便攜式可燃氣體檢測儀畢業(yè)設計論文

1、編號： 畢業(yè)設計說明書題 目： 便攜式可燃氣體檢測儀 院 （系）： 電子工程與自動化學院 專 業(yè)： 智能科學與技術 學生姓名： 學 號： 0900390117 指導教師： 職 稱： 題目類型： 理論研究 實驗研究 工程設計 工程技術研究 軟件開發(fā)2013年5月 20日摘 要 本設計利用三個mq-x系列可燃氣體傳感器，分別為檢測一氧化碳的mq-7，檢測甲烷的mq-9,和檢測乙炔的2m004，再使用這些傳感器之前先預熱十分鐘左右，預熱完之后將這些傳感器放置于待測的環(huán)境中，這些傳感器可以根據可燃氣體的濃度分別轉換為電壓，然后再將轉換得的電壓經過tlc549進行模數轉換最后送入at89s52單片機處理

2、。為了方便用戶對可燃氣體濃度的實時了解，在at89s52單片機外圍鏈接了用于顯示的lcd1602液晶顯示屏，把經過單片機處理過的濃度值顯示在液晶屏上，以防止事故的發(fā)生；為了更好的設置可燃氣體的報警濃度，還在單片機周圍鏈接了按鍵以便于設置報警濃度，當所測得的濃度超過設置的濃度時，單片機控制發(fā)光二極管和蜂鳴器發(fā)光發(fā)聲；通過串口把實時采集到的濃度傳給上位機，并在上位機上顯示出來，從而實現在上位機上的監(jiān)測。 本次設計便攜式可燃氣體檢測儀所用的at89s52單片機價格便宜，性能穩(wěn)定。以mq-x系列的可燃氣體傳感器和以at89s52單片機為核心設計的可燃氣體檢測儀，設計方法簡單易行，使用效果良好。下面給出

3、了便攜式可燃氣體監(jiān)測儀的總體設計原理，硬件電路和所有的軟件設計。 關鍵詞： 氣體傳感器，at89s52單片機，上位機，模數轉換abstractthis design uses three mq - x series of combustible gas sensor, respectively for the detection of carbon monoxide mq - 7, mq-9 to detect methane, and detection of acetylene 2 m004, then use these sensors to preheat before ten min

4、utes or so, preheating after placing the sensors in the test environment, these sensors can be according to the concentration of combustible gas is converted to a voltage respectively, and then will be converted to voltage after eight bits, modulus conversion finally into the single chip microcomput

5、er at89s52. for the convenience of users of real-time understanding of the combustible gas concentration, the at89s52 microcontroller peripheral link is used to display lcd1602 lcd display screen, the treated by single chip microcomputer was displayed in the lcd screen, in order to prevent the happe

6、ning of the accident; in order to set the concentration of combustible gas alarm, also around the microcontroller link the button to set the alarm concentration, when measured by the concentration of more than one set of concentration, single-chip microcomputer control light-emitting light-emitting

7、diodes (leds) and a buzzer sound; via a serial port to the pc, the concentration of real-time collected and displayed in the upper unit, so as to realize the upper machine monitoring.the design of a portable combustible gas detector using at89s52 microcontroller is cheap, stable performance. mq - x

8、series of combustible gas sensors and at89s52 microcontroller as the core design of combustible gas detector and the design method is simple, the use effect is good. here are the general design principle of a portable combustible gas monitor, all hardware circuit and software design.key words: gas s

9、ensor, at89s52 single-chip computer and pc, modulus conversion目 錄目錄引言11 研究課題21.1 研究目標21.2 研究方案31.3 國內外報警行業(yè)的發(fā)展32 主要元件簡介42.1 at89s52單片機42.1.1 at89s52單片機簡介42.1.2 at89s52主要功能52.1.3at89s52單片機芯片引腳描述及應用52.2 mq-x系列可燃氣體傳感器82.2.1傳感器的定義與組成82.2.2mq-x系列可燃氣體傳感器工作原理82.2.3mq-x系列可燃氣體傳感器操作注意事項92.2.3基本測試回路92.3tlc549芯片

10、102.3.1tlc549簡介102.3.2tlc549引腳及各引腳功能102.3.3tlc549工作原理112.4 max232芯片122.4.1max232芯片簡介122.4.2max232芯片主要特點132.4.3max232芯片標準應用電路132.5 液晶顯示lcd1602132.5.1 lcd1602液晶顯示屏簡介132.5.2 lcd1602液晶顯示屏的基本參數及引腳功能142.5.3 lcd1602工作時序153 硬件設計思路163.1 系統(tǒng)基本原理163.2 系統(tǒng)硬件設計163.2.1單片機最小系統(tǒng)163.2.2報警電路的設計193.2.3可燃氣體傳感器模塊設計與制作193.2

