單片機(jī)多路巡回檢測(cè)與控制報(bào)警裝置的研制

1、桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙第2頁(yè)共50頁(yè)1緒論1.1倉(cāng)庫(kù)煙霧警報(bào)器的設(shè)計(jì)背景隨著社會(huì)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)區(qū)域不斷的擴(kuò)展，大型倉(cāng)儲(chǔ)、物流、加工型企業(yè)和物流工業(yè) 區(qū)越來(lái)越多。所以，我們應(yīng)該把在這些區(qū)域的消防工作放在首要的位置。倉(cāng)庫(kù)指儲(chǔ)藏和放置物資的場(chǎng)所和建筑物，是物資高度集中的地方，火災(zāi)一旦發(fā)生， 經(jīng)濟(jì)損失將會(huì)十分嚴(yán)重。近年來(lái)，在我國(guó)發(fā)生的特大火災(zāi)事故中，倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)占有相當(dāng)比 例。如上海紫興藥業(yè)有限公司的倉(cāng)庫(kù)發(fā)生火災(zāi)，造成2人死亡和7人受傷。隨州市曾都區(qū)的供銷社資產(chǎn)管理中心所屬倉(cāng)庫(kù)發(fā)生火災(zāi)，燒毀100多臺(tái)電視機(jī)、大量的木制家俱還有固體酒精等，造成的損失不低于100萬(wàn)元。倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)的損失如此嚴(yán)重，

2、主要是由于其 物資高度集中的特點(diǎn)所造成。本文設(shè)計(jì)了一套適用于倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)的自動(dòng)報(bào)警裝置 ，對(duì)于火災(zāi)的及早發(fā)現(xiàn)和對(duì)火災(zāi)進(jìn) 行早期的撲滅，減小火災(zāi)造成的損失有重要的意義。煙霧檢測(cè)報(bào)警裝置是一種能夠檢測(cè) 環(huán)境中的煙霧濃度并且具有報(bào)警功能的儀器。該報(bào)警裝置可用于石油化學(xué)工業(yè)、可能有 氣體泄漏的生產(chǎn)工廠及家庭防火防爆。煙霧報(bào)警器歸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)，歸類于物理化學(xué)計(jì)量器具。建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GBJ16-87）第1032條明確規(guī)定：“散發(fā)可燃煙霧、可燃蒸汽的甲類廠房和場(chǎng)所，應(yīng)設(shè) 置煙霧濃度檢測(cè)報(bào)警裝置”。2003年12月，國(guó)家執(zhí)行了新的煙霧探測(cè)器標(biāo)準(zhǔn)（GB15322-2

3、003）可燃煙霧探測(cè)器，2004年10月國(guó)家頒布可燃煙霧檢測(cè)報(bào)警器規(guī)程 JJG693-2004，研究新型、性能穩(wěn)定、能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)可燃性氣體，并合乎國(guó)家相關(guān)規(guī)定的 報(bào)警器具有極其重要得意義。1.2倉(cāng)庫(kù)煙霧警報(bào)器的設(shè)計(jì)目的火災(zāi)警報(bào)系統(tǒng)可以在火災(zāi)早期將火情及時(shí)的通知管理人員，使火災(zāi)能夠在早期就被抑制，延長(zhǎng)貨物的疏散的時(shí)間。設(shè)計(jì)一種能夠在火災(zāi)初期發(fā)生時(shí)或者有可燃?xì)怏w堆積引 起的火災(zāi)隱患時(shí)就能發(fā)出報(bào)警的報(bào)警器，使人們能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，并及時(shí)采取有效措 施，撲滅初期火災(zāi)，最大限度的減少或消除因火災(zāi)造成的生命危害和財(cái)產(chǎn)的損失，是人 們同火災(zāi)做斗爭(zhēng)的有力工具?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)一般是由觸發(fā)器件、火災(zāi)報(bào)警裝置及其

4、他聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)部分等組成。由于物資倉(cāng)庫(kù)面積很大，存放的物品密集而且易燃，物資 倉(cāng)庫(kù)的火災(zāi)危險(xiǎn)性一般具有以下特征：（1）火勢(shì)蔓延快，煙氣擴(kuò)散快；（2）火災(zāi)形成后 撲救難度大；（3）火險(xiǎn)的隱患多，災(zāi)后損失嚴(yán)重。根據(jù)物資倉(cāng)庫(kù)的建筑結(jié)構(gòu)和火災(zāi)危險(xiǎn) 性，觸發(fā)器件選用了普敏式煙霧警報(bào)器，使其可以及早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)還能減小火災(zāi)的誤報(bào)率。 同時(shí)采取火災(zāi)報(bào)警控制器和集中火災(zāi)控制報(bào)警器的分布式結(jié)構(gòu)，以提高火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的工作效率，使其能及時(shí)滅火，減小火災(zāi)造成的損失。1.3設(shè)計(jì)的主要任務(wù)我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了很多比如單片機(jī)控制電路、傳感器電路、A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)放大電路等相關(guān)的知識(shí)，具備了設(shè)計(jì)對(duì)信號(hào)采集、放大、轉(zhuǎn)換、

5、處理、控制以及顯示 電路的能力。通過(guò)對(duì)傳感器電路，微控制器電路，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路，顯示電路和警報(bào)電路的整合， 可以設(shè)計(jì)出一個(gè)具有良好性能且穩(wěn)定性高的電路，以實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧濃度的檢測(cè)以及對(duì)數(shù)據(jù)的顯示和存儲(chǔ)功能。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，通過(guò)煙霧傳感器對(duì)煙霧進(jìn)行檢測(cè)其濃度并 進(jìn)行警報(bào)和實(shí)時(shí)顯示，以達(dá)到對(duì)煙霧的監(jiān)測(cè)警報(bào)的目的。主要研究的內(nèi)容有：以單片機(jī)為主控制器，設(shè)計(jì)、制作一套控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車 的電氣控制，要求：1 輸入電源：交流220V;2可巡回檢測(cè)儲(chǔ)藏庫(kù)的四個(gè)不同位置的煙霧及煤氣濃度；3 可實(shí)時(shí)顯示各處煙霧及煤氣濃度；4 檢測(cè)精度吃 FS;5可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存及調(diào)用歷史數(shù)據(jù)；6當(dāng)煙霧及煤氣濃度超過(guò)一定值時(shí)

