基于51單片機(jī)的煤氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘 要煤氣已成為人們生活中必不可少的能源了，煤氣泄漏時(shí)有發(fā)生，煤氣泄漏使人中毒，可能會(huì)發(fā)生爆炸，給人們的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全帶來了很多隱患，所以防止煤氣泄漏檢測(cè)裝置已成為人們迫切的需要，為此開發(fā)煤氣泄漏報(bào)警檢測(cè)裝置是非常必要的。計(jì)算機(jī)以及單片機(jī)的普及和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們已經(jīng)對(duì)家庭住宅環(huán)境提出了更高的要求，智能化、信息化被引入家庭，便利，舒適而且更加安全。家庭智能化的定義，在國(guó)際上至今尚無一致的理念，在現(xiàn)代化的城鄉(xiāng)住宅小區(qū)中和采用微型計(jì)算機(jī)、自控裝置、通信等技術(shù)，建立一個(gè)物業(yè)管理中心與安全防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)，最終的目的是使每一個(gè)祝賀得到滿足其要求的最佳方案。這些足以表明人們最注重的還是安全。而且國(guó)

2、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，其中就包括實(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)安紅外或微波與煤氣泄漏報(bào)警器等各種類型報(bào)警裝置，基于此項(xiàng)規(guī)定，煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置實(shí)現(xiàn)智能化勢(shì)在必行。本系統(tǒng)主要針對(duì)傳統(tǒng)煤氣，液化氣的泄漏進(jìn)行檢測(cè)，報(bào)警。本系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，電路簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、可靠性好。采用增強(qiáng)型51單片機(jī)，mq-2氣體傳感器，煤氣泄漏是會(huì)發(fā)出燈光和聲音的報(bào)警，因此本系統(tǒng)可作為智能家居的一個(gè)安全系統(tǒng)！關(guān)鍵詞：煤氣泄漏；單片機(jī)；氣體傳感器abstractgas has become an essential energy in peoples lives, g

3、as leak incident occasionally, gas leak can make people explode, brought a lot of hidden dangers to personal safety and property security of people, so to prevent the gas leak detectionthe device has become an urgent need, for the development of the gas leak alarm detection devices is necessary.the

4、popularity of computer and microcontroller, and the rapid development of it, people have been raised on the family residential environment a higher demand intelligence, information was introduced to the family, convenient, comfortable and more secure.the definition of the family of intelligent, in t

5、he international community so far there is no consistent philosophy in the modern urban and rural residential area and the use of micro-computer, automatic control devices, communication technologies such as the establishment of a property management center and the security monitoring system, the ul

6、timate aim is each congratulate get the best solution to meet their requirements. these are sufficient to show that the security focus. the provisions of the ministry of construction, the residential area should achieve six intelligent, including the implementation of the automated monitoring and ma

7、nagement of security system; burglar alarm system should be infrared or microwave, gas leak alarms, and other types of alarm devices, based on this paragraph, gas leak detection alarm device intelligence is imperative.this system is mainly for conventional gas, liquefied petroleum gas leak detection

8、, alarm. this system has the following characteristics: with mcu control circuit is simple, cheap, and good reliability. enhanced 51 microcontroller, the mq-2 gas sensors, gas leak emits light and sound the alarm, this system can be used as a smart home security system!keywords: gas leak; microcontr

9、oller; gas sensor目 錄1 引言11.1 煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置的背景及意義11.2 煤氣泄漏報(bào)警器的現(xiàn)狀21.3 設(shè)計(jì)任務(wù)32 煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置的方案設(shè)計(jì)42.1 設(shè)計(jì)思想42.2 氣體傳感器的選型42.2.1氣體傳感器介紹42.2.2氣體傳感器的選定72.3 煤氣泄露報(bào)警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案82.3.1煤氣泄露報(bào)警器工作原理82.3.2煤氣泄露報(bào)警器的結(jié)構(gòu)82.4 裝置功能說明92.5裝置主體圖93煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置的硬件部分設(shè)計(jì)103.1 stc12c5a60s2系列單片機(jī)簡(jiǎn)介103.2 stc12c5a60s2系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)123.2.1 管腳說明.123.2.

