基于51單片機(jī)的有毒氣體監(jiān)測畢業(yè)論文

1、摘 要 日常生活中經(jīng)常發(fā)生毒氣泄漏或者其他有毒氣體危害人們的生命健康的事故。故此，本人聯(lián)系實(shí)際和運(yùn)用所學(xué)的電子技術(shù)知識，設(shè)計(jì)出一套有毒氣體的檢測電路，并且可以在有毒氣體超標(biāo)時(shí)能即時(shí)抽排出有害氣體，就可以使人們的生命健康有一個(gè)保障同時(shí)也鍛煉了自己的實(shí)踐動手能力，培養(yǎng)了科學(xué)實(shí)踐的興趣，提升自己的專業(yè)知識面。 當(dāng)檢測到有毒氣體意外排時(shí)，發(fā)出警笛報(bào)警聲和燈光間歇閃爍的光報(bào)警提示，當(dāng)有毒氣體濃度超標(biāo)時(shí)能自行啟動抽排系統(tǒng)，排出有毒氣體，更換空氣以保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。抽排完畢后，系統(tǒng)自動回到實(shí)時(shí)檢測狀態(tài)。關(guān)鍵字：氣體監(jiān)測，單片機(jī)，自動控制abstractdaily life often happen g

2、as leak or other toxic gases harm peoples life and health of accidents. therefore, actual and learned contact the electronic technology knowledge, designed a set of toxic gas detection circuit, and can be in excess of poisonous gases can instant smoke eduction harmful gas, can make peoples life and

3、health have a security also tempered their practical ability, training scientific practice interest, improve their professional knowledge.when detect toxic gas accident row, sirens sound and light alarm sent the intermittent flashing light alarm prompt, when toxic gases when chroma supply-passage-di

4、scharge system can begin to start smoking, ejecting toxic gases, replace the life of people in order to ensure the air property security. after the smoke exhaust system, automatic back to real-time detection of state.key word: gas monitoring, microcontroller, automatic control1 緒 論近年來隨著人民生活水平的提高，管道毒

5、氣和罐裝毒氣已深入到尋常百姓家。但由于使用不當(dāng)或設(shè)備老化等原因?qū)е碌亩練庑孤O大地威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。目前，一般的毒氣報(bào)警器功能單一，或是必須手動復(fù)位閥門系統(tǒng)，性能穩(wěn)定性低；而大型的監(jiān)控系統(tǒng)又價(jià)格不菲，需專門的技術(shù)人員來管理，不適用于中小企業(yè)和家庭。家用毒氣泄漏報(bào)警器是非常重要的燃?xì)獍踩O(shè)備，它是安全使用城市燃?xì)獾淖詈笠坏辣Ｗo(hù)。燃?xì)庑孤﹫?bào)警器通過氣體傳感器探測周圍環(huán)境中的低濃度可燃?xì)怏w，通過采樣電路，將探測信號用模擬量或數(shù)字量傳遞給控制器或控制電路，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度超過控制器或控制電路中設(shè)定的值時(shí)，控制器通過執(zhí)行器或執(zhí)行電路發(fā)出報(bào)警信號或執(zhí)行關(guān)閉燃?xì)忾y門等動作?？扇?xì)怏w報(bào)警器的探測可燃?xì)怏w

6、的傳感器主要有氧化物半導(dǎo)體型、催化燃燒型、熱線型氣體傳感器，還有少量的其他類型，如化學(xué)電池類傳感器。這些傳感器都是通過對周圍環(huán)境中的可燃?xì)怏w的吸附，在傳感器表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，造成傳感器的電物理特性的改變。燃?xì)庑孤﹫?bào)警器廣泛應(yīng)用在城市安防、小區(qū)、工廠、公司、學(xué)校、家庭、別墅、倉庫、資源、石油、化工、燃?xì)廨斉涞缺姸囝I(lǐng)域。按檢測氣體可分為：可燃?xì)怏w報(bào)警器，有毒氣體報(bào)警器和復(fù)合式氣體報(bào)警器，氣體報(bào)警器使用不同傳感器檢測不同氣體，復(fù)合式氣體報(bào)警器可同時(shí)檢測可燃和有毒氣體。按使用環(huán)境可分為：工業(yè)用氣體報(bào)警器和家用燃?xì)鈭?bào)警器。按自身形態(tài)可分為固定式氣體報(bào)警器和便攜式氣體檢測儀。燃?xì)庑孤﹫?bào)警器從功