11、.4按鍵模塊設計193.2.5液晶顯示模塊設計203.2.6模數轉換模塊設計203.2.7串口下載模塊設計214 系統(tǒng)軟件設計224.1編程軟件keil的介紹224.2 系統(tǒng)主程序設計234.2.1系統(tǒng)主程序流程圖234.2.2系統(tǒng)主程序設計要點244.3 模數轉換子程序244.4 上位機界面程序244.5 按鍵程序設計295 系統(tǒng)調試325.1 硬件調試325.1.1排除邏輯故障325.1.2排除元器件失效325.2 軟件調試335.3 問題及解決方法335.4 測試情況345.4.1可燃氣體傳感器數據采集測試345.4.2串口模塊測試345.4.3按鍵模塊測試345.4.4液晶顯示模塊測試

12、346 結論35謝 辭35參考文獻36附 錄37附錄一系統(tǒng)仿真圖37附錄三 單片機程序39附錄四 實物圖51引言 隨著我國工農業(yè)的快速發(fā)展，現在的很多人已經過上了小康的生活，現在的家庭中都普遍用煤氣或者天然氣替代以前的柴火作為家庭的燃料已越來越受到工廠和城市居民的歡迎，這些燃料給我們的生活帶來了很多的方便，煤氣用戶的增多，輸送可燃性氣體的各項設備也大量的增加，由于管理和使用不當，會造成氣體的泄露，帶來了不小的麻煩和危害，將空氣污染，輕者令人頭昏或嘔吐，重者會引起中毒、爆炸、火災等。這些危害當中最為突出的問題就是煤氣、天然氣中毒或者爆炸事件。幾乎每一天都會發(fā)生這樣的慘劇，報紙、網頁的頭版頭條幾乎

13、都是這類悲痛的事件。每年因煤氣泄漏造成的煤氣中毒事故中，因使用熱水器不當或產品本身的質量問題造成的一氧化碳中毒事故全國均有不少事例，更有甚者，因室內煤氣濃度過高引起煤氣爆炸的事故也不少見。所以為了防止這類悲痛的事故再是發(fā)生，保護人民的生命財產安全，必須要找到一個解決的辦法。而便攜式可燃氣體檢測儀就是為了防止這類的事故再是發(fā)生的設計出來的。當今社會，出現許多種可燃氣體報警器，而這些產品大都是針對煤氣的泄漏作相應的報警，即為家庭式。但是隨著社會的發(fā)展，煤氣報警器也在由單一的家庭式發(fā)展為小區(qū)監(jiān)控。對某個區(qū)域的燃氣泄漏進行監(jiān)控，這是今后的發(fā)展趨勢。隨著人民物質生活水平的提高，燃氣使用率不斷增加，對于燃

14、氣泄漏的檢測越來越引起大家的重視，我國許多城市已制定了一些新建住宅必須安裝燃氣泄漏報警器的相關規(guī)定，該型可燃氣體報警器針對以上問題開發(fā)的一種安全裝置，該報警器能根據可燃氣體檢測濃度進行聲光報警，并控制相應設備進行工作，實現安全保護，是城市燃氣工程中所必需的產品，所以市場前景良好，同時這也為城市居民使用燃氣解除了后顧之憂?，F在的城市居民居住基本上高樓大廈，每棟大廈基本上都有管理員管理，而本次設計的便攜式可燃氣體檢測儀就更能發(fā)揮其作用了，只要家庭安裝了這種裝置，并且與管理員的上位機進行連接，就能讓管理員實時監(jiān)測。便攜式可燃氣體檢測儀因為便捷實用，方便居民生活，所以它是當下家庭的所需。 便攜式可燃氣

15、體不僅能在家庭當中使用，還可以在工業(yè)當中使用，例如它安裝在煤礦井中檢測甲烷氣體的濃度，防止瓦斯爆炸，保護礦井地下工人的人生安全,也可以安裝在容易泄露可燃氣體的工廠車間中。根據網上數據顯示5月11日14時20分，四川省瀘州市瀘縣富集鎮(zhèn)桃子溝煤礦發(fā)生瓦斯爆炸事故，截至目前，事故導致28人遇難，8人重傷，10人輕傷。此次事故是一起重大責任事故，事故原因初步分析為，桃子溝煤礦涉嫌非法組織生產，在未批區(qū)域違規(guī)設置多個作業(yè)點，在通風性差的條件下作業(yè)，導致瓦斯?jié)舛仍龃?，遇火爆炸。貴州省安順市平壩縣大山煤礦5月10日晚發(fā)生瓦斯爆炸事故，已造成12人死亡、2人受傷。 由此可見便攜式可燃氣體檢測儀不僅在人們的日常

