燃氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計

1、 1 摘摘 要要 隨著信息時代的到來，作為獲取信息的手段傳感器技術(shù)得到了顯著的 進步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器 技術(shù)已成為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標志之一。因此，了解并掌 握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。 為了提高對傳感器的認識和了解，尤其是對氣體傳感器的深入研究以及其 用法與用途，基于實用、廣泛和典型的原則而設(shè)計了本系統(tǒng)。本文利用單片機 結(jié)合傳感器技術(shù)而開發(fā)設(shè)計了這一煙霧監(jiān)控系統(tǒng)。 本論文以電阻式氣體傳感器和單片機技術(shù)為核心并與其他電子技術(shù)相結(jié)合， 設(shè)計出一種煙霧報警器。其中選用半導(dǎo)體可燃氣體敏感元件煙霧傳感器實現(xiàn)煙 霧的檢

2、測，具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強等優(yōu)點，而且價格低廉，使 用壽命長。 以單片機和半導(dǎo)體電阻式氣體傳感器為核心設(shè)計的氣體報警器可實現(xiàn)聲光 報警功能。是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的氣體 報警器。具有一定的實用價值。 關(guān)鍵詞： 傳感器 報警器 單片機 keywords： sensor alarm scm 目目 錄錄 摘 要.1 2 abstract .2 第 1 章 緒論.5 1.1 家庭燃氣泄漏報警的概述.5 1.2 家庭燃氣泄漏報警的現(xiàn)狀.5 1.3 家庭燃氣泄漏報警的發(fā)展趨勢.6 1.4 燃氣泄漏報警研究意義與目的.6 第 2 章燃氣泄漏報警系統(tǒng)的方案設(shè)計.7 2

3、.1 燃氣報警系統(tǒng)的設(shè)計思路.7 2.2 氣體傳感器的選型.7 2.2.1 氣體傳感器介紹.7 2.2.2 氣體傳感器的選定.11 2.3 燃氣泄露報警系統(tǒng)的整體設(shè)計方案.12 2.3.1 燃氣泄露報警器工作原理.12 2.3.2 燃氣泄露報警器的結(jié)構(gòu).12 2.3.3 氣體檢測報警器的功能.13 第 3 章 家庭燃氣泄漏報警系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計.14 3.1 主控電路的設(shè)計.14 3.1.1 半導(dǎo)體氣體傳感器簡介.14 a. 標準工作條件.16 3.1.2 單片機的選擇.18 3.1.3 at89c51 單片機的基本結(jié)構(gòu).19 3.1.4 at89c51 單片機的引腳.20 3.1.5 at8

4、9c51 單片機的時鐘電路.22 3.1.6 at89c51 單片機的復(fù)位電路.23 3.2 外圍接口電路的設(shè)計.24 3.2.1 adc0808 轉(zhuǎn)換器的介紹 .24 3.2.2 adc0808 轉(zhuǎn)換器和 at89c51 單片機的接口電路 .25 3.2.3 聲音報警電路.26 3.2.4 燈光報警電路.27 3.3 總電路設(shè)計.27 第 4 章 燃氣泄漏報警系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計.28 4.1.1 主程序設(shè)計流程圖.29 4.1.2 主程序的編程.30 4.2 程序調(diào)試.33 4.2.1 程序調(diào)試的步驟.34 4.2.2 程序調(diào)試過程中的問題及解決.35 小節(jié)與展望.36 致 謝.36 參考文

5、獻.38 3 附錄一、家庭燃氣泄漏報警系統(tǒng)電路圖.39 附錄二、英文文獻.40 微機發(fā)展簡史.43 4 第第 1 章章 緒論緒論 1.1 家庭燃氣泄漏報警的概述家庭燃氣泄漏報警的概述 燃氣泄漏報警器是非常重要的燃氣安全設(shè)備，由氣體傳感器、單片機和報警 器組成。它是安全使用城市燃氣的最后一道保護。燃氣泄漏報警器通過氣體傳 感器探測周圍環(huán)境中的低濃度可燃氣體，通過采樣電路，將探測信號用模擬量 或數(shù)字量傳遞給控制器或控制電路，當(dāng)氣體濃度超過控制器或控制電路中設(shè)定 值時，控制器通過執(zhí)行器或執(zhí)行電路發(fā)出報警信號或執(zhí)行關(guān)閉燃氣閥門等動作。 氣體報警器的探測氣體傳感器主要有氧化物半導(dǎo)體型、催化燃燒型、熱線型

6、氣 體傳感器，還有少量的其他類型，如化學(xué)電池類傳感器。這些傳感器都是通過 對周圍環(huán)境中的可燃氣體的吸附，在傳感器表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)， 造成傳感器的電物理特性的改變，經(jīng)單片機處理后報警 。 1.2 家庭燃氣泄漏報警的現(xiàn)狀家庭燃氣泄漏報警的現(xiàn)狀 氣體檢測報警產(chǎn)品是一個系列產(chǎn)品，包括氣體探測設(shè)備、信息傳輸設(shè)備、 報警分析控制器。是物理傳感技術(shù)、自動控制、計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸和管理、 智能樓宇等技術(shù)的綜合集成，屬于高新技術(shù)。依托中國多年的基本建設(shè)的發(fā)展， 這個行業(yè)也得到發(fā)展，具備了和國外知名企業(yè)抗衡的能力。在目前中國許多冠 名以高新技術(shù)的行業(yè)中，中國企業(yè)大多做的是下游的制造和服務(wù)，分取極少一

