《論文_可燃?xì)怏w警報器(定稿)》

1、摘要家庭使用液化氣、燃?xì)獾瓤扇細(xì)怏w作燃料的越來越多，但是這些氣體有害、 易爆炸，隱患事故多，如氣體泄漏時不能及時發(fā)現(xiàn)和處理，會給家庭及鄰居帶來 災(zāi)難性危害。本次設(shè)計內(nèi)容包括可燃?xì)怏w報警電路的結(jié)構(gòu)及其工作原理。此報警 屯路以氣敏半導(dǎo)體傳感器為主要組成部分，氣敏半導(dǎo)體傳感器檢測到可燃?xì)怏w時 通過電導(dǎo)率的改變來控制多諧振蕩器及正反饋振蕩器間歇工作，通過報警電路從 而達(dá)到報警的h的。隨著石汕化工行業(yè)的發(fā)展，易燃、易爆氣休的種類和使用范圍都隨之增加。 這些氣體在使用過程中一旦發(fā)生泄漏，與空氣混合后將會引發(fā)火災(zāi)。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)力作用下，可燃?xì)怏w會沿地表面迅速 擴(kuò)散，擴(kuò)大

2、危害區(qū)域。一日發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏事故，及時可靠地探測空氣中可燃 氣體的含量，及時采取有效措施進(jìn)行補救，采取正確的處置方法，減少泄漏引發(fā) 的事故，是避免造成重大財產(chǎn)和人員傷亡的必耍條件。該報警器以at89c51單片機為核心，采用高精度敏感元件mci 12,測屋乩斯 濃度值，采用ad623新型集成運算放大器、icl7109模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是一種電路設(shè) 計新穎、參數(shù)測量準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、控制能力強、操作方便的瓦斯?jié)舛?報警器。該報警黠具有以下特點：測量范圍寬、精度高、可檢測的瓦斯?jié)舛葹?. 00% 2. 00%；具有設(shè)定報警下限值和聲、光報警功能；儀器輸出為低功耗，t作電壓 穩(wěn)定等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：可燃

3、氣；單片機；報警器；濃度abstractfamily use liquefied petroleum gas, such as fuel gas of flammable gas, but the more harmful gases, explosive, hidden accidents, such as gas leak cannot find and deal with family and neighbors, catastrophic damage. this design content including flammable gas alarm circuit structur

4、e and work principle. this alarm circuit with gas sensor as the main component of semiconductor, gas sensors detect flammable gas semiconductor when the change control by conductivity more harmonic oscillator and the positive feedback oscillator, through the alarming circuit intermittent and alarm.w

5、ith the development of petrochemical industry, flammable, explosive gas type and scope of use are increased. these gases in the course of the event of a leak, and air mixture will cause a fire. as the gas diffusion inherent nature of the leak, the effect of external wind, gas experience can spread r

6、apidly along the surface, expanding hazard area. once the combustible gas leakage accident occurred, timely and reliable detection of combustible gases in air content, in time to take effective measures to remedy, to take the correct disposal methods to reduce the leakage caused by accident, is to a

7、void a major property and casualty essential.this alarm with at89c51, mq-412 sensitive components with high precision measuring gas density, use, tl062 new integrated operational amplifier, adc0809 , is a kind of circuit design is novel, the parameter measurement accuracy, simple structure, low cost

8、, strong ability to control, convenient operation of gas concentration alarm.this alarm has the following features: wide measuring range, high precision, and can detect the gas concentration for 0.00% 2.00%, has set alarm limit, light alarm functions, harmony, instrument for low-power, output voltag

9、e stability, etc.keywords: combustible gas;mcu;alarm;concentration目錄摘要iabstractii第章緒論11.1對燃?xì)獾男再|(zhì)：11.2設(shè)計目的：11.3可燃?xì)怏w報警器的工作原理：2第2章總體設(shè)計方案321系統(tǒng)框圖32.2可燃?xì)怏w探測器上要功能以及技術(shù)要求： 3第3章報警器換件設(shè)計53.1檢測電路設(shè)計53.1.1檢測電路的作用53.1.2 mq412傳感器特點53.1.3檢測故障電路元件63.2單片機及其外圍電路設(shè)計7321 at89c51 介紹7322管腳說明：8323震蕩器介紹103.3a/d轉(zhuǎn)換電路設(shè)計12331 adc08

10、09 主要特性12332內(nèi)部結(jié)構(gòu)133.3.3外部特性（引腳功能）143.3.4adc0809的工作過程153.3.5 mcs51單片機與adc0809的接口15336 a/d轉(zhuǎn)換應(yīng)川舉例193.4聲光報警器203.5蜂鳴器介紹213.6電源部分:233.7 h檢電路243.8手動按鈕控制：253.9繼電器：253.10報警器總體框圖26第4章報警器軟件設(shè)計284.1主程序設(shè)計284.2 了程序設(shè)計304.3顯示程序334.4 a/d轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理34第五章系統(tǒng)調(diào)試385.1電源調(diào)試385.2電磁閥駆動調(diào)試385.3按鈕誤動作調(diào)試385.4氣敏元件報警調(diào)試39總結(jié)40參考文獻(xiàn)41致謝42第一章