16、生活中扮演重要角色，而且在煤礦等工業(yè)中也發(fā)揮著至關重要的作用，所以實時準確測量周圍環(huán)境中的可燃性氣體，有毒有害氣體泄露，對保護人民的身體健康和財產安全有重要意義。如何開發(fā)出穩(wěn)定可靠、高性能價格比的裝置，成為急需解決的課題。1 研究課題概述 可燃氣體檢測儀是一種檢測泄露氣體濃度的儀器儀表工具，主要是指便攜式/手持式氣體檢測器。本課題研究的是便攜式可燃氣體檢測儀，它的主要工作原理是利用不同的可燃氣體氣體傳感器來檢測周圍環(huán)境中存在的可燃氣體種類以及各種氣體的成份和含量。一般認為，氣體傳感器的定義是以檢測目標為分類基礎的，也就是說，凡是用于檢測氣體成份和濃度的傳感器都稱作氣體傳感器（氣體檢測儀），不管

17、它是用物理方法，還是用化學方法。比如，檢測氣體流量的傳感器不被看作氣體傳感器，但是熱導式氣體分析儀卻屬于重要的氣體傳感器，盡管它們有時使用大體一致的檢測原理。1.1 研究目標 本文所設計的可燃氣體數字報警器是利用at89s52單片機為控制核心。以mq-x系列可燃氣體傳感器為采集器件，將氣體傳感器放置于檢測的環(huán)境中，氣體傳感器根據可燃氣體濃度的變化輸出電壓的值，然后通過tlc549進行模數轉換，模數轉換完成后送入主控芯片at89s52進行處理，把處理得到的濃度值通過串口與上位機通信，把濃度值在上位機界面顯示出來和在液晶顯示屏lcd1602顯示出來，以便與進行實時監(jiān)測。通過外圍的按鍵電路可以實現對

18、報警濃度的上限值設置，當所檢測到的濃度高于設置的濃度值時，主控芯片控制外圍的報警電路，使發(fā)光二極管發(fā)光和蜂鳴器發(fā)出聲音從而達到報警的目的。 系統(tǒng)以at89s52為核心，以可燃氣體傳感器為采集器件，tlc549作為模數轉換器件， lcd1602液晶顯示屏來顯示實時的濃度值，max232串口模塊為通信橋梁設計的。實現：1.能夠準確的測量周圍環(huán)境中的可燃氣體的泄露；2.實現把采集到的模擬信號轉換成數字信號；3.實現液晶屏和上位機的濃度顯示；4.實現主控芯片at89s52與上位機的通信；5實現主控芯片對各個模塊的控制；6.基本實現對報警電路的控制；1.2 研究方案設計是利用單片機控制技術，制作了一氧化

19、碳、乙炔、甲烷三種氣體與一體的報警器。該儀器對這三種氣體進行實時監(jiān)控，當這些氣體的濃度超過上限值時，單片機發(fā)送所接收到的氣體濃度給上位機進行實時的監(jiān)測，并且單片機控制電路進行發(fā)聲發(fā)光報警，時刻提醒人們，以防事故發(fā)生?；赼t89s52性價比高的優(yōu)勢，主要運用了at89s52單片機進行控制。而對與報警器而言至關重要的部分是傳感器，由于mq-x系列氣敏元件采用半導體敏感材料，其靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性、抗干擾性、響應時間及壽命等主要性能，均達到國內先進水平.用該系列元件組裝成易燃易爆氣體泄漏報警器及檢測裝置，可廣泛運用于礦山、油田、化工、國防、醫(yī)藥及家庭，所以在設計中采用的是mq-x系列傳感器。在模

20、數轉換這塊，利用tlc549實現模數轉換，tlc549是8位逐次漸進型的a/d轉換器，它采用coms工藝8個引腳雙列直插式封裝，與微機相連時不需要附加接口電路。為了方便用戶了解濃度信息，好提前準備，還采用了顯示環(huán)節(jié)。顯示環(huán)節(jié)又分為液晶顯示和上位機顯示。顯示器顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的i/o接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數據時，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機中cpu的開銷小?？梢蕴峁﹩为氭i存的i/o接口電路很多。上位機顯示就是通過串口連接上位

21、機機，把要顯示在上位機上的數據通過串口發(fā)送到上位機上面?？偟膩碚f，本次設計主要利用了以上的檢測模塊，a/d轉換模塊，顯示模塊，控制模塊四大模塊，組成了可燃氣體探測報警器。而最核心的控制器又是由at89s52單片機控制其余的外圍電路的。所以叫基于at89s52單片機的便攜式可燃氣體檢測儀。1.3 國內外報警行業(yè)的發(fā)展隨著我國的改革開放，我國的經濟科技得到了飛躍的發(fā)展，我國電子信息業(yè)在上世紀八十年代第一次騰飛后，國民經濟信息化進程的加快，之后又進入持續(xù)快速發(fā)展的新時期。這個時期電子信息產業(yè)的主要特征表現為：一是正在從單一的制造業(yè)轉變?yōu)槲镔|生產與知識生產，裝備制造與系統(tǒng)集成，硬件制造與軟件制造，工業(yè)

