畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于STC89C52單片機(jī)的可燃性氣體報(bào)警器設(shè)計(jì)

1、摘要 隨著可燃性氣體種類(lèi)和應(yīng)用范圍的增加，其使用場(chǎng)所和貯氣倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的泄漏、火災(zāi)爆炸事故日益增多。從安全、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)上考慮，研制一種檢測(cè)可燃性氣體自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)打開(kāi)排器裝置的一種控制器是非常必要的。本設(shè)計(jì)對(duì)可燃性氣體泄漏報(bào)警、控制器進(jìn)行了深入的研究，采用了“探測(cè)器+單片機(jī)控制電路”設(shè)計(jì)思路，具有檢測(cè)誤差小，反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。選用mq2氣體傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可燃性氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)，采用功能和性?xún)r(jià)比較高的stc89c52單片機(jī)作為中央處理單元，對(duì)濃度信號(hào)進(jìn)行采集、數(shù)據(jù)處理、顯示、報(bào)警及打開(kāi)排氣裝置等工作。本設(shè)計(jì)的可燃性氣體報(bào)警、控制器可以檢測(cè)空氣中以烷類(lèi)氣體為主的多種可燃性氣體的濃度，實(shí)時(shí)顯示濃度值，當(dāng)達(dá)到

2、預(yù)先設(shè)定的上限報(bào)警設(shè)定值時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)警和控制信號(hào)，以提示操作人員采取安全對(duì)策或自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置。該報(bào)警器可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確檢測(cè)可燃性氣體，并且可以長(zhǎng)時(shí)間可靠無(wú)誤的報(bào)警，具有很廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。關(guān)鍵詞： 報(bào)警器；可燃性氣體；單片機(jī)；氣體傳感器abstractwith the rapid increase of combustible gas classes and applied range, the leakage and fire explosion of locations and warehouses storing combustible gas are more often

3、. to ensure personal safety, environment and equipment safety, it is necessary to develop a new type reliable combustible gas alarm instrument.this paper explains combustible gas alarm instrument principle deeply, and use the project of detector and microcontroller control circuit to design alarm in

4、strument. chooses mq2 gas sensor, which turns the concentration of combustible gas in the air into voltage signal, and sends the voltage signal into microcontroller(mcu), then mcu implements date acquisition, processing, concentration display and alarm operation. meanwhile, taking function, integrat

5、ion and the ratio of performance to price into account, chooses stc89c52 mcu as the core part of combustible gas alarm instrument.combustible gas alarm instrument designed detects alkyl combustible gas especially, and displays concentration on the instrument. when combustible gas reaches alarm thres

6、hold value, the instrument sends out sound and light alarm, reminds worker to take action. the combustible gas alarm instrument has got past the test on the spot and got a satisfying result. conclusion can be drawn that this kind of high efficiency combustible gas alarm instrument will have a wide a

7、pplication.keywords：divulging alarm; combustible gas ;single chip microcomputer; gas sensor目 錄引 言1第1章 緒論21.1課題研究的目的和意義及來(lái)源21.1.1 課題研究的目的和意義21.1.2課題的來(lái)源31.2可燃性氣體報(bào)警控制器國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀31.3本課題主要完成的任務(wù)3第2章 可燃性氣體報(bào)警控制器的方案設(shè)計(jì)42.1 氣體傳感器的選型42.1.1 氣體傳感器的種類(lèi)42.1.2 tgs-813氣體傳感器52.1.3 tgs-813氣體傳感器的一般特點(diǎn)62.2 可燃性氣體報(bào)警控制器的整體設(shè)計(jì)72.2.1可

8、燃性氣體報(bào)警控制器的結(jié)構(gòu)72.2.2可燃性氣體報(bào)警控制器主要技術(shù)指標(biāo)7第3章 可燃性氣體報(bào)警控制器的硬件設(shè)計(jì)83.1 at89s52系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)83.2 可燃性氣體報(bào)警控制器的電路設(shè)計(jì)93.2.1 前置放大電路93.2.2 a/d轉(zhuǎn)換電路103.2.3 at89s52單片機(jī)接口電路113.2.4 聲音報(bào)警電路123.2.5 顯示電路123.2.6 中斷電路13第4章 可燃性氣體報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì)154.1 at89s52單片機(jī)調(diào)試及開(kāi)發(fā)工具154.2可燃性氣體報(bào)警控制器軟件流程及設(shè)計(jì)154.2.1 主程序流程圖及設(shè)計(jì)154.4.2 t0中斷子程序164.4.3 線性化處理子程序設(shè)計(jì)17

9、4.4.4 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序設(shè)計(jì)194.4.5 顯示子程序設(shè)計(jì)204.4.6 鍵掃描子程序設(shè)計(jì)22結(jié)論與展望23致 謝24參考文獻(xiàn)25附錄a：硬件電路總圖26附錄b：外文文獻(xiàn)及譯文27附錄c：主要參考文獻(xiàn)及摘要31附錄d：程序清單33第1章 緒論1.1課題研究的目的和意義及來(lái)源1.1.1課題研究的目的和意義隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，易燃、易爆、有毒氣體的種類(lèi)和應(yīng)用范圍都有所增加。液化石油氣、天然氣、煤氣等這些氣體主要含有烷類(lèi)、烴類(lèi)、烯類(lèi)、醇類(lèi)、苯類(lèi)以及一氧化碳、氫等成分，是易燃、易爆、有毒、有害的氣體。它們易流動(dòng)、易燃燒，在生產(chǎn)、輸送、貯存和使用這些氣體的過(guò)程中，如違反操作規(guī)程或設(shè)備密封

10、質(zhì)量不好，都有可能發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏的現(xiàn)象。當(dāng)與空氣混合后的混合物達(dá)到一定的濃度時(shí)，就是一種爆炸性混合物，遇火就會(huì)發(fā)生劇烈的化合反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱，會(huì)燃起大火，進(jìn)而釀成火災(zāi)或爆炸事故，給國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成損失。國(guó)內(nèi)外均有不少這方面的報(bào)道，其教訓(xùn)是非常深刻的。為了防患于未然，只有采用先進(jìn)、可靠的安全監(jiān)測(cè)儀表，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)環(huán)境中的可燃性氣體的濃度，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，將事故消滅在釀成事故之前，才能確保安全生產(chǎn)，居民的人身財(cái)產(chǎn)安全才能有保證。可燃性氣體報(bào)警控制器屬于中華人民共和國(guó)強(qiáng)制檢定的工作計(jì)量器具目錄中第46項(xiàng)，它歸類(lèi)于物理化學(xué)計(jì)量器具。建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(gbj16-87)第10.3

