畢業(yè)論文-煤氣泄漏檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)100070778教材

1、無錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）煤氣泄漏檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：對(duì)煤氣泄漏實(shí)時(shí)精確監(jiān)控是十分重要的。本文介紹一種基于單片機(jī)技術(shù)的智能型煤氣監(jiān)控系統(tǒng)，可對(duì)煤氣濃度進(jìn)行智能地實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)控、 報(bào)警,而且還 能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開啟和關(guān)閉煤氣管道閥門，經(jīng)過多次運(yùn)行，精確度、靈敏度和穩(wěn)定性均 達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且造價(jià)低,操作方便,可廣泛作為智能報(bào)警器及監(jiān)控系統(tǒng)來使用。本系統(tǒng)以ATMEGA1單片機(jī)為核心，論述了基于測(cè)控技術(shù)的煤氣泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警裝 置的硬件和軟件方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。文中重點(diǎn)闡述了信號(hào)采集調(diào)理電路與語音電路 的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)表明，設(shè)計(jì)制作的系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求，具有實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)處理器；一氧化碳

2、傳感器；煤氣濃度；聲光報(bào)警；煤氣泄漏5Design of Gas-leaking Monitoring and Alarming SystemAbstract: Accurate real-time monitoring of the gas leak is important. This paper describes a sin gle chip tech no logy based on in tellige nt gas mon itori ng system, the gas concentration can be intelligent in real time detectio

3、n and monitoring, alarm, and can automatically ope n and close the gas pipeli ne valves, after several runs, precisi on, sensitivity and stability meet the design requirements, and low cost, easy to operate, can be widely as a smart alarm and monitoring system to use. This system uses the ATMEGA16 a

4、s control core. This paper introduces the both scheme design and implement of hardware and software on the gas-leaking monitoring and alarming system based on measure and con trol tech no logy. The experime nt shows that the system of desig n and make satisfies the requireme nt, and holds better pra

5、cticability.Key words: Sin gle chip processor;CO Sen sor, Gas concen tratio n, voice and light alarm, Gas-leak ing目錄第1章緒論 31.1 課題背景、目的及意義 41.1.1 課題的背景 41.1.2 課題的目的及意義 41.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容 5第2章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 62.1 一氧化碳濃度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 62.1.1 CO傳感器原理介紹與選型 62.1.2 NAP-505型一氧化碳傳感器介紹 72.2 鍵盤及顯示電路接口設(shè)計(jì) 82.2.1 鍵盤/顯示器電路設(shè)計(jì) 92.3 穩(wěn)壓電源電

6、路設(shè)計(jì) 122.4聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì) 132.4.1 聲音報(bào)警電路 13第3章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 163.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) 163.2 開機(jī)自檢模塊程序設(shè)計(jì) 163.3 鍵盤處理、顯示模塊程序設(shè)計(jì) 173.4 數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計(jì) 203.5 數(shù)據(jù)處理和報(bào)警、控制模塊程序設(shè)計(jì) 21結(jié)論 23致謝 24參考文獻(xiàn) 25第1章緒論本章主要介紹本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究的背景、目的與作用，以及在本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和技術(shù)指標(biāo)。1.1 課題背景、目的及意義1.1.1 課題的背景隨著我國(guó)燃起的變革及西氣東輸工程的進(jìn)行，煤氣或天然氣已成為多數(shù)家庭 的燃料。每年，因煤氣泄露造成的中毒事故中，因熱水器不當(dāng)或產(chǎn)品本身的質(zhì)

7、量 問題，造成的煤氣中毒事故，全國(guó)均有不少事例。有甚者，因室內(nèi)煤氣濃度過高， 引起的煤氣爆炸的事故也不少見。家用煤氣有時(shí)會(huì)因各種原因發(fā)生泄漏，煤氣的 主要成分是甲烷，甲烷是一種可燃性氣體遇到明火會(huì)發(fā)生燃燒甚至爆炸，所以在煤氣泄漏時(shí)打電話，使用家用電器的話，煤氣遇到電火花可能會(huì)發(fā)生爆炸事故。 人呆在煤氣泄漏的空間內(nèi)，甲烷的不完全燃燒可能會(huì)生成一氧化碳， 人體吸入有 毒的一氧化碳后，一氧化碳將會(huì)迅速與血液中的紅細(xì)胞結(jié)合導(dǎo)致人體中毒昏迷，如果長(zhǎng)時(shí)間吸入泄漏的煤氣甚至?xí)l(fā)生中毒死亡隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的提高和生 活環(huán)境的改善越來越重視，液化氣、煤氣進(jìn)入家庭的使用為人們帶來了方便，也改善了城市