10、2引腳電路的連接.143.2.3 振蕩器特性.153.3 單片機(jī)領(lǐng)域前景及發(fā)展?fàn)顩r153.4 stc12c5a60s2系列單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)163.4.1 電源電路.163.4.2 時(shí)鐘電路.173.4.3 復(fù)位電路.183.5 傳感器電路193.5.1 mq-2傳感器介紹.193.5.2 傳感器電路的連接.213.6 顯示電路213.7 串口下載模塊223.7.1 關(guān)于 rs-232.224 煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置的軟件部分設(shè)計(jì)244.1 主程序設(shè)計(jì)流程與編程244.1.1 主程序設(shè)計(jì)流程圖.244.2 a/d轉(zhuǎn)換模塊的編程264.2.1 a/d轉(zhuǎn)換模塊的結(jié)構(gòu).264.2.2 a/d轉(zhuǎn)換模塊程

11、序.264.3 5110液晶模塊的編程274.3.1 液晶模塊編程模式.274.3.2 液晶模塊程序.274.4 報(bào)警主程序315 煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置的調(diào)試335.1 keil簡(jiǎn)介335.2 程序調(diào)試的步驟345.2.1 程序調(diào)試過程中的問題及解決.35總結(jié)與展望37致謝38參考文獻(xiàn)39附錄a40附錄b491 引言1.1 煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置的背景及意義近年來隨著人們生活水平的提高，管道煤氣和罐裝煤氣已經(jīng)深入到百姓家庭。但是由于使用不當(dāng)或者設(shè)備老化等原因?qū)е碌拿簹庑孤O大的威脅著人們的生命以及財(cái)產(chǎn)安全co是一種無色、無嗅、無味、無刺激性的氣體，幾乎不溶于水，當(dāng)與空氣混合達(dá)到12580時(shí)具有爆

12、炸性。此外，co通過人體呼吸作用進(jìn)入血液循環(huán)，造成缺氧血癥，導(dǎo)致組織缺氧，抑制組織呼吸。它又是煤氣中對(duì)人體危害最大的有毒氣體。目前，管道煤氣和罐裝煤氣早已進(jìn)入尋常百姓家，但由于使用不當(dāng)或設(shè)備老化等導(dǎo)致的煤氣泄漏問題也日趨突出，極大地威脅人們生命財(cái)產(chǎn)安全。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究工作及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，也經(jīng)常出現(xiàn)因有毒氣體泄漏而引發(fā)的事故，有時(shí)甚至危及生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，研制有效的，能夠用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和用于家庭環(huán)境的有害氣體檢測(cè)裝置具有很大的意義，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。 下面是一氧化碳與健康成年人中毒可能發(fā)生的癥狀50ppm 健康成年人在八小時(shí)內(nèi)能承受的最大濃度200ppm 2-3小時(shí)后輕微頭痛，乏力400p

13、pm 1-2小時(shí)內(nèi)前額疼痛，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；2-3小時(shí)內(nèi)死亡1600ppm 20分鐘內(nèi)頭痛、眼花、惡心；一小時(shí)內(nèi)死亡3200ppm 5-10分鐘內(nèi)頭痛、眼花、惡心；25-30分鐘死亡12800ppm 1-3分鐘死亡根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可見煤氣泄漏時(shí)刻危害著人們的生命，當(dāng)煤氣泄漏不僅可以使人中毒，而且還隨時(shí)可能發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，面對(duì)煤氣泄漏而造成的種種事故威脅，我們需要一個(gè)解決辦法。使用煤氣報(bào)警器是對(duì)付煤氣無形殺手的重要手段之一。煤氣專家指出，煤氣泄漏或廢氣排放而大量產(chǎn)生的一氧化碳是煤氣中毒事件的根源，如采用煤氣泄漏報(bào)警器就能得到及時(shí)的警示。有

14、關(guān)部門經(jīng)長(zhǎng)期測(cè)試得出結(jié)論，煤氣報(bào)警器防止煤氣泄漏事故發(fā)生的有效率達(dá)95%以上。所以怎樣防止煤氣中毒與爆炸已成為人們的迫切需要。1.2 煤氣泄漏報(bào)警器的現(xiàn)狀目前，一般的煤氣報(bào)警器功能單一，性能未定性差，而且大型的監(jiān)控系統(tǒng)價(jià)格不菲，需要專門人員管理，不適合居家使用。家用煤氣泄漏的檢測(cè)與報(bào)警是非常重要的煤氣安全設(shè)備，它是安全使用煤氣的最有一道防線。煤氣泄漏報(bào)警器通過氣體傳感器探測(cè)周圍環(huán)境中的低濃度可煤氣體，將探測(cè)新號(hào)用模擬量傳遞給控制電路，當(dāng)可煤氣體濃度超過設(shè)定值時(shí)，裝置的報(bào)警燈會(huì)發(fā)出信號(hào)，報(bào)警器會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警。煤氣體報(bào)警器的探測(cè)煤氣體的傳感器主要是有氧化物半導(dǎo)體、催化燃燒型、熱線型氣體傳感器，還有

