電科專業(yè)畢業(yè)論文

1、室內(nèi)有毒氣體的檢測(cè)裝置設(shè)計(jì) 摘 要隨著人類的科技進(jìn)步，人們的生活質(zhì)量也不斷提高，但是隨之而來(lái)的也有不利的一面。家庭中，煤氣、天然氣的泄漏將在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量一氧化碳和甲烷，危及人生安全。對(duì)一氧化碳等有毒氣體檢測(cè)儀表的研究和開(kāi)發(fā)也一直是人們關(guān)注的問(wèn)題。本系統(tǒng)利用STC12C5A60S2單片機(jī)做核心控制模塊，利用MQ-7一氧化碳傳感器、MQ-4天然氣傳感器和MQ-2煙霧傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控一氧化碳、甲烷和煙霧的濃度變化，如果某處的有毒氣體濃度過(guò)高，系統(tǒng)將發(fā)出聲音報(bào)警，提醒人們及時(shí)搶險(xiǎn)。本系統(tǒng)可用于家庭環(huán)境，也適用于工業(yè)環(huán)境。由于單片機(jī)成本低廉，自動(dòng)控制功能比較強(qiáng)大，運(yùn)行穩(wěn)定，環(huán)境適應(yīng)性好，所以本系統(tǒng)采

2、用單片機(jī)做控制的核心元件。MQ-7、MQ-4、MQ-2一氧化碳傳感器、天然氣傳感器、煙霧傳感器的靈敏度高；長(zhǎng)壽命，低成本；簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路即可。因此，很適用于家庭的檢測(cè)。數(shù)碼管能清晰的顯示該環(huán)境下各個(gè)氣體的濃度，即使在光線較暗時(shí)，所以選用液晶屏做顯示模塊。本文主要敘述了基于單片機(jī)的有毒氣體檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，包括硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和實(shí)物制作。關(guān)鍵詞一氧化碳；甲烷；單片機(jī)；檢測(cè)；報(bào)警THE TOXIC GAS DETECTION IN CHAMBERAbstractWith the progress of human technology, the quality of life of th

3、e people, but the attendant downside.In family, gas, natural gas leak will produce large amounts of carbon monoxide and methane in a short period of time, life-threatening situation. The research and development of carbon monoxide and other toxic gas detection instruments has also been an issue of c

4、oncern.The system uses STC12C5A60S2 MCU core control module MQ-7 carbon monoxide sensor to detect carbon monoxide, MQ-4 gas sensor MQ-2 smoke sensors. Real-time monitoring of changes in the concentration of carbon monoxide, methane and smoke, if somewhere toxic gas concentration is too high, the sys

5、tem will sound alarm to remind people to timely rescue. The system can be used in the home environment, but also for industrial environments.Low-cost single-chip automatic control function is more powerful, stable, good environmental adaptability, the system uses the core components of the microcont

6、roller control.MQ-7, MQ-4, MQ-2 carbon monoxide sensor, gas sensor, smoke sensor sensitivity; long-life, low-cost; simple drive circuit can be. Therefore, it is suitable for the detection of the family.The clear digital tube display gas concentrations in the environment, even in low light, so the se

7、lection is done on the LCD display module.This paper describes the toxic gas detection system based on single chip design, including hardware design, software design and physical production.Keywords Carbon monoxide; methane; MCU; detection; alarm目 錄摘 要1Abstract2第1章緒論41.1課題研究背景及意義41.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀61.3本文主要內(nèi)

8、容及章節(jié)安排71.4 本章小結(jié)7第2章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)82.1氣體檢測(cè)的原理82.2硬件總體設(shè)計(jì)122.3單片機(jī)的最小系統(tǒng)132.3.1單片機(jī)介紹142.4 傳感器介紹162.4.1 氣敏傳感器的重要性162.4.2 MQ-7一氧化碳傳感器介紹182.4.3 線性化、放大輸出電路202.4.4 MQ-7一氧化碳傳感器模塊212.4.5 MQ-2煙霧傳感器模塊232.4.6 MQ-4 天然氣傳感器介紹252.5 顯示電路272.6 聲音報(bào)警電路292.7 整體硬件原理圖及PCB圖302.8 本章小結(jié)31第3章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)323.1 軟件應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹323.2 軟件總體設(shè)計(jì)思想333.3 比較

9、判斷函數(shù)343.4 顯示報(bào)警函數(shù)353.5 聲音報(bào)警函數(shù)353.6 本章小結(jié)36第4章 硬件和軟件的調(diào)試374.1 軟件的調(diào)試374.2 室內(nèi)有毒氣體的檢測(cè)裝置功能測(cè)試37第5章 總結(jié)40致謝41參考文獻(xiàn)42附 錄43第一章 緒論1.1課題研究背景及意義隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，易燃、易爆、有毒氣體的種類和應(yīng)用范圍都得到了增加。這些氣體在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用過(guò)程中一旦發(fā)生泄漏，將會(huì)引發(fā)中毒、火災(zāi)甚至爆炸事故，嚴(yán)重危害人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。由于氣體本身存在的擴(kuò)散性，發(fā)生泄漏之后，在外部風(fēng)力和內(nèi)部濃度梯度的作用下，氣體會(huì)沿地表面擴(kuò)散，在事故現(xiàn)場(chǎng)形成燃燒爆炸或毒害危險(xiǎn)區(qū)，擴(kuò)大危害區(qū)域。例如，1995 年

