煤氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)——課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、南京工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課 程 名 稱 檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 院（系、部、中心） 電力工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名 班 級(jí) k電氣101 起 止 日 期 13.6.313.6.14 指 導(dǎo) 教 師 許大宇 南京工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 課 程 名 稱 檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 院（系、部、中心） 電力工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名 劉棟 班 級(jí) k電氣101 起 止 日 期 13.6.313.6.14 指 導(dǎo) 教 師 許大宇 1課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的通過(guò)對(duì)本課程的設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握常見(jiàn)被測(cè)量的檢測(cè)原理、方法和技術(shù)，了解國(guó)內(nèi)外對(duì)這些工程量進(jìn)行測(cè)控的系統(tǒng)組建原理，通過(guò)對(duì)檢

2、測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析，增強(qiáng)學(xué)生理解和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的能力,逐步掌握根據(jù)具體測(cè)控要求、性能指標(biāo)設(shè)計(jì)出先進(jìn)測(cè)控系統(tǒng)的方法和技術(shù)。2課程設(shè)計(jì)題目及要求題目：煤氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：（1）系統(tǒng)性能要求：檢測(cè)范圍：400800ppm，超限報(bào)警；（2）根據(jù)題意，明確被控對(duì)象的功能及性能指標(biāo)；（3）根據(jù)系統(tǒng)要求，選擇合適的氣敏傳感器（盡量選擇實(shí)驗(yàn)室中已有的傳感器）；（4）設(shè)計(jì)傳感器測(cè)量電路；（5）選擇單片機(jī)的品種、型號(hào)，設(shè)計(jì)單片機(jī)的外圍測(cè)量電路；（6）計(jì)算有關(guān)的電路參數(shù)，有條件的情況下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)取，明確測(cè)量電路輸出與被測(cè)非電量的關(guān)系；（7）畫(huà)出系統(tǒng)原理框圖（此部分放在說(shuō)

3、明書(shū)的開(kāi)始）；（8）畫(huà)出系統(tǒng)電路圖，最好用protel畫(huà)；（9）在說(shuō)明書(shū)中詳細(xì)說(shuō)明本系統(tǒng)工作原理。3課程設(shè)計(jì)任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)、圖紙、實(shí)物樣品等要求(1) 給出設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；(2) 有條件的情況下盡量給出必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；(3) 在說(shuō)明書(shū)中附上完整的系統(tǒng)電路原理圖（手畫(huà)或用protel畫(huà)）。4主要參考文獻(xiàn)1、 李現(xiàn)明，吳皓編著.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20092、 徐仁貴.單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.20013、 陳愛(ài)弟.protel99實(shí)用培訓(xùn)教程.北京：人民郵電出版社.20005課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排起 止 日 期工 作 內(nèi) 容13年6月3日布

4、置設(shè)計(jì)任務(wù)，熟悉課題，查找資料；13年6月4日結(jié)合測(cè)控對(duì)象，選擇合適的傳感器，理解傳感器性能；13年6月5日設(shè)計(jì)傳感器測(cè)量電路，選擇合適的單片機(jī)，設(shè)計(jì)其外圍電路；13年6月6日設(shè)計(jì)電路參數(shù)，有條件情況下，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步理解測(cè)量電路輸入輸出關(guān)系；13年6月7日繼續(xù)設(shè)計(jì)論證電路參數(shù)，完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；13年 6月 10日查找資料，理解系統(tǒng)各部分工作原理；13年 6月 11日理清系統(tǒng)說(shuō)明要點(diǎn)，著手設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的書(shū)寫(xiě)；13年 6月 12日書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，充分理解系統(tǒng)每一部分作用；13年 6月 13日完善設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，準(zhǔn)備設(shè)計(jì)答辯。13年 6月 14日設(shè)計(jì)答辯。6成績(jī)考核辦法平時(shí)表現(xiàn)30%，設(shè)計(jì)成

5、果40%，答辯表現(xiàn)30%.教研室審查意見(jiàn)：教研室主任簽字： 年 月 日院（系、部、中心）意見(jiàn)：主管領(lǐng)導(dǎo)簽字： 年 月 日 目錄第1章 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容.11.1 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的主要任務(wù)11.2 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求1第2章 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)22.1 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)22.2 系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì)32.2.1 氣體傳感器電路設(shè)計(jì)32.2.2 放大電路的設(shè)計(jì)52.2.3 a/d轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)62.2.4 單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)102.2.5 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)112.2.6 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)12第3章 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)133.1 主程序設(shè)計(jì)流程圖133.2 a/d轉(zhuǎn)換控制程