11、緒論1.1可燃?xì)獾男再|(zhì)：易燃易爆氣體為可燃?xì)?，可燃?xì)夥侄喾N，例如：一氧化碳、氧氣、油 氣、乙塊、甲烷、或乙醇等等都是可燃?xì)?。可燃?xì)鉀]有固定的限值，任何 氣體都可變成可燃?xì)?，?dāng)然都需要有氧氣的存在的情況下。甲烷是天然氣的 主要成分，約占了 87%。在標(biāo)準(zhǔn)壓力的室溫環(huán)境中，甲烷無色、無味；在一大氣 壓力的環(huán)境中，甲烷的沸點是-161 ° co空氣中的瓦斯含量只要超過5%15% 就十分易燃。甲烷並非毒氣；然而，其具有高度的易燃性，和空氣混合時也可能 造成爆炸。甲烷同峙也是一種窒息劑，在密閉空間內(nèi)可能會取代氧氣。若氧氣被 甲烷取代后含量低于19.5%時可能導(dǎo)致窒息。因此會給我們生活及生產(chǎn)屮帶

12、來麻 煩和危險，我們應(yīng)提前檢測和預(yù)防1.2設(shè)計目的：在人們的工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，隨著生活水平的提高和經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛的形 式下，可燃?xì)鈶?yīng)用的范圍越來越廣泛，然而近幾年來，關(guān)于可燃?xì)怏w爆炸，泄漏 窒息等事故屢見不鮮，在這些事故中80%是人們的疏忽沒有提前檢測到造成的。 即使有一定的危險性，但是人們在最近兒年乃至兒十年內(nèi)，對可燃?xì)獾男枨蠖紩?源源不斷的。當(dāng)然人們在工業(yè)生產(chǎn)和h常生活屮，生命和財產(chǎn)才是重屮z重，可 燃?xì)怏w報警器就是因此而設(shè)計的。顧名思義氣體報警器就是氣體泄露檢測報警儀 器。家用燃?xì)鈭缶髂軐崟r監(jiān)測可燃?xì)怏w的泄露情況，一旦發(fā)生泄露，即空氣屮 可燃?xì)怏w達(dá)到一定濃度，則報警器立即進(jìn)行聲、光報

13、警，有效防止事故的發(fā)生， 滿足人們對燃?xì)獍踩男枰１驹O(shè)計的任務(wù)就是開發(fā)一種以性能、參數(shù)穩(wěn)定的氣 體傳感器為探測器并采用89c51單片機進(jìn)行控制的可燃?xì)怏w探測報警器。當(dāng)空氣 中有可燃?xì)怏w在揮發(fā)且氣體濃度達(dá)到或超過設(shè)定值時，探測器即產(chǎn)生與空氣中被 測氣體濃度成線性關(guān)系的電壓信號，該信號經(jīng)過處理后傳至控制器并顯示氣體濃 度值，隨即發(fā)出聲、光報警信號，述可以輸入相關(guān)控制信號，啟動相應(yīng)控制裝置, 避免重大事故發(fā)生。1.3可燃?xì)怏w報警器的工作原理:報警儀選用半導(dǎo)體陶瓷式可燃?xì)怏w敏感器件及微控制器為報警器的控制核 心。半導(dǎo)體陶瓷式可燃性氣體敏感器件對以烷類氣體為主的多種可燃性氣體有良 好敏感特性的廣譜型半

14、導(dǎo)體敏感器件。該器件靈敏度適中，響應(yīng)與恢復(fù)特性好， 初期恢復(fù)特性快，長期t作穩(wěn)運性、重現(xiàn)性、抗環(huán)境氣氛影響及抗溫濕度影響等 性能均優(yōu)，系高質(zhì)量、高可靠性、價錢便宜的氣敏器件，廣泛地應(yīng)用于各種報警 裝置。傳感器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 際可燃性氣體濃度及各路狀態(tài)送顯，當(dāng)可燃?xì)怏w報警器濃度超出設(shè)定的限定值 時，發(fā)出聲光報警并鎖定時間。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

15、持續(xù)輸出-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。可燃?xì)怏w報警器主要山探測器與報警控制器構(gòu)成。探測器的主要作用是將檢測到的環(huán) 境屮的可燃?xì)怏w濃度轉(zhuǎn)換為電信號。第2章總體設(shè)計方案2.1系統(tǒng)框圖系統(tǒng)主要由單片機電路、檢測電路、報警電路和應(yīng)急處理電路組成，其結(jié)構(gòu) 如圖1所示。當(dāng)有燃?xì)庑孤r，檢測電路產(chǎn)生“氣一一電”信號送單片機，單 片機控制蜂鳴器發(fā)出預(yù)報警信號，經(jīng)延時、判斷，確認(rèn)為事故泄漏后，發(fā)岀紅光 報警，同時啟動應(yīng)急處理程序，關(guān)閉閥門，切斷氣源，并開啟排風(fēng)扇排除室內(nèi)被 污染的空氣；若檢測到氣敏元件