15、少量其他類型。這些傳感器都是通過對(duì)周圍環(huán)境中的煤氣的吸附，在傳感器表面產(chǎn)生化學(xué)反映或者電化學(xué)反應(yīng)，造成傳感器的電物理特性的改變。煤氣泄漏報(bào)警器廣泛應(yīng)用在城市安防、小區(qū)、公司、工廠、學(xué)校、倉庫、化工等眾多領(lǐng)域。按檢測(cè)氣體可分為：可煤氣體報(bào)警器，有毒氣體報(bào)警器和復(fù)合式氣體傳感器。氣體傳感器檢測(cè)的氣體有，一氧化碳，二氧化碳，甲烷，氫氣等可燃或者有毒氣體！煤氣泄漏報(bào)警器從功能上可分為僅有泄漏報(bào)警功能的報(bào)警器和可以指示所探測(cè)到氣體濃度并且具有報(bào)警功能的檢測(cè)報(bào)警器。從使用場(chǎng)所上可分為民用報(bào)警器和商用報(bào)警器。民用的通常是獨(dú)立的在住宅中使用的煤氣報(bào)警器，功能簡(jiǎn)單。商用的主要使用在煤氣運(yùn)輸、儲(chǔ)存場(chǎng)所、使用煤氣和

16、可能有煤氣泄漏的工廠和公共場(chǎng)所。城市煤氣規(guī)范中規(guī)定地下室，半地下室，地上密閉空間的用氣房間，建筑的管道井，封閉計(jì)量表房等都要安裝煤氣報(bào)警器。建筑和煤氣的相關(guān)規(guī)范和法規(guī)也推薦使用民用煤氣泄漏報(bào)警裝置。工業(yè)用固定式氣體報(bào)警器是由報(bào)警控制器和探測(cè)器組成，控制器可防止于值班室。主要對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，探測(cè)器安裝于氣體最容易泄漏的地點(diǎn)，其核心部件為內(nèi)置氣體傳感器，傳感器檢測(cè)空氣中氣體的濃度。探測(cè)器將檢測(cè)到的氣體濃度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過線纜傳輸?shù)娇刂破鳎瑵舛仍礁咝盘?hào)越強(qiáng)，當(dāng)氣體濃度達(dá)到或者超過報(bào)警點(diǎn)時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警新號(hào)，如果是閥門泄漏可啟動(dòng)電磁閥及排氣扇等設(shè)備自動(dòng)排除隱患。便攜式檢測(cè)儀為手持式，工作人員可

17、隨身攜帶，方便檢測(cè)不同地點(diǎn)的氣體濃度。家庭用氣體檢測(cè)器價(jià)格便宜，使用方便，省空間。目前，隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平的提高，傳感器日益小型化，集成度不斷提高，使得氣體檢測(cè)儀器越來越小。能用一種儀器檢測(cè)多種不同氣體是氣體檢測(cè)儀的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)外在氣體傳感器，其中包含co傳感器的研究和應(yīng)用方面達(dá)到了很高水平，形成了多系列多品種的產(chǎn)品。相比之下我國(guó)的研究和應(yīng)用比較滯后，特別在產(chǎn)品開發(fā)上亟待加強(qiáng)。隨著中國(guó)在世界加工制造業(yè)領(lǐng)域地位的不斷提高，國(guó)內(nèi)外技術(shù)交流的頻繁開展，在傳感器制造方面的條件正在成熟，加上政府對(duì)co安全立法的重視和人們對(duì)安全的需要，對(duì)co傳感器需求的持續(xù)增長(zhǎng)，co傳感器的市場(chǎng)正在不斷成熟，相信在幾

18、年內(nèi)我國(guó)會(huì)出現(xiàn)自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的co傳感器產(chǎn)品。1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)本文設(shè)計(jì)了一種靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)格便宜的煤氣檢測(cè)系統(tǒng)，采用氣敏傳感器，氣敏傳感器是能夠感知環(huán)境中某種氣體及其濃度的一種敏感器件，它將氣體成分、濃度等有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而可以進(jìn)行檢測(cè)。目前，人們對(duì)氣敏傳感器的測(cè)試方法主要停留在用人工手動(dòng)的方式來操作，開發(fā)出一種實(shí)用高效的智能化傳感器測(cè)試裝置是極為必要的。而聲光信號(hào)是信息的又一主要載體，如果在這些測(cè)量場(chǎng)合能用聲光信號(hào)直接報(bào)出結(jié)果，將給操作人員帶來極大方便，本文就介紹一種新型的氣敏傳感器測(cè)試系統(tǒng)，從組成、硬件設(shè)計(jì)以及程序流程及代碼等幾方面對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

