(論文)[論文]煤氣報(bào)警器設(shè)計(jì)最新優(yōu)秀畢業(yè)論文資料搜集嘔血奉獻(xiàn)

畢業(yè)設(shè)計(jì)：煤氣警報(bào)器設(shè)計(jì)摘 要當(dāng)今社會(huì)上，出現(xiàn)了許多煤氣報(bào)警器，而這些產(chǎn)品大都是針對(duì)煤氣的泄漏所做出的相應(yīng)的報(bào)警，即為家庭式煤氣報(bào)警器。本課題設(shè)計(jì)煤氣報(bào)警采用了AT89S52單片機(jī)為報(bào)警器的核心部件，對(duì)煤氣報(bào)警器進(jìn)行控制。通過NAP-505電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器對(duì)煤氣進(jìn)行檢測(cè)，將所得的濃度值與設(shè)定濃度值相比較得到偏差。通過對(duì)偏差信號(hào)的處理獲得控制信號(hào)，發(fā)生報(bào)警信號(hào)，并把報(bào)警通道顯示并儲(chǔ)存在DS12887的RAM中，八個(gè)單元的煤氣濃度對(duì)應(yīng)模擬量利用A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并加入了鍵盤輸入控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家用和工業(yè)煤氣漏氣的監(jiān)控。整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)合理，性能安全可靠。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 煤氣濃度 報(bào)警器Design of the coal gas alarm deviceABSTRACTThere are many coal gas alarms devices in our lives. These devices will alarm after the coal gas leaking. We call them household or industy appliances. This paper introduces the design of a coal gas alarms device that use the AT89S52 SCM as the most important controller. It is a core-components that control the whole programs and circuit of the coal gas alarm device. The appliance monitors the density of coal gas with the sensor of NAP-505 and compares the current density with the setting density. We get the control signal through the dealing with the deviation signal and then sent a alarm signal that is memoried in a RAM of DS12887. The analog signal of eight densities of the coal gas are transformed into the digital signal with the A/D converter, in addition which is cotrolled with the keyboard. We can monitor the leak of coal gas in the house or industy. The hardware design of circuits is reasonable and the performance of the coal gas alarms device is safe and reliable. Keywords: SCM Density Alarm device目 錄摘 要IABSTRACTII1 前言11.1研究背景11.2研究意義21.3研究?jī)?nèi)容22 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)32.1方案的選擇32.2系統(tǒng)流程框圖33 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與傳感器選用43.1主機(jī)部分43.1.1AT89S52單片機(jī)43.1.2DS12887實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片及其電路63.1.3X5045看門狗定時(shí)器及復(fù)位電路83.1.4 電源電路93.2功能模塊部分93.2.1TLC2543的數(shù)據(jù)采集單元103.2.2HD7279的人機(jī)接口電路模塊123.2.3數(shù)據(jù)處理模塊153.2.4聲光報(bào)警模塊163.2.5ISP下載電路DIY173.3傳感器的選用183.3.1NAP-505型電化學(xué)式傳感器193.3.2MQ-9半導(dǎo)體氣體傳感器203.4硬件設(shè)計(jì)小結(jié)224 軟件設(shè)計(jì)234.1主程序設(shè)計(jì)234.1.1初始化程序和主程序234.1.2中斷服務(wù)程序274.2功能實(shí)現(xiàn)主要子程序284.2.1采集程序284.2.2數(shù)據(jù)處理模塊304.2.3報(bào)警記錄和報(bào)警模塊314.2.4人機(jī)對(duì)話子程序設(shè)計(jì)314.3小結(jié)345 系統(tǒng)調(diào)試與分析355.1硬件焊接與調(diào)試355.2軟件調(diào)試365.3系統(tǒng)調(diào)試385.4小結(jié)39參考文獻(xiàn)40附 錄1 程序源代碼41附 錄2 焊接實(shí)物圖56附 錄3 元器件清單58謝 辭60V1 前言1.1研究背景隨著我國(guó)燃?xì)獾淖兏锛拔鳉鈻|輸工程的進(jìn)行，煤氣或天燃?xì)庖殉蔀槎鄶?shù)家庭的燃料。每年，因煤氣泄露造成的煤氣中毒事故中，因使用熱水器不當(dāng)或產(chǎn)品本身的質(zhì)量問題,造成的一氧化碳中毒事故，全國(guó)均有不少事例.有甚者,因室內(nèi)煤氣濃度過高，引起煤氣爆炸的事故也不少見。所以怎樣防止煤氣中毒與爆炸已成為人們的迫切需要。為此我們開發(fā)研制了智能煤氣報(bào)警系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)的普及和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們己不滿足于傳統(tǒng)的居住環(huán)境，對(duì)家庭及住宅小區(qū)提出了更高的要求，智能化被引入家庭，并迅速在世界各地發(fā)展起來。人們對(duì)居住環(huán)境要求的日見增高，體現(xiàn)在希望住宅不僅更便利、舒適而且更安全。家庭及住宅小區(qū)智能化的定義，在國(guó)際上至今尚無一致的般認(rèn)為，在現(xiàn)代化的城鄉(xiāng)住宅小區(qū)內(nèi)綜合采用微型計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、通信與網(wǎng)絡(luò)及智能卡等技術(shù)，建立一個(gè)由住宅小區(qū)綜合物業(yè)管理中心與安防系統(tǒng)、信息通信服務(wù)與管理系統(tǒng)和家庭智能化系統(tǒng)組成的“三合一”住宅小區(qū)服務(wù)與管理集成系統(tǒng)，最終目的是使每一住戶得到滿足其要求的最佳方案。