6、序設(shè)計(jì)流程圖143.3 顯示子程序的設(shè)計(jì)流程圖153.4 報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)流程圖15第4章 系統(tǒng)的功能仿真164.1 仿真軟件介紹164.2 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的模塊仿真164.2.1 a/d轉(zhuǎn)換模塊測(cè)試164.2.2 顯示模塊測(cè)試174.2.3 聲光報(bào)警電路模塊測(cè)試184.3 系統(tǒng)誤差分析19參考文獻(xiàn)20附錄1 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的仿真電路圖21附錄2 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的電路原理圖21附錄3 濃度與電壓值的對(duì)應(yīng)關(guān)系22附錄4 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的源程序23第1章 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容煤氣測(cè)量系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)一套具有有毒氣體檢測(cè)功能、報(bào)警功能、能夠判斷室內(nèi)空氣中煤氣的泄露情況和顯示當(dāng)前室內(nèi)有毒氣體的濃度，用單片機(jī)

7、控制報(bào)警器是否需要報(bào)警。煤氣檢測(cè)系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分主要包括氣體傳感器電路、放大電路、a d轉(zhuǎn)換電路、 單片機(jī)最小系統(tǒng)、單片機(jī)控制電路和報(bào)警電路和數(shù)碼管顯示電路。氣體傳感器用來(lái)檢測(cè)室內(nèi)空氣中有毒氣體的濃度，當(dāng)室內(nèi)空氣中有毒氣體含量超過(guò)允許標(biāo)準(zhǔn)濃度后，氣體傳感器所獲得的感應(yīng)信號(hào)，通過(guò)放大處理以后，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理，控制報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警處理。軟件部分主要包括ad的采樣程序、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警程序和顯示程序。煤氣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在硬件設(shè)計(jì)方面，主要研究組成家用煤氣泄漏報(bào)警控制系統(tǒng)的單片機(jī)芯片、氣體傳感器的使用方法，同時(shí)研究電路設(shè)計(jì)思路、電路組成，包括氣體傳感器、放大電路、單片機(jī)、聲光報(bào)警

8、電路和顯示電路的設(shè)計(jì)，給出系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖、仿真電路圖和整體電路原理圖。1.1 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的主要任務(wù)本論文是煤氣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研制，主要完成：(1) 對(duì)煤氣檢測(cè)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了整體規(guī)劃；(2) 對(duì)煤氣檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件流程設(shè)計(jì)，分為主程序設(shè)計(jì)，a/d轉(zhuǎn)換控制程序的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)處理，濃度顯示程序設(shè)計(jì)、聲光報(bào)警子程序設(shè)計(jì)等；(3) 軟件的調(diào)試，功能仿真；(4) 畫(huà)出煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的電路原理圖。1.2 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求由于煤氣檢測(cè)系統(tǒng)主要包括氣體傳感器電路、放大電路、a d轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、聲關(guān)報(bào)警電路和數(shù)碼管顯示電路等部分。本論文要求做以下設(shè)計(jì)：(1) 氣體傳感器對(duì)煤氣是否泄漏

9、進(jìn)行檢測(cè)；(2) 放大電路對(duì)檢測(cè)出微弱的電壓信號(hào)進(jìn)行一定的放大處理；(3) a/d轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)，a/d轉(zhuǎn)換器能夠時(shí)刻的對(duì)放大的電壓信號(hào)進(jìn)行采集；(4) 根據(jù)有毒氣體濃度與采集的電壓信號(hào)的關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理；(5) 顯示程序的設(shè)計(jì)，用4位數(shù)碼管顯示所測(cè)得的煤氣濃度值。(6)聲關(guān)報(bào)警控制程序設(shè)計(jì)，根據(jù)氣體濃度進(jìn)行相應(yīng)的處理.第2章 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)2.1 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)微處理器的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展，提高了人們生活的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)的現(xiàn)代化和自動(dòng)化?；?位和16位單片機(jī)的嵌入式設(shè)備(如儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和顯示、過(guò)程控制、工業(yè)自動(dòng)化等)的實(shí)時(shí)應(yīng)用、測(cè)控系統(tǒng)正在走向網(wǎng)絡(luò)智能化。這