19、2 煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置的方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)思想煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置是能夠檢測(cè)環(huán)境中的可燃性氣體濃度，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：氣體信號(hào)采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路。氣體信號(hào)采集電路一般由氣敏傳感器和模擬放大電路組成，將氣體信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從煤氣檢測(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)，如果大于則會(huì)自動(dòng)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)。為使報(bào)警裝置更加完善，可以在聲音報(bào)警基礎(chǔ)上，加入燈光報(bào)警，變化的光信號(hào)可以引

20、起用戶注意，彌補(bǔ)嘈雜環(huán)境中聲音報(bào)警的局限。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。氣敏傳感器及單片機(jī)是煤氣泄漏報(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)的氣敏傳感器及單片機(jī)芯片是至關(guān)重要的。2.2 氣體傳感器的選型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。氣體傳感器作為煤氣泄漏報(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，氣體傳感器的選型是非常重要的。2.2.1氣體傳感器介紹1.氣體傳感器

21、的分類氣體傳感器種類繁多，從檢測(cè)原理上可以分為三大類：(1)利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如半導(dǎo)體氣體傳感器、接觸燃燒氣體傳感器等。(2)利用物理性質(zhì)的氣體傳感器：如熱導(dǎo)氣體傳感器、光干涉氣體傳感器、紅外傳感器等。(3)利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如電流型氣體傳感器、電勢(shì)型氣體傳感器等。2.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

22、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。3.常見氣體傳感器簡(jiǎn)介（1）半導(dǎo)體氣體傳感器半導(dǎo)體氣體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。自1962年半導(dǎo)體金屬氧化物氣體傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、輸出信號(hào)強(qiáng)、耐久性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的氣體傳感器之一。按照敏感機(jī)理分類，可分為電阻型和非電阻型。（2）固體電解質(zhì)氣體傳感器固體電解質(zhì)氣體傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材

23、料作為氣敏元件，其原理是利用氣敏材料在通過氣體時(shí)產(chǎn)生電阻，測(cè)量其形成電動(dòng)勢(shì)從而測(cè)量氣體濃度。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，其產(chǎn)量?jī)H次于半導(dǎo)體氣體傳感器的一類傳感器。但這種傳感器制造成本高，檢測(cè)氣體范圍有限，在檢測(cè)環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢(shì)。（3）接觸燃燒式氣體傳感器當(dāng)易燃?xì)怏w接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時(shí)會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒，故得名接觸燃燒式傳感器。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測(cè)元件一般為鉑金屬絲(也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層)，使用時(shí)將鉑絲通電，保持300c400c的高溫，此時(shí)若與氣體接觸，氣體就會(huì)在稀有金屬催化層上燃燒，

24、因此鉑絲的溫度會(huì)上升，鉑絲的電阻值也上升,通過測(cè)量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道氣體的濃度。（4）高分子氣體傳感器利用高分子氣敏材料制作的氣體傳感器近年來得到很大的發(fā)展。高分子氣敏材料在遇到特定氣體時(shí)，其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速度和頻率、材料重量等物理性能發(fā)生變化。高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡(jiǎn)單、常溫選擇性好、價(jià)格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測(cè)中具有重要作用。高分子氣體傳感器具有對(duì)特定氣體分子靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能在常溫下使用，可以彌補(bǔ)其它氣體傳感器的不足。（5）電化學(xué)傳感器電化學(xué)傳感器由膜電極和電解液封裝而成。氣體

25、濃度信號(hào)將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號(hào)傳出。它的優(yōu)點(diǎn)是：反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測(cè)，但壽命較短(大約兩年)。它主要適用于毒性氣體檢測(cè)。目前國(guó)際上絕大部分毒氣檢測(cè)采用該類型傳感器。（6）熱傳導(dǎo)傳感器熱傳導(dǎo)傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結(jié)構(gòu)形式，但是測(cè)量原理不同。它的測(cè)量原理是：將加熱后的鉑電阻線圈置于目標(biāo)煙霧中，由于向目標(biāo)氣體傳送熱量造成溫度降低，引起電阻值變化，傳感器即測(cè)量電阻值的變化情況。溫度的變化情況是目標(biāo)氣體熱傳導(dǎo)率的函數(shù)，而對(duì)于一種給定的氣體，熱傳導(dǎo)率是它固有的物理特性。（7）紅外傳感器紅外傳感器通常用兩束紅外光進(jìn)行氣體測(cè)量，主光束通過測(cè)量元件內(nèi)的目標(biāo)氣體

