煤氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

./目錄TOC\o"1-3"\h\u10699第1章煤氣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本容1107951.1煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的主要任務(wù) 175501.2煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 1477第2章煤氣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì) 217072.1基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn) 2234682.2系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì) 317542.2.1氣體傳感器電路設(shè)計(jì) 3187982.2.2放大電路的設(shè)計(jì) 5115932.2.3A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 6223042.2.4單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1043092.2.5聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì) 11224552.2.6數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) 126657第3章煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 13300833.1主程序設(shè)計(jì)流程圖 1316143.2A/D轉(zhuǎn)換控制程序設(shè)計(jì)流程圖 1427323.3顯示子程序的設(shè)計(jì)流程圖 15141493.4報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)流程圖 1510895第4章系統(tǒng)的功能仿真 16130254.1仿真軟件介紹 16192054.2煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的模塊仿真 16103034.2.1A/D轉(zhuǎn)換模塊測(cè)試 16135254.2.2顯示模塊測(cè)試 1788814.2.3聲光報(bào)警電路模塊測(cè)試 18237904.3系統(tǒng)誤差分析 193941參考文獻(xiàn) 2010496附錄1煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的仿真電路圖 2130776附錄2煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的電路原理圖 2114763附錄3濃度與電壓值的對(duì)應(yīng)關(guān)系 227793附錄4煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的源程序 23.第1章煤氣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本容煤氣測(cè)量系統(tǒng)中,設(shè)計(jì)一套具有有毒氣體檢測(cè)功能、報(bào)警功能、能夠判斷室空氣中煤氣的泄露情況和顯示當(dāng)前室有毒氣體的濃度,用單片機(jī)控制報(bào)警器是否需要報(bào)警。煤氣檢測(cè)系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分主要包括氣體傳感器電路、放大電路、A\D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、單片機(jī)控制電路和報(bào)警電路和數(shù)碼管顯示電路。氣體傳感器用來(lái)檢測(cè)室空氣中有毒氣體的濃度,當(dāng)室空氣中有毒氣體含量超過(guò)允許標(biāo)準(zhǔn)濃度后,氣體傳感器所獲得的感應(yīng)信號(hào),通過(guò)放大處理以后,再經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理,控制報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警處理。軟件部分主要包括A\D的采樣程序、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警程序和顯示程序。煤氣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在硬件設(shè)計(jì)方面,主要研究組成家用煤氣泄漏報(bào)警控制系統(tǒng)的單片機(jī)芯片、氣體傳感器的使用方法,同時(shí)研究電路設(shè)計(jì)思路、電路組成,包括氣體傳感器、放大電路、單片機(jī)、聲光報(bào)警電路和顯示電路的設(shè)計(jì),給出系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖、仿真電路圖和整體電路原理圖。