煤氣泄漏監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì).docx

1、.目錄第1章煤氣檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容.11.1煤氣檢測系統(tǒng)的主要任務(wù) .11.2煤氣檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 .1第 2 章 煤氣檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì) .22.1基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn) .22.2系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì) .32.2.1 氣體傳感器電路設(shè)計(jì) .32.2.2放大電路的設(shè)計(jì) .52.2.3A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) .62.2.4單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) .102.2.5聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì) .112.2.6數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) .12第 3 章 煤氣檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .143.1主程序設(shè)計(jì)流程圖 .143.2A/D 轉(zhuǎn)換控制程序設(shè)計(jì)流程圖 .143.3顯示子程序的設(shè)計(jì)流程圖 .153.4報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)流程

2、圖 .15第 4 章 系統(tǒng)的功能仿真 .164.1仿真軟件介紹 .164.2煤氣檢測系統(tǒng)的模塊仿真 .164.2.1A/D轉(zhuǎn)換模塊測試 .164.2.2顯示模塊測試 .174.2.3聲光報(bào)警電路模塊測試 .184.3系統(tǒng)誤差分析 .19參考文獻(xiàn) .20附錄 1 煤氣檢測系統(tǒng)的仿真電路圖 .21附錄 2 煤氣檢測系統(tǒng)的電路原理圖 .21附錄 3 濃度與電壓值的對應(yīng)關(guān)系 .22w.附錄 4 煤氣檢測系統(tǒng)的源程序23w.第 1 章 煤氣檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容煤氣測量系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)一套具有有毒氣體檢測功能、報(bào)警功能、能夠判斷室內(nèi)空氣中煤氣的泄露情況和顯示當(dāng)前室內(nèi)有毒氣體的濃度，用單片機(jī)控制報(bào)警器是否需要

3、報(bào)警。煤氣檢測系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分主要包括氣體傳感器電路、放大電路、 A D 轉(zhuǎn)換電路、 單片機(jī)最小系統(tǒng)、單片機(jī)控制電路和報(bào)警電路和數(shù)碼管顯示電路。氣體傳感器用來檢測室內(nèi)空氣中有毒氣體的濃度，當(dāng)室內(nèi)空氣中有毒氣體含量超過允許標(biāo)準(zhǔn)濃度后，氣體傳感器所獲得的感應(yīng)信號，通過放大處理以后，再經(jīng)過單片機(jī)的處理，控制報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警處理。軟件部分主要包括 AD 的采樣程序、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警程序和顯示程序。煤氣檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)在硬件設(shè)計(jì)方面，主要研究組成家用煤氣泄漏報(bào)警控制系統(tǒng)的單片機(jī)芯片、氣體傳感器的使用方法，同時(shí)研究電路設(shè)計(jì)思路、電路組成，包括氣體傳感器、放大電路、單片機(jī)、聲光報(bào)警電路和顯示

4、電路的設(shè)計(jì)，給出系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖、仿真電路圖和整體電路原理圖。1.1 煤氣檢測系統(tǒng)的主要任務(wù)本論文是煤氣檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研制，主要完成：(1) 對煤氣檢測整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了整體規(guī)劃；(2) 對煤氣檢測系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件流程設(shè)計(jì)，分為主程序設(shè)計(jì)，A/D 轉(zhuǎn)換控制程序的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)處理，濃度顯示程序設(shè)計(jì)、聲光報(bào)警子程序設(shè)計(jì)等；(3) 軟件的調(diào)試，功能仿真；(4) 畫出煤氣檢測系統(tǒng)的電路原理圖。1.2 煤氣檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求由于煤氣檢測系統(tǒng)主要包括氣體傳感器電路、放大電路、A D 轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、聲關(guān)報(bào)警電路和數(shù)碼管顯示電路等部分。本論文要求做以下設(shè)計(jì)：(1) 氣體傳感器對煤氣是否泄漏進(jìn)行檢