16、損壞，系統(tǒng)關(guān)閉閥門并點亮黃色報警燈，提示用 戶更換氣敏傳感器?？紤]到要實現(xiàn)現(xiàn)場氣體濃度顯示，超限預(yù)警及自動處理等功 能，確沱可燃?xì)怏w報警器的總體框架如圖1所示。檢測電路報警電路4. 正常工作：綠燈閃爍，蜂鳴器不報警。5. 可燃?xì)怏w濃度范i韋i報警應(yīng)滿足：在報警范圍內(nèi)，實行聲和警示燈雙重報警。在報警器移到干凈空氣區(qū)，30秒內(nèi)應(yīng)恢復(fù)正常顯示。6. 故障報警：傳感器短路，短路時應(yīng)發(fā)出與可燃?xì)怏w濃度超范圍報警有叨顯區(qū) 別的聲，光報警。7. 蘆、光設(shè)置手動自檢功能。8. 濃度超限報警時，應(yīng)能啟動輸出控制功能。第3章報警器硬件設(shè)計報警器主要芯片選用atmel公司生產(chǎn)的at89c51o at89c51是高性

17、能8位單 片機，是一個低電壓，高性能cmos 8位單片機，片內(nèi)含可反復(fù)擦寫的只讀flash 程序存儲器和128 b的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(ram),該器件采用atmel公司的高 密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位屮 央處理器和flash存儲單元，功能強大。a/d轉(zhuǎn)換器選擇了 adc0809。各部分的 特性及實現(xiàn)方法將在以下內(nèi)容詳細(xì)介紹。3.1檢測電路設(shè)計3.1.1檢測電路的作用作為一款有效的安全防護(hù)用品，可燃?xì)怏w報警器的作用不可置疑，甚至相比 滅火器更需要進(jìn)入家庭?？扇?xì)怏w報警器的使用從根木上解決了煤氣屮毒和煤氣 爆炸的隱患，成為人們家庭屮的“保護(hù)神”。據(jù)上

18、海市消防部門統(tǒng)計，2008年因 為熱水器廢氣屮毒及灶具溢熄、橡皮管老化脫落引起的燃?xì)庑桂^造成屮毒死亡的 共計86人，占全部燃?xì)庵卸舅劳鋈藬?shù)的84%；而且據(jù)消防部門數(shù)據(jù)顯示，上海 市300萬的燃?xì)庥脩糁?，安裝可燃?xì)鈭缶骱陀卸練怏w報警器的僅占不到10%, 因此家庭中安裝可燃?xì)怏w報警器和有毒氣體報警器已經(jīng)刻不容緩。如何預(yù)防，這 就要靠一些技術(shù)上的手段來實現(xiàn)了，孕育而生了可燃?xì)怏w報警器和可燃?xì)獗O(jiān)測系 統(tǒng)等技術(shù)支持。木報警器屮的可燃性氣體傳感器選擇太原電子廠的可燃?xì)怏w氣敏 元件mq412作為本設(shè)計的氣體傳感器。3.1.2 mq412傳感器特點可檢測天然氣、煤氣、液化氣、氫氣等多種可燃性氣體。加熱電壓為

19、+5v, 通電電流為150ma,由7805輸出直接提供，測量電圧選5vo該傳感器具有長期的穩(wěn)定性，對可燃性氣體由較高的靈敏度、良好的抗溫性、 良好的重復(fù)性;測量范圍寬，為10010000ppm；對可燃性氣體響應(yīng)時間10s, 從可燃性氣體區(qū)移到潔凈區(qū)域恢復(fù)時間30s；加熱電壓為5v,測量電壓范圍為 510v；在潔凈空氣屮的測量電阻大于50kq；測量可燃性氣體濃度和測量端電 阻成線性變化。傳感器的測量電路圖如圖所示，vb為加熱電壓，va為測量電壓。圖2傳感髀的測量電路圖3.1.3檢測故障電路元件氣敏元件發(fā)生短路時，氣敏元件檢測點直接連到+5v,為高電平。氣敏元件 發(fā)生斷路時，氣敏元件輸出接近0v,

20、為低電平，而正常t作及可燃?xì)怏w濃度超 過濃度設(shè)定值的氣敏元件輸出范圍為0. 34. 0.根據(jù)這一設(shè)計要求，選擇雙運放 tl062作為短路和斷路的電壓比較器。斷路比較器基準(zhǔn)電壓為0. 5v,短路比較器 基準(zhǔn)電壓為4. 9votl062 (a)作斷路比較器。2腳為基準(zhǔn)電壓輸入?；鶞?zhǔn)電壓由+5v經(jīng)電阻分 壓提供，取r20為10kq, r21為1 kq ,則斷路電壓基準(zhǔn)為5/(10+1) 05v。 3腳為斷路檢測輸入點。tl062 (b)作短路比較器。6腳為基準(zhǔn)電壓輸入。基準(zhǔn)電壓曲5v經(jīng)電阻分圧捉供取r231 k qr2d * 47 kq則愆昭由圧基準(zhǔn)詢(5/ (47+1 衲7接故障檢測4圖3故障檢測

