1、可燃氣體測試系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)班級：2006級1班姓名：夏德軍目 錄引 言31 可燃氣體報警器61.1 國內(nèi)可燃氣體報警器現(xiàn)狀61.2 目前家庭煤氣使用的現(xiàn)狀71.3論文主要工作概述81.4論文研究的意義82 可燃氣體測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計92.1 芯片的簡單概述9 Protel99繪圖軟件介紹9 AT89C51單片機的介紹132.1.3 LM324集成運放192.2 各部分電路模塊設(shè)計222.2.1 氣敏傳感器電路222.2.2 控制電路232.2.3 時鐘電路242.2.4 復(fù)位電路252.2.5 顯示電路263 可燃氣體測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計273.1 A/D轉(zhuǎn)換部分設(shè)計274 運

2、行結(jié)果與分析295 可燃氣體測試系統(tǒng)的應(yīng)用30結(jié) 論32致 謝34參考文獻35附錄1 源程序清單37附錄2 電路原理圖39摘 要隨著現(xiàn)代科技的進步，可燃氣體的應(yīng)用越來越廣，在人民的生產(chǎn)生活中的地位也越來高。與傳統(tǒng)燃料相比，可燃氣體具有可再生、燃燒充分、污染小、熱量高、價格低廉等優(yōu)點，已經(jīng)成為居民生活和工業(yè)領(lǐng)域的重要熱源。但其致命的缺點是極易泄露，一旦泄露就可能會對人民的生命財產(chǎn)造成巨大的威脅。所以是否能夠準(zhǔn)確可靠的檢測可燃氣體的濃度成為可燃氣體能夠廣泛使用的前提。報警器要針對家庭當(dāng)中使用的煤氣來設(shè)計報警的，通過對傳感器對甲烷濃度的檢測采集，當(dāng)甲烷濃度打到爆炸極限的時候，報警器發(fā)出警報聲，提醒報

3、警器用戶對其煤氣的泄露進行應(yīng)急的處理，避免人身傷亡和爆炸事故。本設(shè)計充分利用了AT89C51單片機的豐富資源，將檢測、控制技術(shù)，通過對煤氣中的甲烷的濃度進行監(jiān)測，當(dāng)濃度達到爆炸下限時發(fā)出報警聲，提醒用戶做適當(dāng)?shù)膽?yīng)急處理，避免不必要的爆炸事故和人身財產(chǎn)的損失，保障家庭煤氣的使用安全。因此，在充分利用現(xiàn)有科技的基礎(chǔ)上，研制一種操作簡單、功能強大、體積小、可靠性高且成本低廉的家庭煤氣報警報警控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。關(guān)鍵詞：可燃氣體；報警器;甲烷；爆炸 AbstractWith the development of modern technological, flammable gas are w

4、idely used, the status in people's production and living becomes higher and higher.Compared with conventional fuels, combustible gas has the advantages of renewable, combustion, less pollution, high-calorie and low-cost,it has become an important heat source in peoples life and industry. But its

5、 fatal weakness is easily compromised, if disclosed, it may cause huge threaten to peoples live and property. Therefore, the possibility of accurate and reliable detection of combustible gases into combustible gas can be widely used in the premise. Alarm among the families to use for the design of g

6、as alarm, sensor by detecting the concentration of methane, when the explosion limit of methane concentration, alarms sound an alarm to remind alarm users to conduct their gas leak emergency treatment, to avoid personal injury, death and explosions.The design makes full use of the rich resources of

7、AT89C51 microcontroller, the detection, control technology, through the concentration of methane gas in the monitoring, when the concentration reaches the lower limit of explosive, alarm sound to alert the user to make the appropriate emergency treatment, avoiding unnecessary explosion and personal

8、property losses, safeguard the safe use of household gas. Therefore, based on making full use of existing technology, the development of a simple, powerful, small size, high reliability and low cost family gas alarm control system is of great significance.Keywords: flammable gas；alarm；methane；explos

9、ion引 言氣體報警器在社會中有著廣泛的應(yīng)用，特別是在煉油廠、化工廠、油庫、礦廠、加油站等眾多具有可燃性氣體泄漏可能的作業(yè)環(huán)境中更是一種必備的儀器。在這些特殊的環(huán)境里，若泄露的可燃性氣體未被及時發(fā)現(xiàn)，從而使氣體濃度不斷增加，當(dāng)達到一定的爆炸極限時，則隨時可能發(fā)生火災(zāi)甚至是爆炸等惡性事故，給社會和個人帶來巨大的財產(chǎn)損失，甚至造成人員傷亡。國內(nèi)外在這方面的報道可謂不勝枚舉。同時隨著人們生活水平的提高，液化氣、家庭用人工煤氣的使用也變得越來越普遍，它確實給人們的生活帶來了很大的方便，隨著人們生活水平的提高，液化氣的使用也變得越來越普遍，它確實給人們帶來了很大的方便，但也給人們的安全帶來了一定的威脅，

