畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的天燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘摘 要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)安全帶來巨大的威脅。面對(duì)燃?xì)庑孤┒斐傻姆N種事故威脅，我們需要一個(gè)解決辦法。使用天燃?xì)鈭?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)

2、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)。其與 adc0808 轉(zhuǎn)換器連接，將氣體信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，經(jīng) at89c51 單片機(jī)處理，并對(duì)處理后的數(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)，如果大于則會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警聲音，反之則為正常狀態(tài)關(guān)鍵詞： 傳感器 報(bào)警器 單片機(jī) abstractwith the wide use of natural gas, each a residential towers were gas enveloped. the popularity of natural gas to public life brought c

3、onvenient, reduce the citys pollution and improve the life quality and efficiency, but at the same time, natural gas is also potential dangerous, once produce large leak, disposal not timely could trigger, the big bang to peoples life and property safety brought great threat. facing the gas leak all

4、 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 to the semiconductor gas sensors and single chip microcomputer as the core design can realize the gas alarm sound-light alarm functions, is a

5、kind of simple structure, stable performance, easy to use, inexpensive and intelligent gas alarm, has certain practical value. among them choose mq - 2 of gas detection sensor realize, has a high sensitivity, fast response, strong anti-jamming capability etc, and the price is low, service life long.

6、 adc0808 converters connected with the gas signal, convert microcontroller can identify the digital signal processing, 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 will automatically start alarm circuit warnin

7、g voice, conversely for normal state keywords: sensor alarm mcs目目 錄錄第第 1 章章 緒論緒論.11.1 家庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警的概述.11.2 家庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警的現(xiàn)狀.11.3 家庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警的發(fā)展趨勢(shì).21.4 燃?xì)庑孤﹫?bào)警研究意義與目的.21.5 設(shè)計(jì)任務(wù).2第第 2 章章 天燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)天燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì).12.1 天燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路.12.2 氣體傳感器的選型.12.2.1 氣體傳感器介紹.12.2.2 氣體傳感器的選定.52.3 天燃?xì)庑孤秷?bào)警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案.62.3.1 天燃?xì)庑孤秷?bào)警

8、器工作原理.62.3.2 天燃?xì)庑孤秷?bào)警器的結(jié)構(gòu).62.3.3 氣體檢測(cè)報(bào)警器的功能.7第第 3 章章 天燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)天燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì).83.1 主控電路的設(shè)計(jì).83.1.1 半導(dǎo)體氣敏傳感器簡(jiǎn)介.83.1.2 單片機(jī)的選擇.113.1.3 at89c51 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu).133.1.4 at89c51 單片機(jī)的引腳.143.1.5 at89c51 單片機(jī)的時(shí)鐘電路.163.1.6 at89c51 單片機(jī)的復(fù)位電路.173.2 外圍接口電路的設(shè)計(jì).193.2.1 adc0808 轉(zhuǎn)換器的介紹 .193.2.2 adc0808 轉(zhuǎn)換器和 at89c51 單片機(jī)

9、的接口電路 .203.2.3 聲音報(bào)警電路.213.2.4 燈光報(bào)警電路.223.3 總電路設(shè)計(jì).23第第 4 章章 燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計(jì)燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計(jì).264.1 主程序設(shè)計(jì)流程與編程.264.1.1 主程序設(shè)計(jì)流程圖.264.1.2 主程序的編程.274.2 程序調(diào)試.294.2.1 程序調(diào)試的步驟.294.2.2 程序調(diào)試過程中的問題及解決.30總結(jié)與展望總結(jié)與展望.32致致 謝謝.33參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).34附錄一家庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)電路圖附錄一家庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)電路圖.351第第 1 章章 緒論緒論1.1 家庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警的概述家庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警的概述天燃?xì)庑?/p>

10、漏報(bào)警器是非常重要的燃?xì)獍踩O(shè)備，由氣敏傳感器、單片機(jī)和報(bào)警器組成。它是安全使用城市燃?xì)獾淖詈笠坏辣Ｗo(hù)。天燃?xì)庑孤﹫?bào)警器通過氣敏傳感器探測(cè)周圍環(huán)境中的低濃度可燃?xì)怏w，通過采樣電路，將探測(cè)信號(hào)用模擬量或數(shù)字量傳遞給控制器或控制電路，當(dāng)氣體濃度超過控制器或控制電路中設(shè)定值時(shí)，控制器通過執(zhí)行器或執(zhí)行電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)或執(zhí)行關(guān)閉燃?xì)忾y門等動(dòng)作。氣體報(bào)警器的探測(cè)氣敏傳感器主要半導(dǎo)體型、接觸燃燒式、電化學(xué)氣敏傳感器，還有少量的其他類型。這些傳感器都是通過對(duì)周圍環(huán)境中的可燃?xì)怏w的吸附，在傳感器表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，造成傳感器的電物理特性的改變，經(jīng)單片機(jī)處理后報(bào)警 。1.2 家庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警的現(xiàn)狀家庭燃