10、就要求企業(yè)從現(xiàn)場(chǎng)控制層到管理層能實(shí)現(xiàn)全方位的無(wú)縫信息集成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)、智能診斷以及遠(yuǎn)程管理功能，提供一個(gè)開(kāi)放的基礎(chǔ)構(gòu)架，并具有高可靠性、分散控制、集中監(jiān)視和管理的功能。針對(duì)目前微型處理器的處理芯片的不同，本設(shè)計(jì)是基于at80c51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?；赼t89c52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的具體方案如圖2-1所示。該方案主要包括了可燃?xì)怏w傳感器、a/d轉(zhuǎn)換器、at89c52單片機(jī)控制電路、聲光報(bào)警電路以及數(shù)碼管顯示電路。氣體傳感器輸出為模擬量，很微弱需要進(jìn)行放大電路的處理，單片機(jī)處理的是數(shù)字信號(hào)，需要利用a/d轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給at89c52單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理；聲

11、光報(bào)警電路里使用蜂鳴器作為報(bào)警用，同時(shí)還用led燈進(jìn)行相應(yīng)的指示，以便于提醒注意；單片機(jī)的最小系統(tǒng)是at89c52單片機(jī)工作的前提條件；顯示電路采用了4位集成的數(shù)碼管進(jìn)行顯示，由at89c52單片機(jī)進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)顯示。單片機(jī)at89c524位數(shù)碼管顯示放大器氣體傳感器a/d報(bào)警和指示燈單片機(jī)最小系統(tǒng)圖2-1 基于at89c52的單片機(jī)的煤氣檢測(cè)系統(tǒng)組成框圖在煤氣檢測(cè)系統(tǒng)組成框圖2-1中所示，系統(tǒng)以單片機(jī)at89c52為控制的核心，配合外圍電路共同完成信號(hào)采集、濃度的顯示、聲光報(bào)警電路的功能設(shè)計(jì)等。其中傳感器采用的是m-5，該傳感器外形小，氣體響應(yīng)快，性能穩(wěn)定，低功耗，常適用于泄漏監(jiān)測(cè)器。放大電路

12、采用的是lm324運(yùn)放進(jìn)行放大微弱的信號(hào)。a/d轉(zhuǎn)換器采用的是adc0808，它是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件，具有功耗低，性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。數(shù)碼管使用4位集成的共陰數(shù)碼管。2.2 系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì)主要包括了氣體傳感器電路設(shè)計(jì)、放大電路設(shè)計(jì)、a/d轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)的最小系統(tǒng)、聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)、數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)和電源電路的設(shè)計(jì)等。2.2.1 氣體傳感器電路設(shè)計(jì)氣體傳感器可以分為六大類：(1) 半導(dǎo)體氣體傳感器。(2) 固體電解質(zhì)氣體傳感器。(3) 接觸感染式氣體傳感器。(4) 電化學(xué)式氣體傳感器。(5) 光學(xué)式氣體傳感器。(6) 高分子

13、氣體傳感器。氣體傳感器應(yīng)滿足的基本條件一個(gè)氣體傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實(shí)體，也可以是由多個(gè)不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個(gè)完整的氣體傳感器都必須具備以下條件：(1) 能選擇性地檢測(cè)某種單一氣體，而對(duì)共存的其它氣體不響應(yīng)或低響應(yīng)。(2) 對(duì)被測(cè)氣體具有較高的靈敏度，能有效地檢測(cè)允許范圍內(nèi)的氣體濃度。(3) 對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好。(4) 長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性好。(5) 使用壽命長(zhǎng)。(6) 制造成本低，使用與維護(hù)方便。氣體傳感器的分類和基本條件為選擇哪種氣體傳感器提供了參考的依據(jù)。氣體傳感器是氣體與氣味檢測(cè)的關(guān)鍵元件。我們選擇的氣體傳感器是mq-5 mq-5特