8、的環(huán)境，但同時(shí)也給人們帶來了潛在的危險(xiǎn)， 其中一氧化碳是最主要 的危險(xiǎn)源。當(dāng)今我國(guó)很多煤礦企業(yè)由于對(duì)于礦井下的煤氣監(jiān)測(cè)和處理不夠及時(shí)， 釀成了許多的慘劇，造成的工人生命和國(guó)家財(cái)產(chǎn)的損失。因此，及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)房間室內(nèi)和礦井進(jìn)行CO濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警成為保障群眾生命安全和國(guó)家財(cái)產(chǎn) 安全的一項(xiàng)必不可少的工作。1.1.2 課題的目的及意義AT89系列單片機(jī)是控制系統(tǒng)常用的單片機(jī)，應(yīng)用在很多領(lǐng)域，利用它完成 的報(bào)警系統(tǒng)比較多，使用AT89系列構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的采樣煤氣 濃度，能夠達(dá)到題目的設(shè)計(jì)要求，而且 AT89系列單片機(jī)相對(duì)于其它型號(hào)的單片 機(jī)（AVR、ARM），更加易于學(xué)習(xí)和掌握，性能也相

9、對(duì)比較好。同時(shí)掌握好了此 系列的單片機(jī)的應(yīng)用，對(duì)于深入學(xué)習(xí)其他類型的單片機(jī)是一個(gè)很好的基礎(chǔ)。本課題需要完成一個(gè)完整系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 涉及到電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算 機(jī)應(yīng)用與控制技術(shù)等多學(xué)科性知識(shí)， 是一個(gè)硬軟件相結(jié)合的設(shè)計(jì)性題目。 本課題 融知識(shí)性與趣味性于一體，提供了一個(gè)有力的了解小家電設(shè)計(jì)技術(shù)平臺(tái)，能提高我的檢索資料的能力、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力、實(shí)際動(dòng)手的能力、分析排除故障的 能力以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力等。并且，可以通過此次設(shè)計(jì)，很好的掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 工作流程、開發(fā)步驟；熟悉單片機(jī)開發(fā)的多種編程語言。1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)的題目是 煤氣泄漏檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)”。選擇 ATMEL公司的ATMEGA

10、16單片機(jī)為系統(tǒng)控制核心，采用電化學(xué)型 CO傳感器作為采集煤氣濃 度的采集器，經(jīng)過系列處理實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣濃度進(jìn)行智能地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開啟和關(guān)閉煤氣管道閥門及排風(fēng)裝置。系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體任務(wù)如下：（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣泄漏的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；（2）具有超限聲、光報(bào)警功能；（3）根據(jù)報(bào)警狀況自動(dòng)關(guān) 閉煤氣管道電磁閥并開啟排風(fēng)機(jī)；（4）設(shè)計(jì)并制作煤氣測(cè)量鍵盤、顯示等接口電 路；（5）性能指標(biāo)：一氧化碳測(cè)量精度為3% ;實(shí)現(xiàn)所有的硬件、軟件設(shè)計(jì)、系 統(tǒng)整體調(diào)試、形成可以正常運(yùn)行的產(chǎn)品為本次設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)。 將從系統(tǒng)的硬件、 軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；系統(tǒng)的調(diào)試等方面進(jìn)行介紹。無錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第

11、2章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)硬件是系統(tǒng)的載體與執(zhí)行機(jī)構(gòu)，硬件設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，主要涉及傳感 器信號(hào)放大、采集、處理，鍵盤與顯示處理，聲光報(bào)警，執(zhí)行電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)供 電等多個(gè)部分。本章分為8節(jié)介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。2.1 一氧化碳濃度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)2.1.1 CO傳感器原理介紹與選型1、電化學(xué)型氣體傳感器的基本原理按照檢測(cè)原理的不同，電化學(xué)氣體傳感器主要分為金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感 器、催化燃燒式傳感器、定電位電解式氣體傳感器、迦伐尼電池式氧氣傳感器、 紅外式傳感器、PID光離子化傳感器等等。目前，煙氣分析儀中使用較多的是定 電位電解式氣體傳感器和迦伐尼電池式氧氣傳感器。其中定電位電解式氣體傳感器工作