10、家庭煤氣中毒事件屢有發(fā)生。隨著城市煤氣、天然氣事業(yè)及化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，易燃、易爆的氣體種類和應(yīng)用范圍不斷增加，這些易燃易爆氣體在生產(chǎn)和使用過程中，一旦發(fā)生泄漏將會引起中毒、火災(zāi)、爆炸等重大事故，可燃氣體檢測報警系統(tǒng)是預(yù)防易燃易爆氣體在生產(chǎn)和使用過程中發(fā)生泄漏的報警裝置。在人們對安全生產(chǎn)的重視程度和生產(chǎn)技術(shù)手段不斷提高的同時，可燃氣體檢測報警系統(tǒng)正廣泛地應(yīng)用在這些領(lǐng)域中。裝設(shè)可燃氣體檢測報警系統(tǒng)，可以及時發(fā)現(xiàn)事故隱患，及早采取補救措施。在生活、工業(yè)上排放的氣體種類、數(shù)量都日益曾多。可燃氣體產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于燃氣、石油、化工、消防、冶金、電力、礦井等存在易燃、易爆、毒性氣體的危險場所。還可測量氣體濃

11、度，可燃氣體報警器能夠快速準(zhǔn)確地檢測出周圍氣體中可燃氣體的含量，并且在達到危險濃度時發(fā)出聲光報警。對人們的安全提供了保障。目前探測人工煤氣泄漏報警器都是以測量氫為主的旁熱式傳感器。其缺點是：(1)抗干擾性差。遇水蒸氣、油煙、酒精氣及煙霧都會引起報警，造成誤報。若帶有執(zhí)行機構(gòu)，作飯期間常會被熄火，誤報更會使人產(chǎn)生“狼來了"的感覺，使用效果極不理想。(2)壽命短，理論壽命只有半年。大部分旁熱元件都是用SiO2為基質(zhì)，需穩(wěn)定在300的條件下對氣體有反應(yīng)，而SiO2的比表面積在300的情況下，隨著時間的推移比表面積在減小。這就是為什么報警器的報警點要漂移的原因之一。(3)抗高濃度沖擊的能力差

12、。在正常工作的情況下，用戶為了檢驗一下報警器是否處于正常工作，常常拿打火機測試報警器。火機噴出的氣體濃度達幾萬ppm以上，濃度非常高，會使傳感器的敏感層產(chǎn)生鈍化，報警點產(chǎn)生漂移。這是報警器產(chǎn)生漏報的又一原因。(4)抗高溫濕環(huán)境差，特別是在南方的濕熱天氣下，報警器極易產(chǎn)生誤報。針對上述原因，本設(shè)計最主要的任務(wù)就是盡量的減少報警器的誤報。首先，在硬件方面選擇一個質(zhì)量出色的氣體濃度探測器。一個好的氣體濃度探測器是整個報警器相對來說準(zhǔn)確的第一保證。本設(shè)計選擇了性能較好的CH4傳感器AT89C51，該傳感器具有較高的穩(wěn)定度，線性度好等優(yōu)點。其次，由于空氣中各種氣體的濃度是隨時變化的。就本設(shè)計探測的甲烷（

13、CH4）來說，在空氣中也占有著一定的濃度，這樣就會對報警器進行干擾，如果直接將電路一段接地，無疑會使報警器的誤報幾率大大上升，那么一個調(diào)零電路就必不可少。這樣就會濾除掉毫無威脅的空氣中甲烷的濃度變化，在電路設(shè)計方面也就一定程度上的控制了錯誤報警的產(chǎn)生。最后，軟件程序方面，通過軟件濾波的方法，將過濾掉檢測的過大值和過小值，使檢測結(jié)果更加準(zhǔn)確。1 可燃氣體報警器1.1 國內(nèi)可燃氣體報警器現(xiàn)狀在冶金 、石油、化工、石化、煤炭工業(yè)等行業(yè)的生產(chǎn)中，工業(yè)現(xiàn)場存在著因為可燃性氣體泄漏而發(fā)生爆炸的隱患，因此對工業(yè)現(xiàn)場的可燃性氣體進行檢測是關(guān)系到生命安全和生產(chǎn)安全的重要安全問題。日本早在1980年1月開始實行安

