畢業(yè)設(shè)計（論文）基于PIC16F877單片機(jī)的瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)

1、摘 要 礦井中瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測，直接關(guān)系到煤礦的安全生產(chǎn)和廣大的礦工的生命安全。而單片機(jī)傳感器近年來發(fā)展的相當(dāng)快，其本身具有速度快、精度高、操作簡便、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，十分適合作為瓦斯監(jiān)控傳感器的核心。根據(jù)國家煤礦安全生產(chǎn)規(guī)范的要求，本文設(shè)計了一種使用pic16f877單片機(jī)的智能礦井瓦斯傳感器，除具有濃度顯示，聲光報警等傳統(tǒng)功能外，還具有上位機(jī)監(jiān)控的功能，能將瓦斯?jié)舛韧ㄟ^rs-485總線向上位機(jī)進(jìn)行報告，大大提高了此類產(chǎn)品的可靠性、方便性和網(wǎng)絡(luò)化程度。此外，本設(shè)計采用了紅外傳感器，其具有氣體選擇性好，測量精度高，壽命長和不易老化等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：瓦斯檢測 pic16f877單片機(jī) 紅外吸收 傳感器

2、abstractmine gas concentration monitoring, is directly related to the safety of coal production and the majority of the lives and safety of miners. single-chip sensors and the development of a fairly rapid pace in recent years, with its own speed, high precision, easy to operate, reliable running is

3、 very suitable as the core of the gas monitoring sensors. coal mine production safety in accordance with national norms, the paper design of a pic16f877 microcontroller smart use of gas sensor, with the exception of a concentration shows that the traditional sound and light alarm functions, also has

4、 the function of the pc monitor, capable of gas concentration through the rs-485 bus crew reported upward, greatly improving the reliability of these products, convenience and the degree of the network. in addition, the design uses an infrared sensor, its gas selectivity, and high measurement accura

5、cy, long life and the advantages of aging is not easy.key words:gas detection pic16f877 microcontroller infrared absorption sensors目錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1 瓦斯事故的危害11.2 礦井安全監(jiān)測裝置的現(xiàn)行狀況21.3 國內(nèi)外紅外傳感器發(fā)展情況3第2章 pic系列單片機(jī)簡介52.1 pic16f877單片機(jī)簡介52.2 pic單片機(jī)的優(yōu)越之處52.3 pic16f877管腳功能簡介62.3.1 引腳圖62.3.2 特殊內(nèi)嵌功能72.3.3

6、pic16f877基本電路82.3.4 pic16f877i/o設(shè)備92.4 pic16f877指令簡介10第3章 甲烷探測儀硬件部分設(shè)計123.1 紅外甲烷氣體檢測的原理及紅外氣體檢測儀簡介123.1.1 原理123.1.2 紅外氣體檢測儀的構(gòu)成133.1.3 ir32bc143.2 紅外光源163.2.1 紅外光源的選擇163.2.2 紅外光源驅(qū)動163.3 熱釋電探測器183.3.1 熱釋電探測器原理183.3.2 熱釋電探測器信號與氣體濃度的關(guān)系分析193.4 放大電路213.5 與上位機(jī)通信設(shè)計233.5.1 上位機(jī)與井下通訊方式233.5.2 接口器件簡介243.5.3 通訊電路設(shè)

7、計273.6 報警、顯示電路設(shè)計293.7 系統(tǒng)電源電路設(shè)計30第4章 甲烷探測儀軟件部分設(shè)計324.1 系統(tǒng)功能說明324.2 主程序流程圖324.3 a/d轉(zhuǎn)換程序流程圖334.4 鍵盤轉(zhuǎn)換程序34第5章 上位機(jī)軟件355.1 計算機(jī)端vc通信程序的編寫355.2 pic單片機(jī)匯編程序的編寫36結(jié)論37致謝38參考文獻(xiàn)39附錄一 瓦斯氣體檢測的基本方法41附錄二the basic gas detection method44附錄三48附錄四49 第1章 緒論我國是世界煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國，煤炭在今后相當(dāng)長的時期內(nèi)仍將是主要能源。近年來，瓦斯爆炸事故頻繁發(fā)生，造成了重大傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，教訓(xùn)深刻

8、。事實(shí)上瓦斯超限造成爆炸事故是煤礦事故的主要原因之一。隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，煤炭等能源的需求量與日俱增，保證煤礦行業(yè)的安全是非常重要的，為此煤礦生產(chǎn)管理單位對煤礦瓦斯監(jiān)測非常重視，控制瓦斯超限成為煤礦可以生產(chǎn)的必要條件。避免瓦斯超限及瓦斯爆炸事故的一個重要措施就做好瓦斯的檢測工作。通過建立煤礦瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，提前掌握煤礦瓦斯的變化情況，一旦出現(xiàn)瓦斯超限，及時采取相應(yīng)措施，保障煤礦的安全生產(chǎn)。1.1 瓦斯事故的危害瓦斯是煤礦開采的伴生物，礦井瓦斯是對煤礦井下，各種有害氣體的總稱，其主要成分是甲烷(ch4)、二氧化碳(co2)、一氧化碳(co)等。在這些有毒有害氣體中，甲烷含量占了80%以上，

9、所以人們習(xí)慣上將甲烷稱為瓦斯1。瓦斯是一種無色、無味、無臭的氣體，瓦斯在空氣中濃度增大時，能使空氣中的氧氣含量相對降低，而使人窒息，當(dāng)空氣中瓦斯含量達(dá)到40%以上時，能使人立刻死亡。新鮮空氣中，瓦斯?jié)舛冗_(dá)到5%15%時，就達(dá)到爆炸濃度，也稱爆炸極限。當(dāng)瓦斯?jié)舛仍?%以下時，遇到火源能燃燒，不能爆炸，當(dāng)瓦斯?jié)舛却笥?5%時，在混合氣體中遇到火源不能燃燒，也不會爆炸，如有新鮮空氣供給，在混合氣體與新鮮空氣的接觸面上，遇火就會燃燒，其濃度在5%16%時，遇火源就會爆炸，在9.5%時，爆炸能力最強(qiáng)。在新鮮空氣中，瓦斯的引燃溫度為650750，所以明火、吸煙、電火花、放炮產(chǎn)生的火焰以及摩擦火花，都可以引

