氣體報(bào)警器-說(shuō)明書

1、摘 要隨著天然氣和煤氣的大量使用，每一座居民大樓都被天然氣所“籠罩”。天然 氣的普及給公共生活帶來(lái)了方便，減少了城市的污染，提高了生活質(zhì)量和效率，但同 時(shí)天然氣也是潛在的危險(xiǎn)品”一旦發(fā)生大面積泄漏，處理不及時(shí)就可能引發(fā)大爆炸， 給居民的生命財(cái)產(chǎn)的安全帶來(lái)巨大的威脅。我們需要一個(gè)解決的辦法，使用天然氣報(bào) 警器是對(duì)付天燃?xì)膺@一無(wú)形殺手的重要手段之一。本文以氣敏傳感器和單片機(jī)技術(shù)為核心設(shè)計(jì)的氣體報(bào)警器，可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功 能，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)立、使用方便價(jià)格低廉、智能化的氣體報(bào)警器，具有一 定的使用價(jià)值。其中選用MQ-7傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的檢測(cè)，具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力 強(qiáng)等優(yōu)，而且價(jià)格低

2、廉使用壽命長(zhǎng)。其與LM358連接，將氣體信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí) 別的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)AT89C51單片機(jī)處理，并對(duì)處理后的數(shù)拯進(jìn)行分析，是否大于或等 于某個(gè)設(shè)左值（也就是報(bào)警線），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)。同時(shí)，該報(bào)警器還有溫度檢測(cè)功能。關(guān)鍵詞：傳感器 報(bào)警器 單片機(jī)第1頁(yè)共30頁(yè)ABSTRACTWith the wide use of natural gas and coal, each a residential towers were gas enveloped： The popularity of natural gas brought convenien

3、t to public life, reduce the citys pollution and improve the life quality and efficiency But at the same time , natural gas is also potential dangerous , once produce large leak , disposal not timely could trigger, it will be a big bang to peoples life and property safety. Facing all kinds of accide

4、nts caused by the gas leak , we need a solution. Use of natural gas alarm is one of important means deal with gas invisible killer.This papers using the gas sensors and single chip microcomputer as the core.Design can realize the gas alarm sound-light function Jt is a kind of simple structure, stabl

5、e performance , easy to use , inexpensive and intelligent gas alarn and it also has certain practical valueAmong them , the MQ-7 of gas detection sensor has a high sensitivity, fast response, strong anti-jamming capability etc, and the price is low, service life long LM358 connected with the gas sig

6、nal, convent the gas singnal to the digital signal that microcontroller can identify and processing.Be processed and analysis by AT89C51, compare the result value whether is eaqul to or greater than the defaut value (that is Jhe alarm limit),if it is greater than the default value, it will automatic

7、ally start alarm circuit warming voicexonversety for normal state At the same time Jhe alarm has temperature testing functionKeywords: sensor alarm SCM第2頁(yè)共30頁(yè)目錄第一章緒論41課題的背景意義及研究現(xiàn)狀41.2 課題研究的主要內(nèi)容4第二章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)52系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求52.2任務(wù)分析52.3系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)5第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)73主控模塊設(shè)計(jì)73.2氣體檢測(cè)模塊93.3聲光報(bào)警模塊123.4溫度檢測(cè)模塊123.5溫度顯示模塊15第四章系統(tǒng)軟

8、件設(shè)計(jì)184匯編語(yǔ)言程序流程圖184.2顯示子程序19第五章系統(tǒng)仿真調(diào)試205.1氣體檢測(cè)模塊仿真205.2聲光報(bào)警模塊調(diào)試205.3溫度部分仿真215.4溫度顯示部分調(diào)試215.5系統(tǒng)整體仿真21第六章結(jié)論與展望23參考文獻(xiàn)24附錄A25附錄B26附錄C26致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。第3頁(yè)共30頁(yè)第一章緒論1.1課題的背景意義及研尤現(xiàn)狀人們?cè)诮?jīng)歷了 “煤煙型污染”和“光化學(xué)污染”后，正進(jìn)入以“室內(nèi)空氣污染” 為標(biāo)志的第三污染時(shí)期。而室內(nèi)存在的有害氣體的一大來(lái)源為燃?xì)獾男孤?，主要可分為煤氣泄漏和天?氣泄漏兩類。煤氣的主要成分為一氧化碳與氫氣，一氧化碳中毒亦稱為煤氣中毒。一 氧化碳是無(wú)色、無(wú)味的氣

