【正文】 單片機(jī)燃?xì)鈭?bào)警器研究畢業(yè)論文目 錄摘 要 IAbstract ...........II目 錄..................................................................... 11 緒 論 1 課題背景 1 燃?xì)鈭?bào)警器的概述 2 課題研究的目的及意義 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù) 22　系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 4 設(shè)計(jì)要求 4 設(shè)計(jì)思路 4 設(shè)計(jì)方案 5 方案一 6 6 7 系統(tǒng)方案組成 7 8 93　系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 10 氣體濃度檢測(cè)模塊 10 10 144　硬件電路設(shè)計(jì)與分析 15 系統(tǒng)電源的設(shè)計(jì) 15 三端固定式集成穩(wěn)壓器 15 +5V電源電路的設(shè)計(jì) 16 信號(hào)采集放大電路的設(shè)計(jì) 17 17 信號(hào)采集放大電路的設(shè)計(jì) 18 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 19 ADC0809[6]的介紹 19 電路具體設(shè)計(jì)方法 21 存儲(chǔ)器電路的設(shè)計(jì) 22 顯示器電路的設(shè)計(jì) 23 23 電路設(shè)計(jì)方法 23 報(bào)警器電路的設(shè)計(jì) 24 鍵盤電路的設(shè)計(jì) 23 鍵盤的工作原理 22 鍵盤的識(shí)別方法 22 鍵盤的工作方式 22 串口通信電路的設(shè)計(jì) 23 RS232標(biāo)準(zhǔn) 24 接口信號(hào)[1] 245　軟件設(shè)計(jì) 25 單片機(jī)編程[2] 25 程序框圖和主要程序 246　實(shí)驗(yàn)調(diào)試 25 硬件調(diào)試 25 軟件調(diào)試 25 調(diào)試結(jié)果 27 小結(jié)................................................................ 27參考文獻(xiàn) 29結(jié) 論 30致 謝 30附錄1 31附錄2 32緒 論 課題背景煤氣的主要成分是CO、氫和烷烴、烯烴、芳烴等。煤氣有毒是因?yàn)槠渲械腃O、芳烴等能與人體中的血紅蛋白結(jié)合，造成缺氧，使人昏迷不醒甚至死亡，在低濃度下也能使人頭暈、惡心及虛脫。一氧化碳（CO）為無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭、無(wú)刺激氣體，幾乎不溶于水，不易被活性炭吸附。當(dāng)碳物質(zhì)燃燒不完全時(shí)，可產(chǎn)生CO，如人體短時(shí)間內(nèi)吸入較高濃度的CO，或濃度雖低，但吸時(shí)間較長(zhǎng)，均可造成急性中毒。CO主要來(lái)自取暖燃料，CO對(duì)人體的損害主要表現(xiàn)在損害血液輸送氧氣的能力，CO與血紅蛋白結(jié)合能力超過(guò)氧和血紅蛋白的結(jié)合能力的200300倍，當(dāng)CO與血紅蛋白結(jié)合形成的碳氧血紅蛋白含量達(dá)到5%時(shí)，就會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生慢性損害，達(dá)到60%時(shí)就會(huì)昏迷，達(dá)到90%就會(huì)死亡。由于發(fā)生一氧化碳中毒事件的普遍性和隱蔽性，迫切需要一種能夠很好的監(jiān)控室內(nèi)一氧化碳濃度的儀器，并且在一氧化碳濃度過(guò)高時(shí)能夠采取相關(guān)措施防止火災(zāi)的發(fā)生，保護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。 本文正是通過(guò)分析目前燃?xì)鈭?bào)警器的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)制作室內(nèi)故障監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。 燃?xì)鈭?bào)警器的概述 首先我們應(yīng)對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的燃?xì)鈭?bào)警器的種類有所了解。