11、氣泄漏報(bào)警的現(xiàn)狀天氣體檢測(cè)報(bào)警產(chǎn)品是一個(gè)系列產(chǎn)品，包括氣體探測(cè)設(shè)備、信息傳輸設(shè)備、報(bào)警分析控制器，是物理傳感技術(shù)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸和管理、智能樓宇等技術(shù)的綜合集成，屬于高新技術(shù)。依托中國(guó)多年的基本建設(shè)的發(fā)展，這個(gè)行業(yè)也得到發(fā)展，具備了和國(guó)外知名企業(yè)抗衡的能力。在目前中國(guó)許多冠名以高新技術(shù)的行業(yè)中，中國(guó)企業(yè)大多做的是下游的制造和服務(wù)，分取極少一部分的利潤(rùn)，像安防報(bào)警產(chǎn)品那樣又擁有自我知識(shí)產(chǎn)權(quán)，又擁有大量市場(chǎng)的行業(yè)其實(shí)是很少的。在安防報(bào)警產(chǎn)品的技術(shù)含量上，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品和國(guó)外產(chǎn)品差距不是很大，許多指標(biāo)已經(jīng)超越，存在的問題是：類似于國(guó)外安防報(bào)警產(chǎn)品的大批量規(guī)?；纳a(chǎn)才剛起步，有待于積累經(jīng)驗(yàn)

12、和技術(shù)，也因此在產(chǎn)品一致性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性上有一些差距；國(guó)內(nèi)正在形成權(quán)重的大型企業(yè)和集團(tuán)，這樣可以帶領(lǐng)國(guó)內(nèi)的各家企業(yè)去沖擊海外市場(chǎng)，并最終占領(lǐng)海外的安防報(bào)警市場(chǎng)。21.3 家庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警的發(fā)展趨勢(shì)家庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警的發(fā)展趨勢(shì)二十多年前，我國(guó)的安防報(bào)警產(chǎn)品剛剛起步，無論產(chǎn)品技術(shù)含量、產(chǎn)品系列完整性、使用性，還是社會(huì)影響程度都是相當(dāng)?shù)偷?。?guó)外的產(chǎn)品和品牌卻占領(lǐng)我們的大部分市場(chǎng)。由于中國(guó)的建設(shè)正在面臨飛速發(fā)展，我們應(yīng)該抓住廣闊的市場(chǎng)空間，慶幸的是中國(guó)企業(yè)抓住了這次機(jī)遇，頂住了挑戰(zhàn)，先是一批國(guó)家的科研院所，后是一批國(guó)營(yíng)企業(yè)、民營(yíng)企業(yè)，業(yè)內(nèi)也吸引和凝聚一大批國(guó)內(nèi)的技術(shù)和管理精英，花了多年時(shí)間，通過幾次產(chǎn)品更

13、新?lián)Q代，就使自己的產(chǎn)品緊緊跟上了國(guó)際水平，并且奪回了大部分國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，使得現(xiàn)在大多國(guó)外產(chǎn)品只有招架之勢(shì)，這是典型的自力更生，走自己的路。當(dāng)然目前而言，我們基本占據(jù)的是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，對(duì)外還剛剛啟動(dòng)。但是，中國(guó)企業(yè)已經(jīng)做好準(zhǔn)備進(jìn)軍海外市場(chǎng)。1.4 燃?xì)庑孤﹫?bào)警研究意義與目的燃?xì)庑孤﹫?bào)警研究意義與目的面對(duì)燃?xì)庑孤┒斐傻姆N種事故威脅，我們需要一個(gè)解決辦法。使用天燃?xì)鈭?bào)警器是對(duì)付燃?xì)鉄o形殺手的重要手段之一。燃?xì)鈱＜抑赋觯細(xì)庑孤┗驈U氣排放而大量產(chǎn)生的一氧化碳是燃?xì)庵卸臼录母?，如采用天燃?xì)庑孤﹫?bào)警器就能得到及時(shí)的警示。有關(guān)部門經(jīng)長(zhǎng)期測(cè)試得出結(jié)論，天燃?xì)鈭?bào)警器防止天然氣泄漏事故發(fā)生的有效率達(dá) 95%以上。計(jì)

