基于單片機(jī)的液化氣檢測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、jiu jiang university畢 業(yè) 論 文題 目基于單片機(jī)的液化氣檢測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì)英文題目 based on mcu liquefid gas detection alarmdesign 院 系 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 5信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文摘 要隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，防火工作越來越重要，但是目前國(guó)內(nèi)的許多研發(fā)都側(cè)重于大型場(chǎng)所的火災(zāi)報(bào)警。因此，我們就有必要研制一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的家庭液化氣報(bào)警器以適應(yīng)市場(chǎng)的需求。基于供家庭使用的液化氣報(bào)警器應(yīng)該具備的基本要求和功能，文章設(shè)計(jì)了一種比較適合的液化氣報(bào)警器。液化氣全名液化石油氣，它的主要成分是丙烷和丁烷

2、，煉廠氣、天然氣中的輕質(zhì)烴類在常溫、常壓下呈氣體狀態(tài)，在加壓和降溫的條件下，可凝成液體狀態(tài)。該設(shè)計(jì)基于51系列單片機(jī)為核心，以氣敏傳感器檢測(cè)可燃?xì)怏w的質(zhì)量濃度，經(jīng)過信號(hào)處理后，直接讀入單片機(jī)中，單片機(jī)對(duì)檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行判斷。如果質(zhì)量濃度超過預(yù)定數(shù)值時(shí)，蜂鳴器將發(fā)出聲報(bào)警，并同時(shí)紅燈亮，具有聲光報(bào)警功能，數(shù)碼管顯示濃度。如果檢測(cè)的信號(hào)濃度沒有達(dá)到預(yù)定值，綠燈亮。系統(tǒng)采用交流電源或電池供電。該系統(tǒng)電路操作方便，體積小，成本低，功耗低，等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：液化氣，51系列單片機(jī)，蜂鳴器abstractalong with the social and economic development, fire

3、prevention work more and more important, but the present many research and development are focused on large place of the fire alarm. we, therefore, it is necessary to develop a simple structure, economic and practical family smog announciator to adapt to the demand of the market. based on the use of

4、 smoke alarm for family should be provided with the basic requirements and function, this article designs a more suitable for smoke alarm.liquefied gas full name liquefied petroleum gas (lpg), it is the main component of butane and propane, refinery gas, natural gas of lightweight hydrocarbons in ro

5、om temperature, atmospheric pressure gaseous, pressure and temperature in the condition, can condensed liquid state. the design is based on 51 series microcontroller as the core, with gas sensor detection of flammable gas mass concentration, after signal processing, directly into single chip microco

6、mputer, the monolithic integrated circuit to signal detection judgment. if the quality concentration more than scheduled value, will be issued a buzzer sound alarm, and at the same time the red light comes on, with sound and light alarm functions, digital pipe display concentration. if the signal de

7、tection concentration not to the expected value, a green light. system uses the ac power or batteries. this system, which is convenient operation, small volume, low cost, low power consumption, etc. characteristics. keywords: liquefied petroleum gas (lpg), 51 microcontroller, buzzer目 錄摘 要iabstractii

8、1 緒論1.1研究背景及意義(1)1.2可燃?xì)怏w檢測(cè)與報(bào)警技術(shù)概述(1)2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)2.1液化氣報(bào)警器的工作結(jié)構(gòu)和原理(6)2.2傳感器的選擇(7)2.3單片機(jī)的選型(12)2.4液化氣報(bào)警器的主要功能設(shè)計(jì)(20)3 系統(tǒng)的硬件電路3.1 系統(tǒng)電源電路(22)3.2 at89s51的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路(23)3.3液化氣傳感器模塊(23)3.4信號(hào)采集及前置放大電路(25)3.5 a/d轉(zhuǎn)換電路(26)3.6聲音報(bào)警及消音鍵電路(29)3.7字符顯示電路(31)4 系統(tǒng)的軟件的設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)及流程圖(32)4.2主程序初始化流程圖(33)4.3 算法實(shí)現(xiàn)及主程序流程圖(34

9、)5 系統(tǒng)調(diào)試及操作5.1 軟件調(diào)試(35)5.2 硬件調(diào)試(36)結(jié) 論(36)致 謝(39)參考文獻(xiàn)(40)附錄a 基于單片機(jī)的液化氣報(bào)警器程序(42)451 緒 論1.1研究背景及意義 隨著近代工業(yè)的進(jìn)步，在生活、工業(yè)上排放的氣體種類、數(shù)量日益增多。這些氣體如天然氣、液化石油氣等都是易燃、易爆或?qū)θ梭w有害的。而本設(shè)計(jì)的研究方向是針對(duì)于液化石油氣的報(bào)警器。液化氣報(bào)警器作為一種檢測(cè)液化氣泄漏并及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警等可預(yù)防著火、傷亡的安全裝置1。 最近網(wǎng)絡(luò)上又有新聞報(bào)道，液化石油氣摻入二甲醚成行業(yè)潛規(guī)則 存爆炸風(fēng)險(xiǎn)，許多的隱患讓我深感不安，作為這次的材料選題，也是想為社會(huì)的安全方面做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)，我

10、相信，只要人人都獻(xiàn)出一點(diǎn)，世界將變成美好的人間。對(duì)于像液化氣、天然氣、煤氣等可燃性氣體的檢測(cè)、監(jiān)控和報(bào)警的研究可分為兩大方向。一方面是從傳統(tǒng)的傳感器為主要研究對(duì)象，通過擴(kuò)展其外圍電路功能，來增強(qiáng)其應(yīng)用性能。另一方面是利用計(jì)算機(jī)、單片機(jī)與智能傳感器相結(jié)合2。結(jié)合高性能，高穩(wěn)定性和可靠性的芯片，使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品更便捷小巧，易于操作。我這次設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)液化氣報(bào)警器，由于本人的知識(shí)和水平有限，也由于材料和器材方面的匱乏，所以只能設(shè)計(jì)一個(gè)最簡(jiǎn)單的具有報(bào)警功能的作品了。隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，對(duì)可燃?xì)怏w報(bào)警器的研究主要集中在智能化與集成化。有基于can總線以arm微處理器為核心的氣體報(bào)警器，也有基于at8

