【正文】 nic technology knowledge, designed a set of toxic gas detection circuit, and can be in excess of poisonous gases can instant smoke eduction harmful gas, can make people39。故此，本人聯(lián)系實(shí)際和運(yùn)用所學(xué)的電子技術(shù)知識(shí)，設(shè)計(jì)出一套有毒氣體的檢測(cè)電路，并且可以在有毒氣體超標(biāo)時(shí)能即時(shí)抽排出有害氣體，就可以使人們的生命健康有一個(gè)保障同時(shí)也鍛煉了自己的實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)了科學(xué)實(shí)踐的興趣，提升自己的專業(yè)知識(shí)面。 當(dāng)檢測(cè)到有毒氣體意外排時(shí)，發(fā)出警笛報(bào)警聲和燈光間歇閃爍的光報(bào)警提示，當(dāng)有毒氣體濃度超標(biāo)時(shí)能自行啟動(dòng)抽排系統(tǒng)，排出有毒氣體，更換空氣以保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。s life and health have a security also tempered their practical ability, training scientific practice interest, improve their professional knowledge. When detect toxic gas accident row, sirens sound and light alarm sent the intermittent flashing light alarm prompt, when toxic gases when chroma supplypassagedischarge system can begin to start smoking, ejecting toxic gases, replace the life of people in order to ensure the air property security. After the smoke exhaust system, automatic back to realtime detection of state. Key word: gas monitoring, microcontroller, automatic control 3 1 緒 論 近 年來隨著人民生活水平的提高，管道 毒氣 和罐裝 毒氣 已深入到尋常百姓家。燃?xì)庑孤﹫?bào)警器通過氣體傳感器探測(cè)周圍環(huán)境中的低濃度可燃?xì)怏w，通過采樣電路，將探測(cè)信號(hào)用模擬量或數(shù)字量傳遞給控制器或控制電路，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度超過控制器或控制電路中設(shè)定的值時(shí)，控制器通過執(zhí)行器或執(zhí)行電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)或執(zhí)行關(guān)閉燃?xì)忾y門等動(dòng)作。 按檢測(cè)氣體可分為：可燃?xì)怏w報(bào)警器，有毒氣體報(bào)警器和復(fù)合式氣體報(bào)警器，氣體報(bào)警器使用不同傳感器檢測(cè)不同氣體，復(fù)合式氣體報(bào)警器可同時(shí)檢測(cè)可燃和有毒氣體。民用報(bào)警器通常是獨(dú)立的在住宅中使用的燃?xì)鈭?bào)警器，功能較簡(jiǎn)單；商用報(bào)警器主要使用燃?xì)獾倪\(yùn)輸、儲(chǔ)存場(chǎng)所、使用燃?xì)夂涂赡苡腥細(xì)庑孤┑牡墓S和公共場(chǎng)所。探測(cè)器將傳感器檢測(cè)到的氣體濃度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過線纜傳輸?shù)娇刂破?，氣體濃度越高，電信號(hào)越強(qiáng)，當(dāng)氣體濃度達(dá)到或超過報(bào)警控制器設(shè)置的報(bào)警點(diǎn)時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并可啟動(dòng)電磁閥、排氣扇等外聯(lián)設(shè)備，自動(dòng)排除隱患。這是一個(gè)獨(dú)特的電阻，當(dāng)“聞”到燃?xì)鈺r(shí)，傳感器電阻隨燃?xì)鉂舛榷兓?，燃?xì)膺_(dá)到一定濃度，電阻達(dá)到一定水平時(shí)，傳感器就可以發(fā)出聲光報(bào)警。當(dāng)有害氣體達(dá)到一定濃度時(shí)， QM— N5 檢測(cè)到有毒氣體，元件兩極電阻變的很小，此時(shí)電壓比較器 U3:B有輸出，使得 555 芯片組成的多諧電路產(chǎn)生方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路工作，使發(fā)光二極管間歇發(fā)光，蜂鳴器間斷發(fā)出聲音；當(dāng)有毒氣體濃度繼續(xù)升高到超標(biāo)時(shí)，電壓比較器 U3:A 有輸出，驅(qū)動(dòng)排 氣系統(tǒng)工作。當(dāng)氣體濃度大于 C2,氣敏電阻阻值進(jìn)一步減小，從而是 U3:A 輸出從 變到 +5v 使 Q1 為飽和導(dǎo)通狀態(tài)，電機(jī)工作，開始進(jìn)行排氣。在這里 我們選用 ATMEL 公司生產(chǎn)的 8 位單片機(jī) AT89S51，該 種單 片機(jī) 與以往所采用的AT89C51 相比新增加了很多功能，性能有了較大提升 ，片內(nèi) 4K的 FLASH 存儲(chǔ)空間也能滿足我們?cè)O(shè)計(jì)的要求， 價(jià)格較之 AT89C51 基本不變甚至更低。 毒氣 濃度顯示部分 采用四位的 LED 數(shù)碼管 顯示， 在這里 我們采用動(dòng)態(tài)掃描方法來顯示各種參數(shù)。若氣體接觸到加熱的金屬，氧化物電阻值就會(huì)增大或者減少，其靈敏度高，構(gòu)造電路簡(jiǎn)單，但輸出與氣體濃度不成比例。 （ 4）其他類型 包括光干涉式、熱傳導(dǎo)方式、紅外線吸收式。 （ 6） 溫度特性。氣敏元件的特性隨環(huán)境會(huì)死度的不同而發(fā)生變化的特性成為濕 8 度特性。因?yàn)?，即使是測(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大?。