22、生產與信息服務相結合的現代信息產業(yè)；二是產業(yè)結構，產品結構，企業(yè)結構，運行機制，管理模式等方面發(fā)生了深刻變化；三是我國信息產業(yè)成為國民經濟的支柱產業(yè)和先導產業(yè)，是新世紀的戰(zhàn)略產業(yè)，為國民經濟和社會信息化建設提供主要技術和物質支撐。 報警器技術及其產業(yè)的特點是：基礎、應用兩頭依附；技術、投資兩個密集；產品、產業(yè)兩大分散?；A、應用兩頭依附，是指報警器技術的發(fā)展依附于敏感機理、敏感材料、工藝設備和計測技術這四塊基石。敏感機理千差萬別，敏感材料多種多樣，工藝設備各不相同，計測技術大相徑庭，沒有上述四塊基石的支撐，報警器技術難以為繼。 儀器儀表行業(yè)在中國經過一個階段的發(fā)展，已經趨近成熟。而氣體報警器作

23、為工業(yè)儀器儀表的一個重要項目，它不僅代表了儀器儀表的發(fā)展狀況，也反映了工業(yè)化的發(fā)展程度。用于氣體報警器的傳感器也在經歷著飛速的變化，經過了多次的技術創(chuàng)新和更新?lián)Q代，傳感器行業(yè)，可燃氣體報警器行業(yè)又迎來了新的發(fā)展和突破。在傳感器行業(yè)，一直在進行著反復試驗，希望通過工程創(chuàng)新方法來改善傳感器的靈敏度，但遺憾的是業(yè)界并沒有一個新的框架來總括所有的經驗法則，以作為新一代傳感器的設計方法。而來自美國普度大學的工程師補足了這個遺憾，為設計可燃氣體報警器傳感器提供了新的途徑。為了測試他們的可燃氣體報警器傳感器設計法則系統(tǒng)，他們著手研究使用哪一種納米級傳感器設計，是透過目標分子進行感測最適合的材料。研究人員過去

24、就已經發(fā)現，當感測單個分子時(例如氣體煙霧探測器或生物、化學探測器)，感測組件越小越好，但其原因一直沒有一個理論來解釋和證實，是否與目標分子的擴散情況會限制傳感器運作速度有關系。而艾姆和尼爾宣稱已經證實了以上理論。首先，他們比較了傳統(tǒng)的平面?zhèn)鞲衅鹘M件與圓柱形的單納米管傳感器組件，結果顯示較小的圓柱形傳感器的靈敏度至少高出傳統(tǒng)的平面?zhèn)鞲衅?00倍，這足以證明感測器組建越小越好的理論是正確的。2 主要元件簡介2.1 at89s52單片機2.1.1 at89s52單片機簡介at89s52為atmel所生產的一種低功耗，高性能的8位微控制器，具有8k的可編程flash存儲器。是一個低電壓，高性能cmo

25、s 8位單片機，片內含4k bytes的可反復擦寫的flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數據存儲器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準mcs-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和flash存儲單元，內置功能強大的微型計算機的at89c51提供了高性價比的解決方案。 at89c51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時內含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，at89c51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和flash存儲器結合在一起，特別是

26、可反復擦寫的flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。2.1.2 at89s52主要功能1、擁有靈巧的8位cpu和在系統(tǒng)可編程flash2、晶片內部具時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12mhz）3、內部程序存儲器（rom）為 8kb4、內部數據存儲器（ram）為 256字節(jié)5、32 個可編程i/o 口線6、8 個中斷向量源7、三個 16 位定時器/計數器8、三級加密程序存儲器9、全雙工uart串行通道2.1.3at89s52單片機芯片引腳描述及應用 at89s52單片機如圖2.1.3(a)所示：vcc：at89s52電源正端輸入，接+5v。vss：電源地端。 圖2.1.3（a）xtal1：單芯片

27、系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。xtal2：p0口是一個8位寬的開路汲極（open drain）雙向輸出入端口，共有8個位，p0.0表示位0，p0.1表示位1，依此類推。其他三個i/o端口（p1、p2、p3）則不具有此電路組態(tài)，而是內部有一提升電路，p0在當做i/o用時可以推動8個ls的ttl負載。如果當ea引腳為低電平時（即取用外部程序代碼或數據存儲器），p0就以多工方式提供地址總線（a0a7）及數據總線（d0d7）。設計者必須外加一鎖存器將端口0送出的地址栓鎖住成為a0a7，再配合端口2所送出的a8a15合成一完整的16位地址總線，而定址到64k的外部存儲器空間。port2（p2.0p2.7）

