可燃?xì)怏w報警裝置設(shè)計

1、 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 目錄目錄 1 1 前言前言.1 1 2 2 總體方案設(shè)計總體方案設(shè)計.2 2 2.1 方案比較.2 2.2 方案選擇.3 3 3 單元模塊設(shè)計單元模塊設(shè)計.4 4 3.1 各單元模塊電路設(shè)計及功能介紹.4 3.1.1 直流穩(wěn)壓電源模塊 .4 3.1.2 串口電路模塊. 4 3.1.3 單片機(jī)模塊.5 3.1.4 可燃?xì)怏w檢測與信號調(diào)理模塊.6 3.1.5 AD 轉(zhuǎn)換模塊 .6 3.1.6 報警電路 .7 3.1.7 數(shù)碼顯示及濃度設(shè)置模塊.8 3.2 特殊元器件的介紹 .8 3.2.1 LM2576 穩(wěn)壓器 .8 3.2.2 MQ-5 傳感器 .9 3.2.3 STC

2、89C52 單片機(jī) .9 3.2.4 ADC8089.11 4 4 軟件設(shè)計軟件設(shè)計 .1.14 4 4.1 軟件設(shè)計原理及設(shè)計所用工具.14 4.1.1 軟件設(shè)計原理 .14 4.1.2 軟件設(shè)計所用工具.14 4.2 軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖.14 5 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 6 5.1 說明系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能.16 5.2 系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù).16 6 6 結(jié)論結(jié)論.1717 7 7 總結(jié)與體會總結(jié)與體會.1818 8 8 謝辭謝辭.1919 9 9 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).2020 附錄附錄 .2121 第 1 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 1 1 前言前言 在很多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域包括石

3、油、化工、冶金、采礦等行業(yè)，都會產(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，就會引起人體中毒反應(yīng)；如遇火花等，甚至還 有可能引起爆炸，造成人身傷亡和財產(chǎn)損失。由于可燃?xì)怏w本身的危險性嚴(yán)重威脅到 人民的生產(chǎn)生活安全，故而對可燃?xì)怏w的檢測與報警在生產(chǎn)生活中式非常重要的。 本課程設(shè)計通過傳感器將送來的可燃性氣體濃度對應(yīng)的微小信號經(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， 把實際可燃性氣體濃度

4、及各路狀態(tài)送顯，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度超過 25%時進(jìn)行光報警，超過 50%時進(jìn)行聲光報警并提醒附近人員及時采取安全措施，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)時間和恢復(fù)時間就越快。為提高響應(yīng)時間，保證傳感器準(zhǔn)確地、 穩(wěn)定地工作，可燃?xì)怏w報警器需要向氣體傳感器持續(xù)輸出一個 5V 的電壓。為了保證其 可靠性，在輸出 5V 的電壓的同時，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，進(jìn)行故障報警。 本設(shè)計為常用普通的可燃性氣體報警器設(shè)計，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

5、斷，發(fā)出報警信息的功能。該報警裝置靈敏度高， 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的報警。 第 2 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 2 2 總體方案設(shè)計總體方案設(shè)計 2.12.1 方案比較方案比較 方案一：方案一： 可燃?xì)怏w報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、信號輸出電路、報警器等組成。若可燃?xì)庑孤?，則傳感器電路將可 燃?xì)怏w濃度轉(zhuǎn)換為電信號，通過放大、A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送予單片機(jī)， 再由單片機(jī)控制報警信號，發(fā)出聲光報警。原理框圖如圖2.1: 傳感器放大電路 串行通信

6、 數(shù)碼顯示 報警裝置 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轉(zhuǎn)換成電信號。該電信號為連續(xù)變化的模擬信號，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)字信號送予單片機(jī)處理。單片機(jī)對采集 的數(shù)字信號進(jìn)行處理和判斷，通過程序控制計算出待檢測氣體成分及濃度并送到數(shù)碼 管顯示，當(dāng)檢測氣體濃度超出設(shè)定報警閥值時給出聲光報警。其原理框圖如圖 2.2 所 示： 第 3 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明

7、書 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)計正好彌補(bǔ)了這 一點。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)的抑制零點漂 移及抑制噪聲與干擾的能力。故而傳感器采集的信號經(jīng)過電橋電路、差分電路和放大 電路的處理后，信號質(zhì)量好，誤差小，所以選擇方案二做為此次課程設(shè)計方案。 第 4 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 3 3 單元模塊單元模塊設(shè)計設(shè)計 3

