室內(nèi)環(huán)境煙霧測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、室內(nèi)環(huán)境煙霧測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要我國(guó)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無(wú)到有、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展過(guò)程，其智能化程度也越來(lái)越高。目前國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家多偏重用于大型倉(cāng)庫(kù)、商場(chǎng)、高級(jí)寫(xiě)字樓、賓館等場(chǎng)所大型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的研發(fā)，他們采用集中區(qū)域報(bào)警控制方式，其系統(tǒng)復(fù)雜、成本較高。而在居民住宅區(qū)、機(jī)房、辦公室等小型防火單位，需要設(shè)置一種單環(huán)保的、廉價(jià)實(shí)用的火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)報(bào)警裝置，因此，研制一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的智能火災(zāi)報(bào)警器是非常必要的。現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)報(bào)警器通過(guò)對(duì)傳感器火情信息的檢測(cè)，當(dāng)報(bào)警器監(jiān)測(cè)到火情信息后，產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)的操作。使用AT89S51單片機(jī)，選用傳感器MQ-7作為敏感元件，利用多傳感器信息融合技

2、術(shù)，開(kāi)發(fā)了可用于小型單位火災(zāi)報(bào)警的智能報(bào)警系統(tǒng)。本課題研制的用于小型防火單位的智能火災(zāi)報(bào)警器具有以下特點(diǎn)： (1)能對(duì)室內(nèi)煙霧(CO2，CO)突變進(jìn)行報(bào)警(聲光報(bào)警)。 (2)如果出現(xiàn)硬件故障(如傳感器遺落、內(nèi)部元器件損壞等)，能發(fā)出故障報(bào)警。 (3)如果有煙霧參數(shù)出現(xiàn)異常(如煙霧濃度過(guò)大)，能發(fā)出異常報(bào)警信號(hào)，令值班人員到現(xiàn)場(chǎng)處理。 現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)表明，本系統(tǒng)安全可靠，誤報(bào)率低。該課題設(shè)計(jì)的意義在于可以實(shí)現(xiàn)對(duì)普通環(huán)境中煙霧濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，以減少煙霧有毒氣體對(duì)人體的傷害，通過(guò)報(bào)警來(lái)警示人們所處環(huán)境的煙霧濃度過(guò)高，并通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制環(huán)境的有毒氣體濃度，如本設(shè)計(jì)完成開(kāi)風(fēng)扇通風(fēng)、切斷有毒氣體來(lái)源等由

3、單片機(jī)控制的部分。當(dāng)然，本設(shè)計(jì)也完成了對(duì)外部有毒氣體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在家具產(chǎn)品多種多樣，智能化、小型化的節(jié)能、綠色、安全產(chǎn)品越來(lái)越受到普通大眾的青睞。該設(shè)計(jì)以其小型化、智能化并且設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)簡(jiǎn)潔明了、電路構(gòu)成簡(jiǎn)單、易于維護(hù)、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)能夠廣泛的應(yīng)用于居民、企事業(yè)單位等多方面的安全防范。因此該設(shè)計(jì)具有相當(dāng)廣闊的前景！關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)；傳感器；信號(hào)處理Design of smoke Concentration Monitoring System Abstract目 錄引 言傳感單片機(jī)目前煙霧報(bào)警器的普及率還很低,但它確是今后重要的安全儀器之一。本方案所設(shè)計(jì)的煙霧濃度測(cè)量報(bào)警裝置是應(yīng)用于

4、居民家庭和企事業(yè)單位對(duì)煙霧濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警,它可大大降低由煙霧所引起的中毒、火災(zāi)、爆炸等事故的發(fā)生率。本報(bào)測(cè)量警器系統(tǒng)的研制,可為廣大居民家庭和企事業(yè)單位提供一個(gè)準(zhǔn)確、可靠的煙霧濃度檢測(cè)手段,使人們能及時(shí)發(fā)現(xiàn)煙霧濃度的超標(biāo),從而保障了人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。第1章：概述 隨著科技的發(fā)展，越來(lái)越多的巨大的隱患由于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活而產(chǎn)生。為了早期發(fā)現(xiàn)和通報(bào)火災(zāi)，防止和減少火災(zāi)危害，保護(hù)人身和財(cái)產(chǎn)安全。保衛(wèi)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，防止火災(zāi)引起燃燒、爆炸等事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至危及生命安全。 為了減少這類(lèi)事故的發(fā)生，就必須對(duì)煙霧進(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)系統(tǒng)，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)環(huán)境中

5、煙霧的濃度， 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，研究煙霧的檢測(cè)方法與研制煙霧報(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。我們知道煙霧（煙霧）氣體是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)刺激、無(wú)法用五官感知的有毒氣體，能抑制血液的攜氧能力。煙霧的毒性主要是影響氧氣的供給與利用，煙霧與血紅細(xì)胞的親和力比氧氣與血紅細(xì)胞的親和力大300倍以上，造成人體組織缺氧。當(dāng)吸入煙霧氣體后，煙霧進(jìn)入肺部搶先與血紅細(xì)胞結(jié)合，使血紅細(xì)胞喪失運(yùn)輸氧氣的能力，造成人體多個(gè)器官缺氧，導(dǎo)致組織受損甚至死亡。一般人在意外中毒時(shí)無(wú)法自我察覺(jué)，往往被發(fā)現(xiàn)時(shí)已進(jìn)入昏迷狀態(tài)，釀成重大傷害甚至死亡。因