國(guó)家建設(shè)部規(guī)定，目前住宅小區(qū)應(yīng)實(shí)現(xiàn)六項(xiàng)智能化要求，其中包括實(shí)行安全防范系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控管理;防盜報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)安裝紅外或微波與煤氣泄漏報(bào)警器等各種類型報(bào)警探測(cè)器?；诖隧?xiàng)規(guī)定，煤氣泄漏自動(dòng)報(bào)警實(shí)現(xiàn)智能化勢(shì)在必行 姚豐、劉念聰：一種單片機(jī)智能煤氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) J，天津職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2004年6月 第13卷 第13期。在社會(huì)信息化進(jìn)程日益發(fā)展的今天，信息技術(shù)應(yīng)用己滲透到人類生存、活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域，在建筑領(lǐng)域，人們的現(xiàn)代生活、工作對(duì)居住要求舒適健康、安全可靠、高效便利。這時(shí)候氣體燃料的應(yīng)用也越來越廣泛。目前家用煤氣，液化器、天然氣作為氣體燃料，已用與家庭旅館，深入人民的生活之中。氣體燃料的應(yīng)用和普及，伴之而來的是氣體泄漏造成的中毒、爆炸、火災(zāi)等事故也時(shí)有發(fā)生。其中由于一氧化碳泄漏中毒死亡尤為嚴(yán)重。眾多周知由于CO與血液中的血紅素的結(jié)合能力是氧的240倍,因此,當(dāng)它進(jìn)入人體血液循環(huán)系統(tǒng)后,就會(huì)大量取代氧而與血紅素結(jié)合,抑制血液中氧氣的釋放,從而導(dǎo)致發(fā)生頭痛、耳鳴、嘔吐、血壓降低等不同程度的癥狀發(fā)生。如果CO中毒嚴(yán)重,輕者于康復(fù)過程中可能會(huì)頭昏眼花、喪失記憶或引起視覺及神經(jīng)上的障礙,嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致腦部受損甚至發(fā)生死亡。這就對(duì)煤氣自動(dòng)報(bào)警的器的設(shè)計(jì)更加迫切 周捷：有毒可燃?xì)怏w報(bào)警器原理及設(shè)計(jì) J，科技信息 2008年總第5期。為了預(yù)防一氧化碳的泄漏，人們采用了各種措施。家用智能煤氣報(bào)警器是為了預(yù)防氣體中毒的一種家用的自動(dòng)報(bào)警器，也是一種高靈敏度的氣體探測(cè)器，一般都是應(yīng)用高靈敏度的氣敏元件作氣電轉(zhuǎn)換元件，并配以電路和聲光報(bào)警部分組成。當(dāng)泄漏的氣體達(dá)到危險(xiǎn)極限值時(shí)報(bào)警器就會(huì)發(fā)生鳴響和聲光報(bào)警。601.2研究意義 測(cè)控技術(shù)與儀器儀表技術(shù)已經(jīng)是現(xiàn)在社會(huì)不可缺少的重要組件。從今天進(jìn)入信息科技時(shí)代來看，儀器儀表是實(shí)現(xiàn)信息的獲取、轉(zhuǎn)換、存貯和揭示物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的必備工具，是當(dāng)今普遍稱之為時(shí)代標(biāo)志的信息科技的三大支柱（信息獲取及處理、信息傳輸與通信、電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)）的必要手段，也是新技術(shù)革命的一項(xiàng)重要內(nèi)容。在現(xiàn)代化建設(shè)中，人們對(duì)儀器儀表所能起到的監(jiān)控作用，在技術(shù)上有著高層次的要求，因而儀器儀表工業(yè)是促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步，進(jìn)行技術(shù)改造，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，開發(fā)與節(jié)約能源和材料的先導(dǎo)工業(yè)。儀器儀表的裝備水平在很大程度上反映出一個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)力的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化水平。隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，測(cè)試技術(shù)與儀表專業(yè)的趨勢(shì)越來越向智能化轉(zhuǎn)變智能儀表。智能儀表一出現(xiàn)就顯示了它強(qiáng)大的生命力，現(xiàn)已成為儀器儀表發(fā)展的一個(gè)重要方向。這不僅在一般的測(cè)量?jī)x表中，而且在分析儀表、實(shí)驗(yàn)室儀表與生物醫(yī)學(xué)儀表中反映出來。儀器儀表設(shè)備水平在很大程度上反映出一個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)力發(fā)展水平，當(dāng)前儀器儀表正從自動(dòng)化向智能化方向發(fā)展，無疑這對(duì)于提高生產(chǎn)效率，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，加速我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)有著極其重要的作用。從此可以看出，測(cè)控技術(shù)及儀表專業(yè)具有非常美好的未來 閆坤：基于CAN總線小區(qū)煤氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) J，電子測(cè)試 2007年第5期。在小區(qū)內(nèi)保安室或是礦區(qū)主控室（以下簡(jiǎn)稱總臺(tái)）安裝好一個(gè)控制主機(jī)和報(bào)警模塊，在小區(qū)的每一個(gè)住戶安裝或是礦區(qū)的每一個(gè)礦點(diǎn)安裝一個(gè)到多個(gè)探測(cè)頭和報(bào)警模塊。這樣就可以同時(shí)在發(fā)生意外的時(shí)候及時(shí)的在總臺(tái)和發(fā)生意外的所在點(diǎn)產(chǎn)生聲光報(bào)警，及時(shí)的疏散意外所在點(diǎn)的人群并告之總臺(tái)的控制端。總臺(tái)可以通過顯示模塊得知哪個(gè)點(diǎn)發(fā)生意外，并及時(shí)的進(jìn)行處理和疏導(dǎo)人群。1.3研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)主要研究并設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的煤氣報(bào)警系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)AD數(shù)據(jù)的采集和聲光的報(bào)警控制?？