西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 智能煤氣報(bào)警裝置智能煤氣報(bào)警裝置 摘摘 要要 提出了一個(gè)煤氣泄露報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)方案 該檢測(cè)裝置通過傳感器的電導(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)的輸出電壓 該電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)放跟隨比較后通過 A D 轉(zhuǎn)換器 后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào) 最后將數(shù)字信號(hào)送入 STC89C52 單片機(jī) 經(jīng)過軟件 的控制 在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的濃度值 在電路中設(shè)計(jì)報(bào)警電路 超過設(shè)定濃度后 報(bào)警提示 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞 氣體傳感器 濃度檢測(cè) A D STC89C52 數(shù)碼管 報(bào)警 Abstract This paper presents the design of a gas leak alarm device the detection device by the electrical conductivity of the sensor increases with the increase of the concentration of combustible gases in air The use of a simple circuit can be changes in the conductivity is converted to the output voltage corresponding to the concentration of the gas the voltage signal by the op amp follower comparing converted to digital signals by A D converter of the analog signal will Finally the digital signal into the STC89C52 microcontroller software control the corresponding concentration value on the digital display alarm circuits circuit design concentration exceeds the set alarm Keywords gas sensor concentration detection A D STC89C52 digital control alarm 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 I 頁 目錄目錄 1 前言前言 1 2 2 整體方案設(shè)計(jì)整體方案設(shè)計(jì) 2 2 1 方案論證 2 2 2 方案比較 3 3 單元模塊設(shè)計(jì)單元模塊設(shè)計(jì) 4 3 1 氣體傳感器模塊 4 3 1 1 MQ 2 介紹 4 3 1 2 傳感器模塊原理 5 3 3 單片機(jī)模塊 8 3 3 1 STC89C52 單片機(jī) 8 3 3 2 復(fù)位電路 9 3 3 3 時(shí)鐘電路 10 3 4 顯示報(bào)警模塊 10 4 4 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 13 5 5 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及精度和誤差分析系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及精度和誤差分析 14 6 6 結(jié)論結(jié)論 15 7 7 設(shè)計(jì)小結(jié)設(shè)計(jì)小結(jié) 16 8 8 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 17 附錄附錄 1 1 電路總圖 電路總圖 18 附錄附錄 2 2 軟件代碼 軟件代碼 19 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁 1 前言前言 近年來隨著人民生活水平的提高 管道煤氣和罐裝煤氣已深入到尋常百姓家 但由于使 用不當(dāng)或者設(shè)備老化等原因?qū)е碌拿簹庑孤┙?jīng)常發(fā)生 煤氣泄漏事件發(fā)生時(shí) 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 目前 一般的煤氣報(bào)警器功能單一 或是必須手動(dòng)復(fù)位閥門系統(tǒng) 性能穩(wěn)定性低 而大 型的監(jiān)控系統(tǒng)又價(jià)格不菲 需要專門的技術(shù)人員來管理 不適合于中小企業(yè)和家庭 為了防止中毒事件的再次發(fā)生 提出了利用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行有效地預(yù)防對(duì)策 所以怎 樣防止煤氣中毒與爆炸已成為人們的迫切需要 為此設(shè)計(jì)出家用煤氣泄漏報(bào)警控制器 本文針對(duì)以往的煤氣泄露報(bào)警裝置的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行取舍 在討論過去的設(shè)計(jì)方案的 基礎(chǔ)上 擬設(shè)計(jì)一個(gè)煤氣報(bào)警系統(tǒng) 包括各模塊硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)制系統(tǒng)主 