基于單片機(jī)的煤氣泄漏報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的煤氣泄漏報(bào)警器的設(shè)計(jì)摘要 人們生活中，離不開煤氣，怎樣防止煤氣中毒和爆炸，是人們的迫切需要解決的問題，故智能煤氣報(bào)警系統(tǒng)走入了我們的世界。本系統(tǒng)主要針對(duì)傳統(tǒng)煤氣檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)以滿足要求，至此本系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制，電路簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、可靠性好。采用氣敏傳感器及防爆型電磁閥安全可靠，能有效的保證隨時(shí)接通和斷開煤氣控制電磁閥：有煤氣泄漏時(shí)有語(yǔ)音報(bào)警，并通過總線通知管理室雙重保障。因此本系統(tǒng)也可作為智能家居系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。關(guān)鍵詞： 51單片機(jī)； 氣體傳感器； RS485總線The gas leakage alarm system based on single c

2、hip microcomputerAbstract Gas has become indispensable in people's life energy, gas leak, to people's personal safety and property safety brought many hidden dangers, Therefore we developed the intelligent gas alarm system. This system mainly for the technical improvement on traditional gas

3、detection system to meet the requirements, so this system has the following characteristics. Using single chip microcomputer implementation timing control, circuit is simple, cheap and good reliability. Using gas sensors and explosion-proof solenoid valves. Safe and reliable, and can effectively gua

4、rantee at any time on and off the gas control solenoid valve: a gas leak voice alarm, and notify the management office by bus. Double protection. This system also can be used as a subsystem of the smart home system. Keywords： 51microcontroller; gas sensor; RS485 bus 1目 錄 第1章 緒 論11.1 論文設(shè)計(jì)的背景11.1 國(guó)內(nèi)外研

5、究現(xiàn)狀11.3 論文的設(shè)計(jì)內(nèi)容安排2第2章系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)42.1單片機(jī)簡(jiǎn)介及應(yīng)用42.1STC89C52單片機(jī)的結(jié)構(gòu)42.3 STC89C52管腳介紹52.1傳感器的介紹72.5 傳感器的結(jié)構(gòu)介紹8第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)93.1 系統(tǒng)供電93.2 系統(tǒng)硬件框圖93.3 數(shù)據(jù)處理113.4 信號(hào)的放大電路133.5 模塊電路9第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)164.1 單片機(jī)程序164.2 各模塊程序的流程圖及功能說明16第5章 系統(tǒng)調(diào)試195.1 元件焊接195.2 系統(tǒng)調(diào)試19結(jié) 論20參 考 文 獻(xiàn)21附 錄22主程序22數(shù)據(jù)采集程序23A/D轉(zhuǎn)換程序24II第1章 緒論1.1 論文設(shè)計(jì)的背景 隨

6、著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的可燃?xì)怏w，用于工業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活的能量。和氣體燃料的推廣應(yīng)用，它是伴隨著由中毒，爆炸產(chǎn)生的氣體泄漏，火災(zāi)和其他安全事故時(shí)有發(fā)生。由于一氧化碳中毒事故引起的泄漏是很嚴(yán)重的。 家喻戶曉，因?yàn)檠t素CO比相結(jié)合的氧氣和血液更容易，約為240倍，氧，在有限的人體血液循環(huán)系統(tǒng)，將取代氧血紅素連接數(shù)，抑止血液中氧氣的流通，然后，引起頭痛，耳鳴，嘔吐，血壓降低和不同程度的癥狀。如果CO中毒嚴(yán)重，在康復(fù)過程中，光會(huì)出現(xiàn)頭暈，記憶力喪失或造成視覺及神經(jīng)系統(tǒng)疾病，嚴(yán)重者可導(dǎo)致腦損傷，甚至死亡。想要縮小這種變亂的產(chǎn)生，就需要對(duì)這些可燃?xì)怏w舉行現(xiàn)場(chǎng)的及時(shí)測(cè)試，選用領(lǐng)先安全的牢靠檢測(cè)儀器

