音，反之那么為正常狀態(tài)，而且在此設(shè)計(jì)中我們通過DS18B20溫度傳感器和AT89C51單片機(jī)進(jìn)行連接，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過單片機(jī)處理并對(duì)其進(jìn)行分析，最終將溫度還有氣體的濃度顯示在LED的顯示管中。 關(guān)鍵詞 氣敏傳感器 報(bào)警器 單片機(jī) 溫度傳感器 畢業(yè)設(shè)計(jì)(b y sh j)說明書論文(lnwn)外文(wiwn)摘要Title Design of indoor gas & natural gas alarm based on 51 microcontroller Abst

4、ractWith the wide use of natural gas, each residential towers were enveloped by the gas. The popularity of natural gas to public life brought convenient, reduce the citys pollution and improve the life quality and efficiency, but at the same time, natural gas is also potential dangerous, once produc

5、e large leak, disposal not timely could trigger, the big bang to peoples life and property safety brought great threat. Facing the gas leak all kinds of accidents caused by threats, we need a solution. Use of natural gas alarm is deal with gas invisible killer one of the important means. This papers

6、 to the semiconductor gas sensors and single chip microcomputer as the core design can realize the gas alarm sound-light alarm functions, is a kind of simple structure, stable performance, easy to use, inexpensive and intelligent gas alarm, has certain practical value. Among them we choose MQ-2 of g

7、as detection sensor, it has a high sensitivity, fast response, strong anti-jamming capability etc, and the price is low, service life long. by AT89C51 for processing the data and analysis, whether is equal to or greater than the a default value (that is, the alarm limit), if beyond the limit than it

8、 will automatically start alarm circuit warning voice, otherwise conversely for normal state. In this design, we connected DS18B20 temperature sensor and the AT89C51 micr- ocontroller ,it turns the temperature signals into the digital signal which the microcontroller can identify. Finally the temper

9、ature of gas will be displayed on the LED display tube.Keywords ：gas sensor alarm single chip microcomputer temperature sensor目錄(ml) TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc326586473 1.1、課題研究(ynji)的背景 PAGEREF _Toc326586473 h 1 HYPERLINK l _Toc326586474 1.2、課題(kt)研究的意義 PAGEREF _Toc326586474 h 2 HYPERLINK l _

10、Toc326586475 1.3國(guó)內(nèi)外研究(ynji)情況及其開展(kizhn) PAGEREF _Toc326586475 h 2 HYPERLINK l _Toc326586476 1.3.1、可燃性氣體泄漏報(bào)警器種類與結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc326586476 h 2 HYPERLINK l _Toc326586477 1.3.2、國(guó)內(nèi)外情況及其開展趨勢(shì) PAGEREF _Toc326586477 h 2 HYPERLINK l _Toc326586478 2 天燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326586478 h 3 HYPERLINK l _Toc3265

11、86479 2.1方案的選擇 PAGEREF _Toc326586479 h 3 HYPERLINK l _Toc326586480 2.2對(duì)于該警報(bào)器設(shè)計(jì)的要求 PAGEREF _Toc326586480 h 3 HYPERLINK l _Toc326586481 2.3 氣體傳感器的選型 PAGEREF _Toc326586481 h 4 HYPERLINK l _Toc326586482 2.3.1氣體傳感器介紹 PAGEREF _Toc326586482 h 4 HYPERLINK l _Toc326586483 2.3.2氣體傳感器的選定 PAGEREF _Toc326586483

12、h 6 HYPERLINK l _Toc326586484 2.4 天燃?xì)庑孤秷?bào)警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc326586484 h 7 HYPERLINK l _Toc326586485 2.4.1天燃?xì)庑孤秷?bào)警器工作原理 PAGEREF _Toc326586485 h 7 HYPERLINK l _Toc326586486 2.4.2天燃?xì)庑孤秷?bào)警器的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc326586486 h 8 HYPERLINK l _Toc326586487 2.4.3氣體檢測(cè)報(bào)警器的功能 PAGEREF _Toc326586487 h 9 HYPERLINK l _Toc

13、326586488 3 天燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的硬件局部設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326586488 h 9 HYPERLINK l _Toc326586489 3.1 主控電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326586489 h 9 HYPERLINK l _Toc326586490 3.1.1半導(dǎo)體氣敏傳感器 PAGEREF _Toc326586490 h 9 HYPERLINK l _Toc326586491 3.1.2單片機(jī)的選擇 PAGEREF _Toc326586491 h 15 HYPERLINK l _Toc326586492 3.1.3 AT89C51單片機(jī)的介紹 PAGE

14、REF _Toc326586492 h 15 HYPERLINK l _Toc326586493 3.1.4 AT89C51單片機(jī)的時(shí)鐘電路 PAGEREF _Toc326586493 h 18 HYPERLINK l _Toc326586494 3.1.5 AT89C51單片機(jī)的復(fù)位電路 PAGEREF _Toc326586494 h 20 HYPERLINK l _Toc326586495 3.2 外圍接口電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326586495 h 21 HYPERLINK l _Toc326586496 3.2.1 驅(qū)動(dòng)模塊的選擇 PAGEREF _Toc32658649

15、6 h 21 HYPERLINK l _Toc326586497 3.2.2 DS18B20溫度傳感器的介紹 PAGEREF _Toc326586497 h 22 HYPERLINK l _Toc326586498 3.2.3 聲音報(bào)警電路 PAGEREF _Toc326586498 h 26 HYPERLINK l _Toc326586500 3.2.4氣體檢測(cè)模塊和光報(bào)警電路 PAGEREF _Toc326586500 h 28 HYPERLINK l _Toc326586501 3.3 總電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326586501 h 30 HYPERLINK l _Toc32