11、9系列和51系列系列單片機(jī)的設(shè)計(jì)3。目前這一領(lǐng)域還有很大的發(fā)展空間和許多需要進(jìn)一步研究的問題。隨著以后我對(duì)于研究的深入，更高級(jí)別的單片機(jī)也應(yīng)該能設(shè)計(jì)出來。1.2可燃?xì)怏w檢測(cè)與報(bào)警技術(shù)概述液化氣是液化石油氣的簡(jiǎn)稱，是原油在加工提煉汽、柴油過程中產(chǎn)生的蒸餾部分，主要成分是碳?xì)浠衔锖蜌錃?，較多含有丙烷、丁烷。它不同于天然氣與煤氣。因?yàn)樘烊粴馐亲匀恍纬傻臍怏w，主要成分是甲烷，此外還含有不同數(shù)量的乙烷、丙烷、丁烷等低碳烷烴以及二氧化碳、氮?dú)狻錃?、硫化物等非烴類物質(zhì)4。煤氣是用煤或焦炭等固體原料經(jīng)干餾或汽化制得的。其主要成分是一氧化碳、甲烷和氫氣等。因此，煤氣有毒，易于在空氣中形成爆炸性混合物。而液化

12、氣具有易燃易爆性、汽化性、受熱膨脹性、滯留性、帶電性、腐蝕性及窒息性等特點(diǎn)。液化氣具有污染少、發(fā)熱量高、易于運(yùn)輸、壓力穩(wěn)定儲(chǔ)存設(shè)備簡(jiǎn)單，供應(yīng)方式靈活等優(yōu)勢(shì)。家用液化氣罐可根據(jù)需要，調(diào)整火力，使用起來既方便又衛(wèi)生，液化石油氣雖然使用方便，但也有不安全的隱患。萬一管道漏氣或閥門未關(guān)嚴(yán)，液化石油氣向室內(nèi)擴(kuò)散。由于氣態(tài)的液化氣比空氣重約1.5倍，當(dāng)其空氣混合物含量達(dá)到爆炸極限（1.7%10%）時(shí)，遇到火星或電火花就會(huì)發(fā)生爆炸5。為了提醒人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)液化氣是否泄漏，加工廠常向液化氣中混入少量有惡臭味的硫醇或硫醚類化合物。1927年，oliver w.johnson發(fā)明并提出了一種可燃?xì)怏w在一個(gè)鉑絲上催化

13、燃燒機(jī)理的便攜式可燃?xì)怏w檢測(cè)器。即使80多年后的今天，大多數(shù)密閉空間檢測(cè)中用到的檢測(cè)器仍然采用這種原理，當(dāng)然已融入了更多的現(xiàn)在技術(shù)成分6。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及傳感器技術(shù)的發(fā)展，氣體檢測(cè)技術(shù)從原來的單方面應(yīng)用一些化學(xué)反應(yīng)發(fā)展為多方面、多科學(xué)交叉應(yīng)用，在多方面獲得了發(fā)展。從檢測(cè)原理上分，目前運(yùn)用比較多的主要有六種7，下面逐一介紹。（1）利用電阻式氣敏元件測(cè)量氣體濃度。電阻式氣敏元件經(jīng)過一段時(shí)間的預(yù)熱后，其阻值與周圍氣體濃度有著確定的關(guān)系，因此，只需測(cè)出運(yùn)行狀態(tài)下氣敏元件的電阻值，便可推算出當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下待測(cè)氣體的濃度。這是氣體濃度測(cè)量中最常用的傳統(tǒng)方法，在實(shí)際運(yùn)用中，一般采用脈沖調(diào)制技術(shù)，即基于時(shí)間的

14、比較方法，它利用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)，將與被測(cè)氣體濃度有關(guān)的氣敏傳感器電阻的信息記錄下來，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行處理以達(dá)到測(cè)量目的。這是本設(shè)計(jì)的傳感器的測(cè)量氣體濃度的原理。利用氣敏元件測(cè)量氣體濃度原理簡(jiǎn)單，操作也比較方便，但存在以下不足8：由于在檢測(cè)儀中一般將氣敏元件與標(biāo)準(zhǔn)元件組成測(cè)量電橋電路，因此電橋電路的非線性會(huì)影響測(cè)量精度； 電橋供電電壓的大小對(duì)測(cè)量精度有很大影響； 檢測(cè)時(shí)還需考慮現(xiàn)場(chǎng)溫度、空氣擾動(dòng)等因素，需要串接上補(bǔ)償電路。所以這種方法主要用在測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合。當(dāng)前，利用新的傳感器技術(shù)測(cè)量氣體濃度倍受關(guān)注。所謂新的傳感器技術(shù)是指在測(cè)量中采用了除電阻元件外的其他新型的傳感

15、器，通過傳感將待測(cè)濃度信號(hào)量轉(zhuǎn)換為電路中的電信號(hào)，再通過a/d轉(zhuǎn)換電路等對(duì)電信號(hào)進(jìn)行分析處理，根據(jù)傳感器的特性參數(shù)和相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式推算出氣體濃度的當(dāng)前值，這種檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際中應(yīng)用廣泛，并常被穿插在其他檢測(cè)技術(shù)中9。近年來出現(xiàn)了一些新型固態(tài)氣敏傳感器，主要有：氧化物半導(dǎo)體傳感器、有機(jī)高聚物半導(dǎo)體傳感器、聲表面波傳感器和固態(tài)電解質(zhì)傳感器等。例如：利用固態(tài)電解質(zhì)構(gòu)成電化學(xué)電池來測(cè)量其電極電位的變化或由于電極反應(yīng)所產(chǎn)生的電流值，就可以達(dá)到測(cè)量氣體濃度的目的。（2）超聲波技術(shù)測(cè)量氣體濃度。超聲波在某種氣體中的傳播速度v與當(dāng)前氣體溫度t和氣體性質(zhì)有一定的關(guān)系10。超聲技術(shù)就是利用了這種關(guān)系，通過測(cè)量超聲波