7、能上可分為僅有泄漏報(bào)警功能的泄漏報(bào)警器和可以指示所探測到的燃?xì)鉂舛炔⒕哂袌?bào)警功能的檢測報(bào)警器；從使用場所上可分為民用燃?xì)庑孤﹫?bào)警器和商用報(bào)警器。民用報(bào)警器通常是獨(dú)立的在住宅中使用的燃?xì)鈭?bào)警器，功能較簡單；商用報(bào)警器主要使用燃?xì)獾倪\(yùn)輸、儲存場所、使用燃?xì)夂涂赡苡腥細(xì)庑孤┑牡墓S和公共場所。城市燃?xì)庖?guī)范中規(guī)定地下室、半地下室、地上密閉空間的用氣房間、建筑的管道井、封閉計(jì)量表房等都要安裝燃?xì)鈭?bào)警器。建筑和燃?xì)獾南嚓P(guān)規(guī)范和法規(guī)也推薦使用民用燃?xì)庑孤﹫?bào)警器。工業(yè)用固定式氣體報(bào)警器由報(bào)警控制器和探測器組成，控制器可放置于值班室內(nèi)，主要對各監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行控制，探測器安裝于氣體最易泄露的地點(diǎn)，其核心部件為內(nèi)置的氣

8、體傳感器，傳感器檢測空氣中氣體的濃度。探測器將傳感器檢測到的氣體濃度轉(zhuǎn)換成電信號，通過線纜傳輸?shù)娇刂破?，氣體濃度越高，電信號越強(qiáng)，當(dāng)氣體濃度達(dá)到或超過報(bào)警控制器設(shè)置的報(bào)警點(diǎn)時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號，并可啟動電磁閥、排氣扇等外聯(lián)設(shè)備，自動排除隱患。便攜式氣體檢測儀為手持式，工作人員可隨身攜帶，檢測不同地點(diǎn)的氣體濃度，便攜式氣體檢測儀集控制器，探測器于一體，小巧靈活。與固定式氣體報(bào)警器相比主要區(qū)別是便攜式氣體檢測儀不能外聯(lián)其他設(shè)備。燃?xì)鈭?bào)警器的核心是氣體傳感器，俗稱“電子鼻”。這是一個(gè)獨(dú)特的電阻，當(dāng)“聞”到燃?xì)鈺r(shí)，傳感器電阻隨燃?xì)鉂舛榷兓細(xì)膺_(dá)到一定濃度，電阻達(dá)到一定水平時(shí)，傳感器就可以發(fā)出聲光

9、報(bào)警。什么叫聲光報(bào)警？燃?xì)庑孤┦故覂?nèi)濃度達(dá)到報(bào)警器濃度后，報(bào)警器的紅色指示燈亮，蜂鳴器發(fā)出“辟-辟-”的報(bào)警聲，所以叫做聲光報(bào)警。2 有毒氣體監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與選擇2.1 有毒氣體監(jiān)測系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)方案方案一：qmn5氣敏傳感器的檢測電路由氣體檢測電路、電子開關(guān)電路、報(bào)警電路、和氣體排放電路構(gòu)成。在有害氣體濃度很低合乎大氣標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，qmn5 未能檢測，元件的兩端呈高阻抗，使兩個(gè)比較器都無輸出，電路不報(bào)警，也不進(jìn)行排氣。當(dāng)有害氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，qmn5檢測到有毒氣體，元件兩極電阻變的很小，此時(shí)電壓比較器u3:b有輸出，使得555芯片組成的多諧電路產(chǎn)生方波信號，驅(qū)動報(bào)警電路工作，使發(fā)光二極管間歇發(fā)光