11、.2條明確規(guī)定:“散發(fā)可燃?xì)怏w、可燃蒸汽的甲類(lèi)場(chǎng)所，應(yīng)設(shè)置可燃性氣體濃度檢測(cè)報(bào)警裝置”。但現(xiàn)在國(guó)內(nèi)使用的報(bào)警控制器，許多產(chǎn)品使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)品老化嚴(yán)重，技術(shù)指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，報(bào)警器的性能也不穩(wěn)定。有些是保養(yǎng)不當(dāng)，如電池流水腐蝕儀器，或蓄電池?fù)p壞使報(bào)警器不能工作;有些是因使用不當(dāng)而造成故障，因此不能進(jìn)行準(zhǔn)確，安全的報(bào)警和控制。2003年12月，國(guó)家執(zhí)行新的可燃性氣體探測(cè)器標(biāo)準(zhǔn)(gb 15322-2003)可燃?xì)怏w探測(cè)器。在2004年10月國(guó)家頒布可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器規(guī)程jjg693-2004 。一部分不合規(guī)定的可燃性氣體報(bào)警控制器將停止使用10。因此，研制一種新型，性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)可燃性氣體，并且

12、合乎國(guó)家相關(guān)規(guī)定的報(bào)警控制器勢(shì)在必行。1.1.2課題的來(lái)源隨著城市煤氣、天然氣事業(yè)及化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，易燃、易爆的氣體種類(lèi)和應(yīng)用范圍在不斷增加，這些易燃易爆氣體在生產(chǎn)和使用過(guò)程中，一旦發(fā)生泄漏將會(huì)引起中毒、火災(zāi)、爆炸等重大事故，人們?cè)趯?duì)安全生產(chǎn)的重視程度日益增加的同時(shí)，對(duì)生產(chǎn)技術(shù)手段也進(jìn)行不斷的提高， 研制一種新型、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)可燃性氣體報(bào)警控制器勢(shì)在必行。而傳統(tǒng)的模擬型可燃性氣體報(bào)警控制器，對(duì)于氣體傳感器的特性補(bǔ)償、修正，采用匹配補(bǔ)償傳感器的硬件調(diào)整方式；這種調(diào)整方式雖然具有現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整方便的優(yōu)點(diǎn)，但補(bǔ)償擬合的范圍窄，匹配傳感器的部件選擇困難，而難以獲得較好的補(bǔ)償、修正效果。因此，本次設(shè)

13、計(jì)采用了“探測(cè)器+單片機(jī)控制電路”設(shè)計(jì)思路。本次設(shè)計(jì)采用以stc89c52芯片為核心，用半導(dǎo)體陶瓷式氣體傳感器mq-2來(lái)檢測(cè)外部氣體濃度，結(jié)合外部硬件電路實(shí)現(xiàn)對(duì)可燃性氣體進(jìn)行報(bào)警控制裝置。stc89c52芯片具有功能強(qiáng)大，性?xún)r(jià)比高等一系列優(yōu)點(diǎn)，適合產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)。同時(shí)，設(shè)計(jì)出的可燃性氣體報(bào)警控制器具有操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，價(jià)格便宜，安全性高等特點(diǎn)，所以非常適合貯氣倉(cāng)庫(kù)，以及家庭等場(chǎng)所使用，具有很高的實(shí)用價(jià)值。正是由于可燃性氣體報(bào)警控制器對(duì)于安全生產(chǎn)的重要性，國(guó)內(nèi)外有眾多廠家研制、生產(chǎn)這一產(chǎn)品。從運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和實(shí)際意義出發(fā)，研制一種固定式可燃性氣體報(bào)警控制器，它主要對(duì)以烷類(lèi)氣體為主的多種可燃性氣體

14、進(jìn)行檢測(cè)控制。1.2 可燃性氣體報(bào)警控制器國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀可燃性氣體報(bào)警控制器在國(guó)外己經(jīng)發(fā)展成為一種相當(dāng)成熟的產(chǎn)品。日本是最早發(fā)明燃?xì)鈭?bào)警器的國(guó)家，己有50多年的歷史。無(wú)論在氣體探測(cè)器的研制上，還是在報(bào)警器的性能上，均處于國(guó)際領(lǐng)先水平。日本政府和生產(chǎn)企業(yè)大力推廣報(bào)警器的使用，使燃?xì)庑孤┖捅ǖ仁鹿实氖鹿事蔬h(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家。其中figaro、理研都是專(zhuān)門(mén)研制、生產(chǎn)可燃性氣體報(bào)警控制器的廠家，他們生產(chǎn)的產(chǎn)品以采用最先進(jìn)的氣敏傳感器、響應(yīng)速度快、性能可靠、壽命長(zhǎng)而著稱(chēng)。我國(guó)在70年代初期開(kāi)始研制可燃性氣體報(bào)警控制器，生產(chǎn)型號(hào)多樣、品種較齊全，應(yīng)用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴(kuò)展到幾乎所有危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境的各種

15、類(lèi)型報(bào)警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，又進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)，形成自己的特色。近年來(lái)，在氣體選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大進(jìn)步7。工業(yè)可燃性氣體報(bào)警控制器一般分為可燃性氣體檢漏儀(簡(jiǎn)稱(chēng)“檢漏儀”)、可燃性氣體報(bào)警控制器(簡(jiǎn)稱(chēng)“控制器”)、可燃性氣體探測(cè)器(簡(jiǎn)稱(chēng)“探測(cè)器”)三大系列產(chǎn)品?！皺z漏儀”的體積較小，可隨身攜帶或手持，采用堿性電池或可充電電池供電，一般可以連續(xù)工作近12小時(shí)。該儀器主要應(yīng)用于燃?xì)夤艿赖牟槁┡c巡線。若有燃?xì)庑孤瑱z漏儀便會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)顯示氣體濃度，以便及時(shí)采取安全措施，防止爆炸等惡性事故的發(fā)生?！疤綔y(cè)器+控制器”，這是在工