10、7 月，四川省成都市化工總廠液氯車間發(fā)生氯氣泄漏，當(dāng)場(chǎng)造成 3 人死亡， 6 人受傷，僅約一小時(shí)左右，市區(qū)范圍數(shù)十平方公里范圍內(nèi)都能聞到刺激性的氯氣味。因此，這類事故具有突發(fā)性強(qiáng)、擴(kuò)散迅速、救援難度大、危害范圍廣等特點(diǎn)。一旦發(fā)生氣體泄漏事故，必須盡快采取相應(yīng)措施進(jìn)行處置，才能將事故損失降低到最低水平。及時(shí)可靠地探測(cè)空氣中某些氣體的含量，及時(shí)采取有效措施進(jìn)行補(bǔ)救，采取正確的處置方法，減少泄漏引發(fā)的事故，是避免造成重大財(cái)產(chǎn)和人員傷亡的必要條件。這就對(duì)氣體的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)設(shè)備提出了較高的要求。作為一種重要的氣體探測(cè)器，氣體傳感器近年來(lái)得到了很大的發(fā)展。氣體傳感器的發(fā)展。危險(xiǎn)化學(xué)品要加強(qiáng)安全管理，完善安全

11、措施、控制事故隱患。但是，不可能達(dá)到絕對(duì)安全，仍然會(huì)出現(xiàn)萬(wàn)有一失的情況。因此，事故隱患的檢測(cè)報(bào)警，在危險(xiǎn)化學(xué)品場(chǎng)所有害氣體或液體(蒸汽)檢測(cè)報(bào)警，是非常必要的。對(duì)避免和控制事故具有重要意義。有害氣體檢測(cè)報(bào)警儀是專用的安全衛(wèi)生檢測(cè)儀，用來(lái)檢測(cè)化學(xué)品作業(yè)場(chǎng)所或設(shè)備內(nèi)部空氣中的可燃或有毒氣體的含量并超限報(bào)警。危險(xiǎn)化學(xué)品場(chǎng)所有害氣體檢測(cè)，主要有以下幾種情況：(1)泄漏檢測(cè)：設(shè)備管道有害氣體或液體(蒸汽)現(xiàn)場(chǎng)所泄漏檢測(cè)報(bào)警，設(shè)備管道運(yùn)行檢漏。(2)檢修檢測(cè)：設(shè)備檢修置換后檢測(cè)殘留有害氣體或液體(蒸汽)，特別是動(dòng)火前檢測(cè)更為重要。(3)應(yīng)急檢測(cè)：生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)異常情況或者處理事故時(shí)，為了安全和衛(wèi)生要對(duì)有害氣

12、體或液體(蒸汽)進(jìn)行檢測(cè)。(4)進(jìn)入檢測(cè)：工作人員進(jìn)入有害物質(zhì)隔離操作間，進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)所的下水溝、電纜溝或設(shè)備內(nèi)操作時(shí)，要檢測(cè)有害氣體或液體蒸汽。(5)巡回檢測(cè)：安全衛(wèi)生檢查時(shí)，要檢測(cè)有害氣體或液體蒸汽。隨著人類社會(huì)的進(jìn)步、生產(chǎn)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，隨之帶來(lái)了環(huán)境空氣污染問(wèn)題。工廠排放的廢氣、煙道氧、汽車排放廢氣、內(nèi)燃機(jī)等排放氣體對(duì)空氣環(huán)境造成的污染日益嚴(yán)重。一氧化碳雖然不會(huì)使酸雨現(xiàn)象嚴(yán)重，但是對(duì)人們的身體健康有影響。一氧化碳是一種無(wú)色、無(wú)味的氣體，它與血液中的血紅素結(jié)合的能力是氧的 240 倍，它與血紅素形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，使血紅蛋白喪失了輸送氧氣的能力，從而導(dǎo)致組織低氧癥，甚至死亡。

13、一氧化碳濃度的高低是評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)之一，也是工廠、煤礦井下是否發(fā)生自燃火災(zāi)的重要標(biāo)志之一。為了保證人們身體健康和環(huán)境潔凈，世界各國(guó)都紛紛致力于防止空氣污染的產(chǎn)生。國(guó)家工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)一氧化碳濃度不允許超過(guò) 50ppm 。我國(guó)環(huán)境保護(hù)大氣污染監(jiān)測(cè)和工廠礦井中都要求有連續(xù)、自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀1。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在應(yīng)用方面，目前最廣泛的是可燃性氣體氣敏元件傳感器，已普及應(yīng)用于氣體泄漏檢測(cè)和監(jiān)控，從工廠企業(yè)到居民家庭，應(yīng)用十分廣泛。氣體檢測(cè)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了智能化、多功能化。美國(guó)工業(yè)科學(xué)公司(ISC)一臺(tái)攜帶式氣體監(jiān)控儀可實(shí)現(xiàn)4種氣體監(jiān)測(cè)，采用了統(tǒng)一的軟件，只需要

