【正文】 制、對(duì)電壓電流的要求低、價(jià)格便宜、壽命長(zhǎng)；缺點(diǎn) 是只能顯示0～ 9 的數(shù)字和一些簡(jiǎn)單的字符。 方案二：用 LCD 液晶顯示，優(yōu)點(diǎn)是能顯示更多的字符和漢字，有著良好的人機(jī)界面，體積小，功耗極低；缺點(diǎn)是成本高，亮度不高，夜晚不易清晰觀察數(shù)據(jù)?；谏鲜隹紤]，所以我們選擇方案一。 執(zhí)行控制部分 方案一：采用固態(tài)繼電器 SSR 導(dǎo)通與關(guān)閉來(lái)控制排氣扇是否工作，優(yōu)點(diǎn)是SSR 是一種由集成電路和分立元件組合而成的一體化無(wú)觸點(diǎn)電子開關(guān)元件，其輸入端僅需要很小的控制電流，且能與 TTL、 CMOS 等集成電路實(shí)現(xiàn)良好兼容。它的輸出回路采用大功率晶體管或雙向晶閘管作開關(guān)器件來(lái) 接通或斷開負(fù)載電源。由于在開關(guān)過程中無(wú)機(jī)械接觸部件，因此具有工作可靠、壽命長(zhǎng)、噪聲低、開關(guān)速度快和工作頻率高等特點(diǎn)。目前，這種器件已在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。主要缺點(diǎn)是存在通態(tài)壓降（需相應(yīng)散熱措施），有斷態(tài)漏電流，交直流不能通用，觸點(diǎn)組數(shù)少，另外過電流、過電壓及電壓上升率、電流上升率等指標(biāo)差。 方案二：采用傳統(tǒng)的電磁式繼電器，由于電磁繼電器工作需要較大的控制電壓與開啟電流、體積大、開關(guān)速度慢且不能與 TTL、 CMOS 等集成電路實(shí)現(xiàn)良好兼容，根據(jù)本次實(shí)際的應(yīng)用特點(diǎn) ,本次設(shè)計(jì)采用方案一。 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 在編寫程序時(shí)，模塊化思想是很有用的，它實(shí)質(zhì)上是把復(fù)雜的大問題分解，分為若干獨(dú)立、容易解決的小問題，從而達(dá)到解決大問題的目的。在進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，也是可以采用這種思想的，即把整個(gè)電路構(gòu)想分為若干功能塊，然后再用較簡(jiǎn)單的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能塊。在設(shè)計(jì)單片機(jī)煤氣監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路時(shí)，我們可以把它分為如下幾個(gè)模塊：電源部分、 AT89S52 單片機(jī)基本電路部分、濃度采樣放大及 A/D 轉(zhuǎn)換部分、設(shè)備控制部分及鍵盤顯示部分，然后將各模塊電路連接起來(lái)便可構(gòu)成單片機(jī)智能煤氣濃度 監(jiān)控系統(tǒng)，下面具體介紹各個(gè)單元電路的設(shè)計(jì)。 電源電路的設(shè)計(jì) （ 1）電源電路的結(jié)構(gòu)框圖 圖 31 電源結(jié)構(gòu)框圖 （ 2）電源電路圖 圖 32 電源電路圖 （ 3）電路工作原理 該電路外接 15V的交流電源輸入，經(jīng)過整流橋進(jìn)行全波整流，再由電解電容器濾波后，然后通過集成三端穩(wěn)壓芯片 CW780 CW790 CW781CW7912 穩(wěn)定電壓后形成 5V、 5V、 12V、 12 V 直流電壓輸出。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) （ 1）電路原理圖 圖 33 復(fù)位電路原理圖 （ 2）復(fù)位電路的作用： 復(fù)位電路主要有以下兩個(gè)重要的作用： a、完成單片機(jī)的初始化 ,即把系統(tǒng)的 PC 值初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。 b、當(dāng)系統(tǒng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作失誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，可以通過復(fù)位操作重新啟動(dòng)單片機(jī)。 （ 3）復(fù)位方式 單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種 ,其電路結(jié)構(gòu)分別如下圖下所示，上電復(fù)位是利用外部復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)。當(dāng) Vcc 上升時(shí)間不超過 1ms（ RC=τ）振蕩器啟動(dòng)時(shí)間不超過 10ms。在加電情況下，這個(gè)電路可以使單片機(jī)復(fù)位。在加電開機(jī)時(shí)， RST 上的電壓從 Vcc逐漸下降， RST 引腳的電位是Vcc 與電容電壓的差， RST上的電壓必須保證在斯密特觸發(fā)器的閥值電壓以上足夠長(zhǎng)時(shí)間，以滿足復(fù)位操作的要求。按鍵手動(dòng)復(fù)位又分按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位 ,電平復(fù)位將復(fù)位端通過電阻與 Vcc 相連 ,按鍵脈沖復(fù)位是利用 RC分電路產(chǎn)生正脈沖來(lái)達(dá)到復(fù)位的。在按鍵脈沖復(fù)位兩種簡(jiǎn)單的復(fù)位電路中，干擾易串入復(fù)位端，在大多數(shù)情況下，不會(huì)造成單片機(jī)的錯(cuò)誤復(fù)位，但會(huì)引起內(nèi)部寄存器錯(cuò)誤復(fù)位，這里可在復(fù)位端引腳上接一個(gè)去藕電容。