7、，精密觀測(cè)可燃?xì)怏w濃度的情況，盡早覺察有無(wú)安全隱患，采納有用方法，防止變亂的產(chǎn)生，才可以保證產(chǎn)業(yè)和家庭生活平安。是以，鉆研可燃性氣體的測(cè)試途徑和研究可燃性氣體的報(bào)警器尤其重要。家用智能燃?xì)庑孤﹫?bào)警器是一種防止氣體泄漏報(bào)警，也是一種高靈敏度的氣體檢測(cè)儀，通常都是氣敏元件的靈敏度高的回氣動(dòng)力裝置，并結(jié)合電路與聲光的報(bào)警部分組成。在聲、聲、光報(bào)警限值發(fā)生危險(xiǎn)氣體泄漏報(bào)警。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀民間用的可燃?xì)怏w的報(bào)警器替住戶燃?xì)庑孤秷?bào)警，正常安設(shè)在廚房里，碰到燃?xì)庑孤兜臅r(shí)候，報(bào)警儀器就會(huì)發(fā)出聲光的報(bào)警，可能一起伴隨數(shù)字顯示，同時(shí)和外部的設(shè)備聯(lián)動(dòng)。一些報(bào)警可以自動(dòng)打開排氣風(fēng)扇，排氣；一些報(bào)警器報(bào)警的時(shí)

8、候會(huì)主動(dòng)關(guān)上燃?xì)獾拈y門，防止燃?xì)獠粩嗟男孤丁Ｔ谑褂眠^程中，目前用的最多的是傳感器可燃?xì)怏w敏感元件，是整個(gè)工廠的氣體泄漏性試驗(yàn)和檢查用，企業(yè)對(duì)家庭生活的居民，使用非常廣泛的。只為例如家用燃?xì)庑孤﹫?bào)警的安全保護(hù)，日本開始進(jìn)行早期的城市燃?xì)獍惭b，液化石油氣報(bào)警規(guī)則在一月1980，1986日本通產(chǎn)省和安全裝置，促進(jìn)政策執(zhí)行。 美國(guó)6個(gè)州已立法規(guī)定，家庭，公寓已安裝的CO報(bào)警器。 報(bào)警類型是大量的，各種各樣的氣體報(bào)警系統(tǒng)一般家庭，集體房，餐廳，醫(yī)院，學(xué)校，工廠，單個(gè)外部報(bào)警，報(bào)警系統(tǒng)，集中監(jiān)控系統(tǒng)，打破連鎖系統(tǒng)，防止中毒報(bào)警保護(hù)系統(tǒng)。一個(gè)小型的便攜式結(jié)構(gòu)，手推式，固定式報(bào)警；工業(yè)固定報(bào)警和壁掛式，表式，

9、單一的控制類型，多個(gè)投票。氣體檢查技能和電腦技術(shù)結(jié)合在一起，完成智能化和多功能化的技巧。美國(guó)ISC公司科學(xué)產(chǎn)業(yè)有一臺(tái)能對(duì)四類氣體探測(cè)的隨身帶的監(jiān)測(cè)儀器，采納統(tǒng)一的軟件系統(tǒng)，只要更換氣體傳感儀器，便可完成對(duì)特定的氣體進(jìn)行監(jiān)查。國(guó)際的傳感器制造公司IST使用一名字叫做“MEGACAS"傳感器與微程序的節(jié)制單元，能夠檢查出一百多種有毒氣體和易燃燒的氣體，在“掃描功能，可以快速確定氣體檢索”什么樣的氣。 一種可燃?xì)怏w傳感器的研制已成為氣體檢測(cè)系統(tǒng)的代表 。近年來(lái)，因?yàn)樘綔y(cè)氣體類型傳感器的精確度、功能、穩(wěn)定效果來(lái)說愈多的被要求于產(chǎn)業(yè)制造、家庭平安、環(huán)境監(jiān)控和醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，所以對(duì)于氣體類型傳感

10、器的鉆研與利用愈發(fā)重要。隨著先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，氣體傳感器發(fā)展的趨勢(shì)是微型化、智能化和多功能化。更深入的鉆研和掌握有機(jī)的、無(wú)機(jī)的、生物的和各種材料的特點(diǎn)和交互,理解各種氣體類型傳感器的工作原理和機(jī)制,準(zhǔn)確挑選各類傳感器的敏感材料,在微機(jī)械加工技術(shù)，使用膜技術(shù)的靈活性，敏感的微電子技術(shù)，光纖技術(shù)，如優(yōu)化傳感器性能的氣敏傳感器的更新方向型。 氣體類型的傳感器在國(guó)外的發(fā)展十分迅速,一面,由于人們的安全觀念的增強(qiáng),追求高舒適、安全的生活條件;另一面，是因?yàn)樵谡踩ㄒ?guī)鼓勵(lì)傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)。因而,國(guó)外快速發(fā)展了氣體傳感器的技術(shù),據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)的推測(cè),美國(guó)在1996 到 2002年的平均年增長(zhǎng)率為(27 到