12、原理是： 使電極與電解質(zhì)溶液的界面保持 一定電位進(jìn)行電解，通過改變其設(shè)定電位，有選擇地使氣體進(jìn)行氧化或還原， 從 而能定量檢測(cè)各種氣體。其結(jié)構(gòu)是：在一個(gè)塑料制成的筒狀池體內(nèi)安裝工作電極、 對(duì)電極和參比電極，在電極之間充滿電解液，由多孔四氟乙烯做成的隔膜，在頂 部封裝。前置放大器與傳感器電極的連接， 在電極之間施加了一定的電位，使傳 感器處于工作狀態(tài)。2、CO傳感器的比較與確定本次設(shè)計(jì)的使用群體主要針對(duì)的是普通家庭，在家庭中的煤氣濃度（CO濃度）一般不可能有太高，否則將引起很多的事故，即使有 CO報(bào)警系統(tǒng)。針對(duì)大 多數(shù)家庭的情況，設(shè)計(jì)中考慮的 CO傳感器的測(cè)量范圍在0500ppm或者 01000

13、ppm,高于了此范圍的CO傳感器基本不使用于普通家庭。在市場(chǎng)考察中得知CO測(cè)量范圍在0500ppm或者01000ppm的傳感器類型 也相當(dāng)?shù)亩唷Ｆ┤缰袊?guó)饒陽縣北核牌 CO傳感器系列、中國(guó)威興達(dá)傳感器廠的 CO傳感器系列、瑞士 Membrpor的CO傳感器系列、日本NEMOTO的CO傳感器系列等。傳感器選擇是主要考慮傳感器本身的輸出信號(hào)的大小，因?yàn)閭鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)越大，對(duì)后續(xù)放大電路要求就越低，這樣有利于硬件電路的設(shè)計(jì)。 這些 傳感器類型中信號(hào)輸出最大的是瑞士 Membrpor的CO傳感器系列，它的信號(hào)輸 出可以達(dá)到5010 nA/ppm以上；而中國(guó)威興達(dá)傳感器廠的 CO傳感器系列只 有 1 n

14、A 50 nA/ppm 的輸出。本次選用的傳感器并不是輸出信號(hào)最大的，因?yàn)樵趦r(jià)格方面瑞士Membrpor的CO傳感器系列的價(jià)格都在500元RMB / PCS以上，而輸出與其基本相當(dāng)?shù)?中國(guó)饒陽縣北核牌CO傳感器系列也需要280元RMB/PCS左右。而日本 NEMOTO的NAP-505 氧化碳傳感器的輸出只是 4010 nA/ppm，但是價(jià)格只 在80120元RMB /PCS,綜合各方面考慮，本次設(shè)計(jì)采用的是日本NEMOTO的NAP-505 氧化碳傳感器。2.1.2 NAP-505型一氧化碳傳感器介紹NAP-505 一氧化碳傳感器屬于電化學(xué)型傳感器， 它采用了新的構(gòu)造，電解液 泄露的風(fēng)險(xiǎn)較低到幾

15、乎為零，體積小，大幅度的減低了成本。輸出信號(hào)直線性、重復(fù)再現(xiàn)性優(yōu)越、不受濕度影響、電池可驅(qū)動(dòng)。其主要性能參數(shù)如表2-1所示表2-1NAP-505型電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器主要性能參數(shù)表檢測(cè)氣體范圍CO 01000ppm輸出電流40 10 nA/ppm分辨率1ppm重復(fù)再現(xiàn)性2%以內(nèi)應(yīng)答時(shí)間30s基準(zhǔn)線位移(-20 C 50C)10ppm長(zhǎng)期穩(wěn)定性4鍵盤，依靠8279來完成硬件掃描，以減少使用軟件 處理的煩瑣問題。鍵盤由09數(shù)字鍵、左移位鍵、確認(rèn)鍵、報(bào)警值設(shè)定鍵、時(shí) 鐘設(shè)定鍵、閥門開啟鍵、運(yùn)行鍵等 16鍵組成。用戶可以通過鍵盤完成人機(jī)接口 的各種操作。鍵盤設(shè)計(jì)如圖2-2所示。LRLoRR39 5