6、此稱(chēng)之為家庭中的“隱形殺手”，一點(diǎn)也不過(guò)分。煙霧的產(chǎn)生：煙霧是由燃料（如汽油、柴油、煤、木炭、煤氣、液化氣、天然氣等）燃燒不充分產(chǎn)生的。家中產(chǎn)生煙霧的主要原因：天然氣、煤氣、液化氣、燃油、煤炭的不完全燃燒；熱水器安裝不當(dāng)，廢氣回流；煙筒、排氣管堵塞；密閉空間開(kāi)著發(fā)動(dòng)機(jī)、生火取暖，如在車(chē)庫(kù)開(kāi)著發(fā)動(dòng)機(jī)、冬天緊閉門(mén)窗生爐子取暖等等。有些國(guó)家對(duì)工作場(chǎng)所的煙霧 允許體積分?jǐn)?shù)都做了規(guī)定。煉鋼廠(chǎng)工作人員、消防人員、高速公路收費(fèi)員、礦坑工作從業(yè)人員較可能暴露在高體積分?jǐn)?shù)煙霧 環(huán)境中;在生活中,堵塞的交通、在密閉房間內(nèi)抽煙、甚至煤氣、瓦斯等不完全燃燒的室內(nèi)、火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)等,均可能使空氣中的煙霧 體積分?jǐn)?shù)超過(guò)允許標(biāo)準(zhǔn)

7、。因此,對(duì)生活,工作環(huán)境中的煙霧 體積分?jǐn)?shù)實(shí)施準(zhǔn)確而有效地檢測(cè)與報(bào)警是一個(gè)與人類(lèi)生態(tài)和工作環(huán)境相關(guān)的重要問(wèn)題。煙霧的濃度與健康成年人中毒的可能癥狀空氣中煙霧的濃度 大致的吸入時(shí)間和出現(xiàn)的癥狀：50ppm健康成年人在八小時(shí)內(nèi)可以承受的最大濃度200ppm 2-3小時(shí)后，輕微頭痛、乏力400ppm 1-2小時(shí)內(nèi)前額痛；3小時(shí)后威脅生命800ppm 45分鐘內(nèi)，眼花、惡心、痙攣；2小時(shí)內(nèi)失去知覺(jué)；2-3小時(shí)內(nèi)死亡1600ppm 20分鐘內(nèi)頭痛、眼花、惡心；1小時(shí)內(nèi)死亡3200ppm 5-10分鐘內(nèi)頭痛、眼花、惡心；25-30分鐘內(nèi)死亡6400ppm 1-2分鐘內(nèi)頭痛、眼花、惡心；10-15分鐘死亡1

8、2800ppm 1-3分鐘內(nèi)死亡應(yīng)該注意的是：上述中的煙霧中毒癥狀，是對(duì)健康成年人而言，對(duì)于高危、脆弱人群，其反應(yīng)不同。因此本設(shè)計(jì)再預(yù)設(shè)報(bào)警器的上限值時(shí)應(yīng)以200ppm。為了解決煙霧這種對(duì)人體有毒害又不易被人們所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題,避免更多事故的發(fā)生,一個(gè)高效實(shí)用的煙霧報(bào)警器將是較好的解決方案。同時(shí)，伴隨著各種天然氣、煤制氣、液化氣的開(kāi)發(fā)和使用各種可燃性氣體散發(fā)在工作場(chǎng)所和人們生活中，因此連續(xù)、直接檢測(cè)工作環(huán)境和生活環(huán)境中有毒氣體、可燃性氣體有著極其重要的意義。1、本論文以電阻式煙霧傳感器和單片機(jī)技術(shù)為核心并與其他電子技術(shù)相結(jié)合， 設(shè)計(jì)出一種技術(shù)水平較好的煙霧報(bào)警器。其中選用MQ-7型半導(dǎo)體可燃?xì)怏w敏

9、感元件煙霧傳感器實(shí)現(xiàn)煙霧的檢測(cè)，具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格低廉，使用壽命長(zhǎng)。選用的AT89S51單片機(jī)，其整合了硬件乘法器、硬件脈寬調(diào)制器等資源，具 有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，是目前同類(lèi)技術(shù)中性?xún)r(jià)比較高的產(chǎn)品。以AT89S51單片機(jī)和MQ-7型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器為核心設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警器可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、故障自診斷、濃度顯示、報(bào)警限設(shè)置、延時(shí)報(bào)警及與上位機(jī)串口通信等功能。是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能 穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的煙霧報(bào)警器。具有一定的實(shí)用價(jià)值。 2、本課題研究的主要內(nèi)容有：采用MQ-7型煙霧氣敏傳感器、MCU為核心、采用鍵盤(pán)對(duì)報(bào)警濃度進(jìn)行預(yù)置、具有L

