【正文】 的設(shè)計(jì)流程圖 ....................................................................................... 15 第 4章 系統(tǒng)的功能仿真 .................................................................................................... 16 仿真軟件介紹 ........................................................................................................... 16 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的模塊仿真 ....................................................................................... 16 A/D轉(zhuǎn)換模塊測(cè)試 ............................................................................................. 16 顯示模塊測(cè)試 .................................................................................................... 17 聲光報(bào)警電路模塊測(cè)試 .................................................................................... 18 系統(tǒng)誤差分析 ........................................................................................................... 19 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 20 附錄 1 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的仿真電路圖 ................................................................................. 21 附錄 2 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的電路原理圖 ................................................................................. 21 附錄 3 濃度與電壓值的對(duì)應(yīng)關(guān)系 ..................................................................................... 22 附錄 4 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的源程序 ......................................................................................... 23 1 第 1 章 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 煤氣測(cè)量系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)一套具有有毒氣體檢測(cè)功能、報(bào)警功能、能夠判斷室內(nèi)空氣中煤氣的泄露情況和顯示當(dāng)前室內(nèi)有毒氣體的濃度，用單片機(jī)控制報(bào)警器是否需要報(bào)警。 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分主要包括氣體傳感器電路、放 大電路、 A \D轉(zhuǎn)換電路、 單片機(jī)最小系統(tǒng)、單片機(jī)控制電路和報(bào)警電路和數(shù)碼管顯示電路。氣體傳感器用來(lái)檢測(cè)室內(nèi)空氣中有毒氣體的濃度，當(dāng)室內(nèi)空氣中有毒氣體含量超過(guò)允許標(biāo)準(zhǔn)濃度后，氣體傳感器所獲得的感應(yīng)信號(hào)，通過(guò)放大處理以后，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理，控制報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警處理。軟件部分主要包括 A\D的采樣程序、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警程序和顯示程序。 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在硬件設(shè)計(jì)方面，主要研究組成家用煤氣泄漏報(bào)警控制系統(tǒng)的單片機(jī)芯片、氣體傳感器的使用方法，同時(shí)研究電路設(shè)計(jì)思路、電路組成，包括氣體傳感器、放大電路、單片機(jī)、聲光報(bào)警電 路和顯示電路的設(shè)計(jì)，給出系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖、仿真電路圖和整體電路原理圖。 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的主要任務(wù) 本論文是煤氣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研制，主要完成： (1) 對(duì)煤氣檢測(cè)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了整體規(guī)劃； (2) 對(duì)煤氣檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件流程設(shè)計(jì)，分為主程序設(shè)計(jì)， A/D 轉(zhuǎn)換控制程序的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)處理，濃度顯示程序設(shè)計(jì)、聲光報(bào)警子程序設(shè)計(jì)等； (3) 軟件的調(diào)試，功能仿真； (4) 畫(huà)出煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的電路原理圖。 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 由于煤氣檢測(cè)系統(tǒng)主要包括氣體傳感器電路、放大電路、 A \D轉(zhuǎn)換電路、單 片機(jī)最小系統(tǒng)、聲關(guān)報(bào)警電路和數(shù)碼管顯示電路等部分。 