基于單片機(jī)的氧氣濃度檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的氧氣濃度檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要為了防止事故發(fā)生，保障礦工的健康和安全，促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展，提高煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)對(duì)井下的氣象進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)可能造成災(zāi)害事故的各種有的害氣體及礦塵進(jìn)行及時(shí)而準(zhǔn)確的檢測(cè)和嚴(yán)格控制，一旦發(fā)生災(zāi)變，必須及時(shí)救護(hù)遇難人員和處理事故。所有這些都需要有相應(yīng)的檢測(cè)儀器和救護(hù)裝備。本文介紹了一種基于at89s51單片機(jī)的便攜式氧氣濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。電化學(xué)反應(yīng)式氧化鋯傳感器首先將氧氣濃度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電流信號(hào)，經(jīng)調(diào)理放大后傳送至單片機(jī)at89s51，再經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行串口輸出和現(xiàn)場(chǎng)led顯示。采用嵌入式串/網(wǎng)口轉(zhuǎn)換器將異步串行485通信信號(hào)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，通過(guò)局域網(wǎng)或

2、互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有線網(wǎng)絡(luò)傳輸，以達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)目的。本系統(tǒng)主要用于檢測(cè)空氣中的氧氣濃度，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程兩種顯示，與此同時(shí)還可對(duì)測(cè)量最大限遠(yuǎn)程設(shè)定，超限現(xiàn)場(chǎng)聲音報(bào)警。通過(guò)管理軟件實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的顯示與檢測(cè)。儀器測(cè)量電路具有通用性，配合不同氣敏元件適當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)就可實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的測(cè)量。關(guān)鍵詞:氧化鋯；at89s51單片機(jī)；adc0809；報(bào)警oxygen concentration control system design based on scmabstractin order to prevent accidents, protect the health and safety of mine

3、rs, to promote the development of production, improve the economic benefits of coal enterprises to deal with underground weather detection, timely and accurate on a variety of disasters may cause some harmful gas and mineral dust testing and strict control, in the event of disaster, ambulance person

4、nel in distress and handling accident must be timely. all of these need to have the appropriate testing equipment and ambulance equipment.this paper introduces the design and implementation of 89s51 microcontroller - based portable oxygen concentration detector. the electrochemical reaction of oxyge

5、n sensor first oxygen concentration signal into a current signal conditioning zoom send to the microcontroller 89s51 , after a / d converter , serial output and on-site led display . embedded string / network port convert asynchronous serial 485 signals into the network signal, the cable network tra

6、nsmission via lan or the internet in order to achieve the remote monitoring purposes. this system is mainly used to detect airborne oxygen concentration, and test data for both local and remote display, while also measuring the maximum distance set, transfinite live audio alarm. management software

7、achieves the displaying and testing of historical data. the instrument measuring circuit is versatile, suitably adjust parameters can be achieved on the measurement of gas with different gas sensors.keywords: zirconia;single-chipat89s51; adc0809; alarm 目 錄摘 要iabstractii第一章 緒論11.1 氧氣濃度檢測(cè)的背景和意義11.2 國(guó)內(nèi)

8、外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11.3主要研究的內(nèi)容3第二章 系統(tǒng)方案論證52.1 檢測(cè)方案確定52.1.1方案介紹52.1.2方案比較62.1.3方案確定62.2 單片機(jī)的選擇72.3 顯示器的選擇7第3章 硬件設(shè)計(jì)93.1總體設(shè)計(jì)方案93.1.1系統(tǒng)框圖93.1.2系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)93.2 測(cè)氧原理103.2.1氧化鋯測(cè)氧原理103.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)113.2.3氧值運(yùn)算及輸出113.2.4氧探頭的選擇及介紹113.3 a/d轉(zhuǎn)換電路113.3.1.adc0809的說(shuō)明123.3.2adc0809應(yīng)用說(shuō)明133.4 單片機(jī)的選擇143.4.1 at89s51的介紹143.4.2 at89s51主要

9、特性143.4.3 at89s51管腳說(shuō)明163.4.4晶振電路193.4.5復(fù)位電路193.5報(bào)警電路的選擇203.5.1 蜂鳴器介紹203.5.2報(bào)警電路213.6 靜態(tài)顯示電路223.6.1 74ls138譯碼器223.6.2 74hc4511譯碼器233.6.3 數(shù)碼顯示263.6.4 上拉電阻的選擇253.7按鍵選擇與簡(jiǎn)介263.8時(shí)鐘芯片選擇與設(shè)計(jì)263.9電源的選擇283.9.1主電源283.9.2 備用電源293.10控制單元313.11網(wǎng)絡(luò)傳輸單元32第四章 軟件設(shè)計(jì)334.1軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)334.2主程序模塊的設(shè)計(jì)334.3模數(shù)轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)344.4按鍵模塊的設(shè)計(jì)354.5時(shí)鐘