14、點(diǎn)* 對(duì)液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度* 對(duì)乙醇，煙霧幾乎不響應(yīng) * 快速的響應(yīng)恢復(fù)特性 * 長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 * 簡(jiǎn)單的測(cè)試電路 mq-5型氣敏元件對(duì)不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。因此，在使用此類型氣敏元件時(shí)，靈敏度的調(diào)整是很重要的。我們建議您用1000ppm異丁烷或氫氣校準(zhǔn)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。圖2-2氣體傳感器管腳與基本測(cè)量電路圖如圖2-2里，其中2、4端為加熱器的電源接線端,1、3為傳感器輸出端,氣體傳感器工作原理是把傳感器置于co氣體環(huán)中,sno2薄膜層的電阻會(huì)隨著co濃度的變化而變化,co濃度越大,sno2薄膜層阻值越小

15、。圖2-2為取得氣體傳感器輸出信號(hào)的基本電路圖,vh為加熱電壓,傳感器電阻rs與負(fù)載電阻rl串聯(lián)接到工作電壓vcc兩端, 由此可得關(guān)系:vrl=rlvcc/（rl+rs）傳感器阻值rs隨著co濃度的增大而減小時(shí),輸出負(fù)載電壓vrl逐漸變大,所以通過(guò)測(cè)量負(fù)載電壓即可反應(yīng)出被測(cè)對(duì)象的co濃度。一氧化碳達(dá)到一定濃度以后，會(huì)引起中毒的可能癥狀50ppm 健康成年人在八小時(shí)內(nèi)可以承受的最大濃度200ppm 2-3小時(shí)后，輕微頭痛、乏力400ppm 1-2小時(shí)內(nèi)前額痛；3小時(shí)后威脅生命800ppm 45分鐘內(nèi)，眼花、惡心、痙攣；2小時(shí)內(nèi)失去知覺(jué)；1000ppm 1小時(shí)內(nèi)死亡1200ppm 45分鐘可能導(dǎo)致

16、死亡我們從上面的數(shù)據(jù)可以看出來(lái)，隨著一氧化碳的濃度的升高，co對(duì)我們的身體的健康就會(huì)造成更大的傷害，所以，我將co濃度與報(bào)警控制處理方式，進(jìn)行了劃定，為編程參考作為依據(jù)。表2-1 co濃度與控制處理co濃度（ppm）控制處理方式說(shuō)明400正常情況處理指示燈亮綠色400一般報(bào)警小喇叭報(bào)警800嚴(yán)重報(bào)警指示燈亮紅色且小喇叭報(bào)警 一氧化碳的濃度在400ppm范圍以內(nèi)，我們就按照正常情況處理，即不需要報(bào)警處理； 當(dāng)一氧化碳的濃度大于等于400ppm以后，我們就按照一般報(bào)警情況處理，目的是為了開(kāi)始進(jìn)行報(bào)警提示，以便于提醒人們的注意；當(dāng)一氧化碳的濃度達(dá)到800ppm值以后，我們就必須的進(jìn)行嚴(yán)重的報(bào)警處理。

17、co氣體傳感器屬于氣敏傳感器，通過(guò)放大處理后，再經(jīng)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)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理及報(bào)警控制，最后送給數(shù)碼管顯示。氣體傳感器作為煤氣泄露測(cè)試裝置報(bào)警器的信號(hào)采集部分。由此可見(jiàn)，氣體傳感器是本系統(tǒng)檢測(cè)的起點(diǎn)也是系統(tǒng)的核心和重點(diǎn)，選擇合適的傳感器成為決定系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。2.2.2 放大電路的設(shè)計(jì)由于氣體傳感器采集的電信號(hào)一般很小，而且存在共模成分，需要經(jīng)過(guò)放大電路放大，之后方可進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。氣體傳感器輸出的信號(hào)幅度很小，存在著不同程度的電磁干擾，因此在本設(shè)計(jì)中，放大電路采用lm324放大器進(jìn)行放大，對(duì)來(lái)自傳感器的信號(hào)經(jīng)行精密放大，同時(shí)抑制共模成分提高信號(hào)質(zhì)

18、量。lm324系列器件為四運(yùn)算放大器，lm324的引腳排列見(jiàn)圖2-3所示。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器，可用圖2-3所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“v+”、“v-”為正、負(fù)電源端，“vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。圖2-3lm324的引腳