14、算機(jī)的普及和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們己不滿足于傳統(tǒng)的居住環(huán)境，對(duì)家庭及住宅小區(qū)提出了更高的要求，智能化被引入家庭，并迅速在世界各地發(fā)展起來。人們對(duì)居住環(huán)境要求的日見增高，體現(xiàn)在希望住宅不僅更便利、舒適而且更安全。單片機(jī)在日用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛，燃?xì)庑孤﹦t是人們?nèi)粘Ｉ钪谐３Ｐ枰獪y(cè)量和控制的一個(gè)問題。單片機(jī)有利于為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施。為了防止中毒事件再次發(fā)生，提出利用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行有效的預(yù)防對(duì)策。所以怎樣防止燃?xì)庵卸九c爆炸已成為人們的迫切需要。31.5 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)本文設(shè)計(jì)了一種靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)格便宜的天然氣檢測(cè)系統(tǒng)，采用氣敏傳感

15、器，氣敏傳感器是能夠感知環(huán)境中某種氣體及其濃度的一種敏感器件，它將氣體成分、濃度等有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而可以進(jìn)行檢測(cè)。目前，人們對(duì)氣敏傳感器的測(cè)試方法主要停留在用人工手動(dòng)的方式來操作，開發(fā)出一種實(shí)用高效的智能化傳感器測(cè)試裝置是極為必要的。而聲光信號(hào)是信息的又一主要載體，如果在這些測(cè)量場(chǎng)合能用聲光信號(hào)直接報(bào)出結(jié)果，將給操作人員帶來極大方便，本文就介紹一種新型的氣敏傳感器測(cè)試系統(tǒng)，從組成框圖、硬件設(shè)計(jì)以及程序流程及代碼等幾方面對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。1第第 2 章章 天燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)天燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)2.1 天燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路天燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路天燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)是

16、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，儀器的最基本組成部分應(yīng)包括：氣體信號(hào)采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路。氣體信號(hào)采集電路一般由氣敏傳感器和模擬放大電路組成，將氣體信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從燃?xì)鈾z測(cè)電路送出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，并對(duì)處理后的數(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)，如果大于則會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警聲音，反之則為正常狀態(tài)。為使報(bào)警裝置更加完善，可以在聲音報(bào)警基礎(chǔ)上，加入光閃報(bào)警，變化的光信號(hào)可以引起用戶注意，彌補(bǔ)嘈雜環(huán)境中聲音報(bào)警的局限。以上是根據(jù)報(bào)警器應(yīng)具備的功能，

17、提出的整體設(shè)計(jì)思路。氣敏傳感器及單片機(jī)是燃?xì)庑孤﹫?bào)警器的兩大核心，根據(jù)報(bào)警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟(jì)的氣敏傳感器及單片機(jī)芯片是至關(guān)重要的。傳感器的選型在下一節(jié)介紹。單片機(jī)作為硬件電路的核心，它的選型將在第三章詳述。2.2 氣體傳感器的選型氣體傳感器的選型氣體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中的含量(即濃度)轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號(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)采集部分，是儀表的核心組成部分之一。由此可見，氣體傳感器的選型是非常重要的。2.2.1 氣

18、體傳感器介紹氣體傳感器介紹1.氣體傳感器的分類 氣體傳感器種類繁多，從檢測(cè)原理上可以分為三大類：2(1)利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如半導(dǎo)體氣體傳感器、接觸燃燒氣體傳感器等。 (2)利用物理性質(zhì)的氣體傳感器：如熱導(dǎo)氣體傳感器、光干涉氣體傳感器、紅外傳感器等。 (3)利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如電流型氣體傳感器、電勢(shì)型氣體傳感器等。 2.氣體傳感器應(yīng)滿足的基本條件 :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)；

19、(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。 3.常見氣體傳感器簡(jiǎn)介 （1）半導(dǎo)體氣體傳感器半導(dǎo)體氣體傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為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。自 1962 年半導(dǎo)體金屬氧化物氣體傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、輸出信號(hào)強(qiáng)、耐久性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的氣體傳感器之一。按照敏感機(jī)理分類，可分為電阻型和非電阻型。 （2）

20、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)氣敏材料作為氣敏元件，其原理是利用氣敏材料在通過氣體時(shí)產(chǎn)生電阻，測(cè)量其形成電動(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，因而得到了廣 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，其產(chǎn)量?jī)H次于半導(dǎo)體氣體傳感器的一類傳感器。但這種傳感器制造成本高，檢測(cè)氣體范圍有限，在檢測(cè)環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢(shì)。 （3）接觸燃燒式氣體傳感器 3當(dāng)易燃?xì)怏w接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時(shí)會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒，故得名接觸燃燒式傳感器。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測(cè)元件一般為鉑金屬絲(也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層)，使用時(shí)將鉑絲通電，保持 3