5、測；(2) 放大電路對檢測出微弱的電壓信號進(jìn)行一定的放大處理；(3) A/D 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)， A/D 轉(zhuǎn)換器能夠時(shí)刻的對放大的電壓信號進(jìn)行采集；(4) 根據(jù)有毒氣體濃度與采集的電壓信號的關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理；(5) 顯示程序的設(shè)計(jì)，用 4 位數(shù)碼管顯示所測得的煤氣濃度值。(6) 聲關(guān)報(bào)警控制程序設(shè)計(jì)，根據(jù)氣體濃度進(jìn)行相應(yīng)的處理 .w.第 2 章 煤氣檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)2.1 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)微處理器的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展，提高了人們生活的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)的現(xiàn)代化和自動(dòng)化。基于8 位和 16 位單片機(jī)的嵌入式設(shè)備 (如儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和顯示、過程控制、工業(yè)自動(dòng)化等 )的實(shí)時(shí)應(yīng)用、測控

6、系統(tǒng)正在走向網(wǎng)絡(luò)智能化。這就要求企業(yè)從現(xiàn)場控制層到管理層能實(shí)現(xiàn)全方位的無縫信息集成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)、智能診斷以及遠(yuǎn)程管理功能，提供一個(gè)開放的基礎(chǔ)構(gòu)架，并具有高可靠性、分散控制、集中監(jiān)視和管理的功能。針對目前微型處理器的處理芯片的不同，本設(shè)計(jì)是基于AT80C51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)煤氣檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。基于 AT89C52 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的煤氣檢測系統(tǒng)的具體方案如圖2-1 所示。該方案主要包括了可燃?xì)怏w傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 AT89C52 單片機(jī)控制電路、聲光報(bào)警電路以及數(shù)碼管顯示電路。氣體傳感器輸出為模擬量，很微弱需要進(jìn)行放大電路的處理，單片機(jī)處理的是數(shù)字信號，需要利用 A/D 轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)

7、字量送給AT89C52 單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理；聲光報(bào)警電路里使用蜂鳴器作為報(bào)警用，同時(shí)還用LED 燈進(jìn)行相應(yīng)的指示，以便于提醒注意；單片機(jī)的最小系統(tǒng)是AT89C52 單片機(jī)工作的前提條件；顯示電路采用了4 位集成的數(shù)碼管進(jìn)行顯示，由 AT89C52 單片機(jī)進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)顯示。氣體放大器4 位數(shù)碼管顯示傳感器A/D單片機(jī)報(bào)警和指示燈AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 2-1 基于 AT89C52的單片機(jī)的煤氣檢測系統(tǒng)組成框圖在煤氣檢測系統(tǒng)組成框圖 2-1 中所示，系統(tǒng)以單片機(jī) AT89C52 為控制的核心，配合外圍電路共同完成信號采集、濃度的顯示、聲光報(bào)警電路的功能設(shè)計(jì)等。其中傳感器采用的是 M-5

8、，該傳感器外形小，氣體響應(yīng)快，性能穩(wěn)定，低功耗，常適用于泄漏監(jiān)測器。放大電路采用的是 LM324 運(yùn)放進(jìn)行放大微弱的信號。 A/D 轉(zhuǎn)換器w.采用的是 ADC0808 ，它是采樣頻率為 8 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換的器件，具有功耗低，性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。數(shù)碼管使用 4 位集成的共陰數(shù)碼管。2.2 系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì)主要包括了氣體傳感器電路設(shè)計(jì)、放大電路設(shè)計(jì)、A/D 轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)的最小系統(tǒng)、聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)、數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)和電源電路的設(shè)計(jì)等。2.2.1 氣體傳感器電路設(shè)計(jì)氣體傳感器可以分為六大類：(1) 半導(dǎo)體氣體傳感器。(2) 固體電解質(zhì)氣體傳

9、感器。(3) 接觸感染式氣體傳感器。(4) 電化學(xué)式氣體傳感器。(5) 光學(xué)式氣體傳感器。(6) 高分子氣體傳感器。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) 能選擇性地檢測某種單一氣體，而對共存的其它氣體不響應(yīng)或低響應(yīng)。(2) 對被測氣體具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內(nèi)的氣體濃度。(3) 對檢測信號響應(yīng)速度快，重復(fù)性好。(4) 長期工作穩(wěn)定性好。(5) 使用壽命長。(6) 制造成本低，使用與維護(hù)方便。氣體傳感器的分類和基本條件為選擇哪種氣體