16、在氣體中的傳播速度v以及當(dāng)前氣體溫度t，推算出該氣體的大概濃度。如果需要測(cè)出氣體濃度的具體值，可以通過實(shí)驗(yàn)推算出v，t與氣體濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由分析和實(shí)驗(yàn)可知?dú)怏w濃度s與聲速v，氣體溫度t間呈非線性二元函數(shù)關(guān)系，通過對(duì)不同濃度的某種特定氣體（如氨氣）做精確測(cè)量，并利用計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)采用最小二乘法作統(tǒng)計(jì)處理和進(jìn)行曲線擬合，便可以得到多項(xiàng)式回歸方程 （1.1）式（1.1）中，系數(shù)a0、a1和a2由計(jì)算機(jī)解出，它們均為溫度t的函數(shù)，如式（1.2） （1.2）當(dāng)對(duì)測(cè)量精度要求不是很嚴(yán)格時(shí)，式（1.1）可簡(jiǎn)化為線性方程，式（1.2）也可簡(jiǎn)化為t的二次方程。這對(duì)簡(jiǎn)化編程，提高運(yùn)算速度很有幫助。（3）氣相色

17、譜法測(cè)量氣體濃度。氣相色譜法是基于不同的氣體在通過色譜柱時(shí)速度不同的原理，主要適用于工廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)、設(shè)備檢修過程中動(dòng)力作業(yè)的安全檢測(cè)11。該方法對(duì)混合氣體進(jìn)行多次采樣，注入色譜儀直至色譜峰值全部出現(xiàn)后再進(jìn)行色譜分析，很多地方也稱其為光譜測(cè)量法。不同濃度的混合氣體的色譜存在明顯差異，根據(jù)當(dāng)前呈現(xiàn)的色譜便能分析出當(dāng)前氣體濃度的高低。在氣體濃度檢測(cè)中占有很重要的地位，但在測(cè)量中必須合理地選擇色譜柱及載氣流速等參數(shù)，只只有進(jìn)行多次重復(fù)試驗(yàn)后方能獲得理想的測(cè)量效果。（4）載體催化燃燒法檢測(cè)氣體濃度。這種檢測(cè)方法線性和穩(wěn)定性較好。以爆炸下限百分體積濃度為單位的濃度標(biāo)度方法能統(tǒng)一衡量各種可燃?xì)怏w濃度所呈

18、現(xiàn)的爆炸危險(xiǎn)度，而且量程符合工業(yè)要求，故常被用于爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所可燃性氣體的測(cè)爆12。該檢測(cè)方法以載體型氣敏元件作為濃度的傳感器，該元件由鉑絲上燒結(jié)一層陶瓷載體后，再涂覆催化活性物（ph、pd等）構(gòu)成。當(dāng)鉑絲中通工作電流使之達(dá)到臨界反應(yīng)溫度（320350）時(shí)，可燃?xì)饩驮谠砻娲呋紵K絲電阻增加，在完全燃燒且熱輻射可忽略時(shí)，電阻增量r與可燃?xì)怏w一般將催化元件（檢知元件）及與之配對(duì)的參比元件組成電橋，作為濃度信號(hào)采樣單元。由于催化元件的氣敏特性除了與可燃?xì)怏w濃度有關(guān)之外好受到工作電流、環(huán)境的溫度和濕度、氣壓的影響，所以在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)采用橋式單元或其他參比元件對(duì)其余與補(bǔ)償。（5）示蹤氣體濃度衰減法

19、測(cè)量氣體濃度。示蹤氣體檢測(cè)法是向被測(cè)空間中注入一定量的示蹤氣體，如co2等，通風(fēng)（包括自然通風(fēng)）后使示蹤氣體的濃度得到稀釋，通過測(cè)出示蹤氣體濃度的變化，間接地求出通風(fēng)量和空氣齡13。該方法基于示蹤氣體質(zhì)量守恒方程，常用于研究單一建筑物滲透通風(fēng)的特性。利用示蹤氣體測(cè)量建筑物滲透通風(fēng)特性在國(guó)外已有大約四十年的歷史，并且發(fā)展出了各種不同的測(cè)量方法。在此所應(yīng)用的示蹤氣體應(yīng)具有可測(cè)、穩(wěn)定（一般情況下不與空氣及其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)）、無毒的特性，并且在空氣中含量較少。針對(duì)不同的研究目的，示蹤氣體法可以應(yīng)用在不同的研究領(lǐng)域。（6）光干涉法測(cè)量氣體濃度。光干涉法是一種創(chuàng)新的檢測(cè)方法，它基于同一光源發(fā)出的光波會(huì)

20、被平面鏡分為兩束光，經(jīng)不同路線后又匯集成一束光，發(fā)生光干涉，產(chǎn)生干涉條紋的物理現(xiàn)象14。光干涉式氣體濃度測(cè)定器目前被廣泛應(yīng)用與煤礦井下空氣中的甲烷、瓦斯等濃度，以及其他環(huán)境下各種氣體濃度的測(cè)定；在實(shí)驗(yàn)室也往往采用這種測(cè)定儀器作為相對(duì)參考的儀器。用該方法測(cè)定氣體濃度時(shí)，必須考慮到氣體的溫度、壓力、含量、換算結(jié)果，以及光在該氣體中的折射率等問題。檢測(cè)環(huán)境的多樣化增加了氣體濃度檢測(cè)儀器開發(fā)的難度。氣體濃度檢測(cè)技術(shù)在應(yīng)用中還 需要考慮很多額外的因素，國(guó)內(nèi)外對(duì)其的研究雖多，有的甚至開發(fā)出了一定的成型裝置，但是各種方法都有一定的缺陷，在本文中，根據(jù)測(cè)量環(huán)境及技術(shù)要求，采用了半導(dǎo)體式氣敏元件法來檢測(cè)氣體濃度