21、00c400c 的高溫，此時(shí)若與氣體接觸，氣體就會(huì)在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會(huì)上升，鉑絲的電阻值也上升,通過測(cè)量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道氣體的濃度。 （4）高分子氣體傳感器 利用高分子氣敏材料制作的氣體傳感器近年來得到很大的發(fā)展。高分子氣敏材料在遇到特定氣體時(shí)，其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速度和頻率、材料重量等物理性能發(fā)生變化。高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡(jiǎn)單、常溫選擇性好、價(jià)格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測(cè)中具有重要作用。高分子氣體傳感器具有對(duì)特定氣體分子靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能在常溫下使用，可以彌補(bǔ)其它

22、氣體傳感器的不足。 （5）電化學(xué)傳感器 電化學(xué)傳感器由膜電極和電解液封裝而成。氣體濃度信號(hào)將電解液分解成陰陽(yáng)帶電離子，通過電極將信號(hào)傳出。它的優(yōu)點(diǎn)是：反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測(cè)，但壽命較短(大約兩年)。它主要適用于毒性氣體檢測(cè)。目前國(guó)際上絕大部分毒氣檢測(cè)采用該類型傳感器。 （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。

23、 （7）紅外傳感器 紅外傳感器通常用兩束紅外光進(jìn)行氣體測(cè)量，主光束通過測(cè)量元件內(nèi)的目標(biāo)氣體，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考?xì)怏w。在測(cè)量和比較元件中，紅外射線被氣體有選擇地吸收了。未吸收的紅外光由光電探測(cè)器測(cè)量，產(chǎn)生一個(gè)正比于目標(biāo)氣體濃度的差分信號(hào)。非擴(kuò)散式紅外探測(cè)器 ndir (non-dispersive ir )是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴(kuò)散和損耗被記錄下來。 不同的氣體吸收不同波長(zhǎng)的 ir，所以傳感器根據(jù)目標(biāo)氣體而調(diào)整，典型應(yīng)用包括測(cè)量 co4和 co2、冷凍劑煙霧和一些易燃?xì)狻Ｓ捎诜翘細(xì)浠衔镆兹細(xì)怏w(如氫)不吸收電磁譜中 ir 部分的能量，所以這種傳感器可以精確地測(cè)量碳?xì)?/p>

24、化合物，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其它氣體的腐蝕以及高濃度目標(biāo)煙霧的影響。 4.常見氣體傳感器可檢測(cè)氣體種類 由于氣體的種類繁多，一種類型的氣體傳感器不可能檢測(cè)所有的氣體，通常只能檢測(cè)某一種或兩種特定性質(zhì)的氣體。例如氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器主要檢測(cè)各種還原性煙霧，如 co、h2、c2h5oh、ch3oh 等。固體電解質(zhì)氣體傳感器主要用于檢測(cè)無機(jī)氣體，如 o2、co2、h2、cl2、so2等。簡(jiǎn)要列舉出已經(jīng)研究、開發(fā)的各類氣體傳感器及其可檢測(cè)的氣體種類傳感器種類coco2 h2s nh3hcnhclco cl2ci2 nox so2o2ch4c3h2h2h2o半導(dǎo)體氣體傳感器固體電解質(zhì)傳感器

25、接觸燃燒式傳感器電化學(xué)式傳感器高分子電解質(zhì)氣體傳感器注：好 不太好 表 2.1 各種氣體傳感器可檢測(cè)的氣體種類52.2.2 氣體傳感器的選定氣體傳感器的選定 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。 使用接觸燃燒式氣敏傳感器，其探頭的阻緩及中毒,是不可避免的問題。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，則有可能在無焰燃燒的同時(shí)，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應(yīng)緩慢反應(yīng)滯緩，靈敏度降低。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空

26、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)，則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)懷疑檢測(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，是必須且有效的辦法。 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)成本。 半導(dǎo)體氣敏傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為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

27、靈敏度高，響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格便宜等優(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)過對(duì)比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)格便宜，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低等。因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體氣敏傳感器作為報(bào)警器氣體信息采集部分的核心。而在眾多半導(dǎo)體氣敏傳感器中，本設(shè)計(jì)選用 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)。62.3 天燃?xì)庑孤秷?bào)警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案天燃?xì)庑孤秷?bào)

28、警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案2.3.1 天燃?xì)庑孤秷?bào)警器工作原理天燃?xì)庑孤秷?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。 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、氣體濃度比較，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。另外由于氣體傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)越快，響應(yīng)時(shí)間和

29、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)。2.3.2 天燃?xì)庑孤秷?bào)警器的結(jié)構(gòu)天燃?xì)庑孤秷?bào)警器的結(jié)構(gòu) 為適應(yīng)家庭對(duì)可燃性易爆氣體安全性要求，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，而且應(yīng)具有顯示可燃?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)警儀的基礎(chǔ)上，盡量提高準(zhǔn)確性，降低成本，縮小體積。 天燃?xì)庑孤秷?bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.2 所示，該系統(tǒng)以單片機(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