26、，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考?xì)怏w。在測(cè)量和比較元件中，紅外射線被氣體有選擇地吸收了。未吸收的紅外光由光電探測(cè)器測(cè)量，產(chǎn)生一個(gè)正比于目標(biāo)氣體濃度的差分信號(hào)。非擴(kuò)散式紅外探測(cè)器ndir (non-dispersive ir )是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴(kuò)散和損耗被記錄下來。不同的氣體吸收不同波長(zhǎng)的ir，所以傳感器根據(jù)目標(biāo)氣體而調(diào)整，典型應(yīng)用包括測(cè)量co和co2、冷凍劑煙霧和一些易然氣。由于非碳?xì)浠衔镆兹細(xì)怏w(如氫)不吸收電磁譜中ir部分的能量，所以這種傳感器可以精確地測(cè)量碳?xì)浠衔?，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其它氣體的腐蝕以及高濃度目標(biāo)煙霧的影響。4.常見氣體傳感器可檢測(cè)氣

27、體種類由于氣體的種類繁多，一種類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。例如氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器主要檢測(cè)各種還原性煙霧，如co、h2、c2h5oh、ch3oh等。固體電解質(zhì)氣體傳感器主要用于檢測(cè)無機(jī)氣體，如o2、co2、h2、cl2、so2等。2.2.2氣體傳感器的選定天煤氣泄漏報(bào)警器主要應(yīng)用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏的場(chǎng)所，根據(jù)報(bào)警器檢測(cè)氣體種類的要求，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

28、況下，則有可能在無焰燃燒的同時(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。因此，經(jīng)常對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是保證其準(zhǔn)確性的必要的途徑。一般連續(xù)使用兩個(gè)月后應(yīng)對(duì)傳感器進(jìn)行量程校準(zhǔn)，這種經(jīng)常性對(duì)傳感器的維護(hù)，無形中加大了工作人員的工作

29、量，同時(shí)增加了報(bào)警器的維護(hù)成本。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

30、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)。2.3 煤氣泄露報(bào)警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案2.3.1煤氣泄露報(bào)警器工作原理本論文中的煤氣泄漏報(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，氣體傳感器送來的氣體濃度對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)送入stc12c5a60s2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)氣體濃度處于正常狀態(tài)紅燈不會(huì)閃亮，當(dāng)氣體濃度超出設(shè)定的限定值時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)警并伴隨

31、紅燈亮。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。2.3.2煤氣泄露報(bào)警器的結(jié)構(gòu)為適應(yīng)家庭對(duì)可燃性易爆氣體安全性要求，設(shè)計(jì)的可燃性氣體報(bào)警儀應(yīng)不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應(yīng)具有顯示可煤氣體濃度、可接計(jì)算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)測(cè)和實(shí)時(shí)控制等功能。其目標(biāo)是在傳統(tǒng)的煙霧報(bào)警儀的基礎(chǔ)上，盡量提高準(zhǔn)確性，降低成本，縮小體積。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)警裝置開發(fā)了可用于家庭或小型單位天煤氣泄漏報(bào)警器。整個(gè)設(shè)計(jì)由3大部分

32、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。2.4 裝置功能說明煤氣泄漏檢測(cè)裝置，顧名思義是用來檢測(cè)煤氣泄漏，使煤氣使用更加安全。在使用此裝置前，首先設(shè)置好報(bào)警的氣體濃度值，設(shè)置濃度可調(diào)，將裝置放置在煤氣容易泄漏的區(qū)域，當(dāng)煤氣或者其他煤氣泄漏的時(shí)候，空氣中氣體濃度超過設(shè)定值時(shí)，裝置會(huì)發(fā)出燈光及聲音的報(bào)警。2.5裝置效果圖圖2. 1成品效果圖3 煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置的硬件部分設(shè)計(jì)硬件電路形象的說就是整個(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

33、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。本章主要介紹一些單片機(jī)最小系統(tǒng)，顯示電路，傳感器電路3.1 stc12c5a60s2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25萬次每秒)，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。1. 增強(qiáng)型 8051 cpu，1t，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)80512. 工作電壓：stc12c5

