一氧化碳報(bào)警器畢業(yè)設(shè)計(jì)

成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文一氧化碳報(bào)警器設(shè)計(jì)作者姓名：***專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：自動(dòng)化指導(dǎo)教師：***講師一氧化碳報(bào)警器設(shè)計(jì)--PAGEII-摘要隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人類(lèi)的生活水平有著日新月異的變化，“以人為本、舒適、便利、智能化”已成為家居系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)理念，家居智能化控制系統(tǒng)力求創(chuàng)造安全、舒適的生活環(huán)境的設(shè)計(jì)理念，成為當(dāng)今眾多開(kāi)發(fā)商高度關(guān)注的賣(mài)點(diǎn)之一。為此本設(shè)計(jì)研制了智能家居控制系統(tǒng)中的報(bào)警系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和實(shí)際考察進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)和方案論證，并且設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件電路和軟件系統(tǒng)，研制了一氧化碳報(bào)警器。該系統(tǒng)利用本文采用MQ-2型氣敏傳感器和STC12C5A60S2單片機(jī)為核心技術(shù)設(shè)計(jì)的一氧化碳報(bào)警器，運(yùn)用單片機(jī)內(nèi)部的十位模數(shù)轉(zhuǎn)換器把傳感器采集到的氣體的濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了氣體或煙霧報(bào)警、報(bào)警限設(shè)置等功能，對(duì)有毒氣體或煙霧檢測(cè)報(bào)警的實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了的有意義的探索與研究，在有害氣體監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)方面有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞 ：STC12C5A60S2氣敏傳感器繼電器AbstractWiththedevelopmentrapidlyofcomputertechnologyandcommunicabletechnology,humanstandardoflivingchangelargely.Andtheideaofbasedonhuman,coziness,convenienceandintelligentizeisalreadybecomeimportantdesignideas,meanwhile,thedesignideaofaimingatestablishsafeandcomfortablelivingenvironmentisalsobecomingthesellingmeritthatlotsoflandagentshavemoreattention.Inthispaper,warningsystemofintelligenthousecontrolsystem.Designschemeanddemonstratedschemearecarriedoutbasedonthedesigntaskandobservationinreality,hardwareandsoftwaresystemisalldesigned,andCOALARMisproduced.ThesystemusestheMQ-2typegassensorandSTC12C5A60S2SCMasthecoretechnologyofcarbonmonoxidealarmdesign,usingtenbitanalogtodigitalconverterchipinternalgasconcentrationsignalcollectedbythesensorisconvertedintodigitalsignal,realizegasorsmokealarm,thealarmlimitsettingfunction,explorationandResearchontherealizationtechnologyofalarmtoxicgasorsmokedetectionismeaningful,theharmfulgasmonitoringsystemhasacertainreferencevalue.Keywords:STC12C5A60S2,gassensor,relay--PAGEIV-目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 IAbstract II目錄 III前言 11緒論 21.1課題背景 21.2一氧化碳報(bào)警器的概述 31.3課題研究的目的及意義 41.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要任務(wù) 42方案設(shè)計(jì) 52.1設(shè)計(jì)原理 52.2設(shè)計(jì)思路 52.3氣體傳感器的選定 62.4裝置效果圖 73硬件電路設(shè)計(jì) 83.1芯片介紹及相關(guān)電路模塊設(shè)計(jì) 83.1.1STC12C5A60S2系列單片機(jī)簡(jiǎn)介 83.1.2MQ-2氣敏傳感器介紹 113.1.3顯示電路的設(shè)計(jì) 133.1.4蜂鳴器概述 153.1.6按鍵設(shè)計(jì) 173.2系統(tǒng)功能擴(kuò)展 173.3設(shè)計(jì)的硬件電路 174軟件部分 194.1主程序設(shè)計(jì) 194.1.1主程序設(shè)計(jì)流程圖 194.2A/D轉(zhuǎn)換模塊的編程 204.3按鍵設(shè)計(jì)編程 215系統(tǒng)制作及調(diào)試 225.1系統(tǒng)PCB板的制作 225.2硬件調(diào)試 235.2.1檢測(cè)元器件 235.2.2檢測(cè)各個(gè)引腳信號(hào) 235.3軟件調(diào)試 23總結(jié) 24致謝 25參考文獻(xiàn) 26附件系統(tǒng)程序 27--前言隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的提高，現(xiàn)代化、智能化的多功能建筑越來(lái)越多，家居安全事故的發(fā)生也就越來(lái)越多。所以，人們對(duì)安全防范要求也更高。針對(duì)智能家居的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)對(duì)家居里的可燃?xì)怏w濃度的檢測(cè)和報(bào)警，而實(shí)現(xiàn)氣體濃度檢測(cè)離不開(kāi)高性能的氣體傳感器。從廣義上講，傳感器就是能感受外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的裝置。狹義上講，傳感器就是能將外界信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。