8、.13.1 各單元模塊電路設(shè)計及功能介紹各單元模塊電路設(shè)計及功能介紹 3.1.13.1.1 直流穩(wěn)壓電源模塊直流穩(wěn)壓電源模塊 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)接通的時候，電路輸出 5V 電壓，當(dāng)開關(guān)處于斷開的時候，

9、沒有電 壓輸出，達(dá)到單片機(jī)斷電寫程序的目的。發(fā)光二極管用作電源指示。 3.1.23.1.2 串口電路模塊串口電路模塊 串口電路模塊如圖3.2所示： R1 IN 13 R2 IN 8 T1 IN 11 T2 IN 10 V+ 2 V- 6 R1 OU T 12 R2 OU T 9 T1 OU T 14 T2 OU T 7 C1+ 1 C1 - 3 C2+ 4 C2 - 5 U6 MAX2 32AEPE(1 6) C13 0.1uF C9 0.1uF C10 0.1uF C11 0.1uF 1 6 2 7 3 8 4 9 5 J2 RS232 B VCC C12 0.1 RXD(P3.0) TXD

10、(P3.1) 圖3.2 單片機(jī)串口電路 第 5 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 串口通訊對單片機(jī)而言意義重大，不但可以實現(xiàn)將單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)端， 而且也能實現(xiàn)計算機(jī)對單片機(jī)的控制，同時也可以通過串口對外部電路進(jìn)行控制等。 由于其所需電纜線少，接線簡單，所以在較遠(yuǎn)距離傳輸中，得到了廣泛的運用。 MCS-51單片機(jī)的I/O串行口為全雙工接口。發(fā)送時，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，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

11、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/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26

12、 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 U10 STC89 C52 X1 11.059 2M C4 22P C5 22PC6 2.2uF R40 2.2K VCC ALE PSEN VCC R37 1K PORT 1_0 PORT 1_1 PORT 1_2 PORT 1_3 PORT 1_4 PORT 1_5 PORT 1_6 PORT 1_7 READ (P3.7) WRIT E(P3.6) INT0(P3.2) INT1(P3.3) T0(P3 .4) T1(P3 .5) RXD(P3.0) TXD(P3.1) DM0 DM1 DM2 D

13、M3 DM4 DM5 DM6 DM7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 OC 1 C 11 1D 2 2D 3 3D 4 4D 5 5D 6 6D 7 7D 8 8D 9 1Q 19 2Q 18 3Q 17 4Q 16 5Q 15 6Q 14 7Q 13 8Q 12 U11 74HC5 73 ALE 地地地地 DM7.0 A15.0 LED8 LED4 LED7 LED3 LED6 LED2 LED5 LED1 R36 510 R35 510 S17 R34 510 R33 510 R32 510 R31 510 R30

14、 510 R29 510 VCC 圖3.3 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)動方式驅(qū)動。 由11.0592M的晶振為單片機(jī)提供時鐘源。因為單片機(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 可用于與外部存儲器的連接，這時P0口作為數(shù)據(jù)/地址分時復(fù)

15、用端口，P0口先輸出外部 設(shè)的低8位地址，并在外部鎖存，而后再輸出讀入數(shù)據(jù)。在16位尋址時，P2口輸出外部 存儲器的高8位地址。當(dāng)P0口和P2口用作數(shù)據(jù)/地址總線時，它們不能再作為通用I/O口。 第 6 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 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行。 3.1.43.1.4 可燃?xì)怏w檢測及信號調(diào)理模塊可燃?xì)怏w檢測及信號調(diào)理模塊 可燃?xì)怏w檢測及信號調(diào)理電路如圖3.4所示： 1 H 3 A 2 H 4 B Rf1 MQ-5 R39 47k R28 1K 3 2 1 84

16、U9A 084CN 1 R4 6 74 2 3 U7 084CN 6 74 2 3 U8 084CN 4 R7 3 R5 5 R8 6 R9 2 R6 7 R11 8 R10 VCC R26 33 VCC VCC VCC R27 1K Sr Sl w1 10k TO_A D1 VCC 圖3.4可燃?xì)怏w檢測及信號調(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)電橋的四個橋臂電阻達(dá)到一定關(guān)