14、換氣體傳感器，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定氣體監(jiān)測(cè)。美國(guó)國(guó)際傳感器技術(shù)(IST)公司應(yīng)用一種“MegaCas"傳感器和微程序控制單元，可檢測(cè)100種以上毒性氣體和可燃性氣體，通過(guò)其“氣體檢索”功能掃描，能很快確定是哪一種氣體。(1)氣體傳感器向低功耗、多功能、集成化方向發(fā)展國(guó)外氣體傳感器發(fā)展很快，一方面是由于人們安全意識(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是由于傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的推動(dòng)。因此，國(guó)外氣體傳感器技術(shù)得到了較快發(fā)展，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，美國(guó)1996年2002年氣體傳感器年均增長(zhǎng)率為(2730)。目前，氣體傳感器的發(fā)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

15、成本，縮小尺寸，簡(jiǎn)化電路，與應(yīng)用整機(jī)相結(jié)合，這也是氣體傳感器一直追求的目標(biāo)。如日本費(fèi)加羅公司推出了檢測(cè)(0.110)×106硫化氫低功耗氣體傳感器，美國(guó)IST提供了壽命達(dá)10年以上的氣體傳感器，美國(guó)FirstAlert公司推出了生物模擬型(光化反應(yīng)型)低功耗CO氣體傳感器等。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，發(fā)展MEMS技術(shù)，發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)適用的變送器和智能型傳感器。如美國(guó)GeneralMonitors公司在傳感器中嵌入微處理器，使氣體傳感器具有控制校準(zhǔn)和監(jiān)視故障狀況功能，實(shí)現(xiàn)了智能化；還有前已涉及的美國(guó)IST公司的具有微處理器的“MegaGas”傳感器實(shí)現(xiàn)了智能化、多功

16、能化。(2)國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀與差距氣敏元件傳感器作為新型敏感元件傳感器在國(guó)家列為重點(diǎn)支持發(fā)展的情況下，國(guó)內(nèi)已有一定的基礎(chǔ)。其現(xiàn)狀是：燒結(jié)型氣敏元件仍是生產(chǎn)的主流，占總量90以上；接觸燃繞式氣敏元件已具備了生產(chǎn)基礎(chǔ)和能力；電化學(xué)氣體傳感器有了試制產(chǎn)品；在工藝方面引入了表面摻雜、表面覆膜以及制作表面催化反應(yīng)層和修隔離層等工藝，使燒結(jié)型元件由廣譜性氣敏發(fā)展成選擇性氣敏；在結(jié)構(gòu)方面研制了補(bǔ)償復(fù)合結(jié)構(gòu)、組合差動(dòng)結(jié)構(gòu)以及集成化陣列結(jié)構(gòu)；新研究開(kāi)發(fā)的32OAl氣敏材料、石英晶體和有機(jī)半導(dǎo)體等也開(kāi)始用于氣敏材料；低功耗氣敏元件(如一氧化碳，甲烷等氣敏元件)已從產(chǎn)品研究進(jìn)入中試；國(guó)內(nèi)氣敏元件傳感器產(chǎn)量已超過(guò)“九五”初期

17、的400萬(wàn)支。產(chǎn)量超過(guò)20萬(wàn)支的主要廠家有5家，黑龍江敏感集團(tuán)、太原電子廠、云南春光器材廠、天津費(fèi)加羅公司(合資)、北京電子管廠(特種電器廠)，其中前四家都超過(guò)100萬(wàn)支，據(jù)行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，1998年全國(guó)氣敏元件總產(chǎn)量已超過(guò)600萬(wàn)支。總的看來(lái)，我國(guó)氣敏元件傳感器及其應(yīng)用技術(shù)有了較快進(jìn)展，但與國(guó)外先進(jìn)水平仍有較大的差距，主要是產(chǎn)品制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用等方面的差距，與日本比較仍要落后10年2。1.3本文主要內(nèi)容及章節(jié)安排本文主要講述基于單片機(jī)的毒氣檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全過(guò)程，包括硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、電腦仿真和實(shí)物制作。論文具體章節(jié)安排如下：第1章介紹了本次課題的課題背景、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、課題的研究

18、意義。第2章主要講述了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包括最小系統(tǒng)、顯示模塊、聲音報(bào)警模塊和傳感器模塊。第3章主要介紹了此次設(shè)計(jì)的軟件部分，包括主程序、時(shí)鐘產(chǎn)生程序；1.4 本章小結(jié)本章主要敘述了該課題的意義、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及對(duì)本設(shè)計(jì)的任務(wù)安排。第2章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1氣體檢測(cè)的原理氣體濃度檢測(cè)系統(tǒng)的原理框圖如圖2-1所示。檢測(cè)氣體的濃度依賴于氣體檢測(cè)變送器，傳感器是其核心部分，按照檢測(cè)原理的不同，主要分為金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器、催化燃燒式傳感器、定電位電解式氣體傳感器、迦伐尼電池式氧氣傳感器、紅外式傳感器、PID光離子化傳感器、等以下簡(jiǎn)單概述各種傳感器的原理及特點(diǎn)。數(shù) 字 顯 示 電 路模 數(shù) 轉(zhuǎn)