11、 30)%。1.3 論文的設(shè)計(jì)內(nèi)容安排畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生在學(xué)生時(shí)代的最后一項(xiàng)作業(yè)，不僅檢查學(xué)生是否掌握了本專業(yè)的知識(shí)，而且還培養(yǎng)了學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。在本次設(shè)計(jì)中，我不僅溫習(xí)了以前學(xué)習(xí)過的知識(shí)，而且還在查閱資料時(shí)學(xué)習(xí)了一些新的知識(shí)。將理論和實(shí)際有效的結(jié)合起來(lái)，做到所學(xué)即為所用，培養(yǎng)了我的動(dòng)手操作能力，對(duì)我以后的工作生活具有重要意義。本設(shè)計(jì)在緒論里主要介紹了有關(guān)單片機(jī)預(yù)警煤氣泄漏國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，也對(duì)文章章節(jié)結(jié)構(gòu)做了一個(gè)安排。第二部分是以STC89C52單片機(jī)使用計(jì)劃的一般認(rèn)識(shí)。 第三部分講述了系統(tǒng)的硬件方面的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)的原理和對(duì)模塊電路進(jìn)行的剖析。這一部分是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。第四部分是系統(tǒng)

12、軟件設(shè)計(jì)，介紹了系統(tǒng)模塊程序流程圖的設(shè)計(jì)和功能。第五部分是系統(tǒng)調(diào)試。第2章系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)2.1單片機(jī)簡(jiǎn)介及應(yīng)用單片機(jī)是一類微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是一種選用集成電路技術(shù)開發(fā)的電路芯片。多功能和強(qiáng)大的，CPU中央處理器可以是數(shù)據(jù)的可靠和處置，以及各種I/O端口和中斷系統(tǒng)，在RAM隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，可讀取ROM存儲(chǔ)器，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能。由于生活水平在不斷富足，世界技術(shù)在不斷更新和成熟，人們對(duì)電子產(chǎn)品的需求也越來(lái)越大，這在一定程度上促進(jìn)了單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的處理能力有了很大的提高，單片機(jī)的高端處理器特定的性能比90的超越。而單片機(jī)的價(jià)格并沒有水漲船高，反而跌得很厲害，10美元就可以購(gòu)買到一個(gè)最高端

13、的單片機(jī)了，而普通型號(hào)的單片機(jī)只需要1美元。隨著單片機(jī)技術(shù)和性能的不斷發(fā)展和提高，不管是在最初的工業(yè)控制領(lǐng)域，還是現(xiàn)在的家用電器和醫(yī)療器械領(lǐng)域，甚至航空航天等領(lǐng)域，單片機(jī)都發(fā)揮著不可替代的作用，對(duì)我們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了重要影響。如今，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已擴(kuò)展到我們生活的每一個(gè)角落，幾乎沒有一場(chǎng)沒有單片機(jī)。 2.2 STC89C52單片機(jī)的結(jié)構(gòu)STC89C52是一種耗能低、效能高、處理能力強(qiáng)大的CMOS八位微控制器，它的內(nèi)核仍然采用經(jīng)典的MCS-51，但做了很大的改進(jìn)，增加了眾多功能。自帶4K字節(jié)的可編程可擦除的只讀程序存儲(chǔ)（EPROM）空間和512B字節(jié)的隨時(shí)存取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（RAM）空間，16位定時(shí)器

14、/計(jì)數(shù)器3，32位的I/O線，與8位CPU的智能（CPU）和可編程Flash項(xiàng)目，有什么功能，巨大的，并且可以直接使用串口下載，簡(jiǎn)單方便，可應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。圖2-1是STC89C52單片機(jī)的基本功能方塊圖。 圖2-2 STC89C52 功能方塊圖2.3 STC89C52管腳介紹 STC89C52 型號(hào)的單片機(jī)是一類低功耗、效能高的微控制器。由于引腳只有40個(gè)，無(wú)法一一容納其眾多的功能，所以就把其中一些引腳開發(fā)了多種功能。圖2-2即為它的引腳圖。 圖2-3 STC89C52單片機(jī)管腳 VCC：芯片的40引腳，是連接電源電壓端口。 GND：芯片的29引腳，是接地端口。 P0口:P0口指的是P0