17、系時，電橋輸出為零。在差 放電路中采用TL084型四運放放大器。其中TL084前兩個運放構(gòu)成相同放大器，第三個 運放構(gòu)成差動放大器。 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)換成電壓信號輸出，然后送 入差放電路將信號放大供ADC0809采集。 3.1.53.1.5 ADAD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換模塊 AD轉(zhuǎn)換電路如圖3.5所示： 第 7 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 IN-0 26 msb2-1 21 2-2 20 IN-1 27 2-3 19 2-4 18 IN-2 28 2-5 8 2-6 15 IN-3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN-4 2 EOC 7 IN-5 3 ADD-

18、A 25 IN-6 4 ADD-B 24 ADD-C 23 IN-7 5 ALE 22 ref(-) 16 ENAB LE 9 STAR T 6 ref(+) 12 CLOC K 10 U13 ADC0809 VCC 8 9 10 U1C 74HC02 11 12 13 U1D 74HC02 READ (P3.7) WRIT E(P3.6) A0 A1 A2 DM0 DM1 DM2 DM3 DM4 DM5 DM6 DM7 ADC_A_EOC DM7.0 10 CLK 11 D 12 13 Q 9 Q 8 CLR PR U12B MC74HC74AD 4 CLK 3 D 2 1 Q 5 Q 6

19、CLR PR U12A MC74HC74AD ALE VCCVCC VCCVCC A2.0 1 2 3 4 5 6 7 8 J4 AD_IN A15 TO_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)過處理的模擬信號送入 ADC0809 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入單片機(jī)。地址線 A15 控制 ADC8089 的選通，當(dāng)向 A15寫數(shù)據(jù)時采集 數(shù)據(jù)，當(dāng)向 A15讀數(shù)據(jù)時讀取 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。 3.1.63.1.6 報警電路報警電路 報警電路如圖 3.6 所示： T1 9014 R41 100 BELL 1 BELL

20、R42 2.2k VCC T1(P3.5) T2 9014 D8 LED2 R43 100 R44 2.2k VCC T0(P3.4) 圖3.6 報警電路 （a)（b) 第 8 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 聲、光報警電路分別如圖3.6（a）和（b） ，分別由單片機(jī)P3.5和P3.4控制。聲音報警 使用蜂鳴器，光報警使用發(fā)光二極管。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到相應(yīng)報警要求時，單片機(jī) P3.5或P3.4輸出高電平，三極管T1或T2導(dǎo)通,報警電路發(fā)出聲光報警。 3.1.73.1.7 數(shù)碼顯示及濃度設(shè)置模塊數(shù)碼顯示及濃度設(shè)置模塊 數(shù)碼管顯示電路模塊如圖3.7所示： C0 12 C1.d 9 C2.d 8 C3

21、6 A 11 B 7 C 4 D 2 E 1 F 10 G 5 DP 3 SR405 63 J1 LED_ SR40563A LED地地地地地 S2 S3 S4 S13 S14 S15 S16 S9 S10 S11 S12 S5 S6 S7 S8 DM0 DM1 DM2 DM3 DM4 DM5 DM6 DM7 C0 12 C1.d 9 C2.d 8 C3 6 A 11 B 7 C 4 D 2 E 1 F 10 G 5 DP 3 SR405 63 J2 LED_ SR40563A LED_ SEG_0 LED_ SEG_1 LED_ SEG_2 LED_ SEG_3 LED_ SEG_4 LED

22、_ SEG_5 LED_ SEG_6 LED_ SEG_7 LED_ D0 LED_ D1 LED_ D2 LED_ D3 LED_ D4 LED_ D5 LED_ D6 LED_ D7 D1 2 D2 3 D3 4 D4 5 D5 6 D6 7 D7 8 D8 9 Q1 18 Q2 17 Q3 16 Q4 15 Q5 14 Q6 13 Q7 12 Q8 11 E1 1 E2 19 U5 74HC5 41 OC 1 C 11 1D 2 2D 3 3D 4 4D 5 5D 6 6D 7 7D 8 8D 9 1Q 19 2Q 18 3Q 17 4Q 16 5Q 15 6Q 14 7Q 13 8Q