9、體，故易于忽略而致中毒。一氧化碳中毒的原因是因?yàn)橐谎?化碳進(jìn)入人體之后，和人體血液中的血紅蛋白結(jié)合，從而出現(xiàn)缺氧，這就是一氧化碳 中毒。常見于家庭居室內(nèi)通風(fēng)差的情況下，煤爐產(chǎn)生的煤氣或液化氣管道漏氣中的一 氧化碳吸入會(huì)導(dǎo)致人的中毒。同時(shí)，煤氣中的氫氣也屬于易燃易爆氣體，大疑存在于 空氣中，也同樣具有危害。天然氣主要成分是烷炷，英中甲烷含量在95$以上。人所賴以存貨的空氣中有大 約20%的氧氣，如果人的活動(dòng)空間是封閉空間，氧氣稀薄，人會(huì)因氧氣不足導(dǎo)致窒息、 昏迷，有心腦血管疾病的人將會(huì)危及生命。在室內(nèi)天然氣泄漏，會(huì)使室內(nèi)空氣中氧氣 相對(duì)稀薄，由于天然氣是無(wú)色無(wú)味的，人很難察覺(jué)到，尤苴當(dāng)人處于睡眠

10、狀態(tài)時(shí)，天 然氣的泄漏就會(huì)更加危險(xiǎn)，甚至?xí)谷酥舷⒍?。天然氣的另一個(gè)危害是燃燒產(chǎn)生爆 炸。通常空氣中含有一左含量的天然氣時(shí)，遇到明火會(huì)立即爆炸，危及建筑物和人的 生命安全。室內(nèi)煤氣、天然氣的泄漏嚴(yán)重危害人的生命健康，基于此現(xiàn)實(shí)本設(shè)計(jì)旨在為家 庭用戶設(shè)計(jì)一種能夠同時(shí)檢測(cè)煤氣和天然氣泄漏的裝置，從而減少因煤氣、天然氣的 泄漏造成的事故的發(fā)生概率，進(jìn)而保證人民的生命健康安全，減少不必要的損失。本裝置能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)煤氣和天然氣兩種氣體在室內(nèi)空氣中的含量，當(dāng)這兩種氣 體達(dá)到一過(guò)濃度時(shí)，該裝巻能夠發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒用戶煤氣泄漏，采取相應(yīng)的 應(yīng)對(duì)措施。除此之外，該裝置還具有檢測(cè)并顯示室內(nèi)溫度的功能。現(xiàn)在

11、家用燃?xì)鈭?bào)警器應(yīng)用十分廣泛，市場(chǎng)上成熟的家用燃?xì)鈭?bào)警器產(chǎn)品，種類凡多， 功能各異。功能上已可實(shí)現(xiàn)：傳感器集成化，實(shí)現(xiàn)多種氣體類型傳感器互換、傳感器失效 檢測(cè)報(bào)警、電池欠壓提示、開機(jī)自檢等功能。如何選用一款能滿足自身需求、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、 安全可靠，性價(jià)比髙的燃?xì)鈭?bào)警器來(lái)保障家人的生命已成為千萬(wàn)家庭需要考慮的問(wèn)題。1.2課題研究的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)旨在制作一款對(duì)煤氣、天然氣等氣體的泄漏具有高靈敏感知能力，當(dāng)泄漏氣體 濃度達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)能迅即發(fā)出聲光報(bào)警，并在一左誤差內(nèi)具備溫度實(shí)時(shí)顯示功能，且具備 對(duì)聲光報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)手動(dòng)檢測(cè)功能的高可靠、低誤報(bào)，髙性價(jià)比的家用煤氣、天然氣泄漏 報(bào)警器。第4頁(yè)共30頁(yè)第二章系統(tǒng)