15、.0-P0.7端口，是芯片的32-39引腳。一八位雙向I / O端口，提供上拉電阻。 當(dāng)“1”是分配給銷的港口，港口可作為高阻抗輸入。另外，當(dāng)把P0口用作為數(shù)據(jù)/地址的第八位時(shí)，還可以訪問外部RAM和ROM。當(dāng)用FLASH進(jìn)行編程時(shí)，指令字節(jié)可以在P0口被收到，當(dāng)Flash核實(shí)程序時(shí)，又會(huì)輸出指令字節(jié)。需要了解的是，P0口在驗(yàn)證程序時(shí)，需要外接上拉電阻。 P1口：P1口包括P1.0-P1.7端口，作為芯片的1-8引腳封裝。一八位雙向I / O端口，提供上拉電阻。 在P1口端口寫入1時(shí)，被上拉電阻拉為高電平，這時(shí)候端口可以用作輸入。由于P1端口內(nèi)部上拉電阻，端口寫0時(shí)，被外部拉低，此時(shí)，P1口輸

16、出電流。當(dāng)Flash進(jìn)行編程與校對(duì)時(shí)，P1口將作為第八的地址進(jìn)行來(lái)接收。 P2口：P2口是指芯片P2.0-P2.7端口，包括21-28引腳。一八位雙向I / O端口，提供上拉電阻。由于內(nèi)部上拉電阻的影響時(shí)的寫作，端口1，端口可以拉到高電平，然后P2口可以用來(lái)作為一個(gè)輸入端口。當(dāng)端口寫入0時(shí)，會(huì)被拉為低電平，這時(shí)端口將輸出電流。P3口：P3口包括P3.0-P3.7口，是10-17引腳。也一八位雙向I / O端口，提供上拉電阻。當(dāng)P3口被寫入1后，可以作為輸入端口使用，而其內(nèi)部上拉電阻會(huì)將其拉為高電平，此時(shí)它的外部引腳被拉為低電平，端口將會(huì)輸出電流。Flash編程，P3將接收控制信號(hào)。此外，I /

17、 O端口，P3端口和其他功能，如表1所示。 表1 P3口管腳的其他功能P3口管腳其他功能P3.0 RXD 接收串行數(shù)據(jù)輸入 P3.1 端口 串行數(shù)據(jù)輸出端口 P3.2 INT0 0、外部中斷 P3.3 INT1 外部中斷1 P3.4 T0 0外部輸入的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 P3.5 T1 1外部輸入的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 P3.6 /WR 外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在寫脈沖 P3.7 /RD 外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在讀脈沖 RST：RST是芯片的19引腳，復(fù)位控制線。負(fù)責(zé)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位重置操作。ALE/ PROG：這個(gè)端口是一個(gè)30單片機(jī)引腳，允許終端作為地址鎖存器，可用于輸出脈沖或定時(shí)。 PSEN：這個(gè)端口是29引腳

18、的芯片，存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)接口。EA/VPP：是芯片的31引腳，ROM的選擇端口。XTAL1：該端口是芯片的19引腳，時(shí)鐘電路的輸入端。 XTAL2：端口18引腳芯片，輸出時(shí)鐘電路 。2.4 傳感器的介紹 市場(chǎng)上銷售的各種品種的氣體傳感器，房地產(chǎn)價(jià)格是不同的。依據(jù)現(xiàn)實(shí)情況 利用和本錢性價(jià)比，一氧化碳?xì)怏w傳感器的氣敏傳感器的類型選擇NG-CO-001電化學(xué)有限類型的規(guī)劃，其如圖2-4所示的模式。 一氧化碳電化學(xué)氣體傳感器類型NG-CO-001工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加工技術(shù)和傳感器電極的制備完成，它具有使用壽命長(zhǎng)，靈敏度高，密封性能好，液體的技術(shù)特點(diǎn)。該傳感器是通過插入元素與外部電路連接的兼容互

19、換的區(qū)域，有利于傳感器和電子電路。為了簡(jiǎn)化產(chǎn)品的裝配工藝，以降低生產(chǎn)成本。 應(yīng)用：一氧化碳探測(cè)器植物的濃度；氣體測(cè)量?jī)x器；空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)；氣體變送器；便攜式儀器配套元件等等。 （1）NG-CO-001電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器基本原理電化學(xué)氣體傳感器由工作電極、參比電極、對(duì)電極組成，按照外部恒電位電路，傳感器的運(yùn)行電極堅(jiān)持在一個(gè)平穩(wěn)的運(yùn)行電位，在下面的公式所示的一氧化碳傳感器的基本原理： UCTURE工作電極：CO+H2O=CO2+2H+2e-對(duì)電極： O2+4H+4e-=2H2O總反應(yīng)： 2CO+O2=2CO2這種電化學(xué)氣體傳感器是基于氣體傳感器電化學(xué)電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，進(jìn)行了定性和定量檢測(cè)被測(cè)氣體。