1.1煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的主要任務(wù)本論文是煤氣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研制,主要完成：<1>對(duì)煤氣檢測(cè)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了整體規(guī)劃；<2>對(duì)煤氣檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件流程設(shè)計(jì),分為主程序設(shè)計(jì),A/D轉(zhuǎn)換控制程序的設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)處理,濃度顯示程序設(shè)計(jì)、聲光報(bào)警子程序設(shè)計(jì)等；<3>軟件的調(diào)試,功能仿真；<4>畫(huà)出煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的電路原理圖。1.2煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求由于煤氣檢測(cè)系統(tǒng)主要包括氣體傳感器電路、放大電路、A\D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、聲關(guān)報(bào)警電路和數(shù)碼管顯示電路等部分。本論文要求做以下設(shè)計(jì)：氣體傳感器對(duì)煤氣是否泄漏進(jìn)行檢測(cè)；放大電路對(duì)檢測(cè)出微弱的電壓信號(hào)進(jìn)行一定的放大處理；A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì),A/D轉(zhuǎn)換器能夠時(shí)刻的對(duì)放大的電壓信號(hào)進(jìn)行采集；根據(jù)有毒氣體濃度與采集的電壓信號(hào)的關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理；<5>顯示程序的設(shè)計(jì),用4位數(shù)碼管顯示所測(cè)得的煤氣濃度值。<6>聲關(guān)報(bào)警控制程序設(shè)計(jì),根據(jù)氣體濃度進(jìn)行相應(yīng)的處理.第2章煤氣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)2.1基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)微處理器的出現(xiàn)極促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展,提高了人們生活的質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)了工業(yè)的現(xiàn)代化和自動(dòng)化。基于8位和16位單片機(jī)的嵌入式設(shè)備<如儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和顯示、過(guò)程控制、工業(yè)自動(dòng)化等>的實(shí)時(shí)應(yīng)用、測(cè)控系統(tǒng)正在走向網(wǎng)絡(luò)智能化。這就要求企業(yè)從現(xiàn)場(chǎng)控制層到管理層能實(shí)現(xiàn)全方位的無(wú)縫信息集成,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)、智能診斷以及遠(yuǎn)程管理功能,提供一個(gè)開(kāi)放的基礎(chǔ)構(gòu)架,并具有高可靠性、分散控制、集中監(jiān)視和管理的功能。針對(duì)目前微型處理器的處理芯片的不同,本設(shè)計(jì)是基于AT80C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?；贏T89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的具體方案如圖2-1所示。該方案主要包括了可燃?xì)怏w傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、AT89C52單片機(jī)控制電路、聲光報(bào)警電路以及數(shù)碼管顯示電路。氣體傳感器輸出為模擬量,很微弱需要進(jìn)行放大電路的處理,單片機(jī)處理的是數(shù)字信號(hào),需要利用A/D轉(zhuǎn)換器,將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給AT89C52單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理；聲光報(bào)警電路里使用蜂鳴器作為報(bào)警用,同時(shí)還用LED燈進(jìn)行相應(yīng)的指示,以便于提醒注意；單片機(jī)的最小系統(tǒng)是AT89C52單片機(jī)工作的前提條件；顯示電路采用了4位集成的數(shù)碼管進(jìn)行顯示,由AT89C52單片機(jī)進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)顯示。