10、傳感器提供了參考的依據(jù)。氣體傳感器是氣體與氣味檢測的關(guān)鍵元件。我們選擇的氣體傳感器是MQ-5 MQ-5 特點(diǎn)* 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)* 快速的響應(yīng)恢復(fù)特性* 長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性* 簡單的測試電路MQ-5 型氣敏元件對不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。因此，在使用此類型氣敏元件時(shí)，靈敏度的調(diào)整是很重要的。我們建議您用1000ppm 異丁烷或w.氫氣校準(zhǔn)傳感器。當(dāng)精確測量時(shí)，報(bào)警點(diǎn)的設(shè)定應(yīng)考慮溫濕度的影響。Vh22Vss3131VCCRL44CO傳感器 圖 2-2 氣體傳感器管腳與基本測量基電本路測圖量電路如圖 2-2 里，其中 2、4

11、 端為加熱器的電源接線端 ,1、3 為傳感器輸出端 ,氣體傳感器工作原理是把傳感器置于 CO 氣體環(huán)中 ,SnO2 薄膜層的電阻會(huì)隨著 CO 濃度的變化而變化 ,CO 濃度越大 ,SnO2 薄膜層阻值越小。圖 2-2 為取得氣體傳感器輸出信號的基本電路圖 ,Vh 為加熱電壓 ,傳感器電阻 RS與負(fù)載電阻 RL 串聯(lián)接到工作電壓 VCC 兩端 , 由此可得關(guān)系 :VRL=RL VCC/ （ RL+RS）傳感器阻值 RS隨著 CO 濃度的增大而減小時(shí) ,輸出負(fù)載電壓 VRL 逐漸變大 , 所以通過測量負(fù)載電壓即可反應(yīng)出被測對象的CO 濃度。一氧化碳達(dá)到一定濃度以后，會(huì)引起中毒的可能癥狀50ppm健

12、康成年人在八小時(shí)內(nèi)可以承受的最大濃度200ppm2-3 小時(shí)后，輕微頭痛、乏力400ppm1-2 小時(shí)內(nèi)前額痛； 3 小時(shí)后威脅生命800ppm45 分鐘內(nèi)，眼花、惡心、痙攣；2 小時(shí)內(nèi)失去知覺；1000ppm1 小時(shí)內(nèi)死亡1200ppm45 分鐘可能導(dǎo)致死亡我們從上面的數(shù)據(jù)可以看出來，隨著一氧化碳的濃度的升高，CO 對我們的身體的健康就會(huì)造成更大的傷害，所以，我將 CO 濃度與報(bào)警控制處理方式，進(jìn)行了劃定，為編程參考作為依據(jù)。表 2-1 CO 濃度與控制處理CO 濃度控制處理方式說明（ ppm ）400正常情況處理指示燈亮綠色400一般報(bào)警小喇叭報(bào)警800嚴(yán)重報(bào)警指示燈亮紅色且小喇叭報(bào)警一氧

13、化碳的濃度在400ppm 范圍以內(nèi)，我們就按照正常情況處理，即不需要報(bào)w.警處理； 當(dāng)一氧化碳的濃度大于等于400ppm 以后，我們就按照一般報(bào)警情況處理，目的是為了開始進(jìn)行報(bào)警提示，以便于提醒人們的注意；當(dāng)一氧化碳的濃度達(dá)到 800ppm 值以后，我們就必須的進(jìn)行嚴(yán)重的報(bào)警處理。CO 氣體傳感器屬于氣敏傳感器，通過放大處理后，再經(jīng)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)，經(jīng)過單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理及報(bào)警控制，最后送給數(shù)碼管顯示。氣體傳感器作為煤氣泄露測試裝置報(bào)警器的信號采集部分。由此可見，氣體傳感器是本系統(tǒng)檢測的起點(diǎn)也是系統(tǒng)的核心和重點(diǎn)，選擇合適的傳感器成為決定系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。2.2

14、.2 放大電路的設(shè)計(jì)由于氣體傳感器采集的電信號一般很小，而且存在共模成分，需要經(jīng)過放大電路放大，之后方可進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。氣體傳感器輸出的信號幅度很小，存在著不同程度的電磁干擾，因此在本設(shè)計(jì)中，放大電路采用 LM324 放大器進(jìn)行放大，對來自傳感器的信號經(jīng)行精密放大，同時(shí)抑制共模成分提高信號質(zhì)量。LM324 系列器件為四運(yùn)算放大器，LM324 的引腳排列見圖 2-3 所示。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到 3.0 伏或者高到 32 伏的電源下。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器，可用圖