20、參考電極保持穩(wěn)定的工作電壓能保持電化學(xué)工作電極，工作電極和電極與被測(cè)氣體濃度的線性關(guān)系之間的電化學(xué)反應(yīng)形成的電流。該傳感器屬于三電極法，檢測(cè)信號(hào)是穩(wěn)定的，線性關(guān)系好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于一般工業(yè)。 圖 2-4 NG-CO-0012.5 傳感器的結(jié)構(gòu)介紹 氣體類型的傳感器的工作的電極,參比的電極和電解液以及液體持續(xù)材料、氣體濾過干預(yù)物質(zhì),珍貴的金屬線,端子,等,采用典型的電極材料包括鉑、金、銀、銠,如碳，釕，鈀，傳感器信號(hào)到外部電路，主要通過放大顯示，治療。為了提高測(cè)量氣體的選擇性，通常設(shè)置過濾器在通風(fēng)位置傳感器的信號(hào)，不準(zhǔn)確的氣體排除干擾。其結(jié)構(gòu)圖如圖2-5。圖2-5 NG-CO-001的結(jié)構(gòu)圖第

21、3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.2 系統(tǒng)供電為了使系統(tǒng)能穩(wěn)定的工作，需要要解決系統(tǒng)供電的問題。首先是電機(jī)供電，電機(jī)是采用5V電壓供電的，由于電腦的USB接口輸出的電壓也是5V，所以只需要將電機(jī)的正負(fù)極用導(dǎo)線引出，然后接在USB線上，所以我們可以通過計(jì)算機(jī)電源的USB接口，方便穩(wěn)定。然后就是主板供電，由于設(shè)計(jì)中主板是固定在電機(jī)轉(zhuǎn)子上的，并通過電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)主板旋轉(zhuǎn)，所以電機(jī)轉(zhuǎn)子與主板是相對(duì)靜止的，所以我們通過電機(jī)轉(zhuǎn)子供電給主板。電路圖如圖3-8所示。 圖 3-2供電小板原理圖3.3 系統(tǒng)硬件框圖 體系工作流程為:用安裝于室內(nèi)的CO傳感器獲取被探測(cè)的目標(biāo)(CO濃度)為原始的信號(hào),通過溫度補(bǔ)償與取樣放大獲得改

22、正后可匹配的信號(hào)，流入A/D轉(zhuǎn)換器,獲得測(cè)量目標(biāo)的數(shù)字量信號(hào),之后經(jīng)過單片機(jī)處理數(shù)據(jù)處理的步驟,探測(cè)到最后的室內(nèi)CO密度,將這些數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)碼管來(lái)顯示和儲(chǔ)備,還根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的極限參數(shù)判別環(huán)境濃度超過標(biāo)準(zhǔn),如果超過標(biāo)準(zhǔn)分區(qū)插座立即光輸出控制信號(hào),通過繼電器打開排氣扇,如果超過限制,斷流閥關(guān)閉,并立即進(jìn)入危機(jī)的時(shí)機(jī),如果發(fā)現(xiàn)室內(nèi)一氧化碳濃度在一個(gè)危險(xiǎn)的情況下很長(zhǎng)一段時(shí)間,所以可能沒有打開排氣扇,或嚴(yán)重公司異常泄漏事故發(fā)生在房間里,這時(shí)候要發(fā)動(dòng)預(yù)警的信號(hào)開始語(yǔ)音報(bào)警提醒,提醒室內(nèi)人們趕緊開啟門窗、關(guān)上氣源并迅速撤退事故的現(xiàn)場(chǎng)。如果系統(tǒng)是連接工作的計(jì)算機(jī)，下位機(jī)通過通信接口設(shè)置構(gòu)成參數(shù)的計(jì)算機(jī)，并從緩沖