6、報(bào)警；2系統(tǒng)原理的概述煙霧警報(bào)器可以檢測(cè)環(huán)境中的煙霧， 能夠?qū)崟r(shí)的顯示濃度并且能夠在濃度達(dá)到一定 程度的時(shí)候發(fā)出警報(bào)，其組成部分包括：煙霧信號(hào)采集電路，單片機(jī)控制電路，顯示電 路，警報(bào)電路，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路。煙霧信號(hào)采集電路是由煙霧傳感器和模擬放大電路組成的，煙霧信號(hào)會(huì)被轉(zhuǎn)化成模擬電信號(hào)。模擬信號(hào)將通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后傳入 單片機(jī)內(nèi)。數(shù)字信號(hào)通過(guò)單片機(jī)的濾波處理，并分析處理后的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)將在顯示電路 的顯示屏上實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)，如果其大于預(yù)設(shè)值（就是警報(bào)值），則會(huì)出發(fā)警報(bào)電路發(fā)出警報(bào)，反之就是正常狀態(tài)。實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)也將會(huì)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路中存儲(chǔ)。煙霧警報(bào)器的兩大核心是是單片機(jī)

7、和煙霧傳感器，選擇好的傳感器，對(duì)警報(bào)器的穩(wěn) 定性和精確度非常重要。2.1硬件的原理和結(jié)構(gòu)本文中的煙霧警報(bào)器是以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心，采用MQ-2型普敏式半導(dǎo) 體傳感器采集煙霧信息。首先，傳感器 采集來(lái)的煙霧濃度電 壓信號(hào)很小，經(jīng)過(guò)電 壓信號(hào)放大后送入 STC12C5A60S2單片機(jī)中；然后，信號(hào)在單片機(jī)內(nèi)經(jīng)過(guò) A/D轉(zhuǎn)換、濃度比較后，對(duì)數(shù)據(jù) 進(jìn)行線性化的處理，把已經(jīng)數(shù)字化的信號(hào)轉(zhuǎn)化為相對(duì)應(yīng)十進(jìn)制的濃度值；最后，把實(shí)際 測(cè)得的氣體濃度信息通過(guò)液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，并同時(shí)判斷這個(gè)濃度值是否超過(guò)警 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙第8頁(yè)共50頁(yè)報(bào)限，當(dāng)超過(guò)是，警報(bào)器被觸發(fā)響

8、起。另外因?yàn)闊熿F傳感器工作的時(shí)候需要預(yù)熱，溫度 也高，反應(yīng)也快，響應(yīng)和回復(fù)時(shí)間也越迅速。為了使警報(bào)器反應(yīng)迅速，需要向其持續(xù)的 提供一個(gè)5v的電壓。為了適應(yīng)工廠、倉(cāng)庫(kù)場(chǎng)所對(duì)可燃性易爆性煙霧氣體的安全要求，我們?cè)O(shè)計(jì)的煙霧報(bào) 警器不僅要工作范圍寬廣，而且應(yīng)具有實(shí)時(shí)顯示煙霧濃度、故障自檢、延時(shí)報(bào)警功能及 數(shù)據(jù)保存調(diào)用和實(shí)時(shí)控制等功能。使其在傳統(tǒng)的煙霧報(bào)警儀的基礎(chǔ)上，具有更高的準(zhǔn)確 性，低成本，體積小。本系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，與外圍電路共同完成信號(hào)采集、濃度顯示、時(shí)間顯示、 狀態(tài)顯示、聲音報(bào)警、按鍵輸入等功能。報(bào)警器采用自動(dòng)巡檢的工作方式，進(jìn)行報(bào)警值 設(shè)定。系統(tǒng)采用了具有高性能的STC12C5A60S2

9、單片機(jī)，因?yàn)槠涔ぷ鞣€(wěn)定、測(cè)量精度高、 通用性強(qiáng)、功耗低，可以保證報(bào)警器的可靠性及精確性，而且體積小，成本低，有利于 減少報(bào)警器的體積，節(jié)約報(bào)警器的成本。報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示：圖2-1可燃煙霧報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖串口通信蜂鳴器液晶濃度顯示LED狀態(tài)指示燈煙霧傳感器2.2煙霧警報(bào)器的類型 2.2.1煙霧傳感器介紹(1) 煙霧傳感器的分類從檢測(cè)原理上，煙霧傳感器有很多種，主要可以分為三大類： 利用物理化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如接觸燃燒煙霧傳感器、半導(dǎo)體煙霧傳感器等。 利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如光干涉煙霧傳感器、熱導(dǎo)煙霧傳感器、紅外傳感 器等。 利用電化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如電勢(shì)型氣體傳感器

10、、電流型煙霧傳感器等。(2) 煙霧傳感器需要滿足的基本條件：一個(gè)煙霧傳感器可能是單功能的，也可能是多功能的；可以是單一的實(shí)體，也可以 是由多個(gè)具有不同功能傳感器組成的傳感器陣列。不過(guò)，一個(gè)完整的煙霧傳感器都應(yīng)該具備以下條件： 可以選擇性地檢測(cè)某種單一煙霧，而對(duì)伴隨的其它煙霧不響應(yīng)或低響應(yīng)； 對(duì)被測(cè)煙霧氣體具有較高的靈敏性，能有效地檢測(cè)范圍內(nèi)的煙霧濃度； 能快速響應(yīng)檢測(cè)信號(hào)，而且具有較好的重復(fù)性； 能夠穩(wěn)定的長(zhǎng)期的工作； 使用壽命長(zhǎng)； 制做成本低，能夠使用與維護(hù)。（3）常見煙霧傳感器簡(jiǎn)介下面對(duì)工業(yè)上常用的幾種煙霧傳感器作簡(jiǎn)單介紹。 半導(dǎo)體煙霧傳感器半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳

11、感器以及用氧化物半導(dǎo)體 陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器。從1962年半導(dǎo)體金屬氧化物煙霧傳感器問(wèn)世以來(lái)，因?yàn)榫哂懈哽`敏度、響應(yīng)速度快、輸出信號(hào)強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐久性強(qiáng)、價(jià)格便宜 等優(yōu)點(diǎn)，使其得到了廣泛的應(yīng)用。按照敏感機(jī)理分，可將其分為電阻型和非電阻型兩種。 固體電解質(zhì)煙霧傳感器固體電解質(zhì)煙霧傳感器把固體電解質(zhì)氣敏材料作為氣敏元件，原理是利用氣敏材料在通過(guò)煙霧時(shí)會(huì)產(chǎn)生電阻，測(cè)量其形成電動(dòng)勢(shì)從而測(cè)量煙霧濃度。由于這種傳感器電導(dǎo) 率高，靈敏度和選擇性比較好，得到了廣泛的應(yīng)用，進(jìn)入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個(gè)領(lǐng) 域，是產(chǎn)量?jī)H次于半導(dǎo)體煙霧傳感器的傳感器。但是這種傳感器制造成本較高，檢測(cè)煙 霧范圍也有限，

12、在檢測(cè)環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢(shì)。 接觸燃燒式傳感器當(dāng)易燃煙霧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。接觸燃燒式煙霧傳感器的檢測(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)若與煙霧 接觸，煙霧就會(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(guò)測(cè)量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道煙霧的濃度。 高分子煙霧傳感器利用高分子氣敏材料制作的煙霧傳感器近年來(lái)得到很大的發(fā)展。高分子氣敏材料在遇到特定煙霧時(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

13、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，在毒性煙霧和食品鮮度等方面的檢 測(cè)中具有重要作用。高分子煙霧傳感器具有對(duì)特定煙霧分子靈敏度高，選擇性好，且結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，能在常溫下使用，可以彌補(bǔ)其它煙霧傳感器的不足。 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。 煙霧濃度信號(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（大約兩年）。它主要適用于毒性煙霧檢測(cè)。目前國(guó)際上絕大部分毒氣檢 測(cè)采用該類型傳感器。 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

14、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)煙霧傳送熱量造成溫 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)煙霧熱傳導(dǎo)率的函數(shù)，而對(duì)于一種給定的煙霧或汽化物，熱傳導(dǎo)率是它固有的物理特性。 紅外傳感器紅外傳感器通常用兩束紅外光進(jìn)行煙霧測(cè)量，主光束通過(guò)測(cè)量元件內(nèi)的目標(biāo)煙霧， 參考光束通過(guò)比較元件內(nèi)的參考煙霧。在測(cè)量和比較元件中，紅外射線被煙霧有選擇地 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)煙霧濃度的差分信號(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

15、擴(kuò)散和損耗被記錄下來(lái)。不同的煙霧吸收不同波長(zhǎng)的IR,所以傳感器根據(jù)目標(biāo)煙霧而調(diào)整，典型應(yīng)用包括測(cè) 量CO和C02、冷凍劑煙霧和一些易燃?xì)?。由于非碳?xì)浠衔镆兹紵熿F（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?叉靈敏度，而且不受其它煙霧的腐蝕以及高濃度目標(biāo)煙霧的影響。（4）常見煙霧傳感器可檢測(cè)煙霧種類因?yàn)闊熿F種類繁多，一種類型的煙霧傳感器不能檢測(cè)所有的氣體，一般只能檢測(cè)某 一種或者兩種特定性質(zhì)的煙霧。例如氧化物半導(dǎo)體煙霧傳感器主要檢測(cè)的是各種還原性 煙霧，如CO、H2、C2H5OH、CH3OH等。固體電解質(zhì)煙霧傳感器主要檢測(cè)無(wú)機(jī)煙霧， 如O2、CO

16、2、H2、CI2、SO2等。表2-1簡(jiǎn)要列舉出已經(jīng)研究、開發(fā)的各類煙霧傳感器 及其可檢測(cè)的氣體種類。表2-1傳感器種類COC02H2SNH3HCNHCICOCI2CI2NOXSO202CH4C3H2H2H20半導(dǎo)體氣體傳感器OOOOOOOOOO高分子電解質(zhì)氣體傳感器OOOOO接觸燃燒式傳感器OOO電化學(xué)式傳感器OOOOOOOO固體電解質(zhì)傳感器OOOO注：C好不太好222煙霧傳感器的選定煙霧檢測(cè)報(bào)警器主要應(yīng)用在工廠、倉(cāng)庫(kù)、石油、化工、冶金、油庫(kù)、液化氣站等易 發(fā)生可燃?xì)怏w和煙霧泄漏的場(chǎng)所，根據(jù)報(bào)警器檢測(cè)煙霧種類的要求，一般選用接觸燃燒 式煙霧傳感器和半導(dǎo)體煙霧傳感器。使用接觸燃燒式傳感器，有兩個(gè)

17、不可避免的問(wèn)題是探頭的阻緩及中毒。阻緩是當(dāng)在煙霧與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質(zhì)的時(shí)，有可能在無(wú)焰燃燒的同時(shí)，一些 固態(tài)物質(zhì)會(huì)附著在催化元件表面，阻塞載體的網(wǎng)格微孔，從而使得傳感器響應(yīng)緩慢反應(yīng) 滯緩，靈敏度降低。雖然把阻緩的傳感器放回新鮮空氣環(huán)境中有可能得到一定程度的恢 復(fù)，但是長(zhǎng)期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度就會(huì)不斷下降，傳感器最終檢測(cè)煙霧的能 力會(huì)喪失。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。

18、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(wú)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。半導(dǎo)體煙霧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煙霧傳感器以 及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器，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)體煙霧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(guò)對(duì)比上述兩種煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(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

19、煙霧傳感器作為報(bào)警器煙霧信息采 集部分的核心。而在眾多半導(dǎo)體氣體傳感器中，本設(shè)計(jì)選用MQ-2型煙霧傳感器，這種型號(hào)的傳感器不但具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、壽命 長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。223報(bào)警器工作特性本次設(shè)計(jì)是針對(duì)倉(cāng)庫(kù)中的煙霧及煤氣的檢測(cè)，倉(cāng)庫(kù)煙霧中所含的一般是混雜，所以 采用普敏式煙霧傳感器 MQ-2。MQ-2的特點(diǎn)是：探測(cè)范圍廣，高靈敏度/快速響應(yīng)恢復(fù)， 優(yōu)異的穩(wěn)定性/壽命長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單?？捎糜诩彝ズ凸S的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測(cè)。其靈敏特性如下表： 表2-2符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)參數(shù)備注Rs敏感體表面電阻3K Q -30K