16、1kRL2S4larmRL3S8S12S16OpenerRunR40 51k4 YEK3 YEK2 YEK1 YEK圖2-24 4鍵盤電路8279的鍵盤掃描輸出有兩種方式：譯碼掃描和編碼掃描。譯碼掃描即是4條掃描線在同一時(shí)間只有一條是低電平，并且以一定的頻率輪流更換。當(dāng)按鍵較多時(shí)則必須采取編碼掃描，此時(shí) SL0SL3輸出的是從00001111的二進(jìn)制計(jì)數(shù) 代碼，但此時(shí)掃描輸出線不能直接用于鍵盤的掃描，而必須經(jīng)過低電平有效輸出的譯碼器。本次設(shè)計(jì)中進(jìn)采用SL0SL2輸入到通用的低電平有效輸出的 3-8譯碼器（74LS138）得到直接可用列檢測(cè)線，每根行檢測(cè)線（鍵碼回送線）接 +5V的電 源，并且節(jié)

17、5.1K的上拉電阻，當(dāng)某個(gè)鍵按下去，該線被拉低。信號(hào)回送入8279內(nèi)部FIFO進(jìn)行處理有得出相應(yīng)的鍵值只有暫存， 等待CPU讀取。此時(shí)會(huì)由8279 的IRQ產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，經(jīng)由反相器連接CPU，如果CPU檢測(cè)到這個(gè)信 號(hào)則可以進(jìn)入讀鍵碼程序，當(dāng) CPU將鍵碼數(shù)據(jù)從FIFO中取走后，中斷請(qǐng)求信 號(hào)IRQ將自動(dòng)撤銷。當(dāng)8279中FIFO的數(shù)據(jù)還未被取出就又有一個(gè)鍵被按下，則將該鍵代碼自 動(dòng)進(jìn)入FIFO中，F(xiàn)IFO堆棧有8個(gè)8位的存儲(chǔ)單元組成，允許依次暫存8個(gè)鍵的 代碼。FIFO依循先進(jìn)先出的原則。FIFO中存在多個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，只有將FIFO中的 所有數(shù)據(jù)全部讀出之后IRQ信號(hào)才會(huì)撤銷。因此在實(shí)際

18、輸入按鍵時(shí)，可以連續(xù) 按8個(gè)鍵，即便是CPU沒有及時(shí)做出相應(yīng)。2、顯示電路設(shè)計(jì)LED顯示器有共陽極和共陰極兩種。共陰極 LED顯示器的發(fā)光二極管的陰 極連接在一起，通常此公共陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)， 發(fā) 光二極管點(diǎn)亮相應(yīng)的段被顯示。一般的，發(fā)紅光的LED每段流過的5mA的平均電流，就可以有較滿意的亮 度，7mA電流會(huì)更亮些。10mA以上也不會(huì)再亮多少，但長(zhǎng)期運(yùn)行于10mA以上 會(huì)縮短其壽命。最大電流平均值不得超過 30mA。顯示電路采用兩個(gè)4位7段LED共陰數(shù)碼管來顯示當(dāng)前輸入的 CO濃度和 時(shí)間。高4位顯示時(shí)間，由于專用的時(shí)間顯示數(shù)碼管沒有共陰，因此還以采用的是通用的顯示

19、管；低4位LED數(shù)碼管則顯示當(dāng)前采樣的探頭號(hào)和該處采樣的CO濃度。數(shù)碼管與8279的接口電路如圖2-3所示。8279的OUTAOOUTA3和OUTBOOUTB3最為顯示段碼的輸出，而SL0SL2j經(jīng)過3-8譯碼器譯碼之后作為顯示器的位碼輸出，由于需要與鍵盤配 合使用，因此顯示管必須選用共陰管。當(dāng)輸出口上有段碼輸出而且該數(shù)碼管被選中則該數(shù)碼管點(diǎn)亮，否則就熄滅，但是由于視覺誤差則會(huì)有全部被點(diǎn)亮的顯示，當(dāng)然這一些都有8279自行單獨(dú)完成。由于8279數(shù)碼管輸出口的驅(qū)動(dòng)能力較弱，因此需要在顯示管前面加入驅(qū)動(dòng) 芯片74LS244,其中U17實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管段驅(qū)動(dòng)，U18實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的位驅(qū)動(dòng)。這樣 可以保證數(shù)碼管