16、業(yè)裝置上和生產(chǎn)過(guò)程中使用最多的檢測(cè)儀器，可在防爆現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)氣體的濃度。這種儀器大都裝設(shè)在油庫(kù)、乙炔站、液化氣站和煤氣站等易燃易爆的危險(xiǎn)場(chǎng)所。探測(cè)器安裝在防爆現(xiàn)場(chǎng)，控制器放在值班室等有人值守的地方，二者采用屏蔽電纜線連接。當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)的探測(cè)器探測(cè)到燃?xì)庑孤┲?，通過(guò)屏蔽電纜線將信號(hào)傳到控制器，控制器發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)排風(fēng)裝置或關(guān)閉電磁閥切斷氣源，以確保安全。1.3本課題主要完成的任務(wù) 本課題是基于單片機(jī)的家用可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器控制器的研制，主要完成以下任務(wù)：(1) 對(duì)單片機(jī)報(bào)警器系統(tǒng)進(jìn)行整體的規(guī)劃和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。(2) 以stc89c52單片機(jī)為中央處理器，對(duì)硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)，使其功能更

17、加完善。系統(tǒng)硬件電路主要分為a/d轉(zhuǎn)換電路、stc89c52單片機(jī)接口電路、聲音報(bào)警控制電路、顯示電路四個(gè)部分。(3) 系統(tǒng)的軟件編制。在程序的編寫(xiě)過(guò)程中，分別對(duì)主程序和各部分子程序進(jìn)行了流程圖的繪制，同時(shí)加入了詳細(xì)的文字注釋?zhuān)员阌诤笃诘母倪M(jìn)與維護(hù)。第2章 可燃性氣體報(bào)警控制器的方案設(shè)計(jì)2.1 氣體傳感器的選型可燃性氣體傳感器是一個(gè)氣-電變換器，它的作用是把可燃性氣體在空氣中的含量(即濃度)變成電信號(hào)，進(jìn)而由單片機(jī)采集信號(hào)、數(shù)據(jù)處理、濃度顯示以便報(bào)警控制。傳感器作為對(duì)可燃性氣體的敏感元件，是各種類(lèi)型(袖珍式、便攜式、固定式)儀表的核心之一。因此，傳感器的選型是非常重要的3。2.1.1 氣體傳

18、感器的種類(lèi)國(guó)外從30年代開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)氣體傳感器。過(guò)去氣體傳感器主要用于煤氣、液化石油氣、天然氣以及礦井中的瓦斯氣體的檢測(cè)與報(bào)警，目前需要檢測(cè)的氣體種類(lèi)由原來(lái)的還原性氣體(h2， c4h10， ch4等)擴(kuò)展到毒性氣體(co，no2， h2s， no， nh3， ph3等)。氣體傳感器種類(lèi)繁多，從原理上可以分為三大類(lèi)：(1) 利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器:如半導(dǎo)體、催化燃燒等。(2) 利用物理性質(zhì)的氣體傳感器:如熱導(dǎo)、光干涉、紅外吸收等。(3) 利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器:如電流型、電勢(shì)型等。下面對(duì)工業(yè)上常用的幾種氣體傳感器作以簡(jiǎn)單介紹。(1) 半導(dǎo)體氣體傳感器這類(lèi)傳感器主要使用半導(dǎo)體氣敏材料，

19、利用氣敏元件的電阻、電流或電壓隨氣體濃度變化的原理工作的。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)，這類(lèi)傳感器得到了廣泛的應(yīng)用。目前，世界上許多國(guó)家開(kāi)展了對(duì)半導(dǎo)體氣敏材料的研究，其中日本、美國(guó)處十領(lǐng)先地位，我國(guó)也投入大量資金和人力進(jìn)行研究，并取得一定成果。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。(2) 固體電解質(zhì)氣體傳感器這是一種產(chǎn)量?jī)H次于半導(dǎo)體氣體傳感器的一類(lèi)傳感器。它使用固體電解質(zhì)材料作為氣敏元件。其原理是氣敏材料在通過(guò)氣體時(shí)產(chǎn)生離子，形成電動(dòng)勢(shì)，鋇u量電動(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

20、，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。如測(cè)量h2s yst-au-wo3， nh3的nh4caco3等。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這類(lèi)傳感器可分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式氣體傳感器。其工作原理是：氣敏材料在通電狀態(tài)下，可燃性氣體氧化燃燒或在催化劑作用下氧化燃燒，產(chǎn)生的熱量使電熱絲升溫，從而使其電阻值發(fā)生變化，測(cè)量阻值變化從而測(cè)量氣體濃度。接觸燃燒式氣體傳感器在環(huán)境溫度下非常穩(wěn)定，并能對(duì)爆炸f限的絕大多數(shù)可燃性氣體進(jìn)行檢測(cè)，普遍應(yīng)用于石化工廠、造船廠、礦井隧道、浴室、廚房等處可燃性氣體的監(jiān)測(cè)和報(bào)警。這類(lèi)傳感器只能測(cè)量

21、可燃性氣體，對(duì)不可燃性氣體不敏感。在燃?xì)獗ㄏ孪迌?nèi)輸出為線性、只與燃?xì)鉂舛瘸烧?、溫度和濕度的變化?duì)其工作狀態(tài)影響很小、選擇性好、反映準(zhǔn)確、精度高、再現(xiàn)性好。其不足的是催化劑壽命有限，當(dāng)在可燃性氣體與空氣的混合物中有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無(wú)焰催化燃燒的同時(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)滯緩或中毒，使靈敏度降低。(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(lái)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d21高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡(jiǎn)單、

22、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)傳感器這類(lèi)傳感器由膜電極和電解液灌封而成。氣體濃度信號(hào)將電解液分解成陰陽(yáng)帶電離子，通過(guò)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(大于等于兩年)。它主要適用于毒性氣體的檢測(cè)。目前國(guó)際上絕大部分毒氣檢測(cè)采用該類(lèi)型傳感器。2.2 mq-2傳感器簡(jiǎn)介2.2.1 mq2傳感器概述mq-2是鄭州煒盛電子科技有限公司生產(chǎn)的可燃?xì)怏w傳感器