刂葡到y(tǒng)主要是由MCS-52系列單片機(jī)、電源電路、AD數(shù)據(jù)采集電路、傳感器電路、看門狗電路、復(fù)位電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、LED顯示與鍵盤輸入人機(jī)接口電路、聲光報(bào)警電路等部分組成。單片機(jī)通過AD轉(zhuǎn)換8路傳感器來所得到的信號(hào)，進(jìn)行比較處理，并且能夠存儲(chǔ)各個(gè)通道的報(bào)警上限和報(bào)警時(shí)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，并且在安全值內(nèi)，輪回顯示當(dāng)前通道的測(cè)量值和設(shè)定值，在安全值外，產(chǎn)生聲光報(bào)警，并且輪回顯示報(bào)警通道的當(dāng)前值、設(shè)定值。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1方案的選擇方案一，通過傳感器感受到可燃性氣體，降低自身的阻值，來增大電流，并且驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。電路簡(jiǎn)單、可靠但是靈活性和實(shí)用性差。方案二，可以通過傳感器感知信號(hào)多級(jí)放大電路，并用電位器調(diào)節(jié)得到固定的電壓值，當(dāng)?shù)玫娇扇夹詺怏w信號(hào)時(shí)，電阻值立刻變小，放大器的放大倍數(shù)增加，電壓也就隨著增加，驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通報(bào)警電路。該方案有一定的靈活性和可執(zhí)性，但是電路比較復(fù)雜，智能性差。方案三，通過51系列單片機(jī)作為主控單元，并且能夠通過傳感器把模擬信號(hào)通過A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并且讀取和顯示出來。鍵盤可以通過不同的應(yīng)用場(chǎng)合和針對(duì)不同氣體做出不同的濃度設(shè)定，并且儲(chǔ)存報(bào)警的上限和報(bào)警時(shí)間，方便查詢和日后的工作調(diào)查。綜合考慮，由于使用單片機(jī)設(shè)計(jì)靈活性更強(qiáng)、用途更寬廣，所以本設(shè)計(jì)采用方案三。2.2系統(tǒng)流程框圖如圖2-1所示，該設(shè)計(jì)是由89s52單片機(jī)主要控制單元晃陽：?jiǎn)纹瑱C(jī)MCS-51原理及應(yīng)用開發(fā)教程 M,清華大學(xué)出版社2007.15.6：376-385。，由7805穩(wěn)壓芯片提供電源，具備有看門狗芯片X5045和實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12887作為主體單元。顯示和鍵盤是由HD7279A控制的，數(shù)據(jù)采集是由TLC2543進(jìn)行。89s52 單片機(jī)+5v電源看門狗X5045實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS12887顯示與鍵盤HD7279AAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換TLC2543信號(hào)處理傳感器報(bào)警電路 圖2-1 系統(tǒng)流程框圖 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與傳感器選用硬件系統(tǒng)的電路包括主機(jī)單元的電路和功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模塊電路。主機(jī)單元主要由89s52單片機(jī)與X5045看門狗定時(shí)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS12887和7805電源電路組成。功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模塊，由A/D轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)處理電路、人機(jī)接口電路、傳感器和報(bào)警電路組成。3.1主機(jī)單元電路主機(jī)模塊是由主控芯片AT89s52、X5045、DS12887芯片和電源電路構(gòu)成。它是儀表的核心部分。電源電路提供+5v的穩(wěn)定電源；X5045防止系統(tǒng)死機(jī)，保證程序正常運(yùn)行，內(nèi)部的EEPROM有掉電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，用于保存各采集通道的報(bào)警上限；DS12887存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)刻之前發(fā)生的10個(gè)歷史報(bào)警記錄，包括報(bào)警的發(fā)生通道、性質(zhì)和發(fā)生時(shí)間，可以對(duì)時(shí)、分、秒、年、月、日進(jìn)行準(zhǔn)備計(jì)時(shí)，具有掉電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，以邊日后實(shí)現(xiàn)可燃性氣體的報(bào)警監(jiān)督功能?？傮w連接如圖3-1。圖3-1主機(jī)模塊總連接圖3.1.1AT89S52單片機(jī)本設(shè)計(jì)中的主芯片采用美國(guó)ATMEL公司的?？刂破鞑糠植捎昧嗣绹?guó)ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)，AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案李全釗、遲榮強(qiáng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及接口技術(shù) M,高等教育出版史 2003年。AT89S52具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳,8k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器,256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）,32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口,5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷,2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口,看門狗（WDT）電路,片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器，主要功能表特性見表3-1。此外,AT89S52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下,CPU暫停工作,而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器,串行口, 外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作,掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù),停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式,以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。