30、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，成本低，有利于減少報(bào)警器的體積，降低報(bào)警器的成本。 使用 at89c51 單片機(jī)，選用氣敏傳感器作為敏感元件，利用 a/d 轉(zhuǎn)換器和聲光報(bào)警電路，開發(fā)了可用于家庭或小型單位天燃?xì)庑孤﹫?bào)警器。整個(gè)設(shè)計(jì)由4 大部分構(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7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。氣敏傳感器a/d轉(zhuǎn)換器at89c5

31、1單片機(jī)燈光報(bào)警聲音報(bào)警氣體 濃度圖 2.2 天燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.3.3 氣體檢測(cè)報(bào)警器的功能氣體檢測(cè)報(bào)警器的功能聲光報(bào)警功能 當(dāng)氣體濃度取值處在報(bào)警限值之上，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。 電源時(shí)鐘復(fù)位8第第 3 章章 天燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)天燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)3.1 主控電路的設(shè)計(jì)主控電路的設(shè)計(jì)3.1.1 半導(dǎo)體半導(dǎo)體氣氣敏敏傳感器簡(jiǎn)介傳感器簡(jiǎn)介半導(dǎo)體氣敏傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為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

32、應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體氣體傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性(抗干擾性)和穩(wěn)定性(使用壽命)。mq-2/mq-2s氣敏傳感器所使用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)。（1）靈敏度特性：圖 3.29圖 3.2 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/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 表示傳感器在1000ppm

33、不同氣體中的電阻值（2）溫/濕度的影響：圖 3.3 傳感器典型的溫度、濕度特性曲線圖中縱坐標(biāo)是傳感器的電阻比（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（3）基本測(cè)試回路：0.50.70.91.11.31.51.71.9-20-1001020304050rs/r060%rh30%rh85%rh圖 3.3vcvhgndrlvrl10圖3.4 傳感器的基本測(cè)試電路該傳感器需要施加2個(gè)電壓：加熱器電壓（vh）和測(cè)試電壓（vc） 。其中vh用于為傳感器提供特定的工作溫度。vc則是用于測(cè)定與傳感

34、器串聯(lián)的負(fù)載電阻（rl）上的電壓（vrl） 。這種傳感器具有輕微的極性，vc需用直流電源。在滿足傳感器電性能要求的前提下，vc和vh可以共用同一個(gè)電源電路。為更好利用傳感器的性能，需要選擇恰當(dāng)?shù)膔l值。（4）規(guī)格：a.標(biāo)準(zhǔn)工作條件 b. 環(huán)境條件 c. 靈敏度特性符號(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900mw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符號(hào)參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù) 備注r

35、s敏感體表面電阻2k-20k(2000ppm c3h8 )(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適用范圍： 5000-20000ppm天然氣11敏感體功耗（ps）值：ps=vc2rs/(rs+rl)2 傳感器電阻（rs）值：rs=(vc/vrl-1)rl（5）結(jié)構(gòu)，外形mq-2/mq-2s 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖 3.4 所示(結(jié)構(gòu) a a 或 b),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

36、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。圖 3.5 mq-2/mq-2s 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形預(yù)熱時(shí)間不少于48小時(shí) 部件材料1氣體敏感層二氧化錫2電極金（au）3測(cè)量電極引線鉑（pt）4加熱器鎳鉻合金（ni-cr）5陶瓷管三氧化二鋁6防爆網(wǎng)100目雙層不銹鋼（sub316）7卡環(huán)鍍鎳銅材（ni-cu）8基座膠木或尼龍9針狀管腳鍍鎳銅材（ni-cu）圖 3.412mq-2/mq-2s氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、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)用的低成本傳感器。3.1.

37、2 單片機(jī)的選擇單片機(jī)的選擇 單片機(jī)作為燃?xì)庑孤﹫?bào)警器的核心部件，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，使儀表監(jiān)測(cè)人員能夠觀測(cè)到并進(jìn)行相應(yīng)處理。同時(shí)，在能夠滿足報(bào)警器設(shè)計(jì)的計(jì)算速度及接口數(shù)的要求的同類型單片機(jī)中，要考慮選擇價(jià)格低廉且體積輕巧的機(jī)型，在保證了報(bào)警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。at89c51 是 atmel 公司生產(chǎn)的一種帶

38、 4k 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（fperomflash programmable and erasable readonly memory）的低電壓，高性能 cmos 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。其中 at89c2051 是一種帶 2k 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 atmel 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 mcs-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 cpu 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，atmel 的 at89c51 是一種高效微控制器，at89c2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。at

