測控綜合試驗4-煙霧報警系統(tǒng)

南京郵電大學(xué)自動化學(xué)院實驗報告實驗名稱：煙霧報警系統(tǒng)課程名稱：測控技術(shù)與儀器專業(yè)綜合實驗所在專業(yè)：測控技術(shù)與儀器學(xué)生姓名：方川班級學(xué)號：B12050507任課教師：戎舟2014/2015學(xué)年第二學(xué)期實驗地點：教5-214實驗學(xué)時：8摘要：本系統(tǒng)實現(xiàn)了一種煙霧等有害氣體檢測報警并顯示的裝置。本系統(tǒng)采用的煙霧傳感器MQ-2，利用該傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃氣體濃度增加而增大的特性，通過簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變換轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出電壓。并將輸出電壓經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換由單片機采集，再通過單片機串口發(fā)送至上位機，在LabVIEW中顯示有害氣體濃度曲線并實現(xiàn)報警。實驗結(jié)果表明本系統(tǒng)能夠?qū)諝庵杏泻怏w濃度的檢測以及報警快速而準確的實現(xiàn)。實驗?zāi)康?、理解煙霧信號的測試原理，掌握煙霧傳感器模塊的使用2、掌握數(shù)據(jù)采集芯片的原理和使用3、掌握相應(yīng)的軟硬件設(shè)計方法。二、實驗內(nèi)容采用煙霧傳感器模塊，以單片機為核心，結(jié)合AD轉(zhuǎn)換模塊，實現(xiàn)煙霧信號的傳感、采集、數(shù)據(jù)處理和報警。實驗設(shè)備（1）計算機1臺（2）SL-1型51單片機綜合試驗箱1臺（3）MQ-2氣體傳感器模塊1個（4）ADC0809芯片1個四、實驗硬件原理1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)框圖如圖1所示：LabVIEW上位機89C52ADC0809MQ-2模塊 AoutINT0LabVIEW上位機89C52ADC0809MQ-2模塊圖1煙霧報警系統(tǒng)框圖MQ-2模塊經(jīng)AOUT口輸出電壓信號，經(jīng)過ADC0809將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過單片機串口，發(fā)送至計算機，上位機由LabVIEW接收單片機從串口發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，實時顯示測試的數(shù)據(jù)，同時可以控制AD轉(zhuǎn)換的開始和停止。根據(jù)需要設(shè)定相應(yīng)門限，當當前煙霧濃度大于門限值時則報警。所用芯片或模塊介紹傳感器模塊煙霧傳感器采用MQ-2氣體傳感器，所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃氣體濃度增加而增大的特性，通過簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變換轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。MQ-2氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其他可燃蒸汽的檢測也很理想。煙霧傳感器模塊的電路圖如圖2所示：圖2MQ-2模塊電路圖模塊實物圖如圖3所示：圖3MQ-2模塊實物圖MQ-2煙霧傳感器模塊具有兩路信號輸出，一路輸出模擬量，模擬量輸出0~5V電壓，濃度越高電壓越高。一路輸出TTL電平信號，TTL輸出有效信號為低電平（當輸出低電平時信號燈亮，可直接接單片機），圖3中，電位器只針對TTL輸出靈敏度進行調(diào)節(jié)，順時針調(diào)節(jié)靈敏度高，逆時針調(diào)節(jié)，靈敏度低。ADC0809芯片主要特性1）8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?）轉(zhuǎn)換時間為100μS。4）單個+5V電源供電。5）模擬輸入電壓范圍0~+5V，不需要零點和滿刻度校準。6）工作溫度范圍為-40~+85攝氏度7）低功耗，約15mW.內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8路開關(guān)樹型D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其他一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量的輸入，且具有三態(tài)輸出鞥能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨工作。輸入輸出與TTL兼容。圖4ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖外部特性（引腳功能）D7~D0：8位數(shù)字量輸出引腳INT0~INT7:8位模擬量輸入引腳VCC：+5V工作電壓GND：地REF（+）：參考電壓正端REF（-）：參考電壓負端START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。當ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換期間，ST保持低電平。ALE：地址鎖存允許信號輸入端，高電平有效。當ALE為高電平時，地址鎖存器與譯碼器將A,B,C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。A,B,C為地址輸入線，用于選通INT0~INT7上的一路模擬量輸入。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。OE=1.輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。CLK：時鐘信號輸入端（一般為500KHz），由外界提供。ADC0809引腳圖如圖5所示：圖5ADC0809引腳圖電路圖和實物圖圖6煙霧報警系統(tǒng)實物圖五、軟件程序5.1下位機程序流程圖定時器、串口初始化定時器、串口初始化系統(tǒng)開中斷系統(tǒng)開中斷進入主循環(huán)進入主循環(huán)關(guān)閉AD轉(zhuǎn)換開啟AD轉(zhuǎn)換，發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機‘1’‘2’關(guān)閉AD轉(zhuǎn)換開啟AD轉(zhuǎn)換，發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機圖7下位機流程圖定時器初始化是為了給ADC0809提供500KHz的時鐘信號，串口接收上位機發(fā)送的指令，‘1’則進行AD轉(zhuǎn)換并發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機，‘2’則關(guān)閉AD轉(zhuǎn)換。單片機程序見附件電子稿，這里只說明LabVIEW程序。5.2LabVIEW程序LabVIEW串口通信具體程序如圖8所示：圖8LabVIEW串口通信程序六、實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析設(shè)定報警門限值為30時，實驗結(jié)果如下圖所示：圖9系統(tǒng)無報警圖10系統(tǒng)報警七、總結(jié)及心得體會這次試驗，遇到了很多問題，比如單片機串口中斷一開始總是接收不到上位機的指令，排查后