表3-1 主要功能表特性：兼容MCS-51指令系統(tǒng)8k可反復(fù)擦寫(1000次）ISP Flash ROM32個(gè)雙向I/O口4.5-5.5V工作電壓3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率0-33MHz全雙工UART串行中斷口線256x8bit內(nèi)部RAM2個(gè)外部中斷源低功耗空閑和省電模式中斷喚醒省電模式3級(jí)加密位看門狗（WDT）電路軟件設(shè)置空閑和省電功能靈活的ISP字節(jié)和分頁編程雙數(shù)據(jù)寄存器指針圖3-2 89s52各個(gè)引腳在本設(shè)計(jì)中，P0作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS12887的數(shù)據(jù)傳送總線；P2.7作為片選CE的接口用來使能DS12887，ALEP接口用來鎖存外接存儲(chǔ)器的地址， RD和WR接口分別接實(shí)時(shí)時(shí)鐘的RD和WR，用來讀控制和寫控制外部存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，RESET接X5045的RS接口受其看門狗監(jiān)督，P1.3和P1.4兩個(gè)接口用來接X5045的數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出；P1.1和P1.2接X5045的片選接口和時(shí)鐘接口。主機(jī)89s52完成對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集過程、采集方式和報(bào)警過程的控制。其最簡(jiǎn)單的連接圖如圖3-3。圖3-3 89s52最小系統(tǒng)3.1.2DS12887實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片及其電路 DS12887實(shí)時(shí)鐘芯片的特點(diǎn)，可作為IBM AT計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘和日歷；與MC146818B和DS12887的管腳兼容；在沒有外部電源的情況下可工作10年；自帶晶振及電池；可計(jì)算到2100年前的秒、分、小時(shí)、星期、日期、月、年七種日歷信息并帶閏年補(bǔ)償；用二進(jìn)制碼或BCD碼代表日歷和鬧鐘信息；有12和24小時(shí)兩種制式，12小時(shí)有AM和PM提示；可選夏令時(shí)模式；可以應(yīng)用與NMOTOROLA和INTERL兩種總線；數(shù)據(jù)/地址總線可以復(fù)用；內(nèi)建128字節(jié)RAM（14字節(jié)時(shí)鐘控制寄存器，114字節(jié)通用RAM）；可編程方波輸出；總線兼容中斷（/IRQ）；三種可編程中斷。其管腳名稱及其分部如圖3-4所示。 圖3-4 DS12887的管腳分布AD0-AD7是雙向地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線；NC是空腳；MOT總線類型選擇，接地或不接時(shí)，選擇INTEL總線時(shí)序，接Vcc是選用MOTOROLA總線時(shí)序；CS是片選，當(dāng)Vcc低于4.25V時(shí)，DS12887從內(nèi)部禁止對(duì)外部CS的操作，此時(shí)時(shí)鐘和RAM都被保護(hù)起來；AS是地址鎖存ALE；R/W在INTERL總線下做/WR，DS在INTEL總線下做/RD；RESET是復(fù)位信號(hào)，系統(tǒng)上電復(fù)位腳要保持低電平200MS以上才可以正常工作；IRQ是中斷請(qǐng)求輸出，有中斷請(qǐng)求為低電位，無就為高電位，外接必須接上拉電阻；SQW是方波輸出；當(dāng)Vcc低于4.25V是沒有任何作用；VC為+5V電源，GND是電源地。其DS12887芯片地址分部如圖3-5所示。圖3-5 DS12887的地址分部 所有地址包括114字節(jié)通用Ram、10字節(jié)用于記錄時(shí)間、日歷、鬧鐘的RAM以及字節(jié)的控制、狀態(tài)RAM。所有字節(jié)都可以在除以下的情況直接讀寫，除了寄存器C、D和寄存器第7與秒字節(jié)的高位為只讀 DS12887 數(shù)據(jù)手冊(cè) OL，DALLAS公司出品。圖3-6 DS12887與89S52的連接本設(shè)計(jì)中DS12887的D0到D7引腳接89S52的P0口作為數(shù)據(jù)和地址的傳送通道。片選CE由單片機(jī)的P2.7控制信號(hào)。因?yàn)橐婕暗酵獠看鎯?chǔ)設(shè)備的寫入和讀取，所以DS12887的RD和WR兩個(gè)引腳，直接接89S52的RD和WR兩個(gè)引腳，可以實(shí)現(xiàn)外部存儲(chǔ)的通信控制。而AS引腳自然接到單片機(jī)的ALE引腳。要使得DS12887可以正常的工作，就必須使得RESET置于低電位200ms以上，所以在VCC之間連接一個(gè)電阻并在GND之間連接一個(gè)電容，這樣就可以使得充電時(shí)間保持有200MS以上的低電位，并且正常工作接上電源VCC。其余引腳在本設(shè)計(jì)中均沒有涉及到，所以給于置空處理。圖3-6就是本設(shè)計(jì)中的電路連接實(shí)際情況。3.1.3X5045看門狗定時(shí)器及復(fù)位電路X5045的特點(diǎn)是一種集看門狗、電壓監(jiān)控和串行EEPROM 三種功能于一身的可編程電路。這種組合設(shè)計(jì)減少了電路對(duì)電路板空間的需求。X5045中的看門狗對(duì)系統(tǒng)提供了保護(hù)功能。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障而超過設(shè)置時(shí)間時(shí)，電路中的看門狗將通過RESET信號(hào)向CPU 作出反應(yīng)。X5045提供了三個(gè)時(shí)間值供用戶選擇使用。它所具有的電壓監(jiān)控功能還可以保護(hù)系統(tǒng)免受低電壓的影響，當(dāng)電源電壓降到允許范圍以下時(shí)，系統(tǒng)將復(fù)位，直到電源電壓返回到穩(wěn)定值為止。X5045的存儲(chǔ)器與CPU 可通過串行通信方式接口，共有4096個(gè)位，可以按512 x 8個(gè)字節(jié)來放置數(shù)據(jù)?？梢源娣?12個(gè)字節(jié)，可擦寫100萬次以上并且存儲(chǔ)100年。 X5045數(shù)據(jù)手冊(cè) OL, Intersil公司出品。 圖3-7 X5045引腳X5045的管腳排列如圖3-7 所示，它共有8個(gè)引腳，各引腳的功能如下： CS ：電路選擇端，低電平有效SO ：串行數(shù)據(jù)輸出端；SI ：串行數(shù)據(jù)輸入端； SCK：串行時(shí)鐘輸入端； WP ：寫保護(hù)輸入端，低電平有效； RESET ：復(fù)位輸出端； VCC ：電源端；VSS ：接地端。 本設(shè)計(jì)中由于X5045是利用SPI通信協(xié)議的，所以電路連接十分簡(jiǎn)單。SI和SO分別接89S52的P1.3和P1.4用作數(shù)據(jù)的傳輸使用。而CS和SCK分別接單片機(jī)的P1.1和P1.2用作控制端口使用。