21、。目前世界上可燃?xì)怏w報(bào)警器的產(chǎn)品規(guī)格有300到400種?？扇?xì)怏w檢測(cè)設(shè)備從儀器結(jié)構(gòu)上可檢測(cè)方法上可分為便攜式、袖珍式和固定式3類15。便攜式檢測(cè)儀器主要為泵吸式。泵吸式儀器一般帶有較長(zhǎng)的取樣管，可用于危險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)所（如管道、小水道、船艙、氣罐等）對(duì)未知濃度的有害易燃易爆氣體進(jìn)行檢測(cè)，適用于檢測(cè)人員定期進(jìn)行安全檢測(cè)和日常檢測(cè)；袖珍式儀器的檢測(cè)方法主要以擴(kuò)散法為主，適合于在危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境中安全人員隨身攜帶使用，由單一性和復(fù)合性兩種；固定式檢測(cè)儀器用于實(shí)施在線檢測(cè)，安裝與可能產(chǎn)生危險(xiǎn)事故的現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)報(bào)警，檢測(cè)方法通常以擴(kuò)散法為主。在許多野外或臨時(shí)的危險(xiǎn)場(chǎng)所采用單一的測(cè)試手段已不能滿足安全需要，往

22、往先進(jìn)行泵吸法測(cè)試，然后再用其他方法對(duì)作業(yè)環(huán)境實(shí)行檢測(cè)。目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了能將擴(kuò)散法與泵吸法融為一體的檢測(cè)儀器，采用一機(jī)分體多探頭結(jié)構(gòu)增加傳感器的失效判斷和實(shí)用功能，大大方便了用戶。 2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 2.1液化氣報(bào)警器的工作結(jié)構(gòu)和原理 液化氣報(bào)警器是能夠檢測(cè)環(huán)境中的液化氣濃度，并具有報(bào)警功能的儀器。該報(bào)警系統(tǒng)的最基本組成部分應(yīng)包括：信號(hào)采集及前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、聲光報(bào)警電路和安全保護(hù)電路等部分組成16。為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場(chǎng)所對(duì)可燃性易爆液化氣安全性要求，基于本次只是一次實(shí)驗(yàn)性測(cè)試，不用于商業(yè)或其他方面的用途，所以設(shè)計(jì)的液化氣報(bào)警器只具有報(bào)警狀態(tài)、。報(bào)警器采用延時(shí)

23、的工作方式，液化氣檢測(cè)報(bào)警器以at89s51單片機(jī)為控制核心，選用mq-n5半導(dǎo)體有機(jī)氣體傳感器采集液化氣濃度信息，配合外圍電路構(gòu)成液化氣報(bào)警系統(tǒng)。報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。有 機(jī) 氣 體 傳 感 器放大電路led狀態(tài)指示燈單片機(jī)a/d轉(zhuǎn)換蜂鳴器數(shù)碼管顯示圖2-1 液化氣報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖該系統(tǒng)的工作由氣體信號(hào)采集及放大電路將采集到的液化氣濃度信息轉(zhuǎn)化為放大的模擬電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路再將該模擬信號(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。當(dāng)輸入a/d轉(zhuǎn)換器的放大信號(hào)不為零時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警電路。反之則為正常工作狀態(tài)。設(shè)計(jì)中為了方便檢測(cè)，系統(tǒng)采

24、用蜂鳴器聲音報(bào)警或者還有l(wèi)ed閃爍狀態(tài)作為警報(bào)信號(hào)。這種報(bào)警方法是在聲音報(bào)警基礎(chǔ)上，加入光閃報(bào)警。因?yàn)樽兓墓庑盘?hào)可以引起用戶和家庭鄰居的注意，彌補(bǔ)了在嘈雜環(huán)境中聲音報(bào)警的局限，使得報(bào)警裝置更加完善。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，保證傳感器準(zhǔn)確地、穩(wěn)定地工作，報(bào)警器需要向液化氣傳感器持續(xù)輸出一個(gè)5v的電壓。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。2.2 傳感器的選擇2.2.1有機(jī)氣體傳感器的介紹有機(jī)氣體傳感器是模擬傳感器17。它能將空氣中的有機(jī)氣體或一氧化碳濃度變量轉(zhuǎn)換成有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系的輸出信號(hào)的裝置。有機(jī)氣體傳

25、感器就是通過監(jiān)測(cè)環(huán)境中有機(jī)氣體或一氧化碳的濃度來實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范的。當(dāng)有機(jī)探頭碰到有機(jī)氣體或一氧化碳，有機(jī)探頭內(nèi)部阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生一個(gè)模擬值，從而對(duì)其進(jìn)行控制。有機(jī)氣體傳感器利用有機(jī)氣體敏感元件的電阻受有機(jī)氣體（主要是可燃顆粒）濃度影響阻值變化的原理向單片機(jī)發(fā)送有機(jī)氣體濃度相應(yīng)的模擬信號(hào)。隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得有機(jī)氣體探測(cè)器的體積也逐漸變小，提高了有機(jī)氣體探測(cè)器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運(yùn)輸和市場(chǎng)推廣。目前，有機(jī)氣體傳感器廣泛應(yīng)用在城市安防、小區(qū)、工廠、公司、學(xué)校、家庭、別墅、倉(cāng)庫(kù)、資源、石油、化工、燃?xì)廨斉涞缺姸囝I(lǐng)域。在國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品中，無論哪家生產(chǎn)的

26、有機(jī)氣體探測(cè)器，都可以探測(cè)到火災(zāi)的發(fā)生，都具有比較高的靈敏度，而且在安裝中都比較簡(jiǎn)單。但是，由于各生產(chǎn)的設(shè)備不可通用，獨(dú)立為正，不但不可彼此互相代替，更不可以互相通訊。使得用戶面對(duì)眾多廠家生產(chǎn)的有機(jī)氣體探測(cè)器感到不知所措。而這也正是國(guó)內(nèi)產(chǎn)品市場(chǎng)的一個(gè)重大缺陷。 （1）有機(jī)氣體傳感器的分類18從構(gòu)成氣體傳感器材料的形態(tài)上通常將它們分為干式和濕式氣體傳感器。由于對(duì)不同氣體的檢測(cè)方法不盡相同，目前主要的方法有：利用半導(dǎo)體氣體器件檢測(cè)的電氣法；使用電極和電解液對(duì)氣體進(jìn)行檢測(cè)的電化學(xué)法；利用氣體對(duì)光的折射率或光吸收等特性來檢測(cè)氣體的光學(xué)法。 （2）有機(jī)氣體傳感器應(yīng)滿足的基本條件 一個(gè)有機(jī)氣體傳感器可以是