19、放大電路設(shè)計(jì)中，我們采用一個(gè)增益可調(diào)的同向放大電路，計(jì)算公式為av=1+rf/r2，其中rf=200k(可調(diào)的)，r2取10k,av最大可達(dá)21，從而給調(diào)試帶來(lái)了極大方便。它可以構(gòu)成儀表的放大器，具有線性度優(yōu)良、溫度穩(wěn)定性高和體積小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。圖2-4 氣體傳感器的放大電路設(shè)計(jì)由lm324構(gòu)成的氣體傳感器的放大電路如圖2-4所示。在圖中接口j3為氣體傳感器的電源接口，氣體傳感器與電阻rv構(gòu)成串聯(lián)型分壓式電路，直流電壓+5v經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓處理以后，電壓比較穩(wěn)定，給mq-5提供供電電壓和加熱電壓；lm324構(gòu)成增益可調(diào)的放大電路，放大電路的輸出端1管腳接入adc0808的in0引腳。2.2.3 a

20、/d轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)adc0808芯片有28條引腳，如圖2-5 adc0808管腳圖所示，采用雙列直插式封裝，下面說(shuō)明各引腳功能。in0in7：8路模擬量輸入端。d0d7：8位數(shù)字量輸出端。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：地址鎖存選通信號(hào)，輸入高電平有效。 start： ad轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入高電平有效。 eoc： ad轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，當(dāng)ad轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)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(hào)，輸入高電平有效。當(dāng)ad轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。clk：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于

21、640khz。ref（+）、ref（-）：基準(zhǔn)電壓輸入端,它們決定了輸入模擬電壓的最大值最小值. vcc：電源，接5v。gnd：接地。圖2-5 adc0808管腳圖adc0808芯片主要特性:1. 8路8位ad轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位,n=82. 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?. 轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s4. 單個(gè)5v電源供電5. 模擬輸入電壓范圍05v，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)6. 工作溫度范圍為-4085攝氏度7. 低功耗，約15mwadc0808芯片的幾個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)：1、轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度是指完成一次a/d轉(zhuǎn)換所需時(shí)間的倒數(shù)，是一個(gè)很重要的指標(biāo)。a/d轉(zhuǎn)換器型號(hào)不同，轉(zhuǎn)換速度差別很大。通常，8位逐次比較式adc

22、的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us左右。由于本系統(tǒng)的控制時(shí)間允許，可選8位逐次比較式a/d轉(zhuǎn)換器adc0808。2、adc位數(shù)的選擇a/d轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定著信號(hào)采集的精度和分辨率。對(duì)于該8個(gè)通道的輸入信號(hào)，8位a/d轉(zhuǎn)換器，精度：=0.39%.分辨率 ：=0.0195323v20mv(輸入為05v時(shí))量化誤差：q=10mv說(shuō)明：vrefa/d轉(zhuǎn)換器的參考電壓，即為基準(zhǔn)電壓，選取vref=5v； adc的二進(jìn)制位數(shù)，n=8；adc0808是cmos單片型逐次逼近式ad轉(zhuǎn)換器，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型ad轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成，adc0808內(nèi)

23、部結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。圖2-6 adc0808內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖adc0808具有8個(gè)通道的模擬輸入線(in0in7)，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與ttl兼容。可在程序控制下對(duì)任意通道進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，獲得8位二進(jìn)制數(shù)字量(d7d0)。模擬輸入部分有8路多路開(kāi)關(guān)，可由3位地址輸入adda、addb、addc的不同組合來(lái)選擇，ale為地址鎖存信號(hào)，高電平有效，鎖存這三條地址輸入信號(hào)。具體的通道選擇如表2-2所示：表2-2 模擬通道選擇本設(shè)計(jì)是使用通道in0，所以，將adc0808的c、b和a管腳都接地，即為選通模擬輸入線in0。adc0808的工作過(guò)程圖2-7adc0

24、808的工作時(shí)序圖如圖2-7所示，當(dāng)模擬量送至某一輸入通道in0后，cpu將標(biāo)識(shí)該通道編碼的三位地址信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)線或地址線輸入到addc、addb、adda引腳上。然后輸入3位地址，并使ale=1，將地址存入地址鎖存器中。start上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)ad轉(zhuǎn)換，之后eoc輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到ad轉(zhuǎn)換完成，轉(zhuǎn)換開(kāi)始,eoc變?yōu)楦唠娖剑甘綼d轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。轉(zhuǎn)換結(jié)束,oe輸入高電平，eoc可作為中斷請(qǐng)求信號(hào),轉(zhuǎn)換結(jié)束后，可通過(guò)執(zhí)行in指令，設(shè)法在輸出允許oe腳上形成一個(gè)正脈沖，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上