而WP和Vcc是直接接電源，RS上拉10k電阻接電源，并且接上89S52的RESET引腳，用作控制單片機(jī)復(fù)位信號(hào)使用，并且上電復(fù)位。設(shè)計(jì)中所用到的電路圖如圖3-8所示。圖3-8 設(shè)計(jì)中X5045的連接3.1.4 電源電路電源采用直流電源變壓器輸出12V的電壓，其電源連接電路如圖3-9所示，并由去耦電容、開關(guān)、7085穩(wěn)壓器及電源指示燈組成。直流12V再經(jīng)過電容濾波，7805集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓成為穩(wěn)定的+5V電源，用一個(gè)發(fā)光二極管指示燈指示電源狀態(tài)。電路安全穩(wěn)定可靠，測(cè)試電壓為+5V，并且在12V和5V電路中引線排針，以供日后使用。單片機(jī)制作專輯 J,無線電雜志 2003.3圖3-9 電源連接電路3.2功能模塊部分該部分中主要由數(shù)據(jù)采集模塊、人機(jī)接口模塊、信號(hào)處理模塊、ISP下載程序模塊和聲光報(bào)警模塊。可以實(shí)現(xiàn)89S52單片機(jī)的對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行采集計(jì)算比較，并產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警措施。人機(jī)對(duì)話方面，可以通過鍵盤和顯示來調(diào)節(jié)各個(gè)通道的設(shè)置值，并且查看現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試值。并且自行進(jìn)行DIY的ISP程序加載模塊，可以對(duì)程序進(jìn)行燒寫。3.2.1TLC2543的數(shù)據(jù)采集單元 本設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換器選擇了TLC2543，該芯片是TLC2543是德州儀器公司(TI)新型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，具有l(wèi)2位的分辨率，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成AD轉(zhuǎn)換過程，提供的最大采樣率為66KSPS，供電電流僅需1mA(典型值)。它除具有高速的轉(zhuǎn)換器和通用的控制能力外，還具有通用靈活的串行接口(SPI)。它被廣泛運(yùn)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。TLC2543是l2位開關(guān)電容逐次逼近型ADC 每個(gè)器件有三個(gè)控制輸入端：片選(CS)、輸入/輸出時(shí)鐘(I/O CLK)及地址數(shù)據(jù)輸入端(DATA INPUT)。它還可以通過一個(gè)串行的3態(tài)輸出端(DATA OUT)與主處理器或其它外圍的串行口通訊，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。通過編程器件的DATA INPUT管腳串行輸入的8位通道/方式控制字節(jié)的高4位(MSBs)，可選擇11個(gè)模擬輸入通道中的任一個(gè)?？捎猛瑯拥姆椒ㄟx用另外三個(gè)測(cè)試電壓VREF+、VREF-、（VREF+VREF-）/2,用于轉(zhuǎn)換器的枝正或其它用途。通道方式控制字節(jié)的低四位(LSBs)用于選擇輸出數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度(8、12或16位)、輸出數(shù)據(jù)的順序(以MSB開始或LSB開始)和是否需要單極性(二進(jìn)制)或雙極性(二進(jìn)制補(bǔ)碼)格式。TLC2543的功能特點(diǎn)，12 bit分辨率AD轉(zhuǎn)換器； 在工作溫度范圍內(nèi)10us轉(zhuǎn)換時(shí)間； 11個(gè)模擬輸入通道；4) 3路內(nèi)置自測(cè)試方式；采樣率為66 kb/s；線性誤差+1LSB(max)；有轉(zhuǎn)換結(jié)束(EOC)輸出；具有單、雙極性輸出；可編程的MSB或LSB前導(dǎo)；可編程的輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 TLC2543 數(shù)據(jù)手冊(cè) OL，Texas Instrument公司出品。TLC2543引腳介紹如圖3-10所示。圖3-10 TLC2543的引腳圖AIN0AIN10為模擬輸入端；CS為片選端，由高到低有效，由外部輸入；DIN為串行數(shù)據(jù)輸入端，用于選擇轉(zhuǎn)換及輸出數(shù)據(jù)格式；DOUT為AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端，AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出端；EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束端，向外部輸出；CLK為IO時(shí)鐘，由外部輸入；REF+為正基準(zhǔn)電壓端，一般接+5V；REF一為負(fù)基準(zhǔn)電壓端，一般接地；VCC為電源，一般接+5V；GND為地。TLC2543的工作過程分為兩個(gè)周期與接口時(shí)序，分別為I/O周期、轉(zhuǎn)換周期和接口時(shí)序。a) I/O周期I/O周期由外部提供的I/O CLOCK定義,延續(xù)8、12或16個(gè)時(shí)鐘周期,決定于選定的輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。器件進(jìn)入I/O周期后同時(shí)進(jìn)行兩種操作。在I/O CLOCK的前8個(gè)脈沖的上升沿,以MSB前導(dǎo)方式從DATA INPUT端輸入8位數(shù)據(jù)流到輸入寄存器。其中前4位為模擬通道地址,控制14通道模擬多路器從11個(gè)模擬輸入和三個(gè)內(nèi)部測(cè)電壓中選通一路送到采樣保持電路,該電路從第4個(gè)I/O CLOCK脈沖的下降沿開始對(duì)所選信號(hào)進(jìn)行采樣,直到最后一個(gè)I/O CLOCK脈沖的下降沿。I/O周期的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)與輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度(位數(shù))同時(shí)由輸入數(shù)據(jù)的D3、D2位選擇為8、12或16。當(dāng)工作于12或16位時(shí),在前8個(gè)時(shí)鐘脈沖之后,DATA INPUT無效。在DATA OUT端串行輸出8、12或16位數(shù)據(jù)。當(dāng)CS保持為低時(shí),第一個(gè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)在EOC的上升沿。若轉(zhuǎn)換由CS控制,則第一個(gè)輸出數(shù)據(jù)發(fā)生在CS的下降沿。這個(gè)數(shù)據(jù)串是前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果,在第一個(gè)輸出數(shù)據(jù)位之后的每個(gè)后續(xù)位均由后續(xù)的I/O時(shí)鐘下降沿輸出。