12、總體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求（1）當(dāng)所檢測(cè)的氣體達(dá)到預(yù)設(shè)報(bào)警點(diǎn)時(shí)，報(bào)警器開始報(bào)警，報(bào)警燈閃亮，蜂鳴器發(fā)出“B、 B、B”的報(bào)警聲，當(dāng)檢測(cè)的氣體的濃度下降到報(bào)警點(diǎn)以下時(shí)，報(bào)警器則停止報(bào)警。（2）指示燈閃爍周期和蜂鳴器報(bào)警周期在2秒左右。（3）當(dāng)周用環(huán)境可燃?xì)怏w濃度降到響應(yīng)閾值以下時(shí)，處于報(bào)警狀態(tài)的探測(cè)器將自動(dòng)恢復(fù) 到正常工作狀態(tài)。（4）在4位LED數(shù)碼管上對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，分別為百位、十位、個(gè)位和小數(shù)點(diǎn)后一 位（5）可實(shí)現(xiàn)對(duì)聲光報(bào)警電路的手動(dòng)檢測(cè)（6）傳感器靈敏度可調(diào)（7）測(cè)呈精度誤差在0.5C以內(nèi)（本設(shè)計(jì)最大誤差為0.0875C）2 2任務(wù)分析為實(shí)現(xiàn)儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，成本低，智能化等要

13、求，可采用微處理器AT89C51單片 機(jī)作為核心芯片，充分利用了其高速數(shù)據(jù)處理能力的片內(nèi)外設(shè)，滿足上述要求，同時(shí)具備 了高可靠、低誤報(bào)的特點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求、使用環(huán)境、成本等因素，可選用MQ-7型傳感器。它的靈敏度適中， 具有響應(yīng)與恢復(fù)特性好，長(zhǎng)期工作穩(wěn)龍，不易受環(huán)境影響及抗溫度影響等特點(diǎn)。在傳感器后續(xù)處理電路中可利用大電容充放電特性來(lái)產(chǎn)生一左的延時(shí)，使得傳感 器有足夠的時(shí)間預(yù)熱，以免產(chǎn)生誤報(bào)警。為實(shí)現(xiàn)傳感器的高靈敏度及其靈敏度可調(diào)性，滑動(dòng)變阻器器與電壓比較器LM138 來(lái)實(shí)現(xiàn)?？稍黾邮謩?dòng)檢測(cè)功能，當(dāng)按動(dòng)按鍵時(shí)，若報(bào)警電路正常，則報(bào)警燈閃亮，蜂鳴 器發(fā)出“B、B、B”的報(bào)警聲。溫度顯示精度誤差要

14、求可通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.3系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)該方案使用了 AT89C51單片機(jī)作為控制核心，以氣體傳感器MQ-7作為氣體檢測(cè) 元件，檢測(cè)室內(nèi)煤氣、天然氣的基本狀態(tài)，并將氣體濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。通過(guò)信號(hào)處理電路將有無(wú)氣體泄漏兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換成髙低電平，并將此電平通過(guò) 單片機(jī)I/O接口傳入單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)編程控制由發(fā)光二極管、蜂鳴器等組成的聲 光報(bào)警電路的工作狀態(tài)。室溫顯示部分通過(guò)DS18B20溫度傳感器，將室內(nèi)溫度值轉(zhuǎn)換為16位二進(jìn)制，通 過(guò)單片機(jī)I/O接口傳入單片機(jī)，并通過(guò)編程在七段數(shù)碼管上顯示岀當(dāng)前溫度值。系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)圖見圖2-1 o第5頁(yè)共30頁(yè)單片機(jī)AT89C51主控模塊I 4位七段數(shù)碼管

15、溫度顯I 示模塊圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(1) 氣體檢測(cè)模塊：主要有氣體傳感器以及LM358組成，其作用是將煤氣、天然氣 的泄漏與否轉(zhuǎn)換為利于單片機(jī)識(shí)別的高低電平，并將此信號(hào)傳到單片機(jī)：(2) 聲光報(bào)警模塊：由蜂鳴器和LED構(gòu)成，其作用是當(dāng)檢測(cè)到有煤氣、天然氣泄漏時(shí)， 發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒用戶有煤氣、天然氣泄漏，采取相應(yīng)措施：(3) 溫度檢測(cè)模塊：由DS18B20溫度傳感器構(gòu)成，DS18B20將檢測(cè)到的溫度值轉(zhuǎn)換 為二進(jìn)制數(shù)，并傳到單片機(jī)進(jìn)行處理；(4) 溫度顯示模塊：主要由74LS245和4位七段數(shù)碼管組成，其作用是顯示當(dāng)前溫 度值：(5) 主控模塊：即單片機(jī)AT89C51,英作用是根據(jù)氣體檢測(cè)