7、 部分的利潤，像安防報警產(chǎn)品那樣又擁有自我知識產(chǎn)權(quán)，又擁有大量市場的行 業(yè)其實是很少的。 在安防報警產(chǎn)品的技術(shù)含量上，國內(nèi)產(chǎn)品和國外產(chǎn)品差距不是很大，許多 指標已經(jīng)超越，存在的問題是：類似于國外安防報警產(chǎn)品的大批量規(guī)?；纳?產(chǎn)才剛起步，有待于積累經(jīng)驗和技術(shù)；也因此在產(chǎn)品一致性和長期穩(wěn)定性上有 一些差距；國內(nèi)正在形成權(quán)重的大型企業(yè)和集團，這樣可以帶領(lǐng)國內(nèi)的各家企 業(yè)去沖擊海外市場，并最終占領(lǐng)海外的安防報警市場。 5 1.3 家庭燃氣泄漏報警的發(fā)展趨勢家庭燃氣泄漏報警的發(fā)展趨勢 二十多年前，我國的安防報警產(chǎn)品剛剛起步，無論產(chǎn)品技術(shù)含量、產(chǎn)品系 列完整性、使用性，還是社會影響程度都是相當(dāng)?shù)偷摹?/p>

8、的產(chǎn)品和品牌卻占 領(lǐng)我們的大部分市場。由于中國的建設(shè)正在面臨飛速發(fā)展，我們應(yīng)該抓住廣闊 的市場空間，慶幸的是中國企業(yè)抓住了這次機遇，頂住了挑戰(zhàn)，先是一批國家 的科研院所，后是一批國營企業(yè)、民營企業(yè)，業(yè)內(nèi)也吸引和凝聚一大批國內(nèi)的 技術(shù)和管理精英，花了多年時間，通過幾次產(chǎn)品更新?lián)Q代，就使自己的產(chǎn)品緊 緊跟上了國際水平，并且奪回了大部分國內(nèi)市場，使得現(xiàn)在大多國外產(chǎn)品只有 招架之勢，這是典型的自力更生，走自己的路。當(dāng)然目前而言，我們基本占據(jù) 的是國內(nèi)市場，對外還剛剛啟動。但是，中國企業(yè)已經(jīng)做好準備進軍海外市場。 1.4 燃氣泄漏報警研究意義與目的燃氣泄漏報警研究意義與目的 面對燃氣泄漏而造成的種種事故

9、威脅，我們需要一個解決辦法。使用燃氣報 警器是對付燃氣無形殺手的重要手段之一。燃氣專家指出，燃氣泄漏或廢氣排 放而大量產(chǎn)生的一氧化碳是燃氣中毒事響應(yīng)的根源，如采有用燃氣泄漏報警器 就能得到及時的警示。有關(guān)部門經(jīng)長期測試得出結(jié)論，燃氣報警器防止一氧化 碳中毒事故發(fā)生的有效率達 95%以上。 計算機的普及和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們己不滿足于傳統(tǒng)的居住環(huán)境，對 家庭及住宅小區(qū)提出了更高的要求，智能化被引入家庭，并迅速在世界各地發(fā) 展起來。人們對居住環(huán)境要求的日見增高，體現(xiàn)在希望住宅不僅更便利、舒適 而且更安全。 單片機在日用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛，燃氣泄漏則是人們?nèi)粘Ｉ钪?常常需要測量和控制的

10、一個問題。單片機有利于為現(xiàn)代人工作、科研、生活、 提供更好的更方便的設(shè)施。為了防止中毒事件再次發(fā)生，提出利用單片機系統(tǒng) 進行有效的預(yù)防對策。所以怎樣防止煤氣中毒與爆炸已成為人們的迫切需要。 6 第第 2 章燃氣泄漏報警系統(tǒng)的方案設(shè)計章燃氣泄漏報警系統(tǒng)的方案設(shè)計 2.1 燃氣報警系統(tǒng)的設(shè)計思路燃氣報警系統(tǒng)的設(shè)計思路 燃氣報警系統(tǒng)是能夠檢測環(huán)境中的可燃性氣體濃度，并具有報警功能的儀器， 儀器的最基本組成部分應(yīng)包括：氣體信號采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機控 制電路。 氣體信號采集電路一般由氣體傳感器和模擬放大電路組成，將氣體信號轉(zhuǎn)化 為模擬的電信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從燃氣檢測電路送出的模擬信號轉(zhuǎn)換成單

11、片 機可識別的數(shù)字信號后送入單片機。單片機對該數(shù)字信號進行處理，并對處理 后的數(shù)據(jù)進行分析，是否大于或等于某個預(yù)設(shè)值(也就是報警限)，如果大于則 會自動啟動報警電路發(fā)出報警聲音，反之則為正常狀態(tài)。為使報警裝置更加完 善，可以在聲音報警基礎(chǔ)上，加入光閃報警，變化的光信號可以引起用戶注意， 彌補嘈雜環(huán)境中聲音報警的局限。以上是根據(jù)報警器應(yīng)具備的功能，提出的整 體設(shè)計思路。 煙霧傳感器及單片機是燃氣泄漏報警器的兩大核心，根據(jù)報警器功能的需要， 選擇合適、精確、經(jīng)濟的煙霧傳感器及單片機芯片是至關(guān)重要的。氣體傳感器 的選型在下一節(jié)介紹。單片機作為硬件電路的核心，它的選型將在第三章詳述。 2.2 氣體傳感

12、器的選型氣體傳感器的選型 氣體傳感器屬于氣敏傳感器，是氣-電變換器，它將可燃性氣體在空氣中的含 量(即濃度)轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號，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，進而由單片機完成數(shù)據(jù)處理、濃度 處理及報警控制等工作。 氣體傳感器作為燃氣泄漏報警器的信號采集部分，是儀表的核心組成部分之一。 由此可見，氣體傳感器的選型是非常重要的。 2.2.1 氣體傳感器介紹氣體傳感器介紹 (1)氣體傳感器的分類 氣體傳感器種類繁多，從檢測原理上可以分為三大類： 7 1 利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如半導(dǎo)體氣體傳感器、接觸燃燒氣體傳 感器等。 2 利用物理性質(zhì)的氣體傳感器：如熱導(dǎo)氣