10、模塊的設(shè)計(jì)364.6顯示模塊的設(shè)計(jì)37第五章 結(jié)論38參考文獻(xiàn)40致 謝41附 錄42第一章 緒論1.1 氧氣濃度檢測(cè)的背景和意義 在我國(guó)，煤炭絕大多數(shù)是井下開(kāi)采，國(guó)家重點(diǎn)煤礦也基本屬于瓦斯礦井。煤礦安全規(guī)程第一百條規(guī)定，采掘工作面的進(jìn)風(fēng)流中，氧氣濃度不得低于百分之二十。空氣中含有氮?dú)?，二氧化碳和氧氣三種主要成分，氧氣占21%，人們一直在這種條件下呼吸氧氣。實(shí)際適當(dāng)提高一些氧氣含量人們機(jī)體的感覺(jué)會(huì)更好。40%-80%，然后加入少量二氧化碳?xì)怏w，可以使機(jī)體感到非常舒適。煤礦生產(chǎn)是地下作業(yè)，自然條件和生產(chǎn)條件都復(fù)雜，在采掘過(guò)程中出現(xiàn)的瓦斯涌出、煤塵飛揚(yáng)、自然發(fā)火等都有可能造成嚴(yán)重事故。為了防止事故

11、發(fā)生，保障礦工的健康和安全，促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展，提高煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)對(duì)井下的氣象進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)可能造成災(zāi)害事故的各種有的害氣體及礦塵進(jìn)行及時(shí)而準(zhǔn)確的檢測(cè)和嚴(yán)格控制，一旦發(fā)生災(zāi)變，必須及時(shí)救護(hù)遇難人員和處理事故。所有這些都需要有相應(yīng)的檢測(cè)儀器和救護(hù)裝備。 對(duì)煤礦井下氧氣濃度連續(xù)檢測(cè)是現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中必不可少的重要工作。鑒于傳統(tǒng)的模擬式氧氣濃度報(bào)警儀精度不高且不能數(shù)字顯示, 由于井下空氣中的含氧氣量不易控制，所以設(shè)想研制出一種由單片機(jī)控制的氧氣濃度檢測(cè)系統(tǒng)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 去年又接連發(fā)生了多起礦井安全事故，事故的結(jié)果觸目驚心，因此通過(guò)強(qiáng)化管理，提高通風(fēng)、氧氣及甲烷濃度檢測(cè)監(jiān)控水平，已

12、成為中小型煤礦檢測(cè)監(jiān)控的最迫切的任務(wù)之一。實(shí)踐證明，煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)保障煤礦安全生產(chǎn)，提高煤礦生產(chǎn)率，提高煤礦自動(dòng)化程度以及促進(jìn)煤礦管理現(xiàn)代化水平，都有著舉足輕重的作用。煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)雖在國(guó)內(nèi)已有生產(chǎn)和應(yīng)用，但還沒(méi)有一種真正適合于中小型煤礦使用的產(chǎn)品，我國(guó)從八十年代初期開(kāi)始引進(jìn)煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)，歷經(jīng)了直接引進(jìn)、消化吸收、仿制配套、自主開(kāi)發(fā)的過(guò)程，但迄今為止的產(chǎn)品大多都是面對(duì)大型礦井設(shè)計(jì)的，而且自身尚有一些有待解決的問(wèn)題，如:造價(jià)高，系統(tǒng)最基本的配置過(guò)于龐大，運(yùn)行費(fèi)用大。傳感器測(cè)量穩(wěn)定性差，調(diào)校頻繁，壽命短。系統(tǒng)安裝、維護(hù)復(fù)雜，操作不便，人機(jī)界面較差。系統(tǒng)設(shè)備可靠性差。必須依賴(lài)專(zhuān)

13、業(yè)的維護(hù)隊(duì)伍，對(duì)人員技術(shù)，素質(zhì)有較高的要求。目前市面上流行的at-b-o2便攜式氧氣檢測(cè)報(bào)警儀，可在工業(yè)環(huán)境中連續(xù)檢測(cè)氧氣濃度。采用進(jìn)口電化學(xué)傳感器，先進(jìn)穩(wěn)定的電路設(shè)計(jì)，整機(jī)性能居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。高音量蜂鳴器報(bào)警，可以使用戶(hù)在各種惡劣環(huán)境中及時(shí)有效地得到儀器報(bào)警信號(hào)。 honeywell impulse xp的性能更加完善。它裝有高級(jí)傳感器，可以測(cè)量更多種類(lèi)的毒氣體。小巧精致的外觀適合更多數(shù)用戶(hù)的需要。緊湊的外形設(shè)計(jì)易于維護(hù)是此款機(jī)型的最本質(zhì)特點(diǎn)。報(bào)警時(shí)xp發(fā)出響亮的聲音和超亮的燈光警報(bào)。標(biāo)準(zhǔn)配置還具有振動(dòng)報(bào)警功能，以便在嘈雜的環(huán)境使用時(shí)引起使用者的注意。honeywell impulse xp

14、性能穩(wěn)定可靠，讀數(shù)準(zhǔn)確，抗電池干擾。另外它還有持續(xù)顯示氣體濃度值.顯示15分鐘和8小時(shí)平均值.兩級(jí)報(bào)警和峰值鎖定的功能。由于使用了溫度校正和抗中毒傳感器。xp確定保反復(fù)測(cè)量時(shí)具有高精確度。運(yùn)行成本低廉。內(nèi)置的衰減補(bǔ)償電池將兩次校正間的時(shí)間延長(zhǎng)至12個(gè)月，常用的傳感器壽命大于兩年，電池壽命三年，操作費(fèi)用減至最低。電池和傳感器更換容易。portasensii便攜式氣體檢測(cè)儀能在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)環(huán)境空氣中的有毒有害氣體，可用于環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)、職業(yè)衛(wèi)生場(chǎng)所有毒有害氣體檢測(cè)、石化企業(yè)安全檢測(cè)以及儲(chǔ)運(yùn)、泄露檢測(cè)等。該儀器最出色的特點(diǎn)是它能通過(guò)更換相應(yīng)傳感器模塊檢測(cè)多種類(lèi)型的氣體，即不需為每 種類(lèi)型的氣體分別購(gòu)買(mǎi)單獨(dú)

