【正文】 煤氣報(bào)警器設(shè)計(jì)摘 要當(dāng)今社會(huì)上，出現(xiàn)了許多煤氣報(bào)警器，而這些產(chǎn)品大都是針對(duì)煤氣的泄漏所做出的相應(yīng)的報(bào)警，即為家庭式煤氣報(bào)警器。本課題設(shè)計(jì)煤氣報(bào)警采用了AT89S52單片機(jī)為報(bào)警器的核心部件，對(duì)煤氣報(bào)警器進(jìn)行控制。通過NAP505電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器對(duì)煤氣進(jìn)行檢測(cè)，將所得的濃度值與設(shè)定濃度值相比較得到偏差。通過對(duì)偏差信號(hào)的處理獲得控制信號(hào)，發(fā)生報(bào)警信號(hào)，并把報(bào)警通道顯示并儲(chǔ)存在DS12887的RAM中，八個(gè)單元的煤氣濃度對(duì)應(yīng)模擬量利用A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并加入了鍵盤輸入控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家用和工業(yè)煤氣漏氣的監(jiān)控。整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)合理，性能安全可靠。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 煤氣濃度 報(bào)警器 Design of the coal gas’ alarm deviceABSTRACTThere are many coal gas alarm’s devices in our lives. These devices will alarm after the coal gas leaking. We call them household or industy appliances. This paper introduces the design of a coal gas alarm’s device that use the AT89S52 SCM as the most important controller. It is a coreponents that control the whole programs and circuit of the coal gas alarm’ device. The appliance monitors the density of coal gas with the sensor of NAP505 and pares the current density with the setting density. We get the control signal through the dealing with the deviation signal and then sent a alarm signal that is memoried in a RAM of DS12887. The analog signal of eight densities of the coal gas are transformed into the digital signal with the A/D converter, in addition which is cotrolled with the keyboard. We can monitor the leak of coal gas in the house or industy. The hardware design of circuits is reasonable and the performance of the coal gas alarm’s device is safe and reliable. Keywords: SCM Density Alarm’ device目 錄摘 要 IABSTRACT II1 前言 1 1 2 22 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 3 3 33 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與傳感器選用 4 4 4 6 8 電源電路 9 9 10 12 15 16 17 18 19 20 224 軟件設(shè)計(jì) 23 23 23 27 28 28 30 31 31 345 系統(tǒng)調(diào)試與分析 35 35 36 38 39參考文獻(xiàn) 40附 錄1 程序源代碼 41附 錄2 焊接實(shí)物圖 56附 錄3 元器件清單 58謝 辭 60V1 前言隨著我國(guó)燃?xì)獾淖兏锛拔鳉鈻|輸工程的進(jìn)行，煤氣或天燃?xì)庖殉蔀槎鄶?shù)家庭的燃料。每年，因煤氣泄露造成的煤氣中毒事故中，因使用熱水器不當(dāng)或產(chǎn)品本身的質(zhì)量問題,造成的一氧化碳中毒事故，,因室內(nèi)煤氣濃度過高，引起煤氣爆炸的事故也不少見。所以怎樣防止煤氣中毒與爆炸已成為人們的迫切需要。為此我們開發(fā)研制了智能煤氣報(bào)警系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)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(duì)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(duì)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。家庭及住宅小區(qū)智能化的定義，在國(guó)際上至今尚無一致的般認(rèn)為，在現(xiàn)代化的城鄉(xiāng)住宅小區(qū)內(nèi)綜合采用微型計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、通信與網(wǎng)絡(luò)及智能卡等技術(shù)，建立一個(gè)由住宅小區(qū)綜合物業(yè)管理中心與安防系統(tǒng)、信息通信服務(wù)與管理系統(tǒng)和家庭智能化系統(tǒng)組成的“三合一”住宅小區(qū)服務(wù)與管理集成系統(tǒng)，最終目的是使每一住戶得到滿足其要求的最佳方案。國(guó)家建設(shè)部規(guī)定，目前住宅小區(qū)應(yīng)實(shí)現(xiàn)六項(xiàng)智能化要求，其中包括實(shí)行安全防范系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控管理。防盜報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)安裝紅外或微波與煤氣泄漏報(bào)警器等各種類型報(bào)警探測(cè)器?