19、換 電 路開(kāi) 關(guān) 控制 電 路信 號(hào) 調(diào)理 電 路傳 感 器報(bào) 警 電 路圖 2-1 原理框圖金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器利用被測(cè)氣體的吸附作用，改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，通過(guò)電流變化的比較，激發(fā)報(bào)警電路。由于半導(dǎo)體式傳感器測(cè)量時(shí)受環(huán)境影響較大，輸出線形不穩(wěn)定。金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器，因其反應(yīng)十分靈敏，故目前廣泛使用的領(lǐng)域?yàn)闇y(cè)量氣體的微漏現(xiàn)象。下圖為，金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器的外形圖。 圖2-2 金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器 催化燃燒式傳感器催化燃燒式傳感器原理是目前最廣泛使用的檢測(cè)可燃?xì)怏w的原理之一，具有輸出信號(hào)線形好、指數(shù)可靠、價(jià)格便宜、無(wú)與其他非可燃?xì)怏w的交叉干擾等

20、特點(diǎn)。催化燃燒式傳感器采用惠斯通電橋原理，感應(yīng)電阻與環(huán)境中的可燃?xì)怏w發(fā)生無(wú)焰燃燒，使溫度使感應(yīng)電阻的阻值發(fā)生變化，打破電橋平衡，使之輸出穩(wěn)定的電流信號(hào)，再經(jīng)過(guò)后期電路的放大、穩(wěn)定和處理最終顯示可靠的數(shù)值。下圖為，催化燃燒型傳感器的外形圖： 圖2-3  催化燃燒式傳感器 定電位電解式氣體傳感器定電位電解式傳感器是目前測(cè)毒類現(xiàn)場(chǎng)最廣泛使用的一種技術(shù)，在此方面國(guó)外技術(shù)領(lǐng)先，因此此類傳感器大都依賴進(jìn)口。定電位電解式氣體傳感器的結(jié)構(gòu)：在一個(gè)塑料制成的筒狀池體內(nèi)，安裝工作電極、對(duì)電極和參比電極，在電極之間充滿電解液，由多孔四氟乙烯做成的隔膜，在頂部封裝。前置放大器與傳感器電極的連接，在

21、電極之間施加了一定的電位，使傳感器處于工作狀態(tài)。氣體與的電解質(zhì)內(nèi)的工作電極發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，在對(duì)電極發(fā)生還原或氧化反應(yīng)，電極的平衡電位發(fā)生變化，變化值與氣體濃度成正比。下圖為，定位電解式氣體傳感器的外形圖： 圖2-4  定電位電解式氣體傳感器 迦伐尼電池式氧氣傳感器隔膜迦伐尼電池式氧氣傳感器的結(jié)構(gòu)：在塑料容器的一面裝有對(duì)氧氣透過(guò)性良好的、厚1030m的聚四氟乙烯透氣膜，在其容器內(nèi)側(cè)緊粘著貴金屬（鉑、黃金、銀等）陰電極，在容器的另一面內(nèi)側(cè)或容器的空余部分形成陽(yáng)極（用鉛、鎘等離子化傾向大的金屬）。用氫氧化鉀。氧氣在通過(guò)電解質(zhì)時(shí)在陰陽(yáng)極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使陽(yáng)極金屬離子化，釋放出

22、電子，電流的大小與氧氣的多少成正比，由于整個(gè)反應(yīng)中陽(yáng)極金屬有消耗，所以傳感器需要定期更換。目前國(guó)內(nèi)技術(shù)已日趨成熟，完全可以國(guó)產(chǎn)化此類傳感器。下圖為，迦伐尼電池式氧氣傳感器的外形理圖：圖2-5迦伐尼電池式氧氣傳感器紅外式傳感器紅外式傳感器利用各種元素對(duì)某個(gè)特定波長(zhǎng)的吸收原理，具有抗中毒性好，反應(yīng)靈敏，對(duì)大多數(shù)碳?xì)浠衔锒加蟹磻?yīng)。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。下圖為，紅外式溫度傳感器的外形圖。 圖2-6 紅外式溫度傳感器  PID光離子化氣體傳感器PID由紫外燈光源和離子室等主要部分構(gòu)成，在離子室有正負(fù)電極，形成電場(chǎng)，待測(cè)氣體在紫外燈的照射下，離子化，生成正負(fù)離子，在電極間形成電流，經(jīng)放大輸出信號(hào)

23、。PID具有靈敏度高，無(wú)中毒問(wèn)題，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。下圖為，PID光離子化氣體傳感器的外形圖：圖2-7 PID光離子化氣體傳感器2.2硬件總體設(shè)計(jì)有毒氣體的檢測(cè)裝置具有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的三個(gè)層次。其中以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，檢測(cè)信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理。為了更好的理清設(shè)計(jì)思路，將整個(gè)系統(tǒng)細(xì)分為三部分加以設(shè)計(jì)說(shuō)明。整個(gè)報(bào)警器由三個(gè)部分組成，分為三大模塊：濃度檢測(cè)模塊、主控模塊和報(bào)警模塊。在本次設(shè)計(jì)中，使用的核心器件是單片機(jī)和各種氣體的傳感器。為了保證整個(gè)系統(tǒng)可靠的運(yùn)行，設(shè)計(jì)中必須明確三大部分的實(shí)際聯(lián)系：以單片機(jī)為中心，其他各大模塊一一展開(kāi)。其中，濃度檢測(cè)及