16、6586502 4 燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的軟件局部設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326586502 h 31 HYPERLINK l _Toc326586503 4.1 主程序設(shè)計(jì)流程與編程 PAGEREF _Toc326586503 h 31 HYPERLINK l _Toc326586504 4.1.1 主程序設(shè)計(jì)流程圖 PAGEREF _Toc326586504 h 32 HYPERLINK l _Toc326586505 4.1.2 主程序的編程 PAGEREF _Toc326586505 h 33 HYPERLINK l _Toc326586507 4.2 程序調(diào)試 PAGEREF _T

17、oc326586507 h 39 HYPERLINK l _Toc326586508 4.2.1程序調(diào)試的步驟 PAGEREF _Toc326586508 h 39 HYPERLINK l _Toc326586509 4.2.2程序調(diào)試過程中的問題及解決 PAGEREF _Toc326586509 h 41 HYPERLINK l _Toc326586510 結(jié)論 PAGEREF _Toc326586510 h 42 HYPERLINK l _Toc326586511 致謝(zh xi) PAGEREF _Toc326586511 h 43 HYPERLINK l _Toc326586512

18、參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc326586512 h 441 緒論(xln)1.1、課題(kt)研究的背景 人的生存(shngcn)離不開空氣，人的一生大約有80%的時(shí)間是在室內(nèi)度過的，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的好壞影響著人們的身心健康。室內(nèi)的有害氣體(qt)來源有來自裝修不當(dāng)造成的甲醛、氨氣、氡氣、苯、放射性物質(zhì)的釋放，而這些氣體在裝修時(shí)加以注意，完全可以減少其排放量，從而不至于影響人的健康狀況。室內(nèi)存在的有害氣體的另一主要來源為可燃性氣體的泄漏，主要可分為天然氣泄漏、液化氣泄漏和煤氣泄漏。煤氣泄漏的主要成分是一氧化碳(yynghutn)與氫氣，一氧化碳中毒原因是一氧化碳進(jìn)入人體后會(huì)和血液中的血紅蛋

19、白結(jié)合，從而出現(xiàn)缺氧。常見于家庭居室內(nèi)通風(fēng)差得情況下，煤爐產(chǎn)生的煤氣或液化氣管道泄漏氣中的一氧化碳吸入會(huì)導(dǎo)致一氧化碳中毒。液化氣泄漏危害也不易小視，液化石油氣是石油產(chǎn)品之一。是由煉廠氣或天然氣(包括油田伴生氣)加壓、降溫、液化得到的一種無色、揮發(fā)性氣體。由煉廠氣所得的液化石油氣，主要成分為丙烷、丙烯、丁烷、丁烯，同時(shí)含有少量戊烷、戊烯和微量硫化合物雜質(zhì)。由天然氣所得的液化氣的成分根本不含烯烴。液化石油氣主要用作石油化工原料，用于烴類裂解制乙烯或蒸氣轉(zhuǎn)化制合成氣，可作為工業(yè)、民用、內(nèi)燃機(jī)燃料。其主要質(zhì)量控制指標(biāo)為蒸發(fā)剩余物和硫含量等，有時(shí)也控制烯烴含量。液化石油氣是一種易燃物質(zhì)，空氣中含量到達(dá)一

20、定濃度范圍時(shí)，遇明火即爆炸。天然氣主要成分是烷烴，其中甲烷含量在95%以上。人所賴以生存的空氣中有大約20%的氧氣，如果人的生活空間是封閉空間，氧氣稀薄，人會(huì)因氧氣缺乏，導(dǎo)致窒息、昏迷，有心腦血管疾病的人將會(huì)危及生命。室內(nèi)天然氣泄漏會(huì)使室內(nèi)空氣中的氧氣相對(duì)稀薄，由于天然氣是無色無味，人很難發(fā)覺到，尤其當(dāng)人處于睡眠狀態(tài)時(shí)，天然氣的泄漏就更加危險(xiǎn)，甚至?xí)谷酥舷?。天然氣的另一危險(xiǎn)是當(dāng)空氣中的天然氣含量到達(dá)一定含量時(shí)，遇到明火就會(huì)產(chǎn)生爆炸，危及人的生命。 1.2、課題(kt)研究的意義人們面對(duì)可燃性氣體泄漏而危及(wij)生命健康情況，有沒有一個(gè)徹底的解決方法(fngf)？據(jù)有關(guān)專家介紹，可燃?xì)怏w泄

21、漏報(bào)警器是對(duì)付燃?xì)庑孤┑闹匾A(yù)防手段之一。為防止中毒事件發(fā)生，現(xiàn)提出利用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行有效的預(yù)防措施。所以怎樣預(yù)防燃?xì)庵卸九c爆炸已成為(chngwi)人們的迫切需要?；诖爽F(xiàn)實(shí)，本設(shè)計(jì)宗旨是為家庭用戶設(shè)計(jì)一種能夠?qū)μ烊粴?，液化氣和、煤氣泄漏的裝置，從于減少不必要的事故，進(jìn)于保證人民的生命健康，減少不必要的損失。1.3國(guó)內(nèi)外研究(ynji)情況及其開展 1.3.1、可燃性氣體泄漏報(bào)警器種類與結(jié)構(gòu)可燃性氣體泄漏報(bào)警器，多用于大型公寓、飲食餐店、醫(yī)院、學(xué)校、工廠的各種氣體報(bào)警器和系統(tǒng)，有單體別離型報(bào)警器、外部報(bào)警系統(tǒng)、集中監(jiān)視系統(tǒng)、遮斷連動(dòng)系統(tǒng)、防止中毒報(bào)警防護(hù)系統(tǒng)等?？扇夹詺怏w泄漏報(bào)警器可發(fā)出聲光