28、：p2口是具有內部提升電路的雙向i/o端口，每一個引腳可以推動4個ls的ttl負載，若將端口2的輸出設為高電平時，此端口便能當成輸入端口來使用。p2除了當做一般i/o端口使用外，若是在at89s52擴充外接程序存儲器或數據存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié)a8a15，這個時候p2便不能當做i/o來使用了。port1（p1.0p1.7）：p1口也是具有內部提升電路的雙向i/o端口，其輸出緩沖器可以推動4個ls ttl負載，同樣地若將端口1的輸出設為高電平，便是由此端口來輸入數據。如果是使用8052或是8032的話，p1.0又當做定時器2的外部脈沖輸入腳，而p1.1可以有t2ex功能，可以做外部中斷

29、輸入的觸發(fā)腳位。port3（p3.0p3.7）：p3口也具有內部提升電路的雙向i/o端口，其輸出緩沖器可以推動4個ttl負載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數控制及外部數據存儲器內容的讀取或寫入控制等功能。其引腳分配如下：p3.0：rxd，串行通信輸入。p3.1：txd，串行通信輸出。本次設計使主控芯片能夠與上位機通信的就是通過串行通信輸出口來實現的。串行口發(fā)送數據時，從片內總線向發(fā)送sbuf寫入數據(mov sbuf,a)，啟動發(fā)送過程，由硬件電路自動在字符的始、末加上起始位（低電平）、停止位（高電平），a中的數據送入sbuf，在發(fā)送控制器控制下，按設定

30、的波特率，每來一個移位脈沖，數據移出移位，先發(fā)送一位起始位（低電平），再由地位到高位一位一位通過txd（p3.1）把數據發(fā)送到外部電纜上，數據發(fā)送完畢，最后發(fā)一位停止位（高電平），一幀數據發(fā)送結束。發(fā)送控制寄存器通過或門向cpu發(fā)出中斷請求（ti=1）,cpu可以通過查詢ti或者相應中斷的方式，將下幀一數據送入sbuf，開始發(fā)送下幀一數據。p3.2：int0，外部中斷0輸入。p3.3：int1，外部中斷1輸入。p3.4：t0，計時計數器0輸入。p3.5：t1，計時計數器1輸入。p3.6：wr：外部數據存儲器的寫入信號。p3.7：rd，外部數據存儲器的讀取信號。rst復位輸入。當振蕩器工作時，r

31、st引腳出現兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。ale/prog當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ale仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ale脈沖。對flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（prog）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的8eh單元的d0位置位，可禁止ale操作。該位置位后，只有一條movx和movc指令才能將ale激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ale禁止位無效

32、。psen程序儲存允許（psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當at89c52由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次psen有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數據存儲器，將跳過兩次psen信號。ea/vpp外部訪問允許，欲使cpu僅訪問外部程序存儲器（地址為0000h-ffffh），ea端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復位時內部會鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內部程序存儲器的指令。flash存儲器編程時，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當然這必須是該器件是使用12v編程電壓vpp。at89s52發(fā)送

33、與接收時序圖如圖2.1.3(b)所示：、 圖2.1.3（b）at89s52發(fā)送與接收時序圖2.2 mq-x系列可燃氣體傳感器2.2.1傳感器的定義與組成 傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。在有些國家和有些科學領域，也將傳感器稱為變換器、檢測器或探測器等。一般來講，傳感器由敏感元件和轉換元件組成。但是，由于傳感器輸出的信號一般都很微弱，需要有信號調節(jié)與轉換電路將其放大或轉換為容易傳輸、處理、記錄和顯示的形式。隨著半導體器件與集成技術在傳感器中的應用，傳感器的信號調節(jié)與轉換電路可能安裝在傳感器的殼體里或與敏感元件一起集成在同一芯片上。因此，信號調節(jié)與轉換電路以

34、及所需電源都應作為傳感器組成的一部分。常見的信號調節(jié)與轉換電路有放大器、電橋、振蕩器、變阻器等等。圖2.2.1為傳感器組成方塊圖 圖2.2.1傳感器組成方塊圖2.2.2mq-x系列可燃氣體傳感器工作原理 mq系列氣體傳感器的敏感材料是活性很高的金屬氧化物半導體,最常用的如sno2。金屬氧化物半導體在空氣中被加熱到一定溫度時，氧原子被吸附在帶負電荷的半導體表面，半導體表面的電子會被轉移到吸附氧上，氧原子就變成了氧負離子，同時在半導體表面形成一個正的空間電荷層，導致表面勢壘升高，從而阻礙電子流動（見圖1）。在敏感材料內部，自由電子必須穿過金屬氧化物半導體微晶粒的結合部位（晶界）才能形成電流。由氧吸