10、ED數(shù)碼顯示等功能進(jìn)行氣體濃度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。主要包括采集放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、鍵盤(pán)、顯示電路和單片機(jī)控制等電路的軟、硬件設(shè)計(jì)。3、課題旨在研制生產(chǎn)、實(shí)踐過(guò)程中所需的氣體濃度報(bào)警裝置。本報(bào)測(cè)量警器系統(tǒng)的研制,可為廣大居民家庭和企事業(yè)單位提供一個(gè)準(zhǔn)確、可靠的煙霧濃度檢測(cè)手段,使人們能及時(shí)發(fā)現(xiàn)煙霧濃度的超標(biāo),從而保障了人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。4、主要實(shí)現(xiàn)的功能：對(duì)煙霧氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量和顯示，并能對(duì)高濃度的煙霧氣體進(jìn)行報(bào)警。在我們的實(shí)際生活中雖然測(cè)量氣體濃度的測(cè)量產(chǎn)品非常多，但要完成對(duì)外界氣體濃度測(cè)量，其一般原理是將外部的氣體濃度的模擬量用傳感器進(jìn)行采集，然后再將采集到的信號(hào)，通過(guò)必要的轉(zhuǎn)

11、換器電路，輸送至微機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行分析處理以達(dá)到對(duì)氣體濃度的測(cè)量。由于本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是完成對(duì)外界環(huán)境中煙霧濃度的顯示和監(jiān)測(cè)，因此根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，設(shè)計(jì)中采取以在本次設(shè)計(jì)中我們有兩種方案可供選擇：方案一：根據(jù)MQ-7型氣敏傳感器技術(shù)參數(shù)可知MQ-7型氣敏傳感器能夠在常溫環(huán)境中對(duì)煙霧氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)并不需要做溫度補(bǔ)償，它是由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件制成的半導(dǎo)體傳感器。將煙霧的濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而可以進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警；還可以通過(guò)接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測(cè)、控制和報(bào)警系統(tǒng)。其思路是煙霧報(bào)警器主要由采集模塊、放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和單片機(jī)

12、控制模塊組成。本報(bào)警器的工作過(guò)程大致如下:在開(kāi)啟電源前，根據(jù)實(shí)際情況通過(guò)鍵盤(pán)鍵入安全值和氣體濃度的危害值。開(kāi)通電源由兩類(lèi)傳感器(氣體傳感器和溫度傳感器-輔助作用)將所需的外界模擬信號(hào)采集放大后傳送給A/D轉(zhuǎn)換器,A/D轉(zhuǎn)換器經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后將數(shù)字信號(hào)傳送至AT89S51單片機(jī),再由單片機(jī)通過(guò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理,最終判斷是否需要啟動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警和開(kāi)啟排風(fēng)風(fēng)扇進(jìn)行排風(fēng)，并顯示實(shí)時(shí)濃度，當(dāng)環(huán)境濃度下降到安全線(xiàn)以下時(shí)就通過(guò)單片機(jī)的控制關(guān)閉風(fēng)扇。方案二：選擇集成溫度傳感器AD590和氣體傳感器TGS202用作采集系統(tǒng)的敏感元件。 AD590是美國(guó)Analog Devices公司生產(chǎn)的一種電流型二端溫度傳感器。

13、由于AD590是電流型溫度傳感器，他的輸出同絕對(duì)溫度成正比，即1A/k，而數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的輸入要求是電壓量，所以在AD590的負(fù)極接出一個(gè)10 k的電阻R1和一個(gè)100的可調(diào)電阻W，將電流量變?yōu)殡妷毫克腿階DC0809。通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，便可在輸出端VT獲得與絕對(duì)溫度成正比的電壓量，即10 mV/K。 火災(zāi)中氣體煙霧主要是CO2和CO。TGS202氣體傳感器能探測(cè)CO2，CO，甲烷、煤氣等多種氣體，他靈敏度高，穩(wěn)定性好，適合于火災(zāi)中氣體的探測(cè)。當(dāng)TGS202探測(cè)到CO2或CO時(shí)，傳感器的內(nèi)阻變小，VA迅速上升。選擇適當(dāng)?shù)碾娮枳柚?，使得?dāng)氣體濃度達(dá)到一定程度(如CO濃度達(dá)到006)時(shí)

14、，VA端獲得適當(dāng)?shù)碾妷?設(shè)為3 V)。 具體判斷方法如下： (1)對(duì)溫度和煙霧進(jìn)行了兩次數(shù)據(jù)采集與判斷 溫度100，溫度異常，置標(biāo)志位為1，否則為0；煙霧(CO，CO2)濃度006，煙霧濃度異常，置標(biāo)志位為1，否則為0。 (2)根據(jù)溫度和煙霧的異常標(biāo)志位判斷現(xiàn)場(chǎng)情況 2個(gè)標(biāo)志位均為0，表示情況正常；2個(gè)中僅有1個(gè)為1，表示情況異常；2個(gè)均為1，表示有火災(zāi)發(fā)生，。 (3)綜合兩次情況做最后判斷，并予以報(bào)警 若53H和56H中數(shù)據(jù)不相同，說(shuō)明是誤報(bào)，調(diào)故障報(bào)警子程序；否則按該單元中的數(shù)據(jù)調(diào)相應(yīng)的報(bào)警子程序。報(bào)警器具有以下特點(diǎn)： (1)能對(duì)室內(nèi)煙霧(CO2，CO)及溫度突變進(jìn)行報(bào)警(聲光報(bào)警)。 (