22、報(bào)警，或伴有數(shù)字顯示，或聯(lián)動(dòng)外部設(shè)備。有的可燃性氣體泄漏報(bào)警器可自動(dòng)開啟排風(fēng)扇，把燃?xì)馀懦鍪彝?；有的可燃性氣體泄漏報(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。 1.3.2、國(guó)內(nèi)外情況及其開展趨勢(shì) 當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的可燃性氣體泄漏報(bào)警器與氣敏元件傳感器，已普及應(yīng)用于氣體泄漏檢測(cè)和監(jiān)控，僅用于平安保護(hù)家用燃?xì)庑孤﹫?bào)警器為例，不少興旺國(guó)家已經(jīng)明確規(guī)定家庭、公寓等要求安裝相應(yīng)的報(bào)警器。國(guó)外可燃性氣體泄漏報(bào)警器開展很快，是由于人們平安意識(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境平安性和生活舒適性要求提高；另一方面是由于燃?xì)庑孤﹫?bào)警器市場(chǎng)增長(zhǎng)受到政府平安法規(guī)的推動(dòng)。因此，國(guó)外燃?xì)鈭?bào)警器技術(shù)得到了較快開展，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)猜想，美國(guó)在

23、1996年2002年就煤氣報(bào)警器的年均增長(zhǎng)率為2730。在這些方面，國(guó)內(nèi)應(yīng)該增強(qiáng)平安意識(shí)增強(qiáng)?？扇夹詺怏w泄漏報(bào)警器的開展趨勢(shì)集中表現(xiàn)為，一是提高靈敏度和工作性能，降低功耗和本錢，縮小尺寸，簡(jiǎn)化電路，與應(yīng)用整機(jī)相結(jié)合，這也是燃?xì)庑孤﹫?bào)警器一直追求的目標(biāo)；二是增強(qiáng)可靠性，實(shí)現(xiàn)元件和應(yīng)用電路集成化，多功能化，開展MEMS技術(shù)，開展現(xiàn)場(chǎng)適用的變送器和智能型可燃性氣體泄漏氣報(bào)警器。如美國(guó)在燃?xì)庑孤﹫?bào)警器中嵌入微處理器，使燃?xì)庑孤﹫?bào)警器具有控制校準(zhǔn)和監(jiān)視故障狀況功能，實(shí)現(xiàn)了智能化、涉多功能化。2 天然氣泄漏(xilu)報(bào)警系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)2.1方案(fng n)的選擇方案一，通過傳感器感受到可燃性氣體，降低

24、自身(zshn)的阻值，來增大電流，并且驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。電路(dinl)簡(jiǎn)單、可靠但是靈活性和實(shí)用性差。方案二，可以通過傳感器感知信號(hào)多級(jí)放大電路，并用(bn yn)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)，電阻值立刻變小，放大器的放大倍數(shù)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，但是電路比擬復(fù)雜，智能性差。方案三，通過51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)不同氣體做出不同的濃度設(shè)定，并且儲(chǔ)存報(bào)警的上限和報(bào)警時(shí)間，方便查詢和日后的工作調(diào)查。綜合考慮，

25、由于使用單片機(jī)設(shè)計(jì)靈活性更強(qiáng)、用途更寬廣，所以本設(shè)計(jì)采用方案三。2.2對(duì)于該警報(bào)器設(shè)計(jì)的要求對(duì)可燃?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè)，可燃?xì)怏w濃度到達(dá)報(bào)警設(shè)定值時(shí)，應(yīng)能報(bào)警。正常工作：綠燈閃爍，蜂鳴器不報(bào)警。3.能夠顯示此時(shí)的溫度4故障報(bào)警：傳感器短路，短路時(shí)應(yīng)發(fā)出與可燃?xì)怏w濃度超范圍報(bào)警有明顯區(qū)別的聲，光報(bào)警。5.濃度超限報(bào)警時(shí)，應(yīng)能啟動(dòng)輸出控制功能。2.3 氣體(qt)傳感器的選型氣體(qt)傳感器屬于氣敏傳感器，是氣-電變換器，它將可燃性氣體在空氣(kngq)中的含量(即濃度(nngd)轉(zhuǎn)化成電壓或者電流(dinli)信號(hào)，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

26、理及報(bào)警控制等工作。氣體傳感器作為燃?xì)庑孤﹫?bào)警器的信號(hào)采集局部，是儀表的核心組成局部之一。由此可見，氣體傳感器的選型是非常重要的。2.3.1氣體傳感器介紹1.氣體傳感器的分類 1.半導(dǎo)氣體傳感器這種類型的傳感器在氣體傳感器中約占60%，根據(jù)其機(jī)理分為電導(dǎo)型和非電導(dǎo)型，電導(dǎo)型中又分為外表型和容積控制型.2.固體電解質(zhì)氣體傳感器 固體電解質(zhì)氣體傳感器固體電解質(zhì)氣體傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料做氣敏元件。其原理是氣敏材料在通過氣體時(shí)產(chǎn)生離子，從而形成電動(dòng)勢(shì)，測(cè)量電動(dòng)勢(shì)從而測(cè)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，得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，僅次于金屬氧化物半