23、12 U3 74HC5 73 OC 1 C 11 1D 2 2D 3 3D 4 4D 5 5D 6 6D 7 7D 8 8D 9 1Q 19 2Q 18 3Q 17 4Q 16 5Q 15 6Q 14 7Q 13 8Q 12 U4 74HC5 73 LED_ SEG_0LED_ SEG_1LED_ SEG_2LED_ SEG_3 DM0 DM1 DM2 DM3 DM4 DM5 DM6 DM7 LED_ SEG_4LED_ SEG_5LED_ SEG_6LED_ SEG_7 LED_ SEG_0 LED_ SEG_1 LED_ SEG_2 LED_ SEG_3 R9 1K R10 1K R19

24、1K R20 1K VCC KEY_ IN0 KEY_ IN1 KEY_ IN2 KEY_ IN3 R21 1K R22 1K R23 1K R24 1K DM0 DM1 DM2 DM3 DM4 DM5 DM6 DM7 ADC_ A_EOC READ (P3.7) WRIT E(P3.6) WRIT E(P3.6) DM7 .0 Q2 9013 R121K R11K R21K R31K R41K R51K R61K R71K R81K Q1 9013 R111K R141K R131K R161K R151K R181K R171K Q4 9013 Q3 9013 Q6 9013 Q5 901

25、3 Q8 9013 Q7 9013 地地地地 S1 1 2 3 U1A 74HC0 2 4 5 6 U1B 74HC0 2 A14 A13 A12 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 3.2.13.2.1 LM2576LM2576穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器 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

26、能，能驅(qū)動 3A的負(fù)載，有優(yōu)異的線性和負(fù)載調(diào)整能力。其特點有能輸出3.3V、5V、12V、15V和可 調(diào)節(jié)輸出電壓型號，輸出電壓可調(diào)的范圍為1.23V37V (HV型號的可達(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的固定頻率；可用TTL電平關(guān)閉輸出，低功耗待機(jī) 第 9 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 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 3.2.23.2.2 MQ-5MQ-5傳感器傳感器 氣敏傳感器MQ-5適用于家庭或工業(yè)上對液化氣，天然

27、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。 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條件。封裝好的氣敏元件有 6 只針狀管腳，其中 4 個用于信號取出，2 個用于提供加熱電流。 圖 3.9 MQ-的結(jié)構(gòu)和外形 3.2.33.2.3 STC89C52STC89C52單片機(jī)

28、單片機(jī) 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 第 10 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 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 定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全

29、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?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(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。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8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種

30、模式下， P0具有內(nèi)部上拉電阻。 P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電 平。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。 P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電 第 11 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 平。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高八位地 址。在使用8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和

31、 校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3口是一個具有內(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4個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編程和校驗時，P3口也接收 一些控制信號。 RST復(fù)位輸入：當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將是單片 機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，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，AL

32、E仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖 信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲 器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖 （PROG）。 PSEN：當(dāng)STC89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信 號。 EA/VP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH）， EA端必須保持低電平（接地）。 3.2.43.2.4 ADC0809ADC0809 ADC0809是含8位A/D轉(zhuǎn)換器、8

33、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1LSB。其原理框圖如下： 第 12 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 START CLOCK OE EOC VREF(+)VREF(-) ALE A B C 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 W1 W2 模 擬 量 輸 入 IN7 IN0 數(shù) 字 量 輸 出 D7 D0 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CD40

34、51類似，控制C、B、A和地址鎖存允許端子，可使其中一個通道被選中。第二 部分為一個完整的逐次逼近型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，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： 第 13 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 VIN8 VIN7 VIN6 VIN5 VIN4 VIN3 VIN2 VIN1 W 1 OE EOC 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8 IN7 IN6 IN5 IN4 IN3 IN2 IN1

35、 IN0 CLK VREF(+) VREF(-) START ALE A B C VCC GND 500KHZ 5.000V 0.000V AD0 AD1 AD2 +5V 1 R ADDRESSS DECODE (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-IN0：8個模擬量輸入端。 START:啟動信號。當(dāng)START為高電平時，A/D轉(zhuǎn)換開始。 EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，發(fā)一個正脈沖，表示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。 OE:輸出允許信號?？勺鳛槠x信號，高電平有效。 CLOCK:實時時鐘，可通過外接

36、RC電路改變時鐘頻率。 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，VREF(+)=+5V,VREF(-)=0V。 VCC:電源端子。接+5V。 GND:接地端。 第 14 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 15 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 4 4 軟件設(shè)計軟件設(shè)計 4.14.1軟件設(shè)計原理及設(shè)計使用工具軟件設(shè)計原理及設(shè)計使用工具 4.1.14.1.1 軟件設(shè)計原理軟件設(shè)計原理 將傳感器采集得到的模擬信號經(jīng) AD