10、起瓦斯爆炸。全國已有相當(dāng)數(shù)量的礦井開采到6o0m以下的高瓦斯和瓦斯突出區(qū)，條件十分困難。而每向下開掘垂深100m，作業(yè)面溫度就會升高34，瓦斯的相對涌出量呈線性增長(不同地區(qū)梯度值不一樣)，瓦斯災(zāi)害就容易發(fā)生。瓦斯爆炸是一種激烈的化學(xué)反應(yīng)，瓦斯爆炸后會產(chǎn)生大量有毒有害氣體，使空氣中的含氧量大大降低，瓦斯爆炸時產(chǎn)生大量的熱量，形成火焰，溫度可達(dá)18502650，這樣的高溫及火焰能使工作人員燒傷，還會引起煤塵爆炸及礦井火災(zāi)。由于空氣溫度的驟然升高，使爆炸源附近空氣壓力急劇增大，因而形成強(qiáng)大的沖擊波。這種直接沖擊波，使爆炸源附近的氣體以每秒幾百米甚至幾千米的速度向外傳播，從而造成井巷、設(shè)備損壞及人員

11、傷亡。瓦斯、煤塵爆炸后，由于空氣稀薄，在爆炸源附近形成低壓區(qū)，因而又形成了爆炸波的反向沖擊，對井巷、設(shè)備會造成更大的破壞，對工作人員也構(gòu)成更大的威脅。煤礦安全規(guī)程2第一百三十三條至一百三十六條規(guī)定:一個礦井中只要有一個煤(巖)層發(fā)現(xiàn)瓦斯，該礦井即為瓦斯礦井。每年必須對礦井進(jìn)行瓦斯等級和二氧化碳涌出量的鑒定工作，報省(自治區(qū)、直轄市)負(fù)責(zé)煤炭行業(yè)管理的部門審批，并報省級煤礦安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)備案。上報時應(yīng)包括開采煤層最短發(fā)火期和自燃傾向性、煤塵爆炸性的鑒定結(jié)果;低瓦斯礦井中，相對瓦斯涌出量大于10m3/t或有瓦斯噴出的個別區(qū)域(采區(qū)或工作面)為高瓦斯區(qū)，該區(qū)應(yīng)按高瓦斯礦井管理;礦井總回風(fēng)巷或一翼回風(fēng)巷

12、中的瓦斯?jié)舛瘸^0.75%時，必須立即查明原因，進(jìn)行處理。采區(qū)回風(fēng)巷、采掘工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中瓦斯?jié)舛瘸^1.0%必須停止工作，撤出人員，采取措施，進(jìn)行處理。及時、準(zhǔn)確地檢測瓦斯氣體的產(chǎn)生源、濃度，對于工礦安全運(yùn)行、人身安全及環(huán)境保護(hù)有著十分重要的意義。所以，開發(fā)研制一種安全可靠，高靈敏度的瓦斯傳感系統(tǒng)具有重大的社會意義和經(jīng)濟(jì)意義。1.2 礦井安全監(jiān)測裝置的現(xiàn)行狀況目前，國內(nèi)煤礦所用的甲烷傳感器絕大部分采用載體催化型(催化燃燒型)，這種方法雖然可以進(jìn)行瓦斯檢測，但存在使用壽命短、工作穩(wěn)定性差和調(diào)校頻繁的致命弱點(diǎn)。采用載體催化型的煤礦,首先需要建立安全測控儀器檢修室，然后每隔10天須用校準(zhǔn)氣體和空

13、氣樣對載體催化傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。低濃度甲烷傳感器經(jīng)過大于4%的甲烷沖擊后，必須及時進(jìn)行調(diào)校或更換。同時，煤礦環(huán)境中高粉塵、高濕度的環(huán)境加速了載體催化傳感器的老化，嚴(yán)重制約著對瓦斯的有效、準(zhǔn)確檢測。由于載體催化甲烷檢測方法的弱點(diǎn)無法解決，歐美等發(fā)達(dá)國家多年來一直在研究將紅外吸收光譜技術(shù)應(yīng)用于甲烷檢測，終于在2004年推出了煤礦用紅外甲烷傳感器。該產(chǎn)品一經(jīng)推出，即受到了各國廣泛重視。紅外光譜吸收法與載體催化法相比，在穩(wěn)定性、可靠性以及長壽命等方面，都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，是煤礦用甲烷傳感器的更新?lián)Q代理想產(chǎn)品，具有良好的發(fā)展前景。但這些產(chǎn)品在我國推廣時卻遇到了難題。首先，這些產(chǎn)品在我國礦井下的高粉塵、高濕

14、度環(huán)境無法正常使用；其次是這些產(chǎn)品價格昂貴，國內(nèi)的企業(yè)難以接受；同時，這些產(chǎn)品還不能與國內(nèi)煤礦現(xiàn)有的安全檢測系統(tǒng)兼容。1.3 國內(nèi)外紅外傳感器發(fā)展情況紅外氣體傳感器是紅外檢測儀的基礎(chǔ)，紅外光源和紅外探測器又是紅外氣體傳感器的關(guān)鍵部件，也是成本的主要構(gòu)成。國外發(fā)達(dá)國家對紅外氣體傳感器的研究起步較早。德國微傳感器執(zhí)行器和系統(tǒng)研究所、波蘭化學(xué)研究所、瑞士微系統(tǒng)所都利用微機(jī)電系統(tǒng)(mems)技術(shù)設(shè)計了可直接調(diào)制的紅外輻射源；美國perkin一eliner和honeywell傳感器公司都已大量利用紅外熱電堆制作傳感器。我國的相關(guān)單位也一直致力于紅外氣體傳感器方面的研究工作，并取得了一定的成果3。中科院微