24、顯示模塊所實(shí)現(xiàn)的功能是將氣體的濃度值轉(zhuǎn)換成為單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)，并且濃度值顯示出來(lái)：主控模塊以單片機(jī)為主，對(duì)其他模塊的運(yùn)行進(jìn)行控制；報(bào)警模塊是此系統(tǒng)的外部電路，它的功能是實(shí)現(xiàn)報(bào)警。系統(tǒng)框圖如圖2-8所示。MQ-7傳感器單片機(jī)內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換顯示報(bào)警MQ-2傳感器MQ-4傳感器聲音報(bào)警 圖2-8 硬件總體設(shè)計(jì)下面就對(duì)各個(gè)模塊的功能和實(shí)現(xiàn)形式做簡(jiǎn)單介紹(1)氣體濃度檢測(cè)模塊有毒氣體報(bào)警器主要采用高穩(wěn)定氣體傳感器MQ-7、MQ-4、MQ-2檢測(cè)房間氣體濃度，檢測(cè)結(jié)果送STC12C5A60S2中進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，將得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析處理。(2)主控模塊主控模塊即單片機(jī)最小系統(tǒng)。STC12C5A60S2

25、/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S)。8路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測(cè)、電池電壓檢測(cè)、按鍵掃描、頻譜監(jiān)測(cè)等。上電復(fù)位后P1口為弱上拉型I/O口，用戶可以通過(guò)軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A/D使用的口可繼續(xù)作為I/O口使用。針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。其單片機(jī)內(nèi)部自帶高達(dá)60K FLASH ROM,這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式

26、瞬間擦除、改寫。(3)報(bào)警模塊此模塊主要有蜂鳴器、液晶顯示頻組成，在氣體濃度過(guò)大，超過(guò)安全值時(shí)，蜂鳴器工作，提供聲音報(bào)警服務(wù)；同時(shí)，數(shù)碼管顯示報(bào)警的傳感器號(hào)。到此為止，本系統(tǒng)的三大模塊功能和設(shè)計(jì)思路已經(jīng)確立，下文將介紹整個(gè)硬件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程。并且給出設(shè)計(jì)電路。2.3單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖如下： 圖2-9 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由組成單片機(jī)系統(tǒng)必需的一些元件構(gòu)成的，除了單片機(jī)之外，還需要包括電源供電電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。2.3.1單片機(jī)介紹 STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)

27、抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。 主要特性有：1. 增強(qiáng)型8051 CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；2.  2.工作電壓：STC12C5A60S2系列工作電壓：5.5V-3.3V（5V單片機(jī)）STC12LE5A60S2系列工作電壓：3.6V-2.2V（3V單片機(jī)）； 3.工作頻率范圍：0 - 35MHz，相當(dāng)于普通8051的 0420M

28、Hz； 4.用戶應(yīng)用程序空間8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字節(jié)； 5.片上集成1280字節(jié)RAM； 6.通用I/O口（36/40/44個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口），可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開(kāi)漏，每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過(guò)55Ma； 7

29、. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器  可通過(guò)串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片； 8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無(wú)內(nèi)部EEPROM)；9. 看門狗； 10.內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）11.外部掉電檢測(cè)電路:在P4.6口有一個(gè)低壓門檻比較器，5V單片機(jī)為1.32V，誤差為+/-5%,3.3V單片機(jī)為1.30V，誤差為+/-3%； 12.時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)

30、部R/C振蕩器(溫漂為+/-5%到+/-10%以內(nèi)) 1用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時(shí)鐘，常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：5.0V單片機(jī)為：11MHz15.5MHz，3.3V單片機(jī)為：8MHz12MHz，精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn)； 13.共4個(gè)16位定時(shí)器   兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,16位定時(shí)器T0和T1，沒(méi)有定時(shí)器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器   做串行通訊的波特率發(fā)生器   再加上2路

31、PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器； 14. 2個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時(shí)鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時(shí)鐘； 15.外部中斷I/O口7路,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊， Power Down模式可由外部中斷喚醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.3)； 

32、16. PWM(2路）/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列,2路）： 也可用來(lái)當(dāng)2路D/A使用 也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器 也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持)； 17.A/D轉(zhuǎn)換, 10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S(每秒鐘25萬(wàn)次)18.通用全雙工異步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時(shí)器或PCA軟件實(shí)現(xiàn)多串口； 19. STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標(biāo)志的才有雙串口，RxD2/P1.2(可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.2)，TxD2

33、/P1.3(可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.3)； 20.工作溫度范圍：-40 - +85(工業(yè)級(jí)) / 0 - 75(商業(yè)級(jí))21.封裝：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48  I/O口不夠時(shí)，可用2到3根普通I/O口線外接  74HC164/165/595（均可級(jí)聯(lián)）來(lái)擴(kuò)展I/O口,  還可用A/D做按鍵掃描來(lái)節(jié)省I/O口，或用雙CPU,三線通信，還多了串口3。2.4 傳感器介紹 本設(shè)計(jì)的主要用到的傳感器有MQ-7一氧化碳傳感器、MQ-2煙霧傳感器、MQ-4天

34、然氣傳感器。下面，分別介紹這三個(gè)傳感器的性能特性。由于CO的危險(xiǎn)性最強(qiáng)，也是最容易產(chǎn)生的危險(xiǎn)氣體，所以詳細(xì)的介紹一氧化碳傳感器。2.4.1 氣敏傳感器的重要性1）氣敏傳感器是一種將檢測(cè)到的氣體成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。在檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中，傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)控系統(tǒng)的接口位置，是感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，對(duì)系統(tǒng)的功能起了決定性的作用。因此，只有根據(jù)系統(tǒng)要求，選擇合適的傳感器，才能得到精確可靠的信號(hào)處理和控制電路。2）氣敏傳感器的工作原理 半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用半導(dǎo)體氣敏元件同氣體接觸，造成半導(dǎo)體性質(zhì)變化來(lái)檢測(cè)特定氣體濃度的。設(shè)計(jì)中選用 N 型半導(dǎo)體氣敏傳感器 MQ-N7 對(duì)一氧化碳