27、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)完整的有機(jī)氣體傳感器都必須具備以下條件： 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)； 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；對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好；長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性好； 使用壽命長(zhǎng)； 制造成本低，使用與維護(hù)方便。 （3）常見的有機(jī)氣體探測(cè)器種類及工作原理 為了確保家庭環(huán)境的安全，需要對(duì)各種可燃性氣體、有毒性氣體一氧化碳進(jìn)行檢測(cè)。但是，由于有機(jī)氣體的種類繁多，一種類型的有機(jī)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

28、氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器主要檢測(cè)各種還原性氣體，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。因此目前使用的氣體傳感器有很多種，各自的檢測(cè)原理也各不相同，下面就對(duì)一些常用的液化氣傳感器進(jìn)行介紹19。（1）半導(dǎo)體氣體傳感器（半導(dǎo)體氣敏傳感器）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。半導(dǎo)體氣體傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化而制成的。按照敏感機(jī)理分類，半導(dǎo)體氣體傳感器可分為電阻式和非電阻式。當(dāng)半導(dǎo)體接觸到氣體時(shí)，半導(dǎo)體的電阻

29、值將發(fā)生變化，利用傳感器輸出端阻值的變化來測(cè)定或控制氣體的有關(guān)參數(shù)，這種類型的傳感器稱為電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器；當(dāng)mos場(chǎng)效應(yīng)管在接觸到氣體時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管的電壓將隨周圍氣體狀態(tài)的不同而發(fā)生變化，利用這種原理制成的傳感器被稱為非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器。 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、體積小、維修方便、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。但是其最大的缺點(diǎn)就是選擇性較差。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）接觸燃燒式傳感器 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。接觸燃燒式

30、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)對(duì)鉑絲通以電流，保持300400的高溫，此時(shí)若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會(huì)在稀有金屬催化層上燃燒，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，就知道可燃性氣體的濃度。使用接觸燃燒式傳感器，其最大的缺點(diǎn)是探頭很容易發(fā)生阻緩和中毒現(xiàn)象。一般在連續(xù)使用兩個(gè)月后應(yīng)對(duì)該傳感器進(jìn)行維護(hù)。這無形中加大了工作人員的工作量，同時(shí)增加了報(bào)警器的維護(hù)成本。（3）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。電化學(xué)氣敏傳感器一般利用液體（或固體、有機(jī)凝膠等）電解質(zhì)，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還原產(chǎn)

31、生的電流，也可以是離子作用于離子電極產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。即液化氣濃度信號(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。 （4）高分子氣體傳感器 利用高分子氣敏元件制作的氣體傳感器近年來得到很大的發(fā)展。高分子氣敏元件在遇到特定氣體時(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。高分子氣敏元件由于具有易操作性、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，在毒性液化氣和食品鮮度等方面的檢測(cè)中具有重要作

32、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）紅外吸收型傳感器 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，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。 由于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

33、氣體和一些易燃?xì)?。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)氣體的影響。 （6）離子感煙傳感器離子感煙傳感器對(duì)于火災(zāi)初起和陰燃階段的氣體氣溶膠檢測(cè)非常有效，可測(cè)氣體粒徑范圍為0.03um-10um。它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅241。由于它能使兩極板間空氣分子電離為正、負(fù)離子，使電極之間原來不導(dǎo)電的空氣具有導(dǎo)電性。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，氣體粒子進(jìn)入電離室后，電力部分（區(qū)域）的正離子和負(fù)離子被吸附到氣體粒子上，使正、負(fù)離子相互中和的概率

34、增加，從而將氣體粒子濃度大小以電流變化量大小表示出來，實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)參數(shù)的檢測(cè)。 （7）光電式感煙傳感器 光電式感煙傳感器由光源、光敏元件和電子開關(guān)組成。平常光源發(fā)出的光，通過透鏡射到光敏元件上，電路維持正常，如果有液化氣從中阻隔，到達(dá)光敏元件上的光就顯著減弱，于是光敏元件就把光強(qiáng)的變化變成電的變化，利用光散射原理對(duì)火災(zāi)初期產(chǎn)生的液化氣進(jìn)行探測(cè)，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。按照光源不同，可分為一般光電式、激光光電式、紫外光光電式和紅外光光電式等4種。光電式感煙探測(cè)器發(fā)展很快，種類不斷增多，就其功能而言，它能實(shí)現(xiàn)早期火災(zāi)報(bào)警，除應(yīng)用于大型建筑物內(nèi)部外，還特別適用于電氣火災(zāi)危險(xiǎn)性較大的場(chǎng)所，如計(jì)算機(jī)房、儀器儀

35、表室和電纜溝、隧道等處。根據(jù)報(bào)警器檢測(cè)氣體種類的不同要求，很多場(chǎng)合都會(huì)選擇使用半導(dǎo)體氣體傳感器。經(jīng)過對(duì)比眾多氣體傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體氣體傳感器的優(yōu)點(diǎn)更加突出。半導(dǎo)體氣體傳感器具有靈敏度高、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)，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低，因而得到廣泛應(yīng)用。因此，本設(shè)計(jì)中的氣體傳感器選用mq-n5半導(dǎo)體氣體傳感器。2.2.2 mq-n5半導(dǎo)體氣體傳感器本設(shè)計(jì)采用mq-n5半導(dǎo)體氣體傳感器，mq-n5半導(dǎo)體氣體傳感器是以清潔空氣中電導(dǎo)率較低的金屬氧化物二氧化錫(sno2)為主體的n型半導(dǎo)體氣敏元件。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)