要是由 MCS 52 系列單片機(jī)控制電路 電源電路 AD 數(shù)據(jù)采集電路 傳感器電路 LED 顯 示與聲光報(bào)警電路等部分組成 裝置通過氣體傳感器 MQ 2 隨著氣體濃度變化產(chǎn)生相應(yīng)的電 阻變化 再通過外圍電路將電阻變化轉(zhuǎn)為電壓變化 該電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)放跟隨比較后通過 A D 轉(zhuǎn)換器后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào) 最后將數(shù)字信號(hào)送入 AT89C51 單片機(jī) 經(jīng)過軟件的 控制 在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的濃度值 在電路中設(shè)計(jì)報(bào)警電路 超過設(shè)定濃度后報(bào)警提示 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 2 2 整體方案設(shè)計(jì)整體方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的整體思路是 該檢測(cè)裝置通過傳感器的電導(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)的輸出電壓 過 AD 轉(zhuǎn)換器輸出顯示在數(shù)碼管上的數(shù)字 由于各類氣體檢測(cè)濃度范圍不一 我們以液化氣和 丙烷為例 例如 100pm 時(shí)顯示在數(shù)碼管上的數(shù)字為 01 當(dāng) 10000pm 時(shí)數(shù)碼管顯示 99 即電 壓的變化就對(duì)應(yīng)于濃度的變化 數(shù)碼管上輸出的數(shù)字就是對(duì)應(yīng)于所測(cè)量的濃度 2 12 1 方案論證方案論證 設(shè)計(jì)中采用了兩個(gè)方案 具體的方案見方案一和方案二 方案一 利用集成數(shù)字電路組成煤氣報(bào)警系統(tǒng) 利用集成氣體傳感器電阻值與氣體濃度成線性變化的關(guān)系 將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓 的變化 經(jīng) A D 轉(zhuǎn)換器后 送入鎖存器鎖存 在經(jīng)譯碼器輸出后 再在數(shù)碼管上顯示 由 于 74LS373 具有鎖存功能就能實(shí)現(xiàn)三位的濃度顯示 由于電路只是單純的檢測(cè)與顯示 并 沒有實(shí)際的外圍控制功能 比較單一 圖 2 1 煤氣泄露報(bào)警裝置方案一框圖 方案二 基于單片機(jī)的煤氣泄露報(bào)警裝置 見圖 2 2 該檢測(cè)裝置通過傳感器的電導(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)的輸出電壓 通過放大電路輸出 送入 A D 轉(zhuǎn)換器 A D 轉(zhuǎn)換器輸出后進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng) 通過軟件的控制 將電壓對(duì)應(yīng)于濃度 的數(shù)值通過查表的方式得出結(jié)果 在數(shù)碼管上顯示出來 電橋測(cè)溫電路放大電路A D 轉(zhuǎn)換電路 鎖存器 74LS373譯碼器 7448LED 數(shù)碼顯示 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 圖 2 2 煤氣泄露報(bào)警裝置方案二框圖 2 22 2 方案比較方案比較 上面兩個(gè)方案都是設(shè)計(jì)的煤氣報(bào)警器 本質(zhì)上都相同 只是實(shí)現(xiàn)方法上有些差別 方案 一利用集成數(shù)字元件來實(shí)現(xiàn) 方案二采用了基于單片機(jī)來實(shí)現(xiàn) 兩種方案的主要區(qū)別在于 方案一采用的集成數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng) 方案簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn) 在系統(tǒng)中將檢測(cè)到的氣體 濃度通過 A D 以及譯碼器來顯示出來 但是缺少報(bào)警以及控制電路 電路較簡(jiǎn)單擴(kuò)展性較弱 方案二相對(duì)于方案一來說主要區(qū)別在于利用了單片機(jī)進(jìn)行控制 同時(shí)在信號(hào)采集方面加入了 信號(hào)整形電路 方便 A D 采樣轉(zhuǎn)換 提高了采樣的精準(zhǔn)度 方案二在外圍擴(kuò)展上較方案一豐 富 我們可以加入報(bào)警以及控制電路 方便我們控制 綜上所述 我們采用方案二 氣敏傳感器信號(hào)整形電 路 A D 轉(zhuǎn)換 STC89S52 單片 機(jī) 報(bào)警電路執(zhí)行電路 電源時(shí)鐘電路復(fù)位電路 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 3 單元模塊設(shè)計(jì)單元模塊設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)煤氣泄露的氣體濃度的檢測(cè)顯示與報(bào)警 在整個(gè)系統(tǒng)中包含了傳感器模 塊 A D 模塊 單片機(jī)模塊 顯示報(bào)警模塊 電源模塊 3 13 1 氣體傳感器模塊氣體傳感器模塊 3 1 13 1 1 MQ 2MQ 2 介紹介紹 MQ 2 MQ 2S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) MQ 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 圖 3 1 1 MQ 2 靈敏度特性 圖3 1 1是傳感器典型的靈敏度特性曲線 