16、模塊輸出的髙低電平， 控制聲光報(bào)警模塊的工作狀態(tài)，并完成溫度的采集及顯示功能：(6) 軟件部分：軟件部分主要通過(guò)軟件編程控制主控模塊，根據(jù)氣體檢測(cè)模塊檢測(cè) 到煤氣、天然氣的狀態(tài)，控制聲光報(bào)警模塊是否發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，從而完成煤氣、 天然氣檢測(cè)報(bào)警功能。同時(shí)通過(guò)編程控制主控模塊對(duì)溫度采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并 通過(guò)溫度顯示模塊顯示當(dāng)前溫度值。將系統(tǒng)拆分成以上的這些基本功能模塊后，再根據(jù)各個(gè)模塊所要完成的功能分別 去設(shè)汁，也就是按照“逐步求精”的思想去設(shè)汁本系統(tǒng)。第6頁(yè)共30頁(yè)第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)硬件可以分為以下幾個(gè)基本功能模塊：a. 主控模塊b. 氣體檢測(cè)模塊c. 聲光報(bào)警模塊d.

17、 溫度檢測(cè)模塊e. 溫度顯示模塊系統(tǒng)總電路圖如附錄A所示，當(dāng)沒(méi)有煤氣、天然氣泄漏時(shí)Ol；Tl端為髙電平，此 時(shí)單片機(jī)控制0UT3端無(wú)輸出信號(hào)，繼續(xù)檢測(cè)0UT1端的狀態(tài)；當(dāng)煤氣、天然氣泄漏時(shí)， 0UT1端由高電平變成低電平，此時(shí)單片機(jī)控制端0UT3端輸出方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警電 路發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。通過(guò)單片機(jī)編程對(duì)DS18B20檢測(cè)的溫度進(jìn)行采集，此溫度值由 16位二進(jìn)制數(shù)表示，通過(guò)編程對(duì)此16位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行處理，并通過(guò)4位七段數(shù)碼管 加以顯示。3.1主控模塊設(shè)計(jì)3.1.1單片機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)中選用的單片機(jī)為AT89C51o AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、 高性能CMOS 8位單片機(jī)

18、，片內(nèi)具有4K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件使用ATMEL公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造， 兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和FLASH存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng) 大的AT89C51單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。U41312PO.O/AWPO.VAD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/ADGP0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AE6RSTPO.7/AD7P2.QMP2.1 畑P2.2/A1OPSENP2.3/AHALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1DP3.3RXDP1.1P3.

19、1XTDP12P3.2flMTOP13P3.3/IMHP1.4P3.40P15P3.5ZT-1P1fiP3.6AHIRP1.7P3.7/RD194AT89C517&圖3-1 AT89C51的引腳排列38373B35343332212223242526272810111213143915第7頁(yè)共30頁(yè)主要性能指標(biāo)參數(shù)：與MCS-51兼容 4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器壽命：1000寫/擦循環(huán)-數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖泄 128X8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個(gè)16位左時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)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(shí)鐘電路AT

20、89C51的引腳排列如上圖圖3-1所示3.1.2.單片機(jī)控制電路單片機(jī)模塊即主控模塊，完成功能是與齊個(gè)功能模塊連接，并通過(guò)軟件編程控制 各個(gè)模塊功能，完成煤氣、天然氣檢測(cè)報(bào)警及溫度顯示功能。如圖3-2所示，利用P1.0作為溫度傳感器輸入位，利用P1.3控制報(bào)警燈點(diǎn)亮和蜂鳴器報(bào)警，P2.0P2. 7控制七段數(shù)碼管，P3. 1P3.4控制4位數(shù)碼管顯示。丄C130 pFX1CRYSTAL亠C230pFU1C322uR2XTAL1XTAL2RSTPO.OZADOPO.VAD1P0.2ZAD2P0.3/-AD3PO.4/AD4P0.5ZAD5P0.6/AD6F0.7/AD7P2.0/A8P2.1WSP