36、率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。在設(shè)計(jì)報(bào)警器時(shí)只有使用簡(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)20。該傳感器具備一般半導(dǎo)體氣體傳感器靈敏度高、電導(dǎo)率變化大、響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間短、抗干擾能力強(qiáng)、輸出信號(hào)大、壽命長(zhǎng)和工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在市面上應(yīng)用十分廣泛。 二氧化錫(sno2)半導(dǎo)體氣敏元件特點(diǎn)：（1）sno2材料的物理、化學(xué)穩(wěn)定性較好，與其他類型氣敏元件相比，sno2氣敏元件壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好、耐腐蝕性強(qiáng)。（2）sno2氣敏元件對(duì)氣體檢測(cè)是可逆的，而且吸附、脫離時(shí)間短，可連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間使用。（3）sno2氣敏元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠行較高，機(jī)械性能良好。mq-n5氣敏元件的結(jié)構(gòu)和

37、外形由微型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只針狀管腳，其中4個(gè)用于信號(hào)取出，2個(gè)用于提供加熱電流21。 mq-n5半導(dǎo)體氣體傳感器適用于天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣、液化氣等的檢測(cè)，對(duì)可燃性氣體的（ch4、c4h10、h2等）的檢測(cè)很理想。這種傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)可燃?xì)怏w有良好的靈敏度，能夠檢測(cè)多種可燃性氣體，十分適合應(yīng)用在家庭的氣體泄漏報(bào)警器中。是一款便攜式氣體檢測(cè)器，非常適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。其技術(shù)指標(biāo)表2-1所示。表2-1 mq-n

38、5的技術(shù)指標(biāo)加熱電壓（vh） ac或dc 50.2v 回路電壓（vc）負(fù)載電陰（rl）清潔空氣中電阻 （ra） 靈敏度（s=ra/rdg）響應(yīng)時(shí)間(trec)恢復(fù)時(shí)間(trec)元件功耗檢測(cè)范圍使用壽命最大dc 24v2k2000 k4(在1000ppmc4h10中)10s30s0.7w5010000ppm2年 由于物理量和測(cè)量范圍的不同，傳感器的工作機(jī)理和結(jié)構(gòu)就不同。通常氣體傳感器輸出的電信號(hào)是模擬信號(hào)（已有許多新型傳感器采用數(shù)字量輸出）。當(dāng)信號(hào)的數(shù)值符合a/d轉(zhuǎn)換器的輸入等級(jí)時(shí)，可以不用放大器放大；當(dāng)信號(hào)的數(shù)值不符合a/d轉(zhuǎn)換器的輸入等級(jí)時(shí)，就需要放大器放大。所以mq-n5半導(dǎo)體氣體液化氣

39、傳感器要想把采集到的氣體濃度模擬信號(hào)傳送給單片機(jī)控制器就必須經(jīng)過放大器進(jìn)行放大處理，之后才能將模擬信號(hào)經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可以識(shí)別的電信號(hào)給單片機(jī)。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，氣敏元件開機(jī)通電時(shí)，其內(nèi)阻很小，但經(jīng)過一段時(shí)間后，才能恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，mq-n5氣體傳感器需開機(jī)預(yù)熱幾分鐘，才可投入使用，以免造成誤報(bào)。2.3單片機(jī)的選型單片機(jī)是氣體自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的心臟，用來接收火災(zāi)信號(hào)并啟動(dòng)報(bào)警裝置顯示和執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)和消防動(dòng)作。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制功能中，需要單片機(jī)有較快的運(yùn)算速度，使檢測(cè)人員和用戶在報(bào)警器系統(tǒng)正常工作時(shí)能夠及時(shí)地觀測(cè)到實(shí)時(shí)的氣體濃度等級(jí)，并進(jìn)行相應(yīng)處理。同時(shí)，在能夠滿足報(bào)警器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

40、的計(jì)算速度及接口功能要求的同類型單片機(jī)中，要考慮選擇價(jià)格低廉且體積輕巧的機(jī)型，在保證了報(bào)警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積22。單片機(jī)作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。由于其微小的體積和極低的成本，開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開發(fā)工具和編程語言也大大簡(jiǎn)化，因此被廣泛應(yīng)用于家用電器、機(jī)器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元、辦公自動(dòng)化設(shè)備以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。由于mcs系列單片機(jī)集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強(qiáng)，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，這給我們利用單片機(jī)提供了極大的便利。由于單片機(jī)技術(shù)在各個(gè)

41、領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機(jī)，本設(shè)計(jì)考慮了其中兩種方案23。方案一：采用pic系列單片機(jī)pic(peripheral interface controller)是外設(shè)接口控制器的簡(jiǎn)稱，它是由美國(guó)microchip公司開發(fā)的嵌入式控制器(embedded controller)。嵌入式控制器國(guó)內(nèi)習(xí)慣稱為單片機(jī)。pic是一種采用精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)risc(reduced instruction set computer)結(jié)構(gòu)、哈佛總線結(jié)構(gòu)、2級(jí)流水線取指令方式，具有實(shí)用、低價(jià)、指令集小、簡(jiǎn)單易學(xué)、低功耗、高速度、體積小、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，體現(xiàn)了單片機(jī)發(fā)

42、展的一種新趨勢(shì)。 pic系列單片機(jī)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)精煉。在所有的單片機(jī)品種中，它是最容易學(xué)習(xí)、最容易應(yīng)用的單片機(jī)品種之一。pic單片機(jī)的特點(diǎn)：（1）哈佛總線結(jié)構(gòu)。pic系列單片機(jī)不僅采用哈佛體系結(jié)構(gòu)，而且還采用哈佛總線結(jié)構(gòu)。在pic系列單片機(jī)中采用的這種哈佛總線結(jié)構(gòu)（與其相對(duì)的是馮.諾依曼結(jié)構(gòu)），就是在芯片內(nèi)部將數(shù)據(jù)總線和指令總線分離，并且采用不同的寬度。便于實(shí)現(xiàn)指令提取的“流水作業(yè)”，也就是在執(zhí)行一條指令的同時(shí)對(duì)下一條指令進(jìn)行取指令操作，便于實(shí)現(xiàn)全部指令的單字節(jié)化、單周期化，從而有利于提高cpu執(zhí)行指令的速度。（2）精簡(jiǎn)指令集(risc)技術(shù)。精簡(jiǎn)指令集是采用rics結(jié)構(gòu)的單