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 氫氣中的 電阻值 圖 1 0 5 0 7 0 9 1 1 1 3 1 5 1 7 1 9 20 1001020304050 Rs R0 60 RH 30 RH 85 RH 圖 2 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁 圖 3 1 2 MQ 2 溫 濕度得影響 圖3 1 2是傳感器典型的溫度 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 丙烷 不同溫 濕度下傳感器的電阻值 Ro表示在含1000ppm 丙烷 20 65 RH環(huán)境條件下傳感器的電阻值 3 1 23 1 2 傳感器模塊原理傳感器模塊原理 如圖 3 1 3 是氣體傳感器模塊的原理圖 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 集成好的傳感器可以直接輸出變化的電壓值 電路中由運(yùn)放組成一個(gè)電壓比較器 當(dāng)傳感器輸出電壓大于參考電壓時(shí)輸出一個(gè)低電平 同 時(shí)利用接插件將傳感器輸出電壓傳輸至單片機(jī) I O 口 利用 AD 進(jìn)行信號(hào)處理 單片機(jī)再進(jìn) 行處理 3 2 1 84 IC1A LM193 2 1 3 4 J1 CON4 A 1 A 2 B 3 B 4 H1 5 H2 6 MQ 1 VCC GND GND GND VCC 0 1uF C1 0 1uF C2 VCC GND OUT IN AC D1 LED2 D2 LED2 R3 Res2 1K R4 Res2 10K R5 W1 10K AC GND OUT IN1K R1 1K R2 圖 3 1 3 傳感器模塊原理圖 3 3 2 2 A DA D 模塊模塊 采集到的模擬好好無法被控制器 STC89C52 識(shí)別 因此需要通過一個(gè)轉(zhuǎn)換電路先將其轉(zhuǎn) 化成數(shù)字信號(hào)再送入控制器 顯而易見 ADC0809 一方面接收采集來的模擬信號(hào) 另一方面 負(fù)責(zé)翻譯成單片機(jī)所能識(shí)別的語言再輸送出去 因此 A D 轉(zhuǎn)換電路也就分成兩部分進(jìn)行敘 述 1 接收模擬信號(hào)端 即 ADC0809 的信號(hào)輸入端 由于本課題只需要采集一路數(shù)據(jù) 因此屬于單通道數(shù)據(jù)采集 相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單 只需將檢測(cè)電路采集到的模擬電壓信號(hào)直接送入 IN0 端 此時(shí) 注意模 擬通道地址選擇線送入應(yīng)與所選用的模擬通道相對(duì)應(yīng) 由于本次設(shè)計(jì)選用 0 通道 故應(yīng)將 ADDA ADDB ADDC 設(shè)置成 000 即可 此外 參考電壓 Vref 要連接 5V 實(shí)驗(yàn)中直接接到電源即可 2 數(shù)字信號(hào)輸出端 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁 信號(hào)轉(zhuǎn)化后送到 STC89C52 進(jìn)行識(shí)別 因此 ADC0809 輸出端電路即 ADC0809 與 STC89C52 的接口電路 具體可參見圖 2 9 兩芯片的接口電路 1 ADC0809 時(shí)鐘信號(hào) 由于 ADC0809 片內(nèi)無時(shí)鐘 可利用單片機(jī)提供的 ALE 經(jīng) D 觸發(fā)器 2 分頻后得到 ALE 腳 的頻率是 AT89C51 時(shí)鐘頻率的 1 6 但要注意的是 每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) 將丟失 一個(gè) ALE 脈沖 若單片機(jī)時(shí)鐘頻率采用 6MHZ 則 ALE 腳的輸出頻率為 1MHZ 再 2 分頻后為 500KHZ 恰好符合 ADC0809 對(duì)于時(shí)鐘頻率的要求 2 本次設(shè)計(jì)采用的是 6MHZ 的晶振 故要從 STC89C52 的 ALE 引出信號(hào)并將其 2 分頻即可使 用 分頻器由 D 觸發(fā)器接成 如下圖 3 2 1 接法 2 和 5 相接 4 和 6 端接低電平 3 接由 STC89C52 送來的時(shí)鐘信號(hào) 從 1 端就可得到對(duì)于信號(hào)的 2 分頻了 圖 3 2 1 D 觸發(fā)器接成的 2 分頻器 2 ADC0809 工作過程 眾所周知 所有的 A D 轉(zhuǎn)換器都必須由外部施加滿足要求的控制信號(hào)才能啟動(dòng) 啟動(dòng)方 式有脈沖啟動(dòng)和電平啟動(dòng) 2 種 ADC0809 的啟動(dòng)方式為正脈沖有效 即要啟動(dòng) ADC0809 進(jìn)行 一次轉(zhuǎn)換 至于在它的 START 引腳上施加 1 正脈沖即可 至于脈沖的寬度 讀寫脈沖就可滿 足要求 正脈沖的上升沿將所有的寄存器清 0 下降沿開始轉(zhuǎn)換 雖然 ADC0809 有 8 通道的模擬量信號(hào)進(jìn)行分時(shí)轉(zhuǎn)換 某一時(shí)刻只能轉(zhuǎn)換其中的一個(gè)模擬 量 這樣在啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的同時(shí)還要進(jìn)行通道選擇 ADC0809 設(shè)置了 3 根模擬量通道地址信號(hào)線 ADDA ADDB ADDC 用以編碼來選擇 8 個(gè)模擬量輸入通道 并且還設(shè)置了 1 根地址鎖存允許 信號(hào) ALE 當(dāng) ALE 變高時(shí) 鎖存由 ADDA ADDB ADDC 編碼所確定的通道號(hào) 將該通道的模 擬量接入 A D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換 依據(jù)這樣的特性 我們將 