13、體傳感器、光干涉氣體傳感器、紅 外傳感器等。 3 利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如電流型氣體傳感器、電勢型氣體傳感器 等。 (2)氣體傳感器應(yīng)滿足的基本條件 一個氣體傳感器可以是單功能的，也可以是 多功能的；可以是單一的實體，也可以是由多個不同功能傳感器組成的陣列。 但是，任何一個完整的氣體傳感器都必須具備以下條件： 1 能選擇性地檢測某種單一氣體，而對共存的其它氣體不響應(yīng)或低響應(yīng)； 2 對被測氣體具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內(nèi)的氣體濃度； 3 對檢測信號響應(yīng)速度快，重復(fù)性好； 4 長期工作穩(wěn)定性好； 5 使用壽命長； 6 制造成本低，使用與維護方便。 (3)常見氣體傳感器簡介 下面對

14、常用的幾種氣體傳感器作簡單介紹。 半導(dǎo)體氣體傳感器半導(dǎo)體氣體傳感器 半導(dǎo)體氣體傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳 感器，以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的氣體傳感器。自 1962 年半導(dǎo)體金屬氧化物 氣體傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、輸出信號強、耐久性強、 結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜等諸多優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。該傳感器己成為世界上 產(chǎn)量最大、使用最廣的氣體傳感器之一。按照敏感機理分類，可分為電阻型和 非電阻型。 固體電解質(zhì)氣體傳感器固體電解質(zhì)氣體傳感器 固體電解質(zhì)氣體傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料作為氣敏元件，其原理是利 用氣敏材料在通過氣體時產(chǎn)生電阻，測量其形成電動勢從而測量

15、氣體濃度。由 于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣 泛的應(yīng)用，幾乎打 入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個領(lǐng)域，其產(chǎn)量僅次于半導(dǎo)體氣體傳感器的一類傳 感器。但這種傳感器制造成本高，檢測氣體范圍有限，在檢測環(huán)境污染領(lǐng)域中 有優(yōu)勢。 8 接觸燃燒式氣體傳感器接觸燃燒式氣體傳感器 當(dāng)易燃氣體接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時會發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒， 故得名接觸燃燒式傳感器。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲 (也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層)，使用時將鉑絲通電，保持 300 c400c 的高溫，此時若與氣體接觸，氣體就會在稀有金屬催化層上燃燒，因 此鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上

16、升；通過測量鉑絲的電阻值變化的大 小，就知道氣體的濃度。 高分子氣體傳感器高分子氣體傳感器 利用高分子氣敏材料制作的氣體傳感器近年來得到很大的發(fā)展。高分子氣敏 材料在遇到特定氣體時，其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速 度和頻率、 材料重量等物理性能發(fā)生變化。高分子氣敏材料由于具有易操 作性、工藝簡單、 常溫選擇性好、價格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性 氣體和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。高分子氣體傳感器具有對特定 氣體分子靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)簡單，能在常溫下使用，可以彌補其它 氣體傳感器的不足。 電化學(xué)傳感器電化學(xué)傳感器 電化學(xué)傳感器由膜電極和電解液封裝而成。

17、氣體濃度信號將電解液分解成陰 陽帶電離子，通過電極將信號傳出。它的優(yōu)點是：反映速度快、準確、穩(wěn)定性 好、能夠定量檢測，但壽命較短(大約兩年)。它主要適用于毒性氣體檢測。目 前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。 熱傳導(dǎo)傳感器熱傳導(dǎo)傳感器 熱傳導(dǎo)傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結(jié)構(gòu)形式，但是測量原理不同。 它的測量原理是：將加熱后的鉑電阻線圈置于目標煙霧中，由于向目標氣體傳 送熱量造成溫度降低，引起電阻值變化，傳感器即測量電阻 值的變化情況。溫 度的變化情況是目標氣體熱傳導(dǎo)率的函數(shù)，而對于一種給定的氣體，熱傳導(dǎo)率 是它固有的物理特性。 紅外傳感器紅外傳感器 紅外傳感器通常用兩束紅外光進行氣

18、體測量，主光束通過測量元件內(nèi)的目 標氣體，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考氣體。在測量和比較元件中，紅外射 線被氣體有選擇地吸收了。未吸收的紅外光由光電探測器測量，產(chǎn)生一個正比 9 于目標氣體濃度的差分信號。非擴散式紅外探測器 ndir (non-dispersive ir )是 其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴散和損耗被記錄下來。 不同的氣體吸收不同波長的 ir，所以傳感器根據(jù)目標氣體而調(diào)整，典型應(yīng) 用包括測量 co 和 co2、冷凍劑煙霧和一些易燃氣。由于非碳氫化合物易燃氣體 (如氫)不吸收電磁譜中 ir 部分的能量，所以這種傳感器可以精確地測量碳氫化 合物，并具有最小的交叉靈敏度，而

19、且不受其它氣體的腐蝕以及高濃度目標煙 霧的影響。 (4)常見氣體傳感器可檢測氣體種類 由于氣體的種類繁多，一種類型的氣體傳感器不可能檢測所有的氣體，通 常只能檢測某一種或兩種特定性質(zhì)的氣體。例如氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器主要 檢測各種還原性煙霧，如 co、h2、c2h5oh、ch3oh 等。固體電解質(zhì)氣體傳感器主 要用于檢測無機氣體，如 o2、co2、h2、cl2、so2等。 簡要列舉出已經(jīng)研究、開發(fā)的各類氣體傳感器及其可檢測的氣體種類 傳感器 種類 co co2 h2s nh3 hcnhcl co cl2 ci2 nox so2 o 2 ch4c3h2h2h2o 半導(dǎo)體 氣體傳 感器 固體電 解