15、2)如果出現(xiàn)硬件故障(如傳感器遺落、內(nèi)部元器件損壞等)，能發(fā)出故障報(bào)警。 (3)如果只有一種參數(shù)出現(xiàn)異常(如煙霧濃度過(guò)大或是溫度較高)，能發(fā)出異常報(bào)警信號(hào)，令值班人員到現(xiàn)場(chǎng)處理。 (4)如果煙霧和溫度同時(shí)出現(xiàn)異常，則說(shuō)明有火災(zāi)，發(fā)出火災(zāi)警報(bào)。測(cè)量對(duì)象MQ-7半導(dǎo)體傳感器放大調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器單片機(jī)排風(fēng)風(fēng)扇蜂鳴報(bào)警器顯示電路鍵 盤(pán)其他控制電路 圖1-1由半導(dǎo)體傳感器構(gòu)成的氣體測(cè)量及報(bào)警器總體設(shè)計(jì)框圖電化學(xué)傳感器溫度 傳感器放大調(diào)理放大調(diào)理多路開(kāi)關(guān)模數(shù)轉(zhuǎn)換器單片機(jī)測(cè)量對(duì)象蜂鳴報(bào)警器鍵 盤(pán)濃度顯示排風(fēng)風(fēng)扇圖1-2由電化學(xué)傳感器構(gòu)成的氣體測(cè)量及報(bào)警器總體設(shè)計(jì)框圖根據(jù)以上兩方案的比較：首先，其在常溫條件工作

16、時(shí)，不需要溫度補(bǔ)償電路，因此選此傳感器省去了設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償電路的麻煩。放大調(diào)理電路也可用一般放大電路代替，顯示采用LED動(dòng)態(tài)顯示電路，選用LED顯示器是它便宜方便簡(jiǎn)單，它較指針式顯示要準(zhǔn)確，比液晶顯示價(jià)格便宜而且晚上亮度高。按鍵電路采用獨(dú)立按鍵，它適合于按鍵比較少的情況。復(fù)位電路采用看門(mén)狗上電復(fù)位，可以防止程序“跑飛”現(xiàn)象。單片機(jī)采用AT89S51單片機(jī)為控制核心，完成數(shù)據(jù)的處理工作。A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器。因此可得到該方案的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1-1所示。復(fù)位電路可以采用典型的上電復(fù)位或者是按鍵復(fù)位電路，單片機(jī)采用AT89S51單片機(jī)為核心，完成數(shù)據(jù)的處理工作。方案二：選擇集成溫度

17、傳感器AD590和氣體傳感器TGS202用作采集系統(tǒng)的敏感元件。 AD590是美國(guó)Analog Devices公司生產(chǎn)的一種電流型二端溫度傳感器。但由于選用集成溫度傳感器AD590和氣體傳感器TGS202作為敏感元件，利用多傳感器信息融合技術(shù)，開(kāi)發(fā)了可用于室內(nèi)煙霧環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)。此傳感器需要溫度補(bǔ)償電路，以溫度傳感器采集的溫度信號(hào)送入單片機(jī)處理來(lái)對(duì)氣敏傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，放大調(diào)理電路采用一般放大電路，顯示電路有三種方式可以選擇指針式顯示、用液晶顯示或用LED顯示器，按鍵采用矩陣式按鍵，編程比較復(fù)雜。在實(shí)際操作中使用性不大，較為麻煩。所以本設(shè)計(jì)中使用性不大。因此，綜合考慮成本、易操作性、系統(tǒng)性能等

18、因素，選擇方案一較為合理。第二章：硬件設(shè)計(jì)部分本設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警器裝置的主要由采集模塊、放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和單片機(jī)控制模塊組成。其中采集模塊與數(shù)據(jù)處理及單片機(jī)的控制模塊是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之處?，F(xiàn)在我們來(lái)美國(guó)華瑞科學(xué)儀器公司生產(chǎn)的。方案二是選用深圳商斯達(dá)實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的MQ-7型半單體式煙霧傳感器?；馂?zāi)傳感器按其結(jié)構(gòu)和作用原理不同，可分為感溫探測(cè)器，感煙探測(cè)器，感光探測(cè)器，可燃?xì)怏w探測(cè)器等，它們分別適用于不同場(chǎng)合。為了準(zhǔn)確的進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警，針對(duì)商場(chǎng)，選用合適的溫度和煙霧傳感器是準(zhǔn)確報(bào)警的前提，綜合考慮各種因素，本系統(tǒng)選擇集成溫度傳感器AD590和氣體傳感器TGS202用作采集系統(tǒng)的敏感元件。AD5

19、90是美國(guó)Analog Devices公司生產(chǎn)的一種電流型二端溫度傳感器。電路如圖4所示。由于AD590是電流型溫度傳感器，它的輸出同絕對(duì)溫度成正比，即1uA/k,而數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD0809的輸入要求是電壓量，所以在AD590的負(fù)極接出一個(gè)10k歐的電阻R1和一個(gè)100歐的可調(diào)電阻W，將電流量變?yōu)殡妷毫克腿階DC0809。通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，便可在輸出端VT獲得與絕對(duì)溫度成正比的電壓量，即10mV/K?；馂?zāi)中氣體煙霧主要是CO2和CO。TGS202氣體傳感器都能探測(cè)CO2，CO，甲烷，煤氣等多種氣體，它靈敏度高，穩(wěn)定性好，適合于火災(zāi)中氣體的探測(cè)，如圖所示，當(dāng)TGS202探測(cè)到CO2或CO時(shí)，傳感