15、的主機(jī)，一臺(tái)檢測(cè)儀與不同的傳感器結(jié)合使用，就能檢測(cè)超過(guò)30種不同的氣體，傳感器可以即插即用，不需再次校準(zhǔn)。檢測(cè)量程可在最大量程和最小量程范圍之間任意可調(diào)，可以根據(jù)檢測(cè)的需要自由設(shè)置量程。通過(guò)一個(gè)rs-232 接口和專(zhuān)用接口電纜及專(zhuān)用軟件，儀器可對(duì)電腦進(jìn)行上傳和下載數(shù)據(jù)。 此外還有固定式氧氣檢測(cè)探頭，數(shù)字顯示型氧氣檢測(cè)探頭以及法國(guó)奧德姆氧氣檢測(cè)探頭等。1.3主要研究的內(nèi)容 儀器的設(shè)計(jì)，本著簡(jiǎn)明、科學(xué)、實(shí)用的原則，力求從整體出發(fā)，從實(shí)際使用出發(fā)，突出系統(tǒng)的可靠性、免維護(hù)、免培訓(xùn)等特點(diǎn)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)明和完整性，把對(duì)操作人員的專(zhuān)業(yè)技術(shù)要求降到最低，發(fā)揮系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，使系統(tǒng)整體性能達(dá)到最佳，功能強(qiáng)

16、大而操作簡(jiǎn)單，測(cè)量精確而維護(hù)方便。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分應(yīng)用近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的各種新技術(shù)、新器件、新方法，在保證各項(xiàng)性能指標(biāo)能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)各方面要求的前提下，力求簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，提高可靠性和穩(wěn)定性。作為一種完整的氧氣濃度監(jiān)控系統(tǒng)，它至少應(yīng)具備以下設(shè)備和功能:1.氣體傳感器:能感知環(huán)境中氧氣濃度的一種敏感元件，它能將與氣體種類(lèi)和濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 a,監(jiān)測(cè)要素的采集，轉(zhuǎn)換。 b,轉(zhuǎn)換后電信號(hào)的處理，加工。2.顯示單元：根據(jù)測(cè)量信號(hào)，由單片機(jī)將待顯示的數(shù)據(jù)按相應(yīng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸送給顯示處理模塊顯示與儀表。3.聲光報(bào)警單元：當(dāng)檢測(cè)氣體濃度超出設(shè)定報(bào)警值時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警。4.通訊單元：將采集數(shù)

17、據(jù)通過(guò)通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。5.數(shù)據(jù)采集分析軟件：編寫(xiě)串口通訊軟件，實(shí)現(xiàn)氣體數(shù)據(jù)的采集，分析以及保存。第二章 系統(tǒng)方案論證2.1 檢測(cè)方案確定在目前檢測(cè)氧濃度的方法中，有很多的方法都可以檢測(cè)到氧氣濃度，比如電化學(xué)、順磁氧、氧化鋯方法及超聲波流量濃度檢測(cè)法。 2.1.1方案介紹方案一：氧化鋯測(cè)氧法原理：穩(wěn)定氧化鋯在高溫下呈現(xiàn)的離子導(dǎo)電現(xiàn)象。在氧化鋯電解質(zhì)(zro2管)的兩側(cè)面分別燒結(jié)上多孔鉑（pt）電極。檢測(cè)方式是通過(guò)導(dǎo)引管，將被測(cè)氣體導(dǎo)入氧化鋯檢測(cè)室，再通過(guò)加熱元件把氧化鋯加熱到工作溫度（650以上）。氧化鋯一般采用管狀，電極采用多孔鉑電極。方案二：流量濃度原理：在充滿(mǎn)流體的管道內(nèi)，超聲脈沖經(jīng)

18、流體傳播，在順流方向和逆流方向有不同的傳播時(shí)間，氣體流速不同逆流和順流的時(shí)間差就不同，通過(guò)時(shí)間差就能檢測(cè)到氣體的流速。濃度的檢測(cè)也是用同樣的超聲波脈沖，在二元?dú)怏w的組分下，兩種組分的濃度比不同，超聲脈沖在氣體中的傳播速度也不同。超聲測(cè)量?jī)x表的流量測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎不受被測(cè)流體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響，可制作成非接觸及便攜式測(cè)量?jī)x表，故可解決其它類(lèi)型儀表所難以測(cè)量的強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測(cè)量問(wèn)題。另外，鑒于非接觸測(cè)量特點(diǎn)，再配以合理的電子線路，一臺(tái)儀表可適應(yīng)多種管徑測(cè)量和多種流量范圍測(cè)量。超聲波流量計(jì)的適應(yīng)能力也是其它儀表不可比擬的。超聲波流量計(jì)具有上述一些優(yōu)點(diǎn)因此