27、導(dǎo)體氣體傳感器。如測(cè)量H2S的YST-Au-WO3、測(cè)量NH3的NH+4CaCO3等。 開發(fā)新的氣體傳感器，特別是開發(fā)和完善智能氣體傳感系統(tǒng)，使之可以在氣體泄漏事故中起到報(bào)警、檢測(cè)、識(shí)別、智能決策等方面的作用。大大提高氣體泄漏事故處置的工作效率和平安性，對(duì)于控制事故損失具有重要的作用。3.接觸燒式氣體傳感器接觸燃燒式氣體傳感器 可分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式兩種。其工作原理是：氣敏材料在通電狀態(tài)下，可燃性氣體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(cè)量電阻變化從而測(cè)量氣體濃度。這種傳感器只能測(cè)量可燃?xì)怏w，對(duì)不燃性氣體不敏感。例如，在Pt絲上涂敷活

28、性催化劑Rh和Pd等制成的傳感器，具有廣譜特性，即可以檢測(cè)各種可燃?xì)怏w。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(duì)爆炸下限的絕大多數(shù)可燃性氣體進(jìn)行檢測(cè)，普遍應(yīng)用于石油化工廠、造船廠、礦井隧道、浴室、廚房等處的可燃性氣體的監(jiān)測(cè)和報(bào)警。4.高分子氣體(qt)傳感器 國(guó)外在高分子氣敏材料的研究和開發(fā)上有了很大的進(jìn)展，高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡(jiǎn)單(jindn)、常溫選擇性好、價(jià)格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲外表(wibio)波器件相結(jié)合等特點(diǎn)，在毒性(d xn)氣體和食品鮮度等方面的檢測(cè)具有重要作用。高分子氣體傳感器根據(jù)氣敏特性主要可分為以下(yxi)幾種：l)高分子電阻式氣體傳感器該

29、類傳感器是通過測(cè)量高分子氣敏材料的電阻來測(cè)量氣體的體積分?jǐn)?shù)，目前的材料主要有歐菁聚合物、LB膜、聚毗咯等。其主要優(yōu)點(diǎn)是制作工藝簡(jiǎn)單、本錢低廉。但這種氣體傳感器要通過電聚合過程來激活，這既消耗時(shí)間，又會(huì)引起各批次產(chǎn)品之間的性能差異。2)濃差電池式氣體傳感器濃差電池式氣體傳感器的工作原理是：氣敏材料吸收氣體時(shí)形成濃差電池，測(cè)量輸出的電動(dòng)勢(shì)就可測(cè)量氣體體積分?jǐn)?shù)，目前主要有聚乙烯醇-磷酸等材料。3)聲外表波(SAW)式氣體傳感器SAW氣體傳感器制作在壓電材料的襯底上，一端的外表為輸入傳感器，另一端為輸出傳感器。兩者之間的區(qū)域淀積了能吸附VOC的聚合物膜。被吸附的分子增加了傳感器的質(zhì)量，使得聲波在材料外

30、表上的傳播速度或頻率發(fā)生變化，通過測(cè)量聲波的速度或頻率來測(cè)量氣體體積分?jǐn)?shù)。主要?dú)饷舨牧嫌芯郛惗∠?、氟聚多元醇等，用來測(cè)量苯乙烯和甲苯等有機(jī)蒸汽。其優(yōu)勢(shì)在于選擇性高、靈敏度高、在很寬的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定、對(duì)濕度響應(yīng)低和良好的可重復(fù)性。SAW傳感器輸出為準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)，因此可簡(jiǎn)便地與微處理器接口。此外，SAW傳感器采用半導(dǎo)體平面工藝，易于將敏感器與相配的電子器件結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)微型化、集成化，從而降低測(cè)量本錢。5.電化學(xué)傳感器 電化學(xué)傳感器通過與被測(cè)氣體(qt)發(fā)生反響(fnxing)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號(hào)來工作。典型(dinxng)的電化學(xué)傳感器由傳感電極或工作(gngzu)電極和反電極(din

31、j)組成，并由一個(gè)薄電解層隔開。氣體首先通過微小的毛管型開孔與傳感器發(fā)生反響，然后是憎水屏障，最終到達(dá)電極外表。采用這種方法可以允許適量氣體與傳感電極發(fā)生反響，以形成充分的電信號(hào)，同時(shí)防止電解質(zhì)漏出傳感器。穿過屏障擴(kuò)散的氣體與傳感電極發(fā)生反響，傳感電極可以采用氧化機(jī)理或復(fù)原機(jī)理。這些反響由針對(duì)被測(cè)氣體而設(shè)計(jì)的電極材料進(jìn)行催化。通過電極間連接的電阻器，與被測(cè)氣濃度成正比的電流會(huì)在正極與負(fù)極間流動(dòng)。測(cè)量該電流即可確定氣體濃度。由于該過程中會(huì)產(chǎn)生電流，電化學(xué)傳感器又常被稱為電流氣體傳感器或微型燃料電池。6.熱傳導(dǎo)傳感器 熱傳導(dǎo)傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結(jié)構(gòu)形式，但是測(cè)量原理不同。它的測(cè)量原理

32、是：將加熱后的鉑電阻線圈置于目標(biāo)煙霧中，由于向目標(biāo)氣體傳送熱量造成溫度降低，引起電阻值變化，傳感器即測(cè)量電阻值的變化情況。溫度的變化情況是目標(biāo)氣體熱傳導(dǎo)率的函數(shù)，而對(duì)于一種給定的氣體，熱傳導(dǎo)率是它固有的物理特性。 7.紅外傳感器 利用紅外線的物理性質(zhì)來進(jìn)行測(cè)量的傳感器。紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、散射、干預(yù)、吸收等性質(zhì)。任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度高于絕對(duì)零度，都能輻射紅外線。紅外線傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。 紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏

33、檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。光電檢測(cè)元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制成。 紅外線傳感器常用于無接觸溫度測(cè)量，氣體成分分析和無損探傷，在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如采用(ciyng)紅外線傳感器遠(yuǎn)距離測(cè)量人體外表(wibio)溫度的熱像圖，可以發(fā)現(xiàn)溫度異常(ychng)的部位，及時(shí)對(duì)疾病進(jìn)行診斷治療見熱像儀；利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對(duì)地球云層(yncng)進(jìn)行監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)大范圍的天氣預(yù)報(bào)；采用紅外線傳感器

34、可檢測(cè)飛機(jī)上正在運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī) 的過熱(u r)情況等。2.3.2氣體傳感器的選定天燃?xì)庑孤﹫?bào)警器主要應(yīng)用在石油、化工、冶金、油庫(kù)、液化氣站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏的場(chǎng)所，根據(jù)報(bào)警器檢測(cè)氣體種類的要求，一般選用接觸燃燒式氣敏傳感器和半導(dǎo)體氣敏傳感器。天燃?xì)庑孤﹫?bào)警器主要應(yīng)用在石油、化工、冶金、油庫(kù)、液化氣站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏的場(chǎng)所，根據(jù)報(bào)警器檢測(cè)氣體種類的要求，一般選用接觸燃燒式氣敏傳感器和半導(dǎo)體氣敏傳感器。 使用接觸燃燒式氣敏傳感器，其探頭的阻緩及中毒,是不可防止的問題。阻緩是當(dāng)在氣體與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，那么有可能在無焰燃燒的同時(shí)，有些固態(tài)物質(zhì)附著在

35、催化元件外表，阻塞載體的微孔，從而引起響應(yīng)緩慢反響滯緩，靈敏度降低。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度的恢復(fù)的可能，但是如果長(zhǎng)期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會(huì)不斷下降，導(dǎo)致該傳感器最終喪失檢測(cè)煙霧的能力。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時(shí)，那么傳感器將使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以致靈敏度很快就喪失。當(dāng)疑心檢測(cè)環(huán)境中存在這些物質(zhì)時(shí)，經(jīng)常對(duì)探頭進(jìn)行標(biāo)定，是必須且有效的方法。 因此，經(jīng)常對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是保證其準(zhǔn)確性的必要的途徑。一般連續(xù)使用兩個(gè)月后應(yīng)對(duì)傳感器進(jìn)行量程校準(zhǔn)，這種經(jīng)常性對(duì)傳感器的維護(hù)，無形中加大了工作人員的工作量，同時(shí)增加了報(bào)警器的維護(hù)本錢。 半導(dǎo)體氣敏傳

36、感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為(zuwi)敏感體制作的氣體傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的氣體傳感器，它具有靈敏度高，響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格廉價(jià)(linji)等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體氣敏傳感器的性能(xngnng)主要看其靈敏度、選擇性(抗干擾性)和穩(wěn)定性(使用壽命)。 經(jīng)過(jnggu)比照(bzho)上述兩種氣敏傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體氣敏傳感器的優(yōu)點(diǎn)更加突出：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)格廉價(jià)，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)本錢較低等。因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體氣敏傳感器作為報(bào)警器氣體信息采集局部的核心。而在眾多半導(dǎo)體氣敏傳感器中，本設(shè)計(jì)選

37、用MQ-2型氣敏傳感器，這種型號(hào)的傳感器具備一般半導(dǎo)體氣敏傳感器靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。2.4 天燃?xì)庑孤秷?bào)警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案2.4.1天然氣泄露報(bào)警器工作原理 本論文中的燃?xì)庑孤﹫?bào)警器以AT89C51單片機(jī)為控制核心，采用MQ-2型電阻式半導(dǎo)體傳感器采集氣體信息，而且利用DS18B20溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，在LED的顯示管中顯示溫度。 首先，氣體傳感器送來的氣體濃度對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)送入AT89C51單片機(jī)；然后，在AT89C51單片機(jī)內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換、氣體濃度比擬，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理，將數(shù)字化電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成為對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制濃度值；最后，判斷氣體濃度值是否超出報(bào)警限，當(dāng)氣體

38、濃度處于正常狀態(tài)紅燈不會(huì)閃亮，當(dāng)氣體濃度超出設(shè)定的限定值時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)警并伴隨紅燈閃亮。而且利用DS18B20溫度傳感器將溫度信號(hào)采集到AT89C51單片機(jī)中進(jìn)行輸出，最后在LED顯示管中進(jìn)行顯示。另外由于氣體傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反響越快，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，保證氣體傳感器準(zhǔn)確地、穩(wěn)定地工作，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，在輸出5V的電壓的同時(shí)，進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)。2.4.2天然氣泄露(xilu)報(bào)警器的結(jié)構(gòu) 為適應(yīng)家庭(jitng)對(duì)可燃性易爆氣體平安(png n)性要求，設(shè)計(jì)的可燃性氣體報(bào)警儀應(yīng)不僅能在較寬的溫度范圍工作，