20、的亮度。172 YE K3 YE K4 YE Kk15 6035031 YE Kk15k15 4039S8S5o Qk15 33dccv2 PS7S3PSI D6CP-D2 11P D22P D33P D6A 4BC 3DE | 2FG“cTiscK3IJX/X/R2- ss42 IJysi2.g 2RccvoonfpD 7 7nfpD 9 6nfpD C0 5n 3 D- 4YbK 02 3XJJK 03 2YbK 4 1 vxt K c1A BG|G GU ABC-ccvpDA * 4BC * 3D7 4-6 5 -1ODD1DDD2WDD l-DD 】DD -DD 7DD8P D8 9

21、1 2 5 6 7 8E：2F161Ui2sk71CGit-cld 0171 8CP-D51 7CP-D31 6CP-Dn 5nfn d8 4nsD6 3CP-D4 2rtd2 1RTDi2sk7-4AT3aj2AT1AT4a3 AT2 AT1AT21D0 2rcoljr plr 4lr oolr f Rnuko 023d 922D OPP1D 100To -7 -4 - o 12 15P D26P D37P D4P DPPPDDD64297534V23V22V2 1V2 4 VI 3 丫 NY 1丫4aj3aj2AA1AA 4a 3 AT 2 AT 1AT3TL2l1Lzostlis US1

22、LRk28r9AZ8 Ito EKKLU川93 KbOARw8279接口電路46813572345678DDDDDDD3b2l1rbnwL3C0-UO2DQIUO1BIUOODQIUOQp 7BD 6bd 5bd 4bd 3bd 2bd 1BD OBD91 8a71 6a圖2-3鍵盤/顯示器與61 5a51 4a41 3a31 2a2 1A3-uo2Attluo1AttluoOAttluo4Z Bp52 7d62 6d5d51U2.3穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)由于本系統(tǒng)涉及到很多電路、集成芯片多，又各自所需電壓不同，為了符合 每一部分的電壓需要。我們必須把電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過 7809、7909分別產(chǎn)生正

23、 負(fù)9V電壓給AD620，用7805產(chǎn)生5V電壓給ATmega16單片機(jī)、ISD1420語音 芯片、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片等外圍接口電路供電。根據(jù)題目要求我們?cè)O(shè)計(jì)的 穩(wěn)壓電源電路圖如圖2-4和圖2-5所示D121CA6diD-44U22MC7 80 5TJ5Vin+5VV-IDGE1_ 4 C18*l220u0.33u2D N GV212C AC1 00.1 uC2 5D110uFDNG圖2-4正5V穩(wěn)壓電路D8圖2-5 正負(fù)9V穩(wěn)壓電路圖2-4中輸入電壓由整流橋先進(jìn)行整流，然后經(jīng)過7805進(jìn)行穩(wěn)壓之后輸出+5V電壓。電路中接入C10和C22是用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激勵(lì)振蕩

24、和抑制電路引入的高頻干擾。電解電容C25用以減少穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。D為保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端短路時(shí)，給輸出電容 C25 一個(gè)放電通路，防止C25兩端電壓作用與7805管的be結(jié)，造成7805管be 結(jié)擊穿而損壞。圖2-5中的電路給圖2-4基本相同，不同的就是穩(wěn)壓管采用的 是7809和7909實(shí)現(xiàn)正負(fù)9V的穩(wěn)壓調(diào)整。圖中的J6和J9兩個(gè)接線端口是為了 方便直接輸入直流電壓而設(shè)計(jì)，當(dāng)外界有適合的直流電壓是可以直接接入進(jìn)行穩(wěn) 壓后輸出供電。2.4聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)為煤氣泄露檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)”，因此聲光報(bào)警部分屬于系統(tǒng)的核心部 分，只有很好的完成了本部分的設(shè)計(jì)，才能使系統(tǒng)較為的完善

25、。報(bào)警意為提醒系 統(tǒng)使用者能及時(shí)了解使用場(chǎng)所煤氣濃度超過設(shè)定值，需要進(jìn)行相應(yīng)的處理。以下 就對(duì)系統(tǒng)的聲光報(bào)警部分的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)說明。2.4.1 聲音報(bào)警電路聲音報(bào)警電路設(shè)計(jì)了語音報(bào)警和蜂鳴器報(bào)警， 主要是考慮不同使用者對(duì)報(bào)警 裝置的要求不同（包括價(jià)格、使用場(chǎng)所、安裝環(huán)境等各個(gè)方面因素）。采用語音提示也就比單獨(dú)的蜂鳴器更加人性化， 對(duì)于相對(duì)安靜的環(huán)境中較為適用，因?yàn)檎Z 音放大有一定的限制；而蜂鳴器的尖叫聲有更強(qiáng)的穿透力， 更容易引起使用者的 重視。1）、ISD1420語音芯片介紹ISD1420為美國(guó)ISD公司出品的優(yōu)質(zhì)單片語音錄放電路，由振蕩器、語音存 儲(chǔ)單元、前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、抗干