21、2.2/A10PSENA1 uP2.3/A11ALcFN 卅V1NEAP2.5/A13P2.6/A14P2.7XA15P1.0P3.0/RXDP1.1P3J/TXDP1.2P3.2/INT0P1.3P3.3/INT-1P1.4P3.4TT0P1.5F3.&T1P1.6P3.6/WRP1.7P3.7/RD19185AT89C510UT2 10022C123C224C325C426C527C628C71011B112B21314電4151617圖3-2主控模塊原理圖第8頁(yè)共30頁(yè)3.1.3氣體檢測(cè)模塊傳感器是能把被測(cè)物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)化為與之有確左對(duì)應(yīng)關(guān)系的電信號(hào)的輸岀 裝置。傳感器主要由敏感元件、

22、傳感元件組成，有時(shí)也將信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路、輔助 電源作為傳感器的組成部分如圖3-3被測(cè)量信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換二匸二電量輔助電源圖3-3傳感器工作原理圖敏感元件：直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確泄關(guān)系的英他量的元件。傳感元件：又稱轉(zhuǎn)換器，一般情況下，不直接感受被測(cè)量，而是將敏感元件的 輸出量轉(zhuǎn)化為電量輸岀的元件。傳感器按工作原理可分為：電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、光 電式傳感器、壓電式傳感器等。1氣體傳感器的選擇在這個(gè)設(shè)計(jì)中選擇煤氣、天然氣氣體傳感器屬于電阻式傳感器，傳感器型號(hào)為 HQ-7。MQ-7能夠同時(shí)檢測(cè)煤氣、天然氣兩種氣體，與分別用兩種氣體傳感器檢測(cè)相 比，明顯減少設(shè)計(jì)成本。M

23、Q-7型氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形及苴引腳結(jié)構(gòu)電路連接如圖所示。在圖所示中（結(jié) 構(gòu)A或B）,由微型A1203陶瓷笛、SnO2敏感層、測(cè)疑電極和加熱器構(gòu)成的敏感元 件固左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。 填充活性炭的過(guò)濾腔體，進(jìn)一步減弱了氮氧化物、烷類等氣體的干擾。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)取岀，兩個(gè)用于提供加熱電流。對(duì)一氧 化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性，具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)泄性，應(yīng) 用于家庭、環(huán)境的一氧化碳探測(cè)裝苣。適宜于一氧化碳、煤氣等的探測(cè)。一氧化碗 傳感器的HQ-7的標(biāo)準(zhǔn)工作條件、環(huán)境條件、靈敏度特性表見附錄B所示第9頁(yè)共

24、30頁(yè)B3-4 MQ-7結(jié)構(gòu)外形及引腳表3-1結(jié)構(gòu)及引腳說(shuō)明表部件材料1氣體敏感層二氧化碳2電極金(Au)3測(cè)量電極引線舘(Pt)4加熱器線鉆合金（Ni-Cr）5陶瓷管三氧化二鋁6過(guò)濾層活性炭顆粒7卡環(huán)鍍操銅材（Ni-Cr）8基座塑料或尼龍9針狀管腳鍍線銅材（Ni-Cu）圖3-5 MQ-7引腳電路連接MQ-7工作原理：傳感器的表而電阻為RS,對(duì)被測(cè)信號(hào)（一氧化碳）濃度的測(cè)量 是通過(guò)RS與其串聯(lián)的負(fù)載電阻RL上的有效電壓信號(hào)YRL而獲得的。兩者之間的關(guān)系第10頁(yè)共30頁(yè) 為：RS/RL=(VC-VRL)/VRLUMQ-7型氣敏元件的敏感是用非常穩(wěn)逹的二氧化錫制成的，因此，它具有優(yōu)秀的 長(zhǎng)期穩(wěn)定性

25、，在正常使用條件下，其使用壽命可達(dá)5年。一氧化碳傳感器MQ-7靈敏度調(diào)整MQ-7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 此類型氣敏器件時(shí)，靈敏度的調(diào)整是很重要的。當(dāng)精確測(cè)量時(shí)：報(bào)警點(diǎn)的設(shè)泄應(yīng)考慮溫、濕度的影響。靈敏度的調(diào)整程序：(1) 將傳感器連接在應(yīng)用回路中；(2) 接通電源，通電老化48h以上；(3) 調(diào)整負(fù)載電阻RL至獲得對(duì)應(yīng)于某一個(gè)一氧化碳濃度時(shí)所需要的信號(hào)值。2.氣體傳感器輸出處理電路設(shè)計(jì)如圖3-6所示RV1用來(lái)模擬傳感器的阻值變化，RY2用來(lái)調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度， 大電容C4用來(lái)產(chǎn)生一上的延時(shí)，使得傳感器有足夠的時(shí)間預(yù)熱，以免產(chǎn)生誤報(bào)警。LM358及其外I電