23、，對(duì)一氧化碳、甲烷，液化石油氣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)定性，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，較大的電信號(hào)輸出。應(yīng)用于家庭和生產(chǎn)環(huán)境下的一氧化碳探測(cè)裝置，適宜于一氧化碳、煤氣，液化石油氣等的探測(cè)。2.2.2 mq2傳感器詳細(xì)說(shuō)明mq-2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。圖2-1給出了mq-2元件對(duì)不同氣體的靈敏度特性。溫度為20攝氏度，濕度為65%，氧氣濃度為21%，rl=l0k，ro為1000ppmlpg（液化石油氣）中氣敏元件電阻，rs為不同氣體不同濃度下氣敏元件電阻。圖2-1 mq-2靈敏度

24、特性曲線mq-2工作原理：傳感器的表面電阻rs是通過(guò)與其串聯(lián)的負(fù)載電阻rl上的有效電壓信號(hào)vrl輸出而獲得的。二者之間的關(guān)系為： 公式（3-1） 圖2-2為負(fù)載測(cè)試曲線圖，是利用測(cè)試回路測(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)，rl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)完整的加熱周期或在兩個(gè)完整的加熱周期內(nèi)測(cè)得。圖2-2 負(fù)載測(cè)試曲線圖第3章 可燃性氣體報(bào)警控制器的硬件設(shè)計(jì)3.1 可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)在可燃性氣體報(bào)警控制器的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是儀表的核心部件。它一方面接收傳感器檢測(cè)到的可燃性氣體濃度所對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，另一方面要對(duì)這一信號(hào)進(jìn)行處理，控制報(bào)警、控制電路進(jìn)行相應(yīng)

25、操作，與此同時(shí)判斷是否收到外部中斷請(qǐng)求。在單片機(jī)所實(shí)現(xiàn)的這些功能中，特別是信號(hào)處理部分，需要單片機(jī)有較快的運(yùn)行速度，才能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)氣體濃度做出快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)，進(jìn)行相應(yīng)的處理。同時(shí)考慮選擇低價(jià)實(shí)用的機(jī)型，并為制同一系列的低功耗產(chǎn)品做準(zhǔn)備。根據(jù)多方面的比較，本設(shè)計(jì)選用生產(chǎn)的stc89c52系列單片機(jī)作為報(bào)警器的核心控制器。首先，可燃性氣體濃度信號(hào)通過(guò)mq-2氣體傳感器將可燃性氣體濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)前置放大電路后，經(jīng)過(guò)a/d轉(zhuǎn)換，輸出一個(gè)適合單片機(jī)接收的電壓信號(hào)，然后，送入stc89c52中，線性化數(shù)據(jù)處理后，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制濃度值。最后，將濃度值送入led數(shù)碼管顯示。當(dāng)檢測(cè)到

26、的可燃性氣體濃度超出上限報(bào)警設(shè)定值時(shí)，報(bào)警器發(fā)出聲音報(bào)警，同時(shí)繼電器啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)排氣裝置，實(shí)現(xiàn)排氣系統(tǒng)的自動(dòng)控制。3.1.1 可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器的結(jié)構(gòu)可燃性氣體報(bào)警控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，系統(tǒng)以stc89c52單片機(jī)為核心，配合外圍電路共同完成信號(hào)采集、濃度顯示、聲音報(bào)警、自動(dòng)控制等功能。通過(guò)預(yù)設(shè)氣體濃度，mq2傳感器進(jìn)行檢測(cè)氣體濃度，假如超過(guò)預(yù)設(shè)氣體濃度時(shí)，將發(fā)出聲音報(bào)警，并自動(dòng)啟動(dòng)排氣裝置。 單片機(jī)濃度采樣電路濃度比較聲、光報(bào)警輸出控制5v電源圖3-1 可燃性氣體報(bào)警控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.2 stc89c52系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)stc89c52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具

27、有8k 在系統(tǒng)可編程flash 存儲(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和在系統(tǒng)可編程flash，使得stc89c52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案2。stc89c52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32 位i/o口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，stc89c52 可降至0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。

28、空閑模式下，cpu停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。其引腳電路如圖3-2所示，stc89c52主要性能有以下幾點(diǎn)：(1) 與mcs-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容(2) 8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器(3) 1000次擦寫(xiě)周期(4) 全靜態(tài)操作：0hz33hz(5) 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器(6) 32個(gè)可編程i/o口線(7) 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(8) 八個(gè)中斷源全雙工uart串行通道(9) 低功耗空閑和掉電模式(10) 掉電后中斷可喚醒(11) 看門(mén)狗定時(shí)器(12) 雙數(shù)據(jù)指針

29、(13) 掉電標(biāo)識(shí)符圖3-2 stc89c52引腳圖3.3 可燃性氣體報(bào)警控制器的電路設(shè)計(jì)3.3.1 a/d轉(zhuǎn)換電路adc0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見(jiàn)圖9.8。對(duì)adc0809主要信號(hào)引腳的功能說(shuō)明如下：in7in0模擬量輸入通道ale地址鎖存允許信號(hào)。對(duì)應(yīng)ale上跳沿，a、b、c地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。start轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。start上升沿時(shí)，復(fù)位adc0809；start下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開(kāi)始進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換；在a/d轉(zhuǎn)換期間，start應(yīng)保持 低電平。本信號(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫(xiě)為st.a、b、c地址線。 通道端口選擇線，a為低地址，c為高地址，引腳圖中為adda，addb和

30、addc。其地址狀態(tài)與通道對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表9-1。clk時(shí)鐘信號(hào)。adc0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為500khz的時(shí)鐘信號(hào)eoc轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。eoc=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；eoc=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢(xún)的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。d7d0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。d0為最低位，d7為最高 oe輸出允許信號(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。oe=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；oe=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。vcc +5v電源。 vref參考電源參考電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)

31、行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5v(vref(+)=+5v, vref(-)=-5v). 圖3-5 a/d轉(zhuǎn)換電路vin1采集傳感器輸出的信號(hào)電壓信號(hào)，當(dāng)采集的電壓超過(guò)1.96v時(shí)，即表示濃度超過(guò)約45%時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)生報(bào)警。3.3.2 stc89c52單片機(jī)接口電路stc89c52采用pqfp貼片式的封裝形式，有40個(gè)管腳。根據(jù)單片機(jī)制作的原理以及報(bào)警器實(shí)現(xiàn)的功能，其接口電路主要分為五個(gè)部分。stc89c52單片機(jī)接口電路如圖3-3所示。圖3-6 stc89c52單片機(jī)接口電路(1) 復(fù)位模塊復(fù)位操作可以使單片機(jī)初始化，也可以使死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動(dòng)，因此非常重要。為可靠起見(jiàn)，電