14、裝城市煤氣、液化石油氣報警器法規(guī)，1986年5月日本通產(chǎn)省又實施了安全器具普及促進基本方針。美國目前己有6個州立法，規(guī)定家庭、公寓等都要安裝一氧化碳報警器。報警器種類也相當(dāng)繁多，有用于一般家庭、集體住宅、飲食餐店、醫(yī)院、學(xué)校、工廠的各種氣體報警器和系統(tǒng)；有單體分離型報警器、外部報警系統(tǒng)、集中監(jiān)視系統(tǒng)、遮斷連動系統(tǒng)、防止中毒報警防護系統(tǒng)等。結(jié)構(gòu)型式有袖珍型便攜式、手推式、固定式報警等；工業(yè)用固定式報警又有壁掛式、臺放式、單臺監(jiān)控式、多路巡檢式等。國外氣體傳感器發(fā)展很快，一方面是由于人們安全意識增強，對環(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增長受到政府安全法規(guī)的推動。因此，國外氣

15、體傳感器技術(shù)得到了較快發(fā)展，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，美國1996-2002年氣體傳感器年均增長率為(27-30)%。氣體報警器在社會中有著廣泛的應(yīng)用，特別是在煉油廠、化工廠、油庫、礦廠、加油站等眾多具有可燃性氣體泄漏可能的作業(yè)環(huán)境中更是一種必備的儀器。在這些特殊的環(huán)境里，若泄露的可燃性氣體未被及時發(fā)現(xiàn)，從而使氣體濃度不斷增加，當(dāng)達到一定的爆炸極限時則隨時可能發(fā)生火災(zāi)甚至是爆炸等惡性事故，給社會和個人帶來巨大的損失。國內(nèi)外在這方面的報道可謂不勝枚舉。同時隨著人們生活水平的提高，液化氣的使用也變得越來越普遍，它確實給人們帶來了很大的方便，但也給人們的安全帶來了一定的威脅，家庭煤氣中毒事件屢有發(fā)生。為了減少甚至

16、避免這些惡性事故的發(fā)生，一方面需要加強安全防范意識，另一個重要的方面就是要有一個先進且可靠的安全檢測報警儀器，嚴(yán)密檢測環(huán)境中的可燃性氣體的濃度，一旦發(fā)現(xiàn)事故隱患，及時并準(zhǔn)確的進行報警，從而采取一系列有效的措施，避免事故的發(fā)生。 由于氣體本身存在的擴散性，可燃性氣體一旦發(fā)生泄漏，在外部風(fēng)力和內(nèi)部濃度梯度的作用下，氣體會沿逐漸擴散，從而擴大危害區(qū)域。因此，只有及時可靠地探測空氣中某些氣體的含量，才能及時采取有效措施進行補救。可燃性氣體報警器在工業(yè)生產(chǎn)的實際應(yīng)用中往往需要對工業(yè)現(xiàn)場的某個區(qū)域的可燃氣體濃度進行多點監(jiān)測，而且有時還要求報警器不僅能夠在工業(yè)現(xiàn)場發(fā)出聲光報警做出安全保護動作，還要求報警器能

17、夠接入工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，方便進行遠程監(jiān)控。目前得到廣泛應(yīng)用的可燃氣體檢測設(shè)備大都是一種固定的連續(xù)測量環(huán)境中可燃氣體濃度，并輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬信號儀表，它可以直接與DCS，PLC以及數(shù)據(jù)采集等系統(tǒng)相連接，但不符合儀表數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢，不能直接應(yīng)用于目前發(fā)展較快的新型現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。1.2 目前家庭煤氣使用的現(xiàn)狀當(dāng)前，隨著生活水平不斷的提高，煤氣與天然氣進入到的大眾的日常生活之中，由于操作不當(dāng)造成的不良后果一直都威脅著人們的生命，特別是針對煤氣與天然氣的檢測和報警系統(tǒng)仍舊存在著隱患，每年由于每天燃氣的泄露造成的特大事故依然很多。煤氣與天然氣是一種無色無味的氣體，主要成份是甲烷（CH4），密度

18、為0.716kg/ m3，對人體的危害是超時限能引起人窒息死亡。在家庭使用當(dāng)中，如果因為操作不當(dāng)造成煤氣泄露，達到爆炸極限的時候，會讓人窒息死亡，遇到明火就會發(fā)生爆炸事故，給人們的生活安全造成了巨大的威脅。1.3論文主要工作概述針對國內(nèi)外的發(fā)展情況，可見家庭煤氣報警器是我國未來家庭生活中必不可少的。本課題要設(shè)計的氣報警器與傳統(tǒng)的煤氣報警器相比，具有更高的靈敏度和抗干擾性。本文所介紹的系統(tǒng)，是利用單片機，對前端CH4的濃度數(shù)據(jù)采集，當(dāng)氣體濃度達到報警界限時，報警器發(fā)出警報聲，提醒報警器用戶對其煤氣的泄露進行應(yīng)急的處理，避免人身傷亡和爆炸事故。本課題的總體思路：以AT89C51單片機為核心的前端煤