槐粶y(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的引出方法，有線或是非接觸測(cè)量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口，還是自行研制 ，價(jià)格能否承受 。但要注意的是，傳感器的靈敏度 高，與被測(cè)量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測(cè)量精度。區(qū)間漂移是指?jìng)鞲衅鬟B續(xù)置于目標(biāo)氣體中的輸出響應(yīng)變化，表現(xiàn)為傳感器 9 輸出信號(hào)在工作時(shí)間內(nèi)的降低。在選擇傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查 ，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。 這種類型的氣敏傳感器 具有成本低廉、制造簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長、對(duì)濕度敏感低和電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 89S51 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加 以 說明： 圖 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 中央處理器 (CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是 8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 (I/O)口： 89S51 共有 4組 8位 I/O 口 (P0、 P P2或 P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。 （ 2） XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和微調(diào)電容的另一端。反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2，分別是 80C51 的 19 腳和 18 腳。調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)震蕩周期 fosc的目的。 （ 4） EA/Vpp：片外 ROM 允許訪問端 /編程電源端。 RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù) 24 個(gè)震蕩周期（即兩個(gè)機(jī)器周期）以上。只要電源 VCC的上電時(shí)間不超過 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng) 的復(fù)位初始化。 復(fù)位電路雖然簡(jiǎn)單，但其作用非常重要。 離子室的輸出電平加到檢測(cè)報(bào)警器負(fù)端；比較器正端為 13 腳經(jīng)內(nèi)部電阻分 16 壓得到的比較器門限電壓。封裝好 的 氣敏 元件 有 6只針狀管腳， 其中 4個(gè) 用于 信號(hào)取 出， 2 個(gè) 用于 提供加熱電流設(shè)計(jì) 中 MQ5 的 接線如圖 35 所示， 在實(shí)際的測(cè)量中，可以按照其等效電路 來 計(jì)算相應(yīng) 的 校 正 數(shù)值，其 中 Ro表示 的是 測(cè)量氣體 在 腔體 內(nèi) 的 等效電阻，RL 是外接負(fù)載 電阻， 用 來 調(diào)整輸出 的 模擬量電壓范圍，具體數(shù)值 應(yīng)根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換器 的 輸 17 入范圍 來 確定， 在 TLC1543 的 輸入范圍 是 0～ 5V， 這樣 RL 可 調(diào)整至該范圍，保證測(cè)量 得量程足 夠 用 [7]。式中 , $UA、 $UB 為外界入射光引起的 U 兩輸入端的電壓變化。 P1= 1 時(shí) (018 秒 ) ,Q 1 關(guān)斷 ,L L 2 不發(fā)射 , 傳感器進(jìn)行自檢。 P1P2檢測(cè)自檢 自檢檢測(cè) 檢測(cè)自檢檢測(cè)正常情況有毒氣超標(biāo)P2P2傳感器故障 18 圖 毒氣 傳感器工作時(shí)序圖 氣體檢測(cè)報(bào)警過程 ： 氣敏傳感器是一種把氣體（多數(shù)為空氣）中的有毒成分檢測(cè)出來，并將它轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾娦盘?hào)的器件，如果以人們的感覺器官在作比喻，那么氣敏傳感器相當(dāng)于人的鼻子（嗅覺）。 目前，正在積極開發(fā)的有金屬 /半導(dǎo)體結(jié)型二極管和金屬柵的 MOS 場(chǎng)效應(yīng)晶體管的敏感元件，主要利用它們與氣體接觸后整流特性以及晶體管作用的變化，制成對(duì)表面單位有直接測(cè)定的傳感器。當(dāng)單片機(jī)從毒氣檢測(cè)單元讀取不到脈沖信號(hào)或脈沖信號(hào)不在正常范圍內(nèi)時(shí)，說明毒氣檢測(cè)單元出現(xiàn)故障，這時(shí)單片機(jī)將控制語音合成單元播放毒氣單元故障信息，以提醒及時(shí)處理。 MQN5 為氣敏傳感器，它有四個(gè)引出電極：加熱電極 HH1，輸出電極為AB。如 圖 33所示：傳感器的 A端接穩(wěn)壓管 D3的陰極。雙向可控硅有四種觸發(fā)狀態(tài)：當(dāng) G 和 T2 相對(duì)于 T1 的電壓為正時(shí)，電流方向?yàn)?T2 到 T1；當(dāng) G 和 T1 相對(duì)于 T2 的電壓為負(fù)時(shí)，電流方向?yàn)門2 到 T1；當(dāng) G 和 T1 相對(duì)于 T2 的電壓為正時(shí)，電流方向?yàn)?T1 到 T2；當(dāng) G 和T1 相對(duì)于 T2 的電壓為負(fù)時(shí)，電流方向?yàn)?T1 到 T2。 220V 交流電源經(jīng)過降壓濾波穩(wěn)壓后，對(duì)傳感器 HH1 端進(jìn)行加熱。這次實(shí)驗(yàn)我們解決的就是如何對(duì)家庭中的非法入侵進(jìn)行報(bào)警，以保證人身財(cái)產(chǎn)安全，感覺還是很有實(shí)際用途的。在本個(gè)實(shí)驗(yàn)中，比如雙向可控硅是以前沒碰到過的，雖然這只是個(gè)簡(jiǎn)單的元件，但重要的是培養(yǎng)了我們?cè)谶@個(gè)方面 的能力。tjA shfP39。 QA9wkxFyeQ^! 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