26、擾濾波器、輸出放大器組成。一 個(gè)最小的錄放系統(tǒng)僅由一個(gè)麥克風(fēng)、一個(gè)喇叭、兩個(gè)按鈕、一個(gè)電源、少數(shù)電阻 電容組成。錄音內(nèi)容存入永久存儲(chǔ)單元，提供零功率信息存儲(chǔ)，語音和音頻信號(hào) 被直接存儲(chǔ)，以其原本的模擬形式進(jìn)入 EEPROM存儲(chǔ)器。不僅語音質(zhì)量?jī)?yōu)勝， 而且斷電語音保護(hù)。2）、芯片特點(diǎn)及引腳圖介紹芯片特點(diǎn):使用方便的單片錄放系統(tǒng)，外部元件少，重現(xiàn)優(yōu)質(zhì)原聲，沒有常見的背景噪音A0VccDA1RECA2XCLKA3RECLEDA4PLAYEA5PLAYLNCNCNCANA OUTA6ANA INA7AGCNCMIC REFVssDMICVssAVccASP+SP-1TT457帀91017121314I

27、SD1 42 028TT26、25?_232221201918171615信息可保存100年，可反復(fù)錄放10萬次，無 需專用編程或開發(fā)系統(tǒng)較強(qiáng)的分段選址能力可處理多達(dá)160段信息具有自動(dòng)節(jié)電模式，錄或放后立即進(jìn)入維持狀 態(tài)，僅需0.5譏電流單一 5伏電源供電圖2-6ISD1420芯片引腳圖ISD1420語音芯片引腳圖如圖2-6所示。以下介紹個(gè)引腳功能：錄音（/REC）低電平有效。只要/REC變低（不管芯片處在節(jié)電狀態(tài)還是正 在放音），芯片即開始錄音。錄音期間，/REC必須保持為低。/REC變高或內(nèi)存 錄滿后，錄音周期結(jié)束，芯片自動(dòng)寫入一個(gè)信息結(jié)束標(biāo)志（EOM），使以后的重放操作可發(fā)及時(shí)停止。邊

28、沿觸發(fā)放音（/PLAYE ）此端出現(xiàn)下降沿時(shí)，芯片開始放音。放音持續(xù)到 EOM標(biāo)志或內(nèi)存結(jié)束。電平觸發(fā)放音（/PLAYL ）此端出現(xiàn)下降沿時(shí)，芯片開 始放音話筒輸入（MIC ）此端邊至片內(nèi)前置放大器。片內(nèi)自動(dòng)增益控制電路（AGC） 將前置增益控制在-15至24dB。外接話筒應(yīng)通過串聯(lián)電容耦合到此端。自動(dòng)增益控制（AGC） AGC動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器整前置境益以補(bǔ)償話筒輸入電平的 寬幅變化，使得錄制變化很大的音量時(shí)失真都能保持最小。470KQ和4.7uF的標(biāo)稱值在絕對(duì)大多數(shù)場(chǎng)合下可獲得滿意的效果。模擬輸入（ANA IN ）此端即芯片錄音的輸入信號(hào)。對(duì)話筒輸入來說， ANA OUT端應(yīng)通過外接電容 連至本端

29、。該電容和本端的3KQ輸入阻抗給出了芯片 頻帶的附加低端截止頻率。喇叭輸出（SP+、SP-）這對(duì)輸出端能驅(qū)動(dòng)16Q以上的喇叭。單端使用時(shí)必 須在輸出端和喇叭間接耦合電容，而雙端輸出既不用電容又能將功率提高4倍。錄音時(shí)，它們都呈高阻態(tài)；節(jié)電模式，它們保持為低電平。地址（A0A7 ）地址端有兩個(gè)作用，取決于最高（MSB）兩位A7、A6的狀 態(tài)。當(dāng)A7或A6有一個(gè)為0時(shí)，所有輸入均釋放為地址位，作為當(dāng)前錄放操作 的起始地址。地址端只用輸入，不輸出操作過程的內(nèi)部地址信息。在生活中主要應(yīng)用的主要是聲音報(bào)警，而光報(bào)警主要是對(duì)聲音報(bào)警的一種補(bǔ) 充方式。因此在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，光報(bào)警電路是采用發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)。報(bào)