20、質(zhì)傳 感器 接觸燃 燒式傳 感器 電化學(xué) 式傳感 器 高分子 電解質(zhì) 氣體傳 感器 10 注：好 不太好 表 2.1 各種氣體傳感器可檢測的氣體種類 2.2.2 氣體傳感器的選定氣體傳感器的選定 燃氣泄漏報警器主要應(yīng)用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、噴漆作業(yè) 等易發(fā)生可燃氣體泄漏的場所，根據(jù)報警器檢測氣體種類的要求，一般選用接 觸燃燒式氣體傳感器和半導(dǎo)體氣體傳感器。 使用接觸燃燒式氣體傳感器，其探頭的阻緩及中毒，是不可避免的問題。阻 緩是當(dāng)在氣體與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在 無焰燃燒的同時，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而 引起響應(yīng)緩慢反應(yīng)滯

21、緩，靈敏度降低。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán) 境中有得到某種程度的恢復(fù)的可能，但是如果長期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈 敏度會不斷下降，導(dǎo)致該傳感器最終喪失檢測煙霧的能力。中毒是如果環(huán)境空 氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時，則傳感器將使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以 致靈敏度很快就喪失。當(dāng)懷疑檢測環(huán)境中存在這些物質(zhì)時，經(jīng)常對探頭進行標 定，是必須且有效的辦法。 因此，經(jīng)常對傳感器進行標定，是保證其準確性的必要的途徑。一般連續(xù)使 用兩個月后應(yīng)對傳感器進行量程校準，這種經(jīng)常性對傳感器的維護，無形中加 大了工作人員的工作量，同時增加了報警器的維護成本。 半導(dǎo)體氣體傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體

22、制作的氣體傳感 器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的氣體傳感器，它具有靈敏度高，響應(yīng)快、體積 小、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體氣體 傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性(抗干擾性)和穩(wěn)定性(使用壽命)。 經(jīng)過對比上述兩種氣體傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體氣體傳感器的優(yōu)點更 加突出：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價格便宜，且不會發(fā)生 探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護成本較低等。因此，本設(shè)計采用半導(dǎo)體氣體傳感器 作為報警器氣體信息采集部分的核心。而在眾多半導(dǎo)體氣體傳感器中，本設(shè)計 選用 mq-2 型氣體傳感器，這種型號的傳感器不但具備一般半導(dǎo)體氣體傳感器靈 敏度 高、響應(yīng)快、

23、抗干擾能力強、壽命長等優(yōu)點。 11 2.3 燃氣泄露報警系統(tǒng)的整體設(shè)計方案燃氣泄露報警系統(tǒng)的整體設(shè)計方案 2.3.1 燃氣泄露報警器工作原理燃氣泄露報警器工作原理 本論文中的燃氣報警報警器以 at89c51 單片機為控制核心，采用 mq-2 型電 阻式半導(dǎo)體傳感器采集氣體信息。 首先，氣體傳感器送來的氣體濃度對應(yīng)的電壓信號送入 at89c51 單片機； 然后，在 at89c51 單片機內(nèi) a/d 轉(zhuǎn)換、氣體濃度比較，對數(shù)據(jù)進行線性化處 理，將數(shù)字化電壓信號轉(zhuǎn)化成為對應(yīng)的十進制濃度值；最后，并判斷氣體濃度 值是否超出報警限，當(dāng)氣體濃度處于正常狀態(tài)紅燈不會閃亮，當(dāng)氣體濃度超出 設(shè)定的限定值時，發(fā)出

24、聲音報警并伴隨紅燈閃亮。另外由于氣體傳感器需要在 加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)越快，響應(yīng)時間和恢復(fù)時間就越快。為提高 響應(yīng)時間，保證氣體傳感器準確地、穩(wěn)定地工作，報警器需要向氣體傳感器持 續(xù)輸出一個 5v 的電壓。為了保證其可靠性，在輸出 5v 的電壓的同時，進行故 障監(jiān)測。 2.3.2 燃氣泄露報警器的結(jié)構(gòu)燃氣泄露報警器的結(jié)構(gòu) 為適應(yīng)家庭對可燃性易爆氣體安全性要求，設(shè)計的可燃性氣體報警儀應(yīng)不僅 能在較寬的溫度范圍工作，而且應(yīng)具有顯示可燃氣體濃度、可接計算機進行現(xiàn) 場遠測和實時控制等功能。其目標是在傳統(tǒng)的煙霧報警儀的基礎(chǔ)上，盡量提高 準確性，降低成本，縮小體積。 燃氣泄露報警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如

25、圖 2.2 所示，該系統(tǒng)以單片機為核心，配合 外圍電路共同完成信號采集、聲音及閃爍報警等功能。系統(tǒng)采用高性能的單片 機，要求工作穩(wěn)定、測量精度高、通用性強、功耗低，保證報警器的精確性及 可靠性，而且最好體積小，成本低，有利于減少報警器的體積，降低報警器的 成本 12 氣體 傳感器 a/d 轉(zhuǎn)換器at89c51 單片機 燈光報警 聲音報警 氣體 濃度 圖 2.2 燃氣泄漏報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 使用 at89c51 單片機，選用氣體傳感器作為敏感元件，利用 a/d 轉(zhuǎn)換器和聲 光報警電路，開發(fā)了可用于家庭或小型單位燃氣泄漏報警器。整個設(shè)計由 4 大 部分構(gòu)成：氣體傳感器、a/d 轉(zhuǎn)換電路、at89c5

