【正文】 過串口發(fā)送到上位機(jī)上面?？偟膩碚f，本次設(shè)計(jì)主要利用了以上的檢測模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊，顯示模塊，控制模塊四大模塊，組成了可燃?xì)怏w探測報(bào)警器。而最核心的控制器又是由AT89S52單片機(jī)控制其余的外圍電路的。所以叫基于AT89S52單片機(jī)的便攜式可燃?xì)怏w檢測儀。 國內(nèi)外報(bào)警行業(yè)的發(fā)展隨著我國的改革開放，我國的經(jīng)濟(jì)科技得到了飛躍的發(fā)展，我國電子信息業(yè)在上世紀(jì)八十年代第一次騰飛后，國民經(jīng)濟(jì)信息化進(jìn)程的加快，之后又進(jìn)入持續(xù)快速發(fā)展的新時(shí)期。這個(gè)時(shí)期電子信息產(chǎn)業(yè)的主要特征表現(xiàn)為：一是正在從單一的制造業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)槲镔|(zhì)生產(chǎn)與知識(shí)生產(chǎn)，裝備制造與系統(tǒng)集成，硬件制造與軟件制造，工業(yè)生產(chǎn)與信息服務(wù)相結(jié)合的現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)；二是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，企業(yè)結(jié)構(gòu)，運(yùn)行機(jī)制，管理模式等方面發(fā)生了深刻變化；三是我國信息產(chǎn)業(yè)成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)和先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，是新世紀(jì)的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，為國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化建設(shè)提供主要技術(shù)和物質(zhì)支撐。 報(bào)警器技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)是：基礎(chǔ)、應(yīng)用兩頭依附；技術(shù)、投資兩個(gè)密集；產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)兩大分散?；A(chǔ)、應(yīng)用兩頭依附，是指報(bào)警器技術(shù)的發(fā)展依附于敏感機(jī)理、敏感材料、工藝設(shè)備和計(jì)測技術(shù)這四塊基石。敏感機(jī)理千差萬別，敏感材料多種多樣，工藝設(shè)備各不相同，計(jì)測技術(shù)大相徑庭，沒有上述四塊基石的支撐，報(bào)警器技術(shù)難以為繼。 儀器儀表行業(yè)在中國經(jīng)過一個(gè)階段的發(fā)展，已經(jīng)趨近成熟。而氣體報(bào)警器作為工業(yè)儀器儀表的一個(gè)重要項(xiàng)目，它不僅代表了儀器儀表的發(fā)展?fàn)顩r，也反映了工業(yè)化的發(fā)展程度。用于氣體報(bào)警器的傳感器也在經(jīng)歷著飛速的變化，經(jīng)過了多次的技術(shù)創(chuàng)新和更新?lián)Q代，傳感器行業(yè)，可燃?xì)怏w報(bào)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(jìn)行著反復(fù)試驗(yàn)，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(gè)新的框架來總括所有的經(jīng)驗(yàn)法則，以作為新一代傳感器的設(shè)計(jì)方法。而來自美國普度大學(xué)的工程師補(bǔ)足了這個(gè)遺憾，為設(shè)計(jì)可燃?xì)怏w報(bào)警器傳感器提供了新的途徑。為了測試他們的可燃?xì)怏w報(bào)警器傳感器設(shè)計(jì)法則系統(tǒng)，他們著手研究使用哪一種納米級(jí)傳感器設(shè)計(jì)，是透過目標(biāo)分子進(jìn)行感測最適合的材料。研究人員過去就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)感測單個(gè)分子時(shí)(例如氣體煙霧探測器或生物、化學(xué)探測器)，感測組件越小越好，但其原因一直沒有一個(gè)理論來解釋和證實(shí)，是否與目標(biāo)分子的擴(kuò)散情況會(huì)限制傳感器運(yùn)作速度有關(guān)系。而艾姆和尼爾宣稱已經(jīng)證實(shí)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(jié)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 AT89S52單片機(jī) AT89S52單片機(jī)簡介AT89S52為ATMEL所生產(chǎn)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(chǔ)器。是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51提供了高性價(jià)比的解決方案。 AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，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，AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 AT89S52主要功能擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz）內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM）為 8KB內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）為 256字節(jié)32 個(gè)可編程I/O 口線8 個(gè)中斷向量源三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器全雙工UART串行通道 (a)所示：VCC：AT89S52電源正端輸入，接+5V。VSS：電源地端。 （a）XTAL1：單芯片系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。