家庭廚房煤氣泄漏檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,人們對(duì)生活質(zhì)量的提高和生活環(huán)境的改善越種無色無味同時(shí)這些氣體燃料在使用中，若管道和閥門密封不好，它們泄露出去，輕者引起中毒，重者造成火災(zāi)，危及人們的生命財(cái)產(chǎn)。由于這些原因，對(duì)于氣體的檢測(cè)與控制就變得很重要了，研究各種氣體的檢測(cè)方法與氣體傳感器也隨之成為一個(gè)重要課題。本論文主要實(shí)現(xiàn)管道煤氣泄露的測(cè)量與報(bào)警，系統(tǒng)主要以半導(dǎo)體氣體傳感器為研究對(duì)象，以單片機(jī)為核心構(gòu)成一個(gè)具備數(shù)據(jù)采集、對(duì)象控制、結(jié)果顯示、數(shù)據(jù)通LabVIEWI/O關(guān)鍵詞：氣體傳感器，單片機(jī)，數(shù)據(jù)采集，LabVIEW1頁(yè)1頁(yè)26頁(yè)作者第2頁(yè)2頁(yè)26頁(yè)作者第目錄第一章緒論 1論文研究來源、目的和意義 1論文研究來源 2論文研究目的和意義 2可燃性氣體報(bào)警器的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 3本論文主要任務(wù) 3第二章煤氣泄露自動(dòng)測(cè)試總體設(shè)計(jì) 4設(shè)計(jì)要求 5煤氣泄露測(cè)試的功能 5煤氣泄露測(cè)試系統(tǒng)框圖 52.1.2煤氣泄露測(cè)試的各個(gè)功能模塊 6設(shè)計(jì)原理 7氣體傳感器介紹 7氣體傳感器的選定 7數(shù)據(jù)處理 8傳感器非線性信號(hào)處理 9數(shù)字濾波處理 9第三章煤氣泄露自動(dòng)測(cè)試硬件設(shè)計(jì) 9溫度補(bǔ)償電路 11OP07低噪聲高精度運(yùn)算放大器 11溫度補(bǔ)償 123.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809123.2.1ADC0809的介紹123.2.2引腳功能133.2.3主要特性143.3單片機(jī)AT89C51的概述153.3.1AT89C51簡(jiǎn)介153.3.2主要性能參數(shù)153.3.3管腳說明163.4聲光報(bào)警與LED顯示193.4.1聲光報(bào)警單元193.4.2LED顯示203.5排氣扇控制系統(tǒng)與切斷閥213.5.1光電隔離器213.5.2繼電器選擇223.5.3光電隔離電路23224.1RS-232接口總線22結(jié)論24謝辭2526家庭廚房煤氣泄漏檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)家庭廚房煤氣泄漏檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)家庭廚房煤氣泄漏檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)家庭廚房煤氣泄漏檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1頁(yè)1頁(yè)26頁(yè)作者第2頁(yè)2頁(yè)26頁(yè)作者第第一章緒論論文研究來源、目的和意義論文研究來源常生活中。但是可燃性氣體在給我們帶來極大便利的同時(shí)，也存在巨大隱患?？扇夹詺怏w發(fā)生泄漏達(dá)到爆炸極限后，一旦有火源作用，便會(huì)引起燃燒、爆炸等事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)＜吧踩?。為了減少這類事故的發(fā)生，就必須對(duì)這些可燃性氣體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)，采用先進(jìn)可靠的安全檢測(cè)儀表，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)環(huán)境中可燃性氣體的濃度，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，避免事故發(fā)生，才能確保工業(yè)安全和家庭生活安全。因此，研究可燃性氣體的檢測(cè)方法與研制可燃性氣體報(bào)警器就成為傳感器技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。論文研究目的和意義可燃性氣體通常指城市煤氣、石油液化氣、汽油蒸汽、酒精蒸汽、天然氣以及煤礦瓦斯等[1]。這些氣體主要含有烷類、烴類、烯類、醇類、苯類以及一氧化碳和氫氣等成分，易燃、易爆、貯存和使用這些氣體的過程中，如違反操作規(guī)程和設(shè)備密封不好，都有可能發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏現(xiàn)象，進(jìn)而釀成火災(zāi)或爆炸事故，給國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成損失。可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警裝置是能夠檢測(cè)環(huán)境中的可燃性氣體濃度并具有報(bào)警功能的儀器。該報(bào)警裝置是石油化學(xué)工業(yè)、有可燃性氣體泄漏可能的生產(chǎn)工廠及家庭防火防爆必備的儀器。