；诖隧?xiàng)規(guī)定，煤氣泄漏自動(dòng)報(bào)警實(shí)現(xiàn)智能化勢(shì)在必行 姚豐、劉念聰：一種單片機(jī)智能煤氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J]，天津職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2004年6月 第13卷 第13期。在社會(huì)信息化進(jìn)程日益發(fā)展的今天，信息技術(shù)應(yīng)用己滲透到人類生存、活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域，在建筑領(lǐng)域，人們的現(xiàn)代生活、工作對(duì)居住要求舒適健康、安全可靠、高效便利。這時(shí)候氣體燃料的應(yīng)用也越來越廣泛。目前家用煤氣，液化器、天然氣作為氣體燃料，已用與家庭旅館，深入人民的生活之中。氣體燃料的應(yīng)用和普及，伴之而來的是氣體泄漏造成的中毒、爆炸、火災(zāi)等事故也時(shí)有發(fā)生。其中由于一氧化碳泄漏中毒死亡尤為嚴(yán)重。眾多周知由于CO與血液中的血紅素的結(jié)合能力是氧的240倍,因此,當(dāng)它進(jìn)入人體血液循環(huán)系統(tǒng)后,就會(huì)大量取代氧而與血紅素結(jié)合,抑制血液中氧氣的釋放,從而導(dǎo)致發(fā)生頭痛、耳鳴、嘔吐、血壓降低等不同程度的癥狀發(fā)生。如果CO中毒嚴(yán)重,輕者于康復(fù)過程中可能會(huì)頭昏眼花、喪失記憶或引起視覺及神經(jīng)上的障礙,嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致腦部受損甚至發(fā)生死亡。這就對(duì)煤氣自動(dòng)報(bào)警的器的設(shè)計(jì)更加迫切 周捷：有毒可燃?xì)怏w報(bào)警器原理及設(shè)計(jì) [J]，科技信息 2008年總第5期。為了預(yù)防一氧化碳的泄漏，人們采用了各種措施。家用智能煤氣報(bào)警器是為了預(yù)防氣體中毒的一種家用的自動(dòng)報(bào)警器，也是一種高靈敏度的氣體探測(cè)器，一般都是應(yīng)用高靈敏度的氣敏元件作氣電轉(zhuǎn)換元件，并配以電路和聲光報(bào)警部分組成。當(dāng)泄漏的氣體達(dá)到危險(xiǎn)極限值時(shí)報(bào)警器就會(huì)發(fā)生鳴響和聲光報(bào)警。41 測(cè)控技術(shù)與儀器儀表技術(shù)已經(jīng)是現(xiàn)在社會(huì)不可缺少的重要組件。從今天進(jìn)入信息科技時(shí)代來看，儀器儀表是實(shí)現(xiàn)信息的獲取、轉(zhuǎn)換、存貯和揭示物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的必備工具，是當(dāng)今普遍稱之為時(shí)代標(biāo)志的信息科技的三大支柱（信息獲取及處理、信息傳輸與通信、電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)）的必要手段，也是新技術(shù)革命的一項(xiàng)重要內(nèi)容?！　≡诂F(xiàn)代化建設(shè)中，人們對(duì)儀器儀表所能起到的監(jiān)控作用，在技術(shù)上有著高層次的要求，因而儀器儀表工業(yè)是促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步，進(jìn)行技術(shù)改造，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，開發(fā)與節(jié)約能源和材料的先導(dǎo)工業(yè)。儀器儀表的裝備水平在很大程度上反映出一個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)力的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化水平?！　‰S著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，測(cè)試技術(shù)與儀表專業(yè)的趨勢(shì)越來越向智能化轉(zhuǎn)變——智能儀表。智能儀表一出現(xiàn)就顯示了它強(qiáng)大的生命力，現(xiàn)已成為儀器儀表發(fā)展的一個(gè)重要方向。這不僅在一般的測(cè)量?jī)x表中，而且在分析儀表、實(shí)驗(yàn)室儀表與生物醫(yī)學(xué)儀表中反映出來。儀器儀表設(shè)備水平在很大程度上反映出一個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)力發(fā)展水平，當(dāng)前儀器儀表正從自動(dòng)化向智能化方向發(fā)展，無疑這對(duì)于提高生產(chǎn)效率，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，加速我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)有著極其重要的作用。從此可以看出，測(cè)控技術(shù)及儀表專業(yè)具有非常美好的未來 閆坤：基于CAN總線小區(qū)煤氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) [J]，電子測(cè)試 2007年第5期。在小區(qū)內(nèi)保安室或是礦區(qū)主控室（以下簡(jiǎn)稱總臺(tái)）安裝好一個(gè)控制主機(jī)和報(bào)警模塊，在小區(qū)的每一個(gè)住戶安裝或是礦區(qū)的每一個(gè)礦點(diǎn)安裝一個(gè)到多個(gè)探測(cè)頭和報(bào)警模塊。這樣就可以同時(shí)在發(fā)生意外的時(shí)候及時(shí)的在總臺(tái)和發(fā)生意外的所在點(diǎn)產(chǎn)生聲光報(bào)警，及時(shí)的疏散意外所在點(diǎn)的人群并告之總臺(tái)的控制端?？偱_(tái)可以通過顯示模塊得知哪個(gè)點(diǎn)發(fā)生意外，并及時(shí)的進(jìn)行處理和疏導(dǎo)人群。本設(shè)計(jì)主要研究并設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的煤氣報(bào)警系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)AD數(shù)據(jù)的采集和聲光的報(bào)警控制?？刂葡到y(tǒng)主要是由MCS52系列單片機(jī)、電源電路、AD數(shù)據(jù)采集電路、傳感器電路、看門狗電路、復(fù)位電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、LED顯示與鍵盤輸入人機(jī)接口電路、聲光報(bào)警電路等部分組成。