34、a60s2 系列工作電壓：5.5v - 3.5v（5v單片機(jī)）stc12le5a60s2 系列工作電壓：3.6v - 2.2v（3v單片機(jī)）3. 工作頻率范圍：035mhz，相當(dāng)于普通8051的 0420mhz4. 用戶應(yīng)用程序空間8k /16k / 20k / 32k / 40k / 48k / 52k / 60k / 62k 字節(jié).5. 片上集成1280字節(jié)ram6. 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120

35、ma。7. isp（在系統(tǒng)可編程）/ iap（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（p3.0/p3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片8. 有eeprom功能(stc12c5a62s2/ad/pwm無內(nèi)部eeprom)9. 看門狗10.內(nèi)部集成max810專用復(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）11. 外部掉電檢測(cè)電路: 在p4.6口有一個(gè)低壓門檻比較器，5v單片機(jī)為1.33v，誤差為5%,3.3v 單片機(jī)為1.31v，誤差為3%12. 時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部r/c振蕩器(溫漂為5% 到10% 以內(nèi))用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)

36、部r/c 振蕩器還是外部晶體/ 時(shí)鐘常溫下內(nèi)部r/c 振蕩器頻率為：5.0v 單片機(jī)為：11mhz 17mhz3.3v 單片機(jī)為：8mhz 12mhz，精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn)13. 共4個(gè)16位定時(shí)器兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,16位定時(shí)器t0和t1，沒有定時(shí)器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器,再加上2路pca模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器14. 3個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由t0的溢出在p3.4/t0輸出時(shí)鐘，可由t1的溢出在p3.5/t1輸出時(shí)鐘,獨(dú)立波特率發(fā)生器可以在p1.0口輸出時(shí)鐘15. 外部中斷i/o口7路,傳統(tǒng)的

37、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，power down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(也可通過寄存器設(shè)置到p4.2), ccp1/p1.4(也可通過寄存器設(shè)置到p4.3)16. pwm(2路）/ pca（可編程計(jì)數(shù)器陣列,2路）- 也可用來當(dāng)2路d/a使用- 也可用來再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器- 也可用來再實(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)17. 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25萬次)18. 通用全雙工異

38、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19. stc12c5a60s2系列有雙串口，后綴有s2標(biāo)志的才有雙串口，rxd2/p1.2(可通過寄存器設(shè)置到p4.2)，txd2/p1.3(可通過寄存器設(shè)置到p4.3)20. 工作溫度范圍：-40 +85(工業(yè)級(jí)) / 0 75(商業(yè)級(jí))21.封裝：lqfp-48, lqfp-44, pdip-40, plcc-44, qfn-40i/o口不夠時(shí)，可用2到3根普通i/o口線外接74hc164/165/595（均可級(jí)聯(lián)）來擴(kuò)展i/o口,還可用a/d做按鍵掃描來節(jié)省i/o口，或用雙cpu,三線通信，還多

39、了串口。3.2 stc12c5a60s2系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)stc12c5a60s2系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。stc12c5a60s2單片機(jī)中包含中央處理器(cpu)、程序存儲(chǔ)器(flash)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(sram)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、uart串口、串口2、i/o接口、高速a/d轉(zhuǎn)換、spi接口、pca、看門狗及片內(nèi)r/c振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。stc12c5a60s2系列單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)。3.2.1 管腳說明vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管

40、腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼，此時(shí)p0外部必須被拉高。p1口：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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口作為第八位地址接收。p2口：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門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻

41、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：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at89c5

42、1的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能p3.0 rxd（串行輸入）p3.1 txd（串行輸出）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時(shí)器0外部輸入）p3.5 t1（記時(shí)器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。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。ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，ale端以不變的頻

43、率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時(shí)， 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(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen信號(hào)將不出現(xiàn)。/ea當(dāng)/ea保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序

44、存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。x1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。x2：來自反向振蕩器的輸出。引腳電路如下圖所示圖3 1單片機(jī)引腳圖3.2.2引腳電路的連接p2.0p2.7為i/o口的p2口：內(nèi)部帶有弱上拉的雙向i/o口，作為輸入引腳使用前，先向p2口鎖存器寫入1，使p2口引腳被上拉為高電平reset為復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。/ea為外部程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)，低電平有效。在復(fù)位期間cpu檢測(cè)并鎖存該引腳電平狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)該引腳為高電平時(shí)，從片內(nèi)程