15、2-3 所示的符號來表示，它有 5 個(gè)引出腳，其中 “ + ”、“ -”為兩個(gè)信號輸入端， “V+ ”、 “V-”為正、負(fù)電源端， “Vo ”為輸出端。兩個(gè)信號輸入端中， Vi- （-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的位相反； Vi+ （+ ）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的相位相同。圖 2-3LM324 的引腳放大電路設(shè)計(jì)中，我們采用一個(gè)增益可調(diào)的同向放大電路，計(jì)算公式為w.AV=1+Rf/R2 ，其中 Rf=200k( 可調(diào)的 )，R2 取 10K,AV 最大可達(dá) 21，從而給調(diào)試帶來了極大方便。它可以構(gòu)成儀表的放大器，具有線性度優(yōu)良、溫度穩(wěn)定性

16、高和體積小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。圖 2-4 氣體傳感器的放大電路設(shè)計(jì)由 LM324 構(gòu)成的氣體傳感器的放大電路如圖 2-4 所示。在圖中接口 J3 為氣體傳感器的電源接口，氣體傳感器與電阻 RV 構(gòu)成串聯(lián)型分壓式電路，直流電壓 +5V經(jīng)過穩(wěn)壓處理以后，電壓比較穩(wěn)定，給 MQ-5 提供供電電壓和加熱電壓； LM324 構(gòu)成增益可調(diào)的放大電路，放大電路的輸出端 1 管腳接入 ADC0808 的 IN0 引腳。2.2.3 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)ADC0808 芯片有 28 條引腳，如圖 2-5 ADC0808 管腳圖所示，采用雙列直插式封裝，下面說明各引腳功能。IN0 IN7 ：8 路模擬量輸入端。D0

17、D7 ：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：地址鎖存選通信號，輸入高電平有效。START： AD 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號，輸入高電平有效。EOC： A D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，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，輸入高電平有效。當(dāng)A D 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)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ 。w.REF（+ ）、 REF（-）：基準(zhǔn)電壓輸入端 ,它們決定了輸入模擬電壓的最大值最小值.VCC：電源，接 5V。GND

18、：接地。圖 2-5 ADC0808管腳圖ADC0808 芯片主要特性 :1. 8 路 8 位 AD 轉(zhuǎn)換器，即分辨率 8 位,N=82. 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?. 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100s4. 單個(gè) 5V 電源供電5. 模擬輸入電壓范圍 0 5V ，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)6. 工作溫度范圍為 -40 85 攝氏度7. 低功耗，約 15mWADC0808 芯片的幾個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)：1、轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度是指完成一次A/D 轉(zhuǎn)換所需時(shí)間的倒數(shù)，是一個(gè)很重要的指標(biāo)。A/D轉(zhuǎn)換器型號不同，轉(zhuǎn)換速度差別很大。通常，8 位逐次比較式 ADC 的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us 左右。由于本系統(tǒng)的控制時(shí)間允許，可選8 位逐次比較式

19、A/D 轉(zhuǎn)換器ADC0808 。2、ADC 位數(shù)的選擇A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定著信號采集的精度和分辨率。對于該 8 個(gè)通道的輸入信號， 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，1 18精度： 2 = 256 =0.39%.w.Vref58分辨率： 2= 256 =0.0195323V 20mv( 輸入為 05V時(shí))Vref18量化誤差： Q=2 2 10mv說明： Vref A/D 轉(zhuǎn)換器的參考電壓，即為基準(zhǔn)電壓，選取Vref=5V ；N ADC 的二進(jìn)制位數(shù)， N=8 ；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 A D 轉(zhuǎn)

20、換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成， ADC0808 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2-6 所示。圖 2-6 ADC0808 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖ADC0808 具有 8 個(gè)通道的模擬輸入線 (IN0 IN7) ，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與TTL 兼容。可在程序控制下對任意通道進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，獲得 8 位二進(jìn)制數(shù)字量 (D7 D0) 。模擬輸入部分有8 路多路開關(guān)，可由 3 位地址輸入 ADDA 、ADDB 、 ADDC 的不同組合來選擇， ALE 為地址鎖存信號，高電平有效，鎖存這三條地址輸入信號。具體的通道選擇如表2-2 所示：表 2-2 模擬通道選擇