26、路完成比較器的功能，當(dāng)CO濃度上升后，其阻值變小，導(dǎo)致 晶體管基極電壓上升，晶體管導(dǎo)通后LM358的反相輸入端電壓大于同相輸入端電壓, 此時(shí)，LM358輸出為0,該信號(hào)輸入到單片機(jī)作為報(bào)警觸發(fā)信號(hào)。第11頁(yè)共30頁(yè)3.3聲光報(bào)警模塊1.聲光報(bào)警模塊電路如圖3-7所示，0UT3與單片機(jī)P1.3引腳相接，當(dāng)檢測(cè)到煤氣、天然氣泄漏時(shí)通 過(guò)單片機(jī)編程控制P1.3輸出方波信號(hào)，此時(shí)LEDD4閃爍，并且蜂鳴器以相同的頻率 發(fā)出聲音，產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)，提醒用戶煤氣天然氣泄漏，采取相應(yīng)的措施。圖3-7聲光報(bào)警原理圖3.4溫度檢測(cè)模塊溫度傳感器DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度

27、值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在第1、2字節(jié)。單片機(jī)可以通過(guò)單線 接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，髙位在后，數(shù)據(jù)格式以0. 0625C/LSB形式表示。溫 度寄存器格式如下圖3-8所示。bit7bitOByteByte圖3-8溫度寄存器格式這是16位轉(zhuǎn)換后得到的16位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn) 制中的前五位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度值大于0,這五位為0,只要將測(cè)到的數(shù)據(jù) 乘以0. 0625即可得到實(shí)際的溫度：如果溫度小于0,這五位為1,測(cè)到的溫度值需取 反加1再乘以0. 0625即可得到實(shí)際溫度。第12頁(yè)共30頁(yè)下表是部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度表示數(shù)據(jù)。表3-

28、2部分溫度值表實(shí)際溫度二進(jìn)制表示（補(bǔ)碼）十六進(jìn)制表示+125000001111101000007D0H+25. 062500000001100100010191H+0. 500000000000010000008H000000000000000000000H-0. 51111111111111000FFF8H-25. 06251111111001101111FE6FH-551111110010010000FC90H第13頁(yè)共30頁(yè)1. DS18B20典型工作時(shí)序DS18B20在編程時(shí)有嚴(yán)格的時(shí)序要求，因此在編程過(guò)程中要多加注意，以下為 DS18B20典型工作時(shí)序簡(jiǎn)介。(1) 復(fù)位時(shí)序。使用DS

29、18B20時(shí)，首先需將其復(fù)位，然后才能執(zhí)行幷他命令。復(fù) 位時(shí)，主機(jī)將數(shù)據(jù)線激發(fā)為低電平并保持480-960 us,然后釋放數(shù)據(jù)線，再由上拉 電阻將數(shù)據(jù)線拉升15-60ps,然后再由DS18B20發(fā)出響應(yīng)信號(hào)，以將數(shù)據(jù)線激發(fā)成 低電平60-240 u s,這樣，就完成了復(fù)位操作。DSI8R2O1 5*60 p aMASTER R%Hi num duLXj 1S132O.,pnoonco puhc60-240ukMASTER Tx RESET PHI.SE認(rèn) I-WIKI： BUSGND480 p. m in im u m圖3-9 DS18B20復(fù)位時(shí)序圖(2) 寫時(shí)序。在主機(jī)對(duì)DS18B20寫數(shù)

30、據(jù)(主機(jī)對(duì)DS18B20發(fā)送各種命令)時(shí)，現(xiàn) 將數(shù)據(jù)線激發(fā)為低電平，該低電平應(yīng)大于1卩。然后根據(jù)寫“0或?qū)憽?”來(lái)使數(shù)據(jù) 線變高或繼續(xù)為低。DS18B20將在數(shù)據(jù)線變成低電平后15-60 u s對(duì)數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣。 要求寫入DS18B20的數(shù)據(jù)持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于60 p s而小于120 u s,兩次寫數(shù)據(jù)之間的 時(shí)間間隔應(yīng)大于1 U SoMASTER WRITE、0 S LOTFASTER WRITE 廣 SLOT41 p Tr) i憐vr1WIRE BUSnDS18B20 SamplesDS1XR20 Sample!MINTYPMAXMINTYPMAXY I5j亠卜I5p 均30聲| 70曲一|S