35、附產生的勢壘同樣存在于晶界而阻礙電子的自由流動，傳感器的電阻即緣于這種勢壘。在工作條件下當傳感器遇到還原性氣體時，氧負離子因與還原性氣體發(fā)生氧化還原反應而導致其表面濃度降低，勢壘隨之降低（圖2和圖3）。導致傳感器的阻值減小。 在給定的工作條件下和適當的氣體濃度范圍內，傳感器的電阻值和還原性氣體濃度之間的關系可近似由下面方程表示：其中：rs：傳感器電阻a：常數c:氣體濃度:rs曲線的斜率mq-x系列傳感器屬于催化燃燒行傳感器。催化型可燃性氣體檢測儀是利用難熔金屬鉑絲加熱后的電阻變化來測定可燃氣體濃度 。當可燃氣體進入探測器時，在鉑絲表面引起氧化反應（無焰燃燒），其產生的熱量使鉑絲的溫度升高，而鉑

36、絲的電阻率便發(fā)生變化，所以當遇到高溫等因素時鉑絲的溫度發(fā)生變化，而鉑絲的電阻率便發(fā)生變化,探測的數據也會發(fā)生變化。2.2.3mq-x系列可燃氣體傳感器操作注意事項1必須避免的情況 1.1暴露于有機硅蒸氣中 1.2 高腐蝕性的環(huán)境 1.3 堿、堿金屬鹽、鹵素的污染 1.4接觸到水 1.5 結冰 1.6 施加電壓過高2盡可能避免的情況 2.1 凝結水 2.2 處于高濃度氣體中 2.3 長期貯存 2.4 長期暴露在極端環(huán)境中 2.5 振動 2.6 沖擊vcvhgndrlvrl2.2.3基本測試回路 圖2.2.3傳感器測試電路 圖是傳感器的基本測試電路。該傳感器需要施加2個電 壓：加熱器電壓（vh）和

37、測試電壓（vc）。其中 vh用于為傳感器提供特定的工作溫度。vc 則是用于測定與傳感器串聯(lián)的負載電阻（rl）上的電壓（vrl）。這種傳感器具有輕微的極性， vc需用直流電源。在滿足傳感器電性能要求的前提下，vc和vh可以共用同一個電源電路。為更好利用傳感器的 性能，需要選擇恰當的rl值。 2.3tlc549芯片2.3.1tlc549簡介tlc549是 ti公司生產的一種低價位、高性能的8位 a/d轉換器，它以8位開關電容逐次逼近的方法實現 a/d轉換，其轉換速度小于 17us，最大轉換速率為 40000hz，4mhz典型內部系統(tǒng)時鐘，電源為 3v至 6v。它能方便地采用三線串行接口方式與各種微

38、處理器連接，構成各種廉價的測控應用系統(tǒng)。2.3.2tlc549引腳及各引腳功能ref+：正基準電壓輸入 2.5vref+vcc+0.1。ref：負基準電壓輸入端，-0.1vref-2.5v。且要求：（ref+）（ref-）1v。 vcc：系統(tǒng)電源3vvcc6v。gnd：接地端。/cs：芯片選擇輸入端，要求輸入高電平 vin2v，輸入低電平 vin0.8v。data out：轉換結果數據串行輸出端，與 ttl 電平兼容，輸出時高位在前，低位在后。analogin：模擬信號輸入端，0analoginvcc，當 analoginref+電壓時，轉換結果為全“1”(0ffh)，analoginref-

39、電壓時，轉換結果為全“0”(00h)。i/o clock：外接輸入/輸出時鐘輸入端，同于同步芯片的輸入輸出操作，無需與芯片內部系統(tǒng)時鐘同步。模數轉換芯片tlc549的引腳圖如圖3.2.2所示： 圖2.3.2tlc549引腳圖2.3.3tlc549工作原理當/cs變?yōu)榈碗娖胶螅?tlc549芯片被選中， 同時前次轉換結果的最高有效位msb （a7）自 data out 端輸出，接著要求自 i/o clock端輸入8個外部時鐘信號，前7個 i/o clock信號的作用，是配合 tlc549 輸出前次轉換結果的 a6-a0 位，并為本次轉換做準備：在第4個 i/o clock 信號由高至低的跳變之后

40、，片內采樣/保持電路對輸入模擬量采樣開始，第8個 i/o clock 信號的下降沿使片內采樣/保持電路進入保持狀態(tài)并啟動 a/d開始轉換。轉換時間為 36 個系統(tǒng)時鐘周期，最大為 17us。直到 a/d轉換完成前的這段時間內，tlc549 的控制邏輯要求：或者/cs保持高電平，或者 i/o clock 時鐘端保持36個系統(tǒng)時鐘周期的低電平。由此可見，在自 tlc549的 i/o clock 端輸入8個外部時鐘信號期間需要完成以下工作：讀入前次a/d轉換結果；對本次轉換的輸入模擬信號采樣并保持；啟動本次 a/d轉換開始。 ：外接輸入輸出時鐘輸入端，同于同步芯片的輸入輸出操作，無需與芯片內部系統(tǒng)時