隨著新技術(shù)和自動(dòng)化的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來(lái)越大，一切現(xiàn)代化儀器、設(shè)備幾乎都離不開(kāi)傳感器。在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，用各種傳感器來(lái)檢測(cè)和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，如溫度、壓力、流量、PH值等，以便使設(shè)備工作在最佳狀態(tài)，產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。此次設(shè)計(jì)中所利用到的氣體傳感器就是要測(cè)量一氧化碳?xì)怏w濃度的動(dòng)態(tài)信號(hào)，并且利用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片將濃度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)與事故處理功能，實(shí)現(xiàn)智能控制。本文的一氧化碳報(bào)警器就是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種典型應(yīng)用，要求能夠檢測(cè)一氧化碳?xì)怏w濃度，并且在氣體濃度超過(guò)給定值時(shí)能采取相關(guān)措施。由于一氧化碳中毒是家庭小區(qū)以及礦工企業(yè)常見(jiàn)事故，給人們生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了極大的危害。為了能減少事故的發(fā)生，提醒人們注意，迫切需要一氧化碳報(bào)警設(shè)備。1緒論1.1課題背景21世紀(jì)是信息時(shí)代，各種電信新技術(shù)推動(dòng)了人類(lèi)文明的進(jìn)步。正是因?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使了家庭實(shí)現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習(xí)慣，提高了人們生活質(zhì)量，家居智能化也正是在這種形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生的。智能家居控制系統(tǒng)的主要功能包括通信、設(shè)備自動(dòng)控制、安全防范三個(gè)方面。所以，安全使用智能家居產(chǎn)品已成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來(lái)，全國(guó)燃?xì)庑袠I(yè)發(fā)展迅猛，液化氣、天然氣、煤制氣等城市燃?xì)庾鳛榍鍧嵞茉匆言诠ど虡I(yè)和城鎮(zhèn)居民用戶(hù)中得到廣泛應(yīng)用，城市燃?xì)獾钠占芭c應(yīng)用無(wú)疑對(duì)改善城市的環(huán)境質(zhì)量和提高居民的生活質(zhì)量發(fā)揮了巨大的作用。但是隨著燃?xì)獾膹V泛應(yīng)用，由于燃?xì)庑孤┧l(fā)的爆炸、中毒和火災(zāi)事故也時(shí)有發(fā)生，這在某種程度上增加了城市的不安全和不穩(wěn)定因素。為了使燃?xì)飧玫卦旄Ｓ诿?，造福于社?huì)，減少并杜絕各種因燃?xì)庑孤┒l(fā)的爆炸及火災(zāi)事故，各燃?xì)馐褂脝挝患熬用裼脩?hù)選擇一種適合的燃?xì)鈭?bào)警器實(shí)為必要之舉?！皥?bào)警早，損失少”，進(jìn)一步說(shuō)明了及時(shí)報(bào)警的重要性，在家庭里面也是如此，一旦發(fā)生火災(zāi)，提早報(bào)警，可以及時(shí)將火撲滅，以免小火釀成大災(zāi)。目前常用的有感煙、感溫和可燃?xì)怏w火災(zāi)報(bào)警器。像家庭中在使用煤氣、液化石油氣和天然氣等燃料時(shí)，安裝一個(gè)可燃?xì)怏w報(bào)警器，當(dāng)出現(xiàn)漏氣或著火時(shí)，報(bào)警器能夠立即鳴笛報(bào)警，告之主人及時(shí)采取措施。日本早在1980年1月開(kāi)始實(shí)行安裝城市煤氣、液化石油氣報(bào)警器的法規(guī)，1986年5月日本通產(chǎn)省又實(shí)施了安全器具普及促進(jìn)基本方針。美國(guó)目前已有7個(gè)州11個(gè)城市通過(guò)立法，規(guī)定家庭、公寓等都要安裝一氧化碳報(bào)警器。隨著城市燃?xì)饣臄U(kuò)大，我國(guó)已有北京市、遼寧省、黑龍江省、山西省、哈爾濱市、青島市、大連等省市相繼發(fā)布燃?xì)獍踩芾砦募龅秸⒎ê桶傩兆陨硖岣甙踩Ｗo(hù)意識(shí)有機(jī)結(jié)合。一氧化碳（CO）為無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭、無(wú)刺激氣體，比重0.967，幾乎不溶于水，不易被活性炭吸附。當(dāng)碳物質(zhì)燃燒不完全時(shí)，可產(chǎn)生CO，如人體短時(shí)間內(nèi)吸入較高濃度的CO，或濃度雖低，但吸時(shí)間較長(zhǎng)，均可造成急性中毒。CO主要來(lái)自取暖燃料的燃燒，CO對(duì)人體的損害主要表現(xiàn)在損害血液輸送氧氣的能力，CO與血紅蛋白結(jié)合能力超過(guò)氧和血紅蛋白的結(jié)合能力的200--300倍，當(dāng)CO與血紅蛋白結(jié)合形成的碳氧血紅蛋白含量達(dá)到5%時(shí)，就會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生慢性損害，達(dá)到60%時(shí)就會(huì)昏迷，達(dá)到90%就會(huì)死亡。由于發(fā)生一氧化碳中毒事件的普遍性和隱蔽性，迫切需要一種能夠很好的監(jiān)控室內(nèi)一氧化碳濃度的儀器，并且在一氧化碳濃度過(guò)高時(shí)能夠采取相關(guān)措施防止火災(zāi)的發(fā)生，保護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。本文正是通過(guò)分析目前燃?xì)鈭?bào)警器的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)制作一氧化碳報(bào)警器，保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。1.2一氧化碳報(bào)警器的概述燃?xì)鈭?bào)警器的核心是氣體傳感器，俗稱(chēng)“電子鼻”。當(dāng)氣體傳感器遇到燃?xì)鈺r(shí)，傳感器電阻隨燃?xì)鉂舛榷兓?，隨之產(chǎn)生電信號(hào)，供燃?xì)鈭?bào)警器后級(jí)線(xiàn)路處理。經(jīng)過(guò)電子線(xiàn)路處理變成濃度成比例變化的電壓信號(hào)，由線(xiàn)性電路加以補(bǔ)償，使信號(hào)線(xiàn)性化，經(jīng)微機(jī)處理、邏輯分析，輸出各種控制信號(hào)，即當(dāng)燃?xì)鉂舛冗_(dá)到報(bào)警設(shè)定值時(shí)，燃?xì)鈭?bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并可顯示燃?xì)鉂舛然騿?dòng)外部聯(lián)運(yùn)設(shè)備（如排風(fēng)扇、電磁閥）。