b) 轉(zhuǎn)換周期在I/O周期的最后一個(gè)I/O CLOCK下降沿之后,EOC變低,采樣值保持不變,轉(zhuǎn)換周期開始,片內(nèi)轉(zhuǎn)換器對(duì)采樣值進(jìn)行逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換,其工作由與I/O CLOCK同步的內(nèi)部時(shí)鐘控制。轉(zhuǎn)換完成后EOC變高,轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存在輸出數(shù)據(jù)寄存器中,待下一個(gè)I/O周期輸出。I/O周期和轉(zhuǎn)換周期交替進(jìn)行,從而可減小外部的數(shù)字噪聲對(duì)轉(zhuǎn)換精度的影響。c)接口時(shí)序可以用四種傳輸方法使TLC2543得到全12位分辯率,每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞可以使用12或16個(gè)時(shí)鐘周期。一個(gè)片選脈沖要插到每次轉(zhuǎn)換的開始處,或是在轉(zhuǎn)換時(shí)序的開始處變化一次后保持為低,直到時(shí)序結(jié)束。根據(jù)芯片的規(guī)范和要求，本設(shè)計(jì)中89S52的P2.0接上TLC2543的I/Oclk用于在SPI通信中做模擬clock用。TLC2543的CS接在P2.3腳，作為片選使用。P2.1和P2.2分別接上輸入ADIN和輸出DOUT引腳。Vcc借+5v電源，GND接地，各路模擬接通道接數(shù)據(jù)處理后的信號(hào)。而REF+接+5v基準(zhǔn)電壓，REF-因傳感器不同，則有可能接GND也可以接+1v基準(zhǔn)電壓。當(dāng)使用TLC2543這種12位A/D器件時(shí)，每個(gè)模擬IC的電源端必須用一個(gè)0.1F的陶瓷電容連接到地，用作去耦電容。對(duì)模擬器件和數(shù)字器件，電源的地線回路必須分開，以防止數(shù)字部分的噪聲電流通過模擬地回路引入，產(chǎn)生噪聲電壓，從而對(duì)模擬信號(hào)產(chǎn)生干擾。使用TLC2543時(shí)一定要注意電路板的布線，電路板的布線要確保數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)隔開，模擬線和數(shù)字線特別是時(shí)鐘信號(hào)線不能互相平行總體設(shè)計(jì)如圖3-11。而在基準(zhǔn)電壓方面，為了適應(yīng)不同傳感器的要求，利用LM336-5.0經(jīng)過電阻調(diào)節(jié)和分壓，得到+5v和+1v的基準(zhǔn)電壓，如圖3-12所示。這樣可以靈活的處理各方面的數(shù)據(jù)而且可以達(dá)到基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性，不會(huì)收到電源電壓的干擾。圖3-11 TLC2543的總體設(shè)計(jì)圖3-12 基準(zhǔn)電壓的設(shè)計(jì)3.2.2HD7279的人機(jī)接口電路模塊HD7279A的特點(diǎn)是一片具有串行接口的 ,可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰極數(shù)碼管的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片可連接多達(dá) 64 個(gè)鍵的鍵盤矩陣 , 并含有去抖動(dòng)電路。HD7279A芯片內(nèi)部有譯碼器 ,可以直接接受 16 進(jìn)制碼 ,并且具有2種譯碼方式和多種控制指令 ,如:消隱、閃爍、 左移、 右移、 段尋址等?？梢詮V泛應(yīng)用在儀器儀表 ,工業(yè)控制 ,條形顯示器 ,控制面板等領(lǐng)域。串行接口，無需外圍元件可直接驅(qū)動(dòng)LED；各個(gè)獨(dú)立控制譯碼/不譯碼及消隱和閃爍屬性；循環(huán)左移和右移指令；具有段尋址指令，方便控制獨(dú)立led；64鍵盤控制器，內(nèi)含去抖動(dòng)電路。HD7279的引腳介紹如圖3-13所示。圖3-13 HD7279A引腳HD7279A是標(biāo)準(zhǔn)28引腳雙列直插式芯片。引腳1 ,2 (VDD)為正電源;引腳3 ,5 (NC)不連接 ,使用時(shí)要求懸空;引腳4 (VSS)為接地端;引腳6 (CS)片選輸入端 ,此引腳為低電平時(shí) ,可向芯片發(fā)送指令及讀取鍵盤數(shù)據(jù);引腳7 (CLK)為同步時(shí)鐘輸入端 ,向芯片發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取鍵盤數(shù)據(jù)時(shí) ,該引腳電平上升沿表示數(shù)據(jù)有效;引腳8 (DATA)為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端 ,當(dāng)芯片接收指令時(shí),此引腳為輸入端;當(dāng)讀取鍵盤數(shù)據(jù)時(shí),此引腳在讀指令最后一個(gè)時(shí)鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆?引腳9 (KEY)為按鍵有效輸出端 ,平時(shí)為高電平 ,當(dāng)檢測(cè)到有效按鍵時(shí) ,此引腳變?yōu)榈碗娖?引腳1016 (SGSA)為段g段a驅(qū)動(dòng)輸出;引腳 17 (DP)為小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸出;引腳1825 (DIG0DIG7)為數(shù)字 07位驅(qū)動(dòng)輸出;引腳 26 (CLKO) 為振蕩輸出端;引腳 27(RC)為 RC振蕩器連接端;引腳28 (RESET)為復(fù)位端。HD7279的指令通信是采用串行方式與微處理器通訊 ,串行數(shù)據(jù)從DATA引腳送入芯片 ,并由 CLK端同步。當(dāng)片選端CS信號(hào)變?yōu)榈碗娖胶?,DATA 引腳上的數(shù)據(jù)在 CLK引腳的上升沿被寫入 HD7279A 的緩沖寄存器。HD7279A的指令結(jié)構(gòu)有三種類型(表 1) :11 不帶數(shù)據(jù)的純指令 ,指令的寬度為8個(gè)BIT位 ,即微處理器需要發(fā)送8 個(gè) CLK脈沖;21 帶數(shù)據(jù)指令 ,寬度為 16 個(gè)BIT位 ,即微處理器需要發(fā)送 16 個(gè) CLK脈沖;31讀取鍵盤數(shù)據(jù)指令 ,寬度為16個(gè)BIT位 ,前8個(gè)BIT位為微處理器發(fā)送到 HD7279A的指令,后8個(gè)BIT位為 HD7279A返回的鍵盤代碼。執(zhí)行該指令時(shí) ,HD7279A 的 DATA端在第9個(gè) CLK脈沖的上升沿變?yōu)檩敵鰻顟B(tài) ,并以第6個(gè)脈沖的下降沿恢復(fù)為輸入狀態(tài) ,等待接收下一個(gè)指令。電路接法和注意事項(xiàng)是比較關(guān)心的部分。HD7279A應(yīng)連接共陰式數(shù)碼管，無需用到的鍵盤和數(shù)碼管可以不連接，省去數(shù)碼管或?qū)?shù)碼管消隱屬性均不會(huì)影響鍵盤的使用。如果不用到鍵盤，則連接到鍵盤的8只10K電阻和8只100k下來電阻均可以省去。如果使用了鍵盤，則要在電路中的100k下拉電阻均不可以省。實(shí)際中下拉電阻和位選電阻應(yīng)該遵循一定的比例，下拉電阻應(yīng)該大于位選電阻的5倍而小于50倍。下拉電阻為10K-100k，位選電阻為1K-10K。