15、系統(tǒng)所、復(fù)旦大學(xué)等單位也開展了脈沖調(diào)制的mems脈沖輻射源的研制。國外發(fā)達(dá)國家對氣體在線檢測儀器研究和應(yīng)用方面起步較早，現(xiàn)已研制出的基于光干涉原理、熱催化原理、熱導(dǎo)原理的傳感器都在氣體檢測中起到了推動作用，在大多數(shù)的檢測方法和儀器中，紅外光譜吸收型氣體傳感器技術(shù)方案是最有效和廣泛采用的方法。1979年h.inaba提出利用光譜吸收法通過光纖傳輸光信號進(jìn)行長距離的大氣污染檢測；法國生產(chǎn)的lel5610型氣體分析儀能檢測ch4、co2、co混合氣體，并且具有自檢功能;美國西屋電氣公司研制的紅外瓦斯遙測儀能在40m內(nèi)確定工作面周圍的平均瓦斯?jié)舛?；美國羅斯蒙特公司研制的紅外吸收氣體分析儀具有性能可靠、

16、安全防爆等特點(diǎn)，同時能夠提供標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流輸出信號。這些儀器廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測和工礦安全檢測。近年來，國內(nèi)的有關(guān)單位也一直致力于基于紅外技術(shù)的氣體濃度檢測研究工作。中國科學(xué)院開發(fā)的紅外激光汽車尾氣檢測儀可以在汽車駛過瞬間，分析出尾氣中的各種廢氣含量，并在大約4秒鐘內(nèi)得出結(jié)果；浙江大學(xué)的葉險峰博士用1.3m的led作光源，配合閃耀光柵對甲烷氣體進(jìn)行了檢測實(shí)驗 ；燕山大學(xué)的王玉田教授對吸收式光纖瓦斯傳感系統(tǒng)也作了大量的研究。但目前國內(nèi)針對瓦斯?jié)舛葯z測的紅外技術(shù)還不是很成熟，實(shí)時性、穩(wěn)定性和靈敏度方面都有待提高。長期以來，我國礦井現(xiàn)場都采用熱催化元件來檢測瓦斯?jié)舛?。采用熱催化元件制成的甲烷檢測儀，適

17、用于煤礦井下各工作場所測量空氣中的甲烷濃度。儀器具有紅外線遙控功能，超限聲、光報警功能，超限斷電指令輸出功能。并具有檢測精度高，調(diào)校簡單，工作穩(wěn)定等特性。但其檢測精度不高，易老化且發(fā)生錯誤等缺點(diǎn)在應(yīng)用過程中逐漸顯露出來，因此，急切需要一個新的方法來克服這些缺點(diǎn)。隨著紅外技術(shù)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)外用于精確測定和標(biāo)定氣體濃度的分析儀大多數(shù)都采用了紅外技術(shù)。因此，研制一種高穩(wěn)定性、高靈敏度的礦用紅外瓦斯?jié)舛葯z測儀來實(shí)時的檢測瓦斯?jié)舛龋瑢τ谔岣呶覈旱V安全監(jiān)測水平，防止煤礦瓦斯事故發(fā)生，保障我國煤炭事業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。 第2章 pic系列單片機(jī)pic系列單片機(jī)是有美國microchip公

18、司生產(chǎn)的單片機(jī)產(chǎn)品。目前在世界8位單片機(jī)中銷量第一。pic16f877單片機(jī)在多個方面較之其它系列單片機(jī)更有優(yōu)越性，它的最大優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在引腳少、功能強(qiáng)、可直接帶led負(fù)載；具有低耗能工作方式，較簡便地實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)；外圍接口電路簡單，提高了整機(jī)的可靠性；具有較強(qiáng)的抗干擾性，大大提高抵御外界的電磁干擾和本機(jī)控制電路的電磁干擾的能力，從而提高了工業(yè)電腦自動控制器的適應(yīng)能力。2.1 pic16f877單片機(jī)pic16f877單片機(jī)的指令字節(jié)位14位，屬于中級產(chǎn)品，是pic中級單片機(jī)中很有特色的一個子系列。pic16f877單片機(jī)電壓運(yùn)行范圍為2.0v至5.5v，具有高性能的risc cpu，僅僅有35條

19、單字指令，執(zhí)行速度快，指令易學(xué)易用；帶有256字節(jié)的電可擦寫的eeprom存儲器，每次報警和斷電界限的設(shè)定值可以從eeprom中讀出以前寫入的設(shè)定值，或重新按鍵設(shè)定并寫入eeprom以備下次使用；8k*14個flash程序存儲器，368*8個數(shù)據(jù)存儲器（ram）字節(jié)，充足的資源可供以后開發(fā)改進(jìn)；內(nèi)含10位多通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換精度高；看門狗可以對軟件運(yùn)行出錯提供保護(hù)功能4。2.2 pic單片機(jī)的優(yōu)越之處1.重實(shí)際pic最大的特點(diǎn)是從實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性價比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應(yīng)用要求。2.效率 pic系列8位單片機(jī)具有獨(dú)特的risc結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的（harvard

20、）結(jié)構(gòu)，使指令具有單字長的特性，且允許指令碼的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用 cisc結(jié)構(gòu)的8位單片機(jī)相比，可以達(dá)到2：1的代碼壓縮，速度提高了4倍。3.發(fā)環(huán)境優(yōu)越pic在推出一款新型號的同時推出了相應(yīng)的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)有專用的仿真芯片支持，實(shí)時性非常好。4.強(qiáng)的抗干擾能力pic單片機(jī)通過限流電阻可以接至220v交流電源，可直接與繼電器控制電路相連，無需光電耦合隔離，給應(yīng)用帶來極大方便。5.徹底的保密性pic以保密熔絲來保護(hù)代碼，用戶在寫入代碼后熔短熔絲，別人無法讀出，除非恢復(fù)熔絲。目前，pic采用熔絲深埋工藝，恢復(fù)熔絲的可能性極小。6.帶看門狗定時器自帶的看門狗定時器可以提

21、高程序運(yùn)行的可靠性。7.眠何低功耗模式睡眠和低功耗模式使pic單片機(jī)對電源具有非常低的功耗。2.3 pic16f877管腳功能簡介2.3.1 引腳圖pic16f877的40根接腳圖，pdip是指一般最常見的dip(dual in line package)包裝，而pic單片機(jī)也有plcc(plastic leaded chip carrier)與qfp(quad flat package)兩種形式的包裝，依照不同的需求，尋找不同的包裝形式。如圖2-1所示，每根接腳都有其特定功能，例如pin11與pin32(vdd)為正電源接腳，pin12與pin31(vss)為地線接腳；而有些接腳有兩種甚至三