選擇一款優(yōu)質(zhì)的燃?xì)鈭?bào)警器，首先要選擇質(zhì)量過(guò)關(guān)的傳感器。質(zhì)量不過(guò)關(guān)的傳感器，一般16個(gè)月性能就下降，因而失去報(bào)警器的安全性，出現(xiàn)不報(bào)警或誤報(bào)警現(xiàn)象，而一種好的傳感器可連續(xù)使用十幾年，特性也不會(huì)有什么變化。但是，報(bào)警器中的其它電子元件的壽命都是有限，先進(jìn)國(guó)家也規(guī)定燃?xì)鈭?bào)警器的有效期最多為五年。報(bào)警器都存在著檢測(cè)誤差，只要當(dāng)著誤差降低在5%以?xún)?nèi)這個(gè)報(bào)警器才符合使用要求。這就要求了氣敏傳感器性能必須符合這個(gè)條件，高精度的傳感器是系統(tǒng)的靈魂。氣體傳感器受濕度、溫度的影響較大，在條件需要的時(shí)候應(yīng)該采用溫度、濕度補(bǔ)償來(lái)提高測(cè)量精度。1.3課題研究的目的及意義設(shè)計(jì)出性能更加可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的一氧化碳報(bào)警器。目前，現(xiàn)有一氧化碳檢測(cè)儀器主要是面對(duì)工礦企業(yè)或公共場(chǎng)所的檢測(cè)，價(jià)格高昂，對(duì)家庭也是不適應(yīng)的。因此，本次設(shè)計(jì)所面對(duì)的是廣大居民，其優(yōu)點(diǎn)在于：(1)成本低廉并能對(duì)一氧化碳準(zhǔn)確報(bào)警。(2)該產(chǎn)品無(wú)需專(zhuān)業(yè)人員操作，只要放在合適位置，通電即可，連續(xù)使用、方便簡(jiǎn)捷。(3)能起到預(yù)防燃?xì)?、一氧化碳等氣體造成的火災(zāi)、中毒等嚴(yán)重后果，使人們高枕無(wú)憂(yōu)。1.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要任務(wù)本文利用單片機(jī)電路制作一氧化碳報(bào)警器。設(shè)計(jì)過(guò)程中最關(guān)鍵的兩個(gè)部分：系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)和控制軟件的編寫(xiě)。這也是在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要解決的最關(guān)鍵的問(wèn)題。（1）硬件問(wèn)題一氧化碳報(bào)警器的硬件主要有3大部分，即CO濃度檢測(cè)及顯示模塊、主控模塊和報(bào)警模塊。CO濃度檢測(cè)模塊主要由氣敏傳感器組成，它是整個(gè)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的元件。主控模塊由單片機(jī)及其相關(guān)軟件組成，由程序?qū)纹瑱C(jī)進(jìn)行控制。報(bào)警模塊主要由蜂鳴器和繼電器等組成，這個(gè)模塊是對(duì)燃?xì)鉂舛冗^(guò)高的時(shí)候的監(jiān)測(cè)和報(bào)警。（2）軟件問(wèn)題它的軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序、A/D轉(zhuǎn)換模塊的編程、數(shù)碼管顯示的編程。主程序主要實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的初始化，以及按鍵功能的編程，實(shí)現(xiàn)了軟件硬件的結(jié)合，更改報(bào)警限值。要對(duì)程序進(jìn)行多次調(diào)試，分塊編程。對(duì)各個(gè)子程序塊所解決的問(wèn)題要相當(dāng)明確。最后在制作完成硬件電路板后要調(diào)試出設(shè)計(jì)要求的功能。2方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)就是根據(jù)題目的要求而對(duì)硬件和軟件進(jìn)行規(guī)劃，并選擇最合適的硬件電路和軟件程序來(lái)達(dá)到目的。硬件設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)要求的分析，對(duì)各種元器件的了解，而得出分立元件與集成塊的某些連接方法，以達(dá)到設(shè)計(jì)的功能要求。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。它包括對(duì)各種元器件的功能和接法的了解，以及對(duì)各種元器件的選擇和設(shè)計(jì)方案的選擇。軟件設(shè)計(jì)是分析設(shè)計(jì)的硬件用程序?qū)崿F(xiàn)其功能，并且調(diào)試優(yōu)化產(chǎn)品功能。2.1設(shè)計(jì)原理本論文中的一氧化碳報(bào)警器以STC12C5A60S2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(lái)的氣體濃度對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)送入單片機(jī)；然后，在STC12C5A60S2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(xiàn)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)氣體濃度超出設(shè)定的限定值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警。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。2.2設(shè)計(jì)思路一氧化碳報(bào)警器是不僅能夠檢測(cè)環(huán)境中的一切可燃?xì)怏w的濃度還能檢測(cè)煙霧濃度，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：信號(hào)采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路。信號(hào)采集電路一般由煙霧傳感器和模擬放大電路組成，將煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從煙霧檢測(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)行濾波處理，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)。為方便檢測(cè)與監(jiān)控，使儀器測(cè)試人員及用戶(hù)能夠直觀地觀察到環(huán)境中的可燃?xì)怏w濃度值，可將濃度值送到顯示屏中。為了方便調(diào)節(jié)報(bào)警限，本設(shè)計(jì)還加入了按鍵。以上是根據(jù)報(bào)警器應(yīng)具備的功能，提出的整體設(shè)計(jì)思路。根據(jù)此設(shè)計(jì)思路，選定了如下設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)使用STC12C5A60S2單片機(jī)，選用氣敏傳感器作為敏感元件，顯示電路，及報(bào)警裝置開(kāi)發(fā)了可用于家庭或小型單位一氧化碳報(bào)警器。整個(gè)設(shè)計(jì)由3大部分構(gòu)成：氣敏傳感器、STC12C5A60S2單片機(jī)、顯示電路。