30、警狀態(tài)， 指示燈為紅燈閃爍；正常工作狀態(tài)，指示燈為綠燈。光報(bào)警電路設(shè)計(jì)如圖3-23所示。當(dāng)單片機(jī)的P1.3和P1.4為低電平時(shí)指示燈就被點(diǎn)亮，電阻R1和R2的作用 是限流，使二極管達(dá)到較佳的亮度且不至被損壞；至于什么時(shí)候需要點(diǎn)亮哪個(gè)二 極管就需要程序來控制。無錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)21第3章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件采用匯編語言編制，包括主程序和中斷服務(wù)子程序。主程序的功能 是完成系統(tǒng)的初始化、鍵盤處理、信號(hào)采集及處理、時(shí)鐘和信息顯示、濃度超限 報(bào)警、閥門關(guān)閉、啟動(dòng)排氣裝置及與上位機(jī)通信。根據(jù)系統(tǒng)工作特點(diǎn)，程序采用 結(jié)構(gòu)化的軟件設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體

31、流程框圖如圖 3-1所示。圖3-1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體流程框圖3.2 開機(jī)自檢模塊程序設(shè)計(jì)開機(jī)自檢設(shè)計(jì)在電源接通或者是系統(tǒng)復(fù)位之后，自檢中如果沒有發(fā)現(xiàn)問題, 就進(jìn)入測(cè)控程序，如果發(fā)現(xiàn)問題則及時(shí)報(bào)警，以避免測(cè)控系統(tǒng)帶病工作。本次設(shè)計(jì)僅僅設(shè)計(jì)了對(duì)CPU數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的校驗(yàn)程序，采用破壞性校 驗(yàn)選用，只能用于開機(jī)自檢；主要是選用特征字55H(01010101B)和AAH(10101010B)，分別對(duì)每一個(gè)單元進(jìn)行先寫后讀的操作。其自檢程序流程圖如 圖4-2所示，主要是先對(duì)RAM的某個(gè)單元進(jìn)行AAH的寫入與讀出，將讀出值 與寫入值相比較，如果相同的話說明該單元正常，再進(jìn)行 55H的寫入、讀出和 比較。如

32、果某個(gè)單元出現(xiàn)寫入與讀出的值不相同，則說明 RAM中有損壞，執(zhí)行 內(nèi)存錯(cuò)誤提示。否則就執(zhí)行正常運(yùn)行程序。圖3-2自檢程序流程圖3.3 鍵盤處理、顯示模塊程序設(shè)計(jì)為了讓人機(jī)交流部分更友好，本次設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了 4M鍵盤和8位LED顯示,包括09數(shù)字鍵、左移位鍵、確認(rèn)鍵、報(bào)警值設(shè)定鍵、時(shí)鐘設(shè)定鍵、閥門開啟鍵、運(yùn)行鍵等16鍵，現(xiàn)場(chǎng)煤氣濃度顯示和時(shí)間顯示，方便使用者進(jìn)行相應(yīng)的控在軟件部分也設(shè)計(jì)了相應(yīng)的程序，主要是運(yùn)用程序讀取8279中的鍵盤處理值，讓CPU將這個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)不同的鍵值進(jìn)行不同的處理。其鍵盤處 理主程序流程圖如圖3-3所示，主要是如果有鍵碼輸入提示，則將鍵值讀入，判 斷是否有大功能鍵（

33、運(yùn)行鍵、閥門開啟鍵、時(shí)鐘設(shè)定鍵、報(bào)警值設(shè)定鍵）按下， 如果有則進(jìn)入相應(yīng)的子程序中進(jìn)行相應(yīng)的處理13，如果不是則返回最初狀態(tài)的檢 測(cè)。無錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間設(shè)定程序流程框圖和報(bào)警值設(shè)定程序流程框圖如圖3-4所示。由于時(shí)間設(shè)定程序和報(bào)警值設(shè)定程序基本相同，因此程序流程圖畫在了一起。當(dāng)功能鍵按 下之后進(jìn)入相應(yīng)的設(shè)置程序中，首先判斷是否有按鍵按下，如果沒有則繼續(xù)等待； 如果有就則判斷是否為小功能鍵（左移鍵、確定鍵）：如果是左移鍵則將接受數(shù) 據(jù)的地址相應(yīng)加或者減1，顯示相應(yīng)的左移一位；如果為確定鍵則將先前輸出的 數(shù)據(jù)進(jìn)行保存并退回到鍵盤處理主程序中。若果不是小功能鍵，則判斷是

