【正文】 實現智能控制。 從廣義上講，傳感器就是能感受外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉換成可用信號的裝置。在單片機應用系統(tǒng)開發(fā)的過程中，應不斷調整軟、硬件，協(xié)調地進行軟、硬件設計，以提高工作效率。而此次的氣體濃度檢測系統(tǒng)正是單片機應用系統(tǒng)中的一種。單片機應用系統(tǒng)由硬件和軟件組成。單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)過程一般包括系統(tǒng)的總體設計、硬件設計、軟件設計和系統(tǒng)調試幾個階段。狹義上講，傳感器就是能將外界信息轉換成電信號的裝置。 本文的一氧化碳報警器就是單片機應用系統(tǒng)的一種典型應用，要求能夠檢測一氧化碳氣體濃度，并且在氣體濃度超過給定值時能采取相關措施。而此時采用單片機來實現一氧化碳報警不僅具有采集控制方便、簡單、靈活等優(yōu)點，而且可以大幅度提高采集點的技術指標，從而大大提高系統(tǒng)的可利用性。 1 緒 論 課題背景 隨著國家經濟的提高，現代化、智能化的多功能建筑越來越多，對建筑的防火安全設計要求也愈來愈高。 2021年黨中央國務院提出“西部大開發(fā)”的重大戰(zhàn)略部署，特別是 2021年“西氣東輸”第一期工程正式開工，這無疑為發(fā)展西部地區(qū)的燃氣產業(yè)帶來歷史性的機遇。為了使燃氣更好地造福于民，造福于社會，減少并杜絕各種因燃氣泄漏而引發(fā)的爆炸及火災事故，各燃氣使用單位及居民用戶選擇一種適合的燃氣報警器實為必要之舉。 日本早在 1980 年 1 月開始實行安裝城市煤氣、液化石油氣報警器的法規(guī)， 1986年 5 月日本通產省又實施了安全器具普及促進基本方針。當碳物質燃燒不完全時，可產生 CO，如人體短時間內吸入較高濃度的 CO，或濃度雖低，但吸時間較長，均可造成急性中毒。 一氧化碳報警器的概述 首先我們應對國家標準規(guī)定的燃氣報警器的種類有所了解。有的報警器在報警時可自動關閉燃氣閥門，以防燃氣繼續(xù)泄漏。 選擇一款優(yōu)質的燃氣報警器，首先要選擇質量過關的傳感器。這就要求了一氧化碳傳感器性能必須符合這個條件，高精度 的傳感器是系統(tǒng)的靈魂。因此，本次設計所面對的是廣大居民，其優(yōu)點在于： （ 1）成本低廉并能對 一氧化碳 準確報警。 系統(tǒng)設計 主要任務 本文利用單片機電路制作程控一氧化碳報警器。濃度檢測模塊主要由燃氣傳感器組成，它是整個系統(tǒng)中最關鍵的元件。在解決這一問題的過程中，需要查閱大量資料，結合所學知識，向老師獲取幫助。最后在制 作完成硬件電路板后要調試出設計要求的功能。它包括對各種元器件的功能和接法的了解，以及對各種元器件的選擇和設計方案的選擇。 （ 2） 在非正常工作狀態(tài)下 ， 當室內一氧化碳的濃度達到 100ppm 時系統(tǒng)應啟動音樂報警 ， 若 2min 報警無效 ， 系統(tǒng)應啟動排風扇進行通風排氣、關 閉電磁閥切斷氣源。 ② 信號處理部分是將接收部分得到的電壓或電流等變化進行必要的放大，為后一部分信號控制提供準備。 ② 信號處理部分應該根據實際情況選用 電荷放大 ，或 比較器 等裝置，這部分電路將包含在傳感器接口電路中。 根據對上面設計系統(tǒng)的分析，我們得到該設計思想框圖如下圖 所示： 圖 設計思想框圖 將上述設計思想結合設計要求總結為：程控一氧化碳報警器采用三路巡回檢測的方法，通過高溫一氧化碳氣體傳感器檢測房間氣體濃度，檢測結果經過高精度運放器放大后送入 ADC0809 模 /數芯片中進行模 — 數轉換；利用單片機進行控制，控制聲音報警以及控制 電磁閥和排風扇，并且將氣體傳感器檢測到的濃度值在 LED 數碼顯示管上顯示出來。采用單個傳感器檢測房間氣體濃度是不合適的。 靜態(tài)特性通常反映在靈敏度上。動態(tài)特性的輸入與輸出關系不是一個常數，而是時間的函數，隨時間的變化而變化，因此常用 傳遞函數 表征。 