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體傳感器輸出的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。煙霧傳感器及單片機(jī)是可燃煙霧檢測(cè)報(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)的煙霧傳感器及單片機(jī)芯片是至關(guān)重要的。煙霧傳感器的選型在下一節(jié)詳細(xì)介紹。單片機(jī)作為硬件電路的核心，它的選型將在下一章詳述。2.3氣體傳感器的選定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(guò)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。氣體傳感器作為一氧化碳報(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(jiàn)，氣體傳感器的選型是非常重要的。由于氣體的種類(lèi)繁多，一種類(lèi)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。根據(jù)報(bào)警器檢測(cè)氣體種類(lèi)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(wèn)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(wú)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(lèi)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。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(guò)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)。下一章將對(duì)MQ-2型氣敏傳感器做詳細(xì)的介紹。2.4裝置效果圖圖2.1成品效果圖3硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路形象的說(shuō)就是整個(gè)裝置的框架，硬件電路的設(shè)計(jì)，直接影響裝置功能能否實(shí)現(xiàn)。硬件電路的設(shè)計(jì)首先必須了解各原件的性能指標(biāo)，工作原理，以及整體的電路連接。3.1芯片介紹及相關(guān)電路模塊設(shè)計(jì)集成塊出現(xiàn)使硬件電路設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單易懂，從而得到了廣泛的應(yīng)用。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中用到的主要芯片有單片機(jī)STC12C5A60S2、MQ-2氣體傳感器、LED數(shù)碼顯示器等，下面詳細(xì)介紹它們具體的應(yīng)用方法。3.1.1STC12C5A60S2系列單片機(jī)簡(jiǎn)介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)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(zhuān)用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S.，即25萬(wàn)次每秒)，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。STC12C5A60S2單片機(jī)引腳圖如圖3.1。此單片機(jī)主要特點(diǎn)：（1）增強(qiáng)型8051CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。（2）工作電壓：STC12C5A60S2系列工作電壓：5.5V-3.5V（5V單片機(jī)）。（3）片上集成1280字節(jié)RAM。（4）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，強(qiáng)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)20mA，但整個(gè)芯片最大不超過(guò)120mA。（5）ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專(zhuān)用編程器，無(wú)需專(zhuān)用仿真器，可通過(guò)串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶(hù)程序，數(shù)秒即可完成一片。（6）有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無(wú)內(nèi)部EEPROM)。（7）內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)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）。（8）內(nèi)部含定時(shí)／計(jì)數(shù)器。（9）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，PowerDown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)。（10）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)。（11）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)。（12）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。（13）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/P1.3(可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.3)。STC12C5A60AD/S2系列帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換口在P1口（P1.7-P1.0），有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，速度可達(dá)到250KHz（25萬(wàn)次/秒）。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、頻譜檢測(cè)等。上電復(fù)位后P1口為弱上拉型I/O口，用戶(hù)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。圖3.1STC12C5A60S2單片機(jī)管腳圖P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8個(gè)TTL門(mén)電流。P1口是一個(gè)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(mén)電流。