26、1 單片機、聲光報警電路。氣體 傳 感器是將現(xiàn)場氣體濃度非電信號轉(zhuǎn)化為電信號；轉(zhuǎn)換電路是將完成將氣體傳 感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。聲光報警模塊由單片機和報警電路組 成，由單片機控制實現(xiàn)不同的聲光報警功能。 2.3.3 氣體檢測報警器的功能氣體檢測報警器的功能 (1)聲光報警功能 當(dāng)氣體濃度取值處在報警限值之上，蜂鳴器開始報警，且聲音越來越急促， 并且伴隨紅燈閃爍。因為人對變化的信號更為敏感，所以變化的聲音及燈光更 容易引起用戶的注意。 (2)看門狗自檢單片機狀態(tài)功能 調(diào)用單片機中的看門狗程序，定時檢查單片機工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)單片機出 現(xiàn)死循環(huán)狀態(tài)，立即復(fù)位，保證報警器工作正常。 (6

27、)與上位機通訊功能 電源 時鐘 復(fù)位 13 可以實現(xiàn)與計算機串口通訊，對報警器采取統(tǒng)一控制，以及便于采集和處理 數(shù)據(jù)，也可以在計算機上更改報警限值等。 第第 3 章章 家庭燃氣泄漏報警系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計家庭燃氣泄漏報警系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計 3.1 主控電路的設(shè)計主控電路的設(shè)計 3.1.1 半導(dǎo)體半導(dǎo)體氣體傳感器簡介氣體傳感器簡介 半導(dǎo)體氣體傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感 器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的氣體傳感器，它具有靈敏度高，響應(yīng)快、體積 小、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體氣體 傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性(抗干擾性)和穩(wěn)定性(使用壽

28、命)。 圖 3.1 可燃性氣體傳感器外形圖 14 mq-2/mq-2s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(sno2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃性氣體時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣 中可燃性氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為 與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。 （1）靈敏度特性： 圖 3.2 傳感器典型的靈敏度特性曲線 注：圖中縱坐標為傳感器的電阻比（rs/ro） ，橫坐標為氣體濃度。 rs 表示傳感器在不同濃度氣體中的電阻值 ro 表示傳感器在1000ppm 氫氣中的電阻值 圖 3.2 15 （2）溫/濕度的影響： 圖 3.3 是傳感器典型的溫度、

29、濕度特性曲線 圖中縱坐標是傳感器的電阻比（rs/ro） 。 rs表示在含1000ppm 丙烷、不同溫/濕度下傳感器的電阻值 ro表示在含1000ppm 丙烷、20/65%rh環(huán)境條件下傳感器的電阻值 （3）基本測試回路： 圖3.4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(dāng)?shù)膔l值。 （4）

30、規(guī)格： 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 -20-1001020304050 rs/r0 60%rh 30%rh 85%rh 圖 3.3 vc vh gnd rl vrl 圖 3.3 16 a. 標準工作條件 b. 環(huán)境條件 c. 靈敏度特性 敏感體功耗（ps）值：ps=vc2rs/(rs+rl)2 傳感器電阻（rs）值：rs=(vc/vrl-1)rl （5）結(jié)構(gòu)，外形 mq-2/mq-2s 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖 3.4 所示(結(jié)構(gòu) a a 或 b),b), 由微型 al2o3 陶瓷管、sno2 敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或 不銹鋼制成的

31、腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣 敏元件有只針狀管腳，其中個用于信號取出，個用于提供加熱電流。 符號參數(shù)名稱技術(shù)條件備注 vc 回路電壓 24vdc vh 加熱電壓 5.0v0.2vacordc rl 負載電阻可調(diào) rh 加熱電阻 313 室溫 ph 加熱功耗 900mw 符號參數(shù)名稱技術(shù)條件備注 tao 使用溫度-1050 tas 儲存溫度-2070 r相對濕度小于95% r o2 氧氣濃度 21%(標準條件) 氧氣濃度會影響靈敏度 特性 最小值大于 符號參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù) 備注 rs 敏感體表面電阻 2k-20k (2000ppm c3h8 ) (r3000ppm/

32、 r1000ppm c3h8) 濃度斜率0.6 標準工作條 件 溫度： 202 vc:5.0v0.1v 相對濕度： 65%5% vh: 5.0v0.1v 適用范圍： 300- 10000ppm 丙烷、丁烷、氫氣 預(yù)熱時間不少于48小時 17 圖 3.5 mq-2/mq-2s 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形 mq-2/mq-2s氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它 可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多 種應(yīng)用的低成本傳感器。 3.1.2 單片機的選擇單片機的選擇 單片機作為燃氣泄漏報警器的核心部件，一方面它要接收來自傳感器的氣 體濃度的模擬信號和故障檢測

33、信號，另一方面要對兩種信號分別進行處理，控 制后續(xù)電路的相應(yīng)工作；同時，查詢是否有鍵按下的命令。在單片機實現(xiàn)的功 部件材料 1氣體敏感層二氧化錫 2電極金（au） 3測量電極引線鉑（pt） 4加熱器鎳鉻合金（ni-cr） 5陶瓷管三氧化二鋁 6防爆網(wǎng)100目雙層不銹鋼 （sub316） 7卡環(huán)鍍鎳銅材（ni-cu） 8基座膠木或尼龍 9針狀管腳鍍鎳銅材（ni-cu） 圖 3.4 18 能中，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號做數(shù)字濾波，再進行線性化處理，這一過程的軟件 實現(xiàn)，需要單片機有較快的運算速度，使儀表監(jiān)測人員能夠觀測到并進行相應(yīng) 處理。同時，在能夠滿足報警器設(shè)計的計算速度及接口數(shù)的要求的同類型單片 機