氣體傳感器特性總是會受到環(huán)境溫度、濕度的影響而變化，氣體報警器要能夠有效實現對環(huán)境氣氛的監(jiān)控，有效避免誤報、漏報，提高測量的準確性，必須對氣體傳感器進行有效的溫、濕度補償和修正。所謂硬件補償是指直接使用溫度傳感器在電路中對氣體傳感器進行補償，這種方式雖然簡單，但只有在溫0limx y dyS x dx?? ???? 度傳感器和氣體傳感器的溫度特性一致時，才能很好地補償；很難實現寬范圍的氣體傳感器和溫度傳感器的特性匹配。這樣的補償方式，不僅能較好地擬合氣體傳感器的靜態(tài)溫度特性，而且對傳感器的動態(tài)溫度響應也能同步實現補償 [12]。 由于此次課題要求采用三路巡回檢測，如果采用本方案那么就需要 6 個特性相同的一氧化碳氣體傳感器（ 3個密封檢測氣體濃度，另外 3 個做補償）， 為了達到更好的溫度修正效果，往往需要傳感器廠家的配合，在生產時對傳感器進行成對生產，以保證傳感器特性的一致性?，F今傳感器技術的飛速發(fā)展，設計出了性能更佳，使用范圍更廣的氣體傳感器。用它做成的報警器完全可以達到UL2034 標準，不需溫、濕度補償。 方案三： 采用 TP2 型傳感器，采用三路巡回檢測的方法檢測房間氣體濃度，將檢測的到濃度結果通過運算放大器放大后送入 模 /數芯片中進行模 — 數轉換，利用 MCS－ 51單片機控制聲音報警以及控制 電磁閥和排風扇，并且將氣體傳感器檢測到的濃度值在LED 數碼顯示管上 顯示出來。鑒于對以上三個方案的對比分析，方案三最符合設計要求，所以我選擇使用方案三來設計本次畢業(yè)設計的主體電路。嵌入式系統(tǒng)一般分為四種 :工控機，通用 CPU 模塊，嵌入式微機處理，單片機。 (3)能在工業(yè)現場環(huán)境中可靠運行的品質。單片機是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設計的單芯片形態(tài)應用系統(tǒng)，能滿足面對控制對象、應用系統(tǒng)的嵌入、現場的可靠運行及非凡的控制品質等要求，是發(fā)展最快、品種最多、數量最大的嵌入式系統(tǒng)。 (3)單片機應用系統(tǒng)：指能滿足嵌入對象要求的全部電路系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，檢測信號進入單片機進行運 算處理，控制外圍電路。為了保證整個系統(tǒng)可靠的運行，設計中必須明確三大部分的實際聯(lián)系：以單片機為中心，其他各大模塊一一展開。 系統(tǒng)各個模塊功能說明 （ 1） 氣體濃度檢測模塊 程控一氧化碳報警器采用三路巡回檢測的方法，可以檢測三個不同的房間也可以用來檢測同一個房間三個不同的方位。 內帶 4K字節(jié)的內存和程序保護系統(tǒng) ， 便 于程序的調試修改和保密 ， 各管腳的功能將在隨后的知識中加以介紹。 （ 3）報警及事故處理模塊 此模塊主要由蜂鳴器、電磁閥和排氣扇組成。 至此，本系統(tǒng)三大模塊功能和設計思路已經確立，下文將介紹整個系統(tǒng)的詳細設計過程，并且給出設計電路。在下文中將詳細介紹串口通信技術。當然，在硬件電路里一些芯片是必不可少的，軟件設計也需要對芯片進行編程序。本設計應用到的基本的硬件和軟件知識將在本節(jié)里作簡單的介紹。利用單片機實現綜合控制。 主控電路原理 主控電路中，以單片機為主體，通過分析 A/D 轉換得到的數字值，控制事故處理模塊的運行。 8051 的封裝管腳如圖 所示 [2]。 32條 I／ O線，輸出輸入能力強。 。 定時和控制部件用于產生指令執(zhí)行的同步信號及微操作信號。作輸出時數據可以鎖??；作輸入時數據可以緩沖。 P1 是一個純 I／ O口，它只用于數據的輸入輸出。 C～ 十 1500℃。按鈕復位又分為按鈕電平復位和按鈕脈沖復位。 下面介紹設計中如何使用 ADC0809 的功能。逐次比較型 ADC，在轉換速度上同雙積分型相比要快得多。 要選擇適當的 ADC，要看其使用目的。片內有 8路模擬開關 ，可控制選擇 8個模擬量中的一個。 1/2 LSB 和177。 ⑤ 輸出有三態(tài)緩沖器控制。 （ 1） ADC 0809 功能方框圖 模擬輸入部分有 8 路多路開關，可由三位地址輸入 ADDA、 ADDB、 ADDC 的不同組合來選擇（這三條地址輸入信號可鎖存）。 其中， START 為啟動命令，高電平有效。當在此輸入端供給一個有效信號時，打開輸出三態(tài)緩沖器，把轉換后的結果輸至數據總線。一次A/D 轉換的過程就完成了。 此次設計是單片機應用的一個最小系統(tǒng)。在寫入程序時，應用單片機的, 以及 RESET 四個端口。下面對 USB 供電做簡單介紹。 在過去由于商用機型很少使用 USB 設備，因此對于 USB供電模式并沒有嚴格的要求，隨著 USB 設備的大量出現，不得不考慮這個問題。但是目前 USB設備生產廠家混雜，很多廠家 生產的設備超出了 USB SPEC的要求同時為了 COSTDOWN 沒有使用外置電源。左右權衡之后，使用 5VSB 為 USB供電。 圖 USB 供電示意圖 傳感器的選擇及電路 傳感器概述 (1)傳感器的定義 人們通常將能把非電量轉換為電量的器件稱為傳感器 ，傳感器實質是一種功能塊，其作用是將來自外界的各種信號轉換成電信號：它是實現測試與自動控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。這樣可以對系統(tǒng)或裝置進行正常運行與安全管理。例如，磁盤與光盤的信息讀出磁頭就是一種傳感器。通?？捎梅綁K圖來表示，如下圖 所示： 圖 傳感器的組成 敏感元件 —— 直接感受被測量 (一般為非電量 )，并輸出與被測量成確定關系的其它量 (也可以包括電量 )的元件。 測量電路 —— 能把傳感元件輸出的電信號 轉換為便于顯示、記錄、控制和處理的有用電傳號的電路。 (4)傳感器的分類 傳感器的分類見 表 所示： 傳感器設計要點 根據以上對傳感器相關知識的介紹，我們可以明確傳感器是測量、控制系統(tǒng)的入口，必須具備良好的性能。 (5)時間老化特性優(yōu)良，抗腐蝕性強。 (9)由于傳感元件的輸出信號一般比較小，為了便于能夠驅動控制電路，在傳感器 電路中還應該包括放大器。這樣不僅簡化了電路，而且還降低了成本，實為良好的選擇。單個傳感器電路在上文中已經介紹到了，傳感器與 ADC0809的連接電路圖如圖 。 光電耦合器概述 光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電 — 光 — 電轉換器件。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、 光電達林頓型、集成電路型等。當 IF0 時，在一定的 IF 作用下，所對應的 IC 基本上與 VCE無關。在傳輸脈沖信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間，不同結構的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。不至于回饋、影響另一端的電路。輸出部分的地線接機殼或大地， MCS8051系統(tǒng)的電源地線浮 空、不與交流電源的地線相接，這樣可以避免輸出部分電源變化對單片機電源的影響，減小系統(tǒng)所受的干擾，提高系統(tǒng)可靠性。這種顯示方式雖然簡便，電路也最簡單，但顯示的位數很少（最多四位）。 LED 數碼管結構簡單，價格便宜。 LED 顯示器是單片機應用系 統(tǒng)中常用的廉價輸出設備。 7段 LED 的段碼如下表 所示： 表 7 段 LED 的段碼 顯示字符 共陰極段碼 共陽極段碼 顯示字符 共陰極段碼 共陽極段碼 0 3FH C0H c 39H C6H 1 06H F9H d 5EH A1H 2 5BH A4H E 79H 86H 3 4FH B0H F 71H 8EH 4 66H 99H P 73H 8CH 5 6DH 92H U 3EH C1H 6 7DH 82H T 31H CCEH 7 07H F8H y 6EH 91H 8 7FH 80H H 76H 89H 9 6FH 90H L 38H C7H A 7