可燃性氣體報(bào)警器屬于《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)，它歸類于物理化學(xué)計(jì)量器具?！督ㄖO(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GBJ16-87)第10.3.2條明確規(guī)定:“散發(fā)可燃?xì)怏w、可燃蒸汽的甲類”2003年12年10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。目前我國(guó)已有許多城市鋪設(shè)了煤氣管道，使用人口約達(dá)二億人，煤氣發(fā)生基地及中轉(zhuǎn)站也達(dá)幾千家。如果這些家用燃?xì)夂兔簹饣丶爸修D(zhuǎn)站的報(bào)警率按10%計(jì)算，可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器的需求量就達(dá)2000萬臺(tái)以上。隨著全社會(huì)對(duì)防火防爆及人身安全的重視程度的提高，這個(gè)數(shù)字會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。2006量已達(dá)近1300萬座，這就為檢測(cè)沼氣（主要成分是甲烷）濃度的儀器提供了市場(chǎng)?？梢?，可燃性氣體報(bào)警器具有十分廣闊的市場(chǎng)前景?？扇夹詺怏w報(bào)警器的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀國(guó)外從20世紀(jì)30年代開始研究及開發(fā)氣體傳感器，且發(fā)展迅速，一方面是因?yàn)槿藗儼踩庾R(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是因?yàn)閭鞲衅?996年~2002年氣體傳感器年均增長(zhǎng)率為27%~30%更加利于生產(chǎn)、運(yùn)輸及市場(chǎng)推廣。1963年512其改良產(chǎn)品問世，改良的報(bào)警器可以檢測(cè)燃?xì)狻⒁谎趸嫉葰怏w，可以安裝在浴室或者采用集中監(jiān)視。我國(guó)在70年代初期開始研制可燃性氣體報(bào)警器，生產(chǎn)型號(hào)多樣、品種較齊全，應(yīng)用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴(kuò)展到幾乎所有危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境的各種類型報(bào)警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究與開發(fā)形成自己的特色。近年來，在氣體選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大進(jìn)步。燃?xì)鈭?bào)警器可分為民用可燃?xì)怏w報(bào)警器、工業(yè)用可燃性氣體報(bào)警器、有毒有害氣體報(bào)警器三大系列產(chǎn)品。民用可燃?xì)怏w報(bào)警器民用可燃?xì)怏w報(bào)警器為居民家庭用的燃?xì)鈭?bào)警器,一般安裝在廚房，遇燃?xì)庑孤r(shí)，報(bào)警器可發(fā)出聲光報(bào)警，或同時(shí)伴有數(shù)字顯示，同時(shí)聯(lián)動(dòng)外部設(shè)備。有的報(bào)警器可自動(dòng)開啟排風(fēng)扇，把燃?xì)馀懦鍪彝?；有的?bào)警器在報(bào)警時(shí)可自動(dòng)關(guān)閉燃?xì)忾y門，以防燃?xì)饫^續(xù)泄漏。工業(yè)用可燃性氣體報(bào)警器及有毒有害氣體報(bào)警器工業(yè)用可燃性氣體報(bào)警器家庭廚房煤氣泄漏檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)家庭廚房煤氣泄漏檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)家庭廚房煤氣泄漏檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)家庭廚房煤氣泄漏檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)PAGE9頁(yè)P(yáng)AGE9頁(yè)26頁(yè)作者第8頁(yè)P(yáng)AGE8頁(yè)26頁(yè)作者第及有毒有害氣體報(bào)警器只是檢測(cè)探頭有差異，而在原理和應(yīng)用中都很相近。工業(yè)用燃?xì)鈭?bào)警器及有毒氣體報(bào)警器根據(jù)檢測(cè)環(huán)境的不同，也可分為檢漏儀、控制器和探測(cè)器。檢漏儀的體積較小，可隨身攜帶或手持，主要應(yīng)用于燃?xì)夤芾淼牟槁┡c巡檢。若有燃?xì)庑孤?，檢漏儀便會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)數(shù)字顯示氣體濃度，以便及時(shí)采取安全措施，防止爆炸等惡性事故的發(fā)生?？刂破髋c探測(cè)器結(jié)合使用，可在防爆現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)氣體的濃度。