31、1XRT oA 豆為L(zhǎng), DIR是HB寸，A*-B圖3-13 74LS245引腳圖（5）由于P2 口始終輸出地址的髙8位，接口時(shí)74LS245的三態(tài)控制端/1G和/2G 接地，P2 口與驅(qū)動(dòng)器輸入線對(duì)應(yīng)相連。P0 口與74LS245輸入端相連，/E端接地，保 證數(shù)據(jù)線暢通。8051的/BD和/PSEN有效時(shí)，74LS245輸入（Di至P0. i）其他時(shí)間處 于輸岀（P0. i至Di）。圖3-14 LED顯示電路3.5.2溫度顯示模塊電路設(shè)計(jì)如圖3-14所示，74LS245的使能端和方向控制端同時(shí)接地,此時(shí)74LS245的工 作狀態(tài)為數(shù)據(jù)由B向A傳送。七段數(shù)碼管段選位通過(guò)限流電阻接到74LS24

32、5的A總線, 74LS245的B總線接單片機(jī)的P2 口。由于室內(nèi)溫度不會(huì)超過(guò)100C,因此顯示時(shí)百位 不加以顯示。而北方有些地區(qū)冬天是較冷，室內(nèi)溫度有可能達(dá)到0C以下，因此顯示 符號(hào)位。因此用4位七段數(shù)碼管顯示溫度，4位分別顯示符號(hào)位、十位、個(gè)位、一位 小數(shù)位。數(shù)碼管的4位位選位接晶體管集電極，4個(gè)晶體管的基集B1-B4分別接單片 機(jī)的 P3. 1-P3. 4 口。第16頁(yè)共30頁(yè)圖3-15溫度顯示模塊原理圖第17頁(yè)共30頁(yè)第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)：程序開始時(shí)，DS18B20初始化，發(fā)溫度轉(zhuǎn)換器命令，讀溫度值并存儲(chǔ)然后進(jìn)行數(shù)拯處 理，顯示，如果檢測(cè)到P1.0為0則對(duì)P1.3左時(shí)取反產(chǎn)

33、生方波,否則重新開始循環(huán)。匯編語(yǔ)言程序源代碼（見附錄C ）O圖4主程序設(shè)計(jì)第18頁(yè)共30頁(yè)4.2顯示子程序取溫度，如果溫度為負(fù)值顯示負(fù)號(hào)延時(shí)，否則顯示百位延時(shí)，顯示十位延時(shí)，顯 示個(gè)位延時(shí)，顯示小數(shù)位延時(shí)然后返回。匯編語(yǔ)言子程序源代碼（見附錄C）圖4-2顯示子程序第19頁(yè)共30頁(yè)第五章系統(tǒng)仿真調(diào)試5.1氣體檢測(cè)模塊仿真由于Proteus軟件元件庫(kù)中沒(méi)有MQ-7氣體傳感器，由于MQ-7氣體傳感器兩 信號(hào)輸出端為電阻信號(hào)，由附錄A中MQ-7靈敏度特性可得RS阻值范圍為220K Q,所以仿真時(shí)MQ-7氣體傳感器由20KQ的滑動(dòng)變阻器代替。（1）當(dāng)沒(méi)有煤氣、天然氣泄漏時(shí)，Rs阻值應(yīng)該在20KQ左右，此

34、時(shí)該檢測(cè)模 塊的輸岀端為高電平，此時(shí)LED發(fā)光。（仿真效果見圖5-1）（2）當(dāng)有煤氣、天然氣泄漏時(shí)，Rs阻值應(yīng)該在2KQ左右，此時(shí)該檢測(cè)模塊的 輸出端為低電平，此時(shí)LED熄火。5.2聲光報(bào)警模塊調(diào)試將編輯好的程序通過(guò)單片機(jī)下載器下載到單片機(jī)中，將單片機(jī)插入而包板，20 腳、40腳分別接地和5V電源。蜂鳴器與LED串聯(lián)，負(fù)端接至P1.3 口，正端接5Y 電源。當(dāng)P1.1 口接5Y電源時(shí)，LED熄滅，蜂鳴器不報(bào)警：當(dāng)P1.1 口接地時(shí)，LED 閃爍，同時(shí)蜂鳴器以相同頻率發(fā)聲報(bào)警。此時(shí)用示波器測(cè)得P1.3 口波形為周期為2. Is的方波信號(hào)與理論值之間存在一定的誤差，產(chǎn)生誤差的原因有：（1）單片機(jī)使