21、w.本設(shè)計(jì)是使用通道IN0 ，所以，將 ADC0808 的 C、B 和 A 管腳都接地，即為選通模擬輸入線IN0 。ADC0808 的工作過程圖 2-7ADC0808 的工作時(shí)序圖如圖 2-7 所示，當(dāng)模擬量送至某一輸入通道IN0 后， CPU 將標(biāo)識該通道編碼的三位地址信號經(jīng)數(shù)據(jù)線或地址線輸入到ADDC 、ADDB 、ADDA 引腳上。然后輸入3位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD 轉(zhuǎn)換完成，轉(zhuǎn)換開始 ,EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存

22、入鎖存器，這個(gè)信號可用作中斷申請。轉(zhuǎn)換結(jié)束 ,OE 輸入高電平， EOC 可作為中斷請求信號 ,轉(zhuǎn)換結(jié)束后，可通過執(zhí)行IN 指令，設(shè)法在輸出允許OE 腳上形成一個(gè)正脈沖，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。如圖 2-8 所示， A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)中，其中ADC0808 的 ALE 和 START 端一起連接 AT89C52 的 P1.3 口。 EOC 經(jīng)過一個(gè)反相器連接P3.2 口， OE（ ENABLE）連接 P1.4 口。 ADDA,ADDB,ADDC 連接在一起接 GND ，相當(dāng)于選通通道 IN0 。傳感器通過放大以后，再經(jīng)過通道 IN0 ，將信號傳送給 ADC0808

23、，通過 A/D 轉(zhuǎn)換以w.后，送給單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理。圖 2-8 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)2.2.4 單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)的最小系統(tǒng)主要包括：晶振電路、復(fù)位電路、電源電路等。(1) 晶振電路，即為時(shí)鐘振蕩器，如圖 2-9 所示。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。圖 2-9 時(shí)鐘振蕩器(2) 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。復(fù)位電路如圖圖 2-10 所示。圖 2-10 復(fù)位電路w.復(fù)位電路和電源及振蕩電路是 C51 單片機(jī)工作的最小系統(tǒng)。具體電路圖如圖 2-11所示。圖 2-11 時(shí)鐘

24、和復(fù)位電路2.2.5 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)圖 2-12 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)的電路圖如圖2-13 所示。聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)與單片機(jī)的連接和控制關(guān)系如表2-3 所示 :表 2-3 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)與單片機(jī)的連接和控制關(guān)系表與單片機(jī)的連接關(guān)系給高電平給低電平w.D1(LED_RED)連接 P1.5不報(bào)警，滅報(bào)警 亮紅燈D2(LED_GREEN)連接 P1.6不報(bào)警，滅不報(bào)警 亮綠燈Q1(SPEAKER)連接 P1.7報(bào)警，報(bào)警聲不報(bào)警 不響單片機(jī) AT89C52 的 P1.7 接晶體管基極輸入端，當(dāng)單片機(jī)AT89C52 的 P1.7 置1 時(shí)，三極管 Q1 導(dǎo)通，蜂鳴器兩端處于高電平狀態(tài)，使

25、蜂鳴器鳴叫，處于一般報(bào)警狀態(tài)。當(dāng) P1.7 輸出低電平 0 時(shí)，三極管截至，蜂鳴器不發(fā)聲。P1.6 控制 LED_GREEN 的亮滅情況，正常情況下，點(diǎn)亮LED_GREEN，作為指示功能，表明處于正常正常情況。P1.5 控制 LED_RED 的亮滅情況，嚴(yán)重報(bào)警的時(shí)候點(diǎn)亮LED_RED，并且蜂鳴器發(fā)聲，表明處于嚴(yán)重報(bào)警情況。報(bào)警和指示燈的作用就是為了提醒人們的注意。2.2.6 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)2-13 數(shù)碼管顯示電路顯示用集成的4 位數(shù)碼管，七段碼與P0 口直接相連，用于輸出P0 口的數(shù)據(jù)給數(shù)碼管； P0 口上拉100 的電阻，為了增加驅(qū)動(dòng)能力；位選用P1.0P1.2 通過74LS138 譯

26、碼器進(jìn)行位選，指定所選的具體的一位。具體的邏輯關(guān)系如下表2-4 所示：表 2-4 位選表w.74LS1384 位集成數(shù)碼管CBA譯中選中對應(yīng)的000Y0第一位（仟）001Y1第二位（百）010Y2第三位（十）011Y3第四位（個(gè)）w.第 3 章 煤氣檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本論文中，軟件解決的主要問題是檢測氣體傳感器的有毒氣體濃度信號，然后對信號進(jìn)行放大、 A/D 轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理，濃度顯示，以及警報(bào)處理。3.1 主程序設(shè)計(jì)流程圖開始程序初始化啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，采集數(shù)據(jù)單片機(jī)處理和控制濃度顯示是否超過Y執(zhí)行報(bào)警處理報(bào)警值N圖 3-1 主程序設(shè)計(jì)流程圖w.主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3-1 所示， ADC08