10、，蜂鳴器間斷發(fā)出聲音；當(dāng)有毒氣體濃度繼續(xù)升高到超標(biāo)時(shí)，電壓比較器u3:a有輸出，驅(qū)動排氣系統(tǒng)工作。當(dāng)氣體被排出，濃度和付標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，電路回復(fù)到自動檢測狀態(tài)。此設(shè)計(jì)中可通過調(diào)節(jié)電位器rv1來實(shí)現(xiàn)控制有毒氣體檢測靈敏度，從而到達(dá)控制空氣中不同氣體標(biāo)準(zhǔn)濃度不同的目的。這也是此設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)之處！排氣電路中，三極管q1為開關(guān)作用。當(dāng)氣體濃度大于c2,氣敏電阻阻值進(jìn)一步減小，從而是u3:a輸出從-5.8v變到+5v使q1為飽和導(dǎo)通狀態(tài)，電機(jī)工作，開始進(jìn)行排氣。當(dāng)毒氣濃度低于c2時(shí)，u3:a輸出為低電平，使三極管q1截止，電機(jī)工作電路不能導(dǎo)通，停止排氣。qmn5氣敏傳感器檢測的原理圖方案二：基于單片機(jī)的有毒氣氣體

11、檢測此次設(shè)計(jì)的有毒氣體監(jiān)測報(bào)警器的系統(tǒng)框圖如下所示：主要由氣體傳感器mq-4、a/d轉(zhuǎn)換器icl7109、單片機(jī)at89s51、led顯示電路、鍵盤控制電路、聲光報(bào)警裝置和附件電路組成。蜂鳴器、發(fā)光二極管（聲光報(bào)警）at89s51led顯示鍵盤控制毒氣探測器電 源a/d7109排 風(fēng)圖2-1 系統(tǒng)框圖由圖可以看出毒氣監(jiān)測報(bào)警器的硬件部分設(shè)計(jì)是以單片機(jī)系統(tǒng)為核心，用于整個(gè)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理以及控制顯示電路、聲光報(bào)警電路等正常工作。在這里我們選用atmel公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)at89s51，該種單片機(jī)與以往所采用的at89c51相比新增加了很多功能，性能有了較大提升，片內(nèi)4k的flash存儲空間也能滿

12、足我們設(shè)計(jì)的要求，價(jià)格較之a(chǎn)t89c51基本不變甚至更低。甲烷傳感器采用氣敏傳感器，用于探測采集毒氣的濃度。由于該傳感器的輸出信號為模擬電壓信號，要想將采集到的數(shù)據(jù)送至單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理則需要將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，所以在這里我們還要選用icl7109芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理。這里的icl7109是一種雙積分的12位a/d轉(zhuǎn)換器，其性能價(jià)格比很高，是一種高精度、低噪聲、低漂移a/d轉(zhuǎn)換器。毒氣濃度顯示部分采用四位的led數(shù)碼管顯示，在這里我們采用動態(tài)掃描方法來顯示各種參數(shù)。綜上所述，我們選擇方案二。3 毒氣監(jiān)測系統(tǒng)主要器件的簡介3.1氣體傳感器3.1.1氣體傳感器的分類氣體傳感器又叫氣敏傳感

13、器，主要用來監(jiān)測氣體的特定成分。氣體傳感器通常以氣敏特性來分類，主要可分為：（1）半導(dǎo)式方式包括氧化系、氣敏二極管系、氣敏mosfet系。若氣體接觸到加熱的金屬，氧化物電阻值就會增大或者減少，其靈敏度高，構(gòu)造電路簡單，但輸出與氣體濃度不成比例。（2）固體電解質(zhì)其利用鉑等金屬材料對氫吸附敏感使功函數(shù)改變原理制成，器特點(diǎn)是其他選擇性好但不能重復(fù)使用。 （3）接觸燃燒式其原理是化學(xué)溶劑與氣體反應(yīng)產(chǎn)生使電導(dǎo)率發(fā)生變化。其特點(diǎn)是屬于氣體濃度成比例，但靈敏度較低。（4）其他類型 包括光干涉式、熱傳導(dǎo)方式、紅外線吸收式。氣體傳感器的類型雖然很多，但對它們有以下幾個(gè)基本特性：（1） 對被測氣體要有高的靈敏度，