19、氣檢測部分對CH4傳感器的信號進行檢測和控制，當(dāng)煤氣濃度達到報警濃度時，首先通過蜂鳴器進行本地報警。本設(shè)計要解決的主要問題：首先要解決的問題是CH4傳感器靈敏度和誤報問題，主要包括：CH4傳感器的選擇上、軟件濾波的方法實現(xiàn)過濾掉檢測的過大值和過小值；1.4論文研究的意義本設(shè)計充分利用了AT89C51單片機的豐富資源，將檢測、控制技術(shù)，通過對煤氣中的甲烷的感應(yīng)來在爆炸下限時發(fā)出報警聲，提醒用戶做適當(dāng)?shù)膽?yīng)急處理，避免不必要的爆炸事故和人身財產(chǎn)的損失，保障家庭煤氣的使用安全。因此，在充分利用現(xiàn)有科技的基礎(chǔ)上，研制一種操作簡單、功能強大、體積小、可靠性高且成本低廉的家庭煤氣報警報警控制系統(tǒng)具有十分重要

20、的意義。2 可燃氣體測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1 芯片的簡單概述 Protel99繪圖軟件介紹Protel99SE是Protel公司近10年來致力于Windows平臺開發(fā)的最新結(jié)晶，能實現(xiàn)從電學(xué)概念設(shè)計到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及這之間的所有分析、驗證和設(shè)計數(shù)據(jù)管理。因而今天的Protel最新產(chǎn)品已不是單純的PCB（印制電路板）設(shè)計工具，而是一個系統(tǒng)工具，覆蓋了以PCB為核心的整個物理設(shè)計。 最新版本的Protel軟件可以毫無障礙地讀Orcad、Pads、Accel(PCAD)等知名EDA公司設(shè)計文件，以便用戶順利過渡到新的EDA平臺。Protel99 SE共分5個模塊，分別是原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計（

21、包含信號完整性分析）、自動布線器、原理圖混合信號仿真、PLD設(shè)計。 以下介紹一些Protel99SE的部分最新功能：可生成30多種格式的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表；強大的全局編輯功能；在原理圖中選擇一級器件，PCB中同樣的器件也將被選中；  同時運行原理圖和PCB，在打開的原理圖和PCB圖間允許雙向交叉查找元器件、引腳、網(wǎng)絡(luò)  既可以進行正向注釋元器件標(biāo)號（由原理圖到PCB），也可以進行反向注釋（由PCB到原理圖），以保持電氣原理圖和PCB在設(shè)計上的一致性；滿足國際化設(shè)計要求（包括國標(biāo)標(biāo)題欄輸出，GB4728國標(biāo)庫）； * 方便易用的數(shù)模混合仿真（兼容SPICE 3f5）；支持用CUP

22、L語言和原理圖設(shè)計PLD，生成標(biāo)準(zhǔn)的JED下載文件； * PCB可設(shè)計32個信號層，16個電源-地層和16個機加工層；強大的“規(guī)則驅(qū)動”設(shè)計環(huán)境，符合在線的和批處理的設(shè)計規(guī)則檢查；智能覆銅功能，覆鈾可以自動重鋪；提供大量的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)電路板做為設(shè)計模版；放置漢字功能；可以輸入和輸出DXF、DWG格式文件，實現(xiàn)和AutoCAD等軟件的數(shù)據(jù)交換；智能封裝導(dǎo)航（對于建立復(fù)雜的PGA、BGA封裝很有用）；方便的打印預(yù)覽功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印結(jié)果；獨特的3D顯示可以在制板之前看到裝配事物的效果；強大的CAM處理使您輕松實現(xiàn)輸出光繪文件、材料清單、鉆孔文件、貼片機文件、測試點報告等；經(jīng)過

23、充分驗證的傳輸線特性和仿真精確計算的算法，信號完整性分析直接從PCB啟動；反射和串?dāng)_仿真的波形顯示結(jié)果與便利的測量工具相結(jié)合；專家導(dǎo)航幫您解決信號完整性問題 AT89C51單片機的介紹AT89C51單片機的機構(gòu)：AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。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

24、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是一種高效微控制器，AT89C2051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。 主要特性：與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 三級程序存儲器鎖定 128×8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 外形及引腳排列如圖所示：振蕩器和時序