21、電路3.2單片機及其外圍電路設(shè)計由集成運放7650輸出的電壓值就是要智能化處理的信號，將此值送入控制 部分?？刂撇糠值闹饕锛莂t89c51,所有的智能化處理都是基于at89c51的 控制，此處選用at89c51,下而進(jìn)行詳細(xì)的說明。3.2.1 at89c51 介紹at89c2051是一種帶2k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片 機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用atmel高密度非易失存 儲器制造技術(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和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是-種高效微 控制器，at89c

22、2051是它的一種精簡版本。at89c單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價廉的方案。同時at89c51的時鐘頻率可以為零，即具備 可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醜方式有ram、定時/計數(shù)器、串行口 和外屮斷口，系統(tǒng)喚醒后即進(jìn)入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式屮，片內(nèi)ram將被凍結(jié), 時鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被碩件復(fù)位方可繼續(xù)運。1. at89c51的存儲器：一般微型計算機只有一個存儲空間，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，訪 問時用統(tǒng)一指令，這種結(jié)構(gòu)稱為普林斯頓型結(jié)構(gòu)。at89c51單片機的存儲器的結(jié) 構(gòu)特點是，將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，二者有各自的存儲空間和訪問指

23、令, 這種結(jié)構(gòu)稱為哈佛型結(jié)構(gòu)。at89c51單片機內(nèi)集成有一定容量的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，并具有較大 的外部存儲器擴(kuò)展能力。程序存儲器（rom）是指：在寫入信息后不易改寫的存 儲器，斷電后，期屮的信息保留不變；用來存放固定的程序或數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)監(jiān)控 程序、常數(shù)表格等。數(shù)據(jù)存儲器（ram）是指：cpu在運行時能隨時進(jìn)行數(shù)據(jù)的 寫入和讀出，但在關(guān)閉電源時，其所存儲的信息將丟失；它用來存放暫時性的輸 入輸出數(shù)據(jù)、運放的中間結(jié)果或用做堆棧。2. at89c51指令系統(tǒng)：共有指令111條，分為如下5大類：數(shù)據(jù)傳送類指令（29）0算術(shù)運算類指令（24）。邏輯運算及移位類指令（24）?？刂妻D(zhuǎn)移類指令（17）

24、。位操作類指令（17）。322管腳說明:vcc：供電電壓。gnd：接地。p0 口： p0 口為一個8位漏級開路雙向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，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲 器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入 口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1 口： p1 口是一個內(nèi)部捉供上拉電阻的8位雙向i/o 口，p1 口緩沖器能接 收輸岀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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在f

25、lash3a i 23 1編程和校驗時，pl 口作為第八位怖+|僦旳ea/vpp10p11p12p13p14p15p16p1731p2 口: p2 口為一個內(nèi)喝上輸出4個ttl n電流，當(dāng)p2j1： 為輸入。并因此作為輸入時2p7 內(nèi)部上拉的緣故。p2 口當(dāng)用香夕存取時，p2 口輸出地址的幫m當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲機龍p2 口在flash編程和校驗h、積p3 : p3 口管腳是8個門電流。當(dāng)p3 口寫入后，18 入，曲于外部下拉為低電平，p：209 ivccpooto1p02po3po4po5p06p07p2op21p22p23p24p25p26p27ale/prxd txd into in

26、ti tot1xtal1 psen圖所示wrxtal2rdgndreset4039噂口， p2 口緩沖器可接收,會割內(nèi)部上拉電阻拉高，且作 弔甬氐，將輸出電流。這是由于321&m立地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行221230比它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，24輸裁其特殊功能寄存器的內(nèi)容。矯摩制信號。.12/0 口 ,可接收輸出4個ttl忖底電平，并用作輸入。作為輸iu7）這是由于上拉的緣故。如圖4 at89c51引腳圖p3 口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示:p3. 0 rxd （串行輸入口）p3. 1 txd （串行輸出口）p3. 2 /into （外部中斷0）p3. 3 /1nt1

27、（外部中斷1）p3.4 to （記時器0外部輸入）p3. 5 t1 （記時器1外部輸入）p3.6 /wr （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3. 7 /rd （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）p3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電 平時間。ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的 地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不 變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外 部輸出的脈沖或用于定時h的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時

28、， 將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時，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：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機 器周期兩次psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的psen信號將不出現(xiàn)。輸入。xtal2ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh）, 不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng) ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在fla

29、sh編程期間，此引腳也用于xt al 向放大器可以配置為 如采用外部時鐘源驅(qū) gnd 輸入至內(nèi)部時鐘信號 p寬無任何要求，但必1.內(nèi)部方式圖5片內(nèi)振蕩器信號gnd2.外部方式圖6片外振蕩器74ls373是八d鎖存器（3s,鎖存允許輸入有凹環(huán)特性），常應(yīng)用在地址鎖存 及輸出口的擴(kuò)展中。簡耍說明：sn74ls373, sn74ls374常用的8d鎖存器，常用作地址鎖存和i/ 。輸出.可以用74hc373代換.74ls373是低功耗肖特基ttl8d鎖存器，74h373 是高速cmos器件，功能與74ls373相同，兩者可以互換。74ls373內(nèi)有8個相 同的d型（三態(tài)同相）鎖存器,由兩個控制端（11