39、89c 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形如圖所示，本設(shè)計(jì)用的 at89c51 是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，8 位數(shù)據(jù)總線，40 個(gè)引腳，32 個(gè)外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，六個(gè)中斷源，兩層中斷優(yōu)先級(jí)，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口，2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2 個(gè)全雙工串行通信口，at89c51 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。另外，at89c51 是以靜態(tài)邏輯運(yùn)行到零頻率的方式設(shè)計(jì)的，并且支13持兩種可利用軟件選擇的掉電保護(hù)模式。休眠模

40、式停止 cpu 運(yùn)行，但允許數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。掉電模式保存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容，但停止了晶振，是其他所有芯片停止工作直到下一次復(fù)位為止。at89c51 其工作電壓范圍為 2.76v（實(shí)際使用+5v 供電） ，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的 flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 128kbytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram） ，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 flash 存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 at89c51 提供了高性價(jià)比的解決方案。3.1.3 at89c

41、51 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)at89c51 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示圖 3.6 基本結(jié)構(gòu)圖由圖可見，89c51 單片機(jī)主要由以下部分組成：（1）cpu 系統(tǒng) 8 位 cpu 和閃爍存儲(chǔ)器；時(shí)鐘電路；總線控制邏輯。（2）存儲(chǔ)器系統(tǒng) 4kb 的程序存儲(chǔ)器（rom/eprom/flash）；128kb 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram）。14（3）i/o 口和其他動(dòng)能單元4 個(gè)并行 i/o 口；2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；,2 個(gè)全雙工串行通信口；中斷系統(tǒng)（5 個(gè)中斷源） 3.1.4 at89c51 單片機(jī)的引腳單片機(jī)的引腳1.引腳的分類（1）主電源及時(shí)鐘引腳：vcc、gnd 等。（2）編程電源：vp

42、p。（3）控制口線：psen（片外取指控制） 、ale（地址鎖存控制） 、ea(片外存儲(chǔ)器選擇)、rst（復(fù)位控制） 。（4）i/o 控制：p0、p1、p2、p3 共四個(gè) 8 位口線，2.引腳詳細(xì)說明vcc：供電電壓，接+5v。gnd：接地。p0 口：p0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 i/o 口，每腳可吸收 8ttl 門電流。當(dāng) p1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。p0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)15存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 fiash 編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng) fiash 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0 輸出原碼，此時(shí) p0 外部必須被拉高。p1 口：p1 口是一個(gè)

43、內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 口緩沖器能接收輸出 4ttl 門電流。p1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1 口作為第八位地址接收。p2 口：p2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) ttl 門電流，當(dāng) p2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2 口

44、輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，p2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2 口在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。p3 口：p3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 i/o 口，可接收輸出 4 個(gè)ttl 門電流。當(dāng) p3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。為輸入，由于外部下拉為低電平，p3 口將輸出電流（ill）這是由于上拉緣故。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 rst 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)

45、。在 flash 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ale 脈沖。如想禁止 ale 的輸出可在 sfr8eh 地址上置0。此時(shí)，ale 只有在執(zhí)行 movx，movc 指令是 ale 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ale 禁止，置位無效。/psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen信號(hào)將

46、不出現(xiàn)。/ea/vpp：當(dāng)/ea 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)，/ea 將內(nèi)部鎖定為16reset；當(dāng)/ea 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 flash 編程期間，此引腳也用于施加 12v 編程電源（vpp） 。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。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)

47、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，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。3.1.5 at89c51 單片機(jī)的時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘方式利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳 xtall 和 xtal2 兩端跨接晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱晶振），就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路。外接晶振時(shí)，cl和 c2的值通常選擇為 30pf 左右；cl、c2對(duì)頻率有微調(diào)作用，晶振或陶瓷諧振器的頻率范圍可在 1.2mhz12mhz 之間選擇。為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)引腳 xtall 和 xtal2 靠近。

48、17圖 3.7 單片機(jī)的時(shí)鐘電路圖3.1.6 at89c51 單片機(jī)的復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位電路在整個(gè)燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)中，要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)先復(fù)位。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)系統(tǒng)在上電啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位。其作用是使 cpu 和系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，因而，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)的外部復(fù)位電路有上電復(fù)位和上電和按鍵均有效的復(fù)位兩種。我們?cè)谠O(shè)計(jì)單片機(jī)復(fù)位時(shí)，選用上電復(fù)位。上電復(fù)位利用電容器的充電實(shí)現(xiàn)。圖 3.8 是 at89c51 單片機(jī)的上電復(fù)位電路。圖中給出了復(fù)