32、源上電穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)，才能撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分一合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。在本設(shè)計(jì)中，采用的是阻容rc上電復(fù)位電路，通過(guò)電容加到rst端上一個(gè)高電平復(fù)位信號(hào)，高電平持續(xù)時(shí)間取決于rc電路參數(shù)。為了保證系統(tǒng)能可靠地復(fù)位，rst端上高電平信號(hào)必須有足夠長(zhǎng)的時(shí)間。(2) 系統(tǒng)時(shí)鐘模塊時(shí)鐘電路產(chǎn)生單片機(jī)的工作時(shí)序脈沖，是單片機(jī)正常工作的關(guān)鍵。本次設(shè)計(jì)中采用外部獨(dú)立時(shí)鐘震蕩器所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)。在stc89c52的18腳(xtal1)和19腳(xtal2)外接12m的晶體，同時(shí)并連2個(gè)22pf的電容，產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘。(3) 顯示模塊由stc89c52的3239腳以及2126腳構(gòu)

33、成濃度顯示輸出信號(hào)。本次設(shè)計(jì)中采用的是動(dòng)態(tài)顯示的方法進(jìn)行濃度顯示。(4) 聲音報(bào)警模塊由stc89c5242的11腳(txd)實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警控制。當(dāng)可燃性氣體濃度超過(guò)限定值時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出鳴叫報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)54繼電器。3.3.3 聲音報(bào)警電路 當(dāng)可燃性氣體濃度超過(guò)限定值時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出鳴叫報(bào)警。圖3-7 聲音報(bào)警控制電路聲音報(bào)警電路如圖3-7所示，它是由三極管，繼電器，揚(yáng)聲器以及排氣電路構(gòu)成。當(dāng)實(shí)際檢測(cè)濃度低于設(shè)定濃度時(shí)，三極管不導(dǎo)通，揚(yáng)聲器以及繼電器均不工作，排氣電路處于斷開(kāi)狀態(tài)；當(dāng)實(shí)際檢測(cè)濃度等于或超過(guò)設(shè)定濃度時(shí)，通過(guò)p2.0和p2.1與單片機(jī)的連接從而引起電平的變化，p2.0和p2.1都為低電

34、平，三極管導(dǎo)通，在揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲音的同時(shí)，繼電器也進(jìn)行工作，而使排氣電路形成閉合回路，達(dá)到自動(dòng)進(jìn)行排氣控制的效果。3.3.4 顯示電路 圖3-8 數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管由7個(gè)發(fā)光二極管組成,行成一個(gè)日字形,它門(mén)可以共陰極,也可以共陽(yáng)極.通過(guò)解碼電路得到的數(shù)碼接通相應(yīng)的發(fā)光二極而形成相應(yīng)的字,其工作原理見(jiàn)圖3-9。圖3-9 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖要使數(shù)碼管顯示09這10個(gè)數(shù)字，只要控制其相應(yīng)的管腳所接發(fā)光二極管點(diǎn)亮便可完成。若要使數(shù)碼管顯示一個(gè)“3”字，只需控制其“a、b、c、d、g”這幾個(gè)發(fā)光管點(diǎn)亮即可。由于數(shù)碼管內(nèi)是沒(méi)有限流電阻的，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，必須對(duì)每一段發(fā)光管回路中串一限流電阻，否則極容易損壞數(shù)碼

35、管。本設(shè)計(jì)中數(shù)碼管用于顯示當(dāng)前的外界氣體濃度。3.3.5燈光報(bào)警燈光報(bào)警電路如圖4-7所示，燈光報(bào)警電路由r22、led2（黃色）組成，電阻起限流的作用。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度小于濃度設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)對(duì)應(yīng)引腳輸出高電平，無(wú)燈光報(bào)警；當(dāng)檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度大于濃度設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)對(duì)應(yīng)引腳為低電平，進(jìn)行相應(yīng)的燈光報(bào)警。圖3-10 燈光報(bào)警控制電路黃燈閃爍時(shí)表示當(dāng)前處于初始化狀態(tài)，報(bào)警器初始化完成后。綠燈不停的進(jìn)行閃爍表示當(dāng)前工作正常。第4章 可燃性氣體報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì)4.1 stc89c52單片機(jī)調(diào)試及開(kāi)發(fā)工具 嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)往往借助于開(kāi)發(fā)系統(tǒng)工具，而各種開(kāi)發(fā)系統(tǒng)一般都比待開(kāi)發(fā)調(diào)試的嵌入式系統(tǒng)要復(fù)雜得多。s

36、tc89c52系列單片機(jī)的調(diào)試、開(kāi)發(fā)工具由硬件和軟件兩部分組成，硬件只需一臺(tái)pc機(jī)、目標(biāo)板和一個(gè)稱(chēng)為fet(flashemulation tool)的jtag控制器。 stc89c52fet仿真工具的功能主要是將由pc機(jī)打印機(jī)接口來(lái)的8位并行數(shù)據(jù)與來(lái)自jtag接口的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)pc機(jī)與stc89c52芯片中的jtag接口的通訊。具體包括：(1) 程序下載當(dāng)用戶將源程序（c語(yǔ)言）經(jīng)keil軟件語(yǔ)法檢查無(wú)誤并生成代碼時(shí)，就可以將程序代碼在如圖的環(huán)境中下載到flash芯片中，而用戶的系統(tǒng)可以是在線狀態(tài)。(2) 設(shè)置斷點(diǎn)用戶可以通過(guò)調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對(duì)話界面。在程序中設(shè)置斷點(diǎn)。在stc

37、89c52中，可以同時(shí)設(shè)置4個(gè)硬件斷點(diǎn)，它是經(jīng)過(guò)jtag接口的傳輸，由芯片中的幾組斷點(diǎn)條件寄存器實(shí)現(xiàn)的。(3) 現(xiàn)場(chǎng)觀察與修改用戶可以通過(guò)調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對(duì)話界面，檢查或修改flash芯片內(nèi)的各種存儲(chǔ)器、寄存器的數(shù)據(jù)。在調(diào)試過(guò)程中，根據(jù)需要可以進(jìn)行軟件模擬仿真和硬件仿真。4.2 可燃性氣體報(bào)警控制器軟件流程及設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中，軟件要解決的主要問(wèn)題是檢測(cè)傳感器送來(lái)的可燃性氣體濃度信號(hào)，進(jìn)行線性化處理，用led顯示濃度，若濃度值超出限定值，報(bào)警器發(fā)出聲音報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)排氣裝置，因此分為主程序、t0中斷子程序、線性化處理子程序、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序，濃度顯示子程序、鍵掃描子程序六個(gè)部分。在程序的編