25、。如圖2-8所示，a/d轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)中，其中adc0808的ale和start端一起連接at89c52的p1.3口。eoc經(jīng)過(guò)一個(gè)反相器連接p3.2口，oe（enable）連接p1.4口。adda,addb,addc連接在一起接gnd，相當(dāng)于選通通道in0。傳感器通過(guò)放大以后，再經(jīng)過(guò)通道in0，將信號(hào)傳送給adc0808，通過(guò)a/d轉(zhuǎn)換以后，送給單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理。圖2-8 a/d轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)2.2.4 單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)的最小系統(tǒng)主要包括：晶振電路、復(fù)位電路、電源電路等。(1) 晶振電路，即為時(shí)鐘振蕩器，如圖2-9所示。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。xt

26、al2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。圖2-9 時(shí)鐘振蕩器(2) rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。復(fù)位電路如圖圖2-10所示。圖2-10復(fù)位電路復(fù)位電路和電源及振蕩電路是c51單片機(jī)工作的最小系統(tǒng)。具體電路圖如圖2-11所示。圖2-11時(shí)鐘和復(fù)位電路2.2.5 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)圖2-12聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)的電路圖如圖2-13所示。聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)與單片機(jī)的連接和控制關(guān)系如表2-3所示: 表2-3 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)與單片機(jī)的連接和控制關(guān)系表與單片機(jī)的連接關(guān)系給高電平給低電平d1(led_red)連接p1.5不報(bào)警，滅報(bào)警亮紅燈d2(led_gr

27、een)連接p1.6不報(bào)警，滅不報(bào)警亮綠燈q1(speaker)連接p1.7報(bào)警，報(bào)警聲不報(bào)警不響單片機(jī)at89c52的p1.7接晶體管基極輸入端，當(dāng)單片機(jī)at89c52的p1.7置1時(shí)，三極管q1導(dǎo)通，蜂鳴器兩端處于高電平狀態(tài)，使蜂鳴器鳴叫，處于一般報(bào)警狀態(tài)。當(dāng)p1.7輸出低電平0時(shí)，三極管截至，蜂鳴器不發(fā)聲。p1.6控制led_green的亮滅情況，正常情況下，點(diǎn)亮led_green，作為指示功能，表明處于正常正常情況。p1.5控制led_red的亮滅情況，嚴(yán)重報(bào)警的時(shí)候點(diǎn)亮led_red，并且蜂鳴器發(fā)聲，表明處于嚴(yán)重報(bào)警情況。報(bào)警和指示燈的作用就是為了提醒人們的注意。2.2.6 數(shù)碼管顯

28、示電路設(shè)計(jì)2-13 數(shù)碼管顯示電路顯示用集成的4位數(shù)碼管，七段碼與p0口直接相連，用于輸出p0口的數(shù)據(jù)給數(shù)碼管；p0口上拉100的電阻，為了增加驅(qū)動(dòng)能力；位選用p1.0p1.2通過(guò)74ls138譯碼器進(jìn)行位選，指定所選的具體的一位。具體的邏輯關(guān)系如下表2-4所示：表2-4 位選表74ls1384位集成數(shù)碼管cba譯中選中對(duì)應(yīng)的000y0第一位（仟）001y1第二位（百）010y2第三位（十）011y3第四位（個(gè)）第3章 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本論文中，軟件解決的主要問(wèn)題是檢測(cè)氣體傳感器的有毒氣體濃度信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、a/d 轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理，濃度顯示，以及警報(bào)處理。3.1 主程序設(shè)計(jì)流程

29、圖開(kāi)始程序初始化啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換，采集數(shù)據(jù)單片機(jī)處理和控制濃度顯示是否超過(guò)報(bào)警值執(zhí)行報(bào)警處理 y n圖3-1主程序設(shè)計(jì)流程圖主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3-1所示，adc0808對(duì)傳感器檢測(cè)的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后的信號(hào)，進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換,單片機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，將濃度值與報(bào)警值相比較，判斷是否報(bào)警。同時(shí)送入數(shù)碼管顯示氣體濃度值。3.2 a/d轉(zhuǎn)換控制程序設(shè)計(jì)流程圖圖3-2 a/d轉(zhuǎn)換控制程序設(shè)計(jì)程序流程圖a/d轉(zhuǎn)換控制程序設(shè)計(jì)程序流程圖如圖3-2所示。在硬件電路中start，ale這兩個(gè)信號(hào)端連接在一起，并與p1.3相連接，這時(shí)通過(guò)軟件輸入一個(gè)正脈沖信號(hào)，便立即啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換。當(dāng)eoc由低電平變成高電