45、序存儲(chǔ)器取指令，只有當(dāng)程序計(jì)數(shù)器pc超出片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址編碼范圍時(shí)，才轉(zhuǎn)到外部rom中取指令；當(dāng)該引腳為低電平時(shí)，一律從外部程序存儲(chǔ)器中取指令。/ea在本次設(shè)計(jì)中此引腳接高電平，所以按照它的功能特性它將從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀取指令碼。x1、x2的功能特性，其中x1接cpu內(nèi)部時(shí)鐘電路。本電路的時(shí)鐘電路采用芯片內(nèi)部的振蕩電路。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩電路時(shí)，x1、x2與晶體振蕩器及電容c1、c2按電路圖上所示方式連接。晶振、電容c1 /c2及片內(nèi)與非門（作為反饋、放大元件）構(gòu)成了電感三點(diǎn)式振蕩器，振蕩信號(hào)頻率與晶振頻率及電容c1、c2的容量有關(guān)，但主要由晶振頻率決定。該設(shè)計(jì)中我所設(shè)計(jì)的晶振頻率為11.059

46、2mhz，c1、c2都為22pf。對(duì)于89c51芯片來說，它內(nèi)置了rom、eprom、otp rom、flash rom，當(dāng)不使用外部存儲(chǔ)器（包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）時(shí)，p0口可以作為通用的輸入/輸出端口（i/o）使用。p0口作為i/o端口使用時(shí)，多路開關(guān)“控制”信號(hào)為“0”（即低電平）。輸出時(shí)，寫鎖存器脈沖clk有效，輸出信號(hào)經(jīng)內(nèi)部總線至鎖寸器輸入端d至反相輸入端q反至多路開關(guān)至v2柵極至v2漏極到輸出端，p0口是漏極開路輸出，當(dāng)驅(qū)動(dòng)拉電流負(fù)載時(shí)，需要外接上拉電阻，p0口帶有鎖存器，因此具有輸出鎖存器，因此具有輸出鎖存功能。p0口作為輸入口時(shí)，與p1口類似，也必須先執(zhí)行寫端口指令。沒有外

47、部程序存儲(chǔ)器或雖然有外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，但容量不大于256字節(jié)，不需要高8位地址時(shí)（在這種情況下，不能通過數(shù)據(jù)地址寄存器dptr讀寫外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），p2口可以作為i/o端口使用，這時(shí)，“控制”信號(hào)為“0”；作為輸入口前，同樣需要向鎖存器寫入“1”，使反向器輸出低電平。3.2.3 振蕩器特性x1和x2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(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)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。3.3 單片機(jī)領(lǐng)域前景及發(fā)展?fàn)顩r隨著電子產(chǎn)品的廣

48、泛應(yīng)用，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，如儀器儀表、家電、機(jī)電一體化、產(chǎn)品研發(fā)與開發(fā)等行業(yè)，都可以是單片機(jī)設(shè)計(jì)人員的就業(yè)、提升、創(chuàng)業(yè)之所。目前單片機(jī)已滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到?jīng)]有單片機(jī)足跡的領(lǐng)域。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能ic卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說全自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的工程師和科學(xué)家?？萍荚桨l(fā)達(dá)，智能化的東

49、西就越多。因此學(xué)習(xí)單片機(jī)是社會(huì)發(fā)展的必然需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的單片機(jī)年需求量已達(dá)1-3億片，且以每年大約16%的速度增長(zhǎng)，但相對(duì)于世界市場(chǎng)我國(guó)的占有率還不到1%。特別是沿海地區(qū)的電子廠，在不斷向內(nèi)地市場(chǎng)輻射的進(jìn)程中，多數(shù)產(chǎn)品所用的單片機(jī)需求量驟增。鑒于單片機(jī)應(yīng)用在我國(guó)才剛剛起步，有著廣闊的前景，足以讓我們確信培養(yǎng)單片機(jī)應(yīng)用人才，特別是工程技術(shù)中普及單片機(jī)知識(shí)有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。3.4 stc12c5a60s2系列單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)所謂最小系統(tǒng)是指能進(jìn)行正常工作的最簡(jiǎn)單電路。包括電源電路，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，三者缺一不可。3.4.1電源電路單片機(jī)的電源電路顧名思義是給單片機(jī)供電的。如下圖所示，

50、圖中包含dc插口，開關(guān)，二極管，電容，電阻和發(fā)光二極管。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)是直接通過usb接口提供5伏的電源所以不需要整流橋電路。各部分的作用：dc接口接直流電源，電壓5伏電解電容c2：濾低平。讀石電容c3：濾高平。二極管d1：起保護(hù)作用，防止電源接反，使反相電壓不通過。電阻r1：1k 限流作用。發(fā)光二極管d2：指示燈作用。圖3 2 電源電路3.4.2時(shí)鐘電路圖3 3 時(shí)鐘電路單片機(jī)時(shí)鐘電路圖如上。單片機(jī)的時(shí)鐘電路信號(hào)通常用兩張電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。本設(shè)計(jì)選用的是內(nèi)部振蕩方式。在引腳xtal1和xtal2外接晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱晶振）或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有