20、Q(1000ppm 異丁烷)探測(cè)濃度范圍100ppm-10000ppm液化氣和丙烷300ppm-5000ppm 丁烷5000ppm-20000ppm 甲烷300ppm-5000ppm 氫氣100ppm-2000ppm 酒精a (3000/1000)異丁烷濃度斜率 0.6標(biāo)準(zhǔn)工作條件溫度：20 C 2C Vc:5.0V 0.1V相對(duì)濕度：65% 5% Vh: 5.0V 0.1V預(yù)熱時(shí)間不少于24小時(shí)特別注意的是MQ-2煙霧傳感器需要不斷電的預(yù)熱 24小時(shí)，這會(huì)對(duì)于系統(tǒng)的演示 會(huì)造成影響。如果采用工業(yè)板，側(cè)靈敏度較高，預(yù)熱的時(shí)間將大大減少，節(jié)約系統(tǒng)運(yùn)行 時(shí)需要的時(shí)間，更有效的實(shí)現(xiàn)運(yùn)作。圖2-3給出

21、了 MQ-2型氣敏元件的溫濕度特性0比1I7C-1十:i泅亠f1.2e1* |D. tU. fl廠】d憐CT-必-10010丹30機(jī)50CO圖2-3MQ-2型氣敏元件的溫濕度特性Ro: 20C，33%RH條件下，1000ppm氫氣中元件電阻。Rs:不同溫度，濕度下，1000ppm氫氣中元件電阻。靈敏度調(diào)整：MQ-2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，在使用此類型氣敏元件時(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) 定應(yīng)考慮溫濕度的影響。MQ-2元件外形結(jié)構(gòu)如圖2-4所示：siHn圖a圖b圖2-4 MQ-2元件外形結(jié)構(gòu)圖MQ-2氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖 a所示（結(jié)構(gòu)

22、AorB）,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，2個(gè)用于提供加熱電流。3煙霧檢測(cè)報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)在報(bào)警儀的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是其核心部件。它一方面要接收來(lái)自傳感器送來(lái)的煙霧濃度 對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)和故障檢測(cè)信號(hào)，另一方面要對(duì)兩種信號(hào)分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路 進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作；與此同時(shí)查詢是否有鍵按下的請(qǐng)求。桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙第14頁(yè)共50頁(yè)3.1單片機(jī)的選型在單片機(jī)完成指定的工作時(shí)，尤其是信號(hào)處理，比較濃度值后送入顯示的軟

23、件實(shí) 現(xiàn)比較復(fù)雜，要求單片機(jī)具備較快的運(yùn)算速度，使檢測(cè)人員能夠較準(zhǔn)確地觀測(cè)到煙霧濃 度，并根據(jù)情況做進(jìn)行相應(yīng)處理。并且也要考慮選擇低價(jià)實(shí)用的機(jī)型，并為研制同一系 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)選用宏晶科技生產(chǎn)的STC12系列單片機(jī)。3.1.1 STC12C5A60S2 單片機(jī)的介紹為適用于本論文設(shè)計(jì)的煙霧檢測(cè)報(bào)警器，應(yīng)選擇一種比8051系列速度快，功耗低，抗干擾性好，而又避免 C語(yǔ)言編程溢出問(wèn)題的單 片機(jī)。宏晶科技新推出的STC12系列 單片機(jī)具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，是的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,速度卻比8051單片機(jī)快812倍。而且STC

24、12系列下屬的STC12C54xxAD 系列單片機(jī)是低功耗Flash單片機(jī)，它的高效尋址方式、大容量 Flash、EEPROMA/D 轉(zhuǎn)換、硬件乘法器、硬件脈寬調(diào)制器(PWM等功能特點(diǎn)，較好的實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的功能與超 低功耗的結(jié)合。而且在功能同樣的情況下，管腳較少封裝體積小，價(jià)格比其他型號(hào)便宜， 因此具有很好的性價(jià)比和應(yīng) 用適應(yīng)性。STC12C5A60S2/AD/PWM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)， 是新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但 速度要快8-12倍。內(nèi)部集成有MAX810專用的復(fù)位電路，有2路PWM,8路高速10位A/

25、D 轉(zhuǎn)換(250K/S)，專門針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。其特點(diǎn)是：(1) 有增強(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) 8051單 片機(jī)；(2) 工作電壓：STC12C5A60S系列工作電壓：5.5V - 3.3V( 5V單片機(jī))；(3) 工作頻率范圍：035MHz相當(dāng)于普通8051單片機(jī)的0420MHz用戶應(yīng)用程序空間為 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字(5) 片上集成1280字節(jié)RAM(6) 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

26、成四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，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)到20mA但整個(gè)芯片最大不要超過(guò)55mA(7) I S P(在系統(tǒng)可編程)/IAP (在應(yīng)用可編程)，無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器可通過(guò)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/PW無(wú)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1.32V， 誤差為+/-5%

27、,3.3V 單片機(jī)為1.30V，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)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：11MHz15.5MHz 3.3V單片機(jī)為：8MHz12MHz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；（

28、14）2 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；（15）外部中斷I/O 口 7路,傳統(tǒng)的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 Dow n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(guò)寄存器設(shè)置到P4.2 ）, CCP1/P1.4（也可通過(guò)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(lái)當(dāng)2路D/A使用，也 可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器，也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)外部中斷（上

29、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(wàn)次）；（18）通用全雙工異步串行口（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(guò)寄存器設(shè)置到P4.2），TxD2/P1.3（可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.3）；（20）工作溫度范圍：-40 - +85 C （工業(yè)級(jí)）/ 0 - 75 C （商業(yè)級(jí)）；（21）封裝：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48;I/O 口不夠時(shí)，可

30、用2到3根普通I/O 口線外接74HC164/165/595 （均可級(jí)聯(lián)） 來(lái)擴(kuò)展I/O 口，還可用A/D做按鍵掃描來(lái)節(jié)省I/O 口，或用雙CPU三線通信，還多 了串口。STC12C5A60S的引腳排列如圖3-1所示：圖3-1 STC12C5A60S2的引腳排列圖STC12C5A60S單片機(jī)中包含中央處理器（CPU、程序儲(chǔ)存器（Flash ）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （SRA） 定時(shí)/計(jì)數(shù)器、UART串 口、串口 2、I/O接口、告訴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模塊。STC12C5A60S單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采 集和控制中所需的各種單元模塊，可以說(shuō)是一個(gè)片上系統(tǒng)。