14、盡量減少外界一如的干擾信號；（2） 選擇性要好，即對和被測氣體共存的其他氣體不敏感；（3） 能夠長期穩(wěn)定工作，它是關(guān)系整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。（4） 檢測和報(bào)警要迅速。（5） 響應(yīng)時(shí)間 ，指從氣敏元件到被測氣體接觸到氣敏元件的參數(shù)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)下所需要的時(shí)間，表示了氣敏元件的反應(yīng)速度。（6） 溫度特性。氣敏元件的特性隨溫度的變化而變化為溫度特性。消除這種影響的方法是采用溫度補(bǔ)償法。（7） 濕度特性。氣敏元件的特性隨環(huán)境會死度的不同而發(fā)生變化的特性成為濕度特性。濕度特性是硬性檢測精度的理工一個(gè)因素，就絕這一問題的措施之一是采用濕度補(bǔ)償法。（8） 電源電壓特性電源電壓發(fā)生變化時(shí)，氣敏

15、元件也會發(fā)生變化，解決的方法是采用恒壓供電。3.1.2 氣體傳感器的選擇要進(jìn)行個(gè)具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，而這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)椋词故菧y量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大?。槐粶y位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口，還是自行研制，價(jià)格能否承受。在考慮上述問題之后就能大致確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)，其具體性能指標(biāo)見下。3.1.3 氣體傳感

16、器的主要特性（1）靈敏度靈敏度是指傳感器輸出變化量與被測輸入變化量之比，通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，首先要考慮的是選擇一種敏感技術(shù)，它對目標(biāo)氣體的閥限制(tlv-thresh-old limit value)或最低爆炸限(lel-lower explosive limit)的百分比的檢測有足夠的靈敏度，也就是通常我們說的希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的干擾信號。（2

17、）穩(wěn)定性穩(wěn)定性是指傳感器在整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)基本響應(yīng)的穩(wěn)定性，取決于零點(diǎn)漂移和區(qū)間漂移。零點(diǎn)漂移是指在沒有目標(biāo)氣體時(shí)，整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)傳感器輸出響應(yīng)的變化。區(qū)間漂移是指傳感器連續(xù)置于目標(biāo)氣體中的輸出響應(yīng)變化，表現(xiàn)為傳感器輸出信號在工作時(shí)間內(nèi)的降低。理想情況下，一個(gè)傳感器在連續(xù)工作條件下，每年零點(diǎn)漂移小于10%。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧瑴p小環(huán)境的影響。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過使用期后，

18、在使用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長時(shí)間的考驗(yàn)。（3）精度精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測量系統(tǒng)測量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。如果測量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。對某些特殊

19、使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計(jì)制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。在這里根據(jù)其具體的性能指標(biāo)，結(jié)合此次設(shè)計(jì)的要求，我們選擇使用的氣體傳感器為mq-4型氣體傳感器，它屬于電阻式半導(dǎo)體型氣體傳感器（是半導(dǎo)體金屬氧化物陶瓷氣體傳感器），是一種用金屬氧化物薄膜(例如：sno2，zno，fe2o3，tio2等)制成的阻抗器件，其電阻隨著氣體含量的不同而變化。氣味分子在薄膜表面進(jìn)行還原反應(yīng)以引起傳感器傳導(dǎo)率的變化。為了消除氣味分子還必須發(fā)生一次氧化反應(yīng)，傳感器內(nèi)的加熱器有助于氧化反應(yīng)進(jìn)程。這種類型的氣敏傳感器具有成本低廉、制造簡單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長、對濕度敏感低和電路簡單

20、等優(yōu)點(diǎn)。之所以選擇mq-4型氣體傳感器是因?yàn)樗鼘淄?、天然氣有很高的靈敏度，有著很可靠的穩(wěn)定性，快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，非常簡單的驅(qū)動電路而且其使用壽命很長。是一種可以廣泛應(yīng)用于家庭，工業(yè)的甲烷，天然氣的探測裝置。3.2 主控制器at89s523.2.1 msc-51芯片資源簡介 89s51是mcs-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們就這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。89s51單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器(rom)、數(shù)據(jù)存儲器(ram)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：圖3.4 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖a.中央處理器中

21、央處理器(cpu)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，cpu負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。b.數(shù)據(jù)存儲器(ram)89s51內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的ram只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。c.程序存儲器(rom)89s51共有4kb掩膜rom，最大可擴(kuò)展64k字節(jié)，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。d.定時(shí)/計(jì)數(shù)器：89s51有兩個(gè)