單片機(jī)通過AD轉(zhuǎn)換8路傳感器來所得到的信號(hào)，進(jìn)行比較處理，并且能夠存儲(chǔ)各個(gè)通道的報(bào)警上限和報(bào)警時(shí)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，并且在安全值內(nèi)，輪回顯示當(dāng)前通道的測(cè)量值和設(shè)定值，在安全值外，產(chǎn)生聲光報(bào)警，并且輪回顯示報(bào)警通道的當(dāng)前值、設(shè)定值。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案一，通過傳感器感受到可燃性氣體，降低自身的阻值，來增大電流，并且驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。電路簡(jiǎn)單、可靠但是靈活性和實(shí)用性差。方案二，可以通過傳感器感知信號(hào)多級(jí)放大電路，并用電位器調(diào)節(jié)得到固定的電壓值，當(dāng)?shù)玫娇扇夹詺怏w信號(hào)時(shí)，電阻值立刻變小，放大器的放大倍數(shù)增加，電壓也就隨著增加，驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通報(bào)警電路。該方案有一定的靈活性和可執(zhí)性，但是電路比較復(fù)雜，智能性差。方案三，通過51系列單片機(jī)作為主控單元，并且能夠通過傳感器把模擬信號(hào)通過A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并且讀取和顯示出來。鍵盤可以通過不同的應(yīng)用場(chǎng)合和針對(duì)不同氣體做出不同的濃度設(shè)定，并且儲(chǔ)存報(bào)警的上限和報(bào)警時(shí)間，方便查詢和日后的工作調(diào)查。綜合考慮，由于使用單片機(jī)設(shè)計(jì)靈活性更強(qiáng)、用途更寬廣，所以本設(shè)計(jì)采用方案三。如圖21所示，該設(shè)計(jì)是由89s52單片機(jī)主要控制單元晃陽(yáng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)MCS51原理及應(yīng)用開發(fā)教程 [M],：376385。，由7805穩(wěn)壓芯片提供電源，具備有看門狗芯片X5045和實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12887作為主體單元。顯示和鍵盤是由HD7279A控制的，數(shù)據(jù)采集是由TLC2543進(jìn)行。89s52 單片機(jī)+5v電源看門狗X5045實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS12887顯示與鍵盤HD7279AAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換TLC2543信號(hào)處理傳感器報(bào)警電路 圖21 系統(tǒng)流程框圖 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與傳感器選用硬件系統(tǒng)的電路包括主機(jī)單元的電路和功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模塊電路。主機(jī)單元主要由89s52單片機(jī)與X5045看門狗定時(shí)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS12887和7805電源電路組成。功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模塊，由A/D轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)處理電路、人機(jī)接口電路、傳感器和報(bào)警電路組成。主機(jī)模塊是由主控芯片AT89s5X504DS12887芯片和電源電路構(gòu)成。它是儀表的核心部分。電源電路提供+5v的穩(wěn)定電源；X5045防止系統(tǒng)死機(jī)，保證程序正常運(yùn)行，內(nèi)部的EEPROM有掉電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，用于保存各采集通道的報(bào)警上限；DS12887存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)刻之前發(fā)生的10個(gè)歷史報(bào)警記錄，包括報(bào)警的發(fā)生通道、性質(zhì)和發(fā)生時(shí)間，可以對(duì)時(shí)、分、秒、年、月、日進(jìn)行準(zhǔn)備計(jì)時(shí)，具有掉電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，以邊日后實(shí)現(xiàn)可燃性氣體的報(bào)警監(jiān)督功能?？傮w連接如圖31。圖31主機(jī)模塊總連接圖本設(shè)計(jì)中的主芯片采用美國(guó)ATMEL公司的?？刂破鞑糠植捎昧嗣绹?guó)ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)，AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫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)MCS51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，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案李全釗、遲榮強(qiáng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及接口技術(shù) [M],高等教育出版史 2003年。AT89S52具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳,8k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器,256 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,看門狗（WDT）電路,片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器，主要功能表特性見表31。此外,AT89S52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(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。表31