單片機(jī)AT89C524位數(shù)碼管顯示放大器氣體傳感器單片機(jī)AT89C524位數(shù)碼管顯示放大器氣體傳感器A/D報(bào)警和指示燈A/D報(bào)警和指示燈單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)圖2-1基于AT89C52的單片機(jī)的煤氣檢測(cè)系統(tǒng)組成框圖在煤氣檢測(cè)系統(tǒng)組成框圖2-1中所示,系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C52為控制的核心,配合外圍電路共同完成信號(hào)采集、濃度的顯示、聲光報(bào)警電路的功能設(shè)計(jì)等。其中傳感器采用的是M-5,該傳感器外形小,氣體響應(yīng)快,性能穩(wěn)定,低功耗,常適用于泄漏監(jiān)測(cè)器。放大電路采用的是LM324運(yùn)放進(jìn)行放大微弱的信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器采用的是ADC0808,它是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件,具有功耗低,性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。數(shù)碼管使用4位集成的共陰數(shù)碼管。2.2系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì)主要包括了氣體傳感器電路設(shè)計(jì)、放大電路設(shè)計(jì)、A/D轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)的最小系統(tǒng)、聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)、數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)和電源電路的設(shè)計(jì)等。2.2.1氣體傳感器電路設(shè)計(jì)氣體傳感器可以分為六大類(lèi)：<1>半導(dǎo)體氣體傳感器。<2>固體電解質(zhì)氣體傳感器。<3>接觸感染式氣體傳感器。<4>電化學(xué)式氣體傳感器。<5>光學(xué)式氣體傳感器。<6>高分子氣體傳感器。氣體傳感器應(yīng)滿(mǎn)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：<1>能選擇性地檢測(cè)某種單一氣體,而對(duì)共存的其它氣體不響應(yīng)或低響應(yīng)。<2>對(duì)被測(cè)氣體具有較高的靈敏度,能有效地檢測(cè)允許圍的氣體濃度。<3>對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快,重復(fù)性好。<4>長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性好。<5>使用壽命長(zhǎng)。<6>制造成本低,使用與維護(hù)方便。氣體傳感器的分類(lèi)和基本條件為選擇哪種氣體傳感器提供了參考的依據(jù)。氣體傳感器是氣體與氣味檢測(cè)的關(guān)鍵元件。我們選擇的氣體傳感器是MQ-5．MQ-5特點(diǎn)*對(duì)液化氣,天然氣,城市煤氣有較好的靈敏度*對(duì)乙醇,煙霧幾乎不響應(yīng)*快速的響應(yīng)恢復(fù)特性*長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性*簡(jiǎn)單的測(cè)試電路MQ-5型氣敏元件對(duì)不同種類(lèi),不同濃度的氣體有不同的電阻值。因此,在使用此類(lèi)型氣敏元件時(shí),靈敏度的調(diào)整是很重要的。我們建議您用1000ppm異丁烷或氫氣校準(zhǔn)傳感器。當(dāng)精確測(cè)量時(shí),報(bào)警點(diǎn)的設(shè)定應(yīng)考慮溫濕度的影響。圖2-2氣體傳感器管腳與基本測(cè)量電路圖如圖2-2里,其中2、4端為加熱器的電源接線端,1、3為傳感器輸出端,氣體傳感器工作原理是把傳感器置于CO氣體環(huán)中,SnO2薄膜層的電阻會(huì)隨著CO濃度的變化而變化,CO濃度越大,SnO2薄膜層阻值越小。圖2-2為取得氣體傳感器輸出信號(hào)的基本電路圖,Vh為加熱電壓,傳感器電阻RS與負(fù)載電阻RL串聯(lián)接到工作電壓VCC兩端,由此可得關(guān)系:VRL=RL·VCC/〔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(guò)測(cè)量負(fù)載電壓即可反應(yīng)出被測(cè)對(duì)象的CO濃度。一氧化碳達(dá)到一定濃度以后,會(huì)引起中毒的可能癥狀50ppm健康成年人在八小時(shí)可以承受的最大濃度200ppm2-3小時(shí)后,輕微頭痛、乏力400ppm1-2小時(shí)前額痛；3小時(shí)后威脅生命800ppm45分鐘,眼花、惡心、痙攣；2小時(shí)失去知覺(jué)；1000ppm1小時(shí)死亡1200ppm45分鐘可能導(dǎo)致死亡我們從上面的數(shù)據(jù)可以看出來(lái),隨著一氧化碳的濃度的升高,CO對(duì)我們的身體的健康就會(huì)造成更大的傷害,所以,我將CO濃度與報(bào)警控制處理方式,進(jìn)行了劃定,為編程參考作為依據(jù)。表2-1CO濃度與控制處理CO濃度〔ppm控制處理方式說(shuō)明＜400正常情況處理指示燈亮綠色≥400一般報(bào)警小喇叭報(bào)警≥800嚴(yán)重報(bào)警指示燈亮紅色且小喇叭報(bào)警一氧化碳的濃度在400ppm圍以,我們就按照正常情況處理,即不需要報(bào)警處理；當(dāng)一氧化碳的濃度大于等于400ppm以后,我們就按照一般報(bào)警情況處理,目的是為了開(kāi)始進(jìn)行報(bào)警提示,以便于提醒人們的注意；當(dāng)一氧化碳的濃度達(dá)到800ppm值以后,我們就必須的進(jìn)行嚴(yán)重的報(bào)警處理。