20、器的內(nèi)阻變小，VA迅速上升。選擇適當(dāng)?shù)碾娮枳柚?，使得?dāng)氣體濃度達(dá)到一定程度（如CO濃度達(dá)到0.06%）時(shí)，VA端獲得適當(dāng)?shù)碾妷海ㄔO(shè)為3V）。符號(hào)參數(shù)名稱(chēng)技術(shù)條件Tao 使用溫度-20-50as 儲(chǔ)存溫度-20-50RH 相對(duì)濕度小于 95%RHO2 氧氣濃度21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)氧氣濃度會(huì)影響靈敏度特性 表1 TGS202環(huán)境條件表 因此該方案的要用到兩種傳感器，氣敏傳感器和溫度傳感器。該方案的設(shè)計(jì)能夠很好的檢測(cè)出環(huán)境中一氧化碳的濃度并能進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。但依據(jù)課題的使用范圍而言，該設(shè)計(jì)過(guò)于繁瑣設(shè)計(jì)難度高并且不夠經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。特點(diǎn)：在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)可燃?xì)怏w有良好的靈敏度 對(duì)液化氣、丙烷、氫氣 的靈敏度

21、較高 長(zhǎng)壽命、低成本 簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路即可 應(yīng)用：家庭用氣體泄漏報(bào)警器工業(yè)用可燃?xì)怏w報(bào)警器便攜式氣體檢測(cè)器MQ-7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?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)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(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ-7氣體傳感器對(duì)煙霧的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。圖1是傳感器典型的靈敏度特性曲線(xiàn)。圖中縱坐標(biāo)為傳感器的電阻比（Rs/Ro），橫坐標(biāo)為氣體濃度。Rs 表示傳感器在不同濃度氣體

22、中的電阻值Ro 表示傳感器在1000ppm 空氣中的電阻值圖一：靈敏度特性曲線(xiàn)圖2：傳感器的溫度、濕度特性曲線(xiàn)圖2圖中縱坐標(biāo)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。+5VABA or BHHV55555VRLVOUT 圖3：傳感器的基本測(cè)試電路傳感器的表面電阻Rs，是通過(guò)與其串聯(lián)的負(fù)載電阻RL上的有效電壓信號(hào)VRL輸出而獲得的。二者之間的關(guān)系為： Rs/RL = (Vc-VRL) / VRL 規(guī)格：A.符號(hào)參數(shù)名稱(chēng)技術(shù)條件備注 Vc 回路電壓24VDC VH加熱電壓

23、5.0V0.2VACorDC RL負(fù)載電阻可調(diào) RH加熱電阻313室溫 PH加熱功耗900mW符號(hào)參數(shù)名稱(chēng)技術(shù)條件備注 Tao使用溫度-1050 Tas儲(chǔ)存溫度-2070 R相對(duì)濕度小于95% R O2氧氣濃度21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)氧氣濃度會(huì)影響靈敏度特性最小值大于 符號(hào)參數(shù)名稱(chēng) 技術(shù)參數(shù) 備注 Rs敏感體表面電阻 適用范圍： 濃度斜率 0.6標(biāo)準(zhǔn)工作條件 溫度： 202 Vc:5.0V0.1V 相對(duì)濕度： 65%5% VH: 5.0V0.1V預(yù)熱時(shí)間 不少于4分鐘敏感體功耗（Ps）值可用下式計(jì)算： 傳感器電阻（Rs），可用下式計(jì)算：Ps=Vc2Rs/(Rs+RL)2 Rs=(Vc/VRL-1)R

24、LMQ-7氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖4所示( 由微型Al2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測(cè)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(gè)用于信號(hào)取出，個(gè)用于提供加熱電流。 AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)

25、單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門(mén)狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外

26、中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 8031 CPU與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器(壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)) 全靜態(tài)工作：0Hz-24KHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32條可編程I/O線(xiàn) 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 6個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路AT89S51單片機(jī)的引腳圖如下：ALE/PROG21傳感器182071VCCT2/P1.0T2EX/P1.1EA/VPPP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.4/AD4P0.5/A

27、D5P0.6/AD6P0.7/AD7PSENP2.7/A15MOSI/P1.5MISO/P1.6SCK/P1.7RSTP2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9RXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7P1.2P1.3P1.4XTAL2XTAL1GNDP2.5/A13P2.6/A14P0.3/AD3211109854319161514121713628272625242322373635343332313040393829P2.0/A8 圖2-6 AT89S51的外部引腳圖各引腳功能如下：VC

28、C：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(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進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)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(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部

29、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(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“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口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用

30、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口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如表3-1所示。端口引腳第二功能P3.0RED（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INTO（外中斷0）P3.3/INT1（外中斷1）P3.4T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）P3.5T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）表 P3口的第二功能I/O口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式即所謂的讀端口與讀引腳讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線(xiàn)經(jīng)過(guò)某種運(yùn)算或變換后再寫(xiě)回到端口鎖存器只有讀端口時(shí)才