25、OSC程序存儲器4 KB ROM數(shù)據(jù)存儲器256B RAM/SFR定時器/計數(shù)器2 ×16AT89C51CPU64 KB總線擴展控制器可編程 I/O可編程全雙工串行口內(nèi)中斷圖1 AT89C51外形及引腳排列AT89C51單片機管腳說明：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進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口（P1.0 P1.7

26、）：P1口是一個內(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FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口（P2.0P2.7）：P2口為一個內(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TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，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，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)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給

27、出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口（P3.0P3.7）：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 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 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷

28、1） P3.4 T0（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目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE

29、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)。 /EA/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FLASH編程期間，此引腳也用于施加

30、12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性: XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程

31、以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。 串口通訊：單片機的結(jié)構(gòu)和特殊寄存器，這是你編寫軟件的關(guān)鍵。至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢，它們是SCON，TCON，TMOD，SCON等，各代表什么含義呢？ SBUF 數(shù)據(jù)緩沖寄存器這是一個可以直接尋址的串行口專用寄存器。有朋友這樣問起過“為何在串行口收發(fā)中，都只是使用到同一個寄存器SBUF？

32、而不是收發(fā)各用一個寄存器。”實際上SBUF 包含了兩個獨立的寄存器，一個是發(fā)送寄存，另一個是接收寄存器，但它們都共同使用同一個尋址地址99H。CPU 在讀SBUF 時會指到接收寄存器，在寫時會指到發(fā)送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時的被響應(yīng)，數(shù)據(jù)沒有被取走，下一幀數(shù)據(jù)已到來，而造成的數(shù)據(jù)重疊問題。發(fā)送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們在寫發(fā)送程序時也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。操作SBUF寄存器的方法則很簡單，只要把這個99H 地址用關(guān)鍵字sfr定義為一個變量就可以對其進行讀寫操作了，如sfr SBUF = 0x99;當(dāng)然你也可以用其它的名稱。通常在標(biāo)準(zhǔn)

33、的reg51.h 或at89x51.h 等頭文件中已對其做了定義，只要用#include 引用就可以了。 SCON 串行口控制寄存器通常在芯片或設(shè)備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，都會引用到接口控制寄存器。SCON 就是51 芯片的串行口控制寄存器。它的尋址地址是98H，是一個可以位尋址的寄存器，作用就是監(jiān)視和控制51 芯片串行口的工作狀態(tài)。51 芯片的串口可以工作在幾個不同的工作模式下，其工作模式的設(shè)置就是使用SCON 寄存器。它的各個位的具體定義如下： SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0、SM1 為串行口工作模式設(shè)置位，這樣兩位可以對應(yīng)進行四種模式的設(shè)置。串行口工

34、作模式設(shè)置。 SM0 SM1 模式 功能 波特率 0 0 0 同步移位寄存器 fosc/12 0 1 1 8位UART 可變 1 0 2 9位UART fosc/32 或fosc/64 1 1 3 9位UART 可變 在這里只說明最常用的模式1，其它的模式也就一一略過，有興趣的朋友可以找相關(guān)的硬件資料查看。表中的fosc 代表振蕩器的頻率，也就是晶振的頻率。UART 為(Universal Asynchronous Receiver）的英文縮寫。 SM2 在模式2、模式3 中為多處理機通信使能位。在模式0 中要求該位為0。 REM 為允許接收位，REM 置1 時串口允許接收，置0 時禁止接收。

35、REM 是由軟件置位或清零。如果在一個電路中接收和發(fā)送引腳P3.0,P3.1 都和上位機相連，在軟件上有串口中斷處理程序，當(dāng)要求在處理某個子程序時不允許串口被上位機來的控制字符產(chǎn)生中斷，那么可以在這個子程序的開始處加入REM=0 來禁止接收，在子程序結(jié)束處加入REM=1 再次打開串口接收。大家也可以用上面的實際源碼加入REM=0 來進行實驗。 TB8 發(fā)送數(shù)據(jù)位8，在模式2 和3 是要發(fā)送的第9 位。該位可以用軟件根據(jù)需要置位或清除，通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位，在多處理機通信中這一位則用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。 RB8 接收數(shù)據(jù)位8，在模式2 和3 是已接收數(shù)據(jù)的第9 位。該位可能是奇偶位