需說明的是，如復(fù)位電路中 R、 C的的值 選擇不當(dāng)，使復(fù)位時(shí)間過長(zhǎng)，單片機(jī)將處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。為了使用方便和設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)化及設(shè)計(jì)要求 ,本次設(shè)計(jì)所采用的是按鍵手動(dòng)復(fù)位。 圖 34 復(fù)位電路的復(fù)位方式 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) （ 1）電路原理圖 圖 35 時(shí)鐘原理圖 （ 2）時(shí)鐘電路的作用 時(shí)鐘電路用來(lái)產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，從而保證單片機(jī)正常工作。單片機(jī)工作所需的同步時(shí)鐘信號(hào)主要有以下兩種方法產(chǎn)生： 第一：由單片機(jī)片內(nèi)部時(shí)鐘電路并結(jié)合外部晶 振、電容產(chǎn)生。 第二：直接從單片機(jī)外部引入時(shí)鐘脈沖信號(hào)。 （ 3）時(shí)鐘電路的要求 為了保證單片機(jī)同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。另外 ,在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡量安裝得與單片機(jī)靠近些，以減小寄生電容的存在，從而更好的保障系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的工作。 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) （ 1）傳感器的選擇 本次設(shè)計(jì)采用專用的煤氣檢測(cè)傳感器 QMN5，該型號(hào)的氣敏元件是以金屬氧化物 SnO2 為主體材料的 N型半導(dǎo)體氣敏元件，當(dāng)元件接觸還原性氣體時(shí)，其電導(dǎo)率隨氣體濃度的增加而迅速升高，其使用特性及基本參數(shù)如下： a、特點(diǎn)： 用于可燃性氣體的檢測(cè)（ CH C4H H2等） 靈敏度高、工作穩(wěn)定可靠 壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快 輸出信號(hào)大 b、技術(shù)指標(biāo)： 加熱電壓 (VH)： AC 或 DC 5177。 回路電壓(VC)： 最大DC 24V 負(fù)載電阻 (RL)： 2KΩ 清潔空氣中電阻 (Ra)：≤ 2020KΩ 靈敏度 (S=Ra/Rdg)：≥ 4(在 1000ppmC4H10 中 ) 響應(yīng)時(shí)間(tres)： ≤ 10S 恢復(fù)時(shí)間 (trec)： ≤ 30S 檢測(cè)范圍： 5010000ppm c、基本測(cè)試電路 VC RL VRL VH 圖 36 QMN5 的基本測(cè)試電路 d、使用方法及注意事項(xiàng) ⑴ 元件開始通電工作時(shí) ,沒有接觸可燃性氣體 ,其電導(dǎo)率也急劇增加 1 分鐘后達(dá)到穩(wěn)定 ,這時(shí)方可正常使用 ,這段變化在設(shè)計(jì)電路時(shí)可采用延時(shí)處理解決。 ⑵ 加熱電壓的改變會(huì)直接影響元件的性能 ,所以在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)使用為佳。 ⑶ 檢測(cè)氣體中電阻 Rdg ,檢測(cè)氣體中電壓 Vdg ， Rdg 與 Vdg 的關(guān)系 : Rdg=RL(VC/Vdg1) ⑷ 負(fù)載電阻可根據(jù)需要適當(dāng)改動(dòng) ,不影響元件靈敏度。 ⑸ 使用條件 :溫度 15～ 35℃；相對(duì)濕度 45～ 75%RH；大氣壓力 80～ 106KPa，環(huán)境溫濕度的變化會(huì)給元件電阻帶來(lái)小的影響 ,當(dāng)元件在精密儀器上使用時(shí) ,應(yīng)進(jìn)行溫濕度補(bǔ)償 ,最簡(jiǎn)便的方法是采用熱敏電阻補(bǔ)償之。 ⑹ 避免腐蝕性氣體及油污染 ,長(zhǎng)期使用時(shí)需防止灰塵堵塞防爆不銹鋼網(wǎng)。 (2) 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 電路原理圖如圖 37所示，由于系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性、精確性和可靠性要求非常高，系 統(tǒng)采用單片機(jī)作為現(xiàn)場(chǎng)控制器，完成對(duì)煤氣濃度信號(hào)的采集、運(yùn)算、控制。其工作原理是利用電阻氣敏傳感器 QMN5 將煤氣濃度變換為對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，此毫伏級(jí)電信號(hào)經(jīng)放大器把信號(hào)放大為 0～ 5Ｖ后低通濾波濾掉干擾信號(hào)，送到 A/D 轉(zhuǎn)換器，變換成數(shù)字量送給單片機(jī)的 CPU 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。當(dāng)空氣中的煤氣濃度達(dá)到用戶事先的設(shè)定值時(shí)，將輸出數(shù)字量，經(jīng)單片機(jī)送到七段數(shù)碼管上顯示，并發(fā)出聲光報(bào)警以及將煤氣管道關(guān)閉并及時(shí)打開排氣裝置 ,以減少空氣中的煤氣濃度。圖中 Rt為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，用來(lái)補(bǔ)償氣敏傳感器QMN5 溫度變化而引起的偏 差 ,第一個(gè)運(yùn)算放大器為比例放大器 ,第二個(gè)運(yùn)算放大器組成二階低通濾波器 ,用以濾掉干擾雜波信號(hào) ,R15 用來(lái)調(diào)節(jié)放大器的靈敏度。