START 信號(hào)和 ALE 信號(hào)連在一起 并用信號(hào)進(jìn)行控制 在發(fā)啟動(dòng)控制信號(hào)的同時(shí) 將通道號(hào)送給 ADC0809 的通道選擇輸入WR 端 ADDA ADDB ADDC 這樣 它將可以根據(jù)用戶選擇的通道號(hào)進(jìn)行譯碼選擇 IN0 IN7 中的 一個(gè)輸入作為轉(zhuǎn)換對(duì)象 同時(shí)啟動(dòng)該次轉(zhuǎn)換 ADC0809 報(bào)告轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的信號(hào)是 EOC 在轉(zhuǎn)換過程中為低電平 其余時(shí)間為高電平 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁 在查詢方式中 由 CPU 讀取該信號(hào) 判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 是否有轉(zhuǎn)換結(jié)果可以讀出 ADC0809 的數(shù)據(jù)輸出結(jié)構(gòu)是內(nèi)部有可控的三態(tài)輸出緩沖器 所以它的數(shù)字量輸出信號(hào)線 可以與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線直接相連 內(nèi)部的三態(tài)緩沖器由 OE 控制 當(dāng) OE 為高電平時(shí) 三態(tài)緩 沖器打開 將轉(zhuǎn)換結(jié)果送出 當(dāng) OE 為低電平時(shí) 三態(tài)緩沖器處于阻斷狀態(tài) 內(nèi)部數(shù)據(jù)對(duì)外 部的數(shù)據(jù)總線沒有影響 因此 在實(shí)際應(yīng)用中 如果轉(zhuǎn)換結(jié)束 要讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 則只要在 OE 引腳上加一個(gè)正脈沖 ADC0809 就會(huì)將轉(zhuǎn)換結(jié)果送到數(shù)據(jù)總線上 下圖 3 2 2 為 A D 轉(zhuǎn)換時(shí)序圖 7 圖 3 2 2ADC0809 的讀 寫 啟動(dòng)以及 A D 轉(zhuǎn)換時(shí)序圖 3 數(shù)字信號(hào)輸出 將 ADC0809 輸出端 LSB MSB 與 AT89C51 輸入端高位低位相對(duì)應(yīng)即可 START EOC DATA ALE CBA 穩(wěn)定 輸入模擬量 10cm OE DATA 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 8 頁 圖 3 2 2 AD 轉(zhuǎn)換原理圖 3 33 3 單片機(jī)模塊單片機(jī)模塊 3 3 1 STC89C52STC89C52 單片機(jī)單片機(jī) STC89C52 單片機(jī)具有 PDIP TQFP 和 PLCC 三種封裝形式 設(shè)計(jì)中采用的是 PDIP 封裝 其引腳排列如圖 3 5 所示 STC89C52 單片機(jī)有 40 個(gè)引腳 具有如下特性 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器含有 4KB 的 Flash 存儲(chǔ)器 允許在線編程 擦寫周期可達(dá) 1000 次 片 內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含 128 字節(jié)的 RAM I O 口具有 32 根可編程 I O 線 具有兩個(gè) 16 位 I O 線 中斷系統(tǒng)具有 6 個(gè)中斷源 5 個(gè)終端矢量 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu) 串行口是一個(gè)全雙 工的串行通信口 具有兩個(gè)數(shù)據(jù)指針 DPTR0 和 DPTR1 低功耗節(jié)電模式有節(jié)電模式和掉電模 式 包含 3 級(jí)程序鎖定位 STC89C52 的電源電壓為 4 0 5 5V STC89C52 的電源電壓為 2 7 4 0V 振蕩器頻率 0 33MHz STC89C52 具有片內(nèi)看門狗定時(shí)器 靈活的在線片內(nèi)編程模 式 字節(jié)和頁編程模式 具有斷電標(biāo)志模式 POF STC89C52 引腳功能如下 P0 口 8 位 開漏極 雙向 I O 口 P1 口 8 位 雙向 I O 口 內(nèi)部含有行拉電阻 P2 口 8 位 雙向 I O 口 內(nèi)部含有行拉電阻 P3 口 8 位 雙向 I O 口 內(nèi)部含有行拉電阻 P3 口除了通用 I O 功能外 還有 替代功能 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 9 頁 GND 20 VCC 40 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD P3 7 17 WR P3 6 16 INT0 P3 2 12 INT1 P3 3 13 T0 P3 4 14 T1 P3 5 15 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P0 0 39 P0 1 38 P0 2 37 P0 3 36 P0 4 35 P0 5 34 P0 6 33 P0 7 32 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD P3 1 11 RXD P3 0 10 IC2 89C5X P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 P30 P31 RESET X1 X2 C3 33p C4 33p X1 CY1 GND GND VCC PSEN VCC RP1 RP8 VCC S1 KEY4 C9 ELE1 R6 1k R7 10k VCC GND RESET