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(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“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(xiě)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(mén)電流。3.1.2MQ-2氣敏傳感器介紹1.MQ-2氣敏傳感器原理半導(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)，主要檢測(cè)各種還原性煙霧，如、、、等。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)。而設(shè)計(jì)中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()。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)。MQ-2型傳感器的外觀如下圖所示。圖3.2MQ-2型傳感器的外觀MQ-2氣敏元件由微型陶瓷管、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(gè)用于信號(hào)取出，2個(gè)用于提供加熱電流。其電路圖如圖3.3。圖3.3MQ-2氣敏傳感器電路圖MQ-2氣敏傳感器的特性及主要技術(shù)指標(biāo)(1)MQ-2氣敏傳感器的基本特性①靈敏度特性氣敏傳感器在最佳工作條件下，接觸同一種氣體或煙霧，其電阻值隨氣體濃度變化的特性稱(chēng)之為靈敏度特性，用表示。(3-1)式中，為氣敏傳感器潔凈空氣條件下的電阻值，為氣敏傳感器在一定濃度的檢測(cè)氣體或煙霧中的電阻值。雖然對(duì)于不同的氣體或煙霧，器件靈敏度特性的值也會(huì)各有差異，但是它們都遵循同一規(guī)律，(3-2)式中，為器件相對(duì)氣體或煙霧濃度變化的敏感性，又稱(chēng)煙霧分離能，對(duì)于煙霧，值為1/2~1/3；為檢測(cè)煙霧的濃度。為與檢測(cè)煙霧，器件材料有關(guān)，并隨測(cè)試溫度和材料中有無(wú)增感劑而有所不同。②初期穩(wěn)定特性半導(dǎo)體氣敏傳感器在不通電狀態(tài)存放一段時(shí)間后，再通電時(shí)，器件并不能立即投入正常工作。這是因?yàn)闅饷魝鞲衅髦械亩趸a在不通電的狀態(tài)下會(huì)吸附空氣中的水蒸氣，當(dāng)再次通電時(shí)需要預(yù)熱幾分鐘使水蒸氣蒸發(fā)后，氣敏電阻才能正常工作。再通電工作時(shí)氣敏電阻值達(dá)到穩(wěn)定時(shí)所需要的時(shí)間，定義為初期穩(wěn)定時(shí)間。③加熱特性半導(dǎo)體氣敏傳感器一般要在較高的溫度(200~450℃)下工作，所以需要對(duì)其加熱。(2) MQ-2型傳感器的特性參數(shù)①回路電壓：()5~24V②取樣電阻：()0.1~20K③加熱電壓：()5±0.2V④加熱功率：(P)約750mW⑤靈敏度：以甲烷為例(air)/(0.1%)＞5⑥響應(yīng)時(shí)間：Tres＜10秒⑦恢復(fù)時(shí)間：Trec＜30秒3.1.3顯示電路的設(shè)計(jì)顯示電路中直接用單片機(jī)的8位數(shù)據(jù)口作為數(shù)碼管的8段顯示驅(qū)動(dòng)口。這種顯示方式雖然簡(jiǎn)便，電路也最簡(jiǎn)單，但顯示的位數(shù)很少（最多四位）。但已經(jīng)滿(mǎn)足了此次設(shè)計(jì)要求，所以選用此種方式。1.LED的結(jié)構(gòu)原理發(fā)光二極管是一種將電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。簡(jiǎn)稱(chēng)LED(LightEmittingDiode)。LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的廉價(jià)輸出設(shè)備。它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一段筆畫(huà)發(fā)亮?？刂撇煌M合的二級(jí)管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。使用LED顯示器的時(shí)候，為了顯示數(shù)字或是字符，要為L(zhǎng)ED顯示器提供代碼，因?yàn)檫@些代碼是通過(guò)各個(gè)段的亮與滅來(lái)顯示不同字符的，因此稱(chēng)之為段碼。2.LED顯示器工作原理由N個(gè)LED顯示塊可以接成N位LED顯示器。N個(gè)LED顯示塊有N根位選線(xiàn)和8*N根段選線(xiàn)。根據(jù)顯示方式的不同，位選線(xiàn)和段選線(xiàn)的連接方法也各不同。段選線(xiàn)控制顯示字符的字型，而位選線(xiàn)為各個(gè)LED顯示塊的公共端，它控制該LED顯示位的亮暗。（1）LED靜態(tài)顯示方式LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極或是共陽(yáng)極連接在一起并接地（或是+5V）；每段的段選線(xiàn)（a～dp）分別與一個(gè)8位的鎖存器輸出連接。所以稱(chēng)為靜態(tài)顯示。LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個(gè)字符為止。也正是因?yàn)槿绱耍o態(tài)顯示的亮度都較高。（2）LED動(dòng)態(tài)顯示方式在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化硬件電路，通常將所有位的段選線(xiàn)相應(yīng)的并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，形成段選線(xiàn)的多路復(fù)用。而各位的共陰極或是共陽(yáng)極分別由相應(yīng)的I/O線(xiàn)控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。采用掃描顯示方式，即在某一時(shí)刻，只要讓某一位的位選線(xiàn)處于選通狀態(tài)，而其他各位的為選線(xiàn)處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段選線(xiàn)上輸出相應(yīng)位要顯示字符的段碼。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符。雖然這些字符上在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而且同一時(shí)刻，只有一個(gè)位顯示，其他各位熄滅，但是LED顯示器的余輝和人眼的視覺(jué)暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多位同時(shí)亮的假象，達(dá)到同時(shí)顯示的目的。本次設(shè)計(jì)是使用了數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示方式。綜上所述，顯示電路的連接方式及工作原理都已經(jīng)清楚明了。本次設(shè)計(jì)中選用的數(shù)碼管是共陽(yáng)極LED。設(shè)計(jì)中使用P1.0-P1.3作為數(shù)碼管的位選端，P2.0—P2.7控制數(shù)碼管的暗、亮，用于顯示傳感器所檢測(cè)到的濃度值。其功能主要是通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。