下拉電阻盡可能的小，可以提高鍵盤的抗干擾能力。因?yàn)椴捎醚h(huán)掃描工作方式，采用亮度高的數(shù)碼管可以解決亮度不夠問題。 HD7279A 數(shù)據(jù)手冊(cè) OL，比高公司出品HD7279A需要一個(gè)外接的RC震蕩電路，經(jīng)典值是R=1.5k，C=15PF，并且盡量靠近芯片，使之電路連線最短。復(fù)位RESET可以直接與正電源連接，需要較高可靠性時(shí)可以接一個(gè)外部的復(fù)位電路，或是有MCYU控制。在上電后大約經(jīng)過12-25ms的時(shí)間才會(huì)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。上電后所有的顯示位為顯示和不閃爍。當(dāng)有按鍵按下，KEY引腳輸出變低電平，此時(shí)接到讀鍵盤指令時(shí)，將輸出鍵盤代碼。因?yàn)樾酒苯域?qū)動(dòng)LED顯示，電流較大，且為動(dòng)態(tài)掃描，如果該部分電路的電源線較細(xì)較長(zhǎng)，可能會(huì)有電源噪聲干擾，所以在HD7279A的正負(fù)電源端并上去耦電容，提高電路的抗干擾能力。圖3-14 HD7279A的總體連接本設(shè)計(jì)中總體連接如圖3-14采用經(jīng)典的連接方法，電路安全可靠，抗干擾能力強(qiáng)。其中89S52的P1.5連接CS做片選使用，P1.6連接CLK做模擬時(shí)鐘使用，P1.7接DATA做數(shù)據(jù)傳輸使用。Key接單片機(jī)的中斷INT1，作為鍵盤中斷程序入口控制。接法如圖3-15。而與共陰極LED顯示器接法基本也是很經(jīng)典接法一至，只是利用了0、1、2、3、4、5、6、7作為使用的鍵盤，加上電源去耦電容。如圖3-16。圖3-15 HD7279A與89S52的連接圖3-16 HD7279A的其他器件接法3.2.3數(shù)據(jù)處理模塊在許多需要用A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字采集的單片機(jī)系統(tǒng)中，多數(shù)情況下，傳感器輸出的模擬信號(hào)都很微弱，必須通過一個(gè)模擬放大器對(duì)其進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，才能滿足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求，在此情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。本設(shè)計(jì)中涉及到多個(gè)傳感器，而且每個(gè)傳感器的輸出信號(hào)不一，有些是輸出電壓信號(hào)，有些是輸出電流信號(hào)（工業(yè)用），所以本設(shè)計(jì)中采用不同的方法作為信號(hào)處理。工業(yè)模式所輸出的是4-20mA，可通過精密電阻250歐變成1-5v的電壓信號(hào)，再經(jīng)過阻容濾波的電壓信號(hào)傳給A/D轉(zhuǎn)換芯片。這就需要兩個(gè)基準(zhǔn)電壓，+5v和+1v。而本設(shè)計(jì)的NAP-505是輸出0-50uA，則可通過精密電阻100k來解決。圖3-17 工業(yè)模式處理模塊電壓信號(hào)輸出時(shí)，需要采用放大器，才能夠正常給A/D芯片使用。本設(shè)計(jì)采用的是LM358放大器。儀表儀器放大器的選型很多，我們這里介紹一種用途非常廣泛的儀表放大器，就是典型的差動(dòng)放大器。它只需高精度LM358和幾只電阻器，即可構(gòu)成性能優(yōu)越的儀表用放大器。廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、儀器儀表、電氣測(cè)量等數(shù)字采集的系統(tǒng)中。本設(shè)計(jì)中差動(dòng)放大電路結(jié)構(gòu)圖如下：A1A2R8R8R7VoViVi1Vi2I圖3-18 差動(dòng)放大器結(jié)構(gòu)圖推導(dǎo)過程： I=Vo=(R8+R7+R8)I = (1+)Vi，則Avf=1+圖3-19 LM358引腳 LM358（圖3-19）內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。3.2.4聲光報(bào)警模塊當(dāng)發(fā)生報(bào)警事件時(shí)，除了報(bào)警顯示外，還要有聲光報(bào)警功能。用聲音或是燈光報(bào)警時(shí)，連續(xù)的聲響或常亮的燈光往往不易被人們的警覺，只有斷續(xù)的聲音或山所的燈光才能取得最佳的報(bào)警效果。就利用時(shí)鐘翻轉(zhuǎn)P3.5和P1.0來轉(zhuǎn)換電平，產(chǎn)生短促的報(bào)警聲音或閃爍燈光。圖3-20 聲光報(bào)警電路3.2.5ISP下載電路DIY利用74HC373N芯片進(jìn)行下載模塊的設(shè)計(jì)，并有25PIN的串口進(jìn)行與電腦通信。在靠近芯片和電源的地方，5V 和 GND 之間加焊幾片 0.1F的濾波電容（即系統(tǒng)電源部分電路原理圖的圖3-8中的C3） ，不然會(huì)有數(shù)據(jù)錯(cuò)誤甚至不能下載的問題。ISP下載線的引線不要太長(zhǎng)，不然抗干擾能力差，一般小于20厘米。如果想延長(zhǎng)距離可以買一條公對(duì)母的并口延長(zhǎng)線，在電腦的一端將并口擴(kuò)展出來。在 ATMEL 官方是推出了 10PIN 接口的延長(zhǎng)線標(biāo)準(zhǔn)的，這種接口線具有良好穩(wěn)定性。我們考慮介紹成本，我則采用最節(jié)省的6PIN連接線，接線方法可以自由定義，只要有電源和 4條數(shù)據(jù)線就可以了。具體連接如下圖3-21。串口的1、15、16、17引腳分別連接74HC373的OE、1Q、4D、LE，74HC373的0D、2D引腳接上拉電阻2.2K接到電源+5V，并且接100歐電阻接到串口的第2和第5引腳。而0Q和4Q分別直接接到89S52的P1.5（MOSI）和RST引腳，而1D和2Q引腳分別接上電阻100歐串聯(lián)到P1.6（MISO）和P1.7（SCK）引腳。電源Vcc接+5V，GND接地。圖3-21 ISP下載模塊電路3.3傳感器的選用對(duì)于煤氣報(bào)警器的實(shí)現(xiàn)，感應(yīng)器的選擇也相當(dāng)?shù)闹匾?，是系統(tǒng)重要的組成部分之一，其性能對(duì)于系統(tǒng)的精確度和實(shí)現(xiàn)范圍有這相當(dāng)大的影響，也是體現(xiàn)煤氣監(jiān)控發(fā)展現(xiàn)狀的標(biāo)志。何道清、張禾：傳感器與傳感器技術(shù) M,科學(xué)出版社 2008年?？扇?xì)怏w的危險(xiǎn)性主要視其爆炸極限，爆炸下限數(shù)值越小、爆炸下限與上限之間的范圍越大，越危險(xiǎn)。有許多可燃?xì)怏w同時(shí)具有毒性。表3-2 典型可燃?xì)怏w的主要特性氣體名稱化學(xué)式爆炸界限/Vol%容許濃度/ppm比重（空氣=1） 碳化氫及其派生物甲烷CH45.0-15.00.6丙烷C3H82.1-9.510001.6丁烷C4H81.8-8.42.0汽油氣1.3-7.65003.4乙炔C2H22.5-81.00.9甲醇CH3OH5.5-37.02001.1醇乙醇C2H5OH3.3-19.010001.6醚乙醚C2H5O1.7-48.02.6無機(jī)氣體一氧化碳CO12.5-74.0501.0氫H24.0-75.00.07其中CO的氣體毒性是對(duì)人體有非常大的傷害的，見下表3-3表3-3 CO對(duì)人體的有害程度空氣中一氧化碳的濃度吸入時(shí)間和中毒癥狀200ppm2-3小時(shí)前頭部輕度頭痛400ppm1-2前頭痛惡心2.5-3后頭痛800ppm45 分鐘頭暈眼花2小時(shí)精神失1600ppm20分鐘頭暈、頭痛眼花2小時(shí)死亡3200ppm5-10分鐘頭暈、頭痛、眼花30分鐘死亡6400ppm1-2分鐘頭暈、頭痛、眼花10-15分鐘死亡12800ppm1-3分鐘死亡在設(shè)計(jì)中考慮到的是家庭的情況，是特別對(duì)于一氧化碳會(huì)中毒，所以選用了MQ-9比較適中而且價(jià)格比較便宜。