39、而且應(yīng)具有顯示(xinsh)可燃?xì)怏w濃度、可接計(jì)算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)測(cè)和實(shí)時(shí)控制等功能。其目標(biāo)是在傳統(tǒng)的煙霧報(bào)警儀的根底(gnd)上，盡量提高準(zhǔn)確性，降低本錢，縮小體積。 天然氣泄露報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，該系統(tǒng)以51單片機(jī)為核心，配合外圍電路共同完成信號(hào)采集、聲音及閃爍報(bào)警等功能。系統(tǒng)采用高性能的單片機(jī)，要求工作穩(wěn)定、測(cè)量精度高、通用性強(qiáng)、功耗低，保證報(bào)警器的精確性及可靠性，而且最好體積小，本錢低，有利于減少報(bào)警器的體積，降低報(bào)警器的本錢。 使用AT89C51單片機(jī)，選用氣敏傳感器作為敏感元件，DS18B20元器件作為溫度傳感器，并且在LED中顯示溫度還有氣體的濃度。利用A/D轉(zhuǎn)換器和聲光報(bào)

40、警電路，開發(fā)了可用于家庭或小型單位天然氣泄漏報(bào)警器。整個(gè)設(shè)計(jì)由4大局部構(gòu)成：氣敏傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、AT89C51單片機(jī)、聲光報(bào)警電路。氣敏傳感器是將現(xiàn)場(chǎng)氣體濃度非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；轉(zhuǎn)換電路是將完成將氣體傳感器輸出的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。聲光報(bào)警模塊由單片機(jī)和報(bào)警電路組成，由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)不同的聲光報(bào)警功能。天然氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如以下圖2.1：時(shí)鐘復(fù)位溫度傳感器氣敏傳感器A/D轉(zhuǎn)換器AT89C51單片機(jī)燈光報(bào)警聲音報(bào)警氣體 濃度圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖(kungt)2.4.3氣體檢測(cè)(jin c)報(bào)警器的功能聲光報(bào)警功能(gngnng) 當(dāng)氣體濃度取值處在報(bào)警(bo jng)限值

41、之上，蜂鳴器開始報(bào)警，且聲音越來越急促，并且伴隨紅燈閃爍。因?yàn)槿藢?duì)變化的信號(hào)更為敏感，所以變化的聲音及燈光更容易引起用戶的注意。 3 天然氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)(xtng)的硬件局部設(shè)計(jì)3.1 主控電路的設(shè)計(jì)3.1.1半導(dǎo)體氣敏傳感器1半導(dǎo)體的根本介紹半導(dǎo)體傳感器是一種采用半導(dǎo)體氣敏為主要使用材料的傳感裝置，它利用與其氣體接觸時(shí)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電率等物理性質(zhì)發(fā)生變化來檢測(cè)待測(cè)氣體的成分和濃度。并且，它具有靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間快、使用壽命長(zhǎng)及價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的傳感器之一。2半導(dǎo)體的分類(fn li)半導(dǎo)體氣敏傳感器有多種分類(fn li)方法，主要一種是將其分為兩類電導(dǎo)(d

42、in do)控制型氣敏傳感器和電壓控制氣敏傳感器。其中電導(dǎo)控制型一般以金屬氧化物半導(dǎo)體材料(cilio)如SnO、ZnO、FeO系為基體(j t)，參加適宜的催化金屬和添加劑，采用燒結(jié)、厚膜或薄膜工藝制成。半導(dǎo)體氣敏傳感器包括硫化氫氣敏傳感器和一氧化碳?xì)饷魝鞲衅鲀蓚€(gè)敏感器件。硫化氫氣敏傳感器是采用MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu),利用過渡金屬作柵極的氣敏元件,當(dāng)空氣中存在硫化氫時(shí),場(chǎng)效應(yīng)晶體管的開啟電壓發(fā)生變化,變化的幅度與硫化氫的濃度成比例。一氧化碳?xì)饷魝鞲衅魇抢靡远趸a為基體的鉑銻二氧化錫敏感材料制成的外表電阻控制型敏感器件,當(dāng)空氣中有微量的一氧化碳存在時(shí),器件的電阻急劇下降。該兩種敏感器件靈敏

43、度均10ppm;響應(yīng)時(shí)間均0秒;感應(yīng)時(shí)間均1秒。3半導(dǎo)體氣敏傳感器的原理當(dāng)半導(dǎo)體器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，氣體接觸半導(dǎo)體外表而被吸附，吸附的分子首先在外表自由擴(kuò)散，失去運(yùn)動(dòng)能量，一局部分子被蒸發(fā)掉，另一局部殘留分子產(chǎn)生熱分解而固定在吸附處。當(dāng)半導(dǎo)體的功函數(shù)小于吸附分子的親和力時(shí)，那么吸附分子將從器件奪得電子而變成負(fù)離子吸附，半導(dǎo)體外表呈現(xiàn)電荷層。具有負(fù)離子吸附傾向的氣體，如O2和NON,等被稱為氧化型氣體或電子接收型氣體。如果半導(dǎo)體的功函數(shù)大于吸附分子的離解能，那么吸附分子將向器件釋放出電子，而形成正離子吸附。具有正離子吸附傾向的氣體有H2、CO,碳?xì)浠衔锖痛碱惖?，被稱為復(fù)原型氣體或電子供應(yīng)型

44、氣體半導(dǎo)體氣敏傳感器的參數(shù)1工作電壓：5VDC2靜態(tài)功耗：15mW3工作溫度：10504相對(duì)濕度：95%5初期穩(wěn)定時(shí)間：3.6檢測(cè)濃度范圍：02000ppm一氧化碳4MQ-2的相關(guān)參數(shù)本次(bn c)的設(shè)計(jì)采用(ciyng)的MQ-2氣體(qt)傳感器，MQ-2氣敏傳感器所使用(shyng)的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境(hunjng)中存在可燃性氣體時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃性氣體濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。靈敏度特性：圖3.1傳感器典型的靈敏度特性曲線注：圖中縱坐標(biāo)為傳感器的電阻比Rs