23、區(qū)數(shù)據(jù)的檢測(cè)數(shù)據(jù)之前，閱讀能及時(shí)，兩個(gè)處理或存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的永久保存。 其系統(tǒng)原理框圖如圖3-3.圖3-3-1 系統(tǒng)原理框圖 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)主要包括rcm5700電路模塊的設(shè)計(jì)，可燃?xì)怏w傳感器的電路設(shè)計(jì)，A/D轉(zhuǎn)換電路、通信接口電路的設(shè)計(jì)。使用RABBIT RCM5700芯片PB3連接虛擬的時(shí)鐘線，使用PB5端口線連接虛構(gòu)數(shù)據(jù)線Data。 易燃性氣體傳感器的模擬輸出放大電路在放大的過程中,經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器的變換之后,與RCM5700模塊數(shù)據(jù)用串行的方式,在PA0 rcm5700模塊，內(nèi)關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘，DIN，DOUT，CS連接，以實(shí)現(xiàn)可燃?xì)怏w傳感器和rcm5700模塊，可燃?xì)怏w傳感器輸

24、出到rcm5700模塊。 利用rcm5700模塊端口3和5為串行通信口的串行通信，被定義為數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。 蜂鳴器通過RCM5700模塊的PD1輸出口來(lái)完成節(jié)制的。 利用鉛的rcm5700模塊，通過電阻的組合。圖3-3-2整個(gè)系統(tǒng)硬件原理圖。 圖3-3-2系統(tǒng)總體硬件原理圖3.4 數(shù)據(jù)處理3.4.1傳感器信號(hào)處理總希望輸出的傳感器和輸入量呈線性關(guān)系，當(dāng)人們使用傳感器，但傳感器內(nèi)部因素和測(cè)量誤差的原因， 傳感器的輸入輸出特性在全體探測(cè)范圍內(nèi)每每不是精確的直線關(guān)連。在本系統(tǒng)中得到的測(cè)量是通過傳感器的電壓信號(hào)和數(shù)據(jù)采集電路的轉(zhuǎn)換，以反映CO濃度實(shí)測(cè)值 ,有必要將依據(jù)系統(tǒng)特征在探測(cè)范圍內(nèi)將CO的濃度與

25、收集的電壓之間的聯(lián)系作為一個(gè)差值盡量取小的標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)衡量,一個(gè)電壓信號(hào)，可以精確地探測(cè)到的CO濃度探測(cè)的環(huán)境價(jià)值觀。本系統(tǒng)采納的是分段插值的方法來(lái)對(duì)系統(tǒng)探測(cè)值和目標(biāo)值進(jìn)行衡量的。3.4.2數(shù)字濾波處理數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)在收集數(shù)據(jù)時(shí),因?yàn)楦黝惛深A(yù)的影響,使系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)必然有細(xì)微的波動(dòng),數(shù)據(jù)真實(shí)數(shù)值偏離其探測(cè)結(jié)果。拆下除硬件抗干擾技術(shù)，采取一些必要的采樣噪聲分量的數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)還采用數(shù)字濾波處理某些輸入數(shù)據(jù)。 首先使用奇異值濾波，采樣數(shù)據(jù)序列（發(fā)生了明顯的錯(cuò)誤非常高的跳轉(zhuǎn)和周圍的數(shù)據(jù)）的數(shù)據(jù)；而后再對(duì)剩下的數(shù)據(jù)選擇中值濾波的算法,他主要的算法為:拿出n個(gè)持續(xù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元收集原始數(shù)據(jù)順次投入排成序

26、列,每產(chǎn)生一列新的數(shù)據(jù)時(shí),從一組數(shù)據(jù)隊(duì)列的最早進(jìn)入，其他的邏輯數(shù)據(jù)集體向前移動(dòng)一點(diǎn)，新的數(shù)據(jù)隊(duì)列在結(jié)尾。隊(duì)列中的數(shù)據(jù)隊(duì)列按從小到大的順序，以及采樣數(shù)據(jù)中間值。 數(shù)字濾波的方式有很多種,能依據(jù)不相同的探測(cè)參數(shù)進(jìn)行選取。下面介紹幾種常用得數(shù)字濾波法：1. 程序判斷濾波2. 中值濾波3. 算術(shù)平均值濾波4. 滑動(dòng)平均濾波5. RC低通數(shù)字濾波6. 加權(quán)平均值濾波本文采用的是中值濾波法,下面主要介紹中值濾波法：中值濾波是連續(xù)采樣參數(shù)n（總N為奇數(shù)），然后采樣值的N倍（或從大到?。┡抨?duì)，然后以中位數(shù)為取樣值中濾波消除巧合的原因引起的波動(dòng)或取樣器不平穩(wěn)造成的錯(cuò)誤脈沖干擾更有效。如果變量變化緩慢，利用中值濾