34、中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧的機型，在保證了報警器的精確性、可 靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。 at89c51 是 atmel 公司生產(chǎn)的一種帶 4k 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲 器（fperomflash programmable and erasable readonly memory）的低電壓， 高性能 cmos 8 位微處理器，俗稱單片機。其中 at89c2051 是一種帶 2k 字節(jié)閃 存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦 除 100 次。該器件采用 atmel 高密度非易失存儲 器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 mcs-51 指

35、令集和輸 出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 cpu 和閃爍存儲 器組合在單個芯片中，atmel 的 at89c51 是一種高 效微控制器，at89c2051 是它的一種精簡版本。 at89c 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈 活性高且價廉的方案。外形如圖所示， 本設(shè)計用的 at89c51 是一個低功耗高性能單片機， 8 位數(shù)據(jù)總線，40 個引腳，32 個外部雙向輸入/輸 出（i/o）端口，六個中斷源，兩層中斷優(yōu)先級，同 時內(nèi)含 2 個外中斷口，2 個 16 位可編程定時計數(shù)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 f

36、lash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 flash 存儲器可有效地降低 開發(fā)成本。另外，at89c51 是以靜態(tài)邏輯運行到零頻率的方式設(shè)計的，并且支 持兩種可利用軟件選擇的掉電保護模式。休眠模式停止 cpu 運行，但允許數(shù)據(jù) 存儲器、定時/計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)運行。掉電模式保存數(shù)據(jù)存儲器 的內(nèi)容，但停止了晶振，是其他所有芯片停止工作直到下一次復(fù)位為止。 at89c51 其工作電壓范圍為 2.76v（實際使用+5v 供電） ，片內(nèi)含 4k bytes 的 可反復(fù)擦寫的 flash 只讀程序存儲器和 128kbytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 （ram） ，器件采用 atmel 公司

37、的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 mcs-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 flash 存儲單元，內(nèi)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。 19 3.1.3 at89c51 單片機的基本結(jié)構(gòu)單片機的基本結(jié)構(gòu) at89c51 單片機的基本結(jié)構(gòu)如圖所示 圖 3.6 基本結(jié)構(gòu)圖 由圖可見，89c51 單片機主要由以下部分組成： （1）cpu 系統(tǒng) 8 位 cpu 和閃爍存儲器；時鐘電路；總線控制邏輯。 （2）存儲器系統(tǒng) 4kb 的程序存儲器（rom/eprom/flash）；128kb 數(shù)據(jù)存儲器（ram）。 （3）i/o 口和其他動能單元 4

38、個并行 i/o 口；2 個 16 位定時/計數(shù)器；,2 個全雙工串行通信口；中斷系統(tǒng) （5 個中斷源） 20 3.1.4 at89c51 單片機的引腳單片機的引腳 1.引腳的分類 （1）主電源及時鐘引腳：vcc、gnd 等。 （2）編程電源：vpp。 （3）控制口線：psen（片外取指控制） 、ale（地址鎖存控制） 、ea(片外存 儲器選擇)、rst（復(fù)位控制） 。 （4）i/o 控制：p0、p1、p2、p3 共四個 8 位口線， 2.引腳詳細說明 vcc：供電電壓，接+5v。 gnd：接地。 p0 口：p0 口為一個 8 位漏級開路雙向 i/o 口，每腳可吸收 8ttl 門電流。 當(dāng) p1

39、 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。p0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù) 存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 fiash 編程時，p0 口作為原 碼輸入口，當(dāng) fiash 進行校驗時，p0 輸出原碼，此時 p0 外部必須被拉高。 21 p1 口：p1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 口緩沖器能接 收輸出 4ttl 門電流。p1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 flash 編程和校驗時，p1 口作為第八位地址接收。 p2 口：p2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o

40、口，p2 口緩沖器可接收， 輸出 4 個 ttl 門電流，當(dāng) p2 口被寫“1”時，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，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)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進 行存取時，p2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢， 當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 p2 口在 flash 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 p3 口：p3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 i/o 口，可接收輸出 4 個 ttl 門電流。當(dāng) p3

41、 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。為 輸入，由于外部下拉為低電平，p3 口將輸出電流（ill）這是由于上拉緣故。 rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 rst 腳兩個機器周期的高 電平時間。 ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲器時，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，ale 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用 作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存 儲器時，將跳過一個 ale 脈沖。如想禁止 ale 的輸出可在 sfr8eh 地址

42、上置 0。此時，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：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個 機器周期兩次/psen 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen 信號將不出現(xiàn)。 /ea/vpp：當(dāng)/ea 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h- ffffh） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/ea 將內(nèi)部鎖定為 reset；當(dāng)/ea 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 flash 編程期間， 此引腳也用于施加

43、12v 編程電源（vpp） 。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 22 xtal2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性: xtal1 和 xtal2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放 大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘 源驅(qū)動器件，xtal2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā) 器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求 的寬度。 3.1.5 at89c51 單片機的時鐘電路單片機的時鐘電路 采用內(nèi)部時鐘方式利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳 xtall 和 xtal2 兩 端跨接晶體振蕩