36、，地址/數(shù)據(jù)標(biāo)識位。在模式0 中，RB8 為保留位沒有被使用。在模式1 中，當(dāng)SM2=0，RB8 是已接收數(shù)據(jù)的停止位。 TI 發(fā)送中斷標(biāo)識位。在模式0，發(fā)送完第8 位數(shù)據(jù)時，由硬件置位。其它模式中則是在發(fā)送停止位之初，由硬件置位。TI 置位后，申請中斷，CPU 響應(yīng)中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在任何模式下，TI 都必須由軟件來清除，也就是說在數(shù)據(jù)寫入到SBUF 后，硬件發(fā)送數(shù)據(jù)，中斷響應(yīng)（如中斷打開），這時TI=1，表明發(fā)送已完成，TI 不會由硬件清除，所以這時必須用軟件對其清零。 RI 接收中斷標(biāo)識位。在模式0，接收第8 位結(jié)束時，由硬件置位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。R

37、I=1，申請中斷，要求CPU 取走數(shù)據(jù)。但在模式1 中，SM2=1時，當(dāng)未收到有效的停止位，則不會對RI 置位。同樣RI 也必須要靠軟件清除。常用的串口模式1 是傳輸10 個位的，1 位起始位為0,8 位數(shù)據(jù)位，低位在先，1 位停止位為1。它的波特率是可變的，其速率是取決于定時器1 或定時器2 的定時值（溢出速率）。AT89C51等51 系列芯片只有兩個定時器，定時器0 和定時器1，而定時器2是89C52 系列芯片才有的。圖2 AT89C51的管腳圖圖3 AT89C51的實物圖2.1.3 LM324集成運放LM324是四運放集成電路LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插式封裝，外形如

38、圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖4。 圖4 LM324的引腳排列由于LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。下面介紹其應(yīng)用實例。 1.反相交流放大器

39、電路見附圖。此放大器可代替晶體管進行交流放大，可用于擴音機前置放大等。電路無需調(diào)試。放大器采用單電源供電，由R1、R2組成1/2V+偏置，C1是消振電容。 放大器電壓放大倍數(shù)Av僅由外接電阻Ri、Rf決定：Av=-Rf/Ri。負號表示輸出信號與輸入信號相位相反。按圖中所給數(shù)值，Av=-10。此電路輸入電阻為Ri。一般情況下先取Ri與信號源內(nèi)阻相等，然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)在選定Rf。Co和Ci為耦合電容。 2.同相交流放大器 見附圖。同相交流放大器的特點是輸入阻抗高。其中的R1、R2組成1/2V+分壓電路，通過R3對運放進行偏置。 電路的電壓放大倍數(shù)Av也僅由外接電阻決定：Av=1+Rf/R4，

40、電路輸入電阻為R3。R4的阻值范圍為幾千歐姆到幾十千歐姆。 3.交流信號三分配放大器 此電路可將輸入交流信號分成三路輸出，三路信號可分別用作指示、控制、分析等用途。而對信號源的影響極小。因運放Ai 輸入電阻高，運放 A1-A4 均把輸出端直接接到負輸入端，信號輸入至正輸入端，相當(dāng)于同相放大狀態(tài)時 Rf=0 的情況，故各放大器電 壓放大倍數(shù)均為 1 ，與分立元件組成的射極跟隨器作用相同 R1、R2組成1/2V+偏置，靜態(tài)時A1輸出端電壓為1/2V+，故運放A2-A4輸出端亦為1/2V+，通過輸入輸出電容的隔直作用，取出交流信號，形有源帶通濾波器許多音響裝置的頻譜分析器均使用此電路作為帶通濾波器，

41、以選出各個不同頻段的信號，在顯示上利用發(fā)光二極管點亮的多少來指示出信號幅度的大小。這種有源帶通濾波器的中心頻率 ，在中心頻率fo處的電壓增益Ao=B3/2B1，品質(zhì)因數(shù) ，3dB帶寬B=1/（*R3*C）也可根據(jù)設(shè)計確定的Q、fo、Ao值，去求出帶通濾波器的各元件參數(shù)值。R1=Q/（2foAoC），R2=Q/（2Q2-Ao）*2foC），R3=2Q/（2foC）。上式中，當(dāng)fo=1KHz時，C取0.01Uf。此電路亦可用于一般的選頻放大。 此電路亦可使用單電源，只需將運放正輸入端偏置在1/2V+并將電阻R2下端接到運放正輸入端既可。 4.比較器 當(dāng)去掉運放的反饋電阻時,或者說反饋電阻趨于無窮大