31、真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線(xiàn)上面圖中的兩個(gè)三角形表示的就是輸入緩沖器CPU將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號(hào)以完成不同的操作這是由硬件自動(dòng)完成的不需要我們操心1然后再實(shí)行讀引腳操作否則就可能讀入出錯(cuò)為什么看上面的圖如果不對(duì)端口置1端口鎖存器原來(lái)的狀態(tài)有可能為0Q端為0Q為1加到場(chǎng)效應(yīng)管柵極的信號(hào)為1該場(chǎng)效應(yīng)管就導(dǎo)通對(duì)地呈現(xiàn)低阻抗,此時(shí)即使引腳上輸入的信號(hào)為1也會(huì)因端口的低阻抗而使信號(hào)變低使得外加的1信號(hào)讀入后不一定是1若先執(zhí)行置1操作則可以使場(chǎng)效應(yīng)管截止引腳信號(hào)直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入由于在輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作所以這類(lèi)I/O口被稱(chēng)為準(zhǔn)雙向口89C51的P0/P

32、1/P2/P3口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口接下來(lái)讓我們?cè)倏戳硪粋€(gè)問(wèn)題從圖中可以看出這四個(gè)端口還有一個(gè)差別除了P1口外P0P2P3口都還有其他的功能 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(fǎng)問(wèn)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(guò)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

33、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(wú)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(fǎng)問(wèn)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)。/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

34、的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。本芯片比其他系列芯片有很大的優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，采用此單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控模塊，能夠多次修改燒寫(xiě)的程序而不浪費(fèi)資源。采用AT89S51而不采用AT89C51，原因在于AT89S51與AT89C51相比

35、，外型管腳完全相同，AT89C51的HEX程序無(wú)須任何轉(zhuǎn)換可直接在AT89S51運(yùn)行，結(jié)果一樣。AT89S51比AT89C51新增了一些功能，支持在線(xiàn)編程是其主要特點(diǎn)1。它們之間主要區(qū)別在于以下幾點(diǎn)：1.引腳功能：管腳幾乎相同，變化的有，在AT89S51中P1.5、P1.6、P1.7具有第二功能，即這3個(gè)引腳的第二功能組成了串行ISP編程的接口。2.編程功能：AT89C51僅支持并行編程，而AT89S51不但支持并行編程還支持ISP再線(xiàn)編程。在編程電壓方面，AT89C51的編程電壓除正常工作的5V外，另Vpp需要12V，而AT89S51僅僅需要4-5V即可。3.燒寫(xiě)次數(shù)更高：AT89S51標(biāo)稱(chēng)

36、燒寫(xiě)次數(shù)是1000次，實(shí)為1000-10000次，這樣更有利開(kāi)始學(xué)習(xí)者反復(fù)燒寫(xiě)，降低學(xué)習(xí)成本。4.工作頻率更高：AT89C51極限工作頻率是24MHZ，而AT89S51最高工作頻率是33MHZ，(AT89S51芯片有兩中型號(hào)，支持最高工作頻率分別為24MHZ和33MHZ)從而具有更快的計(jì)算速度。5.電源范圍更寬：AT89S51工作電壓范圍，達(dá)4-5.5V，而AT89C51在底于4.8V和高于5.3V的時(shí)侯則無(wú)法正常工作。6.抗干擾性更強(qiáng)：AT89S51內(nèi)部集成看門(mén)狗計(jì)時(shí)器(Watchdog Timer)，而AT89C51需外接看門(mén)狗計(jì)時(shí)器電路，或者用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器構(gòu)成軟件看門(mén)狗來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件抗干

37、擾。 檢測(cè)電路包括煙霧氣體濃度檢測(cè)電路和氣敏元件損壞檢測(cè)電路兩部分，原理電路如圖2-5所示。氣敏傳感器選用MQ-7型，這是由金屬氧化物半導(dǎo)體材料制成的“氣電”轉(zhuǎn)換器件。當(dāng)氣敏器件在含有煙霧的氣體中時(shí)，其表面會(huì)發(fā)生化學(xué)吸附，使本身電阻下降，且煙霧氣體濃度越高，電阻下降越多，通過(guò)電阻RL端的電壓輸出即可獲得“氣電”信號(hào)，并送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后送單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理完成氣體濃度的檢測(cè)。 圖 檢測(cè)電路氣敏傳感器在使用中，其熱絲可能燒斷，但難以發(fā)現(xiàn)，致使用戶(hù)在毫不知情的情況下繼續(xù)使用已失效的氣體報(bào)警器。為能及時(shí)發(fā)現(xiàn)傳感器的損壞，本系統(tǒng)特別設(shè)計(jì)了氣敏元件自檢電路（由R3R7、VT2、VT3等組成），元件正常

38、時(shí)，R3上有電壓信號(hào)，如熱絲燒斷，該信號(hào)為0，VT3集電極輸出低電平至單片機(jī)，點(diǎn)亮黃燈報(bào)警，能使用戶(hù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，氣敏傳感器不直接焊入電路，而是通過(guò)七腳電子管座與電路連接，若損壞可方便地從管座中撥出換新，從而解決了更換難的問(wèn)題。根據(jù)圖2-2傳感器的參數(shù)和圖2-5的電路可依據(jù)基本的換算公式得出輸出電壓與煙霧濃度的關(guān)系式，并得出輸出電壓與煙霧濃度的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，AT89S51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。本次設(shè)計(jì)采用內(nèi)部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱(chēng)晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了

39、內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如所示。兩電容器容量為15P，兩電容起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。晶振頻率的典型值為12MHz，采用6MHz的情況也比較多。此種振蕩方式所得的時(shí)鐘情號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。 晶振電路時(shí)為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。AT89S51引腳XTAL1和XTAL2與晶體振蕩器及電容C1、C2按圖3-4所示方式連接。晶振、電容C1/C2片內(nèi)與非門(mén)（作為反饋、放大元件）構(gòu)成了電容三點(diǎn)式振蕩器，振蕩信號(hào)頻率與晶振頻率及電容C1、C2的容量有關(guān)，但主要是由晶振頻率決定。本設(shè)計(jì)中采用