ALE P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P32 P33 P34 P35 P36 P37 X1 X2 圖 3 3 1 STC89C52 單片機(jī)引腳圖 3 3 2 復(fù)位電路 1 電路原理圖 S1 KEY4 C9 ELE1 R6 1k R7 10k VCC GND RESET 圖 3 3 2 復(fù)位電路原理圖 2 復(fù)位電路 a 完成單片機(jī)的的作用初始化 即把系統(tǒng)的 PC 值初始化為 0000H 使單片機(jī)從 0000H 單元 開始執(zhí)行程序 b 當(dāng)系統(tǒng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作失誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí) 可以通過復(fù)位操作重新啟 動(dòng)單片機(jī) 3 電路復(fù)位方式 單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式結(jié)構(gòu)如圖 3 3 2 所示 按鍵手動(dòng)復(fù)位又分按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù) 位 電平復(fù)位將復(fù)位端通過電阻與 Vcc 相連 按鍵脈沖復(fù)位是利用 RC 分電路產(chǎn)生正脈沖來達(dá) T Y Y H G G G 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁 到復(fù)位的 在按鍵脈沖復(fù)位兩種簡(jiǎn)單的復(fù)位電路中 干擾易串入復(fù)位端 在大多數(shù)情況下 不會(huì)造成單片機(jī)的錯(cuò)誤復(fù)位 但會(huì)引起內(nèi)部寄存器錯(cuò)誤復(fù)位 這里可在復(fù)位端引腳上接一 個(gè)去藕電容 需說明的是 如復(fù)位電路中 R C 的的值選擇不當(dāng) 使復(fù)位時(shí)間過長(zhǎng) 單片 機(jī)將處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài) 3 3 3 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路 89C51 片內(nèi)有一個(gè)高增益反相放大器 用于構(gòu)成振蕩器 反相放大器的輸入端為 XTAL1 輸出端為 XTAL2 分別為 89C51 的 19 和 18 管腳 在 XTAL1 和 XTAL2 兩端跨接石英 晶體及兩個(gè)電容就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器 如下圖 3 3 3 電容 C1 和 C2 通常都取 30pF 左 右 對(duì)振動(dòng)頻率有微調(diào)作用 振動(dòng)頻率范圍是 1 2 12MHZ X1 X2 C3 33p C4 33p X1 CY1 GND 圖圖 3 3 33 3 3 振蕩電路振蕩電路 3 43 4 顯示報(bào)警模塊顯示報(bào)警模塊 本系統(tǒng)中單片機(jī)將采集到的電壓值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的濃度值顯示到數(shù)碼管中 通過單片機(jī)的 I O 口對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行位選來選通其中的數(shù)碼管亮 通過 74HC573 來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示相應(yīng)數(shù)值 單片機(jī)通過 I O 口來輸出數(shù)據(jù) 數(shù)碼管將濃度值顯示出來 IN a 7 b 6 c 4 d 1 e 3 f 8 g 9 dp 2 G1 10 G2 5 LED 2LED CC OE 1 D1 2 D2 3 D3 4 D4 5 D5 6 D6 7 D7 8 D8 9 GND 10 LE 11 Q8 12 Q7 13 Q6 14 Q5 15 Q4 16 Q3 17 Q2 18 Q1 19 VCC 20 U 74HC573 P20 P21 GND GND VCC VCC P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 圖 3 4 1 數(shù)碼管顯示電路 改成三極管驅(qū)動(dòng) 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 11 頁 報(bào)警由蜂鳴器和發(fā)光二極管組成 報(bào)警電路原理圖見圖 3 4 2 當(dāng)空氣中檢測(cè)到煤氣泄 露并超過預(yù)報(bào)警報(bào)限時(shí) 單片機(jī)通過傳感器模塊的濃度檢測(cè)端口檢測(cè)到低電平 單片機(jī) P2 0 口輸出一定周期的高低電平 三極管被導(dǎo)通 蜂鳴器工作 進(jìn)行聲音報(bào)警 并且 LED 燈閃爍 圖 3 4 2 報(bào)警電路 3 5 電源模塊電源模塊 電源電路主要是為系統(tǒng)提供電源 因?yàn)?STC89C52 是 5V 故整個(gè)系統(tǒng)用 5V 用一個(gè) LM7805 穩(wěn)壓產(chǎn)生一個(gè) 5V 電壓 外接 6 8V 直流電壓輸入 通過二極管整流 電容 C 濾波后 送入 LM7805 穩(wěn)壓 一路送入蜂鳴器提供驅(qū)動(dòng)特別是在模擬電源和數(shù)字電源之間一定要分開 要不然會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生影響 特別是信號(hào)類的電路 模擬地和數(shù)字地如果不分開會(huì)對(duì)信號(hào)造成 干擾 D2 D1 D4 D1 D3 D1 D5 D1 D1 D1 in 1 2 out 3 IC1 7805 C1 2200u C3 104 C4 