44、器（簡稱晶振），就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直 接送入內(nèi)部時鐘電路。外接晶振時，cl和 c2的值通常選擇為 30pf 左右；cl、c2 對頻率有微調(diào)作用，晶振或陶瓷諧振器的頻率范圍可在 1.2mhz12mhz 之間選 擇。為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容 應(yīng)盡可能安裝得與單片機引腳 xtall 和 xtal2 靠近。 圖 3.7 單片機的時鐘電路圖 23 3.1.6 at89c51 單片機的復(fù)位電路單片機的復(fù)位電路 在整個燃氣報警系統(tǒng)中，要進行實驗，必須對整個系統(tǒng)先復(fù)位。復(fù)位是單 片機的初始化操作。單片機系統(tǒng)在上電啟動運行時，都需要先復(fù)位。其作用是 使

45、cpu 和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作， 因而，復(fù)位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復(fù)位的， 必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實現(xiàn)。 單片機的外部復(fù)位電路有上電復(fù)位和上電和按鍵均有效的復(fù)位兩種。我們 在設(shè)計單片機復(fù)位時，選用上電復(fù)位。 上電復(fù)位利用電容器的充電實現(xiàn)。圖 3.8 是 at89c51 單片機的上電復(fù)位電 路。圖中給出了復(fù)位電路參數(shù)。 上電要求接通電源后，單片機實現(xiàn)自動復(fù)位操作。上電瞬間 rst 引腳獲得 高電平，隨著電容的充電，rst 引腳的高電平將逐漸下降。rst 引腳的高電平只 要能保持足夠的時間（2 個機器周期），單片機就可以進

46、行復(fù)位操作。該電路 典型的電容參數(shù)為：晶振為 12mhz，電容值為 1uf。 圖 3.8 單片機復(fù)位電路圖 24 3.2 外圍接口電路的設(shè)計外圍接口電路的設(shè)計 3.2.1 adc0808 轉(zhuǎn)換器的介紹轉(zhuǎn)換器的介紹 adc0808 是采樣分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。 其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8 路模擬輸入信號中的一個進行 a/d 轉(zhuǎn)換。 （1）主要特性： 1、8 路輸入通道，8 位 ad 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8 位。 2、具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 3、轉(zhuǎn)換時間為 100s 4、單個5v 電源供電 5、模擬輸入電壓范圍 05v

47、，不需零點和滿刻度校準。 6、工作溫度范圍為-4085 攝氏度 7、低功耗，約 15mw。 （2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)： adc0808 是 cmos 單片型逐次逼近式 ad 轉(zhuǎn)換器，它由 8 路模擬開關(guān)、地 址鎖存與譯碼器、比較器、8 位開關(guān)樹型 da 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近 （3）外部特性（引腳功能） adc0808 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖所示。下面說明各 引腳功能。 25 圖 3.9 adc0808 芯片的引腳圖 in0in7：8 路模擬量輸入端。 2-12-8：8 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

48、存允許信號，輸入，高電平有效。 start：ad 轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少 100ns 寬） 使其啟動（脈沖上升沿使 0809 復(fù)位，下降沿啟動 a/d 轉(zhuǎn)換） 。 eoc：ad 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng) ad 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個 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，輸入，高電平有效。當(dāng) ad 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端 輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 clk：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于 640khz。 ref（+） 、ref（-）：基準電壓。 vcc：電源，單一5v。 gnd：接地。 3.2.2 adc0808 轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器和 a

49、t89c51 單片機的接口電路單片機的接口電路 a/d 轉(zhuǎn)換器把 0-5v 電壓信號轉(zhuǎn)換成 8 位的二進制數(shù)輸入單片機，電壓信號 為 0v 時轉(zhuǎn)換器為 00000000（00h） ，電壓信號為 5v 時轉(zhuǎn)換器為 1111111（ffh）在設(shè)計仿真中電壓大于 3.1v 時啟動報警電路報警。a/d 轉(zhuǎn)換 器電路圖如下所示 26 圖 3.10 ad 轉(zhuǎn)換器與 at89c51 的接口電路圖 3.2.3 聲音報警電路聲音報警電路 聲音報警電路圖如圖所示。報警裝置采用蜂鳴器較一般的蜂鳴器體積大， 聲音響亮，適用于家用煤氣報警器的報警聲音源。當(dāng)單片機 at89c51 的 8 腳 (p3.7)置 1 時，三極

50、管導(dǎo)通，蜂鳴器報警。 27 圖 3.11 聲音報警電路圖 3.2.4 燈光報警電路燈光報警電路 燈光報警電路圖如圖所示。單片機 at89c51 的 1 腳(p1.0)控制輸出的狀態(tài) 指示燈。紅燈不亮表示正常狀態(tài)，環(huán)境中可燃氣體濃度極低。紅燈閃亮表示環(huán) 境中可燃煙霧濃度超過報警限值，提醒用戶盡快采取相應(yīng)安全措施。 當(dāng)煙霧濃度超過報警限，報警器發(fā)出鳴叫，用戶到達現(xiàn)場，可進行操作停 止報警器鳴叫。若過一點時間濃度仍超出報警限，報警器會再次鳴叫提醒用戶。 圖 3.12 燈光報警電路圖 3.3 總電路設(shè)計總電路設(shè)計 根據(jù)要求，設(shè)計中我們選用 at89c51 單片機。at89c51 單片機的主控電路 包括

51、時鐘電路、復(fù)位電路。兩電路的接法在前面分別做了介紹，這里不再贅述。 而傳感器是將非電量需要轉(zhuǎn)換成與非電量有一定關(guān)系的電量。當(dāng)今信息時 代，隨著電子計算機技術(shù)的非速發(fā)展，自動檢測，自動控制技術(shù)顯露非凡的能 力，而大多數(shù)設(shè)備只能處理電信號，也就需要把被測，被控非電量的信息通過 傳感器轉(zhuǎn)換成電信號。可見，傳感器是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。 28 沒有傳感器對原始信息進行精確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，就沒有現(xiàn)代自動檢測和自 動控制系統(tǒng)。沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展。設(shè)計中，傳感器我 們選擇的是mq-2型氣體傳感器連接在a/d轉(zhuǎn)換器的輸入接口。 我們將主控電路和外圍接口電路（at89c51與a