顯示電路如圖3.4。圖3.4數(shù)碼顯示管與單片機(jī)的連接圖3.1.4蜂鳴器概述蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車(chē)電子設(shè)備、電話(huà)機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類(lèi)型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)原理圖如圖3.5。圖3.5蜂鳴器原理圖蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路一般都包含以下幾個(gè)部分：一個(gè)三極管、一個(gè)蜂鳴器、一個(gè)續(xù)流二極管和一個(gè)電源濾波電容。①蜂鳴器發(fā)聲元件，在其兩端施加直流電壓（有源蜂鳴器）或者方波（無(wú)源蜂鳴器）就可以發(fā)聲，其主要參數(shù)是外形尺寸、發(fā)聲方向、工作電壓、工作頻率、工作電流、驅(qū)動(dòng)方式（直流/方波）等。這些都可以根據(jù)需要來(lái)選擇。②續(xù)流二極管蜂鳴器本質(zhì)上是一個(gè)感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個(gè)續(xù)流二極管提供續(xù)流。否則，在蜂鳴器兩端會(huì)產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動(dòng)三極管，并干擾整個(gè)電路系統(tǒng)的其它部分。③濾波電容濾波電容C1的作用是濾波，濾除蜂鳴器電流對(duì)其它部分的影響，也可改善電源的交流阻抗，如果可能，最好是再并聯(lián)一個(gè)220uF的電解電容。④三極管三極管Q1起開(kāi)關(guān)作用，其基極的高電平使三極管飽和導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲；而基極低電平則使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。3.1.5繼電器原理繼電器是一種電控制器件，是當(dāng)輸入量（激勵(lì)量）的變化達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。作為控制元件，概括起來(lái)，繼電器有如下幾種作用：①擴(kuò)大控制范圍：例如，多觸點(diǎn)繼電器控制信號(hào)達(dá)到某一定值時(shí)，可以按觸點(diǎn)組的不同形式，同時(shí)換接、開(kāi)斷、接通多路電路。②放大：例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個(gè)很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。③綜合信號(hào)：例如，當(dāng)多個(gè)控制信號(hào)按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時(shí)，經(jīng)過(guò)比較綜合，達(dá)到預(yù)定的控制效果。④自動(dòng)、遙控、監(jiān)測(cè)：例如，自動(dòng)裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線(xiàn)路，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。3.1.6按鍵設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中設(shè)置了3個(gè)按鍵功能K1、K2、K3，分別連接在單片機(jī)P1.4、P1.5、P1.7端口。按下K1“設(shè)置鍵”，系統(tǒng)進(jìn)入報(bào)警值設(shè)置菜單，數(shù)碼管顯示當(dāng)前的報(bào)警閥值，此時(shí)按K2“加”鍵，報(bào)警閥值加“1”；按K3“減”鍵，報(bào)警閥值減“1”。設(shè)置好報(bào)警閥值后按下K1“設(shè)置鍵”，系統(tǒng)退出設(shè)置菜單，進(jìn)入煙霧濃度測(cè)量顯示菜單。3.2系統(tǒng)功能擴(kuò)展系統(tǒng)還有可以實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)串口通訊，對(duì)報(bào)警器采取統(tǒng)一控制，以及便于采集和處理數(shù)據(jù)，也可以在計(jì)算機(jī)上更改報(bào)警限值等。本系統(tǒng)設(shè)置了按鍵功能更改報(bào)警限值。系統(tǒng)還留有繼電器接口，可以帶動(dòng)排風(fēng)扇，也可以控制管道電子閥門(mén)，可在報(bào)警的同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)安全裝置。3.3設(shè)計(jì)的硬件電路通過(guò)對(duì)上面各組成部分的方案的設(shè)計(jì)，分析和選用，至此，硬件部分完整的電路圖已經(jīng)定型，具體功能實(shí)現(xiàn)電路圖如下圖3.6所示。圖3.6設(shè)計(jì)的總體電路圖4軟件部分裝置的硬件部分如過(guò)說(shuō)是軀殼，則系統(tǒng)的軟件部分則是整個(gè)裝置的內(nèi)臟，硬件做的再好，再漂亮，沒(méi)有軟件程序的驅(qū)動(dòng)，它就真正的成為了一個(gè)軀殼，功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。只有軟件的驅(qū)動(dòng)加上硬件的準(zhǔn)確才能實(shí)現(xiàn)裝置的功能。二者缺一不可，所以軟件的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)裝置同樣是至關(guān)重要的。4.1主程序設(shè)計(jì)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(kāi)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(kāi)發(fā)的一個(gè)主流。用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)的單片機(jī)開(kāi)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(xiě)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(xiě)好的程序。4.1.1主程序設(shè)計(jì)流程圖首先要給傳感器預(yù)熱三分鐘，因?yàn)镸Q-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。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。STC12C5A60S2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。主程序流程圖如圖4.1。程序見(jiàn)附件。--圖4.1程序流程圖4.2A/D轉(zhuǎn)換模塊的編程STC12C5A60S2系列單片機(jī)的ADC是逐次比較型ADC。