本論文要求做以下設(shè)計(jì)： (1) 氣體傳感器對(duì)煤氣是否泄漏進(jìn)行檢測(cè)； (2) 放大電路對(duì)檢測(cè)出微弱的電壓信號(hào)進(jìn)行一定的放大處理； (3) A/D 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)， A/D 轉(zhuǎn)換器能夠時(shí)刻的對(duì)放大的電壓信號(hào)進(jìn)行采集； (4) 根據(jù)有毒氣體濃度與采集的電壓信號(hào)的關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理； (5) 顯示程序的設(shè)計(jì)，用 4位數(shù)碼管顯示所測(cè)得的煤氣濃度值。 (6)聲關(guān)報(bào)警控制程序設(shè)計(jì)，根據(jù)氣體濃度進(jìn)行相應(yīng)的處理 . 2 第 2 章 煤氣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn) 微處理器的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā) 展，提高了人們生活的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)的現(xiàn)代化和自動(dòng)化?；?8位和 16位單片機(jī)的嵌入式設(shè)備 (如儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和顯示、過(guò)程控制、工業(yè)自動(dòng)化等 )的實(shí)時(shí)應(yīng)用、測(cè)控系統(tǒng)正在走向網(wǎng)絡(luò)智能化。這就要求企業(yè)從現(xiàn)場(chǎng)控制層到管理層能實(shí)現(xiàn)全方位的無(wú)縫信息集成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)、智能診斷以及遠(yuǎn)程管理功能，提供一個(gè)開(kāi)放的基礎(chǔ)構(gòu)架，并具有高可靠性、分散控制、集中監(jiān)視和管理的功能。 針對(duì)目前微型處理器的處理芯片的不同，本設(shè)計(jì)是基于 AT80C51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 基于 AT89C52 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的煤氣檢測(cè)系統(tǒng)的具體方案如圖 21所示。該方案主要包括了可燃?xì)怏w傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 AT89C52 單片機(jī)控制電路、聲光報(bào)警電路以及數(shù)碼管顯示電路。 氣體傳感器輸出為模擬量，很微弱需要進(jìn)行放大電路的處理，單片機(jī)處理的是數(shù)字信號(hào)，需要利用 A/D 轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給 AT89C52 單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理；聲光報(bào)警電路里使用蜂鳴器作為報(bào)警用，同時(shí)還用 LED燈進(jìn)行相應(yīng)的指示，以便于提醒注意；單片機(jī)的最小系統(tǒng)是 AT89C52 單片機(jī)工作的前提條件；顯示電路采用了 4位集成的數(shù)碼管進(jìn)行顯示，由 AT89C52 單片機(jī)進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)顯示。 圖 21 基于 AT89C52的單片機(jī)的煤氣檢測(cè)系統(tǒng)組成框圖 在煤氣檢測(cè)系統(tǒng)組成框圖 21中所示，系統(tǒng)以單片機(jī) AT89C52 為控制的核心，配合外圍電路共同完成信號(hào)采集、濃度的顯示、聲光報(bào)警電路的功能設(shè)計(jì)等。其中傳感器采用的是 M5，該傳感器外形小，氣體響應(yīng)快，性能穩(wěn)定，低功耗，常適用于泄漏監(jiān)測(cè)器。放大電路采用的是 LM324 運(yùn)放進(jìn)行放大微弱的信號(hào)。 A/D 轉(zhuǎn)換器采用的是 ADC0808，它是采樣頻率為 8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換的器件，具有功耗低，性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。數(shù)碼管使用 4位集成 的共陰數(shù)碼管。 單片機(jī) AT89C52 4 位數(shù)碼管顯示 報(bào)警和指示燈 A/D 放大器 氣體 傳感器 單片機(jī) 最小系統(tǒng) 3 系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì)主要包括了氣體傳感器電路設(shè)計(jì)、放大電路設(shè)計(jì)、 A/D轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)的最小系統(tǒng)、聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)、數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)和電源電路的設(shè)計(jì)等。 氣體傳感器電路設(shè)計(jì) 氣體傳感器可以分為六大類(lèi)： (1) 半導(dǎo)體氣體傳感器。 (2) 固體電解質(zhì)氣體傳感器。 (3) 接觸感染式氣體傳感器。 (4) 電化學(xué)式氣體傳感器。 (5) 光學(xué)式氣體傳感器。 (6) 高分子氣體傳感器。 氣體傳感器應(yīng)滿足的基本條件 一個(gè)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(shí)體，也可以是由多個(gè)不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個(gè)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(cè)某種單一氣體，而對(duì)共存的其它氣體不響應(yīng)或低響應(yīng)。 (2) 對(duì)被測(cè)氣體具有較高的靈敏度，能有效地檢測(cè)允許范圍內(nèi)的氣體濃度。 (3) 對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好。 (4) 長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性好。 (5) 使用壽命長(zhǎng)。 (6) 制造成本低，使用與維護(hù)方便。 氣體傳感器的分類(lèi)和基本條件為選擇哪種氣體傳感器提供了參考的依據(jù)。氣體傳感器是氣體與氣味檢測(cè)的關(guān)鍵元件。我們選擇的 氣體傳感器是 MQ5 ． MQ5 特點(diǎn) * 對(duì)液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度 * 對(duì)乙醇，煙霧幾乎不響應(yīng) * 快速的響應(yīng)恢復(fù)特性 * 長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 * 簡(jiǎn)單的測(cè)試電路