XTAL2：P0口是一個(gè)8位寬的開路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個(gè)位，，依此類推。其他三個(gè)I/O端口（PPP3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當(dāng)做I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載。如果當(dāng)EA引腳為低電平時(shí)（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），P0就以多工方式提供地址總線（A0～A7）及數(shù)據(jù)總線（D0～D7）。設(shè)計(jì)者必須外加一鎖存器將端口0送出的地址栓鎖住成為A0～A7，再配合端口2所送出的A8～A15合成一完整的16位地址總線，而定址到64K的外部存儲(chǔ)器空間。PORT2（～）：P2口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LS的TTL負(fù)載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。P2除了當(dāng)做一般I/O端口使用外，若是在AT89S52擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線的高字節(jié)A8～A15，這個(gè)時(shí)候P2便不能當(dāng)做I/O來使用了。PORT1（～）：P1口也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)LS TTL負(fù)載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話，，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。PORT3（～）：P3口也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，同時(shí)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(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。其引腳分配如下：：RXD，串行通信輸入。：TXD，串行通信輸出。本次設(shè)計(jì)使主控芯片能夠與上位機(jī)通信的就是通過串行通信輸出口來實(shí)現(xiàn)的。串行口發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，從片內(nèi)總線向發(fā)送SBUF寫入數(shù)據(jù)(MOV SBUF,A)，啟動(dòng)發(fā)送過程，由硬件電路自動(dòng)在字符的始、末加上起始位（低電平）、停止位（高電平），A中的數(shù)據(jù)送入SBUF，在發(fā)送控制器控制下，按設(shè)定的波特率，每來一個(gè)移位脈沖，數(shù)據(jù)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（）把數(shù)據(jù)發(fā)送到外部電纜上，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，最后發(fā)一位停止位（高電平），一幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)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(yīng)中斷的方式，將下幀一數(shù)據(jù)送入SBUF，開始發(fā)送下幀一數(shù)據(jù)。：INT0，外部中斷0輸入。：INT1，外部中斷1輸入。：T0，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器0輸入。：T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器1輸入。：WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入信號(hào)。：RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。RST——復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位?！　LE/PROG——當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。　　對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）?！　∪缬斜匾赏ㄟ^對(duì)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(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。　　PSEN——程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號(hào)?！　A/VPP——外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH），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(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。　　如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令?！　LASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。(b)所示：、 （b）AT89s52發(fā)送與接收時(shí)序圖 MQX系列可燃?xì)怏w傳感器 傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。在有些國家和有些科學(xué)領(lǐng)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(zhuǎn)換元件組成。但是，由于傳感器輸出的信號(hào)一般都很微弱，需要有信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路將其放大或轉(zhuǎn)換為容易傳輸、處理、記錄和顯示的形式。隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)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(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路以及所需電源都應(yīng)作為傳感器組成的一部分。常見的信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路有放大器、電橋、振蕩器、變阻器等等。 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(dǎo)體,最常用的如SnO2。金屬氧化物半導(dǎo)體在空氣中被加熱到一定溫度時(shí)，氧原子被吸附在帶負(fù)電荷的半導(dǎo)體表面，半導(dǎo)體表面的電子會(huì)被轉(zhuǎn)移到吸附氧上，氧原子就變成了氧負(fù)離子，同時(shí)在半導(dǎo)體表面形成一個(gè)正的空間電荷層，導(dǎo)致表面勢壘升高，從而阻礙電子流動(dòng)（見圖1）。在敏感材料內(nèi)部，自由電子必須穿過金屬氧化物半導(dǎo)體微晶粒的結(jié)合部位（晶界）才能形成電流。由氧吸附產(chǎn)生的勢壘同樣存在于晶界而阻礙電子的自由流動(dòng)，傳感器的電阻即緣于這種勢壘。在工作條件下當(dāng)傳感器遇到還原性氣體時(shí)，氧負(fù)離子因與還原性氣體發(fā)生氧化還原反應(yīng)而導(dǎo)致其表面濃度降低，勢壘隨之降低（圖2和圖3）。導(dǎo)致傳感器的阻值減小。 在給定的工作條件下和適當(dāng)?shù)臍怏w濃度范圍內(nèi)，傳感器的電阻值和還原性氣體濃度之間的關(guān)系可近似由下面方程表示：其中：Rs：傳感器電阻A：常數(shù)[C]:氣體濃度α:Rs曲線的斜率MQX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?xì)怏w濃度 。當(dāng)可燃?xì)怏w進(jìn)入探測器時(shí)，在鉑絲表面引起氧化反應(yīng)（無焰燃燒），其產(chǎn)生的熱量使鉑絲的溫度升高，而鉑絲的電阻率便發(fā)生變化，所以當(dāng)遇到高溫等因素時(shí)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(shù)據(jù)也會(huì)發(fā)生變化。1必須避免的情況 高腐蝕性的環(huán)境 堿、堿金屬鹽、鹵素的污染 結(jié)冰 施加電壓過高2盡可能避免的情況 凝結(jié)水 處于高濃度氣體中 長期貯存 長期暴露在極端環(huán)境中 振動(dòng) 沖擊VcVHGNDRLVRL 圖是傳感器的基本測試電路。該傳感器需要施加2個(gè)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(fù)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(gè)電源電路。為更好利用傳感器的 性能，需要選擇恰當(dāng)?shù)腞L值。 TLC549是 TI公司生產(chǎn)的一種低價(jià)位、高性能的8位 A/D轉(zhuǎn)換器，它以8位開關(guān)電容逐次逼近的方法實(shí)現(xiàn) A/D轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換速度小于 17us，最大轉(zhuǎn)換速率為 40000HZ，4MHZ典型內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)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處理器連接，構(gòu)成各種廉價(jià)的測控應(yīng)用系統(tǒng)。REF+：正基準(zhǔn)電壓輸入 ≤REF+≤Vcc+。REF－：負(fù)基準(zhǔn)電壓輸入端，≤REF≤。且要求：（REF+）－（REF）≥1V。 VCC：系統(tǒng)電源3V≤Vcc≤6V。GND：接地端。/CS：芯片選擇輸入端，要求輸入高電平 VIN≥2V，輸入低電平 VIN≤。DATA OUT：轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)串行輸出端，與 TTL 電平兼容，輸出時(shí)高位在前，低位在后。ANALOGIN：模擬信號(hào)輸入端，0≤ANALOGIN≤VCC，當(dāng) ANALOGIN≥REF+電壓時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果為全“1”(0FFH)，ANALOGIN≤REF電壓時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果為全“0”(00H)。I/O CLOCK：外接輸入/輸出時(shí)鐘輸入端，同于同步芯片的輸入輸出操作，無需與芯片內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘同步。： 當(dāng)/CS變?yōu)榈碗娖胶螅?TLC549芯片被選中， 同時(shí)前次轉(zhuǎn)換結(jié)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(gè)外部時(shí)鐘信號(hào)，前7個(gè) I/O CLOCK信號(hào)的作用，是配合 TLC549 輸出前次轉(zhuǎn)換結(jié)果的 A6A0 位，并為本次轉(zhuǎn)換做準(zhǔn)備：在第4個(gè) I/O CLOCK 信號(hào)由高至低的跳變之后，片內(nèi)采樣/保持電路對(duì)輸入模擬量采樣開始，第8個(gè) I/O CLOCK 信號(hào)的下降沿使片內(nèi)采樣/保持電路進(jìn)入保持狀態(tài)并啟動(dòng) A/D開始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換時(shí)間為 36 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，最大為 17us。直到 A/D轉(zhuǎn)換完成前的這段時(shí)間內(nèi)，TLC549 的控制邏輯要求：或者/CS保持高電平，或者 I/O CLOCK 時(shí)鐘端保持36個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期的低電平。由此可見，在自 TLC549的 I/O CLOCK 端輸入8個(gè)外部時(shí)鐘信號(hào)期間需要完成以下工作：讀入前次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果；對(duì)本次轉(zhuǎn)換的輸入模擬信號(hào)采樣并保持；啟動(dòng)本次 A/D轉(zhuǎn)換開始。Ｉ／Ｏ