31、3.1.2中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)是為了使CPUM有處理外界異步事件的能力而設(shè)置的。當(dāng)中央處理機(jī)CPU正在處理某個(gè)事件的時(shí)候外界提出了緊急事件請(qǐng)求，要求CPU暫時(shí)停止當(dāng)前的工作，而轉(zhuǎn)去處理這個(gè)緊急事件，處理完這事件之后，再回到原來(lái)被中斷的程序，繼續(xù)原來(lái)的動(dòng) 作，這樣的過(guò)程稱為中斷。實(shí)現(xiàn)這樣功能的部件叫做中斷系統(tǒng)，請(qǐng)示CPI中斷的請(qǐng)求源稱為中斷源，微型機(jī)中斷系統(tǒng)一般允許多個(gè)中斷源，當(dāng)幾個(gè)中斷源同時(shí)向CPU青求中斷要求為其服務(wù)時(shí)，就存在CPU優(yōu)先相應(yīng)哪個(gè)中斷源請(qǐng)求的問(wèn)題，通常根據(jù)中斷源的輕重 緩急列隊(duì)，優(yōu)先處理最緊急事件的中斷請(qǐng)求源，也就是預(yù)先規(guī)定每一個(gè)中斷請(qǐng)求源有一 個(gè)優(yōu)先級(jí)別。CPU是先響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別最

32、高的中斷請(qǐng)求。當(dāng)CPU正在處理一個(gè)請(qǐng)求源時(shí)（即執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序），產(chǎn)生了一個(gè)優(yōu)先級(jí) 別比它要高的中斷請(qǐng)求源時(shí)，CPU能夠暫停對(duì)原來(lái)的中斷服務(wù)程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理優(yōu)先 級(jí)別更高的中斷請(qǐng)求源，等到處理完之后，再去處理原來(lái)的低級(jí)中斷服務(wù)程序，這樣的 過(guò)程叫做中斷嵌套，這樣的中斷系統(tǒng)叫做多級(jí)中斷系統(tǒng)，沒有中斷嵌套功能的中斷系統(tǒng) 就叫做單級(jí)中斷系統(tǒng)。STC12C5A60S系列單片機(jī)提供了 10個(gè)中斷請(qǐng)求源，它們分別是：外部中斷0（）、 外部中斷1（而）、定時(shí)器0中斷、定時(shí)器1中斷、串口 1（UART1中斷、A/D轉(zhuǎn)換中斷、PCA中斷、低壓檢測(cè)（LVD中斷、串口 2中斷及SPI中斷。所有的中斷都具有四

33、 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。用戶可以用關(guān)總中斷允許位（EA/IE.7、或者相應(yīng)中斷的允許位來(lái)屏蔽 所有中斷請(qǐng)求，也可以用打開相應(yīng)的中斷允許來(lái)讓CPUP向應(yīng)相應(yīng)的中斷請(qǐng)求；每一個(gè)中斷源可以用軟件來(lái)獨(dú)立地控制為開中斷或者關(guān)中斷狀態(tài)；每一個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)別都可以通過(guò)軟件設(shè)置。高優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求可以打斷低優(yōu)先級(jí)的中斷，相反，低優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求 不可以打斷高優(yōu)先級(jí)以及同優(yōu)先級(jí)的中斷。當(dāng)兩個(gè)相同優(yōu)先級(jí)中斷在同時(shí)產(chǎn)生時(shí)，將由 查詢次序來(lái)決定系統(tǒng)先響應(yīng)哪個(gè)中斷。STC12C5A60S系列單片機(jī)的各個(gè)中斷查詢次序如下表示: 表3-1中斷查詢次數(shù)中斷源中斷向量地址相同優(yōu)先級(jí)內(nèi)的查詢次數(shù)中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置（IPH,IP ）優(yōu)先級(jí)0優(yōu)先級(jí)

34、1優(yōu)先級(jí)2優(yōu)先級(jí)3中斷請(qǐng)求標(biāo)志位中斷允許控制位INT00003H0(highest)PX0H,PX00,00,11, 01,1IE0EX0/EATimer。000BH1PT0H,PT00,00,11, 01,1TF0ET0/EAINT10013H2PX1H,PX10,00,11, 01,1IE1EX1/EATimer1001BH3PT1H,PT10,00,11, 01,1TF1ET1/EAUART10023H4PSH,PS0,00,11, 01,1RI+TIADC002BH5PADCH,PADC0,00,11, 01,1ADC+FLAGEADC/EALVD0033H6PLVDH,PLVD0,0

35、0,11, 01,1LVDFELVD/EAPCA003BH7PPCAH,PPCA0,00,11, 01,1CF+CCF0(ECF+ECCF0+CCF1+ECCF1)/EAS2(UART2)0043H8PS2H,PS20,00,11, 01,1S2T1+S2R1ES2/EASPI004BH9(lowest)PSP1H,PSP10,00,11, 01,1SP1FESP1/EA3.1.3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器STC12C5A60S系列單片機(jī)有4個(gè)定時(shí)器，其中定時(shí)器0和定時(shí)器1兩個(gè)16位定時(shí) 器，與傳統(tǒng)的8051的定時(shí)器完全兼容，也可以設(shè)置為IT模式，當(dāng)在定時(shí)器1做波特率 發(fā)生器時(shí)，定時(shí)器0可以當(dāng)兩個(gè)8位定時(shí)

36、器使用（另外兩路PCA/PWI可以再實(shí)現(xiàn)兩個(gè)16 位定時(shí)器）。STC12C5A60S系列單片機(jī)內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1,它們都具有 技術(shù)方式和定時(shí)方式兩種工作方式。每個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器（T0/T1、，在特殊功能寄存器 TM0D中都有一控制位（、來(lái)選擇T0或T1為定時(shí)器還是計(jì)數(shù)器。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的核心部件是一個(gè)加法（也有減法）的計(jì)數(shù)器，其本質(zhì)是對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。只是計(jì)數(shù)脈沖來(lái) 源不同：如果計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自系統(tǒng)時(shí)鐘，貝U為定時(shí)方式，此時(shí)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器每12個(gè)時(shí)鐘或者每一個(gè)時(shí)鐘得到一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)值加1 ;如果計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自單片機(jī)的外部引腳（T0為P3.4，T1為P3.5），則為計(jì)數(shù)方式