52、/d轉(zhuǎn)換器的接口電路、 at89c51與聲光報警電路）連接起來，就得到了基于at89c51的氣體報警總電路 圖。 當(dāng)外部環(huán)境（氣體濃度）達到一定值時，氣體傳感器就會產(chǎn)生模擬電壓， 將它作為輸出的模擬信號經(jīng) adc0808 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為 at89c51 單片機所能識別的 數(shù)字電壓量。通過檢測信號。當(dāng)有信號輸入時，經(jīng)程序設(shè)定就會驅(qū)動 at89c51 單片機的 p1.7 和 p1.0。而 p1.7 和 p1.0 是與聲光報警電路相連接的。 綜上所述，得出總電路圖如圖所示： 圖 3.13 燃氣報警系統(tǒng)總電路圖 第第 4 章章 燃氣泄漏報警系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計燃氣泄漏報警系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計 4.1 主程序

53、設(shè)計流程與編程主程序設(shè)計流程與編程 29 4.1.1 主程序設(shè)計流程圖主程序設(shè)計流程圖 主程序流程圖如圖所示。首先要給傳感器預(yù)熱三分鐘，因為 mq-2 型半導(dǎo)體 電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時間后，再次通電時，傳感器不能立即正 常采集煙霧信息，需要一段時間預(yù)熱。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進入監(jiān)控狀態(tài)。 本論文的主程序設(shè)計先對傳感器預(yù)熱三分鐘，預(yù)熱同時，對傳感器加熱絲故障 檢測，采用軟件方式檢測傳感器加熱絲或電纜線是否斷線或者接觸不良。 at89c51 單片機對傳感器檢測的氣體濃度信號進行 a/d 轉(zhuǎn)換，將濃度值與 報警限設(shè)定值相比較，判斷是否報警。主程序還包括狀態(tài)指示燈及聲音報警功 能設(shè)置，使

54、報警器功能更加完善，給用戶帶來便利。 圖 4.1 主程序流程 30 4.1.2 主程序的編程主程序的編程 #include #include #define uchar unsigned char /定義一下方便使用 #define uint unsigned int #define ulong unsigned long sbit p10=p10; sbit beep=p17; sbit st=p20; sbit oe=p21; sbit eoc=p22; sbit channelsela=p24; sbit channelselb=p25; sbit channelselc=p26; in

55、t channel=4; int n; void delay(unsigned int z); int i; unsigned char saveddat6;/存放采集的數(shù)據(jù)結(jié)果 void initadc0808()/初始化函數(shù) channelsela=0; channelselb=0; channelselc=0;/默認選擇第 0 通道*/ st=0; oe=1; et0=1; ea=1; tmod=0 x02; 31 th0=226; tl0=226; tr0=1; void readdat(void) st=1; _nop_(); _nop_(); st=0;/啟動轉(zhuǎn)換 _nop_();

56、 _nop_(); if(eoc=1) oe=1; saveddatchannel=p0; _nop_(); _nop_(); oe=0; _nop_(); _nop_(); st=1; _nop_(); _nop_(); st=0; _nop_(); _nop_(); void adc0808(unsigned char channelsel)/從 04 中選擇 if(channelsel4) 32 return; initadc0808(); /channel=channelsel; switch(channelsel) case 0: channelsela=0; channelselb

57、=0; channelselc=0; break; case 1: channelsela=0; channelselb=0; channelselc=1; break; case 2: channelsela=0; channelselb=1; channelselc=0; break; case 3: channelsela=1; channelselb=1; channelselc=0; break; case 4: channelsela=0; channelselb=0; channelselc=1; break; default:break; 33 readdat(); void

58、main() adc0808(channel); if (p00 x82) / 當(dāng)電壓大于 3.1v 是系統(tǒng)報警 beep=0; delay(2); beep=1; delay(1); p10=p10; else beep=1; p10=1; void delay(unsigned int z) unsigned int x; for(;z0;z-) for(x=110;x0;x-); 4.2 程序調(diào)試程序調(diào)試 keil c51 是美國 keil software 公司出品的 51 系列兼容單片機 c 語言軟 件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，c 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有 明顯的優(yōu)勢，

59、因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用 c 來開發(fā)，體會更加深刻。 keil c51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體 會到 keil c51 生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊， 容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。keilc51 標準 c 編譯 34 器為 80c51 微控制器的軟件開發(fā)提供了 c 語言環(huán)境,同時保留了匯編代碼高效, 快速的特點。c51 編譯器的功能不斷增強，更加貼近 cpu 本身，及其它的衍生 產(chǎn)品。c51 已被完全集成到 uvision2 的

60、集成開發(fā)環(huán)境中，這個集成開發(fā)環(huán)境包 含：編譯器，匯編 器，實時操作系統(tǒng)，項目管理器，調(diào)試器。uvision2 ide 可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。 4.2.1 程序調(diào)試的步驟程序調(diào)試的步驟 (1) 源文件的建立：使用菜單 “file-new”或者點擊工具欄的新建文件按 鈕，即可在項目窗口的右側(cè)打開一個新的文本編輯窗口，在該窗口中輸入?yún)R編 語言源程序（4.1.2 小節(jié)所示）。保存該文件，加上擴展名（.c），這里將文 件保存為燃氣.c。 （2）建立工程文件：點擊“project-new project”菜單，出現(xiàn)以個對話 框，要求給工程起一個名字，我們輸入燃氣,不需要擴展名，點擊保存按鈕，出