38、寫(xiě)過(guò)程中，加入了詳細(xì)的文字注釋?zhuān)员阌诤笃诘母倪M(jìn)與維護(hù)。4.2.1 主程序流程圖及設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖4-1所示，由于mq-2型氣體傳感器在不通電狀態(tài)下存放一段時(shí)間后，再通電時(shí)，器件并不能立即投入正常工作，需要一定的時(shí)間預(yù)熱，所以采用延時(shí)程序?qū)鞲衅黝A(yù)熱。本設(shè)計(jì)對(duì)傳感器預(yù)熱一段時(shí)間，預(yù)熱的同時(shí)，設(shè)定所要檢測(cè)可燃性氣體濃度的上限值。主程序還包括顯示子程序，t0中斷子程序等，以完善報(bào)警器的功能，給檢測(cè)人員帶來(lái)方便。初始化定時(shí)器開(kāi)始初始化ad轉(zhuǎn)換器ad采集數(shù)據(jù)按鍵掃描初始化傳感器數(shù)碼管顯示按鍵處理數(shù)據(jù)處理圖4-1 主程序流程圖4.2.2 t0中斷子程序 程序初始化后，系統(tǒng)進(jìn)入采樣狀態(tài)。對(duì)采集的氣體次

39、數(shù)每3次進(jìn)行一次處理。經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換、濾波、線性化處理、進(jìn)制轉(zhuǎn)化后，由led顯示其濃度值。同時(shí)將濃度值與上限報(bào)警設(shè)定值相比較，以判斷是否需要報(bào)警控制處理。流程圖如圖4-2所示。圖4-2 t0中斷子程序流程圖4.2.3 線性化處理子程序設(shè)計(jì)在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，使用之前必須進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定(校準(zhǔn))，以得到輸出信號(hào)與被測(cè)信號(hào)的關(guān)系-輸出曲線，用來(lái)作為使用過(guò)程中的計(jì)量依據(jù)。但是標(biāo)定時(shí)輸出曲線往往不是一條理想的直線，所以要對(duì)標(biāo)定曲線進(jìn)行線性化處理，用一條擬合直線近似代替輸出曲線，線性化是智能儀表的典型功能之一。由于電壓值與氣體濃度之間是非線性的關(guān)系，為了實(shí)時(shí)顯示氣體濃度，需要對(duì)其進(jìn)行線性化處理。在誤差許可范圍

40、內(nèi)，根據(jù)標(biāo)定曲線形狀，以及單片機(jī)處理能力，把曲線分成8段，對(duì)每小段分別線性化。濃度0%lel-99%lel分成8段如下： 0%lel10%lel 10%lel20%lel 20%lel28%lel 28%lel36%lel 36%lel45%lel 45%lel61%lel 61%lel78%lel 78%lel99%lel單片機(jī)經(jīng)過(guò)濾波后，得到3個(gè)采樣值的一個(gè)真值，把這個(gè)真值通過(guò)查表比較，確定其所在區(qū)間的上下限電壓值和上下限濃度值，根據(jù)公式(4-1)，計(jì)算出該電壓值對(duì)應(yīng)的濃度值。分段點(diǎn)的電壓值和濃度值分別存儲(chǔ)在兩個(gè)表格中，線性化處理子程序如圖4-3所示。 (4-1)式中y上-區(qū)間上限濃度值y

41、下-區(qū)間下限濃度值y濾-實(shí)際氣體測(cè)試濃度值x上-區(qū)間上限濃度對(duì)應(yīng)電壓值x下-區(qū)間下限濃度對(duì)應(yīng)電壓值x濾-實(shí)際氣體測(cè)試濃度對(duì)應(yīng)電壓值圖4-3 線性化處理子程序流程圖4.2.4 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)線性化處理后的濃度是十六進(jìn)制的，而led顯示的濃度是十進(jìn)制的，所以要進(jìn)行十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序處理，再送入顯示子程序。流程圖如圖4-4所示。圖4-4 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序流程圖4.2.5 顯示子程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用的是四位并行接口動(dòng)態(tài)顯示電路 開(kāi)始調(diào)入字符偏移量和位選代碼查表送入顯示延時(shí)2ms指向下一個(gè)偏移量3位顯示完成？圖4-5 顯示子程序流程圖4.2.6 數(shù)據(jù)處理模塊y煙霧超標(biāo)信號(hào)

42、輸入打開(kāi)繼電器、蜂鳴器開(kāi)始定時(shí)器打開(kāi)時(shí)間計(jì)時(shí)報(bào)警時(shí)間已到？n停止報(bào)警4-6數(shù)據(jù)處理模塊4.3 電路仿真單片機(jī)煤氣報(bào)警系統(tǒng)仿真圖如圖4-7所示，此為濃度檢測(cè)正常狀態(tài)；單片機(jī)煤氣報(bào)警系統(tǒng)仿真圖如圖4-7所示，此為濃度超限報(bào)警狀態(tài)；單片機(jī)煤氣報(bào)警系統(tǒng)仿真圖如圖4-7所示，此為傳感器顯示當(dāng)前的濃度。圖4-7 家用可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器仿真圖系統(tǒng)仿真通過(guò)電壓表的電壓輸入表示外部傳感器輸入的電壓，并將其進(jìn)行顯示。單片機(jī)煤氣報(bào)警系統(tǒng)仿真圖1所示，仿真圖中用0-5v的電壓表顯示當(dāng)前輸入的電壓，并代替了傳感器。因?yàn)閭鞲衅髟趐ruteus里找不到mq-2這個(gè)傳感器，只能使用輸入電壓表示當(dāng)前濃度的變化。仿真圖2單片機(jī)