CO氣體傳感器屬于氣敏傳感器,通過(guò)放大處理后,再經(jīng)過(guò)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),經(jīng)過(guò)單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理及報(bào)警控制,最后送給數(shù)碼管顯示。氣體傳感器作為煤氣泄露測(cè)試裝置報(bào)警器的信號(hào)采集部分。由此可見(jiàn),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。2.2.2放大電路的設(shè)計(jì)由于氣體傳感器采集的電信號(hào)一般很小,而且存在共模成分,需要經(jīng)過(guò)放大電路放大,之后方可進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。氣體傳感器輸出的信號(hào)幅度很小,存在著不同程度的電磁干擾,因此在本設(shè)計(jì)中,放大電路采用LM324放大器進(jìn)行放大,對(duì)來(lái)自傳感器的信號(hào)經(jīng)行精密放大,同時(shí)抑制共模成分提高信號(hào)質(zhì)量。LM324系列器件為四運(yùn)算放大器,LM324的引腳排列見(jiàn)圖2-3所示。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比,它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下。共模輸入圍包括負(fù)電源,因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器,可用圖2-3所示的符號(hào)來(lái)表示,它有5個(gè)引出腳,其中"+"、"-"為兩個(gè)信號(hào)輸入端,"V+"、"V-"為正、負(fù)電源端,"Vo"為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中,Vi-〔-為反相輸入端,表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+〔+為同相輸入端,表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。圖2-3LM324的引腳放大電路設(shè)計(jì)中,我們采用一個(gè)增益可調(diào)的同向放大電路,計(jì)算公式為AV=1+Rf/R2,其中Rf=200k<可調(diào)的>,R2取10K,AV最大可達(dá)21,從而給調(diào)試帶來(lái)了極大方便。它可以構(gòu)成儀表的放大器,具有線性度優(yōu)良、溫度穩(wěn)定性高和體積小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。圖2-4氣體傳感器的放大電路設(shè)計(jì)由LM324構(gòu)成的氣體傳感器的放大電路如圖2-4所示。在圖中接口J3為氣體傳感器的電源接口,氣體傳感器與電阻RV構(gòu)成串聯(lián)型分壓式電路,直流電壓+5V經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓處理以后,電壓比較穩(wěn)定,給MQ-5提供供電電壓和加熱電壓；LM324構(gòu)成增益可調(diào)的放大電路,放大電路的輸出端1管腳接入ADC0808的IN0引腳。2.2.3A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)ADC0808芯片有28條引腳,如圖2-5ADC0808管腳圖所示,采用雙列直插式封裝,下面說(shuō)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(kāi)輸出三態(tài)門(mén),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最小值.VCC：電源,接＋5V。GND：接地。圖2-5ADC0808管腳圖ADC0808芯片主要特性:1.8路8位A／D轉(zhuǎn)換器,即分辨率8位,N=82.具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?.轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs4.單個(gè)＋5V電源供電5.模擬輸入電壓圍0～＋5V,不需零點(diǎn)和滿(mǎn)刻度校準(zhǔn)6.工作溫度圍為-40～＋85攝氏度7.低功耗,約15mWADC0808芯片的幾個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)：1、轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度是指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間的倒數(shù),是一個(gè)很重要的指標(biāo)。A/D轉(zhuǎn)換器型號(hào)不同,轉(zhuǎn)換速度差別很大。通常,8位逐次比較式ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us左右。