22、種以上功能，例如pin2(ra0/an0)代表porta的第一支接腳，在系統(tǒng)重置(reset)后，可自動成為模擬輸入接腳，接收模擬訊號，也可經(jīng)由程序規(guī)劃為數(shù)字輸出輸入接腳56。pic16f877屬于閃控式(flash)單片機(jī)，可以重復(fù)燒錄，其rom的容量總共是8k 字節(jié)，以2k為一個頁，區(qū)分為4個頁；內(nèi)部ram總共有512個字節(jié)(00f-1ffh)，以128個字節(jié)為一個bank，共區(qū)分為 4個bank，每個bank的前半段都有其特殊用途，分別連接到其特殊功能模塊，例如i/o、ccp、timer、usart、mssp等。圖2-1 pic16f877芯片2.3.2 特殊內(nèi)嵌功能pic16f877屬

23、于內(nèi)嵌功能較多的單片機(jī)，除了cpu、rom、ram、i/o等基本構(gòu)造外，還包括以下各種功能，簡介如下：a/d converter：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，最多可以讀取8組模擬輸入訊號。ccp：capture、compare、pwm，用于控制直流馬達(dá)。timer：內(nèi)部定時器，有timer0、timer1、timer2等。usart：universal synchronous asynchronous receiver transmitte同步/異步串行傳輸，如rs232、rs485等。mssp；master synchronous serial port，兩線式(i2c)與三線式(spi)標(biāo)準(zhǔn)同步串行傳

24、輸協(xié)定，常用于eeprom內(nèi)存資料的燒錄與讀取，或是與其它集成電路溝通與聯(lián)系，形成多芯片網(wǎng)絡(luò)。2.3.3 pic16f877基本電路1. pic振蕩頻率電路單片機(jī)振蕩電路與整體系統(tǒng)工作速度有直接的關(guān)系，例如同步異步串行傳輸、定時器等，都與振蕩頻率有關(guān)，不同系列單片機(jī)有不同振蕩頻率，根據(jù)產(chǎn)品資料手冊，pic16f877振蕩頻率最高可到20mhz；在圖2-2中，振蕩電路接于pin13(osc1/clkin)與pin14(osc2 /clkout)，而振蕩電路有以下四種形式： lp：使用低功率振蕩晶體(low power crystal) xt：使用振蕩器諧振器(crystal/resonator)

25、 hs：使用高速振蕩器(high speed crystal/resonator) rc：使用電阻電容(resister/capacitor)一般常用振蕩晶體或是諧振器作為單片機(jī)振蕩源，外接電路及pic內(nèi)部電路說明如圖2-2所示。圖中電容c1與c2規(guī)格大小是根據(jù)crystal或resonator而有所不同，本設(shè)計選用的是4mhz的晶振，所以電容選用的是15uf。圖2-2. 振蕩源電路圖圖2-3. 電源與重置電路2. 外加電源與復(fù)位電路pic16f877的工作電壓為5v，連接pin11與pin32，pin12與pin31為地線接腳；復(fù)位電路連接pin1，按下reset后，內(nèi)部指令重頭開始執(zhí)行，系

26、統(tǒng)重新運(yùn)作。如圖2-3所示7。2.3.4 pic16f877i/o功能pic16f877除了上述基本電路所占用的7支接腳外，其余的33支接腳都可當(dāng)成輸出、輸入接腳，輸入輸出端口是單片機(jī)基本界面，可以與周邊電路進(jìn)行電路控制和信號傳輸與檢測。pic是8位的單片機(jī)，以接腳特性分組，每組盡量湊滿8支接腳，并將i/o命名為porta(ra0ra5)、portb(rb0rb7)、portc(rc0rc7)、portd(rd0rd7)和porte(re0re2)等，各分組接口特性說明如下：porta: pic16f877的porta總共有6個位(ra0ra5)，porta的接腳可作為數(shù)字輸出輸入端口，而系統(tǒng)

27、重置后，porta自動成為模擬輸入狀態(tài)，可讀取模擬輸入訊號。 portb:portb總共有8個位(rb0rb7)，可以撰寫程序規(guī)劃輸入輸出方向、狀態(tài)，其中，要進(jìn)行燒錄時，使用到三支接腳，分別是pin36(rb3/pgm)、pin39(rb6/pgc)與pin40(rb7/pgd)。 portc:portc總共有8個位(rc0rc7)，除了可作為數(shù)字i/o外，還和一些特殊功能的周邊電路共享接腳，例如ccp（直流馬達(dá)控制）、i2c、spi（同步串行通訊電路）、usart（異步串行傳輸電路）等等。portd:portd總共有8個位(rd0rd7)，可作一般數(shù)字i/o，并與psp(parallel s

28、lave port)并列傳輸接口共享。當(dāng)整體系統(tǒng)需要多單片機(jī)時，彼此可以經(jīng)由并列傳輸接口來快速傳輸資料。porte:porte總共有3個位(re0re2)，porte的pin8、9、10有三種功能，除了基本i/o功能，也有模擬輸入功能，而上述portd的并列傳輸接口設(shè)定所需的控制接腳，如/rd、/wr、/cs等，也是屬于porte接腳。2.4 pic16f877指令簡介pic16f877常用的語言有匯編語言與c語言兩種，匯編語言是將每一個機(jī)器碼使用一個文字代號代表，比較接近處理器真正動作模式，而c語言是比較符合人們的使用習(xí)慣，事先將匯編語言組合成c語言形式，使用較為方便，但是c語言所組譯的機(jī)器

29、碼程序通常比較大，且組譯軟件通常需要額外購買。以下簡介匯編語言相關(guān)指令與一套c語言組譯軟件。pic16f877指令摘要。pic是采用risc（reduced instruction set computing，精簡指令集），與8051系列采用的cisc（complicated instruction set computing，復(fù)雜指令集）不同，pic16f877所有指令指有35個，而8051卻高達(dá)111個指令。第3章 瓦斯檢測系統(tǒng)硬件部分設(shè)計3.1 紅外甲烷氣體檢測的原理及紅外氣體檢測儀簡介3.1.1 原理紅外吸收型甲烷檢測儀是利用不同氣體對紅外輻射有著不同的吸收光譜，吸收強(qiáng)度與氣體濃度有關(guān)