42、時(即開環(huán)狀態(tài)),理論上認為運放的開環(huán)放大倍數(shù)也為無窮大(實際上是很大,如LM324運放開環(huán)放大倍數(shù)為100dB，既10萬倍)。此時運放便形成一個電壓比較器，其輸出如不是高電平（V+），就是低電平（V-或接地）。當(dāng)正輸入端電壓高于負輸入端電壓時，運放輸出低電平。 附圖中使用兩個運放組成一個電壓上下限比較器，電阻R1、R1組成分壓電路，為運放A1設(shè)定比較電平U1；電阻R2、R2組成分壓電路，為運放A2設(shè)定比較電平U2。輸入電壓U1同時加到A1的正輸入端和A2的負輸入端之間，當(dāng)Ui >U1時，運放A1輸出高電平；當(dāng)Ui U2，則當(dāng)輸入電壓Ui越出U2，U1區(qū)間范圍時，LED點亮，這便是一個電

43、壓雙限指示器。若選擇U2 > U1，則當(dāng)輸入電壓在U2，U1區(qū)間范圍時，LED點亮，這是一個“窗口”電壓指示器。此電路與各類傳感器配合使用，稍加變通，便可用于各種物理量的雙限檢測、短路、斷路報警等。 5.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 見附圖2。此電路可用在一些自動控制系統(tǒng)中。電阻R1、R2組成分壓電路，為運放A1負輸入端提供偏置電壓U1，作為比較電壓基準(zhǔn)。靜態(tài)時，電容C1充電完畢，運放A1正輸入端電壓U2等于電源電壓V+，故A1輸出高電平。當(dāng)輸入電壓Ui變?yōu)榈碗娖綍r，二極管D1導(dǎo)通，電容C1通過D1迅速放電，使U2突然降至地電平，此時因為U1>U2，故運放A1輸出低電平。當(dāng)輸入電壓變高時，二極管D

44、1截止，電源電壓R3給電容C1充電，當(dāng)C1上充電電壓大于U1時，既U2>U1，A1輸出又變?yōu)楦唠娖剑瑥亩Y(jié)束了一次單穩(wěn)觸發(fā)。顯然，提高U1或增大R2、C1的數(shù)值，都會使單穩(wěn)延時時間增長，反之則縮短。2.2各部分電路模塊設(shè)計氣敏傳感器電路如圖5所示為氣敏傳感器電路圖5 氣敏傳感器電路圖控制電路如圖6所示為控制電路圖6 控制電路圖2.2.3 時鐘電路因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us，故而一個機器周期為1us。如圖7所示為時鐘電路。圖7 時鐘電路圖2.2.

45、4 復(fù)位電路復(fù)位方法一般有上電自動復(fù)位和外部按鍵手動復(fù)位，單片機在時鐘電路工作以后, 在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)不小于2us。本設(shè)計采用的是外部手動按鍵復(fù)位電路。如圖8示為復(fù)位電路。圖8 復(fù)位電路圖2.2.5 顯示電路如圖9為顯示電路圖9 顯示電路圖3 可燃氣體測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1 A/D轉(zhuǎn)換部分設(shè)計ADC0809是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進行模數(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行A/D轉(zhuǎn)換。 3.1.1 主要特性1）

46、8路輸入通道，8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 3）轉(zhuǎn)換時間為100s 4）單個5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點和滿刻度校準(zhǔn)。 6）工作溫度范圍為-4085攝氏度 7）低功耗，約15mW。 3.1.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1322所示，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DA轉(zhuǎn)換器、逐次逼近 3.1.3 外部特性（引腳功能）ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖1323所示。下面說明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。 2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。

47、 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：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： AD轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。 EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（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)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一5V。 GND

48、：地。3.1.4 ADC0809的工作過程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。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 AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続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)OE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。4 運行結(jié)果與分析如圖11為程序的編譯結(jié)果圖11 編譯結(jié)果圖12為源程序圖12 源程序5 可燃氣體測試系統(tǒng)的應(yīng)用國外對于可燃氣體檢測儀表的設(shè)置也是逐漸被認識的，而且首先是從行政管理者提

49、出要求開始.從行政立法逐漸過渡到技術(shù)立法領(lǐng)域的.如日本通產(chǎn)省在1982年頒發(fā)的液化石油氣安全管理基準(zhǔn)中，才對設(shè)置可燃氣體檢測儀表作出具體規(guī)定.據(jù)悉，現(xiàn)在日、德等國規(guī)定城市居民家庭必須安裝可燃氣體泄漏檢測報警裝置，否則不予供氣。近十幾年來，我國引進的化工和其它易燃易爆生產(chǎn)設(shè)備的裝置區(qū)或某些部位，大多設(shè)有固定式可燃氣體檢漏報警裝置。如北京前進化工廠、上海石化總廠、四川維尼綸廠的制氧、乙炔、醋酸乙烯、甲醇裝置，以及吉林有機化工廠、南京烷基苯廠的壓縮機房等處，都設(shè)有這類可燃氣體泄漏檢測報警裝置。在民用建筑方面，隨著城市煤氣的發(fā)展和民用石油液化氣用戶的增多，目前城市消防部門已經(jīng)或正在把可燃氣體泄漏檢測報