40、12MHz作為系統(tǒng)的外部晶振。電容取值為30pF。圖 時(shí)鐘電路在設(shè)計(jì)中，為了防止程序的“跑飛”，采用了在工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)和微處理器中已得到廣泛應(yīng)用的看門(mén)狗電路，它可以有效的防止程序的“跑飛”，并自動(dòng)將系統(tǒng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。當(dāng)外來(lái)干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)總線(xiàn)、I/O 總線(xiàn)或控制總線(xiàn)上的數(shù)字信號(hào)錯(cuò)亂時(shí)，將引發(fā)一系列的后果，特別是程序指針計(jì)數(shù)器PC值受干擾而改變時(shí)，將引起程序“跑飛”，使系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)或其他一些不可預(yù)知的7看門(mén)狗電路的設(shè)計(jì)可以采用硬件看門(mén)狗和軟件看門(mén)狗硬件看門(mén)狗可采用的芯片也有好多種，如X5045、4060等等，本次設(shè)計(jì)采用的是MAX813MAX813L 是美國(guó)MAXIM公司生產(chǎn)的低價(jià)格單片機(jī)監(jiān)控電路

41、。它減少了在微處理器系統(tǒng)中采用分離元件來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能所用的元器件數(shù)量和復(fù)雜性，并能提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。它除有看門(mén)狗作用以外，還有電源電壓檢測(cè)和上電(手動(dòng)) 復(fù)位的功能。在圖2-9中，芯片MAX813L 的PEI 用于監(jiān)測(cè)電源電壓， 如果PFI 端輸入的與電源電壓成正比的電壓低于1.25V ，則PFO 端輸出為低電平， 這個(gè)負(fù)脈沖可以作為微處理器的中斷脈沖，但由于本次設(shè)計(jì)在掉電后沒(méi)有什么需要保護(hù)的數(shù)據(jù)，所以此功能沒(méi)用。看門(mén)狗電路監(jiān)測(cè)著AT89S51單片機(jī)的狀態(tài)。如果AT89S51單片機(jī)在1.6 秒之 內(nèi)沒(méi)有觸發(fā)看門(mén)狗輸入端WDI 并且WDI 端不是處于三態(tài)狀態(tài)， 那么WDO 將變?yōu)榈碗娖健?/p>

42、一旦RESET 信號(hào)產(chǎn)生或者WDI 輸入為三態(tài)， 看門(mén)狗定時(shí)器就會(huì)被清零且不計(jì)數(shù)。除非RESET 信號(hào)消失而且WDI 端置為高電平或者低電平(即不是處于高阻狀態(tài)) ， 看門(mén)狗定時(shí)器又將開(kāi)始計(jì)數(shù)。 圖 看門(mén)狗電路原理圖阻R 1 和R 2 分壓產(chǎn)生1. 25V電源門(mén)限值。當(dāng)此腳的電壓低于1. 25V 時(shí)，即電源電壓低于額定值時(shí)， PFO 將產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)， 可以用于向AT89S51單片機(jī)發(fā)出中斷， 使CPU 完成應(yīng)急處理。在軟件的編制中， 每次程序通過(guò)定時(shí)器中斷對(duì)P1. 7 的位操作向MAX813L 的看門(mén)狗輸入端輸入一個(gè)負(fù)脈沖。如果程序出現(xiàn)“跑飛”現(xiàn)象，程序?qū)⒉荒苷＿\(yùn)行，這個(gè)定時(shí)發(fā)出的脈沖也

43、得不到保障。當(dāng)單片機(jī)超過(guò)1. 6 秒未向MAX813L 的看門(mén)狗輸入端發(fā)脈沖信號(hào)， MAX813L 內(nèi)部的定時(shí)器將會(huì)強(qiáng)制將WDO 拉到低電平， 這個(gè)低電平通過(guò)MR產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。單片機(jī)復(fù)位后從初始狀態(tài)開(kāi)始運(yùn)行，從而保證系統(tǒng)的可靠性，起到了看門(mén)狗的作用。A/D轉(zhuǎn)換電路的主要作用是將MQ-7型煙霧傳感器采集得到的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)AT89S51可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后才能用單片機(jī)進(jìn)行各種處理，可以采用的A/D轉(zhuǎn)換器有很多種，有串行A/D轉(zhuǎn)換器，和并行A/D轉(zhuǎn)換器，有8位的、12位的等等，本次設(shè)計(jì)考慮到適用性原則采用8位并行A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。2.5.1 ADC0809的介紹 ADC080

44、9是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 （1）ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) ADC0809由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 （2） 引腳結(jié)構(gòu) IN0IN7：8條模擬量輸入通道 ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量

45、在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線(xiàn)：4條 ALE為地址鎖存允許輸入線(xiàn)，高電平有效。當(dāng)ALE線(xiàn)為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線(xiàn)的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線(xiàn)，用于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。表 ADC0809通道選擇表CBA選擇的通道000INT0001INT1010INT2011INT3100INT4101INT5110INT6111INT7數(shù)字量輸出及控制線(xiàn)：11條 ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿

46、時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)呈高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出線(xiàn)。 CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線(xiàn)。因ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ， VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。 2.5.2 ADC0809應(yīng)用說(shuō)明 （1） ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。 （2） 初始化時(shí)，使ST和O

47、E信號(hào)全為低電平。 （3） 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 （4） 在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。 （5） 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來(lái)判斷。 （6） 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)呈高阻狀態(tài)。D7D0為

48、數(shù)字量輸出線(xiàn)1。 CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線(xiàn)。因ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ。 VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。 3顯示電路可以采用LED顯示、LCD顯示或者指針式顯示3種方案，指針式顯示在本次設(shè)計(jì)中存在指示不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)在前面已做過(guò)介紹。同時(shí)又考慮到LED顯示亮度大，在夜晚很方便而且價(jià)格便宜，所以本次設(shè)計(jì)采用LED顯示。LED顯示又有LED動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種方案可供選擇3靜態(tài)顯示：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱(chēng)直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)

49、動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，在本次設(shè)計(jì)中，如果采用這種方式顯示，則驅(qū)動(dòng)3個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要3824根I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，但A89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)，在本次設(shè)計(jì)中還有A/D轉(zhuǎn)換器，按鍵等電路需要用到I/O口，所以I/O顯得有所不足，而且應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 圖 顯示驅(qū)動(dòng)電路原理 動(dòng)態(tài)顯示：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃“a、b、c、d、e、f、g、dp”的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極煙霧M增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線(xiàn)

50、控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通煙霧M端電路的控制，我們只要將需要顯,但A89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)，在本次設(shè)計(jì)中還有A/D轉(zhuǎn)換器，按鍵等電路需要用到I/O口，所以I/O顯得有所不足，而且應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的煙霧M端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位

51、數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，如果在本次設(shè)計(jì)中采用此種顯示方式，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。 經(jīng)過(guò)以上的比較可以看出，在本次設(shè)計(jì)中采用動(dòng)態(tài)顯示比靜態(tài)顯示要好，故設(shè)計(jì)中采用動(dòng)態(tài)顯示方式。在設(shè)計(jì)LED驅(qū)時(shí)候，可以選擇共陽(yáng)接法和共陰接法6。共陽(yáng)的時(shí)候LED正端接正電源，負(fù)端通過(guò)一個(gè)限流電阻接P口，這時(shí)不用接上拉電阻，只要這個(gè)限流電阻z值取合適，就可以了發(fā)光管亮的時(shí)候電流就是從電源正LED限流電阻P口，P口為低電位發(fā)光管滅的時(shí)候沒(méi)有電流流過(guò)，P口為高電位或高阻狀態(tài)共陰接法，LED負(fù)端接地，正端直

52、接P口，這時(shí)候要接上拉電阻，這個(gè)上拉電阻是提供LED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)上拉電阻也是限流用的。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(wú)電流流過(guò)，P口為低電位，限流電阻上流過(guò)電流全部從P口流入。至于本次設(shè)計(jì)是采用共陽(yáng)接法還是共陰接法，要從AT89S51單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力講起。AT89S51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)AT89S51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(lái)驅(qū)動(dòng)的，實(shí)際測(cè)試表

53、明，AT89S51單片機(jī)的上拉電阻的阻值在 330K左右，也就是說(shuō)如果靠高電平驅(qū)動(dòng)，本質(zhì)上就是靠330K的上拉電阻來(lái)提供電流的，當(dāng)然該電流是非常小的，小的甚至連發(fā)光二極管也難以點(diǎn)亮，如果要保證LED正常發(fā)光，必須要外接一個(gè)1K左右的上拉電阻，問(wèn)題是接了上拉電阻以后，每當(dāng)端口變?yōu)榈碗娖?的時(shí)候，那么上拉電阻被無(wú)用的導(dǎo)通，這將造成電源效率的下降，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)LED的，高電平驅(qū)動(dòng)LED 實(shí)際上就是共陰接法。低電平驅(qū)動(dòng)就不同了，端口為低電平0時(shí)，端口內(nèi)部的開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，可以驅(qū)動(dòng)高達(dá)30多毫安的驅(qū)動(dòng)電流，可以直接驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載，當(dāng)端口為低電平0

54、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(wú)用功的大量消耗，因此AT89S51單片機(jī)是不能用高電平直接驅(qū)動(dòng)LED的，只能用低電平直接驅(qū)動(dòng)LED，即只能用共陽(yáng)數(shù)碼管，而不能直接用共陰數(shù)碼管。通過(guò)以上分析，得到在本次設(shè)計(jì)中采用LED動(dòng)態(tài)顯示方式 ，共陽(yáng)接法。考慮到設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換器需要占用數(shù)據(jù)總線(xiàn)的問(wèn)題，在此次采用串行口來(lái)發(fā)送LED顯示的段碼，發(fā)送的串行段碼通過(guò)串并轉(zhuǎn)換芯片74LS164轉(zhuǎn)換后可送到LED段碼端口17。本次顯示電路的電路接口原理圖如圖2-11所示，在圖2-11所示的電路中，74LS164是8位并行輸出串行移位寄存器， 它具有兩個(gè)串行輸入端和8位并行輸出端（QAQH）。CLEAR引腳為異步清零端，當(dāng)其為低電平時(shí)，可使74LS164復(fù)位