22、16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。e.并行輸入輸出(i/o)口：89s51共有4組8位i/o口(p0、 p1、p2或p3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。f.中斷系統(tǒng)89s51具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。圖3.5 mcs51結(jié)構(gòu)框圖3.2.2 單片機(jī)的引腳89s51單片機(jī)內(nèi)部總線是單總線結(jié)構(gòu),即數(shù)據(jù)總線和地址總線是公用的. 89s51有40條引腳, 與其他51系列單片機(jī)引腳是兼容的. 這40條引腳可分為i/o接口線、電源線、控制線、外接晶體線4部分. 89s51單片機(jī)為雙列直

23、插式封裝結(jié)構(gòu), 如圖3.6所示. 圖3.6 89s51引腳分配圖3.2.3 89s51單片機(jī)的外接晶體引腳 （1）xtal1：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端和內(nèi)部時(shí)鐘工作的輸入端。采用內(nèi)部振蕩器時(shí)，它接外部石英晶體和微調(diào)電容的一個(gè)引腳。（2） xtal2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和微調(diào)電容的另一端。采用外部振蕩器時(shí)，該引腳懸空。外接晶體引腳。80c51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為xtal1，輸出端為xtal2，分別是80c51的19腳和18腳。在xtal1和xtal2兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。如圖3.7所示

24、：圖3.7 振蕩電路石英晶振起振后要能在xtal2線上輸出一個(gè)3v左右的正弦波，使mcs-51片內(nèi)的ocs電路按石英晶振相同頻率自激震蕩。通常，ocs的輸出時(shí)鐘頻率fosc為0.5mhz16mhz，典型值為12mhz電容器c1和c2通常取30pf左右，對震蕩頻率有微調(diào)作用。調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)震蕩周期fosc的目的。3.2.4 89s51單片機(jī)的控制線（1） rst：復(fù)位輸入端，高電平有效。（2） ale/prog：地址鎖存允許/編程線。（3） psen：外部程序存儲器的讀選通線。（4） ea/vpp：片外rom允許訪問端/編程電源端。 3.2.5 89s51單片機(jī)復(fù)位方式復(fù)位是單片機(jī)的初始化

25、操作。其主要功能是把程序計(jì)數(shù)器pc值初始化為0000h，使單片機(jī)從0000h單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，程序運(yùn)行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動單片機(jī)。rst引腳是復(fù)位信號的輸入端，高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)震蕩周期（即兩個(gè)機(jī)器周期）以上。若使頻率為6mhz的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時(shí)間超過4s才能完成復(fù)位操作。復(fù)位操作由上電復(fù)位和按鍵手動復(fù)為兩種方式。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖所示。只要電源vcc的上電時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動復(fù)位分為電

26、平方式和脈沖方式兩種。其中，電平復(fù)位是復(fù)位端通過電阻與vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的。脈沖復(fù)位是利用rc微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路雖然簡單，但其作用非常重要。一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能復(fù)正常運(yùn)行，首先要檢查是否能復(fù)位成功。單片機(jī)在開機(jī)時(shí)或在工作中因干擾而使程序失控，或工作中程序處于某種死循環(huán)狀態(tài)，在這種情況下都需要復(fù)位. 復(fù)位的作用是使中央處理器cpu以及其他功能部件都恢復(fù)到一個(gè)確定的初始狀態(tài),并從這個(gè)狀態(tài)重新開始工作.89s51單片機(jī)的復(fù)位靠外部電路實(shí)現(xiàn),信號由reset(rst)引腳輸入,高電平有效,在振蕩器工作時(shí),只要保持rst引腳高電平兩個(gè)機(jī)器周期,單片機(jī)即復(fù)位. 復(fù)位后,pc程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)