30、腳g或en； 1腳out、cont、oe） 控制。當(dāng)0e接地時,若g為高電平，74ls373接收由ppu輸出的地址信號;如 果g為低電平，則將地址信號鎖存。工作原理：74ls373的輸出端0007可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端0e 為低電平時，00、07為止常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負(fù)載或總線。當(dāng)0e為高電平 時，0007呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯 操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端le為高電平時，0隨數(shù)據(jù)d而變。當(dāng)le為低電平時，0被鎖存在 已建立的數(shù)據(jù)電平。3.3a/d轉(zhuǎn)換電路設(shè)計a/d轉(zhuǎn)換器（adc）的作用就是把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便于計算機進(jìn)行 處理。隨著超

31、人規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，a/d轉(zhuǎn)換器的新設(shè)計思想和制造 技術(shù)層出不窮。為了滿足各種不同的檢測及控制任務(wù)的需耍，大量結(jié)構(gòu)不同、性 能各異的a/d轉(zhuǎn)換器芯片應(yīng)運而生。本設(shè)計采用adc0809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，只選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。3.3.1 ad(2in£inxinoadda addb addc ale d7 d6 d5 d4 do '/ ef(->圖8 adc0809引腳圖adc0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖所示。下面

32、說明各引腳功能。in?ino模擬量輸入通道ale地址鎖存允許信號。對應(yīng)ale上跳沿，a、b、c地址狀態(tài) 送入地址鎖存器中。start轉(zhuǎn)換啟動信號。start ±升沿時，復(fù)位adc0809； start k降 沿時啟動芯片，開始進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換；在a/d轉(zhuǎn)換期間，start應(yīng)保持低電平。 木信號有時簡寫為st.a、b、c地址線。通道端口選擇線，a為低地址，c為高地址，引腳圖 中為adda, addb和addc。其地址狀態(tài)與通道對應(yīng)關(guān)系見表9-1。clk時鐘信號。adc0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提 供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500khz的時鐘信號。eoc轉(zhuǎn)換

33、結(jié)束信號。eooo,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；eoc=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用屮該 狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請求信號使用。山d。數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接 相連。d。為最低位,d?為最高0e輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù) 據(jù)。0e二0,輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；0e二1,輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。vcc+5v電源。vref參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進(jìn)行比較，作為逐次逼近 的基準(zhǔn)。其典型值為+5v(vrefw=+5v, vref->=-5v).3.3.4adc0809的工作過程首先輸入3位地址，并使ale",將地址存入地址

34、鎖存器中。此地址經(jīng) 譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器.start上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。 下降沿啟動a/d轉(zhuǎn)換，z后e0c輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到 a/d轉(zhuǎn)換完成，e0c變?yōu)楦唠娖?，指示a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖 存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng)0e輸入高電平時，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。3.3.5 mcs-51 單片機與 adc0809 的接口adc0809與mcs-51單片機的連接如圖9所示。電路連接主要涉及兩個問題。一是8路模擬信號通道的選擇，二是a/d轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。xtal1xtal2p1.6wr地址儲存如圖a2 即(po.

35、0、po. 1' 的地址為ofef； 電路連接如圖1ale位地址a。、ai、!'j 8路模擬通道言號，這一部分a/d啟動start 寄存器清“0”圖11信號的時間配合從圖屮可以看到，把ale信號與start信號接在一起了，這樣連接使得 在信號的前沿寫入(鎖存)通道地址，緊接著在其后沿就啟動轉(zhuǎn)換。圖9.19是 有關(guān)信號的時間配合示意圖。啟動a/d轉(zhuǎn)換只需要一條movx指令。在此之前，要將匕。清零并將最低 三位與所選擇的通道好像對應(yīng)的口地址送入數(shù)據(jù)指針dptr中。例如要選擇1汕 通道時，可采用如下兩條指令，即可啟動a/d轉(zhuǎn)換：mov dptr , #feooh ；送入 0809 的

36、 口地址movx dptr , a ；啟動 a/d 轉(zhuǎn)換(in0) 注意：此處的a與a/d轉(zhuǎn)換無關(guān)，可為任意值。2.轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送a/d轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān) 鍵問題是如何確認(rèn)a/d轉(zhuǎn)換的完成，因為只有確認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此 可采用下述三種方式。(1) 定時傳送方式對于一種a/d轉(zhuǎn)換其來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標(biāo)是已知的和固 定的。例如adc0809轉(zhuǎn)換時間為128u s,相當(dāng)于6mhz的mcs-51單片機共64個 機器周期?？蓳?jù)此設(shè)計一個延時子程序，a/d轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用此子程序，延遲 時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。(2) 查

37、詢方式a/d轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如adc0809的eoc端。 因此可以用查詢方式，測試eoc的狀態(tài)，即可卻只轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù) 據(jù)傳送。(3) 屮斷方式把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(eoc)作為中斷請求信號，以中斷方式進(jìn) 行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述那種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳 送。首先送出口地址并以融信號有效時，0e信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù) 總線，供單片機接受。不管使用上述那種方式，只要一旦確認(rèn)轉(zhuǎn)換結(jié)束，便可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳 送。所用的指令為movx讀指令，仍以圖9-17所示為例，則有mov dptr , #feoo1imovx a , dp