49、位電路參數(shù)。上電要求接通電源后，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位操作。上電瞬間 rst 引腳獲得高電平，隨著電容的充電，rst 引腳的高電平將逐漸下降。rst 引腳的高電平只18要能保持足夠的時(shí)間（2 個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。該電路典型的電容參數(shù)為：晶振為 12mhz，電容值為 1uf。圖 3.8 單片機(jī)復(fù)位電路圖193.2 外圍接口電路的設(shè)計(jì)外圍接口電路的設(shè)計(jì)3.2.1 adc0808 轉(zhuǎn)換器的介紹轉(zhuǎn)換器的介紹 adc0808 是采樣分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè) 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8 路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行

50、a/d 轉(zhuǎn)換。（1）主要特性：1、8 路輸入通道，8 位 ad 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8 位。 2、具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?3、轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100s 4、單個(gè)5v 電源供電 5、模擬輸入電壓范圍 05v，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 6、工作溫度范圍為-4085 攝氏度 7、低功耗，約 15mw。（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)：adc0808 是 cmos 單片型逐次逼近式 ad 轉(zhuǎn)換器，它由 8 路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8 位開關(guān)樹型 da 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近 （3）外部特性（引腳功能）adc0808 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖所示。下面說明各引腳功能。20圖 3.9 adc0808

51、芯片的引腳圖in0in7：8 路模擬量輸入端。 2-12-8：8 位數(shù)字量輸出端。 adda、addb、addc：3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 ale：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 start：ad 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少 100ns 寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使 0809 復(fù)位，下降沿啟動(dòng) a/d 轉(zhuǎn)換） 。 eoc：ad 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng) ad 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平） 。 oe：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng) ad 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 clk：時(shí)鐘脈沖輸

52、入端。要求時(shí)鐘頻率不高于 640khz。 ref（+） 、ref（-）：基準(zhǔn)電壓。 vcc：電源，單一5v。 gnd：接地。3.2.2 adc0808 轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器和 at89c51 單片機(jī)的接口電路單片機(jī)的接口電路a/d 轉(zhuǎn)換器把 0-5v 電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成 8 位的二進(jìn)制數(shù)輸入單片機(jī)，電壓信號(hào)21為 0v 時(shí)轉(zhuǎn)換器為 00000000（00h） ，電壓信號(hào)為 5v 時(shí)轉(zhuǎn)換器為1111111（ffh）在設(shè)計(jì)仿真中電壓大于 3.1v 時(shí)啟動(dòng)報(bào)警電路報(bào)警。a/d 轉(zhuǎn)換器電路圖如下所示圖 3.10 ad 轉(zhuǎn)換器與 at89c51 的接口電路圖223.2.3 聲音報(bào)警電路聲音報(bào)警電路聲音報(bào)警電路圖如

53、圖所示。報(bào)警裝置采用蜂鳴器較一般的蜂鳴器體積大，聲音響亮，適用于家用燃?xì)鈭?bào)警器的報(bào)警聲音源。當(dāng)單片機(jī) at89c51 的 8 腳(p3.7)置 1 時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。圖 3.11 聲音報(bào)警電路圖3.2.4 燈光報(bào)警電路燈光報(bào)警電路燈光報(bào)警電路圖如圖所示。單片機(jī) at89c51 的 1 腳(p1.0)控制輸出的狀態(tài)指示燈。紅燈不亮表示正常狀態(tài)，環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度極低。紅燈閃亮表示環(huán)境中可燃煙霧濃度超過報(bào)警限值，提醒用戶盡快采取相應(yīng)安全措施。23當(dāng)煙霧濃度超過報(bào)警限，報(bào)警器發(fā)出鳴叫，用戶到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，可進(jìn)行操作停止報(bào)警器鳴叫。若過一點(diǎn)時(shí)間濃度仍超出報(bào)警限，報(bào)警器會(huì)再次鳴叫提醒用戶。圖 3.1

54、2 燈光報(bào)警電路圖3.3 總電路設(shè)計(jì)總電路設(shè)計(jì)根據(jù)要求，設(shè)計(jì)中我們選用 at89c51 單片機(jī)。at89c51 單片機(jī)的主控電路24包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。兩電路的接法在前面分別做了介紹，這里不再贅述。而傳感器是將非電量需要轉(zhuǎn)換成與非電量有一定關(guān)系的電量。當(dāng)今信息時(shí)代，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的非速發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)控制技術(shù)顯露非凡的能力，而大多數(shù)設(shè)備只能處理電信號(hào)，也就需要把被測(cè)，被控非電量的信息通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)?？梢姡瑐鞲衅魇菍?shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。沒有傳感器對(duì)原始信息進(jìn)行精確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，就沒有現(xiàn)代自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展。設(shè)計(jì)中，傳