燃?xì)鈭?bào)警器可分為可燃?xì)怏w檢漏儀（簡(jiǎn)稱“檢漏儀” ），可燃?xì)怏w報(bào)警控制器（簡(jiǎn)稱“控制器” ）、可燃?xì)怏w探測(cè)器（簡(jiǎn)稱“探測(cè)器” ）、家用可燃?xì)怏w報(bào)警器（簡(jiǎn)稱“報(bào)警器” ）四大系列產(chǎn)品。報(bào)警器為居民家庭用的燃?xì)鈭?bào)警器，一般安裝在廚房，遇燃?xì)庑孤r(shí)，報(bào)警器可發(fā)出聲光報(bào)警，或同時(shí)伴有數(shù)字顯示，同時(shí)聯(lián)動(dòng)外部設(shè)備。有的報(bào)警器可自動(dòng)開(kāi)啟排風(fēng)扇，把燃?xì)馀懦鍪彝狻Ｓ械膱?bào)警器在報(bào)警時(shí)可自動(dòng)關(guān)閉燃?xì)忾y門，以防燃?xì)饫^續(xù)泄漏。 燃?xì)鈭?bào)警器的核心是氣體傳感器，俗稱“電子鼻”。當(dāng)氣體傳感器遇到燃?xì)鈺r(shí)，傳感器電阻隨燃?xì)鉂舛榷兓?，隨之產(chǎn)生電信號(hào)，供燃?xì)鈭?bào)警器后級(jí)線路處理。經(jīng)過(guò)電子線路處理變成濃度成比例變化的電壓信號(hào)，由線性電路加以補(bǔ)償，使信號(hào)線性化，經(jīng)微機(jī)處理、邏輯分析，輸出各種控制信號(hào)，即當(dāng)燃?xì)鉂舛冗_(dá)到報(bào)警設(shè)定值時(shí)，燃?xì)鈭?bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并可顯示燃?xì)鉂舛然騿?dòng)外部聯(lián)運(yùn)設(shè)備（如排風(fēng)扇、電磁閥）。 課題研究的目的及意義因此設(shè)計(jì)出性能更加可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的室內(nèi)故障監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)已成為市場(chǎng)的需要。目前，現(xiàn)有煤氣檢測(cè)儀器主要是面對(duì)工礦企業(yè)或公共場(chǎng)所的檢測(cè)，價(jià)格高昂，對(duì)家庭也是不適應(yīng)的。因此，本次設(shè)計(jì)所面對(duì)的是廣大居民。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容 本文利用單片機(jī)電路制作室內(nèi)故障監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。設(shè)計(jì)過(guò)程中關(guān)鍵的兩個(gè)部分：系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)和控制軟件的編寫。這也是在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要解決的關(guān)鍵的問(wèn)題。（1）硬件任務(wù)單片機(jī)室內(nèi)故障監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的硬件主要有3大部分，即濃度檢測(cè)和顯示模塊、主控模塊和設(shè)置報(bào)警模塊。濃度檢測(cè)模塊主要由半導(dǎo)體氣體傳感器QMN5組成，它是整個(gè)系統(tǒng)中關(guān)鍵的元件；顯示部分由LCD1602組成。主控模塊由單片機(jī)及其相關(guān)軟件組成，由程序?qū)纹瑱C(jī)進(jìn)行控制。設(shè)置報(bào)警模塊主要由鍵盤和報(bào)警器等組成，這個(gè)模塊是對(duì)報(bào)警煤氣濃度進(jìn)行設(shè)置和濃度過(guò)高的時(shí)候進(jìn)行報(bào)警處理。硬件的設(shè)計(jì)需要單片機(jī)、模電及其數(shù)電的相關(guān)知識(shí)。在解決這一問(wèn)題的過(guò)程中，需要查閱大量資料，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，向老師獲取幫助。　　　?。?）軟件任務(wù)它的軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序和中斷處理兩大部分：主程序要完成I/O口，定時(shí)器的初始化及對(duì)中斷輸入的設(shè)定，然后延時(shí)使傳感器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，等待定時(shí)器的中斷；中斷處理程序根據(jù)具體情況需要有相應(yīng)的子程序。