逐次比較型ADC由一個(gè)比較器和D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，通過(guò)逐次比較邏輯，從最高位(MSB)開(kāi)始，順序地對(duì)每一輸入電壓與內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量逐次逼近輸入模擬量對(duì)應(yīng)值。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器具有速度高，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。A/D轉(zhuǎn)換模塊程序：/**********模數(shù)轉(zhuǎn)換初始換函數(shù)******************/voidinit_ADC(){ P1_ADC_EN=0x40; ADC_DATA=0; ADC_LOW2=0; ADC_CONTR=ADC_SPEEDLL|ADC_POWER; delay_1ms(20);}/**********模數(shù)轉(zhuǎn)換函數(shù)******************/uintADC(ucharnum)//參數(shù)num用于指定是哪個(gè)模擬量轉(zhuǎn)換{ ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL|num|ADC_START; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); while(!(ADC_CONTR&ADC_FLAG)); ADC_CONTR&=~ADC_FLAG; ad_value=ADC_DATA*4+ADC_LOW2;//轉(zhuǎn)換的結(jié)果是十位的高八位放在ADC_DATA中低兩位放在ADC_LOW2 returnad_value; // 將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量返回}4.3按鍵設(shè)計(jì)編程本報(bào)警器設(shè)計(jì)附加3個(gè)按鍵，功能分別為：按鍵K1“設(shè)置鍵”，系統(tǒng)進(jìn)入報(bào)警值設(shè)置菜單，數(shù)碼管顯示當(dāng)前的報(bào)警閥值，按鍵K2“加”鍵，報(bào)警閥值加“1”；按鍵K3“減”鍵，報(bào)警閥值減“1”。設(shè)置好報(bào)警閥值后按下K1“設(shè)置鍵”，系統(tǒng)退出設(shè)置菜單，進(jìn)入煙霧濃度測(cè)量顯示菜單，程序見(jiàn)附件。5系統(tǒng)制作及調(diào)試單片機(jī)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)可分為以下五個(gè)過(guò)程。①硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試。如電路設(shè)計(jì)、PCB印制板繪制等。②應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。③應(yīng)用程序的仿真調(diào)試。指用仿真器對(duì)硬件進(jìn)行在線(xiàn)調(diào)試或軟件仿真調(diào)試，在調(diào)試中不斷修改、完善硬件及軟件。④單片機(jī)應(yīng)用程序的燒寫(xiě)。用專(zhuān)用的單片機(jī)燒寫(xiě)器可將編譯過(guò)的二進(jìn)制源程序文件寫(xiě)入單片機(jī)(F1ashROM)芯片內(nèi)。⑤系統(tǒng)脫機(jī)運(yùn)行檢查。進(jìn)行全面檢查，針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題修正硬件、軟件或總體設(shè)計(jì)方案。5.1系統(tǒng)PCB板的制作電路設(shè)計(jì)好以后，PCB板的設(shè)計(jì)也是一個(gè)十分重要的內(nèi)容。電路設(shè)計(jì)的合理，制成電路板后系統(tǒng)卻工作不正常的事情屢見(jiàn)不鮮，究其原因，多半是PCB板的設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，特別是頻率較高的電路和數(shù)字模擬混合電路的印刷線(xiàn)路板的設(shè)計(jì)。PCB板設(shè)計(jì)圖如圖5.1。圖5.1PCB板設(shè)計(jì)圖5.2硬件調(diào)試在印制電路板工作完成之后，根據(jù)設(shè)計(jì)的步驟要求我對(duì)自己的硬件電路板進(jìn)行了調(diào)試工作，這里將調(diào)試的過(guò)程及在調(diào)試的過(guò)程中所遇到的問(wèn)題提出來(lái)進(jìn)行討論，以便能夠進(jìn)一步的掌握設(shè)計(jì)工作的要領(lǐng)。5.2.1檢測(cè)元器件檢測(cè)所有元器件的好壞，是否正常工作，導(dǎo)線(xiàn)是否導(dǎo)通等。具體的實(shí)現(xiàn)方法是先檢測(cè)電容、電阻及導(dǎo)線(xiàn)是否短接，采用的工具是萬(wàn)用表。5.2.2檢測(cè)各個(gè)引腳信號(hào)給電路接通電源，大概用手摸一下元器件是否發(fā)熱，有的話(huà)，關(guān)掉電源，進(jìn)行再次檢測(cè)；沒(méi)有的話(huà)，則測(cè)試所有芯片的VCC端電壓是否達(dá)到要求，接地端是否都接地，無(wú)誤后，則開(kāi)始對(duì)電路中所用到的引腳進(jìn)行信號(hào)波形測(cè)試，所使用的工具最好是示波器。當(dāng)以上檢測(cè)都沒(méi)有什么問(wèn)題的時(shí)候，就可以燒寫(xiě)單片機(jī)程序，進(jìn)行整體調(diào)試了，調(diào)試的結(jié)果能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求數(shù)據(jù)，就算硬件設(shè)計(jì)工作完成。5.3軟件調(diào)試本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制程序是采用C-51語(yǔ)言編程，編程所采用的軟件是KeiluVision2MCS-51編程軟件。關(guān)于單片機(jī)C語(yǔ)言軟件調(diào)試，在語(yǔ)句中出現(xiàn)的語(yǔ)法錯(cuò)誤，該軟件會(huì)提示出來(lái)，以便于更正。因此，軟件調(diào)試主要的工作是檢查頭文件是否正確，是否與單片機(jī)的端口地址相匹配。其次，就是檢查初始化程序的正確性，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求定義正確的初始化程序，為后面程序的執(zhí)行做好鋪墊作用。然后就是根據(jù)軟件實(shí)現(xiàn)步驟逐個(gè)檢查程序的可行性，以及程序的嵌套性是否都能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求?？偨Y(jié)通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我明白了大學(xué)里的時(shí)間都是在學(xué)習(xí)自動(dòng)化理論基礎(chǔ)知識(shí)，并未真正地去應(yīng)用和實(shí)踐。設(shè)計(jì)期間我接觸到了更多平時(shí)沒(méi)有接觸到的儀器設(shè)備、元器件以及相關(guān)的使用調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了自己很多不足之處。