43、煤氣報(bào)警系統(tǒng)仿真圖2所示，此模塊使用led數(shù)碼管進(jìn)行選擇動(dòng)態(tài)顯示acd0809采集的濃度信息。仿真圖3單片機(jī)煤氣報(bào)警系統(tǒng)仿真圖3所示，此模塊用于采集傳感器的濃度。5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 硬件的調(diào)試在單片機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，從硬件設(shè)計(jì)到軟件設(shè)計(jì)都需要做到準(zhǔn)確無(wú)誤?？梢?jiàn)調(diào)試的工作量比較大。調(diào)試部分是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的部分。調(diào)試的成功與否直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可行性。單片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開(kāi)的，許多硬件錯(cuò)誤是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來(lái)調(diào)試以進(jìn)一步排除故障。可見(jiàn)硬件的調(diào)試是基礎(chǔ)，如果硬件調(diào)試不通過(guò)，軟件設(shè)計(jì)則是無(wú)從做起。當(dāng)硬件設(shè)計(jì)從布

44、線到焊接安裝完成之后，就開(kāi)始進(jìn)入硬件調(diào)試階段，調(diào)試大體可以分為以下幾步。5.1.1 排除邏輯故障這類(lèi)故障往往由于設(shè)計(jì)和加工制板過(guò)程中工藝性錯(cuò)誤所造成的。主要包括錯(cuò)線、開(kāi)路、短路。排除的方法是首先將加工的印制板認(rèn)真對(duì)照原理圖，看兩者是否一致。應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)檢查，以防止電源短路和極性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查系統(tǒng)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線）是否存在相互之間短路或與其它信號(hào)線路短路。必要時(shí)利用數(shù)字萬(wàn)用表的短路測(cè)試功能，可以縮短排錯(cuò)時(shí)間。5.1.2 排除元器件故障造成這類(lèi)錯(cuò)誤的原因有兩個(gè)：一個(gè)是元器件買(mǎi)來(lái)時(shí)就已壞了；另一個(gè)是由于安裝錯(cuò)誤，造成器件燒壞?？梢圆扇z查元器件與設(shè)計(jì)要求的型號(hào)、規(guī)格和安裝是

45、否一致。在保證安裝無(wú)誤后，用替換方法排除錯(cuò)誤。5.1.3 排除電源故障在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查vcc與gnd之間電位，若在5v4.8v之間屬正常。若有高壓，聯(lián)機(jī)仿真器調(diào)試時(shí)，將會(huì)損壞仿真器等，有時(shí)會(huì)使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。5.2 聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試聯(lián)機(jī)仿真必須借助仿真開(kāi)發(fā)裝置、示波器、萬(wàn)用表等工具。這些工具是單片機(jī)開(kāi)發(fā)的最基本工具。信號(hào)線是聯(lián)絡(luò)單片機(jī)和外部器件的紐帶，如果信號(hào)線連結(jié)錯(cuò)誤或時(shí)序不對(duì)，那么都會(huì)造成對(duì)外圍電路讀寫(xiě)錯(cuò)誤。52系列單片機(jī)的信號(hào)線大體分為讀、寫(xiě)信號(hào)線、片選信號(hào)線、時(shí)鐘信號(hào)線、外部程序存貯器讀

46、選通信號(hào)（psen）、地址鎖存信號(hào)（ale）、復(fù)位信號(hào)等幾大類(lèi)。這些信號(hào)大多屬于脈沖信號(hào)，對(duì)于脈沖信號(hào)借助示波器（這里指通用示波器）用常規(guī)方法很難觀測(cè)到，必須采取一定措施才能觀測(cè)到。應(yīng)該利用軟件編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如對(duì)片選信號(hào)，運(yùn)行相關(guān)小程序就可以檢測(cè)出譯碼片選信號(hào)是否正常。執(zhí)行程序后，就可以利用示波器觀察芯片的片選信號(hào)引出腳（用示波器掃描時(shí)間為1s每格檔），這時(shí)應(yīng)看到周期為數(shù)微秒的負(fù)脈沖波形，若看不到則說(shuō)明譯碼信號(hào)有錯(cuò)誤。對(duì)于電平類(lèi)信號(hào)，觀測(cè)起來(lái)就比較容易。例如對(duì)復(fù)位信號(hào)觀測(cè)就可以直接利用示波器，當(dāng)按下復(fù)位鍵時(shí)，可以看到的復(fù)位引腳將變?yōu)楦唠娖?；一旦松開(kāi)，電平將變低?？偠灾?，對(duì)于脈沖觸發(fā)類(lèi)的

47、信號(hào)我們要用軟件來(lái)配合，并要把程序編為死循環(huán)，再利用示波器觀察；對(duì)于電平類(lèi)觸發(fā)信號(hào)，可以直接用示波器觀察。顯示器部分調(diào)試為了使調(diào)試順利進(jìn)行，首先將led顯示分離，這樣就可以用靜態(tài)方法先測(cè)試led顯示，分別用規(guī)定的電平加至控制數(shù)碼管段和位顯示的引腳，看數(shù)碼管顯示是否與理論上一致。不一致，一般為led顯示器接觸不良所致，必須找出故障，排除后再檢測(cè)電路工作是否正常。對(duì)應(yīng)進(jìn)行編程調(diào)試時(shí)，分為兩個(gè)步驟：第一，對(duì)其進(jìn)行初始化（即寫(xiě)入命令控制字，最好定義為輸出方式）。第二，將 led結(jié)合起來(lái)，借助開(kāi)發(fā)機(jī)，通過(guò)編制程序（最好采用“8”字循環(huán)程序）進(jìn)行調(diào)試。若調(diào)試通過(guò)后，就可以編制應(yīng)用程序了。5.3軟件調(diào)試軟件

48、調(diào)試主要采用keil軟件調(diào)試編譯單片機(jī)程序。由于由于stc89c52可以擦寫(xiě)上千次，所以在這個(gè)調(diào)試過(guò)程中，并沒(méi)有用仿真器來(lái)實(shí)踐，而是直接將程序燒寫(xiě)進(jìn)單片機(jī)來(lái)操作。將通過(guò)keil軟件編譯通過(guò)的單片機(jī)程序生成的“.hex”文件用燒錄軟件通過(guò)下載線燒寫(xiě)進(jìn)單片機(jī)中。5.4軟、硬件整體調(diào)試軟、硬件聯(lián)調(diào)是將已經(jīng)調(diào)試通過(guò)的軟件和硬件結(jié)合起來(lái)一起進(jìn)行調(diào)試。這部分是單片機(jī)制作過(guò)程中最重要的調(diào)試部分。單一的軟件或是硬件的調(diào)試通過(guò)了并不能驗(yàn)證總的方案的可行性。只有將整個(gè)系統(tǒng)的軟件硬件相結(jié)合連接起來(lái)進(jìn)行調(diào)試，也就是綜合調(diào)試。如果調(diào)試成功了才能說(shuō)明此系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)成功。采用keil軟件和硬件電路板進(jìn)行軟硬