探測(cè)器安裝在防爆現(xiàn)場(chǎng)，控器壁掛在值班室等有人值守的地方，二者采用屏蔽電纜線連接。當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)的探測(cè)器探測(cè)到燃?xì)庑孤┲?，通過屏蔽電纜線將信號(hào)傳到控制器，控制器發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)排風(fēng)裝置或關(guān)閉電磁閥切斷氣源，以確保安全。此種儀器廣泛應(yīng)用于液化氣站、汽車加氣站、鍋爐房等工業(yè)場(chǎng)所。本論文主要任務(wù)CO測(cè)的檢測(cè)與報(bào)警。數(shù)據(jù)采集模塊利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)氣體濃度實(shí)時(shí)采集、電路狀態(tài)信號(hào)采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理；數(shù)據(jù)傳輸模塊將檢測(cè)信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī);計(jì)算機(jī)I/O接口為計(jì)算LabVIEW第2章煤氣泄露自動(dòng)測(cè)試總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求煤氣泄露測(cè)試的功能CO氣體LED顯示屏將CO氣體濃度顯示出來，當(dāng)氣體濃A/DLED數(shù)碼顯示、輸入鍵盤、聲光報(bào)警單元、光電隔離技術(shù)和切斷閥、RS-232通信模塊。煤氣泄露測(cè)試系統(tǒng)框圖預(yù)警設(shè)置預(yù)警設(shè)置溫CO傳感器度補(bǔ)償運(yùn)算放大A/D轉(zhuǎn)換數(shù)碼顯示單片機(jī)參數(shù)設(shè)置繼電器光排氣扇電隔離接口通信接口切斷器上機(jī)位圖2-1系統(tǒng)框圖系統(tǒng)工作流程為:由裝在室內(nèi)的CO傳感器獲得被測(cè)量對(duì)象(室內(nèi)CO濃度)原始信A/D的數(shù)字量信號(hào),再由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,得到最終的室內(nèi)環(huán)境CO濃度值,將此數(shù)據(jù)態(tài),則有可能排氣扇未能打開,或者房間發(fā)生嚴(yán)重CO泄露事故,此時(shí)啟動(dòng)預(yù)警信號(hào)進(jìn)具體技術(shù)指標(biāo)如下：應(yīng)用范圍：工業(yè)生產(chǎn)和人民生活中的CO檢測(cè)；檢測(cè)對(duì)象：CO及他們的混合氣體；：CO:0～1000ppm；檢測(cè)精度：CO優(yōu)于20ppm；報(bào)警濃度：100ppm～300ppm響應(yīng)時(shí)間：≤30ms；電池電壓：+12V；：-20～+70℃；工作濕度范圍：10～95%RH。煤氣泄露測(cè)試的各個(gè)功能模塊CO氣體LED顯示屏將CO氣體濃度顯示出來，當(dāng)氣體濃A/DLEDRS-232通信模塊。設(shè)計(jì)原理氣體傳感器介紹以分為六大類：半導(dǎo)體氣體傳感器。固體電解質(zhì)氣體傳感器。接觸感染式氣體傳感器。電化學(xué)式氣體傳感器。光學(xué)式氣體傳感器。高分子氣體傳感器。氣體傳感器應(yīng)滿足的基本條件一個(gè)氣體傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實(shí)體，也可以是由多個(gè)不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個(gè)完整的氣體傳感器都必須具備以下條件：對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好。長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性好。使用壽命長(zhǎng)。制造成本低，使用與維護(hù)方便。氣體傳感器的選定氣體傳感器是本系統(tǒng)檢測(cè)的起點(diǎn)也是系統(tǒng)的核心和重點(diǎn)，選擇合適的傳感器成為決定系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。CO氣體傳感器屬于氣敏傳感器，通過A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報(bào)警控制等工作。傳感器作為傳感器的選型是非常重要的。由于監(jiān)控系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分在于室內(nèi)一氧化碳?xì)怏w濃度的檢測(cè),本系統(tǒng)考慮到室內(nèi)空氣中一氧化碳含量的大致范圍,結(jié)合國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)(GB3095—1996)規(guī)定的一氧化碳分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),我們選用了Motorola生產(chǎn)的一種專門用于家庭用途的MGS1100型一氧化碳?xì)怏w傳感器,MGS1100一氧化碳傳感器是一種應(yīng)用全微電子工藝制成的半導(dǎo)體氣體傳感器，作為CO敏感元件，對(duì)CO響應(yīng)的選擇性好，并具有靈敏度高，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)在信號(hào)采集的同時(shí)加以溫度補(bǔ)償。