35、濃度進(jìn)行檢測(cè)。平時(shí)，氣敏元件的 A、B 兩極間電阻很大，當(dāng)有氣體泄漏時(shí)，其兩極間的電阻值隨接觸的氣體濃度的不同而發(fā)生變化，氣敏傳感器的特性曲線如圖2-7所示。氣體濃度越高極間電阻值越小，而氣敏元件負(fù)載兩端的電壓則會(huì)增大。如此，氣敏元件就將氣體的濃度轉(zhuǎn)化成了電壓信號(hào)。為了加快氣敏管的反應(yīng)速度，需通過(guò)熱絲對(duì)敏感元件進(jìn)行加熱。 圖2-10 氣敏傳感器的特性曲線3）氣敏元件主要性能參數(shù) 電阻R0和Rs固有電阻R0表示氣敏元件在正?？諝鈼l件下的阻值；而工作電阻Rs代表氣敏元件在一定濃度的檢測(cè)氣體中的阻值。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，工作電阻與各種檢測(cè)氣體濃度C都具有如下關(guān)系： ( 2-1 )式中，m、n是由傳感器元件、測(cè)

36、量氣體種類等因素決定的常數(shù)，且m=1 。 靈敏度：氣敏元件的靈敏度 k 通常用氣敏元件在一定濃度的檢測(cè)氣體中的電阻與正?？諝庵械碾娮柚抵葋?lái)表示： ( 2-2 ) 響應(yīng)時(shí)間tres：把從元件接觸一定濃度的被測(cè)氣體開(kāi)始到其阻值達(dá)到該濃度下穩(wěn)定阻值的時(shí)間定義為響應(yīng)時(shí)間。 恢復(fù)時(shí)間trsc：把氣敏元件從脫離檢測(cè)氣體開(kāi)始，到其阻值恢復(fù)到正常空氣中阻值的時(shí)間定義為恢復(fù)時(shí)間4。2.4.2 MQ-7一氧化碳傳感器介紹 選擇一氧化碳傳感器主要考慮以下的性能指標(biāo)：(1)輸入和輸出之間成比例，直線性好、靈敏度高、分辨力強(qiáng)、測(cè)量范圍寬。 (2)滯后、漂移誤差小 (3)動(dòng)態(tài)特性好 (4)功耗小 (5)時(shí)間老化特性優(yōu)良

37、 (6)與被測(cè)體匹配良好，既不因接入傳感器而使得被測(cè)對(duì)象受到影響，受被測(cè)量之外的影響小。(7)體積小、重量輕、價(jià)格低廉。(8)故障率低，易于校準(zhǔn)和維護(hù)。(9)由于傳感元件的輸出信號(hào)一邊比較小，為了便于能夠驅(qū)動(dòng)控制電路，在傳感器電路中還應(yīng)該包括放大器。2鑒于以上選擇要點(diǎn)，本文中用到的傳感器必須具備良好的測(cè)量效果、功耗小、動(dòng)態(tài)特性良好和體積小、重量輕、價(jià)格低廉等幾個(gè)主要特性。為此我們選擇了MQ-7系列傳感器。半導(dǎo)體一氧化碳傳感器MQ-7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)。采用高低溫循環(huán)檢測(cè)方式低溫(1.5V加熱)檢測(cè)一氧化碳，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中一氧化碳?xì)怏w濃度增加而

38、增大，高溫(5.0V加熱)清洗低溫時(shí)吸附的雜散氣體。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)。MQ-7氣體傳感器對(duì)一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測(cè)多種含一氧化碳的氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。主要特點(diǎn)及應(yīng)用：l 對(duì)一氧化碳的高靈敏度。l 長(zhǎng)壽命，低成本。l 簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路即可l 家用氣體泄漏報(bào)警器l 工業(yè)用一氧化碳報(bào)警器l 便攜式氣體檢測(cè)器MQ-7氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖2-7所示，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)，為了改善傳感器的選擇性，傳感器氣室用活性炭過(guò)濾層與外界隔開(kāi)。加熱器為氣

39、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2-11 MQ-7 實(shí)物圖MQ-7型氣敏元件的主要性能參數(shù)見(jiàn)表2-1表2-1靈 敏 度分 辨 率響 應(yīng) 時(shí) 間（s）恢 復(fù) 時(shí) 間（s） 測(cè) 試 條 件極 間 電 壓UAB熱 絲 電 壓負(fù) 載 電 阻k3S51060010V5V 2K 圖2-12 氣敏傳感器的測(cè)量電路MQ-7型氣敏元件在應(yīng)用中大多采用單電源供電，其電路如圖，2-8。其中，Vd是熱絲加熱電壓，Vd是工作電壓，Rs是氣敏元件的電阻，R1是負(fù)載電阻，V1是傳感器的輸出電壓。2.4.3 線性化、放大輸出電路1 . 線性化及放大輸出電路