38、tr該指令在送岀有效口地址的同時，發(fā)出更有效信號，使0809的輸出允許 信號oe有效，從而打開三態(tài)門輸出，是轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送入a累 加器中。這里需要說明的示，adc0809的三個地址端a、b、c即可如前所述與 地址線相連，也可與數(shù)據(jù)線相連，例如與dod2相連。這是啟動a/d轉(zhuǎn)換的指 令與上述類似，只不過a的內(nèi)容不能為任意數(shù)，而必須和所選輸入通道號in() in?相一致。例如當(dāng)a、b、c分別與do、di、d?相連時，啟動in?的a/d轉(zhuǎn)換 指令如下：mov dptr, sfeooh ；送入 0809 的 口地址mov a , #07h ； d2d1d0二111 選擇 in7 通道m(xù)ov

39、x dptr, a ；啟動 a/d 轉(zhuǎn)換3.3.6 a/d轉(zhuǎn)換應(yīng)用舉例設(shè)有一個8路模擬量輸入的巡回監(jiān)測系統(tǒng)，采樣數(shù)據(jù)依次存放在外部ram 0 aoh0a7h單元中，按圖9. 10所示的接口電路，adc0809的8個通道地址為0fef 8h0feffh.其數(shù)據(jù)采樣的初始化程序和小斷服務(wù)程序(假定只采樣一次)如門(1)初始化程序:loop:mov ro, #0a0h;數(shù)據(jù)存儲區(qū)首地址mov r2, #08h:8路計數(shù)器setb it);邊沿觸發(fā)方式setb ea；中斷允許setb ex|；允許外部中斷1中斷mov dptr, #0fef8h:d/a轉(zhuǎn)換器地址movx dptr, a；啟動a/d轉(zhuǎn)換

40、here:cjne r2,#0, here;等待中斷clr ex 1;8通道采樣結(jié)束，禁ii：外部中斷1sjmp $:落入陷阱(2)中斷服務(wù)程序:adint:movx a,dptr；數(shù)據(jù)采樣movx r0, a；保存數(shù)據(jù)inc dptr；指向下一模擬通道inc ro；指向數(shù)據(jù)存儲區(qū)下一單元dec r2；通道數(shù)一1movx dptr, a;啟動f次轉(zhuǎn)換reti34聲光報警器:單片機at89c2051的p1 口、p3 口低電平時的吸收電流可達(dá)20ma,不需要外 接驅(qū)動電路，可直接驅(qū)動發(fā)光二極管，所以選用led雙色(紅、綠)共陽極發(fā)光 二極管bt311057,經(jīng)限流電阻直接連到單片機引腳；led (

41、light emitting diode),發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為 光。led的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是 負(fù)極，另一端連接電源的止極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體 晶片由兩部分組成，一部分是p型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另(a)共陰極0oooo0oo a b c d ef bodp(b)共陽極圖12 led顯示器5v的時候, ? 1勺時候， 三的形式 i是由形空常用的,e, f,13的是共 甘，發(fā)光3.5蜂鳴器介纟蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電 磁式蜂鳴器兩種類型。電磁式蜂鳴器由

42、振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外 殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈 產(chǎn)生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。pe510kc8550lsie配器及共鳴箱、外殼 原后（1.515v直流工 h阻抗匹配器推動壓-speaker圖13蜂鳴器電路圖蜂鳴器用來作為報警指示，選用直流型fm12-5v型號。蜂鳴器工作電壓為+5v,工作電流在20iiia以上。單片機的販動電流不夠，不能育接驅(qū)動，必須外接功率驅(qū)動。i 的電阻取2k 聲光報外pl1來完成£ 而控制工作勺 此時三極管 表不斷路；i仏c 綠 dj乙夕黃 d/乙夕紅 r w. _

43、r vt2 _kvit蜂鳴器與基極相連$:態(tài)的控制由i的通斷，從二將pl. 3置,亮蜂鳴器響a 丫丿pll|p1 2 ',p1. 3ri & r3圖13聲光報警電路由于對發(fā)光顏色有不同要求，所以選擇led雙色共陽極發(fā)光二極管作為光 源。綠色指示燈點亮，表明智能可燃?xì)怏w探測控制器正常工作。當(dāng)檢測到可燃?xì)怏w濃度大于濃度設(shè)定值時，單片機對應(yīng)引腳輸出低電平，綠 燈滅，報警。當(dāng)氣敏元件發(fā)生短路或斷路故障時，單片機對應(yīng)引腳全部輸出低電平，黃燈 或紅燈常亮，發(fā)出有明顯區(qū)別的聲光報警。如下圖：聲、光工作狀態(tài)表類型指示燈繼電器蜂鳴器正常工作綠燈亮不動作不報警短路故障黃燈常亮不動作報警濃度超限綠燈