它是在微型硅橋結(jié)構(gòu)中嵌入的加熱器上制作一層SnO2薄膜,這種結(jié)構(gòu)不僅使得SnO2薄膜對(duì)CO氣體在很寬的溫度范圍內(nèi)具有敏感性,而且硅膜減少熱傳導(dǎo)的熱損失,從而大大降低了功耗。圖2-2傳感器管腳與基本測(cè)量電路圖其中24端為加熱器的電源接線端,13CO,SnO2CO濃度的變化而變化,CO濃度越大,SnO2為取得傳感器輸出信號(hào)的基本電路圖,VhRSRL串聯(lián)接到工作電壓VCC兩端,由此可得關(guān)系:VRL=RL2VCC/（RL+RS）傳感器阻值RS隨著CO濃度的增大而減小時(shí),輸出負(fù)載電壓VRL逐漸變大,所以通過測(cè)量負(fù)載電壓即可反應(yīng)出被測(cè)對(duì)象的COMGS1100型一氧化碳?xì)怏w傳感器的特-20～70°，零點(diǎn)漂移為PPM<10。數(shù)據(jù)處理傳感器非線性信號(hào)處理人們使用傳感器時(shí)總希望傳感器的輸出量和它所測(cè)量的輸入量呈線性關(guān)系,但由于傳感器內(nèi)部因素和測(cè)量誤差等原因,傳感器的輸入—輸出特性在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)往往不是嚴(yán)格的直線關(guān)系。在本系統(tǒng)中測(cè)量得到的是經(jīng)傳感器和采集電路變換的電壓信號(hào),為了真實(shí)地反映被測(cè)量的CO濃度值,需要將根據(jù)系統(tǒng)特性在測(cè)量范圍內(nèi)將環(huán)境濃度與采集電壓之間的關(guān)系作一個(gè)誤差盡可能小的標(biāo)定,依據(jù)此標(biāo)定關(guān)系,將測(cè)量得到的電壓信號(hào)真實(shí)地轉(zhuǎn)化成被測(cè)環(huán)境的CO濃度值。本系統(tǒng)采用的是分段插值法來對(duì)系統(tǒng)測(cè)量值和目標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)定的。數(shù)字濾波處理數(shù)字濾波的方法有很多種,可以根據(jù)不同的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行選擇。下面介紹幾種常用得數(shù)字濾波法：程序判斷濾波中值濾波算術(shù)平均值濾波滑動(dòng)平均濾波RC低通數(shù)字濾波加權(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：N次(一般N取奇數(shù)),然后把N次的采樣值從小到大(或從大到小)排隊(duì),再取中間值作為本次采樣值中值濾波對(duì)于去掉偶然因N個(gè)采樣值從小到大(或從大到小)進(jìn)行排N個(gè)數(shù)據(jù)按大小排序的具體做法是兩兩進(jìn)行比較,設(shè)R0據(jù)區(qū)首地址,先將((R0))與((R0)+1)進(jìn)行比較,若((R0))<((R0)+1),則不交換存放位((R0)+1)與((R0)+2)N-1將N個(gè)數(shù)從小到大順序排列。第3章煤氣泄露自動(dòng)測(cè)試硬件設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償電路OP07低噪聲高精度運(yùn)算放大器OP07高精度運(yùn)算放大器具有極低的輸入失調(diào)電壓，極低的失調(diào)電壓溫漂，非常低的輸入噪聲電壓幅度及長(zhǎng)期穩(wěn)定等特點(diǎn)。可廣泛應(yīng)用于穩(wěn)定積分、精密絕對(duì)值電路、比較器及微弱信號(hào)的精確放大，尤其適應(yīng)于宇航、軍工及要求微型化、高可靠的精密儀器儀表中。特點(diǎn)是失調(diào)電壓為10μv，失調(diào)電壓溫度系數(shù)為0.2μv/℃，長(zhǎng)期穩(wěn)定度為0.2μv/月，無需調(diào)零，無需外補(bǔ)償和外接保護(hù)元件。最顯著的特點(diǎn)是：4000V（普通OP07的靜電損傷閾值電壓約為700-1000V）。由于增加了保護(hù)電路，改善了器件的抗電浪涌性能。具有更低的輸入失調(diào)電壓，典型值約為幾個(gè)微伏。兩個(gè)運(yùn)算放大器的參數(shù)一致性好。采用A10.3mmＸ7.9mm,小于兩個(gè)單片OP-07運(yùn)算放大器的體積,節(jié)約了安裝空間。管腳功能排列標(biāo)準(zhǔn)化,與OPA2277、OP727電子系統(tǒng)前置放大、誤差放大、直流信號(hào)放大、直接耦合放大、儀表放大器、雙路匹配放大等要求高精度、低漂移、高可靠及抗靜電等信號(hào)處理的場(chǎng)合。2. 