104 C2 470 1 2 J1 CON2 1 2 J2 CON2 GND 圖 3 5 1 電源電路 用 LM7805 系列三端穩(wěn)壓 IC 來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少 可以穩(wěn)定輸出 5 0v 最 大輸出電流 1 5A 其壓差在 0 4V 電路內(nèi)部還有過流 過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路 使用起 來可靠 方便 而且價(jià)格便宜 該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號(hào)中的 lm78 或 lm79 后面的數(shù)字代表 該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓 如 lm7806 表示輸出電壓為正 6V lm7909 表示輸出電壓為 負(fù) 9V 4 4 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì) 程序的一開始首先設(shè)定堆棧的棧底地址 然后將 RAM 內(nèi)部清零 單片機(jī)初始 化 即系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位 由于氣體傳感器一直不停的掃描氣體濃度 A D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 12 頁 單片機(jī)將采集到的電壓轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的濃度值顯示出來 經(jīng)判斷是否超過界限 若沒有則程序 進(jìn)行循環(huán) 一旦超過界限 將產(chǎn)生中斷 在中斷服務(wù)子程序中 P2 0 口變?yōu)楦唠娖?即接通 報(bào)警設(shè)備電路 然后進(jìn)入延時(shí)子程序 系統(tǒng)繼續(xù)采集煤氣濃度 等濃度達(dá)到允許范圍時(shí) P2 0 口變?yōu)楦唠娖?即斷開報(bào)警設(shè)備電路 開始 數(shù)據(jù)初始化設(shè) 定報(bào)警臨界值 濃度數(shù)據(jù)采集 及 A D 轉(zhuǎn)換 濃度數(shù)據(jù) 設(shè)定值 報(bào)警子程序 N Y 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 13 頁 5 5 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及精度和誤差分析系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及精度和誤差分析 本系統(tǒng)是檢測(cè)煤氣泄漏的濃度以及報(bào)警 技術(shù)指標(biāo)要求系統(tǒng)能夠檢測(cè)和顯示氣體濃度 能夠在超過預(yù)設(shè)濃度值后報(bào)警提示 誤差分析 由于傳感器自身原因 會(huì)存在一定的誤差 系統(tǒng)中我們采用的 A D 是 ADC0809 其分辨力和精度都比較低 在數(shù)據(jù)的采集方面存在著一定的誤差 當(dāng)煤氣濃度達(dá)到 100pm 時(shí)顯示在數(shù)碼管上的數(shù)字為 01 當(dāng) 10000pm 時(shí)數(shù)碼管顯示 99 即電壓的變化就對(duì)應(yīng)于濃度的變化 故誤差在 0 5 之內(nèi) 符合標(biāo)準(zhǔn) 3 2 1 84 IC1A LM 193 2 1 3 4 J1 CON4 A 1 A 2 B 3 B 4 H1 5 H2 6 M Q 1 VCC GND GND GND VCC 0 1uF C2 0 1uF C1 VCC GND OUT IN AC D1 LED2 D2 LED2 R1 Res2 1K R2 Res2 10K R3 W1 10K AC GND OUT IN 1K R5 1K R4 GND 20 VCC 40 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD P3 7 17 WR P3 6 16 INT0 P3 2 12 INT1 P3 3 13 T0 P3 4 14 T1 P3 5 15 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P0 0 39 P0 1 38 P0 2 37 P0 3 36 P0 4 35 P0 5 34 P0 6 33 P0 7 32 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD P3 1 11 RXD P3 0 10 IC2 89C5X P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 P30 P31 RESET X1 X2 C3 33p C4 33p X1 CY1 GND GND VCC PSEN VCC RP1 RP8 VCC S1 KEY4 C9 ELE1 R6 1k R7 10k VCC GND RESET D4 D1 D6 D1 D5 D1 D7 D1 D3 D1 in 1 2 out 3 IC3 7805 C5 2200u C6 104 C8 104 C7 470 1 2 J3 CON2 1 2 J4 CON2 GND ALE P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P32 P33 P34 P35 P36 P37 VCC GNDX1 X2 a 7 b 6 c 4 d 1 e 3 f 8 g 9 dp 2 G1 10 G2 5 LED 2LED CC OE 1 D1 2 D2 3 D3 4 D4 5 D5 6 D6 7 D7 8 D8 9 GND 10 LE 11 Q8 12 Q7 13 Q6 14 Q5 15 Q4 16 Q3 17 Q2 18 Q1 19 VCC 20 U 74HC573 P20 P21 GND GND VCC VCC