19、它越來(lái)越受到重視并且向產(chǎn)品系列化、通用化發(fā)展，現(xiàn)已制成不同聲道的標(biāo)準(zhǔn)型、高溫型、防爆型、濕式型儀表以適應(yīng)不同介質(zhì)，不同場(chǎng)合和不同管道條件的流量測(cè)量。方案三：電化學(xué)原理：電化學(xué)傳感器通過(guò)與被測(cè)氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號(hào)來(lái)工作。典型的電化學(xué)傳感器由傳感電極（或工作電極）和反電極組成，并由一個(gè)薄電解層隔開(kāi)。氣體首先通過(guò)微小的毛管型開(kāi)孔與傳感器發(fā)生反應(yīng)，最終到達(dá)電極表面。通過(guò)電極間連接的電阻器，與被測(cè)氣濃度成正比的電流會(huì)在正極與負(fù)極間流動(dòng)。測(cè)量該電流即可確定氣體濃度。2.1.2方案比較氧化鋯測(cè)氧法：其優(yōu)點(diǎn)是不受檢測(cè)氣體溫度的影響，通過(guò)采用不同的導(dǎo)流管可以檢測(cè)各種溫度氣體中的氧含量，這種

20、靈活性被運(yùn)用在許多工業(yè)在線檢測(cè)上。其缺點(diǎn)是反應(yīng)時(shí)間慢；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易影響檢測(cè)精度；加熱器一般用電爐絲加熱，壽命不長(zhǎng)。超聲波流量濃度：目前所存在的缺點(diǎn)主要是可測(cè)流體的溫度范圍受超聲波換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測(cè)流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前我國(guó)只能用于測(cè)量200以下的流體。另外，超聲波流量計(jì)的測(cè)量線路比一般流量計(jì)復(fù)雜。這是因?yàn)?，一般工業(yè)計(jì)量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500ms左右，被測(cè)流體流速(流量)變化帶給聲速的變化量最大也是103數(shù)量級(jí)若要求測(cè)量流速的準(zhǔn)確度為1，則對(duì)聲速的測(cè)量準(zhǔn)確度需為10-510-6數(shù)量級(jí)，因此必須有完善的測(cè)量

21、線路才能實(shí)現(xiàn)，這也正是超聲波流量計(jì)只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前提下才能得到實(shí)際應(yīng)用的原因。2.1.3方案確定三種傳感器的檢測(cè)氧氣的方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，但在實(shí)際制氧機(jī)行業(yè)應(yīng)用和測(cè)試中，超聲波氧氣流量濃度傳感器具有，壽命長(zhǎng)、無(wú)消耗、免維護(hù)。尤其是免維護(hù)免校準(zhǔn)，減少了最終用戶(hù)對(duì)儀器性能的疑問(wèn)。其次連續(xù)檢測(cè)，具有流量、濃度同時(shí)測(cè)量的特點(diǎn)，有助于今后儀器功能的升級(jí)。比如今后流量、濃度數(shù)字顯示。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期測(cè)試，超聲波氧氣濃度傳感器是能夠滿(mǎn)足制氧機(jī)的濃度檢測(cè)需要。 氧化鋯傳感器被用于英維康公司，但據(jù)相關(guān)廠家介紹，定期給最終用戶(hù)郵寄氧化鋯電解池。電化學(xué)傳感器雖然檢測(cè)精度最高，但壽命和經(jīng)常需要校準(zhǔn)的特點(diǎn)不適用于制氧

22、機(jī)行業(yè)，最終客戶(hù)沒(méi)有能力校準(zhǔn)。所以不建議大規(guī)模運(yùn)用。首先否定電化學(xué)測(cè)氧濃度，方案定格在氧化鋯及超聲波流量測(cè)氧發(fā)。由于超聲波傳感器造價(jià)昂貴，這與我們的節(jié)約理念相悖，而且氧化鋯傳感器不僅造價(jià)低廉，而且工藝簡(jiǎn)單，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。所以此處采用方案一。2.2 單片機(jī)的選擇 at89s51是一個(gè)低功耗，高性能cmos8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes isp(in-system programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和isp flas

23、h存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的at89s51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。而且at89s51實(shí)現(xiàn)了isp下載功能，取代了89c系列的下載方式，加之價(jià)格低廉，故而此處選用at89s51單片機(jī)來(lái)控制。2.3 顯示器的選擇 目前廣泛使用的顯示器件主要有l(wèi)ed（二極管顯示器）、lcd（液晶顯示器）、和vfd（真空熒光管）等。led顯示器造價(jià)低廉，與單片機(jī)接口方便靈活,技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)，但只能顯示阿拉伯?dāng)?shù)字和少數(shù)字符，通常用于對(duì)顯示要求不高的場(chǎng)合。lcd和vfd顯示器成本較高，可以顯示包括漢字在內(nèi)的多種字符，甚至是復(fù)雜的圖形，并且耗電極省，可廣泛用于各種終端設(shè)備，如pda、手機(jī)、觸摸

24、屏等等。由于此處只要求顯示器顯示數(shù)值，本著節(jié)約成本因此選用led作為顯示器件。第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)方案3.1.1系統(tǒng)框圖測(cè)量系統(tǒng)由單片機(jī)，傳感器，ad轉(zhuǎn)換電路，顯示電路和控制電路等組成?？刂茊卧鯕鈾z測(cè)調(diào)理單元處理單元網(wǎng)絡(luò)傳輸單元遠(yuǎn)端顯示單元報(bào)警單元現(xiàn)場(chǎng)顯示單元電源單元 圖3.1總體設(shè)計(jì)方案3.1.2系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu) （1）氧氣檢測(cè)調(diào)理單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)換，放大，輸出一個(gè)易于檢測(cè)的電壓信號(hào)。 （2）處理單元完成對(duì)前面單元向其輸入信號(hào)的ad轉(zhuǎn)換，處理顯示，串口輸出與存儲(chǔ)三方面的實(shí)現(xiàn)。 （3）網(wǎng)絡(luò)傳輸單元將串口輸出轉(zhuǎn)為網(wǎng)口輸出并通過(guò)有線傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)。 （4）現(xiàn)場(chǎng)顯示單元從處理單元得到數(shù)據(jù)