30、的事實(shí)來檢測甲烷濃度的。紅外吸收型氣體分析檢測儀一般由紅外輻射源(白熾燈或紅外led)，測量氣樣室，波長選擇裝置(濾光片)，紅外探測裝置(熱電探測器，熱電池)組成。如果氣體吸收譜線在入射光譜范圍內(nèi)，那么紅外輻射透過被測氣體后，在相應(yīng)譜線處就會發(fā)生能量的衰減，未被吸收的輻射被探頭測出，通過測量該譜線處能量的衰減量來得知被測氣體濃度8。衡量氣體吸收的基本定律為lambert-beer定律，其內(nèi)容為:當(dāng)能量為i0的一束單色入射光透過長度為l的氣體吸收介質(zhì)后，在不考慮散射的情況下，其透射光強(qiáng)i可以表示為： （3-1） 一氣體吸收后的透射光強(qiáng)。一通過待測氣體前的光強(qiáng)。 一給定波長的單位濃度、單位長度氣體

31、的吸收系數(shù)。一待測氣體濃度。一待測氣體與光相互作用的長度。由上式可知光強(qiáng)與氣體濃度、氣體吸收系數(shù)和路徑長度l具有相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系9。氣體的吸收系決定于被測氣體的性質(zhì)、傳感器的結(jié)構(gòu)等，它一般通過實(shí)驗的方法求得。被測氣體的濃度越大，氣體的吸收系數(shù)越大，氣體穿過的路徑長度越長，能量衰減得越厲害。路徑長度是指光在氣體中的有效長度，路徑長度越長，氣體吸收越充分!所以穿透過氣體長度為的紅外輻射i僅僅是待測氣體濃度的單值函數(shù)，其關(guān)系如圖3-1所示：圖3-1 lmbert-beer 定律確定的i-c關(guān)系曲線3.1.2 紅外氣體檢測儀的構(gòu)成紅外吸收型氣體傳感器一般包括紅外光源、采樣氣室、濾光片和紅外探測器四部分，

32、如圖3-2。為了減少紅外光源的背景干擾和系統(tǒng)的其它一些干擾，一般采用兩路信號通道的結(jié)構(gòu)，一路通道作為測量信號，一路通道作為參考信號。整個氣體檢測裝置的測量精度和準(zhǔn)確度等特性能都?xì)w功于這四個方面的優(yōu)化設(shè)計程度。當(dāng)紅外輻射經(jīng)過氣室照射到探測頭上時，具有特征吸收帶的濾光片過濾掉其他波長的紅外輻射，只保留甲烷的吸收波長，從而檢測到因甲烷吸收而有所變化的光強(qiáng)信號，再通過探測頭轉(zhuǎn)變成電信號輸出；另一個濾光片與這個濾光片不同，它對甲烷吸收的波長進(jìn)行過濾而保留其他紅外波長，以便檢測到紅外輻射的入射光強(qiáng)，通過探測頭轉(zhuǎn)變成電信號輸出1112。這樣對兩個引腳信號進(jìn)行作差便可以得到。這種具有兩個吸收通道的方法也就是所

33、謂的差分式吸收。差分式吸收比起直接吸收式(指氣體吸收通道下的被測氣體直接吸收)有很明顯的優(yōu)點(diǎn):首先，差分式具有更好的抗干擾能力。直接吸收式在紅外波長抖動，溫度發(fā)生變化和氣室中有粉塵或干擾氣體時，系統(tǒng)的檢測圖3-2 紅外傳感器結(jié)構(gòu)圖性能有很明顯的影響。而差分式，在同一干擾源下由于作差(除)的原因可以降低這種誤差帶來的影響。其次差分式便于計算。依據(jù)lambert-beer定律，在氣室長度已知的情況下，要想求得氣體濃度，必須知道，入射光強(qiáng)和氣體吸收后光強(qiáng)，這對直接吸收式來說是有難度的。最后，差分式測量比直接吸收型精度高。因為式(3-l)中的系數(shù)有隨機(jī)因素存在，差分式吸收可以減弱這種隨機(jī)干擾13。3.

34、1.3 ir32bcir32bc紅外吸收型甲烷氣體傳感器，其紅外光源采用白熾小燈泡；紅外探測器采用熱釋電探測器；測量紅外濾光片的中心波長是3.3m，采樣紅外濾光片的中心波長是4.0m，兩片濾光片與探測器封裝在一起；采樣氣室采用鋁合金制作，呈圓柱形，紅外光源和紅外探測器均固定在氣室的底部，氣室的頂部留有讓氣體自由擴(kuò)散的小孔，紅外光源發(fā)出的光經(jīng)過氣室內(nèi)壁多次反射而到達(dá)探測器，在有限的空間內(nèi)增大了光程，使紅外輻射能夠被氣體充分吸收，有利于提高分辨率。 ir32bc傳感器的基本參數(shù)如下:.量程:05%.目標(biāo)氣體反應(yīng)時間:5年.工作電壓推薦:+5v最大:+15v.光源工作電壓最大電壓:+5v(60ma)

35、推薦調(diào)制頻率:4hz，50%占空比.工作溫度:-1050.工作濕度:0100%. 探測器輸出電壓界限氮（165前置放大器增益）： 測量通道：1.34.2v 參考通道：1.64.2vir32bc紅外吸收型甲烷氣體傳感器的實(shí)物圖如下圖3-3。圖3-3 ir32b實(shí)物圖3.2 紅外光源3.2.1 紅外光源的選擇為了最終獲得有效的信號，紅外光源必須提供測量所需的足夠能量的光強(qiáng)，這樣，必須要求紅外光源在氣體強(qiáng)烈吸收紅外輻射的波段處具有較高的輻射能量。采用irl715作為紅外光源，irl715是白熾燈，波長從可見光到5m，具有很寬的波譜，高可靠性，穩(wěn)定的輸出，短時間常數(shù)，長壽命，當(dāng)工作在5v電源時，可達(dá)4