27、容為0000h,片內(nèi)ram中內(nèi)容不變. 復(fù)位電路一般有上電復(fù)位、手動開關(guān)復(fù)位和自動復(fù)位電路3種,如圖3.8所示. a.上電復(fù)位電路 b. 手動復(fù)位電路 c. 自動復(fù)位電路圖3.8 單片機(jī)復(fù)位電路4 有毒氣體檢測系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)4.1 硬件電路設(shè)計(jì)4.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件電路圖4.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)4.1.2 氣敏檢測系統(tǒng)由于生產(chǎn)廠家等等原因，離子室的參數(shù)會有所不同。因此必須外接并聯(lián)電阻改變13腳的電位，以達(dá)到一定毒氣濃度報(bào)警的目的。離子室的輸出電平加到檢測報(bào)警器負(fù)端；比較器正端為13腳經(jīng)內(nèi)部電阻分壓得到的比較器門限電壓。因此13腳對6腳并聯(lián)電阻，會使v13上升，使靈敏度上升；13腳對4腳并聯(lián)

28、電阻，會使v13下降,使靈敏度降低。并聯(lián)電阻數(shù)百千歐姆至數(shù)兆歐姆。圖4.2 氣敏傳感器特性曲線圖3-5. mq-5的結(jié)構(gòu)和外形mq-5氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖3-5所示(結(jié)構(gòu)a或b),由微型al2o3陶瓷管、sno2敏感層,測量電極和加熱器構(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)用于信號取出，2個(gè)用于提供加熱電流設(shè)計(jì)中mq-5的接線如圖3-5所示，在實(shí)際的測量中，可以按照其等效電路來計(jì)算相應(yīng)的校正數(shù)值，其中ro表示的是測量氣體在腔體內(nèi)的等效電阻，rl是外接負(fù)載電阻，用來調(diào)整輸出的模擬量電壓范圍，具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)a

29、/d轉(zhuǎn)換器的輸入范圍來確定，在tlc1543的輸入范圍是05v，這樣rl可調(diào)整至該范圍，保證測量得量程足夠用7。待添加的隱藏文字內(nèi)容2工作過程：從圖3.1可看出兩發(fā)射管l 1、 l 2 發(fā)出的紅外光強(qiáng)度一致。無毒氣時(shí), 由于兩紅外接受管的入射光強(qiáng)度相同且不變, 圖3.1中比較器u 兩輸入端的電壓(ua - u 0)也將保持不變,u 輸出端為1 電平。有光照時(shí),u兩輸入端的電壓變?yōu)?(ua + $ua ) - (u b+ $ub ) = (ua - ub ) + ($ua -$ub)。式中, $ua、 $ub 為外界入射光引起的u 兩輸入端的電壓變化。由于兩接收管l 3、 l 4 距離較近, 外

30、界入射光對l 3、 l 4 的影響幾乎相同, 即 $ua$ub , 因而u 兩輸入端的電壓仍為(ua - ub0) ,u 輸出端仍為1 電平。發(fā)生火災(zāi)時(shí), 毒氣進(jìn)入l 2 與l 4 間的窗口, 使入射到l 4 的光強(qiáng)減少,ua 變小而u b 不變, 使u a - u b 0,u 輸出端由 1 變 0, 單片機(jī)測到該端為 0 時(shí)進(jìn)入報(bào)警程序。為進(jìn)一步降低傳感器功耗, 延長發(fā)射管壽命, 可由單片機(jī)輸出口p1 控制l 1、 l 2 在脈沖方式下工作, 即 p1 為 0 時(shí)(012 秒)q 1 通, l 1、l 2 發(fā)射, 同時(shí)單片機(jī)檢測u 輸出端p2 的電平狀態(tài), 有毒氣時(shí), p2= 0, 若連續(xù)3

31、 次測到p2= 0則進(jìn)入報(bào)警程序。p1= 1 時(shí)(018 秒) ,q 1 關(guān)斷,l 1、 l 2不發(fā)射, 傳感器進(jìn)行自檢。傳感器的自檢過程：傳感器好壞關(guān)系到能否及時(shí)發(fā)現(xiàn)有毒氣體, 因此傳感器需經(jīng)常自檢以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。自檢時(shí)單片機(jī)輸出口 p1= 1,q 2 導(dǎo)通(模擬毒氣產(chǎn)生后的效果) , 單片機(jī)輸入口 p2 若測到p2= 0 則正常, 否則說明該傳感器有故障, 單片機(jī)進(jìn)入故障報(bào)警。傳感器工作時(shí)序見圖4.3。圖4.3 毒氣傳感器工作時(shí)序圖氣體檢測報(bào)警過程 ：氣敏傳感器是一種把氣體（多數(shù)為空氣）中的有毒成分檢測出來，并將它轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾娦盘柕钠骷?，如果以人們的感覺器官在作比喻，那么氣敏傳感器相當(dāng)