25、后進(jìn)行顯示。 （5）遠(yuǎn)端處理顯示單元將從網(wǎng)絡(luò)傳輸單元接收到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。 （6）報(bào)警單元完成超限濃度報(bào)警任務(wù)，由軟件控制其報(bào)警值。 （7）電源單元完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的供電，需要同時(shí)向氧氣檢測(cè)調(diào)理單元，處理單元，現(xiàn)場(chǎng)單元顯示和報(bào)警單元供電。3.2 測(cè)氧原理3.2.1氧化鋯測(cè)氧原理氧氣濃度的高低與氧分壓、溫度、氣體常數(shù)等多種因素有關(guān)。氧化鋯定氧探頭首先把氧分壓轉(zhuǎn)換為電壓eo, 溫度傳感器把室內(nèi)溫度t 轉(zhuǎn)換為溫度電壓, 送入單片機(jī), 在單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行計(jì)算即可得到氧氣濃度的大小,即: (3-1)式中: p x 為氧分壓, 反映氧氣濃度的大小; r 為氣體常數(shù); f為farady 常數(shù); p a 為

26、參考?xì)怏w中的氧分壓, 可以事先用標(biāo)準(zhǔn)儀器測(cè)定。px 值與設(shè)定值進(jìn)行比較, 可以確定是否啟動(dòng)或停止換氣扇。氧化锫測(cè)氧是利用氧化鋯濃差電池原理來(lái)測(cè)定氣體中氧含量的電化學(xué)分析方法。如圖2示，測(cè)氧系統(tǒng)的氧敏感元件氧化鋯元件是由氧化釔或氧化鈣穩(wěn)定的氧化鋯材料組成。在高溫條件下，它是良好的氧離子導(dǎo)體。在理想狀態(tài)下，當(dāng)氧化鋯元件內(nèi)、外電極表面氧含量不同時(shí)便形成一個(gè)氧濃差電池，產(chǎn)生電池電動(dòng)勢(shì)。 圖3.2 氧化鋯濃差電池原理3.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 由測(cè)氧原理可知氧量測(cè)量系統(tǒng)重點(diǎn)要考慮的問(wèn)題有：（1）氧化鋯元件兩電極間存在濃度差時(shí)才會(huì)產(chǎn)生差電勢(shì)，所以測(cè)量系統(tǒng)中傳感器結(jié)構(gòu)需要考慮把被測(cè)氣體與空氣完全隔絕才能進(jìn)行準(zhǔn)

27、確測(cè)量。（2）氧化鋯元件具有在高溫條件下才會(huì)電解的特性所以單片機(jī)系統(tǒng)除了分析及運(yùn)算的部分外還要有溫度檢測(cè)及加熱控制單元。3.2.3氧值運(yùn)算及輸出氧量及溫度毫伏信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后與室溫信號(hào)一同進(jìn)入通道選擇器，由ad轉(zhuǎn)換模塊循環(huán)選擇進(jìn)行轉(zhuǎn)換，中央處理單元mcu讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并計(jì)算相應(yīng)溫度及氧量值。mcu計(jì)算結(jié)果一路經(jīng)光電耦合隔離后進(jìn)入da轉(zhuǎn)換變?yōu)槟M信號(hào)。再經(jīng)過(guò)vi轉(zhuǎn)換變?yōu)?ma20ma和010ma電流信號(hào)輸出：另一路mcu輸出串行輸入到顯示驅(qū)動(dòng)專(zhuān)用集成模塊后控制4位led顯示測(cè)量結(jié)果。3.2.4氧探頭的選擇及介紹由于需要將氧化鋯直接插入檢測(cè)氣氛中，對(duì)氧探頭的長(zhǎng)度有較高要求，一般直插式氧探頭的有效長(zhǎng)度在

28、500-1000mm左右，特殊的環(huán)境長(zhǎng)度可達(dá)1500mm。因此直插式氧探頭很難采用傳統(tǒng)氧化鋯氧探頭的整體氧化鋯管狀結(jié)構(gòu)，而多采取技術(shù)要求較高的氧化鋯和氧化鋁管連接的結(jié)構(gòu)。因此密封性能是這種氧化鋯氧探頭的最關(guān)鍵技術(shù)之一。目前國(guó)際上最先進(jìn)的連接方式，是將氧化鋯與氧化鋁管永久的焊接在一起，其密封性能極佳。與采樣式檢測(cè)方式比，直插式檢測(cè)有顯而易見(jiàn)的優(yōu)點(diǎn)：氧化鋯直接接觸氣氛，檢測(cè)精度高，反應(yīng)速度快，維護(hù)量較小。氧傳感器使用時(shí)，引入被測(cè)氣體的方式有直插式和擴(kuò)散式兩種。直插式響應(yīng)時(shí)間短，不需要加熱器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，小型輕便，但要求同時(shí)檢測(cè)被測(cè)氣體的溫度。擴(kuò)散式由于氧探頭的溫度由加熱器控制，因此測(cè)量精度高，工作可