而工業(yè)級(jí)別的傳感器選擇了NAP-505型電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器，精確度高而且穩(wěn)定，適合工業(yè)上使用。3.3.1NAP-505型電化學(xué)式傳感器（1）傳感器基本結(jié)構(gòu)：氣體傳感器由工作電極、對(duì)電極、參比電極、電解質(zhì)、液體保持材料、過濾干擾氣體物質(zhì)、貴金屬引線、接線柱等組成，使用的典型電極材料包括鉑、金、銀、銠、碳、釕、鈀等，傳感器信號(hào)通過引線傳導(dǎo)到外部電路，通過放大等處理進(jìn)行顯示，如圖3-22所示。為了提高對(duì)被測(cè)氣體的選擇性，通常在傳感器通氣孔位置設(shè)置過濾劑，以消除干擾氣體造成的不準(zhǔn)確信號(hào) NAP-505的應(yīng)用說明說，根本特殊化學(xué)株式會(huì)社 2002.12.12。圖3-22 電化學(xué)氣體傳感器典型構(gòu)造（2）電化學(xué)氣體傳感器優(yōu)點(diǎn)：1）對(duì)于氣體的濃度能夠線形輸出信號(hào)重現(xiàn)性好2）對(duì)被測(cè)氣體具有良好選擇性，不受溫濕度的影響3）空氣中的輸出值漂移小，可以獲得穩(wěn)定的輸出信號(hào)4）功耗低，電池即可驅(qū)動(dòng)器工作5）體積小，重量輕，作為便攜式儀器首選6）本質(zhì)安全結(jié)構(gòu)，機(jī)械性能穩(wěn)定（3）電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器基本特點(diǎn)：本質(zhì)特征：NAP-505型電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器屬工業(yè)級(jí)別產(chǎn)品，通過成熟的電極制備處理技術(shù)及傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其具有長(zhǎng)壽命、高靈敏度、液體密閉性良好等技術(shù)特點(diǎn)。傳感器與外部電路連接部位通過接插元件完成，利于傳感器與電子線路的兼容與互換。產(chǎn)品組裝工藝簡(jiǎn)化，有利的降低了產(chǎn)品成本。用途：工廠一氧化碳濃度檢測(cè)儀器；氣體計(jì)量器具；空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)器；氣體變送器；便攜式儀器配套元件等等。NAP-505的工作及保存條件： 工作溫度 -2050工作濕度 1590%RH保存環(huán)境溫度 020工作氣壓 1atm 10% 保存期限6個(gè)月以內(nèi)密閉容器檢知對(duì)象氣體 一氧化碳測(cè)定范圍 01000ppm輸出電流 4010nAppm重復(fù)性誤差 2%響應(yīng)時(shí)間(t90) 30秒基準(zhǔn)線位移(-2050) 100ppm圖3-23 靈敏度特性曲線 圖3-24 應(yīng)答特性3.3.2MQ-9半導(dǎo)體氣體傳感器MQ-9傳感器因裝有活性炭過濾器，消除了雜質(zhì)氣體的影響，對(duì)有機(jī)溶劑或其他揮發(fā)性氣體的靈敏度低，而對(duì)氫氣和一氧化碳的靈敏度高，非常適合用于檢測(cè)人工煤制氣。在這里我們主要他對(duì)對(duì)氫氣的檢測(cè)功能能。下圖是典型的靈敏度特性，全部是在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下得出的結(jié)果。圖3-25 靈敏度圖縱坐標(biāo)以傳感器電阻比（Rs/Ro）表示，Rs，Ro的定義如下： Rs 不同濃度氣體中的電阻值 ,Ro 1000ppm一氧化碳中的電阻值 基本測(cè)試回路： 此傳感器需要施加 2 個(gè)電壓：加熱器電壓（VH）和回路電壓（VC）。這個(gè)VH用于維持敏感素子處于與對(duì)象氣體相適應(yīng)的特定溫度而施加在集成的加熱器上。VC則是用于測(cè)定與傳感器串聯(lián)的負(fù)載電阻（RL）上的兩端電壓（VRL）。這種傳感器具有極性，所以VC需用直流電源。只要能滿足傳感器的電性要求，VC和VH可以共用同一個(gè)電源電 路。為了將判定值水平最佳化，并使敏感素子的功耗（PS）低于15mW的限度值，需要選擇RL的值。 MQ-9的管腳連接如圖3-26所示，1或3接傳感器，4或6接傳感器，2 和5接加熱器 圖3-26 基本連接MQ-9傳感器的工作原理是它的表面電阻 Rs ，是通過與其串聯(lián)的負(fù)載電阻 RL 上的有效電壓信VRL 輸出而獲得的。二者之間的關(guān)系為：Rs/R L = (Vc-V RL ) / V RL圖3-27為利用圖3-26回路測(cè)得在傳感器由潔凈空氣轉(zhuǎn)移至一氧化碳或甲烷氣氛中時(shí)， R L 上 的信號(hào)輸出變化情況，輸出信號(hào)的測(cè)定是在一個(gè)完整的加熱周期（由高電壓至低電壓 2.5 分 鐘 ）或在兩個(gè)完整的加熱周期內(nèi)測(cè)得。圖3-27MQ- 9 型氣敏元件的敏感層是用非常穩(wěn)定的二氧化錫制成的。因此，它具有優(yōu)秀的長(zhǎng) 期穩(wěn)定性，在正常使用條件下，其使用壽命可達(dá) 5 年。靈敏度調(diào)整：MQ- 9 型氣敏器件對(duì)不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。 因此，在使用此類型氣敏器件時(shí)，靈敏度的調(diào)整是很重要的。 我們建議您用 200ppmCO 或 1000ppmLPG 、5000ppm 甲烷校正傳感器。當(dāng)精確測(cè)量時(shí)，報(bào)警點(diǎn)的設(shè)定應(yīng)考慮溫濕度的影響。靈敏度的調(diào)整程序：a. 將傳感器連接在應(yīng)用回路中b. 接通電源，通電老化48小時(shí)以上。c. 調(diào)節(jié)負(fù)載電阻直到90秒末時(shí)獲得對(duì)應(yīng)于某一個(gè)一氧化碳濃度時(shí)所需要的信號(hào)值。d. 調(diào)節(jié)另外一個(gè)負(fù)載電阻直到 60 秒末獲得對(duì)應(yīng)于某個(gè)甲烷或 LPG 濃度時(shí)所需要的信號(hào)值。3.4硬件設(shè)計(jì)小結(jié)在接到畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為煤氣報(bào)警器設(shè)計(jì)。經(jīng)過考慮和查找個(gè)方面的資料最終確定了煤氣報(bào)警器的具體方案。方案是利用89s52單片機(jī)作為主控芯片，TLC2543作為A/D轉(zhuǎn)化器，X5045作為硬件看門狗，并且作為儲(chǔ)存報(bào)警上限，DS12887作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊計(jì)時(shí)并儲(chǔ)存報(bào)警記錄，兩個(gè)不同輸出