37、，每一個(gè)脈沖加 1。當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作為定時(shí)模式時(shí)，特殊功能寄存器 AUXR的T0x12和1x12分 別是系統(tǒng)時(shí)鐘/12還是系統(tǒng)時(shí)鐘/1 （不分頻）后讓T0和T1進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 工作在計(jì)數(shù)模式時(shí)，對(duì)外部脈沖計(jì)數(shù)不分頻。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0有四種工作模式：模式0 （13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器），模式1 （16位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模式），模式2 （8位自動(dòng)重裝模式），模式3 （兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器）。定 時(shí)器/計(jì)數(shù)器1除了模式3外，其他工作模式與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0相同，T1在模式3時(shí)無(wú) 效，停止計(jì)數(shù)。3.1.4單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換器STC12C5A60S系列單片機(jī)帶 A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)的 A/D轉(zhuǎn)換口

38、在P1 口（P1.7-P1.0）， 有8路8位高速A/D轉(zhuǎn)換器，速度可達(dá)到300KHz（30萬(wàn)次/秒）。8路電壓輸入型A/D， 可做溫度檢測(cè)、電池電壓檢測(cè)、按鍵掃描、頻譜檢測(cè)等。上電復(fù)位后 P1口為弱上拉型 I/O 口，用戶可以通過(guò)軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A/D使 用的口可繼續(xù)作為I/O 口使用。需作為A/D使用的口需先將P1ASF特殊功能寄存器中的相應(yīng)位置為 1將相應(yīng) 的口設(shè)置為模擬功能。STC12C5A60S系列單片機(jī)P1 口模擬功能控制寄存器（該寄存器 是只寫寄存器,讀無(wú)效）。當(dāng)P1 口中的相應(yīng)位作為A/D使用時(shí)，要將P1ASF中的相應(yīng)位 置1。如果要允許A/

39、D轉(zhuǎn)換中斷則需要將相應(yīng)的控制位置 1:1、將EADC置1,允許ADC中斷，這是ADC中斷的中斷控制位。2、 將EA置1,打開單片機(jī)總中斷控制位，此位不打開，也是無(wú)法產(chǎn)生 ADC中斷的 A/D中斷服務(wù)程序中要用軟件清 A/D中斷請(qǐng)求標(biāo)志位ADC_FLA（也是A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo) 志位）。ADC_CONT特殊功能寄存器：A/D轉(zhuǎn)換控制特殊功能寄存器,地址在0BCh單元。3.2煙霧警報(bào)器的硬件電路設(shè)計(jì)3.2.1單片機(jī)的復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。在本系統(tǒng)中采用的復(fù)位電路是按鍵復(fù)位電路，是常用的復(fù)位電路之一。單片機(jī)復(fù)位 通過(guò)按下按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱手動(dòng)復(fù)位。當(dāng)上電時(shí)，剛接通電

40、源，電容C相當(dāng)于瞬間短路，+5V立即加到RST端，這個(gè)高電平會(huì)使單片機(jī)全機(jī)自動(dòng)復(fù)位，這稱為上電復(fù)位； 若運(yùn)行過(guò)程中需要程序從頭開始執(zhí)行，則只需按動(dòng)按鈕即可。按下按鈕，則直接把+5V加到了 RST端從而復(fù)位稱為手動(dòng)復(fù)位。復(fù)位后，P0P3并行I/O 口全部變?yōu)闉楦唠娖剑?其它寄存器全部清零。如圖3-2所示：圖3-2復(fù)位電路3.2.2單片機(jī)的時(shí)鐘電路STC12C5A60S單片機(jī)芯片內(nèi)設(shè)有一個(gè)由反向放大器構(gòu)成的振蕩器，引腳XTAL1和XTAL2分別是振蕩電路的輸入端和輸出端，時(shí)鐘可以由內(nèi)部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引腳上外接晶體振蕩器XTAL內(nèi)部振蕩電路就會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時(shí) 元件

41、是由石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振的頻率選擇為12MHZ C1、C2的電容值取為30pF,兩個(gè)電容的大小起頻率微調(diào)作用。時(shí)鐘電路如圖3-3。圖3-3時(shí)鐘電路3.2.3警報(bào)與顯示部分電路通過(guò)三極管基極串連一個(gè)電阻與單片機(jī)P3.7端口連接從而達(dá)到控制蜂鳴器是否報(bào)警。蜂鳴器一端接電源，另一點(diǎn)接三極管集電極，是在單片機(jī)低電平是有效，警報(bào) 電路如圖3-4所示圖3-4聲音警報(bào)電路桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙第21頁(yè)共50頁(yè)報(bào)警裝置采用電磁式無(wú)源蜂鳴器 HC-12075-B其參數(shù)特點(diǎn)如下：額定電壓：1.5V;額定電流：=10mAr =75=85;諧振頻率：2048Hz 線圈電阻：6.5

42、1Q60 2Q ;重 量：1.5g顯示部分在系統(tǒng)顯示部分采用了諾基亞 5110 LCD液晶顯示模塊，LPH7366是諾基亞公司生產(chǎn) 的可用于5110、6150、6100等系列的移動(dòng)電話的液晶顯示模塊，該產(chǎn)品除了應(yīng)用于移 動(dòng)電話外，也廣泛應(yīng)用在各類便攜式設(shè)備的顯示系統(tǒng)中。圖3-5諾基亞5110實(shí)物圖與其他類型的產(chǎn)品比較，其具有下面的特點(diǎn)：(1) 84*48的點(diǎn)陣LCD能顯示4行漢字；(2) 采用串行接口與主處理器進(jìn)行通信，接口信號(hào)線數(shù)量大幅度減少，包括電源和 地在內(nèi)的信號(hào)線僅有9條。支持多種串行通信協(xié)議(如 AVR單片機(jī)的SPI、MCS51的串 口模式0等)，傳輸速率高達(dá)4Mbps可全速寫入顯示