51、一個(gè)高增益的反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器，并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖，晶振通常選用6mhz，12mhz和24mhz，本設(shè)計(jì)選用的是11.0592mhz的晶振。如下圖，圖中電容器c15和c14起穩(wěn)定振蕩頻率快速起振的作用，一般選用530pf 本設(shè)計(jì)選用22pf。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路使用較多。3.4.3 復(fù)位電路復(fù)位操作完成單片機(jī)片內(nèi)的初始化，是單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始運(yùn)行當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳rst出現(xiàn)5ms以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就完成了復(fù)位操作。如果rst持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)，而無法執(zhí)行程序。因此要求單片機(jī)復(fù)位后能脫離復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)

52、位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。開關(guān)復(fù)位要求在電源接通的情況下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，如果發(fā)生死機(jī)，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。常用的是上電且開關(guān)操作，如圖所示。上電后，由于電容充電，使rst持續(xù)一段高圖3 4 復(fù)位電路電平時(shí)間。但單片機(jī)已經(jīng)運(yùn)行之中時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使rst持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電且開關(guān)復(fù)位的操作。通常選用c=10-30f,r=10k。3.5 傳感器電路3.5.1 mq-2傳感器介紹半導(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

53、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)。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(sno2)。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)。圖3 5 mq-2傳感器結(jié)構(gòu)圖圖3 6 mq-2傳感器引腳圖1 氣體敏感層二氧化錫2 電極金（au）3 測(cè)量電極引線鉑（pt）4 加熱器鎳鉻合金（ni-cr）5 陶瓷管三氧化二鋁6 防爆網(wǎng)100目雙層不銹鋼（sub3

54、16）7 卡環(huán)鍍鎳銅材（ni-cu）8 基座膠木9 針狀管腳鍍鎳銅材（ni-cu） mq-2 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如上圖所示, 由微型al2o3 陶瓷管、sno2 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，兩個(gè)用于提供加熱電流。a-a 和b-b 管腳在電路中是短接的。3.5.2 傳感器電路的連接圖3 7 傳感器電路圖電路采集的是電壓模擬信號(hào)，電路中的電感是用來給傳感器預(yù)熱，電路上方的比較器是電路采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號(hào)，傳遞給引腳2，放大器將采集的模擬信號(hào)放大通過3引腳輸

55、出。電路有4個(gè)引腳，引腳1是電源引腳，引腳4是接地引腳，2引腳是開關(guān)信號(hào)引腳，3引腳是模擬量輸出引腳。本裝置設(shè)計(jì)只使用了1，3，4引腳，沒有用到2引腳，因?yàn)槭褂靡_2只能根據(jù)設(shè)定值報(bào)警卻不能顯示當(dāng)前的濃度，而3引腳通過圖下方的放大器將信號(hào)放大，采集的連續(xù)的模擬信號(hào)，而且裝置使用的是增強(qiáng)型51單片機(jī)，自身帶有a/d轉(zhuǎn)換，能確切的顯示出當(dāng)前氣體濃度值。3.6 顯示電路整個(gè)裝置對(duì)顯示屏要求不高，因?yàn)檎麄€(gè)裝置只需要顯示出當(dāng)時(shí)氣體的濃度，所以顯示屏簡(jiǎn)單，并不復(fù)雜，所以采用一個(gè)常見的，價(jià)格也比較便宜的諾基亞5110的顯示屏圖3 8 5110顯示屏引腳圖 nokia5110顯示屏分辨率為8448.，有9個(gè)導(dǎo)電膠管腳，與單片機(jī)連接的8個(gè)引腳其中38為i/o管腳，1為電源，2為地，供電電壓為3.3v，由于單片機(jī)供電是5v，所以采用一個(gè)穩(wěn)壓二極管，將電壓穩(wěn)定到3.3v.3.7串口下載模塊3.7.1 關(guān)于 rs-232rs-232接口實(shí)際上是一種串行通信標(biāo)準(zhǔn)，是由美國(guó)eia和bell公司一起開發(fā)的通信協(xié)議，他對(duì)信號(hào)線的功能、電氣特性、連接器等都