40、的作用氣敏元件MQ-7的輸出電壓與濃度呈非線性關(guān)系，而且輸出電壓信號(hào)非常小，不利于檢測(cè)。因此，要采用線性補(bǔ)償電路及放大電路對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行線性化補(bǔ)償和放大處理。2 . 線性化電路設(shè)線性化電路的輸出電壓為V2，整機(jī)靈敏度為S，則根據(jù)線性化要求，氣體濃度C與輸出電壓V2的關(guān)系為： （2-3）式（2-1）也可以轉(zhuǎn)化為下式： （2-4）設(shè) RL<< RsR , 則測(cè)量電路的輸出電壓為： （2-5）聯(lián)立式(3-3)和(3-5)可以得到線性化電路的輸出-輸入關(guān)系應(yīng)為： （2-6）上式為乘方運(yùn)算關(guān)系，也就是說(shuō)，若線性化電路具有上式的傳遞函數(shù)即可獲得濃度與電壓的線性關(guān)系。2.4.4 MQ-7一氧化碳

41、傳感器模塊MQ-7氣體傳感器的氣敏材料，是用在清潔空氣中電導(dǎo)率低的二氧化錫（SnO2）。采用高低溫循環(huán)檢測(cè)方式低溫（1.5V加熱）檢測(cè)一氧化碳，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中一氧化碳?xì)怏w濃度增加而增大，高溫（5.0 V加熱）清洗低溫時(shí)吸附的雜散氣體。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)。當(dāng)其濃度超過(guò)30ppm會(huì)開(kāi)始對(duì)人體產(chǎn)生較大的危害，故其門限值設(shè)定為30ppm。MQ-7傳感器對(duì)一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測(cè)多種含一氧化碳的氣體， 是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。 其結(jié)構(gòu)和外形如圖：2-13 MQ-7一氧化碳傳感器外形圖圖 2-14 MQ-7一氧化碳傳感器結(jié)構(gòu)下

42、圖為 MQ-7一氧化碳傳感器模塊實(shí)物圖：圖2-15 MQ-7一氧化碳傳感器模塊實(shí)物圖簡(jiǎn)要說(shuō)明：尺寸：長(zhǎng)32mm *寬22mm *高27mm主要芯片：LM393、MQ-7氣體傳感器工作電壓：直流5伏特點(diǎn)：（1）具有信號(hào)輸出指示。（2）雙路信號(hào)輸出（模擬量輸出及TTL電平輸出）（3）TTL輸出有效（信號(hào)為低電平。（當(dāng)輸出低電平時(shí)信號(hào)燈亮，可直接接單片機(jī)）（4）模擬量輸出05V電壓，濃度越高電壓越高。（5）對(duì)一氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性。（6）具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性其原理圖如下：圖2-16 MQ-7一氧化碳傳感器模塊電路圖2.4.5 MQ-2煙霧傳感器模塊MQ-2氣體傳感器所使用

43、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?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w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)。該傳感器對(duì)丙烷的靈敏度較高，當(dāng)人體吸入高于10%的丙烷的時(shí)候，便會(huì)出現(xiàn)不適感，在較高濃度的丙烷、丁烷混合氣體中毒時(shí)，有頭痛、頭暈、興奮或嗜睡、惡心、嘔吐、流涎、血壓輕度降低、脈緩、神經(jīng)反射減弱、無(wú)病理反射；嚴(yán)重者出現(xiàn)麻醉狀態(tài)、意識(shí)喪失；有的發(fā)生繼發(fā)性肺炎。故其門限值設(shè)定為10ppm。 MQ-2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

44、種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。其結(jié)構(gòu)和外形如圖：圖2-17 MQ-2煙霧傳感器外形圖圖2-18 MQ-2氣體傳感器結(jié)構(gòu)圖下圖為 MQ-2氣體傳感器實(shí)物圖。圖2-19 MQ-2氣體傳感器模塊實(shí)物圖簡(jiǎn)要說(shuō)明：尺寸：長(zhǎng)32mm *寬22mm *高27mm 長(zhǎng)X寬X高主要芯片：LM393、ZYMQ-2氣體傳感器工作電壓：直流5伏特點(diǎn)：（1）具有信號(hào)輸出指示。（2）雙路信號(hào)輸出（模擬量輸出及TTL電平輸出）（3）TTL輸出有效信號(hào)為低電平。（當(dāng)輸出低電平時(shí)信號(hào)燈亮，可直接接單片機(jī)） （4）模擬量輸出05V電壓，濃度越高電壓越高。（5）對(duì)液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度。（6）具有

45、長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性（7）快速的響應(yīng)恢復(fù)特性其原理圖如下：圖2-20 MQ-2氣體傳感器模塊電路圖2.4.6 MQ-4 天然氣傳感器介紹MQ-4氣體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?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w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)。天然氣的主要成分是甲烷，當(dāng)空氣中甲烷達(dá)25%-30%時(shí)，可引起頭痛、頭暈、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共濟(jì)失調(diào)。若不及時(shí)遠(yuǎn)離，可致窒息死亡。故其門限值設(shè)定為20ppm。MQ-4氣體傳感器對(duì)甲烷的靈敏度高，對(duì)丙烷、丁烷