由于本系統(tǒng)的控制時(shí)間允許,可選8位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808。2、ADC位數(shù)的選擇A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定著信號(hào)采集的精度和分辨率。對(duì)于該8個(gè)通道的輸入信號(hào),8位A/D轉(zhuǎn)換器,精度：==0.39%.分辨率：==0.0195323V20mv<輸入為0～5V時(shí)>量化誤差：Q=10mv說(shuō)明：Vref—A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓,即為基準(zhǔn)電壓,選取Vref=5V；—ADC的二進(jìn)制位數(shù),N=8；ADC0808是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器,它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型A／D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成,ADC0808部結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。圖2-6ADC0808部結(jié)構(gòu)圖ADC0808具有8個(gè)通道的模擬輸入線<IN0～I(xiàn)N7>,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?？稍诔绦蚩刂葡聦?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(kāi)關(guān),可由3位地址輸入ADDA、ADDB、ADDC的不同組合來(lái)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)。具體的通道選擇如表2-2所示：表2-2模擬通道選擇本設(shè)計(jì)是使用通道IN0,所以,將ADC0808的C、B和A管腳都接地,即為選通模擬輸入線IN0。ADC0808的工作過(guò)程圖2-7ADC0808的工作時(shí)序圖如圖2-7所示,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ADDC、ADDB、ADDA引腳上。然后輸入3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轉(zhuǎn)換完成,轉(zhuǎn)換開(kāi)始,EOC變?yōu)楦唠娖?指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束,結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器,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(guò)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(mén)打開(kāi),轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。如圖2-8所示,A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)中,其中ADC0808的ALE和START端一起連接AT89C52的P1.3口。EOC經(jīng)過(guò)一個(gè)反相器連接P3.2口,OE〔ENABLE連接P1.4口。ADDA,ADDB,ADDC連接在一起接GND,相當(dāng)于選通通道IN0。傳感器通過(guò)放大以后,再經(jīng)過(guò)通道IN0,將信號(hào)傳送給ADC0808,通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換以后,送給單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理。圖2-8A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)2.2.4單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)的最小系統(tǒng)主要包括：晶振電路、復(fù)位電路、電源電路等。<1>晶振電路,即為時(shí)鐘振蕩器,如圖2-9所示。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。圖2-9時(shí)鐘振蕩器<2>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。復(fù)位電路如圖圖2-10所示。圖2-10復(fù)位電路復(fù)位電路和電源及振蕩電路是C51單片機(jī)工作的最小系統(tǒng)。具體電路圖如圖2-11所示。圖2-11時(shí)鐘和復(fù)位電路聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)圖2-12聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)的電路圖如圖2-13所示。聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)與單片機(jī)的連接和控制關(guān)系如表2-3所示:表2-3聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)與單片機(jī)的連接和控制關(guān)系表與單片機(jī)的連接關(guān)系給高電平給低電平D1<LED_RED>連接P1.5不報(bào)警,滅報(bào)警—>亮紅燈D2<LED_GREEN>連接P1.6不報(bào)警,滅不報(bào)警—>亮綠燈Q1<SPEAKER>連接P1.7報(bào)警,報(bào)警聲不報(bào)警—>不響單片機(jī)AT89C52的P1.7接晶體管基極輸入端,當(dāng)單片機(jī)AT89C52的P1.7置1時(shí),三極管Q1導(dǎo)通,蜂鳴器兩端處于高電平狀態(tài),使蜂鳴器鳴叫,處于一般報(bào)警狀態(tài)。當(dāng)P1.7輸出低電平0時(shí),三極管截至,蜂鳴器不發(fā)聲。P1.6控制LED_GREEN的亮滅情況,正常情況下,點(diǎn)亮LED_GREEN,作為指示功能,表明處于正常正常情況。P1.5控制LED_RED的亮滅情況,嚴(yán)重報(bào)警的時(shí)候點(diǎn)亮LED_RED,并且蜂鳴器發(fā)聲,表明處于嚴(yán)重報(bào)警情況。報(bào)警和指示燈的作用就是為了提醒人們的注意。2.2.6數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)2-13數(shù)碼管顯示電路顯示用集成的4位數(shù)碼管,七段碼與P0口直接相連,用于輸出P0口的數(shù)據(jù)給數(shù)碼管；P0口上拉100的電阻,為了增加驅(qū)動(dòng)能力；位選用P1.0~P1.2通過(guò)74LS138譯碼器進(jìn)行位選,指定所選的具體的一位。具體的邏輯關(guān)系如下表2-4所示：表2-4位選表74LS1384位集成數(shù)碼管CBA譯中選中對(duì)應(yīng)的000Y0第一位〔仟001Y1第二位〔百010Y2第三位〔十011Y3第四位〔個(gè)第3章煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本論文中,軟件解決的主要問(wèn)題是檢測(cè)氣體傳感器的有毒氣體濃度信號(hào),然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、A/D轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)處理,濃度顯示,以及警報(bào)處理。3.1主程序設(shè)計(jì)流程圖開(kāi)始開(kāi)始程序初始化程序初始化啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換,采集數(shù)據(jù)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換,采集數(shù)據(jù)單片機(jī)處理和控制單片機(jī)處理和控制濃度顯示濃度顯示是否超過(guò)報(bào)警值是否超過(guò)報(bào)警值執(zhí)行報(bào)警處理執(zhí)行報(bào)警處理YN圖3-1主程序設(shè)計(jì)流程圖主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3-1所示,ADC0808對(duì)傳感器檢測(cè)的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后的信號(hào),進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,單片機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后,將濃度值與報(bào)警值相比較,判斷是否報(bào)警。同時(shí)送入數(shù)碼管顯示氣體濃度值。3.2A/D轉(zhuǎn)換控制程序設(shè)計(jì)流程圖圖3-2A/D轉(zhuǎn)換控制程序設(shè)計(jì)程序流程圖A/D轉(zhuǎn)換控制程序設(shè)計(jì)程序流程圖如圖3-2所示。在硬件電路中START,ALE這兩個(gè)信號(hào)端連接在一起,并與P1.3相連接,這時(shí)通過(guò)軟件輸入一個(gè)正脈沖信號(hào),便立即啟動(dòng)模／數(shù)轉(zhuǎn)換。當(dāng)EOC由低電平變成高電平時(shí),經(jīng)過(guò)一個(gè)反相器送給P3.2口一個(gè)脈沖,來(lái)啟動(dòng)外部中斷INT0,同時(shí)給OE端一個(gè)高電平,讀取數(shù)據(jù)。3.3顯示子程序的設(shè)計(jì)流程圖圖3-3顯示子程序流程圖顯示子程序流程圖如圖3-3所示。單片機(jī)讀取要顯示的數(shù)據(jù)后,通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算,計(jì)算出要顯示的數(shù)據(jù)的最高位,第二位,第三位和第四位。然后通過(guò)相應(yīng)的片選信號(hào),在各個(gè)數(shù)碼管上顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。3.4報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)流程圖圖3-4報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)流程圖報(bào)警電路控制程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3-4所示。