34、否為數(shù) 字鍵，若不是則什么都不做，若是則判斷是哪位數(shù)字，將讀入的數(shù)字信息存入暫 存數(shù)據(jù)的單元，以便保存。因此在進(jìn)入時(shí)間設(shè)置或者是報(bào)警值設(shè)置時(shí)不能進(jìn)行大 功能鍵（運(yùn)行鍵、閥門開啟鍵、時(shí)鐘設(shè)定鍵、報(bào)警值設(shè)定鍵）的相應(yīng)操作。在報(bào)警值設(shè)定中考慮輸入的數(shù)據(jù)只需要有 3位，在最高位則是設(shè)置需要采集的傳感器路數(shù)，由于ADC0809只有8路輸入，因此該位最大設(shè)置也只需要 &圖3-5 顯示程序流程圖顯示程序流程圖如圖3-5所示。由于顯示基本全部由8279硬件完成，因此 顯示控制部分只需要給8279的對(duì)應(yīng)顯示RAM內(nèi)輸入需要顯示的數(shù)據(jù)，由8279 進(jìn)行顯示處理。因此顯示也控制程序相對(duì)較為簡(jiǎn)單，進(jìn)入控制顯示程序后首

35、先需 要設(shè)置顯示方式、顯示數(shù)據(jù)的指針及數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，之后啟動(dòng)8279并向顯示RAM內(nèi)輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，輸入完畢之后返回調(diào)用程序。3.4 數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集部分是根據(jù)設(shè)定的采集時(shí)間間隔，啟動(dòng) ADC0809對(duì)外部輸入的模 擬數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將數(shù)字信號(hào)讀入 CPU。數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖4-6所示，在啟動(dòng)AD0809之前，需要設(shè)置輸入數(shù) 據(jù)保存的首地址，讀入先前設(shè)置的采集路數(shù)，使用者可以根據(jù)實(shí)際的A/ D轉(zhuǎn)換 路數(shù)來設(shè)置程序中的轉(zhuǎn)換的路數(shù)。選中IN0并啟動(dòng)ADC0809，只有需要延時(shí)等 待轉(zhuǎn)換完成。由于ADC0809的工作平率為500kHz,完成一次AD轉(zhuǎn)換需要大約 100110

36、y,s因此程序中延時(shí)等待時(shí)間約為128卩。之后就可以判斷是否轉(zhuǎn)換完成， 如果完成則讀入數(shù)據(jù)，如果沒有完成在繼續(xù)等待完成，如此循環(huán)直到將全部的路 數(shù)采集完成。圖3-6數(shù)據(jù)采集程序流程圖3.5 數(shù)據(jù)處理和報(bào)警、控制模塊程序設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)判別煤氣濃度的測(cè)量值，當(dāng)測(cè)量濃度高于設(shè)定值時(shí)，程序指示電磁閥將 煤氣管道關(guān)閉，開啟排風(fēng)扇是監(jiān)測(cè)地點(diǎn)加強(qiáng)通風(fēng)， 降低煤氣濃度。然后開啟光電 報(bào)警系統(tǒng)，提示使用者及時(shí)進(jìn)行事故處理。報(bào)警、控制程序流程圖如圖3-7所示，程序設(shè)置從地0路輸入的數(shù)據(jù)開始與 設(shè)定報(bào)警值比較，如果出現(xiàn)高于或等于報(bào)警值的情況， 則進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，關(guān)閉煤 氣通道閥門、開始排風(fēng)扇、開啟聲光報(bào)警、向上位機(jī)通信，最后等待外部中斷或 者是復(fù)位。如果沒有出現(xiàn)高于或者等于報(bào)警設(shè)定值的情況，則返回主程序等待下 一次的采樣輸入。由于當(dāng)空氣中一氧化碳濃度達(dá)到 35ppm時(shí)就會(huì)對(duì)兒童智商造成損害，加上 在使用煤氣的環(huán)境中正常時(shí)有10ppm左右的煤氣濃度值，因此本次設(shè)計(jì)中把初 始報(bào)警濃度值設(shè)定為20ppm。圖3-7報(bào)警、控制程序流程圖