27、波是更好的，但參數(shù)如流量的快速變化，不使用。 中值濾波程序設(shè)計(jì)的本質(zhì)是:首先,N采樣值是根據(jù)小變化大(或由大變小)排序,然后中間值。根據(jù)排名的做法的數(shù)據(jù)是二二比0，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)的首地址，第一（R0）和（R0）+ 1）進(jìn)行比較，如果（R0）<（R0）+ 1）,不交換位置，否則將兩個(gè)開關(guān)的位置。然后另一個(gè)（R0）（+ 1）和（R0）+ 2）比較，判斷方法同上，直到下沉的最大數(shù)目底。然后再比較，放在. N-1位偉大的價(jià)值在這樣做時(shí)，可以由小訂單數(shù)量大。3.5 信號(hào)的放大電路 在電氣信號(hào)采集氣體傳感器通常是小的，和普通模式組件，需要經(jīng)過放大電路放大，在A / D轉(zhuǎn)換。氣體類型的傳感器輸出

28、的信號(hào)振幅很小,有不同強(qiáng)度的電磁干預(yù),所以在本設(shè)計(jì)中,儀表放大器AD623放大器電路、信號(hào)傳感器的精度,擴(kuò)大,同時(shí)抑制共模成分提高信號(hào)質(zhì)量。放大電路為圖3-5。 圖3-5 信號(hào)采集放大電路3.6 模塊電路3.6.1 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路是內(nèi)置單片機(jī)電路，用于定時(shí)和計(jì)時(shí)。如圖3-7所示，把電容C1、C2并聯(lián)連接，分別接在STC89C52的XTAL l及XTAL2端口，晶振M則串連在電路中組成時(shí)鐘電路。 圖3-6-1 時(shí)鐘電路3.6.2 復(fù)位電路復(fù)位電路的作用是在系統(tǒng)接通電源后，發(fā)出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，并確定系統(tǒng)電源電壓沒有波動(dòng)后再把發(fā)出的復(fù)位信號(hào)撤銷。需要注意的是，由于剛接通電源時(shí)，各種誤操作會(huì)導(dǎo)致電源

29、抖動(dòng)進(jìn)而影響復(fù)位，所以在電源穩(wěn)定后還需要過一段時(shí)間才可以撤銷復(fù)位信號(hào)。如圖3-8所示，是由一個(gè)電阻R1，R2，電容，C和按鈕開關(guān)，復(fù)位輸入端連接到STC89C52是。 圖3-6-2復(fù)位電路3.6.3 驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路有兩種輸入方式。一種是并口輸入方式，此方式占用的I/O口資源較多。另一種是串口輸入方式，此方式占用的I/O口資源較少。所以選用串口輸入方式。此時(shí)，進(jìn)行行方向掃描的P0口作為I/O口使用，要加上拉電阻。3.6.4看門狗定時(shí)器因?yàn)樾枰?jīng)過A / D轉(zhuǎn)換器來(lái)自各類氣體傳感器模擬多次取樣,外部干擾會(huì)干擾CPU的正常工作,造成混亂。但rcm5700自帶看門狗，看門狗電路作為一個(gè)程序運(yùn)行監(jiān)控，

30、定期，由控制器發(fā)出復(fù)位信號(hào)的復(fù)位看門狗，無(wú)效。一旦程序正在運(yùn)行或?yàn)橄到y(tǒng)故障導(dǎo)致死亡的周期，復(fù)位信號(hào)是由委員會(huì)發(fā)布，該系統(tǒng)可以重置和恢復(fù)正常工作的很快。 第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4.1 單片機(jī)程序本設(shè)計(jì)中包括主程序，數(shù)據(jù)采集程序，判斷顯示程序，報(bào)警程序，二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)程序和串口通信程序，具體程序參考目錄。主程序流程圖如圖4-1。 圖4-1主程序流程圖4.2 各模塊程序的流程圖及功能說明4.2.1 外部中斷0服務(wù)程序部分 外部中斷0的作用主要是對(duì)顯示更新、定位和對(duì)定時(shí)器T0初值的校正。為了給外部中斷0提供中斷信號(hào)，我們會(huì)在硬件部分添加一個(gè)光耦。在顯示屏每旋轉(zhuǎn)一周時(shí)就會(huì)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)給外