46、也有較好的靈敏度。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，特別是天然氣，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。其結(jié)構(gòu)和外形如圖：圖2-21 MQ-4煙霧傳感器外形圖 圖2-22 MQ-4氣體傳感器結(jié)構(gòu)圖下圖為 MQ-4氣體傳感器實(shí)物圖。 圖2-23 MQ-4氣體傳感器模塊實(shí)物圖簡(jiǎn)要說(shuō)明一、尺寸：32mm X22mm X27mm   長(zhǎng)X寬X高二、主要芯片：LM393、ZYMQ-4氣體傳感器三、工作電壓：直流5伏四、特點(diǎn)：1、具有信號(hào)輸出指示。2、雙路信號(hào)輸出（模擬量輸出及TTL電平輸出）。3、TTL輸出有效信號(hào)為低電平。（當(dāng)輸出低電平時(shí)信號(hào)燈亮，可直接接單

47、片機(jī)）。             4、模擬量輸出05V電壓，濃度越高電壓越高。5、對(duì)甲烷，天然氣有很高的靈敏度。6、具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。7、快速的響應(yīng)恢復(fù)特性。其原理圖如下：圖2-24 MQ-4氣體傳感器模塊電路圖2.5 顯示電路本設(shè)計(jì)使用的顯示部分為L(zhǎng)CD1206液晶顯示屏，其顯示原理為：線段的顯示，點(diǎn)陣圖形式液晶由M×N個(gè)顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對(duì)應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16×8

48、=128個(gè)點(diǎn)組成，屏上64×16個(gè)顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（000H）=FFH時(shí)，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長(zhǎng)度為8個(gè)點(diǎn)；當(dāng)（3FFH）=FFH時(shí)，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H時(shí)，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。LCD1602主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:16×2個(gè)字符 芯片

49、工作電壓:4.55.5V 工作電流:2.0mA(5.0V) 模塊最佳工作電壓:5.0V 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無(wú)差別，兩者尺寸差別如下圖 圖2-25 兩種不同的1602LCD外形圖表2-2 1602LCD資料編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0

50、數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極 下圖為本設(shè)計(jì)所用液晶屏的電路原理圖： 圖2-26 1206液晶顯示屏原理圖2.6 聲音報(bào)警電路聲音報(bào)警電路原理圖如下：蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)IO引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路。故通過(guò)一個(gè)三極管來(lái)放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。當(dāng)某路或多路傳感器報(bào)警時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)。 圖 2-27 聲音報(bào)警電路原理圖2.7 整體硬件原理圖及PCB圖下圖為整體原理圖： 圖2-28 整體原理圖圖2-29 整體PCB板圖

51、2.8 本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了本設(shè)計(jì)所用到的氣體傳感器模塊，以及基于單片機(jī)的毒氣檢測(cè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，包括各個(gè)模塊的工作原理，各個(gè)模塊與單片機(jī)的鏈接。然后，將基于已有的硬件電路編寫軟件程序，完成系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。第3章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 軟件應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹 本課題將用到兩款軟件： Keil和STC-ISP，下面簡(jiǎn)單介紹這兩款軟件。Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完

52、整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(uVision)將這些部分組合在一起。下圖為，Keil 的操作界面：圖3-1 Keil軟件的操作界面STC-ISP 是一款單片機(jī)下載編程燒錄軟件，是針對(duì)STC系列單片機(jī)而設(shè)計(jì)的，可下載STC89系列、12C2052系列和12C5410等系列的STC單片機(jī)，使用簡(jiǎn)便，現(xiàn)已被廣泛使用。下圖為該程序的操作界面：圖3-2 下載軟件的操作界面3.2 軟件總體設(shè)計(jì)思想基于已有的電路，將采用C語(yǔ)言編寫程序。總體思路是首先定義相關(guān)的硬件接口，然后進(jìn)行初始化，包括AD控制端和定時(shí)器的初始化。初始化后開(kāi)始無(wú)限循環(huán)，以保證24小時(shí)全天候的檢測(cè)一氧化碳的濃度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情并報(bào)警。無(wú)限

53、循環(huán)中將依次調(diào)用AD轉(zhuǎn)換函數(shù)、比較判斷函數(shù)、聲音報(bào)警函數(shù)和顯示報(bào)警函數(shù)。其中AD轉(zhuǎn)換部分是單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)6。主程序流程圖如下：開(kāi)始AD初始化定時(shí)器初始化CO-ref=30 CH-ref=20 M-ref=10檢測(cè)相應(yīng)的氣體調(diào)用AD函數(shù)調(diào)用比較判斷函數(shù)調(diào)用聲音報(bào)警函數(shù)調(diào)用顯示報(bào)警函數(shù)顯示結(jié)果圖 3-3 主函數(shù)流程圖 3.3 比較判斷函數(shù) 比較判斷函數(shù)是將AD轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)與門限值做比較，然后將比較的結(jié)果，在顯示電路上顯示出來(lái)。開(kāi)始 是否超限 液晶屏顯示正常液晶屏顯示報(bào)警 Y N結(jié)束圖3-4 比較判斷流程圖3.4 顯示報(bào)警函數(shù) 顯示報(bào)警電路根據(jù)判斷所收數(shù)據(jù)顯示相應(yīng)的氣體濃度，并且警示濃度。流程圖如下：開(kāi)始 將氣體的濃度顯示出來(lái)并警示濃度超標(biāo)