55、感器我們選擇的是mq-2型氣體傳感器連接在a/d轉(zhuǎn)換器的輸入接口。我們將主控電路和外圍接口電路（at89c51與a/d轉(zhuǎn)換器的接口電路、at89c51與聲光報(bào)警電路）連接起來，就得到了基于at89c51的氣體報(bào)警總電路圖。當(dāng)外部環(huán)境（氣體濃度）達(dá)到一定值時(shí)，氣體傳感器就會(huì)產(chǎn)生模擬電壓，將它作為輸出的模擬信號(hào)經(jīng) adc0808 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為 at89c51 單片機(jī)所能識(shí)別的數(shù)字電壓量。通過檢測(cè)信號(hào)。當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，經(jīng)程序設(shè)定就會(huì)驅(qū)動(dòng) at89c51單片機(jī)的 p1.7 和 p1.0。而 p1.7 和 p1.0 是與聲光報(bào)警電路相連接的。綜上所述，得出總電路圖如圖所示：25圖 3.13 燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)

56、總電路圖26第第 4 章章 燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計(jì)燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計(jì)4.1 主程序設(shè)計(jì)流程與編程主程序設(shè)計(jì)流程與編程c 語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能。c 語(yǔ)言有功能豐富的庫(kù)函數(shù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)硬件的控制。c 語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。此外，c 語(yǔ)言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保障。因此，使用 c 語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已成為軟件開發(fā)的一個(gè)主流。用 c 語(yǔ)言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟

57、件，會(huì)大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)，用 c 語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢(shì)。所以作為一個(gè)技術(shù)全面并涉足較大規(guī)模的軟件系統(tǒng)開發(fā)的單片機(jī)開發(fā)人員最好能夠掌握基本的 c 語(yǔ)言編程。使用 c 語(yǔ)言肯定要使用到 c 編譯器，以便把寫好的 c 程序編譯為機(jī)器碼，這樣單片機(jī)才能執(zhí)行編寫好的程序。 4.1.1 主程序設(shè)計(jì)流程圖主程序設(shè)計(jì)流程圖主程序流程圖如圖所示。首先要給傳感器預(yù)熱三分鐘，因?yàn)?mq-2 型半導(dǎo)體電阻式氣體傳感器在不通電存放一段時(shí)間后，再次通電時(shí)，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時(shí)間預(yù)熱。程序初始化

58、結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。本論文的主程序設(shè)計(jì)先對(duì)傳感器預(yù)熱三分鐘，預(yù)熱同時(shí)，對(duì)傳感器加熱絲故障檢測(cè)，采用軟件方式檢測(cè)傳感器加熱絲或電纜線是否斷線或者接觸不良。 at89c51 單片機(jī)對(duì)傳感器檢測(cè)的氣體濃度信號(hào)進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換，將濃度值與報(bào)警限設(shè)定值相比較，判斷是否報(bào)警。主程序還包括狀態(tài)指示燈及聲音報(bào)警功能設(shè)置，使報(bào)警器功能更加完善，給用戶帶來便利。27系統(tǒng)初始化程序開始采集傳感器電壓處理傳感器電壓判斷天然氣濃度是否超標(biāo)發(fā)出聲光報(bào)警圖 4.1 主程序流程4.1.2 主程序的編程主程序的編程#include #include typedef unsigned char uchar;typedef

59、 unsigned int uint;#define alarm_gate 320 /報(bào)警門限，320 表示傳感器的電壓超過 3.2v 報(bào)警，標(biāo)定值sbit io_speaker =p10; /聲音報(bào)警驅(qū)動(dòng) io 口 低電平有效sbit io_alarm =p11; /燈光報(bào)警驅(qū)動(dòng) io 口sbit io_run =p12; /系統(tǒng)運(yùn)行指示燈驅(qū)動(dòng) io 口/adc0808 相關(guān) io 口sbit start =p35;sbit eoc =p36;sbit oe =p37;28sbit adda =p34;sbit addb =p33;sbit addc =p32;uchar ad_value;

60、 /ad 轉(zhuǎn)換值uint sensor_vol; /傳感器電壓 /=長(zhǎng)延時(shí)=void delay_ms(unsigned int ms)unsigned int i,j;for(i=0; ims; i+) for(j=0; j alarm_gate) /判斷傳感器的電壓信號(hào)是否超過安全門限值 io_speaker = 0; /超過安全門限值啟動(dòng)聲音報(bào)警io_alarm = 0; /超過安全門限值啟動(dòng)燈光報(bào)警else io_speaker = 1; /低于安全門限值關(guān)閉聲音報(bào)警io_alarm = 1; /低于安全門限值關(guān)閉燈光報(bào)警delay_ms(200); 4.2 程序調(diào)試程序調(diào)試keil