P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 14 頁 6 6 結(jié)論結(jié)論 本文利用單片機(jī)結(jié)合現(xiàn)代傳感器技術(shù)而開發(fā)設(shè)計(jì)了這一氣體濃度監(jiān)控系統(tǒng) 經(jīng)過理論分 析還有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 該氣體濃度監(jiān)控系統(tǒng)具有成本低 技術(shù)成熟 功能完善 靈活性高 可 靠性好 抗干擾能力強(qiáng) 實(shí)時(shí)性高并且同時(shí)示警等優(yōu)點(diǎn) 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 容易實(shí)現(xiàn) 實(shí)用方便 符合安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 因此 如果該系統(tǒng)能夠投產(chǎn)并投入實(shí)際使用中必定 能產(chǎn)生相當(dāng)大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要包括氣敏傳感器檢測(cè)模塊 A D 轉(zhuǎn)換模塊 單片機(jī)模塊 文中對(duì)每個(gè)部 分功能 實(shí)現(xiàn)的過程作了詳細(xì)介紹 整個(gè)系統(tǒng)的核心是進(jìn)行濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)控 各項(xiàng)功能的 實(shí)現(xiàn)滿足了課題所有要求 通過對(duì)氣敏傳感器及接口電路的分析 了解了接口電路是如何 巧妙地將氣敏傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌碾娦盘?hào)并通過 A D 轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理 另外 本系統(tǒng)的氣體濃度監(jiān)控裝置設(shè)置可變電阻器 使整個(gè)裝置的監(jiān)控靈敏度為可調(diào)節(jié)的 從而可充分滿足用戶的監(jiān)控要求 而且這種調(diào)節(jié)是非常簡(jiǎn)單的 本設(shè)計(jì)應(yīng)用性比較強(qiáng) 設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以作為氣體濃度監(jiān)控系統(tǒng) 如果稍微改裝可以做煙霧 檢測(cè)系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)室有毒氣體監(jiān)控系統(tǒng)等等 此外 該系統(tǒng)中存在一定的不足 那就是系統(tǒng) 沒有采用間歇工作方式 如果系統(tǒng)采用間歇工作方式 在將其工作時(shí)間和停止時(shí)間設(shè)定為 工作時(shí)間短而停止時(shí)間長(zhǎng) 既可充分滿足及時(shí)監(jiān)控環(huán)境中的氣體濃度 又可使其中所用的 氣敏傳感器有足夠的間歇周期 從而可大大延長(zhǎng)該傳感器的使用壽命 有利于保證整個(gè)裝 置工作的可靠性 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 15 頁 7 7 設(shè)計(jì)小結(jié)設(shè)計(jì)小結(jié) 兩周的課程設(shè)計(jì)就這樣結(jié)束了 帶給我們的有迷茫 有忙碌 有疲憊 有欣喜 但是對(duì) 于我們每個(gè)認(rèn)真參與其中的人來說都收獲頗多 本設(shè)計(jì)提出了一個(gè)煤氣泄露報(bào)警裝置的設(shè)計(jì) 方案 該檢測(cè)裝置通過傳感器的電導(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)的輸出電壓 該電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)放跟隨比較 后通過 A D 轉(zhuǎn)換器后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào) 最后將數(shù)字信號(hào)送入 AT89C51 單片機(jī) 經(jīng)過軟件的控制 在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的濃度值 在電路中設(shè)計(jì)報(bào)警電路 超過設(shè)定濃度后 報(bào)警提示 本設(shè)計(jì)通過 EDA 數(shù)電以及模電幾方面知識(shí)的結(jié)合 在整個(gè)設(shè)計(jì)和制作的過程中 我遇 到了各種難題 通過查閱資料 問題一步步地得到了解決 同時(shí)我也深刻體會(huì)到了所學(xué)理論知 識(shí)的重要性 以及理論知識(shí)與實(shí)際操作相結(jié)合的重要性 經(jīng)過兩周的課程設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí) 更深入的了解到現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容 通過課程設(shè)計(jì) 對(duì)電子設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)更加的了解 對(duì)軟件操作界面的不熟悉到現(xiàn)在的基本熟練掌握 我收 獲到的不僅僅是類似 protel99se 這樣的軟件的熟練使用 更重要的則是這兩周對(duì)我思考 分析 設(shè)計(jì) 修正等等能力的鍛煉 從而真正領(lǐng)略到了數(shù)字電路的無窮魅力所在 今后我們 要學(xué)會(huì)將學(xué)過的相關(guān)知識(shí)聯(lián)系起來 理論聯(lián)系實(shí)際 讓自己有更大的進(jìn)步 