特點(diǎn)低的輸入噪聲電壓幅度—0.35μVP-P(0.1Hz～10Hz)極低的輸入失調(diào)電壓—10μV極低的輸入失調(diào)電壓溫漂—0.2μV/℃具有長(zhǎng)期的穩(wěn)定性—0.2μV/月低的輸入偏置電流—±1nA高的共模抑制比—126dB寬的共模輸入電壓范圍—±14V家庭廚房煤氣泄漏檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)家庭廚房煤氣泄漏檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)家庭廚房煤氣泄漏檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)家庭廚房煤氣泄漏檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第PAGE26第26頁(yè)26頁(yè)作者第PAGE25第25頁(yè)26頁(yè)作者寬的電源電壓范圍3V～±22V可替代725、108A、741、AD510等電路溫度補(bǔ)償如圖3-1示為溫度補(bǔ)償電路圖3-1溫度補(bǔ)償電路/ADC0809ADC0809的介紹ADC0809具有8個(gè)通道的模擬輸入線(IN0～I(xiàn)N7)，可在程序控制下對(duì)任意通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，獲得8位二進(jìn)制數(shù)字量(D7～D0)。模擬輸入部分有8路多路開關(guān)，可由3位地址輸入ADDA、ADDB、ADDC的不同組合來選擇，ALE為地址鎖存信號(hào)，高電平有效，鎖存這三條地址輸入信號(hào)。主體部分是采用逐次逼近式的A/D轉(zhuǎn)換電路，由CLK控制的內(nèi)部電路的工作,START為啟動(dòng)命令，高電平有效，啟動(dòng)ADC0809內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換完成，輸出信號(hào)EOC有效，OE為輸出允許信號(hào)，高電平有效，打開輸出三態(tài)緩沖器,把轉(zhuǎn)換后的結(jié)果送DB。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D8路模擬開關(guān)、地址鎖存與8位開關(guān)樹型D／A它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與TTL兼容。引腳功能ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，下面說明各引腳功能。IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。D0～D7：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE：地址鎖存選通信號(hào)，輸入高電平有效。START：A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入高電平有效。EOC：A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓輸入端,它們決定了輸入模擬電壓的最大值和最小值.VCC：電源，接＋5V。GND:接地。圖3-2ADC0809管腳圖主要特性8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫宿D(zhuǎn)換時(shí)間為100μs單個(gè)＋5V電源供電模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度低功耗，約15mWADC0809的工作過程是：當(dāng)模擬量送至某一輸入通道IN0后，CPU將標(biāo)識(shí)該通道編碼的三位地址信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)線或地址線輸入到ADDCADDBADDA3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A／D,EOCA／D這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。轉(zhuǎn)換結(jié)束,OE輸入高電平，EOC可作為中斷請(qǐng)求信號(hào),轉(zhuǎn)換結(jié)束后，可通過執(zhí)行IN指令，設(shè)法在輸出允許OE腳上形成一個(gè)正脈沖，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。AT89C51的概述AT89C51簡(jiǎn)介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemor）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C51是一種帶2K單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存MCS-518位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C51是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。