要對(duì)程序進(jìn)行多次調(diào)試，分塊編程。對(duì)各個(gè)子程序塊所解決的問(wèn)題要相當(dāng)明確。最后在制作完成硬件電路板后要調(diào)試出設(shè)計(jì)要求的功能。2　系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下功能：系統(tǒng)能巡回檢測(cè)四個(gè)不同位置的煙霧和煤氣濃度，把檢測(cè)到的信號(hào)送單片機(jī)處理，處理過(guò)的數(shù)據(jù)送顯示器顯示和送存儲(chǔ)器保存，在煙霧和煤氣濃度達(dá)到設(shè)置值時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)報(bào)警。 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)擬按以下思路展開(kāi)研究：（1）根據(jù)該設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的基本功能，設(shè)計(jì)大致應(yīng)該分為信號(hào)采集放大，信號(hào)處理控制，系統(tǒng)設(shè)置報(bào)警三個(gè)部分。①信號(hào)采集部分即通過(guò)氣體傳感器檢測(cè)室內(nèi)氣體濃度，將這種變化量轉(zhuǎn)化成電壓模擬量的變化，然后通過(guò)運(yùn)放進(jìn)行必要的放大。②信號(hào)處理部分是將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送入控制器進(jìn)行處理，并將處理過(guò)的信號(hào)送存儲(chǔ)器保存和送顯示器顯示。③系統(tǒng)設(shè)置報(bào)警部分是通過(guò)預(yù)定控制方式并利用蜂鳴器報(bào)警實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確操作。（2）依據(jù)上面所說(shuō)的思路，得到如下一些基本的結(jié)論：①信號(hào)采集部分為了能準(zhǔn)確采集到氣體濃度的變化應(yīng)選用半導(dǎo)體氣體傳感器，為使其有效的檢測(cè)室內(nèi)氣體濃度，采用電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器；而放大部分使用運(yùn)放進(jìn)行比例和反相兩級(jí)放大。②信號(hào)處理部分為了實(shí)現(xiàn)精確控制，采用單片機(jī)較為合適。將模擬信號(hào)送A/D模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)處理后送存儲(chǔ)器保存和送顯示器顯示。③系統(tǒng)設(shè)置報(bào)警部分可以考慮采用44鍵盤設(shè)置初始值和蜂鳴器報(bào)警。根據(jù)對(duì)上面設(shè)計(jì)系統(tǒng)的分析，我們得到該設(shè)計(jì)思想框圖如下圖21所示：信號(hào)采集放大信號(hào)處理控制系統(tǒng)設(shè)置報(bào)警圖21 設(shè)計(jì)思想框圖 設(shè)計(jì)方案 方案一 采用雙傳感器[4]，采用相互補(bǔ)償?shù)姆椒z測(cè)房間氣體濃度，將檢測(cè)的到濃度信號(hào)送入A/D芯片中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用AT89S51單片機(jī)控制聲音報(bào)警以及將氣體傳感器檢測(cè)到的濃度值在顯示器顯示出來(lái)。分析：此設(shè)計(jì)方法雖然解決了傳感器檢測(cè)氣體濃度時(shí)溫度和濕度對(duì)測(cè)量值的影響，但是，在實(shí)際制作的過(guò)程中，需要利用的核心控制芯片必須最少具有4路8位A/D口，氣體和溫度敏感信號(hào)直接由A/D口采集后，進(jìn)行一定的算法修正和軟件補(bǔ)償。由于本課題要求采用四路巡回檢測(cè)，如果采用本方案那么就需要8個(gè)特性相同的半導(dǎo)體氣體傳感器（4個(gè)密封檢測(cè)氣體濃度，另外4個(gè)做補(bǔ)償），為了達(dá)到更好的溫度修正效果，往往需要傳感器廠家的配合，在生產(chǎn)時(shí)對(duì)傳感器進(jìn)行成對(duì)生產(chǎn)，以保證傳感器特性的一致性。