37、0809 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送入單片機(jī)中， 單片 機(jī)根據(jù)原本的設(shè)計值與采集值進(jìn)行比較當(dāng)達(dá)到設(shè)定的濃度值時進(jìn)行相應(yīng)的聲光報警。 4.1.24.1.2 軟件設(shè)計所用工具軟件設(shè)計所用工具 Protel99se：Protel99se 是 Protel 公司近 10 年來致力于 Windows 平臺開發(fā)的最 新結(jié)晶，能實現(xiàn)從電學(xué)概念設(shè)計到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及這之間的所有分析、驗證 和設(shè)計數(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 工具，而是一個系統(tǒng)工具，覆蓋了以 PCB 為核心的整個物理設(shè)計。 最新版本的 Protel 軟件可以毫無障礙地讀 Orcad、Pads、

38、Accel(PCAD)等知名 EDA 公司設(shè)計文件，以便用 戶順利過渡到新的 EDA 平臺。 ISIS：電路設(shè)計仿真軟件。 Keil uVision3：C 語言設(shè)計軟件。 4.24.2 軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖 軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如圖 4.1 所示： 第 16 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 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) 是否超過報警限 進(jìn)入報警處理程序 Y 圖 4.1 軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖 第 17 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 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.

39、1 說明系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能說明系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能 本系統(tǒng)能實現(xiàn)可燃?xì)怏w一級報警和二級報警。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度超過 25%LEL 時，產(chǎn) 生一級報警，發(fā)光二極管發(fā)光，當(dāng)濃度超過 50%LEL 時，產(chǎn)生二級報警，二極管發(fā)光的 同時蜂鳴器工作，發(fā)出聲光報警。 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。 報警控制

40、器的主要性能指標(biāo)要求如下。檢測范圍：可燃?xì)怏w為 0100 LEL(爆炸下 限)。報警設(shè)定值：可燃?xì)怏w一級報警不大于 25%LEL，二級報警不大于 5O %LEL， 報警控制器一般為一級報警。 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 ppm 123456789102030 電壓 v 0.3170.5500.7200.9501.1501.3401.5201.6901.8601.9901.9503.730 不同氣體濃度值中檢測電路輸出的電壓 0 0.5 1 1.

41、5 2 2.5 ppm 電壓v 圖5.1傳感器在丁烷中的輸出電壓 第 18 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 6 6 結(jié)論結(jié)論 本設(shè)計基本達(dá)到了設(shè)計要求。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)值時進(jìn)行聲光報警器。 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的報警。而 QM5 氣敏半導(dǎo)體傳感器在開機(jī) 時，約有 20 分鐘的預(yù)熱期，在這個時間內(nèi)易

42、產(chǎn)生不穩(wěn)定因素，導(dǎo)致誤報，因此在電路 的設(shè)計上有一個橋式電路，它由 R4、C2 構(gòu)成，調(diào)整 R4，使輸入得初始信號為 0。電阻 R2、R3 的阻值決定了電路的報警起控點。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警濃度點，使電路處于報警臨界點即可。 第 19 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 7 7 總結(jié)與體會總結(jié)與體會 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。通過這次課程設(shè)計，加強(qiáng) 了我動手、思考和解決問題的能力?，F(xiàn)在設(shè)計已經(jīng)做好了,自己感覺還是比較好的,雖 然花了很多的時間,但學(xué)到了很多東西。 在這次設(shè)計中，首先對單片機(jī)和傳感器知識有了一個系統(tǒng)的

43、復(fù)習(xí)，對于單片機(jī)和 傳感器的實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)計通過理論 聯(lián)系實際，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)計中也遇到了一些 問題，比如對畫圖軟件不是很熟悉等。 總的來說，這次課程設(shè)計之后,使我明白了,做任何事情都要認(rèn)真仔細(xì),不然的話, 你會花更多的時間才會做好.課程設(shè)計有利于提高我們的動手能力,能把我們所學(xué)的書 本知識運用到實際生活中去.同時也豐富了我們的業(yè)余生活,提高我們對知識的理解能 力。在課程設(shè)計中指導(dǎo)老師，給了我極大的幫助，非常的感謝。 第 20 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 8 8 謝辭謝辭 從課程設(shè)計選題到完成的過程中，無不凝聚著 00