31、部中斷，中斷服務(wù)程序此時(shí)就會(huì)把實(shí)際旋轉(zhuǎn)一周的T0中斷次數(shù)記錄并保存下來(lái)，然后與我們的設(shè)置次數(shù)進(jìn)行對(duì)比，以此數(shù)據(jù)來(lái)校正T0的初始值。最后，為了更新顯示和定位的，程序會(huì)把各個(gè)顯示數(shù)據(jù)全部清零，跳出服務(wù)程序。具體流程如圖4-3所示。 圖4-2-1 外部為0的中斷服務(wù)程序流程圖4.2.2 定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序T0的中斷服務(wù)程序中，在定時(shí)器T0的中斷信號(hào)呈現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)將給T0賦于校正后的初始值，進(jìn)而判斷目前的T0中斷的次數(shù)，顯示當(dāng)前確定的位置，然后再判斷是否應(yīng)該送顯示，在發(fā)送顯示時(shí)，相應(yīng)的顯示函數(shù)也會(huì)啟動(dòng)，并且T0中斷次數(shù)也會(huì)隨之加一，最后跳出中斷程序，中斷結(jié)束。詳細(xì)參看流程圖4-4。4.2.3 定時(shí)器

32、T1中斷服務(wù)程序由于T0的初始值是不固定的，所以我們不能再把T0當(dāng)作時(shí)間運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)，否則時(shí)間會(huì)一時(shí)快一時(shí)慢，因此我們把T1作為時(shí)間運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)。我們給T1的定時(shí)為20毫秒，每當(dāng)產(chǎn)生50個(gè)中斷時(shí)，秒鐘計(jì)數(shù)加1。具體的具體流程圖見圖所示4-2-3和4-2-4 。 圖4-2-3定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序流程圖 圖4-2-4定時(shí)器T1中斷服務(wù)程序流程圖 第5章 系統(tǒng)調(diào)試5.1 元件焊接系統(tǒng)由主控板和供電板兩部分組成，在元件焊接時(shí)需要注意，電阻焊接是不分正負(fù)極的，而其他元件是需要區(qū)分正負(fù)極的，例如二極管和三極管，還有一些電容元件也是需要按照正負(fù)極來(lái)焊接的。另外，在焊接貼片元件時(shí)，需要先在電路板相應(yīng)的地方焊錫，

33、然后再焊接貼片元件。5.2 系統(tǒng)調(diào)試焊接完之后，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)整體檢查，檢查每個(gè)元件的引腳是否有虛焊或接線短路的現(xiàn)象。如果確認(rèn)無(wú)誤后，給系統(tǒng)通電測(cè)試，采用分模塊測(cè)試的方法，檢查各個(gè)模塊中的元件是否能正常工作，元件是否有過熱現(xiàn)象。模塊檢測(cè)完成后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能測(cè)試，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)通電檢測(cè)，檢查系統(tǒng)是否能夠正常工作。系統(tǒng)功能測(cè)試完畢之后，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試工作，檢查報(bào)警器是否能夠正確判斷煤氣泄漏狀況，顯示過程是否穩(wěn)定。調(diào)試后的實(shí)物效果圖如圖5-2所示。 圖5-2 實(shí)物效果圖 結(jié) 論本系統(tǒng)主要針對(duì)傳統(tǒng)煤氣檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)以滿足要求，至此本系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制，電路簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、

34、可靠性好。采用氣敏傳感器及防爆型電磁閥安全可靠，能有效的保證隨時(shí)接通和斷開煤氣控制電磁閥：有煤氣泄漏時(shí)有語(yǔ)音報(bào)警，并通過總線通知管理室，具有雙重保障。因此本系統(tǒng)也可作為智能家居系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。參 考 文 獻(xiàn)1 薛峰，朱曉駿.單片機(jī)原理及應(yīng)用（修訂版）M.北京：北京理工大學(xué)出版社，2011.2戴佳，戴為恒.51單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)例精講M.電子工業(yè)出版社，2006.3 周詩(shī)虎. 單片機(jī)控制LED 點(diǎn)陣顯示屏. 科技信息,2008.254胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M.北京：清華大學(xué)出版社 2004.25胡漢才.單片機(jī)在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社 20066趙嘉蔚，張家棟，霍凱，肖燕彩. 單片機(jī)原理與接口技術(shù)M. 北京：清華大學(xué)出版 20107 馬忠梅. 單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M. 北京航空航天大學(xué)出版社，2003 8 陳大欽. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)M. 高等教育出版社主編，2008 9 清源計(jì)算機(jī)工作. 室Protel99 SE原理圖于PCB設(shè)計(jì)M. 機(jī)械工業(yè)出版社，2001 10 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M. 高等教育出版社，200611 童詩(shī)白，華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M. 高等教育出版社，2006 12 譚浩強(qiáng). C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)M. 清華大學(xué)出