43、片機(jī)，數(shù)據(jù)線和指令線分離。即所謂的哈佛結(jié)構(gòu)。這種單片機(jī)指令多為單字節(jié)，程序存儲(chǔ)器的空間利用率大大提高，有利于實(shí)現(xiàn)超小型化。（3）尋址方式簡(jiǎn)單。pic系列單片機(jī)只有4種尋址方式（寄存器間接尋址、立即數(shù)尋址、直接尋址和位尋址），容易掌握。（4）功耗低。pic系列單片機(jī)的功率消耗極低，是目前世界上功耗最低的單片機(jī)品種之一。其中有些型號(hào)，在4mhz時(shí)鐘頻率下工作時(shí)電流不超過2ma，在睡眠模式下的電流可以低到1a以下。（5）驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。（6）i2c和spi串行總線端口。（7）外接電路簡(jiǎn)潔。（8）開發(fā)方便。（9）程序存儲(chǔ)器版本齊全。（10）品種豐富。（11）程序保密性強(qiáng)。 pic系列單片機(jī)與mcs51系列

44、的區(qū)別如下24：mcs51是許多人熟悉的單片機(jī)之一。pic系列單片機(jī)與mcs51系列單片機(jī)的組成及結(jié)構(gòu)存在一定區(qū)別。其主要區(qū)別在于總線結(jié)構(gòu)、流水線結(jié)構(gòu)、寄存器組及基本特性方面。（1）總線結(jié)構(gòu)。mcs51的總線結(jié)構(gòu)是馮.諾依曼型，該系列單片機(jī)在同一個(gè)存儲(chǔ)空間取指令和數(shù)據(jù)，兩者不能同時(shí)進(jìn)行；而pic的總線結(jié)構(gòu)是哈佛結(jié)構(gòu)，指令和數(shù)據(jù)空間是完全分開的，一個(gè)用于指令，一個(gè)用于數(shù)據(jù)，由于可以對(duì)程序和數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行訪問，所以提高了數(shù)據(jù)吞吐率。正因?yàn)樵趐ic系列單片機(jī)中采用了哈佛總線結(jié)構(gòu)，所以與常見的微控制器不同的一點(diǎn)是，程序和數(shù)據(jù)總線可以采用不同的寬度。數(shù)據(jù)總線都是8位的，但指令總線位數(shù)依基本型（pic12c

45、xx/16c5x）、中級(jí)型（pic16c6x/16c7x/16f87x）、高級(jí)型（pic17cxx/18cxx）分別為12、14、16位。（2）流水線結(jié)構(gòu)。mcs51的取指令和執(zhí)行采用單指令流水線結(jié)構(gòu)，即取一條指令，執(zhí)行完成后再取下一條指令；而pic的取指令和執(zhí)行采用雙指令流水線結(jié)構(gòu)，當(dāng)一條指令被執(zhí)行時(shí)，允許下一條指令同時(shí)被取出，這樣就實(shí)現(xiàn)了單周期指令。（3）寄存器組。pic的所有寄存器，包括i/o口、定時(shí)器及程序計(jì)數(shù)器等都采用ram結(jié)構(gòu)形式，而且都需要一個(gè)指令周期就可以完成訪問和操作；而mcs51需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的周期才能改變寄存器的內(nèi)容。（4）基本特性。pic具有高性能精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)c

46、pu，只需學(xué)會(huì)35條單字指令；而mcs51需要111條指令。pic多達(dá)8k14字節(jié)可重復(fù)多次寫入的閃速flash程序存儲(chǔ)器、多達(dá)3688字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram）、多達(dá)2568字節(jié)e2prom數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；而mcs51有4千字節(jié)eprom，128字節(jié)ram。pic終端源多達(dá)14個(gè)；而mcs51有中斷源5個(gè)。pic有3個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器timer0：帶有8位預(yù)分頻器的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。定時(shí)器timer1：帶有預(yù)分頻器的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，在休眠期間外部晶振/時(shí)鐘可以工作。定時(shí)器timer2：帶有8位周期寄存器、預(yù)分頻器和后分頻器的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；而mcs51有2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（time

47、r/counter）。pic有兩個(gè)捕獲（capture）、比較（compare）、脈沖寬度調(diào)制pwm模式、10位多通道a/d轉(zhuǎn)換器、帶有spitm（主模式）和i2ctm（主/從）的同步串行端口ssp（synchronous serial port）、帶有9位地址檢測(cè)的通用同步異步接收發(fā)送器usart（usart/sci）、8位寬并行從屬端口（parallel slave port，psp）、有節(jié)電鎖定復(fù)位（brown-out reset，bor）的節(jié)電檢測(cè)電路等；而mcs51沒有。microchip可提供的pic單片機(jī)系列，按其指令的位數(shù)可分為3類：初級(jí)產(chǎn)品、中級(jí)產(chǎn)品和高級(jí)產(chǎn)品，每種產(chǎn)品包含多

48、種型號(hào)。初級(jí)產(chǎn)品8位指令系列（pic16c5xx/pic12c5xx）其中pic16c5x是最早發(fā)展的系列。適用于各種對(duì)成本要求嚴(yán)格的嵌入式控制。而pic12c5xx是第一個(gè)8腳低價(jià)單片機(jī)，其小巧，應(yīng)用前景廣闊。中級(jí)產(chǎn)品12位指令字系列（pic12c6xx/pic16c/fxxx），它是品種最豐富的系列。它在pic16c5x的基礎(chǔ)上進(jìn)行了很多改進(jìn)，并保持很高的兼容性。從8腳到68腳各種形式的封裝，pic12c6xx/16cxxx可應(yīng)用于各種高、中、低檔電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。它的特點(diǎn)是保持低價(jià)格的前提下具有很高的性能，如帶a/d、內(nèi)部eeprom數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、雙時(shí)鐘工作、比較輸出、捕捉輸入、pwm輸出、