45、/Ro，橫坐標(biāo)為氣體濃度。Rs 表示傳感器在不同濃度氣體中的電阻值Ro 表示(biosh)傳感器在1000ppm不同(b tn)氣體中的電阻值2溫/濕度(shd)的影響：圖3.2 傳感器典型的溫度(wnd)、濕度特性曲線圖中縱坐標(biāo)是傳感器的電阻(dinz)比Rs/Ro。Rs表示在含1000ppm 甲烷、不同溫/濕度下傳感器的電阻值Ro表示在含1000ppm 甲烷、20/65%RH環(huán)境條件下傳感器的電阻值表3.3 傳感器的相關(guān)的參數(shù)規(guī)格：A.標(biāo)準(zhǔn)工作條件符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Vc回路電壓24VDCVH加熱電壓5.0V0.2VACorDCRL負(fù)載電阻可調(diào)RH加熱電阻313室溫PH加熱功耗900m

46、W B. 環(huán)境條件符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Tao使用溫度-1050Tas儲(chǔ)存溫度-2070R相對(duì)濕度小于95% RO2氧氣濃度21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)氧氣濃度會(huì)影響靈敏度特性最小值大于 C. 靈敏度特性符號(hào)參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù) 備注Rs敏感體外表電阻2K-20K(2000ppm C3H8 )適用范圍： 5000-20000ppm天然氣(R3000ppm/R1000ppm C3H8)濃度斜率0.6標(biāo)準(zhǔn)工作條件溫度： 202 Vc:5.0V0.1V相對(duì)濕度： 65%5% VH: 5.0V0.1V預(yù)熱時(shí)間不少于48小時(shí)敏感(mngn)體功耗Ps值：Ps=Vc2Rs/(Rs+RL)2 傳感器電阻(dinz)R

47、s值：Rs=(Vc/VRL-1)RL4結(jié)構(gòu)(jigu)，外形MQ-2氣敏元件(yunjin)的結(jié)構(gòu)和外形如圖4所示(結(jié)構(gòu)(jigu)A或 B), 由微型Al2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測(cè)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條件。封裝好的氣敏元件有只針狀管腳，其中個(gè)用于信號(hào)取出，個(gè)用于提供加熱電流。部件材料1氣體敏感層二氧化錫2電極金Au3測(cè)量電極引線鉑Pt4加熱器鎳鉻合金Ni-Cr5陶瓷管三氧化二鋁6防爆網(wǎng)100目雙層不銹鋼SUB3167卡環(huán)鍍鎳銅材Ni-Cu8基座膠木或尼龍9針狀管腳鍍鎳銅材Ni-Cu圖3.4圖3.4 MQ-2/MQ

48、-2S氣敏元件(yunjin)的結(jié)構(gòu)和外形MQ-2氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷(bn wn)、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低本錢(bn qin)傳感器。此次(c c)的MQ-2傳感器因?yàn)?yn wi)在protues的元器件庫(kù)中無法找到，然后只能利用protel進(jìn)行設(shè)計(jì)。元器件選擇電源采用輸入AC：220V 50Hz，輸出DC：穩(wěn)壓5V的電源變壓器；煙霧傳感器MQ2；一個(gè)50K 的電位器；一個(gè)1 K 的電阻；一個(gè)三腳的開關(guān)；晶體管采用9013型號(hào)；繼電器采用JRC4100F 5V的型號(hào)；通電指示燈采用3.5V的淡綠發(fā)光二

49、極管；風(fēng)扇FAN為5V的單轉(zhuǎn)向小型風(fēng)扇。其原理圖如以下圖3.5：圖3.5 MQ-2原理圖電路如圖3.5所示， MQ2為煙霧傳感器，F(xiàn)AN為5V電機(jī)。電路采用交流供電，220V交流市電從插頭引入電路，經(jīng)電源變壓器降壓后變?yōu)橹绷?，直流電壓直接供傳感器MQ2的加熱絲H-H工作，加熱(ji r)絲給傳感器MQ2預(yù)熱一定時(shí)間后，才能正常(zhngchng)檢測(cè)煙霧。 穩(wěn)壓(wn y)電壓同時(shí)供控制電路工作，接在繼電器、通電指示燈和風(fēng)扇上。當(dāng)MQ2所處的環(huán)境煙霧在允許(ynx)范圍內(nèi)時(shí)，其兩端輸出電極H-H間導(dǎo)電(dodin)率很低，那么加在電極間兩端HH電壓很低，那么輸出電壓升高，晶體管9013導(dǎo)通，此

50、時(shí)加在繼電器JRC4100F兩端的電壓到達(dá)它的啟動(dòng)電壓V，繼電器跳轉(zhuǎn)，通電指示燈熄滅；風(fēng)扇FAN電路接通，風(fēng)扇工作，開始吸收煙霧。風(fēng)扇產(chǎn)生吸力將煙霧吸入裝有活性炭過濾篩的殼體，先經(jīng)過一層活性炭過濾后，再經(jīng)過負(fù)離子發(fā)生器，從而除掉有害物質(zhì)。過濾篩可以拆下來清理或更換，活性炭也可以更換。當(dāng)煙霧逐漸減少，傳感器MQ2導(dǎo)電率升高，加在電極間兩端HH的電壓升高，輸出電壓變小，晶體管9013截止，那么繼電器JRC4100F兩端電壓為零，繼電器跳轉(zhuǎn)為常態(tài)，風(fēng)扇FAN停止轉(zhuǎn)動(dòng)，通電指示燈變亮。注：為了使到在煙敏器件電路發(fā)生故障的時(shí)候煙灰缸還能工作，我們另外接了一個(gè)手動(dòng)的開關(guān)如電路圖中的開關(guān)K，這樣，當(dāng)電路發(fā)生