30、平時(shí)，經(jīng)過(guò)一個(gè)反相器送給p3.2口一個(gè)脈沖，來(lái)啟動(dòng)外部中斷int0，同時(shí)給oe端一個(gè)高電平，讀取數(shù)據(jù)。3.3 顯示子程序的設(shè)計(jì)流程圖圖3-3顯示子程序流程圖顯示子程序流程圖如圖3-3所示。單片機(jī)讀取要顯示的數(shù)據(jù)后，通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算，計(jì)算出要顯示的數(shù)據(jù)的最高位，第二位，第三位和第四位。然后通過(guò)相應(yīng)的片選信號(hào)，在各個(gè)數(shù)碼管上顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。3.4 報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)流程圖圖3-4報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)流程圖報(bào)警電路控制程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3-4所示。讀取可燃?xì)怏w濃度值后，判斷是否大于設(shè)定的報(bào)警值。當(dāng)超過(guò)報(bào)警值時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警器報(bào)警。第4章 系統(tǒng)的功能仿真4.1 仿真軟件介紹proteus(海神)的isis是一款l

31、abcenter出品的電路分析實(shí)物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和ic，并支持單片機(jī)，元件庫(kù)齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。因此，本次設(shè)計(jì)仿真采用proteus軟件。4.2 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的模塊仿真在模塊仿真測(cè)試中，連接電壓的滑動(dòng)變阻器輸出一個(gè)電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)adc0808，單片機(jī)處理，在數(shù)碼管顯示滑動(dòng)變阻器兩端的電壓值。此次仿真的目的是驗(yàn)證各個(gè)模塊的控制程序的正確與否，同時(shí)判斷電路連接的正確性。4.2.1 a/d轉(zhuǎn)換模塊測(cè)試a/d轉(zhuǎn)換模塊測(cè)試仿真圖如圖4-1所示。用滑動(dòng)電阻代替了傳感器?；瑒?dòng)電阻在電壓下產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)送給adc0808，電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換以后，送給了單片機(jī)。圖

32、4-1 a/d轉(zhuǎn)換模塊測(cè)試仿真圖4.2.2 顯示模塊測(cè)試圖4-2顯示模塊測(cè)試仿真圖顯示模塊測(cè)試仿真圖，如圖4-2所示。at89c52通過(guò)p1.0、p1.1、p1.2控制74ls138進(jìn)行譯碼譯中相應(yīng)的某一位，即進(jìn)行位選功能。p2口把接收到的電壓數(shù)據(jù)值在單片機(jī)里進(jìn)行處理，最后，通過(guò)p0口將數(shù)據(jù)送給數(shù)碼管上面進(jìn)行相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在，為了驗(yàn)證顯示模塊程序是否正確，這里就直接顯示電壓值，對(duì)ad轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的電壓值就沒(méi)有處理，直接將電壓值通過(guò)p0口將數(shù)據(jù)送給數(shù)碼管上面進(jìn)行相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)；通過(guò)，數(shù)碼管顯示的電壓和模擬的電壓比較，看是否正確，通過(guò)多次仿真和調(diào)試，最后顯示模塊測(cè)試仿真圖結(jié)果如圖圖5-2所示。該顯

33、示模塊測(cè)試主要是用來(lái)驗(yàn)證at89c52,74ls138和adc0808的相關(guān)軟件程序正確與否，由圖5-2所示中顯示的數(shù)據(jù)來(lái)看，程序是正確的；同時(shí)驗(yàn)證了at89c52,adc0808的軟件編譯程序也是正確的，它們都能控制相關(guān)的硬件正常工作。4.2.3 聲光報(bào)警電路模塊測(cè)試圖4-3 聲光報(bào)警電路模塊測(cè)試正常情況仿真圖圖4-4 聲光報(bào)警電路模塊測(cè)試一般報(bào)警仿真圖圖4-5 聲光報(bào)警電路模塊測(cè)試嚴(yán)重報(bào)警仿真圖聲光報(bào)警電路模塊測(cè)試仿真圖如圖4-3所示，at89c52的p1.7口控制小喇叭是否報(bào)警；p1.6控制led_green的亮滅情況，正常情況下，點(diǎn)亮led_blue，作為指示功能，報(bào)警時(shí)熄滅led_g