49、i2c和spi接口、異步串行通信（usart）、模擬電壓比較器及l(fā)cd驅(qū)動(dòng)等，已被廣泛引用在各種電子產(chǎn)品中，且表現(xiàn)極佳。高級(jí)產(chǎn)品16位指令字系列（pic17cxxx和pic18cxxx/fxxx）是8位單片機(jī)中運(yùn)行速度最快的，它具備一個(gè)指令周期內(nèi)（最短160ns）完成8位二進(jìn)制乘法運(yùn)算的能力，可以在一些需要高速數(shù)字運(yùn)算的應(yīng)用場(chǎng)合中取代dsp（數(shù)字信號(hào)處理器）。再加上pic17cxxx還具有豐富的i/o控制功能，并可以外接擴(kuò)展eprom和ram，使它成為目前8位單片機(jī)中性能最高的機(jī)種之一，被廣泛應(yīng)用于高、中檔電子設(shè)備中。 pic系列單片機(jī)所有型號(hào)都有商用級(jí)（070）、工業(yè)級(jí)（-4085）和汽車工

50、業(yè)級(jí)（-40125）芯片，可以適應(yīng)各種環(huán)境溫度。 pic處理器具有不同于一般微處理器的許多特性，它給出最大系統(tǒng)可靠性，通過減少外部元件使成本最少。另外，還提供節(jié)電工作模式及提供編碼保護(hù)等。 cpu的特殊性能包括：（1）振蕩器osc可選擇。（2）復(fù)位reset功能豐富有上電復(fù)位（por）、電源上升定時(shí)器（pwrt）振蕩器開啟定時(shí)器（ost）節(jié)電復(fù)位（bor）。（3）中斷源多。（4）具有看門狗定時(shí)器（wdt）。（5）具有睡眠（sleep）功能。（6）具有編碼保護(hù)功能。（7）具有標(biāo)識(shí)id碼存儲(chǔ)單元。（8）能在線串行編程。（9）能低電壓編程。（10）能在線調(diào)試。pic器件有一個(gè)看門狗定時(shí)器，它可以單獨(dú)

51、通過組態(tài)位關(guān)閉。為增加可靠性，它可以打開自己的rc振蕩器。它還有兩個(gè)定時(shí)器在電壓的上升沿時(shí)刻提供必要的延時(shí)，一個(gè)是振蕩器啟動(dòng)定時(shí)器ost，它將保持振蕩器在復(fù)位狀態(tài)直到晶體振蕩器穩(wěn)定。另一個(gè)是電源上升定時(shí)器pwrt，僅在電源上升中提供一個(gè)72ms的固定延遲。在復(fù)位中的這些設(shè)計(jì)使電源更加穩(wěn)定。由于芯片中存在這兩個(gè)定時(shí)器，在很多的應(yīng)用中不需要外部復(fù)位電路。睡眠（sleep）模式提供一個(gè)小電流降壓模式設(shè)計(jì)。通過外部復(fù)位，用戶可以把cpu從睡眠中喚醒，也可以通過看門狗定時(shí)器或通過中斷喚醒。為配合這些應(yīng)用，幾種振蕩器可供選擇。選擇rc振蕩器節(jié)約系統(tǒng)成本，選擇lp晶體節(jié)電。組態(tài)位設(shè)置用來決定各種選擇。pic

52、16f87x可以在4種不同的振蕩器模式中選擇，用戶可編程兩個(gè)組態(tài)位(fosc1和fosc0)選擇這4種模式之一：（1）lp：低電源晶體；（2）xt：晶體/諧振器；（3）hs 高速晶體/諧振器；（4）rc：電阻器/電容器。方案二：采用51系列單片機(jī)在單片機(jī)家族的眾多成員中，mcs系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價(jià)格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測(cè)控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場(chǎng)，成為國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。其中，51系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)錢便宜,i/o口多,程序空間大。因此，測(cè)控系統(tǒng)中，使用51系列單片機(jī)是最理想的選擇，因此設(shè)計(jì)采用at89c51。 （1）at89c51功能特性概述25目

53、前市面上使用的比較普遍的51系列單片機(jī)是at89c51。at89c51是美國(guó)atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（perom）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，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（cpu）和flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大at89c51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。其主要性能參數(shù)如下： 與mcs-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4k字節(jié)可重擦寫flash閃速存儲(chǔ)器 1000次擦寫周期 全靜態(tài)操作

54、：0hz24mhz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 1288字節(jié)內(nèi)部ram 32個(gè)可編程io口線 2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器 6個(gè)中斷源可編程串行uart通道 at89c51單片機(jī)的引腳排列圖如圖2-2所示。圖2-2 at89c51的引腳排列圖at89c51單片機(jī)提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部ram，32 個(gè)io 口線，兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，at89c51可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu的工作，但允許ram，定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方

55、式保存ram中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 at89c51單片機(jī)內(nèi)部由許多元器件構(gòu)成，通過上面的介紹我們可以知道，時(shí)鐘源和震蕩與定時(shí)電路是不可少的，而且這兩個(gè)組合相互關(guān)系，再接著就是主要的核心部分cpu，cpu通過處理兩個(gè)中斷信號(hào)來工作，這兩個(gè)信號(hào)分別是外部中斷信號(hào)和內(nèi)部中斷信號(hào)，cpu通過系統(tǒng)總線與內(nèi)存和端口進(jìn)行交流，我們這里有128bsfr，128bram和4kbrom，還有兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，他們都通過系統(tǒng)總線與cpu交流數(shù)據(jù)，總線控制控制相應(yīng)的控制信號(hào)，再加上不可缺少的并行端口和串行端口。這就是整個(gè)at89c51單片機(jī)的基本組成部分。at89c51的基本組成部分圖如圖2-3所示。時(shí)鐘源t0 t1兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器4kbrom128bram128bsfr震蕩與定時(shí)電路系 統(tǒng) 總 線cpu外部中斷信號(hào)內(nèi)部中斷信號(hào)串行端口并行端口總線控制txdp0 p1 p2 p3控制信號(hào)圖2-3 at89c51單片機(jī)的基本組成圖 （2）at89c51的內(nèi)存空間26 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（flash）4k 字節(jié)。 外部程序存儲(chǔ)器（rom）64k 字節(jié)。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram）256 字節(jié)。 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram）64k 字節(jié)。 里面還包括程序存儲(chǔ)器的6個(gè)特殊