36、0000小時。光譜圖如圖3-4所示。圖3-4 irl715光譜圖注：g5.2是測量濾光片，g20是參考濾光片3.2.2 紅外光源驅(qū)動由圖3-5可見，在光線強(qiáng)度出現(xiàn)突變時(燈由滅到亮) ,探測器信號產(chǎn)生明顯的變化, 125 ms (典型值)達(dá)到峰值;此后若輻射光強(qiáng)維持恒定,則探測器輸出逐漸下降至初始值(直流分量)并維持不變。同樣,如果輻射光突然消失(燈由亮到滅) ,探測器輸出將產(chǎn)生與圖3-5 相似但方向相反的曲線。這樣,如果給燈施加脈沖電壓,提供一個連續(xù)的脈動光源,探測器將會產(chǎn)生連續(xù)的交圖3-5 紅外輻射與探測信號的變化關(guān)系圖變信號。由于光源關(guān)斷和開通后,探測器信號達(dá)到峰值的時間約125 ms,

37、所以,最合適的脈沖驅(qū)動電壓是頻率為4 hz、占空比為50%的方波,此時,探測器的輸出近似為4 hz的正弦波。如圖3-6所示。為使燈絲不完全冷卻,脈沖驅(qū)動電源應(yīng)能提供給燈絲一定大小的涌入電流。設(shè)置關(guān)斷電壓在0 v 以上,維持一個小電流流過燈絲,能夠減少涌入電流。如果驅(qū)動電源不能提供涌入電流,則電壓波形的上升沿將變緩,相應(yīng)的探測器輸出信號將會產(chǎn)生畸變。另外,當(dāng)燈絲加高電平點(diǎn)亮?xí)r燈絲需要一個臨界啟動電壓和一定的延遲時間,脈沖的低電平大于0 v,可降低啟動電壓、減少延遲時間,使燈絲能在開關(guān)狀態(tài)間快速地切換。脈沖驅(qū)動電壓的高電平不能大于5 v,電壓過高,會燒壞燈絲14。圖3-6 探測信號隨紅外輻射有規(guī)律

38、的變化圖滿足上述要求的燈絲電源驅(qū)動電路如圖3-7所示。三端穩(wěn)壓塊lm317輸出5 v左右的直流電壓vo。由單片機(jī)產(chǎn)生4 hz的方波脈沖控制三極管t。當(dāng)脈沖為低電平時,三極管t導(dǎo)通, 有較小的電流流過燈絲, 燈絲電阻上獲得較小的壓降,燈熄滅；當(dāng)脈沖為高電平時,三極管t截止,由于燈絲回路中增加了r12 ，燈絲電阻上獲得較大的壓降,燈被點(diǎn)亮。實(shí)際電路中還應(yīng)在輸入輸出端增加濾波電容、考慮電源的功耗等因素。燈絲上施加5 v電壓時所需的典型電流值為60 ma。此外, 為防止燈絲驅(qū)動回路中電流脈沖信號通過地線產(chǎn)生干擾, 燈絲驅(qū)動電路應(yīng)與探測器信號電路隔離。這樣,提供給兩個熱電探測器一個4 hz的脈動光源,以

39、便對比有光和無光的情況,從而修正外部光線的干涉,并去掉兩個熱電探測器上的直流偏移1516。圖3-7 紅外光源驅(qū)動電路圖3.3 熱釋電探測器3.3.1 熱釋電探測器原理熱釋電紅外傳感器是一種光電轉(zhuǎn)換器件，它是一種pzt晶體結(jié)構(gòu)的表面電荷極化隨其溫度變化而變化的傳感器。自發(fā)極化的鐵電體平時靠捕捉大氣中的富有電荷保持平衡狀態(tài)，受到紅外線照射后，其內(nèi)部溫度將會升高，內(nèi)部的極化狀態(tài)便隨之降低，表面電荷濃度也相應(yīng)降低，這就相當(dāng)于“釋放”了一部分電荷，這種現(xiàn)象稱為電解質(zhì)的“熱釋電效應(yīng)”，從外部將釋放的電荷取出，就變成傳感器的輸出電壓。需要指出的是，如果紅外輻射持續(xù)下去，鐵電體的溫度就會升到新的平衡狀態(tài)，表面

40、電荷也同時達(dá)到平衡，這時它就不再釋放電荷，也就不再有信號輸出了。所以，對于熱釋電紅外傳感器，只有在紅外輻射不斷變化，它的內(nèi)部溫度隨之不斷升降的過程中，傳感器才有信號輸出，而在穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出信號則為恒值，即熱釋電紅外傳感器只對紅外輻射相對變化有反應(yīng)，而對紅外輻射的絕對值沒有反應(yīng)。因此在應(yīng)用熱釋電傳感器時，應(yīng)設(shè)法使紅外輻射不斷變化，這樣才能使傳感器輸出的信號有效，為了滿足此要求，須將紅外光源按一定頻率進(jìn)行調(diào)制17。3.3.2 熱釋電探測器信號與氣體濃度的關(guān)系分析紅外傳感頭通過一個氣體擴(kuò)散柵欄獲得樣氣,因此不受氣流的影響。采用防火設(shè)計,不銹鋼的結(jié)構(gòu)使其能短期暴露在大部分的弱酸、堿溶劑中。測量通道熱

41、電探測器包括一個待檢氣體吸收光譜的濾光器,而參考通道探測器包括一個待檢氣體不吸收光譜的濾光器。這種方法使得測量探測器能夠監(jiān)測目標(biāo)氣體的主要吸收波段,而參考探測器提供了溫度和光強(qiáng)改變等環(huán)境因素的影響18。如前所述,為使傳感頭工作,光源必須是脈動的,以便測量探測器和參考探測器檢測到入射輻射的變化。測量探測器輸出信號受光強(qiáng)、溫度和對通過測量探測器濾光器的目標(biāo)氣體輻射吸收的影響。光強(qiáng)和溫度也同樣影響參考探測器,但目標(biāo)氣體的輻射吸收不影響參考探測器。從探測器出來的信號和光源的脈動是同步的,因此隨著驅(qū)動光源方波的變化,探測器輸出波形的最大值和最小值構(gòu)成了有用的檢測信號,其差值與光源入射輻射的強(qiáng)度有關(guān)。測量