27、08 對傳感器檢測的信號經(jīng)過放大后的信號，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換 ,單片機(jī)對轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，將濃度值與報(bào)警值相比較，判斷是否報(bào)警。同時(shí)送入數(shù)碼管顯示氣體濃度值。3.2 A/D 轉(zhuǎn)換控制程序設(shè)計(jì)流程圖圖 3-2 A/D 轉(zhuǎn)換控制程序設(shè)計(jì)程序流程圖A/D 轉(zhuǎn)換控制程序設(shè)計(jì)程序流程圖如圖3-2 所示。在硬件電路中START， ALE這兩個(gè)信號端連接在一起，并與 P1.3 相連接，這時(shí)通過軟件輸入一個(gè)正脈沖信號，便立即啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換。當(dāng) EOC 由低電平變成高電平時(shí)，經(jīng)過一個(gè)反相器送給P3.2 口一個(gè)脈沖，來啟動(dòng)外部中斷INT0 ，同時(shí)給 OE 端一個(gè)高電平，讀取數(shù)據(jù)。w.3.3 顯示子程序的設(shè)

28、計(jì)流程圖圖 3-3 顯示子程序流程圖顯示子程序流程圖如圖3-3 所示。單片機(jī)讀取要顯示的數(shù)據(jù)后，通過相應(yīng)的計(jì)算，計(jì)算出要顯示的數(shù)據(jù)的最高位，第二位，第三位和第四位。然后通過相應(yīng)的片選信號，在各個(gè)數(shù)碼管上顯示對應(yīng)的數(shù)據(jù)。w.3.4 報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)流程圖圖 3-4 報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)流程圖報(bào)警電路控制程序設(shè)計(jì)流程圖如圖 3-4 所示。讀取可燃?xì)怏w濃度值后，判斷是否大于設(shè)定的報(bào)警值。當(dāng)超過報(bào)警值時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警器報(bào)警。w.第 4 章 系統(tǒng)的功能仿真4.1 仿真軟件介紹Proteus(海神 )的 ISIS是一款 Labcenter 出品的電路分析實(shí)物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和 IC，并支持單片機(jī)，元件庫齊

29、全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。因此，本次設(shè)計(jì)仿真采用 Proteus 軟件。4.2 煤氣檢測系統(tǒng)的模塊仿真在模塊仿真測試中，連接電壓的滑動(dòng)變阻器輸出一個(gè)電壓信號，經(jīng)過ADC0808 ，單片機(jī)處理，在數(shù)碼管顯示滑動(dòng)變阻器兩端的電壓值。此次仿真的目的是驗(yàn)證各個(gè)模塊的控制程序的正確與否，同時(shí)判斷電路連接的正確性。4.2.1 A/D 轉(zhuǎn)換模塊測試A/D轉(zhuǎn)換模塊測試仿真圖如圖4-1 所示。用滑動(dòng)電阻代替了傳感器?；瑒?dòng)電阻在電壓下產(chǎn)生一個(gè)電壓信號送給ADC0808 ，電壓信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換以后，送給了單片機(jī)。圖 4-1 A/D 轉(zhuǎn)換模塊測試仿真圖w.4.2.2 顯示模塊測試圖 4-2

30、顯示模塊測試仿真圖顯示模塊測試仿真圖，如圖 4-2 所示。 AT89C52 通過 P1.0、P1.1、 P1.2 控制 74LS138 進(jìn)行譯碼譯中相應(yīng)的某一位，即進(jìn)行位選功能。 P2 口把接收到的電壓數(shù)據(jù)值在單片機(jī)里進(jìn)行處理，最后，通過 P0 口將數(shù)據(jù)送給數(shù)碼管上面進(jìn)行相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在，為了驗(yàn)證顯示模塊程序是否正確，這里就直接顯示電壓值，對AD 轉(zhuǎn)換過來的電壓值就沒有處理，直接將電壓值通過P0 口將數(shù)據(jù)送給數(shù)碼管上面進(jìn)行相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)；通過，數(shù)碼管顯示的電壓和模擬的電壓比較，看是否正確，通過多次仿真和調(diào)試，最后顯示模塊測試仿真圖結(jié)果如圖圖5-2 所示。該顯示模塊測試主要是用來驗(yàn)證 AT8