讀取可燃?xì)怏w濃度值后,判斷是否大于設(shè)定的報(bào)警值。當(dāng)超過(guò)報(bào)警值時(shí),啟動(dòng)報(bào)警器報(bào)警。第4章系統(tǒng)的功能仿真4.1仿真軟件介紹Proteus<海神>的ISIS是一款Labcenter出品的電路分析實(shí)物仿真系統(tǒng),可仿真各種電路和IC,并支持單片機(jī),元件庫(kù)齊全,使用方便,是不可多得的專(zhuān)業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。因此,本次設(shè)計(jì)仿真采用Proteus軟件。4.2煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的模塊仿真在模塊仿真測(cè)試中,連接電壓的滑動(dòng)變阻器輸出一個(gè)電壓信號(hào),經(jīng)過(guò)ADC0808,單片機(jī)處理,在數(shù)碼管顯示滑動(dòng)變阻器兩端的電壓值。此次仿真的目的是驗(yàn)證各個(gè)模塊的控制程序的正確與否,同時(shí)判斷電路連接的正確性。4.2.1A/D轉(zhuǎn)換模塊測(cè)試A/D轉(zhuǎn)換模塊測(cè)試仿真圖如圖4-1所示。用滑動(dòng)電阻代替了傳感器?；瑒?dòng)電阻在電壓下產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)送給ADC0808,電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換以后,送給了單片機(jī)。圖4-1A/D轉(zhuǎn)換模塊測(cè)試仿真圖4.2.2顯示模塊測(cè)試圖4-2顯示模塊測(cè)試仿真圖顯示模塊測(cè)試仿真圖,如圖4-2所示。AT89C52通過(guò)P1.0、P1.1、P1.2控制74LS138進(jìn)行譯碼譯中相應(yīng)的某一位,即進(jìn)行位選功能。P2口把接收到的電壓數(shù)據(jù)值在單片機(jī)里進(jìn)行處理,最后,通過(guò)P0口將數(shù)據(jù)送給數(shù)碼管上面進(jìn)行相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在,為了驗(yàn)證顯示模塊程序是否正確,這里就直接顯示電壓值,對(duì)A\D轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的電壓值就沒(méi)有處理,直接將電壓值通過(guò)P0口將數(shù)據(jù)送給數(shù)碼管上面進(jìn)行相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)；通過(guò),數(shù)碼管顯示的電壓和模擬的電壓比較,看是否正確,通過(guò)多次仿真和調(diào)試,最后顯示模塊測(cè)試仿真圖結(jié)果如圖圖5-2所示。該顯示模塊測(cè)試主要是用來(lái)驗(yàn)證AT89C52,74LS138和ADC0808的相關(guān)軟件程序正確與否,由圖5-2所示中顯示的數(shù)據(jù)來(lái)看,程序是正確的；同時(shí)驗(yàn)證了AT89C52,ADC0808的軟件編譯程序也是正確的,它們都能控制相關(guān)的硬件正常工作。4.2.3聲光報(bào)警電路模塊測(cè)試圖4-3聲光報(bào)警電路模塊測(cè)試正常情況仿真圖圖4-4聲光報(bào)警電路模塊測(cè)試一般報(bào)警仿真圖圖4-5聲光報(bào)警電路模塊測(cè)試嚴(yán)重報(bào)警仿真圖聲光報(bào)警電路模塊測(cè)試仿真圖如圖4-3所示,AT89C52的P1.7口控制小喇叭是否報(bào)警；P1.6控制LED_GREEN的亮滅情況,正常情況下,點(diǎn)亮LED_BLUE,作為指示功能,報(bào)警時(shí)熄滅LED_GREEN；表明處于正常正常情況。如圖4-3所示。P1.7控制小喇叭的是否響的情況,一般報(bào)警的時(shí)候只是小喇叭在響,其余指示燈熄滅；進(jìn)行一般報(bào)警處理,如圖4-4所示。P1.5控制LED_RED的亮滅情況,報(bào)警的時(shí)候點(diǎn)亮,。并且進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警處理,如圖4-5所示,是嚴(yán)重報(bào)警,此刻不僅LED_RED閃爍,而且小喇叭也報(bào)警。該模塊測(cè)試主要是用來(lái)驗(yàn)證控制小喇叭和指示燈相關(guān)的軟件程序是正確的。由圖4-3、圖4-4和圖4-5中可知,程序是正確的。當(dāng)沒(méi)有超過(guò)一定的濃度值是處于正常情況,LED_GREEN的亮,LED_RED滅,小喇叭不響,處于不報(bào)警狀態(tài),即為正常情況處理。當(dāng)AT89C52接收到的數(shù)據(jù)值超過(guò)一定濃度值時(shí),能控制小喇叭報(bào)警但LED_RED不亮,即處于一般報(bào)警狀態(tài)；當(dāng)AT89C52接收到的數(shù)據(jù)值超過(guò)一定濃度值時(shí),能控制小喇叭報(bào)警和LED_RED亮,即處于嚴(yán)重報(bào)警狀態(tài)；4.3系統(tǒng)誤差分析由于氣體傳感器的氣體濃度和輸出電壓直接的關(guān)系,MQ-5的技術(shù)參數(shù)里沒(méi)有明確的給出氣體濃度與輸出電壓的分度表,所以,通過(guò)看靈敏度特性曲線得到的氣體濃度值<單位為ppm>與輸出電壓值<單位為mv>的關(guān)系可能有很一定誤差在里面,所以,就需要進(jìn)行調(diào)試仿真電路,看仿真結(jié)果和預(yù)期的結(jié)果是否一致,存在多大的誤差,然后,考慮如何進(jìn)一步改進(jìn)電路和程序。