主要性能參數(shù)2與MCS-51兼容24K2壽命：1000寫/擦循環(huán)2數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年2全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz2三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定212838位內(nèi)部RAM232可編程I/O線2兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器25個(gè)中斷源2可編程串行通道22片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路功能特性概述：AT89C514K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM,32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷機(jī)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0HZ的靜輯操作，并支持兩種軟件可選CPU/RAM管腳說明VCC：供電電壓,接+5V電源正端。VSS：接地,接+5V電源地端。P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O8TTLP1管腳第一次寫1P0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校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O4TTLP1口管腳寫入1口被外部下拉為FLASH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門電流，當(dāng)P2口被寫“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“1”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口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O4個(gè)TTL當(dāng)P3口寫入“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口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。P3口除了做一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能表3-1P3口第二功能引腳引腳P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7備選功能串行輸入口/INT0（0）/INT1（外部中斷1）T0（記時(shí)器0外部輸入）T1（記時(shí)器1外部輸入）/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）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)。圖3-3AT89C51管腳圖/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（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：來自反向振蕩器的輸出。時(shí)鐘振蕩器：AT89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1XTAL2用戶還可以采用外部時(shí)鐘，在這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。顯示聲光報(bào)警單元CO所占的比例超標(biāo)時(shí)，就應(yīng)該通過聲光方式發(fā)出警報(bào)，防止由于CO生的意外事故。本設(shè)計(jì)中的聲光報(bào)警部分包括蜂鳴器以及紅、黃、綠三個(gè)LED報(bào)警指示燈。聲光報(bào)警表現(xiàn)形式如下：(１)綠色燈點(diǎn)亮表示傳感器檢測(cè)到CO氣體，但沒達(dá)到下限值，一切正常，此時(shí)紅色和黃色熄滅，蜂鳴器不發(fā)聲；黃色燈點(diǎn)亮表示傳感器檢測(cè)到CO此時(shí)紅色燈和綠色燈熄滅，蜂鳴器不發(fā)聲；紅色燈點(diǎn)亮?xí)r表示被測(cè)得CO熄滅，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，通知用戶；單片機(jī)本身I/OPNP極管，這樣能夠使蜂鳴器的聲音更加響亮，起到更好的報(bào)警作用。三極管基極的電路保證了只有在單片機(jī)輸出低電平時(shí)，蜂鳴器才會(huì)發(fā)聲，避免了誤報(bào)警的發(fā)生。聲光報(bào)警單元與單片機(jī)的連接圖如下：LED顯示