32、于人的鼻子（嗅覺）。但是人的嗅覺在靈敏其感知對象也是多樣的。在我們周圍，實(shí)際上存在的各種各樣的氣體，它們中的大部分將會成為氣敏傳感器的檢測對象。根據(jù)氣體的吸附和反應(yīng)，利用半導(dǎo)體的功函數(shù)，對氣體進(jìn)行直接的檢測。目前，正在積極開發(fā)的有金屬/半導(dǎo)體結(jié)型二極管和金屬柵的mos場效應(yīng)晶體管的敏感元件，主要利用它們與氣體接觸后整流特性以及晶體管作用的變化，制成對表面單位有直接測定的傳感器。上電后，單片機(jī)首先進(jìn)行初始化處理，然后從毒氣探頭讀取毒氣含量信息，在毒氣濃度不越限的情況下，根據(jù)毒氣的濃度值按照預(yù)定關(guān)系推算下一次的播報(bào)時(shí)間，并啟動播報(bào)定時(shí)，每當(dāng)播報(bào)時(shí)間到，單片機(jī)將最新一次采集的毒氣濃度值轉(zhuǎn)換成代碼，控

33、制語音合成單元進(jìn)行語音播報(bào)。同時(shí)讀取時(shí)間信息，并將時(shí)間信息和本次播報(bào)內(nèi)容存入播報(bào)信息存放單元，以便日后查詢和重播。當(dāng)毒氣出現(xiàn)越限時(shí)，單片機(jī)立即進(jìn)入緊急播報(bào)狀態(tài)，在此期間將每隔30s1min播報(bào)一次毒氣濃度信息，且播報(bào)相應(yīng)的注意事項(xiàng)。當(dāng)單片機(jī)從毒氣檢測單元讀取不到脈沖信號或脈沖信號不在正常范圍內(nèi)時(shí)，說明毒氣檢測單元出現(xiàn)故障，這時(shí)單片機(jī)將控制語音合成單元播放毒氣單元故障信息，以提醒及時(shí)處理。毒氣濃度值的重播是由一組重播按鈕來控制的。重播按鈕共有3個(gè)，其中一個(gè)負(fù)責(zé)向前快速搜索，一個(gè)負(fù)責(zé)向后快速搜索，一個(gè)為確認(rèn)按鈕。當(dāng)查詢xx年xx月xx日xx時(shí)xx分的毒氣濃度時(shí)，先用快速按鈕進(jìn)行尋找，然后用確認(rèn)按鈕

34、進(jìn)行重播，當(dāng)不操作搜索按鈕直接操作確認(rèn)按鈕時(shí)，將重播最后一次的存放結(jié)果。mq-n5為氣敏傳感器，它有四個(gè)引出電極：加熱電極h-h1，輸出電極為a-b。加熱電極h-h1為高阻電熱絲，通電即可加熱。在加熱的條件下，如果有可燃性氣體充斥在a，b之間，則a，b之間的阻值將隨氣體濃度的增大而減小，把這一變化轉(zhuǎn)化為電信號即可制成煤氣檢測電路。當(dāng)a，b之間有煤氣時(shí)，a，b間的電阻明顯縮小，使得變阻器r5上電壓增大，且隨煤氣濃度的增大而升高。如圖3-3所示：傳感器的a端接穩(wěn)壓管d3的陰極。圖3-3 有害氣體檢測電路截圖4.1.3抽排氣體電路抽排氣體電路主要元件是可控硅?？煽毓枰喾Q雙向晶閘管，有三個(gè)極t1，t2，g其中t1為陽極、t2為陰極和門極g。它是由七個(gè)晶體三極管和多只電阻組成的功率集成器件。雙向可控硅有四種觸發(fā)狀態(tài)：當(dāng)g和t2相對于t1的電壓為正時(shí)，電流方向?yàn)閠2到t1；當(dāng)g和t1相對于t2的電