31、9C52,74LS138 和 ADC0808 的相關(guān)軟件程序正確與否，由圖 5-2 所示中顯示的數(shù)據(jù)來看，程序是正確的；同時(shí)驗(yàn)證了 AT89C52,ADC0808 的軟件編譯程序也是正確的，它們都能控制相關(guān)的硬件正常工作。w.4.2.3 聲光報(bào)警電路模塊測試圖 4-3 聲光報(bào)警電路模塊測試正常情況仿真圖圖 4-4 聲光報(bào)警電路模塊測試一般報(bào)警仿真圖圖 4-5 聲光報(bào)警電路模塊測試嚴(yán)重報(bào)警仿真圖w.聲光報(bào)警電路模塊測試仿真圖如圖4-3 所示， AT89C52 的P1.7口控制小喇叭是否報(bào)警；P1.6 控制 LED_GREEN 的亮滅情況，正常情況下，點(diǎn)亮LED_BLUE，作為指示功能，報(bào)警時(shí)熄滅

32、LED_GREEN；表明處于正常正常情況。如圖4-3 所示。P1.7 控制小喇叭的是否響的情況，一般報(bào)警的時(shí)候只是小喇叭在響，其余指示燈熄滅；進(jìn)行一般報(bào)警處理 ，如圖 4-4 所示。P1.5 控制 LED_RED 的亮滅情況，報(bào)警的時(shí)候點(diǎn)亮， 。并且進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警處理 ，如圖 4-5 所示，是嚴(yán)重報(bào)警，此刻不僅 LED_RED閃爍，而且小喇叭也報(bào)警。該模塊測試主要是用來驗(yàn)證控制小喇叭和指示燈相關(guān)的軟件程序是正確的。由圖4-3 、圖 4-4 和圖 4-5 中可知，程序是正確的。當(dāng)沒有超過一定的濃度值是處于正常情況， LED_GREEN的亮， LED_RED滅，小喇叭不響，處于不報(bào)警狀態(tài)，即為正常

33、情況處理。當(dāng)AT89C52 接收到的數(shù)據(jù)值超過一定濃度值時(shí)，能控制小喇叭報(bào)警但LED_RED不亮，即處于一般報(bào)警狀態(tài)；當(dāng)AT89C52 接收到的數(shù)據(jù)值超過一定濃度值時(shí)，能控制小喇叭報(bào)警和LED_RED亮，即處于嚴(yán)重報(bào)警狀態(tài)；4.3 系統(tǒng)誤差分析由于氣體傳感器的氣體濃度和輸出電壓直接的關(guān)系， MQ-5 的技術(shù)參數(shù)里沒有明確的給出氣體濃度與輸出電壓的分度表，所以，通過看靈敏度特性曲線得到的氣體濃度值 (單位為 ppm) 與輸出電壓值 (單位為 mv) 的關(guān)系可能有很一定誤差在里面，所以，就需要進(jìn)行調(diào)試仿真電路，看仿真結(jié)果和預(yù)期的結(jié)果是否一致，存在多大的誤差，然后，考慮如何進(jìn)一步改進(jìn)電路和程序。由于

34、存在器件選型和仿真條件的限制，所以，就考慮一種使用 Proteus 進(jìn)行模型的仿真，實(shí)際的電路可能和仿真的結(jié)果，很有可能還會(huì)有一定的差距。w.參考文獻(xiàn)1 曾一江 .單片微機(jī)原理與接口技術(shù) M.M 科學(xué)出版社， 20062 張迎新 .單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)培訓(xùn)教程 M. ：北京航空航天大學(xué)出版社， 20083 童詩白，華成英 . 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) M. ：北京高等教育出社， 20014 張福學(xué) . 傳感器應(yīng)用及其電路精選 M ：北京電子工業(yè)出版社， 19915 劉廣玉 .新型傳感器技術(shù)及應(yīng)用 M. ：北京航空航天大學(xué)出版社 .1989w.附錄 1 煤氣檢測系統(tǒng)的仿真電路圖附錄 2 煤氣檢測系統(tǒng)的電路原理圖w.附錄 3