29、靠，但響應(yīng)時(shí)間取決于氣體的流量。直插式氧探頭的工作環(huán)境惡劣，且對(duì)檢測(cè)精度、工作穩(wěn)定性和工作壽命都要求較高，采用新的技術(shù)，克服了傳統(tǒng)氧化鋯氧探頭的不足。3.3 a/d轉(zhuǎn)換電路3.3.1.adc0809的說(shuō)明 adc0809是帶有8位a/d轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的cmos組件。它是逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。adc0809由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存a/d轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)oe端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸

30、出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 圖3.3 adc0809引腳圖in0in7：8條模擬量輸入通道 adc0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05v，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線：4條 ale為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ale線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將a，b，c三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道模擬量輸入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。a，b和c為地址輸入線，用于選通in0in7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表1所示。數(shù)字量輸出及控制線：11條 st為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)s

31、t到上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，st應(yīng)保持低電平。eoc為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)eoc為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。oe為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。oe1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；oe0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。d7d0為數(shù)字量輸出線。 clk為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因adc0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500khz，vref（），vref（）為參考電壓輸入。表3.1 通道的選擇cba 通道000in0001in1010in2011in3100in4101in511

32、0in5111in63.3.2adc0809應(yīng)用說(shuō)明 （1）adc0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與at89s51單片機(jī)直接相連。 （2）初始化時(shí)，使st和oe信號(hào)全為低電平。 （3）送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到a，b，c端口上。 （4）在st端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。 （5）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)eoc信號(hào)來(lái)判斷。 （6）當(dāng)eoc變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給oe為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 3.4 單片機(jī)的選擇3.4.1 at89s51的介紹 at89s51是一個(gè)低功耗，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes isp(in-system programmable)

33、的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和isp flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的at89s51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。at89s51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k bytes flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門(mén)狗（wdt）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外，

34、at89s51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，cpu暫停工作，而ram定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存ram的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有pdip、tqfp和plcc等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 3.4.2 at89s51主要特性(1)8031 cpu與mcs-51 兼容。(2)4k字節(jié)可編程flash存儲(chǔ)器(壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán))。(3)全靜態(tài)工作：0hz-33mhz。(4)三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定。(5)128*8位內(nèi)部ram。(6)32條可編程i/o線。(7)兩個(gè)16位定

35、時(shí)器/計(jì)數(shù)器。(8)6個(gè)中斷源。(9)可編程串行通道。(10)低功耗的閑置和掉電模式。(11)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。3.4.3 at89s51管腳說(shuō)明 圖3.4 at89s51管腳圖 vcc：供電電壓。 gnd：接地。 p0口：p0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門(mén)電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼，此時(shí)p0外部必須被拉高。 p1口：p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門(mén)

36、電流。p1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)ttl門(mén)電流，當(dāng)p2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)

37、容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 p3口：p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)ttl門(mén)電流。當(dāng)p3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。 p3.0 rxd（串行輸入口） p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 /int0（外部中斷0） p3.3 /int1（外部中斷1） p3.4 t0（記時(shí)器0外部輸入） p3.5 t1（記時(shí)器1外部輸入） p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） p3口同時(shí)為閃爍編程和

38、編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 i/o口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過(guò)某種運(yùn)算或變換后再寫(xiě)回到端口鎖存器。只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。上面圖中的兩個(gè)三角形表示的就是輸入緩沖器cpu將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號(hào)以完成不同的操作。這是由硬件自動(dòng)完成的，不需要我們操心，1然后再實(shí)行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯(cuò)，為什么看上面的圖，如果不對(duì)端口置1端口鎖存器原來(lái)的狀態(tài)有可能為0q端為0q為1加到場(chǎng)效應(yīng)管柵極的信號(hào)為1，該場(chǎng)效應(yīng)管就導(dǎo)通對(duì)地呈現(xiàn)低阻抗，此時(shí)即使引腳上輸入的信號(hào)為

39、1，也會(huì)因端口的低阻抗而使信號(hào)變低使得外加的1信號(hào)讀入后不一定是1。若先執(zhí)行置1操作，則可以使場(chǎng)效應(yīng)管截止引腳信號(hào)直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入，由于在輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作，所以這類(lèi)i/o口被稱(chēng)為準(zhǔn)雙向口。89c51的p0/p1/p2/p3口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口。接下來(lái)讓我們?cè)倏戳硪粋€(gè)問(wèn)題，從圖中可以看出這四個(gè)端口還有一個(gè)差別，除了p1口外p0p2p3口都還有其他的功能。 rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ale/prog：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈

40、沖。在平時(shí)，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時(shí)， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無(wú)效。 /psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen信號(hào)將不出現(xiàn)。 /ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（

41、0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 xtal2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 3.4.4晶振電路晶振電路在各種指令的微操作在時(shí)間上有嚴(yán)格的次序，這種微操作的時(shí)間次序稱(chēng)作時(shí)序，單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)為單片機(jī)芯片內(nèi)部各種微操作提供時(shí)間基準(zhǔn)，89c51的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，一種是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式即在單片機(jī)的外部接一個(gè)晶振電路與單片機(jī)里面的振蕩器組合