41、鐘同步。工作時序 圖2.3.3tlc549工作時序圖是spi總線器件，采用簡化為三線的spi總線它，工作時序見圖2.3.3所示。當變?yōu)榈碗娖胶螅酒贿x中，同時前次a/d轉換結果的最高有效位()自 端輸出，接著要求自 端輸入個外部時鐘信號，前個時鐘信號的作用，是配合 輸出前次轉換結果的 七位，并為本次轉換做準備：在第個 信號由高至低的跳變之后，其片內采樣保持電路對輸入模擬量開始采樣，并在第個 信號的下降沿使片內采樣保持電路進入保持狀態(tài)并啟動開始轉換。完成一次轉換的時間為個系統(tǒng)時鐘周期，最大為。在轉換完成前的這段時間內，的控制邏輯要求：保持高電平，或 時鐘端保持個系統(tǒng)時鐘周期的低電平。 由此可見

42、，在的 端輸入個主控器件發(fā)來的時鐘信號期間，需要完成以下工作：讀入前次轉換結果；對本次轉換的輸入模擬信號采樣并保持；啟動本次轉換開始。2.4 max232芯片2.4.1max232芯片簡介max232芯片是美信（maxim）公司專為 rs-232標準串口設計的單電源電平轉換芯片，使用+5v單電源供電。2.4.2max232芯片主要特點 芯片max232電路結構如圖2.4.2所示，以及芯片所擁有的一些特性如下：1、 符合所有的 rs-232c技術標準 圖2.4.2max232芯片的內外部電路2、只需要單一 +5v電源供電 3、片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉能力，能夠產生+10v和-10v電壓v

43、+、v- 4、功耗低，典型供電電流5ma 5、內部集成2個rs-232c驅動器 6、高集成度，片外最低只需4個電容即可工作。2.4.3max232芯片標準應用電路電容器應選擇1f的電解電容。注意，由于rs232電平較高，在接通時產生的瞬時電涌非常高，很有可能擊毀max232，所以在使用中應盡量避免熱插拔。2.5 液晶顯示lcd16022.5.1 lcd1602液晶顯示屏簡介工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符（16列2行），圖2.5.1是lcd1602引腳圖。 圖2.5.1lcd1602引腳圖 注：為了表示的方便 ，后文皆以1表示高電平，0表示低電平。 1602液晶也叫1602字

44、符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5x7或者5x11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義cgram，顯示效果也不好）。1602lcd是指顯示的內容為16x2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數字）。市面上字符液晶大多數是基于hd44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于hd44780寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶。2.5.2 lcd1602液晶顯示屏的基本參數及引腳功能

45、1602采用標準的16腳接口，其中：第1腳：vss為電源地第2腳：vcc接5v電源正極第3腳：v0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調整對比度）。第4腳：rs為寄存器選擇，高電平1時選擇數據寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。第5腳：rw為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。第6腳：e(或en)端為使能(enable)端,高電平（1）時讀取信息，負跳變時執(zhí)行指令。第714腳：d0d7為8位雙向數據端。第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。2.5.3

46、 lcd1602工作時序 當要寫指令字，設置lcd1602的工作方式時：需要把rs置為低電平，rw置為低電平，然后將數據送到數據口d0d7，最后e引腳一個高脈沖將數據寫入。 當要寫入數據字，在1602上實現顯示時：需要把rs置為高電平，rw置為低電平，然后將數據送到數據口d0d7，最后e引腳一個高脈沖將數據寫入。如下圖分別是lcd1602的寫操作時序圖、時序參數圖如圖2.5.3（a）、2.5.3（b）圖所示 圖2.5.3（a）lcd1602寫操作時序圖 圖2.5.3（b）lcd1602操作時序參數3 硬件設計思路3.1 系統(tǒng)基本原理便攜式可燃氣體檢測儀主要有三部分組成，一是檢測儀器，也就是甲烷

47、，一氧化碳，乙炔三個傳感器采集空氣中的可燃氣體，安裝在可燃氣體釋放源的附近環(huán)境中，當這些檢測儀器檢測到附近的環(huán)境中有可燃氣體時，這些檢測儀器就能將可燃氣體濃度的變化轉換成相應的模擬電信號；二是轉換器，轉換器的作用就是把檢測儀器輸出的模擬電信號轉換成數字信號；三是控制器，控制器的作用是把轉換器輸出的數字信號進行處理并把處理過的信號濃度送到lcd1602液晶屏上顯示，并能在濃度超過一定值時發(fā)出信號控制報警電路；四是顯示器包括lcd1602和上位機界面，他們能實時顯示控制器輸出的可燃氣體濃度。3.2 系統(tǒng)硬件設計3.2.1單片機最小系統(tǒng)復位電路如圖3.2.1(a)所示 復位電路的作用 圖3.2.1（