43、數(shù)據(jù)，無(wú)等待時(shí)間。(3) 可通過(guò)導(dǎo)電膠連接模塊與印制板，而不用連接電纜，用模塊上的金屬鉤可以將 模塊固定在印制板上，因而非常便于安裝和更換。(4) LCD控制器/驅(qū)動(dòng)器芯片都已經(jīng)綁定在LCD晶片上，模塊的體積很小。(5) 采用低電壓供電，正常顯示時(shí)的工作電流在200卩A以下，且具有掉電模式。LPH7366的這些特點(diǎn)非常適合于電池供電的便攜式通信設(shè)備和測(cè)試設(shè)備中。表3-4諾基亞5110液晶顯示引腳引腳序列引腳名稱功能1SDIN串行數(shù)據(jù)線2SCLK串行時(shí)鐘線3D/C模式選擇4SCE芯片使能5RES復(fù)位6VCC電源正7LIGHT背光燈8GND電源地5110與LCD1602比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）性價(jià)

44、比高，LCD1602可以顯示32個(gè)字符，而5110可以顯示15個(gè)漢字，30個(gè)字 符，5110裸屏的價(jià)錢比LCD1602便宜。（2）接口簡(jiǎn)單，僅要4根I/O線就能驅(qū)動(dòng)，LCD1602需要11根I/O線。（3）速度快，速度是LCD1602的 40倍。（4）5110工作電壓是3.3v，正常顯示時(shí)工作電流是200卩A以下，具有掉電模式， 適合電池供電的便攜式移動(dòng)裝備。所以，經(jīng)過(guò)比較，采用性價(jià)比比較高的諾基亞5110液晶顯示模塊.3.2.4指示燈電路指示燈電路采用發(fā)光二極管組成，單片機(jī)的24腳（p2.3）;25腳（p2.4）;26腳（p2.5）; 27腳（p2.6），控制輸出的狀態(tài)指示燈。綠燈表示正常狀

45、態(tài)，黃燈表示傳感器正在加熱， 紅燈表示煙霧濃度超過(guò)了警報(bào)值，指示燈電路如圖3-6所示：圖3-6指示燈電路3.2.5穩(wěn)壓電路系統(tǒng)的穩(wěn)壓電路采用X78XX系列三端正電源穩(wěn)壓電路，其具有一系列固定的電壓輸 出，應(yīng)用十分廣泛，因?yàn)閮?nèi)部電流的限制，以及過(guò)熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使它基 本不會(huì)損壞。由于用到的電源電壓會(huì)略高于 5V,所以使用穩(wěn)壓電路使得電壓穩(wěn)定在 5V. 穩(wěn)壓電路如圖3-7所示：圖3-7穩(wěn)壓電路326數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路系統(tǒng)采用AT24C02芯片用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。AT24C02是一個(gè)2K位串行CMOS2PROM內(nèi) 部含有256個(gè)8位字節(jié)，CATALYSTS司的先進(jìn)CMOS技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗。

46、 AT24C02有一個(gè)16字節(jié)頁(yè)寫緩沖器。器件通過(guò)IIC總線接口進(jìn)行操作，具有一個(gè)專門的寫保護(hù)功能。表3-5是AT24C02引腳定義如下表所示表3-5 AT24C02引腳定義引腳名稱引腳功能引腳名稱引腳功能A0A1器件地址輸入WP寫保護(hù)SDA串行數(shù)據(jù)輸入輸岀VCC電源SCL串行時(shí)鐘輸入GND地AT24C電路圖如下圖所示;TP|i-圖3-8 AT24C電路圖4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)是軟件與硬件的結(jié)合，所謂軟件設(shè)計(jì)就是要用程序來(lái)代替一些硬件上的不足 或使之更加完美。本系統(tǒng)用到了 C語(yǔ)言來(lái)編寫程序4.1 STC12C5A60S2系列單片機(jī)調(diào)試及開發(fā)工具本系統(tǒng)的軟件編程使用美國(guó) Kei Software

47、公司出品的Kei C51，是51系列兼容單 片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編語(yǔ)言相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)。Kei C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows和forDos的集成開發(fā)環(huán)境（IDE），可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。 我們可以用IDE本身或其他編譯器編輯 C源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生 成文件（.OBJ）。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件。ABS文件郵OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)Hex 文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直 接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)

48、行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器中STC12C5A60S系列單片機(jī)下載程序使用的是宏晶科技自行開發(fā)的 STC單片機(jī)ISP 下載編程軟件。在我調(diào)試程序的過(guò)程中使用的是 STC-ISP-V3.1版。ISP工具的功能主要 是將由PC機(jī)串接來(lái)的8位并行數(shù)據(jù)與單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換， 以實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與 STC12C5A60S的PXD及 TXD口通訊。當(dāng)我們將源程序（C語(yǔ)言）經(jīng)語(yǔ)法檢查無(wú)誤并生成 代碼時(shí)，就可將程序代碼下載到 Flash芯片中。4.2煙霧警報(bào)器軟件流程及設(shè)計(jì)本文中軟件解決的主要問(wèn)題是檢測(cè)煙霧傳感器的煙霧濃度信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波，線性化處理，液晶濃度顯示，按鍵功能設(shè)

49、置以及報(bào)警器的警報(bào)。4.2.1主程序設(shè)計(jì)及流程圖主程序流程圖如下圖所示。首先要給傳感器預(yù)熱，因?yàn)镸Q-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時(shí)間后，再次通電時(shí)，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需 要一段時(shí)間預(yù)熱。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。主程序設(shè)計(jì)先對(duì)傳感器預(yù)熱， 預(yù)熱同時(shí)，對(duì)傳感器進(jìn)行故障檢測(cè)，采用軟件方式檢測(cè)傳感器加熱絲或電纜線是否斷線 或者接觸不良。主程序流程圖如下圖所示：圖4-1主程序流程圖在整個(gè)報(bào)警器系統(tǒng)工作中，STC12C5A60S單片機(jī)對(duì)傳感器檢測(cè)的煙霧濃度信號(hào)進(jìn)行 信號(hào)放大、A/D轉(zhuǎn)換處理后，由單片機(jī)進(jìn)行分析處理，判斷系統(tǒng)是否啟動(dòng)報(bào)警。主程序 還包括5110液晶顯