42、作用產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)，此方式常用于多片89c51單片機(jī)同時(shí)工作，以便于各單片機(jī)的同步，一般要求外部信號(hào)高電平的持續(xù)時(shí)間大于20ns.且為頻率低于12mhz的方波。對(duì)于chmos工藝的單片機(jī)，外部時(shí)鐘要由xtal1端引入，而xtal2端應(yīng)懸空。本系統(tǒng)中為了盡量降低功耗的原則，采用了內(nèi)部時(shí)鐘方式。電路圖見(jiàn)圖3.5。圖3.5 晶振電路圖在at89s51單片機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)震蕩電路，只要在單片機(jī)的xtal1和xtal2引腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱(chēng)晶振）就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，圖中電容器c1和c2穩(wěn)定頻率和快速起振，晶振cry選擇的是1

43、2mhz。3.4.5復(fù)位電路復(fù)位的意義復(fù)位電路在單片機(jī)工作中仍然是不可缺少的主要部件中，單片機(jī)工作時(shí)必須處于一種確定的狀態(tài)。端口線電平和輸入輸出狀態(tài)不確定可能使外圍設(shè)備誤動(dòng)作，導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生；內(nèi)部一些控制寄存器（專(zhuān)用寄存器）內(nèi)容不確定可能導(dǎo)致定時(shí)器溢出、程序尚未開(kāi)始就要中斷及串口亂傳向外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)。復(fù)位電路原理 圖3.6上電復(fù)位電路圖本設(shè)計(jì)中復(fù)位電路采用的是上電復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位電路，開(kāi)關(guān)未按下是上電復(fù)位電路，上電復(fù)位電路在上電的瞬間，由于電容上的電壓不能突變，電容處于充電（導(dǎo)通）狀態(tài)，故rst腳的電壓與vcc相同。隨著電容的充電，rst腳上的電壓才慢慢下降。選擇合理的充電常數(shù)，就能保證在開(kāi)關(guān)

44、按下時(shí)是rst端有兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平從而使at89c52內(nèi)部復(fù)位。開(kāi)關(guān)按下時(shí)是按鍵手動(dòng)復(fù)位電路，rst端通過(guò)電阻與vcc電源接通，通過(guò)電阻的分壓就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。電路圖見(jiàn)圖3.7。圖3.7 復(fù)位電路圖3.5報(bào)警電路的選擇3.5.1 蜂鳴器介紹蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類(lèi)型。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性的振動(dòng)發(fā)聲。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。

45、多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后（1.515v直流工作電壓），多諧振蕩器起振,輸出1.52.5khz的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)蜂鳴片發(fā)聲。見(jiàn)下圖 圖3.8蜂鳴器電路圖蜂鳴器用來(lái)作為報(bào)警指示，選用直流型fm125v型號(hào)。蜂鳴器工作電壓為+5v，工作電流在20ma以上。單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流不夠，不能直接驅(qū)動(dòng)，必須外接功率驅(qū)動(dòng)。因此，選用pnp型三極管9012作為蜂鳴器的功率驅(qū)動(dòng)，與基極相連的電阻取2k，保證三極管工作在飽和狀態(tài)。3.5.2報(bào)警電路 圖3.9 報(bào)警電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，一般的工作狀態(tài)可以通過(guò)指示燈或數(shù)碼顯示來(lái)指示，供操作人員參考，了解系統(tǒng)的工作狀況。但對(duì)于緊急狀態(tài)，比如系

46、統(tǒng)檢測(cè)到的錯(cuò)誤狀態(tài)等，往往還需要有某種更能引人注意，及時(shí)采取措施，往往還需要有某種更能引人注意，提起警覺(jué)的報(bào)警信號(hào)。這種報(bào)警信號(hào)通常有三種類(lèi)型：一是閃光報(bào)警，因?yàn)殚W動(dòng)的指示燈更能提醒人們注意；二是鳴音報(bào)警，發(fā)出特定的音響，作用于人的聽(tīng)覺(jué)器官，易于引起和加強(qiáng)警覺(jué)；三是語(yǔ)音報(bào)警，不僅能起到報(bào)警作用，還能直接給出警報(bào)種類(lèi)的信息。其中，前兩種報(bào)警裝置因硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軟件編程方便，常常在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用；而語(yǔ)音報(bào)警雖然警報(bào)信息較直接，但硬件成本高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。單頻音報(bào)警的接口電路比較簡(jiǎn)單，其發(fā)音元件通常可采用壓電蜂鳴器，當(dāng)在蜂鳴器兩引腳上加315v直流工作電壓，就能產(chǎn)生3khz左右的蜂鳴振蕩音響。壓

47、電式蜂鳴器，約需10ma的驅(qū)動(dòng)電流，可在某端口接上一只三極管和電阻組成的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，如圖3-14所示。在圖3-14中，p1.0接三極管基極輸入端，當(dāng)p1.0輸出高電平“1”時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的通電而發(fā)音，當(dāng)p1.0輸出低電平“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)音。3.6 靜態(tài)顯示電路3.6.1 74ls138譯碼器 用與非門(mén)組成的3線-8線譯碼器74ls138 圖3.10 74ls138管腳圖功能介紹：38譯碼器，是ttl系列的，也就是74系列。有三個(gè)輸入端a0，a1,a2,其中a2是高位，輸出是八個(gè)低電平輸出y0 y7，工作電壓一般的5v就可以了，舉個(gè)例子，你a0，a1,a2依次輸入0