并且主控制芯片采用常規(guī)的ADC0809和單片機(jī)并不支持，且制作硬件極其復(fù)雜，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)體積過(guò)大、功耗高、成本太高。單單采用此種方法并不能更好的提高測(cè)量性能，還需要加以軟件補(bǔ)償。由于采用此方案制作硬件極其復(fù)雜，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)體積過(guò)大、功耗高、成本太高，所以不予采納。采用高性能半導(dǎo)體氣體傳感器[5]，采用四路巡回檢測(cè)的方法檢測(cè)房間氣體濃度，將檢測(cè)的到濃度信號(hào)送入A/D芯片中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用AT89S51單片機(jī)控制聲音報(bào)警、鍵盤輸入、存儲(chǔ)器運(yùn)行，并且將氣體傳感器檢測(cè)到的濃度值在LCD顯示器上顯示出來(lái)。分析：選用此方法設(shè)計(jì)電路不僅解決了溫度、濕度的影響，并且簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)電路，降低了成本，采用此種方法設(shè)計(jì)主體電路。具體電路設(shè)計(jì)將在下文中給出。提出本次設(shè)計(jì)采用QMN5型氣體傳感器。現(xiàn)在特將此傳感器簡(jiǎn)單介紹如下：(1) 特點(diǎn)：QMN5型氣體傳感器[6]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。靈敏度較高，穩(wěn)定性較好，響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間短。用它做成的報(bào)警器完全可以達(dá)到UL2034標(biāo)準(zhǔn)，不需溫、濕度補(bǔ)償。(2) 工作條件：工作電壓：5V 177。 靜態(tài)功耗：≤(加熱絲冷態(tài)電阻為50Ω 177。 2Ω)環(huán)境條件：溫度10℃～+50℃,相對(duì)濕度≤95%初期穩(wěn)定時(shí)間：≤15分鐘響應(yīng)時(shí)間：≤10s檢測(cè)煤氣濃度范圍：50～20000ppm(3)對(duì)一氧化碳反應(yīng)的敏感度[7]： 圖22 系列一氧化碳濃度的條件下RL電壓的振蕩曲線高濕高溫對(duì)傳感器的影響：根據(jù)測(cè)試結(jié)果表明，此傳感器可承受96%RH相對(duì)濕度、70℃的環(huán)境條件，但基電平升高。 方案的確定 現(xiàn)今半導(dǎo)體氣體傳感器技術(shù)的不斷提高，使得在應(yīng)用此類傳感器時(shí)不必采用溫度、濕度補(bǔ)償[8]，極大的簡(jiǎn)化了電路和降低了成本。鑒于對(duì)以上三個(gè)方案的對(duì)比分析，方案三最符合設(shè)計(jì)要求，所以我選擇使用方案三來(lái)設(shè)計(jì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主體電路。 系統(tǒng)方案組成本設(shè)計(jì)屬于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。它是單片機(jī)在系統(tǒng)檢測(cè)方面的應(yīng)用，是典型的嵌入式系統(tǒng)。通常將滿足海量高速數(shù)值計(jì)算的計(jì)算機(jī)稱為通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；而把面向工控領(lǐng)域?qū)ο?，嵌入到工控?yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計(jì)算機(jī)稱之為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)一般分為四種:工控機(jī)，通用CPU模塊，嵌入式微機(jī)處理，單片機(jī)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分三個(gè)層次。 (1)單片機(jī)：通常指應(yīng)用系統(tǒng)主處理機(jī)，即所選擇的單片機(jī)器件。(2)單片機(jī)系統(tǒng)[9]：指按照單片機(jī)的技術(shù)要求和嵌入對(duì)象的資源要求而構(gòu)成的基本系統(tǒng),如時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和擴(kuò)展存儲(chǔ)器等與單片機(jī)構(gòu)成了單片機(jī)系統(tǒng)。(