50、示濃度字符顯示功能、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、安全聯(lián)動(dòng)裝置，中斷子程序 等，使報(bào)警器功能更加完善，給用戶帶來(lái)便利。422主程序初始化流程圖主程序初始化流程圖如圖4-2所示。給傳感器預(yù)熱后，程序開始執(zhí)行初始化子程序， 這部分實(shí)現(xiàn)的功能包括各種I/O 口輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、 寄存器初始化、中斷使能等。 首先設(shè)定定時(shí)初值為50ms，利用IAP寫入FEPROM,作為取值間隔。然后設(shè)定定時(shí)器 0,選擇方式1。方式1狀態(tài)下定時(shí)器的工作寄存器 TH1、TL1是16位參與操作。接著 定時(shí)器0中斷允許位置1,打開定時(shí)器0,關(guān)閉蜂鳴器，開啟綠燈，設(shè)置警報(bào)限初值。YY圖4-2主程序初始化流程圖4.2.3中位值平均濾波法數(shù)字濾波

51、子程序設(shè)計(jì)及流程圖在煙霧傳感器對(duì)煙霧采樣時(shí)，可能會(huì)遇到尖脈沖干擾現(xiàn)象。干擾通常影響個(gè)別采樣 點(diǎn)的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與其他采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)相差比較大。如果采樣一般的平均值法，則干擾將“平均”到計(jì)算結(jié)果上去，故平均值法不易消 除由于脈沖干擾而引起的煙霧濃度采樣值的偏差。為此，可采取中位值平均濾波法（防脈沖干擾平均濾波法），先對(duì)N個(gè)采樣數(shù)據(jù)進(jìn) 行比較，去掉其中最大值和最小值，然后計(jì)算一下 n-2個(gè)數(shù)據(jù)的計(jì)算平均值。這種方法 既可以濾去脈沖干擾又能濾去小的隨機(jī)干擾。保證警報(bào)器檢查煙霧濃度的準(zhǔn)確性，減小 誤報(bào)、報(bào)錯(cuò)的功能。在實(shí)際的應(yīng)用中，n可以取任何值，單位了加快計(jì)算速度，本論文數(shù)字濾波的設(shè)計(jì) 中n去10。即調(diào)用

52、A/D連續(xù)進(jìn)行10次采樣，去掉其中的最大值和最小值，計(jì)算其余 8 個(gè)值的平均值，將這個(gè)平均值送入寄存器。中位值平均濾波法的程序。中位值平均濾波 法流程圖如下圖所示：開始圖4-3中位值平均濾波法程序流程圖4.2.4插值法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，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 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙第25頁(yè)共50頁(yè)性化是智能儀表的典型功能之一。報(bào)警器主要針對(duì)煙霧檢測(cè)，在軟件線性化處理時(shí)，以

53、 傳感器對(duì)一氧化碳的響應(yīng)曲線為依據(jù)。本論文報(bào)警器使用的MQ-2型傳感器的電阻是隨著煙霧濃的升高而降低的，因此， 輸入單片機(jī)的電壓也是隨之降低的。圖 4-4為單片機(jī)采集電壓值與煙霧濃度百分比的對(duì) 應(yīng)曲線，可以看出，電壓值與煙霧濃度之間是非線性的關(guān)系，為了實(shí)時(shí)顯示煙霧濃度需 要對(duì)其進(jìn)行線性化處理。在誤差許可范圍內(nèi)，根據(jù)標(biāo)定曲線形狀，以及單片機(jī)處理能力, 把曲線分成若干小段，對(duì)每小段分別線性化。Ta 1 t - -三一 -圖4-4 單片機(jī)采集電壓值與煙霧濃度百分比線性化曲線根據(jù)分段線性插入法求輸入單片機(jī)的某一電壓值對(duì)應(yīng)的公式如下：f(x) = Hxi) + (x-xi)*/ (Xi+l-Xi) =1

54、2,3N(式一)式中，N為所分區(qū)域分個(gè)數(shù)，f(xi)為實(shí)際煙霧檢測(cè)濃度，x為氣體檢測(cè)濃度對(duì)應(yīng)的電壓 值，xi是區(qū)間的下限濃度對(duì)應(yīng)的電壓值，Xi是區(qū)間的上限濃度對(duì)應(yīng)的電壓值，f(Xi)為區(qū) 間上限煙霧濃度值。4.2.5報(bào)警子程序設(shè)計(jì)及流程圖當(dāng)煙霧濃度超過(guò)報(bào)警設(shè)定值時(shí)，報(bào)警器發(fā)出一種近似警笛的鳴叫聲，對(duì)應(yīng)通道的紅 燈閃亮，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，從而保障生產(chǎn)安全， 避免火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。為防止誤報(bào)，在程序設(shè)計(jì)上，對(duì)煙霧濃度進(jìn)行快速重復(fù)檢 測(cè)和延時(shí)報(bào)警，以區(qū)別出是管道中煙霧的泄漏，還是由于暫短打開閥門產(chǎn)生的可燃煙霧 的微量散失，防止誤報(bào)。報(bào)警子程序流程圖如圖4-5所示。圖4-5報(bào)警子程序流程圖在單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，會(huì)遇到數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差，隨機(jī)誤差是由隨機(jī)干擾引起的, 其特點(diǎn)是在相同條件下測(cè)量同一量時(shí)，其大小和符號(hào)會(huì)現(xiàn)無(wú)規(guī)則的變化而無(wú)法預(yù)測(cè)，但 多次測(cè)量的結(jié)果符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律。為克服隨機(jī)干擾引起的誤差，硬件上可采用濾波技術(shù)， 軟件上可采用軟件算法實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波。本章主要闡述了警報(bào)器的軟件設(shè)計(jì)。首先介紹了軟件編程的開發(fā)環(huán)境和工具選擇，這里選擇的是STC12系列的單片機(jī)，應(yīng)用 KEIL C51編程器和STC單片機(jī)專用的ISP下載軟件開發(fā)完成。幾個(gè)軟件流程包括：主程序設(shè)計(jì)，主程序初始化設(shè)計(jì)，中位值平均濾波法設(shè)計(jì)，插值法線性化處理子程序設(shè)計(jì)，報(bào)警子程序設(shè)計(jì)五個(gè)部分。5