48、00，輸出就是y0，輸入依次是001，輸出就是y1。表3.2 3線-8線譯碼器74ls138的功能表 輸 入 輸 出s1s2+s3a2a1a0012345670xxxx11111111x1xxx11111111100000111111110001101111111001011011111100111110111110100111101111010111111011101101111110110111111111103.6.2 74hc4511譯碼器 74hc4511是8421bcd碼七段顯示譯碼器。 圖3.11 74hc4511管腳圖3.6.3 數(shù)碼顯示 七段顯示器主要有熒光數(shù)碼管和半導(dǎo)體顯示

49、器、液晶數(shù)碼顯示器。半導(dǎo)體（發(fā)光二極管）顯示器是數(shù)字電路中比較方便使用的顯示器。它有共陽(yáng)極和共陰極兩種接法，如圖所示。 圖3.12 半導(dǎo)體顯示器接法 數(shù)字顯示譯碼器將bcd代碼譯成數(shù)碼管顯示字所需要的相應(yīng)高、低電平信號(hào)，使數(shù)碼管顯示出bcd代碼所表示的對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)，這是一種代碼譯碼器。 圖3.13 74hc4511與顯示器的連接示意圖3.6.4 上拉電阻的選擇 在主電路圖中接在p0口處有一個(gè)排阻rp1，由于p0口沒(méi)有內(nèi)接上拉電阻，為了為p0口外接線路有確定的高電平，所以要接上排阻rp1，以確保有p0口有穩(wěn)定的電平。電路連接圖見(jiàn)圖3-14。 圖3.14 上拉電阻的接法3.7按鍵選擇與簡(jiǎn)介（1）本

50、系統(tǒng)選擇獨(dú)立式按鍵。鍵盤(pán)分為：獨(dú)立式和矩陣式兩類(lèi)，每一類(lèi)按其編碼方法又可以分為編碼和非編碼兩種。本系統(tǒng)具有人機(jī)對(duì)話功能，該功能即能隨時(shí)發(fā)出各種控制命令和數(shù)據(jù)輸入以及和lcd連接顯示運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果。由于本系統(tǒng)只有up、down、ok、cancel4個(gè)控制命令，所需按鍵較少，所以本系統(tǒng)選擇獨(dú)立式按鍵。電路圖見(jiàn)圖3-15。 圖3.15 按鍵電路圖（2）獨(dú)立式按鍵是直接用i/o口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵占有一根i/o口線。各根i/o口線之間不會(huì)相互影響。在此電路中，按鍵輸入部采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開(kāi)時(shí)，i/o口線有確定的高電平，（at89c52.p1口內(nèi)部接有上拉電阻）所

51、以就不需要再外接上拉電阻。（3）鍵盤(pán)抖動(dòng)的消除：抖動(dòng)的消除大致可以分為硬件削抖和軟件削抖。硬件削抖是采用硬件電路的方法對(duì)鍵盤(pán)的按下抖動(dòng)及釋放抖動(dòng)進(jìn)行削抖，經(jīng)過(guò)削抖電路后使按鍵的電平信號(hào)只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。3.8時(shí)鐘芯片選擇與設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)，我們選擇了ds1302時(shí)鐘芯片。因?yàn)榇讼到y(tǒng)需要記錄測(cè)量發(fā)生的時(shí)間，所以需要時(shí)鐘芯片來(lái)記錄不同時(shí)間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，因此我們?cè)谙到y(tǒng)中加入了時(shí)鐘芯片。（1）我們時(shí)鐘電路選擇的芯片是ds1302，其內(nèi)含一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)ram，可以通過(guò)串行接口與單片機(jī)通信。而通信時(shí)，僅需要3個(gè)口線：res（復(fù)位），i/o數(shù)據(jù)線，sclk（串行時(shí)鐘）。時(shí)鐘/ram的讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)以

52、一字節(jié)或多達(dá)31字節(jié)的字符組方式通信。（2）ds1302主要性能有：時(shí)鐘能計(jì)算2100年之前的秒、分、時(shí)、日、日期、星期、月、年的能力，還有閏年的調(diào)整能力；讀/寫(xiě)時(shí)鐘或ram數(shù)據(jù)時(shí)，有單字節(jié)和多字節(jié)傳送兩種方式，與ds1202/ttl兼容。（3）ds1302引腳概述：x1，x2；振蕩源，外接32.768khz晶振；sclk：行時(shí)鐘輸入端。見(jiàn)表3.3。晶體振蕩器的選擇：一個(gè)32.768khz的晶振可以直接接在ds1302的2、3管腳之間，可以設(shè)定規(guī)定載荷電容為6pf。電源控制：vcc1可提供單電源控制也可以用來(lái)作為備用電源，vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也可以保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。ds1302由vcc1或vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)vcc2大于vcc1+0.2v時(shí)，vcc2給ds1302供電；當(dāng)vcc2小與vcc1時(shí)，ds1302由vcc1供電。表3.3時(shí)鐘控制字對(duì)照表寄存器名命令字取值范圍各位內(nèi)容寫(xiě)操作讀操作765430秒寄存器80h81h0059ch10secsec時(shí)寄存器84h85h0112 002312/24010/（a/p）hrhr日寄存器86h87h0128，29、30、310010datedate月寄存器88h89h011200010mmonth周寄存器8ah