44、滅動作報警斷路故障紅燈常亮不動作報警圖14聲光工作狀態(tài)圖表3.6電源部分：本設(shè)計是在傳統(tǒng)的可燃?xì)怏w報警器基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)革新的，因此采用 原有的開關(guān)電源。-1- ' n 、丨 m r r xi f 宀" / zr 十l、 亠 、* 八 j i< i z-dl 一 /“ i 4-1 亠 、* f.l v l z a nrr jullm7805o-svinouto.lpfgnd0. sspfo gnd圖15 lm7805電路圖3.7自檢電路:自檢電路通過按鈕觸點的閉合和松開來實現(xiàn)的，按鈕選用不互鎖的ka8型 號。按鈕常開觸點一端接電源+5v,另一端連到單片機輸入端并通過電阻接

45、地。 電阻值取100 q,電阻兩端并聯(lián)電容以保證開關(guān)信號輸入的穩(wěn)定。因此按鈕按下時接+5v,松開時接低電平。單片機通過對應(yīng)端的電平變化可檢測自檢電路的按 鍵變化，通過程序?qū)崿F(xiàn)口檢功能。3.8手動按鈕控制:在可燃?xì)怏w濃度測量正常范i韋i內(nèi)，按一下，自檢可燃?xì)怏w濃度超范i韋i故障, 發(fā)出聲、光報警，關(guān)閉起源閥門。再按一下，自檢恢復(fù)正常綠燈閃爍。長時間按 住3秒鐘，自檢發(fā)光二極管和蜂鳴器處于工作狀態(tài)，不關(guān)閉起源閥門，正常顯示, 綠燈閃爍，計時5秒，可燃?xì)怏w濃度超范圍發(fā)出聲光報警，計時5秒，氣敏元件 短路和斷路故障發(fā)出聲、光報警，計時5秒。39繼電器:繼電器是感性元件，驅(qū)動電流較人，單片機不能直接驅(qū)動

46、，必須經(jīng)過電路的 轉(zhuǎn)換。繼電器選用srs-05dc-sl型號，用直流+5v供電。三極管選用常用的pnp 型9012、npn型9013作為繼電器的功率開關(guān)。繼電器的常開觸電一端接7805 穩(wěn)壓電源的輸入端+8v,另一端接電磁閥。單片機對應(yīng)引腳輸出低電平，三極管v3、v4導(dǎo)通，繼電器常開觸點吸合， 供給外界電磁閥直流+8v電壓。接著，電磁閥動作，電磁閥常開觸點閉合，關(guān)閉 氣源。二極管d6選用1n4007型號，在電路屮起續(xù)流作用，保護(hù)三極管不被繼電 器反電勢擊穿。由磁湖早咸粧政劊由拓飴十 由磁爾；牛lh rvirttrtq開縣 蘋出古圖16繼電器控制電路圖17可燃?xì)怏w報警器總電路圖報警器軟件設(shè)計該報

47、警器的單片機匯編程序釆用偉福公司生產(chǎn)的偉福g6仿真器完成開發(fā)設(shè) 計，全部采用匯編語言編寫，根據(jù)設(shè)計功能要求，采用模塊化結(jié)構(gòu)程序設(shè)計方法 將軟件劃分成若干個功能相對獨立的模塊，為每一個模塊設(shè)計算法和程序流程, 然后由流程圖編制程序，并將各個模塊程序調(diào)試成功后，再連接在一起進(jìn)行總調(diào) 試。軟件設(shè)計要求(1) 氣敏元件開始工作時，在沒有遇到可燃性氣體時，其電阻值也會増加， 經(jīng)過5min左右，其電阻值下降到一個穩(wěn)定值，這時才可以使用，所以，程序有 一個預(yù)熱過程，預(yù)熱時間為5min。(2) 按鈕檢測中采用軟件延時方法執(zhí)行按鍵的去抖動。(3) 電磁閥的驅(qū)動電壓取之于開關(guān)變壓器二次側(cè)整流的輸出。采用脈沖驅(qū)動

48、方式，脈沖時間為20ms o(4) 正常工作綠燈閃爍時間定義如下：秒循環(huán)顯示。1秒鐘內(nèi)，綠燈點亮600ms, 熄滅400mso(5) 可燃?xì)怏w濃度超限：紅燈常亮，秒循環(huán)顯示。1秒鐘內(nèi)，蜂鳴器報警750ms, 不報警250mso(6) 故障報警：黃燈常亮，200ms循環(huán)。200ms內(nèi)蜂鳴器報警100ms,不報警 loomso4j主程序設(shè)計報警器上電后，開始初始化，對單片機內(nèi)部寄存器初始化，屮斷初始化，定 時器初始化，串口初始化。完成初始化后，單片機進(jìn)入主程序，如有屮斷，則轉(zhuǎn) 去執(zhí)行中斷程序。主程序：org 0000hajmp mainorg oo23hajmpserverorg 4000hmai

49、n:mov40h,#07hmov41h,#obhmov 42h,#0dhmov 43h,#0ehmov 44h,#4ehmov 45h,#27hmov 46h,#47hmov 47h,#87hmov48h,#2bhmov 49h,#4bhmov 4ah,#8bhmov 4bh,#2dhmov 4ch,#4dhmov 4dh,#8dhmov 4eh,#2ehmov 4fh,#8ehmov 60h,#00hmaino:mov sp,#68hmov ro,#61hmlo:mova,#oohmov r0,aina rocjne r0,#65h,ml0ml1:mov r0,#64hmov r3,#00h