我還體會(huì)到了所學(xué)理論知識(shí)的重要性：知識(shí)掌握得越多，設(shè)計(jì)得就更全面、更順利、更好。通過(guò)搜集目前煙霧傳感器的相關(guān)資料，了解國(guó)內(nèi)外煙霧傳感器的相關(guān)制作方法，并通過(guò)設(shè)計(jì)方案的比較，針對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)提出了可行方案。在設(shè)計(jì)方案中，結(jié)合單片機(jī)的功能特點(diǎn)及其控制特性，利用簡(jiǎn)便的單片機(jī)語(yǔ)言和其內(nèi)部時(shí)鐘，以單片機(jī)作為檢測(cè)和控制的核心。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)地闡述了單片機(jī)的控制原理、傳感器使用方法、PCB板的制作，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件電路和系統(tǒng)軟件，制作了電路原理樣機(jī)并進(jìn)行調(diào)試。結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的電路和軟件能完成基本的測(cè)試功能。在查閱相關(guān)資料的過(guò)程中，我復(fù)習(xí)了以前課堂上學(xué)過(guò)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，同時(shí)學(xué)習(xí)了一些從未接觸過(guò)的但與我們生活息息相關(guān)的知識(shí)，并且有針對(duì)性地查找資料，然后加以吸收利用，以提高自己的應(yīng)用能力，而且還能增長(zhǎng)自己見(jiàn)識(shí)，補(bǔ)充最新的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。致謝在論文完成之際，向我的導(dǎo)師朱里紅老師表示深深的敬意！本設(shè)計(jì)是在朱老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在此感謝朱老師在設(shè)計(jì)期間對(duì)我的指導(dǎo)，遇到困難時(shí)對(duì)我的幫助。使我在學(xué)到了好多知識(shí)，學(xué)會(huì)了能夠透徹的分析問(wèn)題解決能力的能力。同時(shí)，感謝在我大學(xué)期間給與我?guī)椭乃欣蠋?，培養(yǎng)了我熱愛(ài)學(xué)習(xí)、勤學(xué)好問(wèn)、創(chuàng)新探索的能力，讓我學(xué)到了不少的知識(shí)，使我受益非淺，還培養(yǎng)了我解決問(wèn)題和處理問(wèn)題的能力，為我在今后的工作和生活中打下了基礎(chǔ)。感謝本班同學(xué)在我遇到問(wèn)題的時(shí)候?qū)ξ业募?xì)心講解，以及在生活中對(duì)我的幫助，給予我的關(guān)懷。參考文獻(xiàn)[1]趙建領(lǐng)．51單片機(jī)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解[M]．電子工業(yè)出版社.2009.[2]揚(yáng)立．微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)[M]．中國(guó)鐵道出版社.2008.[3]李響初數(shù)字電路基礎(chǔ)與應(yīng)用[M]．機(jī)械工業(yè)出版社.2008.[4]陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社.2009.[5]莫正康.電力電子應(yīng)用技術(shù)機(jī)械[M]工業(yè)出版社.2007.[6]盧艷君.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2008.[7]吳丙申,卞祖富.模擬電路基礎(chǔ)[M].北京理工大學(xué)出版社.2007.[8]陳愛(ài)萍，何智勇，羊四清．電子顯示屏的單片機(jī)控制系統(tǒng)[J]．自動(dòng)化與儀表，1999(7)：54～57[9]趙瑞林.單片機(jī)原理與應(yīng)用教程[M].北京：北京大學(xué)出版社.2005.1[10]張旭濤.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京理工大學(xué)出版社.2008.[11]康維新.MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].中國(guó)輕工業(yè)出版社.2009.[12]朱明程,李昆華,李遠(yuǎn)輝.智能一氧化碳報(bào)警器原理與設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用.1998.3.[13]唐少農(nóng),袁虎,毛導(dǎo)欽.程控一氧化碳報(bào)警器的設(shè)計(jì)[J].南華大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版).2003,17(4).[14]邱關(guān)源.電路（第四版）[M].北京：高等教育出版社：2000.8。[15]沙占友.集成化智能傳感器原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社.2004.1：198~222.[16]趙寶軍,吳冬艷等.一氧化碳報(bào)警器的研究[J].中華臨床與衛(wèi)生:2004.04.122~122.附件系統(tǒng)程序/*頭文件*/#include<reg52.h>#include<intrins.h>/*AD寄存器定義*/sfrADC_CONTR=0xBC;sfrADC_DATA=0xBD;sfrADC_LOW2=0xBE;sfrP1_ADC_EN=0x9D;sfrP4=0xC0;/*****************宏定義******************/#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#defineADC_POWER0x80#defineADC_FLAG0x10#defineADC_START0x08#defineADC_SPEEDHH0x00#defineADC_SPEEDH0x20#defineADC_SPEEDL0x40#defineADC_SPEEDLL0x60#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharuintad_value,NH4_value;floatAN_value;/***********位操作端口定義**************/sbitset_key=P1^4; //“設(shè)置”鍵K1sbitadd_key=P1^5; //“加”鍵K2sbitcut_key=P1^7; //“減”鍵K3sbitspeak=P3^7; //蜂鳴器sbitLED1=P3^6; // 紅sbitLED2=P3^5; // 綠sbitqian_wei=P1^0;sbitbai_wei=P1^1;sbitshi_wei=P1^2;sbitge_wei=P1^3;uchary_data[4];//儲(chǔ)存煙霧的數(shù)據(jù)intset_data=200;//報(bào)警初始值的設(shè)定uchartemp[4]={0,