42、探測器給出了由目標(biāo)氣體濃度所影響的入射輻射量,相應(yīng)地,參考探測器給出了不受目標(biāo)氣體濃度影響的入射輻射量,兩個探測器輸出信號與目標(biāo)氣體濃度的關(guān)系如下: （32）目標(biāo)氣體的吸收系數(shù)表示為: （33） 式中: z( zero)是參考?xì)怏w(如氮?dú)?中的i/i0值, 稱為零點(diǎn)校準(zhǔn)值；act和ref分別是測量探測器和參考探測器信號。例如,傳感頭在氮?dú)庵蟹€(wěn)定后測得act和ref的峰峰值分別為1.6 v和1.2v,則。將該值存儲在e2 prom中作為零點(diǎn)值,僅當(dāng)再次校準(zhǔn)時才需要改變。吸收系數(shù)與氣體濃度之間的關(guān)系如下: （34） 由式(3-3)得: （35） 式中:s ( span)是滿濃度目標(biāo)氣體(如5% v

43、ol氮?dú)饣?%vol co2 ) 中的i/i0 值, 稱為滿刻度校準(zhǔn)值, 存儲在e2 prom中,僅當(dāng)再次校準(zhǔn)時才需要改變。當(dāng)然,進(jìn)行校準(zhǔn)時還應(yīng)考慮溫度的影響,采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償措施。由式(3-4) 、(3-5)可以推出被測氣體濃度表達(dá)式: （36） =理論上可以按式(3-6)計算出被測甲烷氣體的濃度,但在實(shí)際應(yīng)用中存在兩個問題:一是如何準(zhǔn)確方便地獲取act/ref的值;二是瓦斯傳感器對實(shí)時性要求很高, 用單片機(jī)匯編程序完成式（3-6）的計算很不現(xiàn)實(shí)。因此, 本系統(tǒng)采用的方法是先獲得act/ref的值,計算出吸收系數(shù),再利用e2v技術(shù)公司提供的氣體濃度與吸收系數(shù)的關(guān)系曲線求得氣體濃度。式（3-3）

44、的實(shí)用形式如下: （37） 式中:fa 為吸收系數(shù)；s1 和s2分別是測量探測器和參考探測器輸出信號的峰-峰值；r 的定義如下: （38） 式中: 和分別是 和 在沒有特定氣體下的數(shù)值。 act/ref的值采用信號的峰-峰值之比是因為在最大值和最小值處,信號的變化率最小,所得結(jié)果不會出現(xiàn)大的誤差,最為可靠1920。ir32bc型紅外傳感頭對甲烷氣體的吸收系數(shù)與氣體濃度的關(guān)系曲線如圖3-8所示。 圖3-8對甲烷氣體典型的敏感性曲線 因為在礦井瓦斯監(jiān)測中，瓦斯?jié)舛瘸^1%時，即要報警，不得進(jìn)行生產(chǎn)。所以只需將上圖中濃度05%的一段曲線進(jìn)行線性化，將數(shù)據(jù)存儲于eeprom中。單片機(jī)通過計算測量信號和

45、參考信號的峰-峰值的商，再通過查表程序，就可得到非常精確的瓦斯?jié)舛戎?122。3.4 放大電路 經(jīng)紅外傳感器轉(zhuǎn)變的電壓信號很微弱，單片機(jī)不能直接讀出這樣的信號，需將其放大到一個適于單片機(jī)讀取的范圍。所以電路中需要放大電路23。如圖3-9所示。本設(shè)計ir32bc探測頭輸出中有直流信號，這部分信號必須濾波，因此采用電容c2和電阻r4組成對參考信號vinref的濾波電路，參考信號的放大濾波電路與測量信號的電路相同。這里以對參考信號vinref的濾波電路為例分析，公式： （3-9） （3-10） （3-11）帶入數(shù)值得： （3-12）圖3-9 放大電路此電路可以對頻率小于1hz的信號有顯著的抑制作用，

46、而對頻率大于1hz的信號基本沒有影響。單片機(jī)通過控制多路開關(guān)中的某一路通斷來選擇輸入測量信號和參考信號。經(jīng)內(nèi)部a/d轉(zhuǎn)換存儲到指定的存儲器中，再之后的計算時進(jìn)行調(diào)用。3.5 與上位機(jī)通信設(shè)計在工業(yè)控制領(lǐng)域，往往需要組成上位機(jī)下位機(jī)系統(tǒng)，由一臺上位機(jī)去控制多臺下位機(jī)。當(dāng)上位機(jī)與下位機(jī)距離較遠(yuǎn)時，就需要在上位機(jī)與下位機(jī)之間進(jìn)行遠(yuǎn)程串行數(shù)據(jù)通信。3.5.1 上位機(jī)與井下通訊方式計算機(jī)與pic16f877單片機(jī)之間的串行異步通信采用rs-484接口電路實(shí)現(xiàn)，利用計算機(jī)串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在異步通信中，數(shù)據(jù)是逐幀傳送的，其數(shù)據(jù)格式如圖3-10所示在幀格式中，一個字符由4部分組成：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校

47、驗位和停止位。首先是一個起始位“0”，然后是5-8位數(shù)據(jù)（規(guī)定地位在前，高位在后），接下來是奇偶校驗位（可省略），最后是停 圖3-10 異步通信中的數(shù)據(jù)格式圖 止位“1”。起始位“0”信號只占用一位，用來通知接收設(shè)備一個待接收的字符開始到來。在不傳送字符時，線路上應(yīng)保持“1”。接收端不斷檢測線路的狀態(tài)，若連續(xù)為“1”以后又檢測到一個“0”，就知道要發(fā)來一個新字符，應(yīng)立即準(zhǔn)備接收。3.5.2 接口器件簡介1.rs- 232標(biāo)準(zhǔn)是美國eia電子工業(yè)聯(lián)合會制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)，廣泛用于計算機(jī)與終端或外設(shè)之間的近端連接24。完整的rs-232接口有25根線，一般在計算機(jī)串口采用簡化的9芯插頭座。