圖3-4聲光報(bào)警電路LED數(shù)碼顯示器是一種由LED個(gè)LED發(fā)光二極管，其中7個(gè)用于顯示字符，1個(gè)用于顯示小數(shù)點(diǎn)，故稱之為7二極管數(shù)碼顯示器。驅(qū)動(dòng)LEDLEDP——LED——限流電阻——PLEDPLED發(fā)光用的，發(fā)光管亮的時(shí)候電流是從電源正——上拉電阻——LED——地。這時(shí)上拉電阻P口為高電位或高阻狀態(tài)發(fā)光管暗的時(shí)候電流是從電源正——上拉電阻——P口，這時(shí)LED無電流流過，P口為低電位，限流電阻上流過電流全部從P口流入。要從單片機(jī)的輸出驅(qū)動(dòng)能力開始講起。單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)分為高電平驅(qū)動(dòng)和低電平驅(qū)動(dòng)兩種方式，所謂高電平驅(qū)動(dòng)，就是端口輸出高電平時(shí)的驅(qū)動(dòng)能力，所謂低電平驅(qū)動(dòng)，就是端口輸出低電平時(shí)的驅(qū)動(dòng)能力，當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí)，其驅(qū)動(dòng)能力實(shí)際上是靠端口的上拉電阻來驅(qū)動(dòng)的，實(shí)際測(cè)試表明，51在330K330KLED1Kled1020個(gè)led1020個(gè)1K01020個(gè)上拉電阻被無用的導(dǎo)通，假設(shè)每個(gè)電阻的電流為5mA計(jì)算，20個(gè)電阻就是100mA，這將造成電源效率的嚴(yán)重下降，導(dǎo)致發(fā)熱，紋波增大，以至于造成單片機(jī)工作不穩(wěn)，因此很少有采用高電平直接驅(qū)動(dòng)ledled300時(shí)，盡管內(nèi)部的上拉電阻也是消耗電流的，但是由于內(nèi)部的上拉電阻很大，有330K，因此消耗電流極小，基本上不會(huì)影響電源效率，不會(huì)造成無用功的大量消耗，因此51單片機(jī)是不能用高電平直接驅(qū)動(dòng)led只能用地電平直接驅(qū)動(dòng)led，即只能用共陽數(shù)碼管，而不能直接用共陰數(shù)碼管本設(shè)計(jì)通過觀察LED數(shù)碼顯示器顯示CO濃度值，判斷CO濃度值是否超過上限值，如果超過，自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)打開排氣扇，使CO濃度降低。如果超過下限值，切斷閥閉合，以便達(dá)到正常狀態(tài)。排氣扇控制系統(tǒng)與切斷閥光電隔離器在開關(guān)量控制中，最常用的器件是光電隔離器。光電隔離器的種類繁多，常用的有發(fā)光二極管///以及發(fā)光二極管/光觸可控硅等。光電隔離器有GaAs過時(shí)，即產(chǎn)生人眼看不見的紅外光，其光譜范圍為700~1000nm照以后便導(dǎo)通。而當(dāng)該電流撤去時(shí)，發(fā)光二極管熄滅，三極管隨即截止。利用這種特性即可達(dá)到開關(guān)控制的目的。由于該器件是通過電—光—設(shè)備進(jìn)行控制的，彼此之間沒有電器連接，因而起到隔離作用。隔離電壓與光電隔2500v裝形式的隔離電壓一般為5000—10000v般為10mA10mA輸出電流的大小將決定控制輸出外設(shè)的能力。繼電器選擇繼電器是電氣控制中常用的控制器件。一般由通電線圈和觸點(diǎn)構(gòu)成。當(dāng)線圈通電時(shí)，由于磁場(chǎng)的作用，使開關(guān)觸點(diǎn)閉合（或打開）。當(dāng)線圈不通電時(shí)，則開關(guān)觸點(diǎn)斷開（或閉合）。一般線圈可以用直流低電壓控制；而觸點(diǎn)輸出部分可以直接與220V連接；有時(shí)繼電器也可以與低電器配合使用。繼電器有電磁繼電器，干簧管繼電器，固態(tài)繼電器（半導(dǎo)體繼電器）等電磁繼電器熱敏干簧繼電器固態(tài)繼電器（SSR）本次設(shè)計(jì)采用固態(tài)繼電器下面對(duì)固態(tài)繼電器作一下詳細(xì)介紹：中間采用隔離器件實(shí)現(xiàn)輸入輸出的電隔離。中間采用隔離器件實(shí)現(xiàn)輸入輸出的電隔離。和常閉型。按隔離型式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多。固態(tài)繼電器（SSR）是一種全電子電路組合的元件，它依靠半導(dǎo)體器件和質(zhì)上相同的功能。固態(tài)繼電器的分類：按工作性質(zhì)分有直流輸入-交流輸出型，直流輸入-直流輸出型，交流輸入-交（面板安裝），按工作性質(zhì)分有直流輸入-交流輸出型，直流輸入-直流輸出型，交流輸入-交（面板安裝），型。按元件分有普通型和增強(qiáng)型。固態(tài)繼電器優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：多數(shù)產(chǎn)品具有零電壓導(dǎo)通，零電流關(guān)斷，與邏輯電路兼容（TTL、DTL優(yōu)點(diǎn)：多數(shù)產(chǎn)品具有零電壓導(dǎo)通，零電流關(guān)斷，與邏輯電路兼容（TTL、DTLHTL）切換速度快、無噪音、耐腐蝕、抗干擾、壽命長(zhǎng)、體積小，能以微小的控制信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載等。號(hào)直接驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載等。缺點(diǎn)：存在通態(tài)壓降，需要散熱措施，有輸出漏電流，交直流不能通用，觸點(diǎn)組數(shù)少，成本高。(4)固態(tài)繼電器應(yīng)用領(lǐng)域：(4)固態(tài)繼電器應(yīng)用領(lǐng)域：由于固態(tài)繼電器的內(nèi)在特點(diǎn)，自問世以來以進(jìn)入電磁繼電器的大多數(shù)領(lǐng)域，在少數(shù)領(lǐng)域以完全取而代之。(5)基于上述介紹，固態(tài)繼電器不是直接接溫度控制器，溫控器僅是一個(gè)傳感元件，相應(yīng)的還得有電源和其它輔助電路。