50、acalladcacallbcdtacall displayajmp ml2主程序流程圖如圖18所示。單片機各接口的工作方式、寄存器進(jìn)行初始化。 啟動電源開關(guān)，傳感器的電壓反饋信號和單片機的調(diào)整和控制以及開關(guān)屯源電路 組成閉環(huán)反饋冋路。程序的另一分支再執(zhí)行報警器上電延時，以避開傳感器的上電脈沖帶來的誤 報警。氣體傳感器信號處理主要采収數(shù)字平滑濾波，以去除不合格的數(shù)值或干擾, 將氣體傳感器的信號處理后以電壓輸出和轉(zhuǎn)換為氣體濃度輸出。報警器組成網(wǎng)絡(luò) 報警系統(tǒng)，可以擴(kuò)充氣體泄漏報警器的使用范圍和領(lǐng)域。如果環(huán)境屮存在氣體泄 漏達(dá)到報警濃度時，氣體傳感器的輸岀將會超過報警門限設(shè)定值，單片機執(zhí)行報 警程序

51、，有醒h標(biāo)志顯示，并有報警聲響發(fā)出。圖18軟件設(shè)計流程圖4.2子程序設(shè)計(1) 整個程序延時地方較多，因此設(shè)立10ms、200ms延時子程序，程序如下:delay 10ms:mov r7,#10;延時 10msdelay 10_1:mov r6,#200delay 10_2:nopnopnopdjnz r6,delay 10_2djnz r7,delay10_lretdelay200ms： mov r7,#200 :延時 200msdelay4_1： mov r6,#200delay4_2:nopnopnopdjnz r6, delay4_2djnz r7, delay4_1ret(2) 程序

52、選用了一個to定時中斷，中斷一次定時時間為5mso設(shè)計中斷是為 了保證計時的精確，定時中斷中對計時的誤差進(jìn)行了修正，修正程序如2clr tromov a,tl0圖20斷路和短路流程圖4.3顯示程序led數(shù)碼管顯示分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。本文使用的數(shù)碼管是集成的3位數(shù)碼管，只能采用動態(tài)顯示。當(dāng)掃描到“0”，就能判斷哪個鍵按下，然后執(zhí)行相 應(yīng)的程序。本程序段使用顯示緩沖區(qū)為內(nèi)部ram中的64h、63h、62h、61h。流程圖如圖21所不。display： mov dptr, ttnumtabshow：setb cmovr7,#ofehmovro,#64hmovr4,#04hmova,r0movc

53、a,a+dptrmov pl, adelay:delay1:nl'mtab:movmovmovdjdemorlmo叮re1)bdbdbdb圖21顯示程序流程圖4.4 a/d轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理adc:mov pl, #0ffhsetb p30setb p34jb p30, errorwait:jnb p34, waitclr p31mov 6oh,p1setb p31clr p32mov 61h,p1setb p32mov a, 61hand a, #ofhmov 6111, aend由a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的8位二進(jìn)制反應(yīng)的是adc0809的輸入電壓的對應(yīng)關(guān)系， 而要顯示可燃?xì)鉂舛龋鸵鶕?jù)它們

54、z間的對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換為反映可燃?xì)鉂舛鹊?bci）碼。當(dāng)可燃?xì)鉂舛茸兓?%時，測試電路輸出16mv電壓，再經(jīng)過tl062放大, mq412傳感器對可燃?xì)鈿怏w檢測的最大濃度為2,因此，調(diào)節(jié)tl062的放人倍數(shù), 使可燃?xì)鉂舛葹?時經(jīng)tl062放大后輸出為+5v的直流電壓。mq412傳感器對于 可燃?xì)獾臋z測呈線性變化，因此，adc0809輸出的數(shù)字信號與可燃?xì)鉂舛却嬖诰€ 性關(guān)系。a/d轉(zhuǎn)換流程圖為如下圖：等待轉(zhuǎn)換結(jié)圖22 a/d轉(zhuǎn)換流程圖為了實時地顯示可燃?xì)鉂舛?，采用中斷的形式對adc0809轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行采 集。過程如下：程序初始化時，首先微處理器執(zhí)行一條傳送指令，在該指令的執(zhí) 行過程中，微處理器在

55、控制總線的同時產(chǎn)生cs1、wr1低電平信號，啟動a/d轉(zhuǎn) 換器,adc0809將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存于輸岀存儲器屮，并在1ntr 屮斷產(chǎn)生低電平表示轉(zhuǎn)換結(jié)朿，通知微處理器取數(shù)。當(dāng)jlntr為低電平時微處理 器立即產(chǎn)生中斷，然后執(zhí)行輸入指令，以產(chǎn)生cs、ri)2低電平信號到達(dá)adc0809 相應(yīng)引腳，將數(shù)據(jù)取出并存入存儲器中。整個數(shù)據(jù)采集過程由微處理器有序地執(zhí) 行若干指令完成。數(shù)據(jù)處理：16位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制bcd碼bcdt：mov r5, #16mov r6, 60hmov r7, 61hclr amov r2, amov r3, aloop：mov r4, aclr cmov a, r7rlc amov r7, amov a, r6rlc amov r6, amov a