44、0 老師的心血和汗水。在我們做 設(shè)計期間，000 老師為我提供了相應(yīng)專業(yè)知識的講解和一些富于創(chuàng)造性的建議，使得我 們的一個個問題迎韌而解，同時也使我認(rèn)識到了自己的很多不足。沒有這樣的幫助和 關(guān)懷，我們不會這么順利的完成課程設(shè)計。在此衷心的感謝 000 老師對我的嚴(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用的知識。同時也相當(dāng)感謝設(shè)計過程中 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。 第 21 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 9 9 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 潘新民.微型計算機(jī)控制技術(shù)實用教程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

45、，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.北京：電子工業(yè)出版社，2004 5 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，2000 7 何克農(nóng)，李偉.計算機(jī)控制系統(tǒng).清華大學(xué)出版社，1998 8 胡榮等. Protel 電路設(shè)計教程.北京：清華大學(xué)出版社 9 于微波，林曉梅，劉俊萍. 微型計算機(jī)控制系統(tǒng). 吉林人民出版社，2002 10 涂時亮，張有德.單片微機(jī)控制技術(shù).上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1994 11

46、 徐時亮等.單片機(jī)軟件設(shè)計技術(shù).科學(xué)技術(shù)出版社重慶分設(shè)，1998 12 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 13 潘新明，王燕芳.微型計算機(jī)與傳感器.北京：人民郵電出版社，1998 第 22 頁 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 附錄附錄 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32

47、 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 U10 STC89C52 X1 11.0592M C4 22P C5 22PC6 2.2uF R40 2.2K VCC ALE PSEN VCC R37 1K PORT 1_0 PORT 1_1 PORT 1_2 PORT 1_3 PORT 1_4 PORT 1_5 PORT 1_6 PORT 1_7 READ (P3.7) WRIT E(P3.6) INT0(P3.2) INT1(P3.3) T0(P3.4) T1(P

48、3.5) RXD(P3.0) TXD(P3.1) DM0 DM1 DM2 DM3 DM4 DM5 DM6 DM7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 OC 1 C 11 1D 2 2D 3 3D 4 4D 5 5D 6 6D 7 7D 8 8D 9 1Q 19 2Q 18 3Q 17 4Q 16 5Q 15 6Q 14 7Q 13 8Q 12 U11 74HC573 ALE 地地地地 DM7.0 A15.0 LED8 LED4 LED7 LED3 LED6 LED2 LED5 LED1 R36510 R35510 S17

49、R34510 R33510 R32510 R31510 R30510 R29510 VCC R1 IN 13 R2 IN 8 T1 IN 11 T2 IN 10 V+ 2 V- 6 R1 OU T 12 R2 OU T 9 T1 OU T 14 T2 OU T 7 C1+ 1 C1 - 3 C2+ 4 C2 - 5 U15 MAX232AEPE(16) C16 0.1uF C12 0.1uF C13 0.1uF C14 0.1uF 1 6 2 7 3 8 4 9 5 J5 RS232B VCC C15 0.1 IN-0 26 msb2-1 21 2-2 20 IN-1 27 2-3 19 2-

50、4 18 IN-2 28 2-5 8 2-6 15 IN-3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN-4 2 EOC 7 IN-5 3 ADD-A 25 IN-6 4 ADD-B 24 ADD-C 23 IN-7 5 ALE 22 ref(-) 16 ENAB LE 9 STAR T 6 ref(+) 12 CLOC K 10 U13 ADC0809 VCC 8 9 10 U1C 74HC02 11 12 13 U1D 74HC02 READ (P3.7) WRIT E(P3.6) A0 A1 A2 DM0 DM1 DM2 DM3 DM4 DM5 DM6 DM7 ADC_A_EOC DM7.0 10 CLK 11 D 12 13 Q 9 Q 8 CLR PR U12B MC74HC74AD 4 CLK 3 D 2 1 Q 5 Q 6 CLR PR U12A MC74HC74AD ALE VCCVCC VCCVCC A2.0 1 2 3 4 5 6 7 8 J4 AD_IN C8 104 A15 D1 1N4007 D2 1N4007 D3 1N4007 D4 1N4007 RXD(P3.0) 1 2 J3 POWE R_JACK TXD(P3.1) C0 12 C1.d 9 C