通過 EDA 的模擬編譯 適配 仿真 可以大大的縮短設(shè)計(jì)周期 EDA 仿真測(cè)試技術(shù)只需 要通過計(jì)算機(jī)軟件就能對(duì)所設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)從不同層次的系統(tǒng)性能特點(diǎn)完成一系列準(zhǔn)確的測(cè) 試與仿真操作 在完成實(shí)際系統(tǒng)的安裝后 還能對(duì)系統(tǒng)的目標(biāo)器件進(jìn)行邊界掃描測(cè)試 嵌入 式邏輯分析儀的應(yīng)用 這一切都極大的提高了大規(guī)模電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 16 頁 8 8 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 萬福君 潘松峰 單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 第二版 M 合肥 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社 2001 2 胡漢才 單片機(jī)原理及其接口技術(shù) M 北京 清華大學(xué)出版社 2004 3 蔡美琴 張為民 MCS 51 系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用 第二版 M 北京 高等教育出版社 2004 4 楊振江 杜鐵軍 流行單片機(jī)實(shí)用子程序及應(yīng)用實(shí)例 M 西安電子科技大學(xué)出版社 2002 5 張培仁 基于 C 語言編程 MCS 51 單片機(jī)原理與應(yīng)用 M 北京 清華大學(xué)出版社 2003 6 李群林 基于多路傳感器的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng) J 中國(guó)儀器儀表 2006 11 38 40 7 孫環(huán) 基于 SHT11 單片集成傳感器溫濕度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) J 國(guó)外電子測(cè)量技術(shù) 2006 6 43 48 8 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 119 127 9 孟臣 李敏 李愛傳 I2C 總線數(shù)字式溫濕度傳感器 SHT11 及其在單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用 J 國(guó)外電子元 器件 2004 3 50 54 10 劉迎春 葉湘濱 現(xiàn)代新型傳感器原理與應(yīng)用 M 北京 國(guó)防工業(yè)出版社 1998 11 何希才 傳感器及其應(yīng)用電路 M 北京 電子工業(yè)出版社 2001 12 沙占友 智能化集成溫度傳感器原理與應(yīng)用 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2002 13 趙繼文 傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計(jì) M 北京 科學(xué)出版社 2002 14 丁鎮(zhèn)生 傳感器及傳感技術(shù)應(yīng)用 M 北京 電子工業(yè)出版社 1998 15 張洪潤(rùn) 劉秀英 張亞凡等 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) 200 例 M 北京 航空航天大學(xué)出版社 2006 16 Nordic VLSI ASA nRF24E1 and nRF24E2 RF layouts P Application Note ordercode 200503 nAN24 0 2003 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 17 頁 附錄附錄 1 1 電路總圖 電路總圖 3 2 1 84 IC1A LM 193 2 1 3 4 J1 CON4 A 1 A 2 B 3 B 4 H1 5 H2 6 M Q 1 VCC GND GND GND VCC 0 1uF C2 0 1uF C1 VCC GND OUT IN AC D1 LED2 D2 LED2 R1 Res2 1K R2 Res2 10K R3 W1 10K AC GND OUT IN 1K R5 1K R4 GND 20 VCC 40 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD P3 7 17 WR P3 6 16 INT0 P3 2 12 INT1 P3 3 13 T0 P3 4 14 T1 P3 5 15 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P0 0 39 P0 1 38 P0 2 37 P0 3 36 P0 4 35 P0 5 34 P0 6 33 P0 7 32 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD P3 1 11 RXD P3 0 10 IC2 89C5X P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 P30 P31 RESET X1 X2 C3 33p C4 33p X1 CY1 GND GND VCC PSEN VCC RP1 RP8 VCC S1 KEY4 C9 ELE1 R6 1k R7 10k VCC GND RESET D4 D1 D6 D1 D5 D1 D7 D1 D3 D1 in 1 2 out 3 IC3 7805 C5 2200u C6 104 C8 104 C7 470 1 2 J3 CON2 1 2 J4 CON2 GND ALE P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P00 P01 P02