51、故障的時(shí)候，我們可以手動(dòng)的開啟電機(jī)，一樣能到達(dá)抽煙過濾的功能。調(diào)試電路主要通過調(diào)試可變電阻 ，可以調(diào)節(jié)煙霧傳感器的靈敏度，以獲得滿意的煙霧濃度風(fēng)扇啟動(dòng)點(diǎn)。 3.1.2單片機(jī)的選擇單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格廉價(jià)、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最正確選擇。單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，

52、就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的成效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型，如智能型洗衣機(jī)，各種警報(bào)器中的應(yīng)用等。一方面它要接收來自傳感器的氣體濃度的模擬信號(hào)和故障檢測(cè)信號(hào)，另一方面要對(duì)兩種信號(hào)分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路的相應(yīng)工作；同時(shí)，查詢是否有鍵按下的命令。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能中，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)做數(shù)字濾波，再進(jìn)行線性化處理，這一過程的軟件實(shí)現(xiàn)，需要單片機(jī)有較快的運(yùn)算速度(sd)，使儀表監(jiān)測(cè)人員能夠觀測(cè)到并進(jìn)行相應(yīng)處理。根據(jù)此次的實(shí)驗(yàn)(shyn)要求設(shè)計(jì)我們采用的是51系列(xli)的單片機(jī)，根據(jù)多方面的比擬(bn)我此次(c c)采用的是AT89C51的單片機(jī)。3.1.3 AT89C51單片機(jī)的介紹

53、描述AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)帶有4K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的程序存儲(chǔ)器PENROM。和128字節(jié)的存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，這種器件采用ATMEL公司的高密度、不容易喪失存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，并且能夠與MCS-51系列的單片機(jī)兼容。片內(nèi)含有8位中央處理器和閃爍存儲(chǔ)單元，有較強(qiáng)的功能的AT89C51單片機(jī)能夠被應(yīng)用到控制領(lǐng)域中。功能特性AT89C51提供以下的功能標(biāo)準(zhǔn)：4K字節(jié)閃爍存儲(chǔ)器，128字節(jié)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32個(gè)I/O口，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，1個(gè)串行通信口，片內(nèi)震蕩器和時(shí)鐘電路。另外，AT89C51還可以進(jìn)行0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件

54、的節(jié)電模式。閑散方式停止中央處理器的工作，能夠允許隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一個(gè)復(fù)位。引腳描述AT89C51單片機(jī)的引腳圖如以下圖3.6：圖3.6 AT89C51引腳圖VCC：電源(dinyun)電壓 GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路(kil)雙向I/O口，即地址(dzh)/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為(zuwi)輸出口時(shí)，每一個(gè)管腳都能夠驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL電路(dinl)。當(dāng)“1”被寫入P0口時(shí)，每個(gè)管腳都能夠作為高阻抗輸入端。P0口還能夠在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器

55、時(shí)，轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，并在這時(shí)激活內(nèi)部的上拉電阻。P0口在閃爍編程時(shí)，P0口接收指令，在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令，需要接電阻。P1口：P1口一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。因?yàn)閮?nèi)部有電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)輸出一個(gè)電流。閃爍編程時(shí)和程序校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址。P2口：P2口是一個(gè)內(nèi)部帶有上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時(shí)，可作為輸入口。因?yàn)閮?nèi)部有電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流

56、。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口線上的內(nèi)容在整個(gè)運(yùn)行期間不變。閃爍編程或校驗(yàn)時(shí)，P2口接收高位地址和其它控制信號(hào)。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部(nib)電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出(shch)緩沖故可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路(dinl)。對(duì)P3口寫如“1”時(shí)，它們(t men)被內(nèi)部電阻拉到高電平并可作為輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用電阻(dinz)輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表3.7所示： 表3.7 AT89C51各局部引腳的作用端口引腳第二功能P3.0RX

57、DP3.1TXDP3.2INT0P3.3INT1P3.4T0P3.5T1P3.6WRP3.7RDP3口還接收一些用于閃爍存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)震蕩器工作時(shí)，RET引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE以時(shí)鐘震蕩頻率的1/16輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)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脈沖時(shí)，閃爍存儲(chǔ)器編程時(shí)，這個(gè)引腳還用于輸入編程脈沖。如果必要，可對(duì)特殊存放器區(qū)中的8EH單元的D0位置禁止ALE

58、操作。這個(gè)位置后只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會(huì)被應(yīng)用。此外，這個(gè)引腳會(huì)微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無效。PSEN：程序(chngx)儲(chǔ)存允許輸出是外部程序(chngx)存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器讀取指令(zhlng)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN 有效(yuxio)，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)器時(shí)，這兩次有效的PSEN 信號(hào)(xnho)不出現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問允許。欲使中央處理器僅訪問外部程序存儲(chǔ)器，EA端必須保持低電平。需要注意的是：如果加密位LBI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，CPU那么執(zhí)行內(nèi)

59、部程序存儲(chǔ)器中的指令。閃爍存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電壓VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。XTAL1：震蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：震蕩器反相放大器的輸出端。振蕩器特性: XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度。3.1.4 AT89C51單片機(jī)的時(shí)鐘電路T89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反相

60、放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反響元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自然震蕩器。 外接石英晶體及電容C1，C2接在放大器的反響回路中構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路。對(duì)外接電容C1，C2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響震蕩頻率的上下、震蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30PF10PF，而如果使用陶瓷振蕩器建議選擇40PF10PF。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2那么懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一