34、reen；表明處于正常正常情況。如圖4-3所示。p1.7控制小喇叭的是否響的情況，一般報(bào)警的時(shí)候只是小喇叭在響，其余指示燈熄滅；進(jìn)行一般報(bào)警處理 ，如圖4-4所示。p1.5控制led_red的亮滅情況，報(bào)警的時(shí)候點(diǎn)亮，。并且進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警處理 ，如圖4-5所示，是嚴(yán)重報(bào)警，此刻不僅led_red閃爍，而且小喇叭也報(bào)警。該模塊測(cè)試主要是用來(lái)驗(yàn)證控制小喇叭和指示燈相關(guān)的軟件程序是正確的。由圖4-3、圖4-4和圖4-5中可知，程序是正確的。當(dāng)沒(méi)有超過(guò)一定的濃度值是處于正常情況，led_green的亮，led_red滅，小喇叭不響，處于不報(bào)警狀態(tài)，即為正常情況處理。當(dāng)at89c52接收到的數(shù)據(jù)值超過(guò)一

35、定濃度值時(shí)，能控制小喇叭報(bào)警但led_red不亮，即處于一般報(bào)警狀態(tài)；當(dāng)at89c52接收到的數(shù)據(jù)值超過(guò)一定濃度值時(shí)，能控制小喇叭報(bào)警和led_red亮，即處于嚴(yán)重報(bào)警狀態(tài)；4.3 系統(tǒng)誤差分析由于氣體傳感器的氣體濃度和輸出電壓直接的關(guān)系，mq-5的技術(shù)參數(shù)里沒(méi)有明確的給出氣體濃度與輸出電壓的分度表，所以，通過(guò)看靈敏度特性曲線得到的氣體濃度值(單位為ppm)與輸出電壓值(單位為mv)的關(guān)系可能有很一定誤差在里面，所以，就需要進(jìn)行調(diào)試仿真電路，看仿真結(jié)果和預(yù)期的結(jié)果是否一致，存在多大的誤差，然后，考慮如何進(jìn)一步改進(jìn)電路和程序。由于存在器件選型和仿真條件的限制，所以，就考慮一種使用proteus進(jìn)

36、行模型的仿真，實(shí)際的電路可能和仿真的結(jié)果，很有可能還會(huì)有一定的差距。 參考文獻(xiàn)1 曾一江.單片微機(jī)原理與接口技術(shù)m.m科學(xué)出版社，20062 張迎新.單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)培訓(xùn)教程m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20083 童詩(shī)白，華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m.北京：北京高等教育出社，20014 張福學(xué). 傳感器應(yīng)用及其電路精選m北京：北京電子工業(yè)出版社，19915 劉廣玉.新型傳感器技術(shù)及應(yīng)用m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1989附錄1 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的仿真電路圖 附錄2 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的電路原理圖附錄3 濃度與電壓值的對(duì)應(yīng)關(guān)系uout(mv)db值煤氣濃度值uout(mv)db值煤氣濃度值8.4

37、152064301209.36624663112414.182869.63313216.493271.83413618.693676.23614420.9114078.63714822.6114484.24016024.7124886.94116427.1135294.14417629145697.14618031.215601075020033.716641105220435.117681235822836.718721275923640.319761456827342.320801507028044.622841788333247.22392183863405024962291064245

38、3.32610023611043655.22610432014859256.92710833015360859.32811253324798461.1291165502541012附錄4 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的源程序#include #include /*定義管腳*/sbit p0_7=p07; /小數(shù)點(diǎn)sbit p1_0_a=p10; /與74lm138的a相連接sbit p1_1_b=p11; /與74lm138的b相連接sbit p1_2_c=p12; /與74lm138的c相連接sbit sat=p13; /sat是ad轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入高電平有效sbit oe=p14; /oe為輸出允許信號(hào)，高電平有效sbit eoc=p32; /ad轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平sbit led_red=p15; /低電平點(diǎn)亮sbit led_blue=p16; /低電平點(diǎn)亮sbi