35、用的晶振為11.059MHz,而不是12MHz,從而使單片機(jī)機(jī)器周期大 于1 P s而理論計(jì)算時(shí)按1 u s計(jì)算，從而產(chǎn)生誤差。（2）單片機(jī)泄時(shí)程序指令執(zhí)行時(shí)，有一定的執(zhí)行時(shí)間，而此時(shí)間與Is相比較小， 編程時(shí)將其忽略，從而導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。（3）同時(shí)，測(cè)疑信號(hào)也受實(shí)驗(yàn)器材、環(huán)境等諸多因素的影響。設(shè)計(jì)中對(duì)方波信號(hào)的要求不是很髙，因?yàn)榉讲ㄐ盘?hào)的周期只彫響報(bào)警的頻率，并不 影響報(bào)警功能，因此不需要對(duì)英進(jìn)行修改。第20頁(yè)共30頁(yè)5.3溫度部分仿真當(dāng)溫度為正值時(shí)，此時(shí)DS18B20設(shè)左溫度為25. 4C,經(jīng)4位七段數(shù)碼管顯示為 25.4-C，顯示結(jié)果正確。當(dāng)溫度為負(fù)值時(shí)，此時(shí)DS18B20設(shè)定溫度為-1

36、2.0C,經(jīng)4位七段數(shù)碼管顯示為 12. 0 C 顯不結(jié)果正確。6ibiMUMUSCp“場(chǎng)“Je-Tt/r If .1T11亠kJ W2- “LV* sswe XC5I 電x* WHPfl fl-s FZM2 F2U: 月ArtMas35x surid H3 vw*d 、4 *wsa siUJdsdada 心訶如 IddiWdUhm:上8 ri貝T zTSFR?332S歲25淪左30筑附錄B表2-1標(biāo)準(zhǔn)工作條件符號(hào)參數(shù)爼稱技術(shù)條件備注Vc同路電壓10vAC or DCVH (h)加熱電壓（高）5. 00. 2VAC or DCVH (L)加熱電壓（低）1.00. IVAC or DCRL負(fù)載電

37、阻可調(diào)RH負(fù)載電阻31 Q +3 Q室溫TH (H)加熱時(shí)間（髙）60lsecondTH (L)加熱時(shí)間（低）90 lsecondPH加熱功耗約 35mW表2-2環(huán)境條件符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Tao使用溫度-10 +50CTas存儲(chǔ)溫度-20 +70C建議使用范圍RH相對(duì)溫度小于95%RH0氧氣濃度21%標(biāo)準(zhǔn)條件氧氣濃 度會(huì)影響靈敏度特 性最小值大于2%表2-3靈敏度特性表符號(hào)參數(shù)劃稱技術(shù)條件備注RS敏感體電阻2 20K在 lOOppmCO 中a(300/100)xl06)濃度斜率小于0. 6Rs(300ppm)R： (lOOppm)標(biāo)準(zhǔn)工作條件溫度：-20C2C相對(duì)濕度:65%5%Vc:5.00. IV V&(低幾 1.5v0. lv預(yù)熱時(shí)間不短于48h探測(cè)范圍附錄C第26頁(yè)共30頁(yè)* 變量定義*SIGNBIT01H;符號(hào)位TEMPHEQU30H轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)高位字節(jié)TEMPLEQU31H轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)低位字節(jié)INTEGEQU32H轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)整數(shù)部分DECIMEQU33H轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)小數(shù)部分SEG_FEQU34H符號(hào)位段碼SEG_BEQU35H百位存儲(chǔ)SEG.SEQU36H十位數(shù)段碼SEG.GEQU37H個(gè)位數(shù)段碼SEG.XEQU38H1位小數(shù)段碼COUNTEQU3 AH*主程序*ORG0000HMOVinteg,#OahMOVdecim,#5MOVsign,#0