49、件聯(lián)合仿真，首先編譯單片機(jī)程序，然后運(yùn)行編譯的程序，程序檢查成功后，再把程序燒入硬件之中。對(duì)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤要仔細(xì)分析，然后不斷更正錯(cuò)誤，直至達(dá)到理想效果為止。在軟硬件聯(lián)調(diào)時(shí)，根據(jù)在程序中設(shè)定的閾值，將打火機(jī)打火放到氣體傳感器周?chē)@樣氣體傳感器就可以采集到相應(yīng)可燃?xì)怏w濃度，當(dāng)濃度超過(guò)預(yù)設(shè)閾值，蜂鳴器就會(huì)立即報(bào)警，同時(shí)吸合繼電器。結(jié)論本次設(shè)計(jì)對(duì)可燃性氣體報(bào)警控制器進(jìn)行了深入的研究，在參考國(guó)內(nèi)外一些資料的基礎(chǔ)上，比較合理地選擇了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，采用了“探測(cè)器+單片機(jī)控制電路”設(shè)計(jì)思路，由于具有操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，價(jià)格便宜，安全性高等特點(diǎn)，所以非常適合貯氣倉(cāng)庫(kù)，以及家庭等場(chǎng)所使用，具有很高的實(shí)

50、用價(jià)值。本次設(shè)計(jì)的可燃性氣體報(bào)警器由探測(cè)器與單片機(jī)控制電路兩大部分構(gòu)成。根據(jù)設(shè)計(jì)要求、使用環(huán)境、成本等因素，選用mq-2氣體傳感器。該傳感器是對(duì)以烷類(lèi)氣體為主的多種可燃性氣體有良好敏感特性的廣譜型半導(dǎo)體敏感器件。它的靈敏度適中，響應(yīng)與恢復(fù)特性好，長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性、重現(xiàn)性、抗環(huán)境氣氛影響及抗溫濕度影響等性能均優(yōu)。該儀器采用了高性能stc89c52單片機(jī)作為核心電路，充分利用了stc89c52的高速數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內(nèi)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了儀器的小型化和智能化，使儀表具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、成本低等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用程序用c語(yǔ)言編寫(xiě)，充分利用芯片資源，提高了測(cè)量精度和代碼執(zhí)行效率，減小代碼容量。對(duì)可燃性氣體采用濾

51、波、線性化處理等，不但最大限度地排除現(xiàn)場(chǎng)噪聲干擾，降低可燃性氣體報(bào)警器誤報(bào)概率，而且易于在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)。此電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，線性度好，溫漂小等優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)也存在著一些需要完善的地方，譬如讓檢測(cè)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)行多點(diǎn)同時(shí)檢測(cè)、如何更加智能化的進(jìn)行報(bào)警工作，如何能更好的減少檢測(cè)誤差等問(wèn)題值得去進(jìn)一步的研究和探討。本次設(shè)計(jì)的可燃性氣體報(bào)警控制警器靈敏度高，在測(cè)量范圍內(nèi)具有較理想的特性，適用于低流速的可燃性氣體測(cè)量。本課題的工作為便攜式儀器的研制和實(shí)用化提供了較好的實(shí)現(xiàn)方案，為今后該領(lǐng)域的研究提供了很好的參考依據(jù)。致謝本設(shè)計(jì)是在導(dǎo)師齊懷琴教授的悉心指導(dǎo)下完成的。從課題的選擇、理論研究、最終

52、方案的確立到設(shè)計(jì)的撰寫(xiě)、定稿，都滲透著導(dǎo)師的心血，她兢兢業(yè)業(yè)的工作作風(fēng)、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和寬以待人、認(rèn)真負(fù)責(zé)的優(yōu)秀品質(zhì)必將在今后的學(xué)習(xí)和工作中時(shí)時(shí)激勵(lì)我、督促我。通過(guò)幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我取得了很大的進(jìn)步，這與齊老師在生活上、工作上和學(xué)習(xí)上給予我的關(guān)心和幫助是分不開(kāi)的，在此我深表謝意。同時(shí)向給過(guò)我?guī)椭耐瑢W(xué)表示由衷地感謝。在完成學(xué)業(yè)的過(guò)程中，家人的關(guān)懷和鼓勵(lì)給予了我支持和鼓力，使我順利完成學(xué)業(yè)。感謝他們20多年來(lái)始終如一的培養(yǎng)。在此謹(jǐn)向他們表示衷心地感謝! 參考文獻(xiàn)1王元慶.新型傳感器原理及應(yīng)用m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002:67-69.2王幸之等.at89系列單片機(jī)原理與接口m北京：北京

53、航空航天大學(xué)，2004:104-106.3牛德芳.半導(dǎo)體傳感器原理及應(yīng)用m.大連：大連理工大學(xué)出版社，1993:97-101.4厲玉鳴.化工儀表及自動(dòng)化m.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006:144-147.5李永生，楊莉玲.半導(dǎo)體氣敏元件的選擇性研究j.傳感器技術(shù).2002，(3):1-3.6李忠國(guó)，陳剛.單片機(jī)應(yīng)用技能實(shí)訓(xùn)m.北京：人民郵電出版社，2006:49-52.7阮維國(guó).tgs813型半導(dǎo)體氣敏傳感器及其在燃?xì)舛練鈾z測(cè)中的應(yīng)用電路j.現(xiàn)代科學(xué)儀器.1998，(3):1-28宋浩，田豐.單片機(jī)原理及應(yīng)用m.北京：清華大學(xué)出版社，2005:133-136.9張保衛(wèi)，尚家封，趙金水.燃?xì)鈭?bào)警器的分類(lèi)與選擇j.山東消防，2003，(8):1-210羅翼，張宏偉.pic單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)典型實(shí)例m.北京：中國(guó)電力出版社，2005:111-121.11郝