雖然繼電器本身有一定的隔離作用，這里還是采用光電隔離器進(jìn)行隔離。光電隔離電路前向和后向通道中獲得廣泛應(yīng)用。圖3-5光電隔離技術(shù)電路如圖3-5所示，當(dāng)開關(guān)量P2.2輸出為高電平時(shí)，經(jīng)反向驅(qū)動(dòng)器7406變?yōu)榈碗娖?，使發(fā)光二極管發(fā)光，從而使光敏三極管導(dǎo)通，進(jìn)而使晶體管8050導(dǎo)通，因而使繼電器J的線圈通電，繼電器觸點(diǎn)閉合，使～220V電源接通，從而打開排氣扇，使CO濃度降低。反之，當(dāng)P2.2輸出低電平時(shí)，使S1斷開。圖中所示電阻R1為限流電阻，二極管V的作用是保護(hù)晶體管8050。當(dāng)繼電器J吸合時(shí)，二極管V截止，不影響電路工作。繼電器釋放時(shí)，由于繼電器線圈存在電感，這時(shí)晶體管已經(jīng)截止，所以會(huì)在線圈的當(dāng)感應(yīng)電壓與VCC之和大于晶體管8050V流過，從而使晶體管8050得到保護(hù)。切斷閥控制電路與排氣扇裝置電路類似，只是將風(fēng)扇換成切斷閥，原理相似。第4章接口總線4.1RS-232接口總線RS-232C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)正式公布的，在異步串行通信中應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)總線。該標(biāo)準(zhǔn)適用于DICE和DTE間的串行二進(jìn)制通信，最高數(shù)據(jù)傳送速率可達(dá)19.2Kbps，最長(zhǎng)傳送電纜可達(dá)15米。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)定義了25根引線，對(duì)于一般的雙向通信，只需使用串行輸入RXD，串行輸出TXD和地線GND。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的電平采用負(fù)邏輯，規(guī)定+3～+15V之間的任意電平為邏輯“0”電平，-3～-15V之間的任意電平為邏輯“1”電平，與TTL和CMOS電平是不同的。在接口電路和計(jì)算機(jī)接口芯片中大都為TTL或CMOS電平，所以在通信時(shí)，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，以便與RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的電平匹配，MAX232芯片可以完成電平轉(zhuǎn)換這一工作。RS232C是一種電壓型總線標(biāo)準(zhǔn)，可用于設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)接口與終端或外設(shè)之間的連接，以不同的極性的電壓表示邏輯值。中的數(shù)據(jù)送到上位機(jī)進(jìn)行處理，從而減輕單片機(jī)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。由于單片機(jī)與上位機(jī)進(jìn)行通信時(shí)接口電平不同，因此需要進(jìn)行接口轉(zhuǎn)化，這里采用MAX232口電平的轉(zhuǎn)化。每次一個(gè)二進(jìn)制位移動(dòng)的，他的優(yōu)點(diǎn)是只需一對(duì)傳輸線進(jìn)行傳送信息，因此其成本低，適用于遠(yuǎn)距離通信，他的缺點(diǎn)是傳送速度低，串行通信有異步通行和同步通信兩種基本通信方式，同步通信適用于傳送速度高的情況，其硬件復(fù)雜，而異步通信應(yīng)用于傳送速度在50-192001校驗(yàn)位（可省略）和1位停止位4具體的數(shù)據(jù)格式和波特率（通信協(xié)議）。/接收。R1out接AT89C51的RXD，T1in接AT89C51的TXD，T1out接PC機(jī)的接PC機(jī)的TDMAX232MAXIMMAX232/MAX232A/MAXIMEIA/TEA2232E的標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的，他們?cè)贓IA/TIA2232E標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口中日益得到0.1μF或1μF，采用雙列直插封裝形式、接收器輸出為三態(tài)TTL/CMOS等優(yōu)越性，為雙組RS-232接收發(fā)MAX232外圍需要4個(gè)電解電容，是內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需電容，其取值均為1μF/25V宜選用鉭電容并且應(yīng)盡量靠近芯片。圖4-1MAX232接口的硬件接口電路本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)采用11.0592MHz晶振，波特率采用1200b/s。串口是本系統(tǒng)與外界通信的唯一通道，通過RS-232串口單片機(jī)系統(tǒng)可以和PC機(jī)進(jìn)行通信，可以從PC機(jī)下載最新的數(shù)據(jù)，也可以將檢測(cè)結(jié)果上傳至PC機(jī)。由于每一個(gè)氣體傳感器的參數(shù)都不完全一樣，所以在ＣＯ檢測(cè)儀出