由于存在器件選型和仿真條件的限制,所以,就考慮一種使用Proteus進(jìn)行模型的仿真,實(shí)際的電路可能和仿真的結(jié)果,很有可能還會(huì)有一定的差距。參考文獻(xiàn)[1]曾一江.單片微機(jī)原理與接口技術(shù)[M].[M]科學(xué),2006[2]迎新.單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)培訓(xùn)教程[M].：航空航天大學(xué),2008[3]童詩(shī)白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].：高等教育出社,2001[4]福學(xué).傳感器應(yīng)用及其電路精選[M]．：電子工業(yè),1991[5]廣玉.新型傳感器技術(shù)及應(yīng)用[M].：航空航天大學(xué).1989附錄1煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的仿真電路圖附錄2煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的電路原理圖附錄3濃度與電壓值的對(duì)應(yīng)關(guān)系Uout<mv>DB值煤氣濃度值Uout<mv>DB值煤氣濃度值8.4152064301209.36624663112414.182869.63313216.493271.83413618.693676.23614420.9114078.63714822.6114484.24016024.7124886.94116427.1135294.14417629145697.14618031.215601075020033.716641105220435.117681235822836.718721275923640.319761456827342.320801507028044.622841788333247.223921838634050249622910642453.32610023611043655.22610432014859256.92710833015360859.32811253324798461.1291165502541012附錄4煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的源程序#include<reg52.h>#include<stdio.h>//**************定義管腳***************////sbitP0_7=P0^7;//小數(shù)點(diǎn)sbitP1_0_A=P1^0;//與74LM138的A相連接sbitP1_1_B=P1^1;//與74LM138的B相連接sbitP1_2_C=P1^2;//與74LM138的C相連接sbitSAT=P1^3;//SAT是A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào),輸入高電平有效sbitOE=P1^4;//OE為輸出允許信號(hào),高電平有效sbitEOC=P3^2;//A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào),轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),此端輸出一個(gè)高電平sbitLED_RED=P1^5;//低電平點(diǎn)亮sbitLED_BLUE=P1^6;//低電平點(diǎn)亮sbitSPEAKER=P1^7;//高電平報(bào)警unsignedintDATA; //****************七段碼*****************//>高電平點(diǎn)亮七段碼unsignedcharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x80};voidXint0<>interrupt0using1//中斷INT0函數(shù){ OE=1;DATA=P2;OE=0;}//****************延時(shí)函數(shù)******************//voiddelay_1ms<unsignedinti>{unsignedcharx,j;for<j=0;j<i;j++>for<x=0;x<=148;x++>;}//************ADC0809轉(zhuǎn)換函數(shù)**************//voidADC0809<>{SAT=0; EOC=1;delay_1ms<1>;SAT=1; EOC=0;delay_1ms<1>;SAT=0; EOC=1;delay_1ms<5>;}//*************Display函數(shù)*******************////>Display函數(shù)的功能:將采集到的電壓值轉(zhuǎn)換為實(shí)際氣體濃度值進(jìn)行顯示voidDisplay<unsignedintdate>{ unsignedintge,shi,bai,qian; qian=date/1000%10;//>提取千位 bai=date/100%10;//>提取百位 shi=date/10%10;//>提取十位 ge=date%10;