48、a） at89s52單片機復位電路在上電或復位過程中，控制cpu的復位狀態(tài)：這段時間內讓cpu保持復位狀態(tài)，而不是一上電或剛復位完畢就工作，防止cpu發(fā)出錯誤的指令、執(zhí)行錯誤操作，也可以提高電磁兼容性能。無論用戶使用哪種類型的單片機,總要涉及到單片機復位電路的設計。而單片機復位電路設計的好壞,直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設計完單片機系統(tǒng),并在實驗室調試成功后,在現場卻出現了“死機”、“程序走飛”等現象,這主要是單片機的復位電路設計不可靠引起的?；镜膹臀环绞絾纹瑱C在啟動時都需要復位，以使cpu及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機的復位信號是從rst引腳

49、輸入到芯片內的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果rst引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周期)以上，則cpu就可以響應并將系統(tǒng)復位。單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位 1、手動按鈕復位 手動按鈕復位需要人為在復位輸入端rst上加入高電平。一般采用的辦法是在rst端和正電源vcc之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則vcc的+5v電平就會直接加到rst端。手動按鈕復位的電路如所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數十毫秒，所以，完全能夠滿足復位的時間要求。2、 上電復位 只要在rst復位輸入引腳上接一電容至vcc端，下接一個電阻到地即可。

50、對于cmos型單片機，由于在rst端內部有一個下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1f。上電復位的工作過程是在加電時，復位電路通過電 容加給rst端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著vcc對電容的充電過程而逐漸回落，即rst端的高電平持續(xù)時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復位，rst端的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電時，vcc的上升時間約為10ms，而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10mhz，起振時間為1ms；晶振頻率為1mhz，起振時間則為10ms。在圖2的復位電路中，當vcc掉電時，必然會使rst端電壓迅速下降到0v以下，但是，由于內部電路的

51、限制作用，這個負電壓將不會對器件產生損害。另外，在復位期間，端口引腳處于隨機狀態(tài)，復位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時得不到有效的復位，則程序計數器pc將得不到一個合適的初值，因此，cpu可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序。時鐘電路 圖3.2.1(b)at89s52單片機時鐘電路 單片機最小系統(tǒng)的時鐘電路如圖3.2.1（a）所示，在內部方式時鐘電路中必須在xtal1和xtal2引腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個微調電容構成振蕩電路通常c1和c2一般取30pf晶振的頻率取值在1.2mhz12mhz之間。對于外接時鐘電路要求xtal1接地xtal2腳接外部時鐘對于外部時鐘信號并無特

52、殊要求只要保證一定的脈沖寬度時鐘頻率低于12mhz即可。 晶體振蕩器的振蕩信號從xtal2端送入內部時鐘電路它將該振蕩信號二分頻產生一個兩相時鐘信號p1和p2供單片機使用。時鐘信號的周期稱為狀態(tài)時間s它是振蕩周期的2倍p1信號在每個狀態(tài)的前半周期有效在每個狀態(tài)的后半周期p2信號有效。cpu就是以兩相時鐘p1和p2為基本節(jié)拍協(xié)調單片機各部分有效工作的。整個單片機最小系統(tǒng) 單片機單片機最小系統(tǒng)就有上面的復位電路，時鐘電路，在加上at89s52單片機組成。在制作單片機最小系統(tǒng)板時還要特別注意要在p0口上加上拉電阻，因為p0口與其他的端口不一樣，at89s52單片機內部的p0口沒有上拉電阻，所以得加個

53、排阻上去，單片機最小系統(tǒng)的電路圖如圖2.3.1（c）所示： 圖3.2.1（c）at89s52單片機最小系統(tǒng)。3.2.2報警電路的設計 報警電路是聲光報警，電路由蜂鳴器和發(fā)光二極管以及一些三極管和電阻組成，如圖2.3.2圖所示的報警電路。三極管是為了放大從單片機輸出的信號使蜂鳴器和二極管能夠被驅動 圖3.2.2報警電路電阻為了保護單片機和蜂鳴器和發(fā)光二極管。3.2.3可燃氣體傳感器模塊設計與制作 圖3.2.3可燃氣體傳感器模塊電路所使用的可燃氣體傳感器都是mq-x系列，它們的模塊電路圖都一樣，所以可以共用一個電路圖，電路圖如圖3.2.3所示的可燃氣體傳感器模塊電路圖。一氧化碳、甲烷、乙炔傳感器的引腳都一樣都是六個，每邊三個；一邊的1、2、3引腳都是接vcc，另一邊的中間那個5引腳接個5.1歐姆的電阻r3后接地，4、6引腳短接后接個1k的電阻r5然后接地，在4、6引腳之間引線連到排針4腳，4腳就是輸出的信號腳，電容c1是用來濾波的。整個可燃氣體的硬件設計如下圖所示3.2.4按鍵模塊設計按鍵電路按鍵電路共由五個按鍵組成，這五個按鍵的作用分別是，設置，模式，加，減，進式。這五個按鍵的一端分別接p1口的p10、p11、p2、p13、p4，另一端接地。s1是設置鍵、s2是加鍵、s3是減鍵、s4是模式鍵、s5是進式鍵，如圖3.2.4所示的按鍵