48、工作時，應(yīng)保證電平在(5-15)v之間。因此為了能夠同計算機(jī)或控制器的 ttl器件連接，必須在rs-232與ttl電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。常用的轉(zhuǎn)換芯片是max232。max232內(nèi)部有電壓倍增電路和轉(zhuǎn)換電路，只需5v電源便可實(shí)現(xiàn)ttl電平與rs-232電平轉(zhuǎn)換。max232產(chǎn)品是由德州儀器公司(ti)推出的一款兼容rs-232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件包含2個驅(qū)動器、2個接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供tia/eia-232-f電平。芯片如圖3-11所示。max232芯片是專門為電腦的rs-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的接口電路,使用+5v單電源供電。內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分：第一部分是電荷泵電路。由

49、1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給rs-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（r1in）、12腳（r1out）、11腳 （t1in）、14腳（t1out）圖3-11 max232管腳圖為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（r2in）、9腳（r2out）、10腳（t2in）、7腳（t2out）為第二數(shù)據(jù)通道。ttl/cmos數(shù)據(jù)從t1in、t2in輸入轉(zhuǎn)換成rs-232數(shù)據(jù)從t1out、t2out送到電腦db9插頭；db9插頭的rs-232數(shù)據(jù)從r1in、r2in輸入轉(zhuǎn)換成ttl/

50、cmos數(shù)據(jù)后從r1out、r2out輸出。第三部分是供電。15腳gnd、16腳vcc（+5v）。2.信號接口簡介與rs-232相匹配的鏈接器有db-25、db-15和db-9，其引腳也各有不同，目前比較常用的是db-25和db-9兩種。本設(shè)計中采用的是db-9。如圖3-12所示。圖3-12 db-9實(shí)物圖表3-1 db-9管腳功能 3.rs-485 由于rs-232協(xié)議通信距離的局限性（最大距離15m）,無法實(shí)現(xiàn)瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)中的通信任務(wù)，所以需要rs-485協(xié)議通信。rs-485協(xié)議的通信最大距離為1200m，可以實(shí)現(xiàn)瓦斯監(jiān)控的任務(wù)，同時rs-485總線可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通訊，這樣大大的提高了上位

51、機(jī)的利用效率。與rs-232協(xié)議中max232相似，rs-485協(xié)議中使用的是max485芯片來完成ttl電平和單片機(jī)電平的轉(zhuǎn)換。下圖是max485的引腳圖。如圖3-13所示。圖3-13 max485引腳圖管腳介紹：ro： 接收器輸出/re： 接收器輸出使能de： 驅(qū)動器輸出使能di： 驅(qū)動器輸入a： 接收器輸入和驅(qū)動輸出b： 接收器反相輸入和驅(qū)動器反相輸出vcc：電源端 max485中具有一個驅(qū)動器和一個接收器。驅(qū)動器具有短路電流限制，并可以通過熱關(guān)斷電路將驅(qū)動器輸出置為高阻狀態(tài)，防止過度的功率損耗。接收器輸入具有失效保護(hù)特性，當(dāng)輸入開路時，可以確保邏輯高電平輸出。3.5.3 通訊電路設(shè)計

52、1. 由于上位機(jī)無法直接識別max485轉(zhuǎn)換的信號，所以需要轉(zhuǎn)換電路。這要借助于rs-232接口，作rs-232和rs-485rs-422之間的電平轉(zhuǎn)換。原理如圖3-14所示。 圖3-14 上位機(jī)與pic單片機(jī)通訊原理圖圖3-15為一個使用光電隔離方式連接的max485芯片電路。pic16f877的usart 串口的rxd、txd 通過光電隔離電路連接max485芯片的ro、di引腳，控制信號r/d 同樣經(jīng)光電隔離電路去控制max485芯片的de和/re引腳。由pic16f877輸出的r/d 信號通過光電隔離器件控制max485芯片的發(fā)送器/接收器使能：r/d 信號為“1”，則max485芯片

53、的de 和/re 引腳為“1”，發(fā)送器有效，接收器禁止，此時pic16f877可以向rs-485 總線發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)；r/d 信號為“0”，則max485芯片的de和/re 引腳為“0”，發(fā)送器禁止，接收器有效，此時pic16f877可以接收來自rs-485 總線的數(shù)據(jù)字節(jié)。任一時刻，max485芯片中的“接收器”和“發(fā)送器”只能夠有1 個處于工作狀態(tài)。鉗位于6.8v 的tvs 管d6、d7、d8 都是用來保護(hù)rs-485 總線的，避免rs-485總線在受外界干擾時（雷擊、浪涌）產(chǎn)生的高壓損壞rs-485 收發(fā)器。電路中的l1、l2、c18，c19用于提高電路的emi 性能。附加的保護(hù)電路能夠?qū)?/p>

54、max485 芯片起到良好的保護(hù)效果。連接至a 引腳的上拉電阻r32、接至b 引腳的下拉電阻r34用于保證無連接的max485芯片處于空閑狀態(tài)，提供網(wǎng)絡(luò)失效保護(hù)，以提高rs-485 節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)的可靠性。 使用dc-dc 器件可以產(chǎn)生1 組與pic16f877電路完全隔離的電源輸出，用于向rs-485 收發(fā)器電路提供+5v 電源。如圖3-16所示。圖3-15 rs-485與pic16f877通信電路圖3-16 dc-dc電源 2.轉(zhuǎn)換電路rs232-485轉(zhuǎn)換電路主要包括了電源、232電平轉(zhuǎn)換、485電路三部分。如圖3-17所示。max485是通過兩個引腳re/（2腳）和de（3腳）來控制數(shù)據(jù)的輸入和輸出。當(dāng)re為低電平時，max485數(shù)據(jù)輸入有效；當(dāng)de為高電平時，max485數(shù)據(jù)輸出有效。在半雙工使用中，通?？梢詫⑦@兩個腳直接相連，然后由pc或者單片機(jī)輸出的高低電平就可以讓max485在接收和發(fā)送狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換了。平時max232的9腳輸出高電平，經(jīng)q4倒相后，使max485的re和de為低電平而處于數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。當(dāng)pc機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時，max232的9腳輸出低電平，經(jīng)q4倒相后，使max485的re和de為高電平而處于數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)。圖3-17 rs-232/rs-485轉(zhuǎn)換電路圖3.6 報警、顯示電路設(shè)計圖3-18是報警電路原理圖。本設(shè)計中的聲光報警系統(tǒng)主旨在說明報警