50、警裝置引入議事日程。例如:蘇州某旅游飯店1990年在廚房等使用管道煤氣的場所裝設(shè)了可燃氣體檢測器和報警器;我院為大慶石油管理局設(shè)計的景園小區(qū)五幢高層住宅樓，為每家住戶裝設(shè)了可燃氣體泄漏檢測報警裝置;青島市消防大隊對于高層建筑中使用謀氣和液化氣的場所，明確要求裝設(shè)可燃氣體泄漏檢測報警裝置;南京市消防大隊和煤氣公司也正在考慮如何具體實施的問題。80年代初及以前一般采用日本、法國、意大利進口的可燃氣體檢漏報警裝置。80年代中期以后，我國有很多工廠己經(jīng)能夠生產(chǎn)這種裝置，而且在油田及石化企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。以下是本人的幾點建議：1.希望我國對于可燃氣體泄漏檢測報置的設(shè)置和使用，也能有行政立法。2.希望

51、有關(guān)設(shè)計規(guī)范能對這方面內(nèi)容得再具體化一些，或者專為可燃氣體泄測報警系統(tǒng)設(shè)計，制定一個規(guī)范。3.希望有關(guān)部門對于產(chǎn)品質(zhì)量問題能夠統(tǒng)一歸口、組織鑒定，并將其質(zhì)量定期公布，供設(shè)計人員選型時參考。4.鑒于可燃氣體泄漏檢測裝置中的氣敏元件和載體催化元件壽命短、易失效，需要定期更換，因此產(chǎn)品的售后服務(wù)需要有關(guān)部門組織和監(jiān)督執(zhí)行。這樣，才能保證設(shè)計、安裝、運行、維修的各個環(huán)節(jié)正常運作，真正起到安全哨兵的作用。結(jié) 論本設(shè)計充分利用了AT89C51單片機的豐富資源，將檢測、控制技術(shù)，通過對煤氣中的甲烷的濃度進行監(jiān)測，當(dāng)濃度達到爆炸下限時發(fā)出報警聲，提醒用戶做適當(dāng)?shù)膽?yīng)急處理，避免不必要的爆炸事故和人身財產(chǎn)的損失，

52、保障家庭煤氣的使用安全。因此，在充分利用現(xiàn)有科技的基礎(chǔ)上，研制一種操作簡單、功能強大、體積小、可靠性高且成本低廉的家庭煤氣報警報警控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。當(dāng)今社會，出現(xiàn)許多種可燃氣體報警器，而這些產(chǎn)品大都是針對煤氣的泄漏作相應(yīng)的報警，即為家庭式。但是隨著社會的發(fā)展，煤氣報警器也在由單一的家庭式發(fā)展為小區(qū)監(jiān)控。對某個區(qū)域的燃氣泄漏進行監(jiān)控，這是今后的發(fā)展趨勢。隨著人民物質(zhì)生活水平的提高，燃氣使用率不斷增加，對于燃氣泄漏的檢測越來越引起大家的重視，我國許多城市已制定了一些新建住宅必須安裝燃氣泄漏報警器的相關(guān)規(guī)定，該型可燃氣體報警器是針對以上問題開發(fā)的一種安全裝置，該報警器能根據(jù)可燃氣體檢測濃度

53、進行聲光報警，并控制相應(yīng)設(shè)備進行工作，實現(xiàn)安全保護，是城市燃氣工程中所必需的產(chǎn)品，所以市場前景良好，同時這也為城市居民使用燃氣解除了后顧之憂。煤氣是最接近人們?nèi)粘Ｉ畹臇|西，是與人們息息相關(guān)的，現(xiàn)在人們重視的不是怎樣去使用物品而是怎樣更好的更安全的使用物品。作為一個危險氣體的使用也更是人們越來越關(guān)心的，可燃氣體的報警設(shè)備是在人們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓街匾脑O(shè)備，它可以保證人們的生命安全不受到威脅，也可以保障人們的財產(chǎn)安全不受到火災(zāi)、爆炸的威脅。家庭煤氣報警器的使用會越來越高，現(xiàn)在可燃氣體報警器還是主要用于工業(yè)上的，比如礦井中的瓦斯報警。小巧靈便的家庭用煤氣報警器會慢慢的走進人們的生活，人們也會越來越關(guān)注這個不起眼卻十分重要的環(huán)節(jié)的，在家庭用方面，可燃氣體報警器還是有許多需要發(fā)展和完善的空間的。致 謝這次畢業(yè)設(shè)計是我大