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單片機燃氣報警器研究畢業(yè)論文-wenkub

2023-07-12 13:59:31 本頁面
 

【正文】 模塊 10 10 144 硬件電路設計與分析 15 系統(tǒng)電源的設計 15 三端固定式集成穩(wěn)壓器 15 +5V電源電路的設計 16 信號采集放大電路的設計 17 17 信號采集放大電路的設計 18 A/D轉換電路的設計 19 ADC0809[6]的介紹 19 電路具體設計方法 21 存儲器電路的設計 22 顯示器電路的設計 23 23 電路設計方法 23 報警器電路的設計 24 鍵盤電路的設計 23 鍵盤的工作原理 22 鍵盤的識別方法 22 鍵盤的工作方式 22 串口通信電路的設計 23 RS232標準 24 接口信號[1] 245 軟件設計 25 單片機編程[2] 25 程序框圖和主要程序 246 實驗調試 25 硬件調試 25 軟件調試 25 調試結果 27 小結................................................................ 27參考文獻 29結 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。CO主要來自取暖燃料,CO對人體的損害主要表現(xiàn)在損害血液輸送氧氣的能力,CO與血紅蛋白結合能力超過氧和血紅蛋白的結合能力的200300倍,當CO與血紅蛋白結合形成的碳氧血紅蛋白含量達到5%時,就會對人體產生慢性損害,達到60%時就會昏迷,達到90%就會死亡。燃氣報警器可分為可燃氣體檢漏儀(簡稱“檢漏儀” ),可燃氣體報警控制器(簡稱“控制器” )、可燃氣體探測器(簡稱“探測器” )、家用可燃氣體報警器(簡稱“報警器” )四大系列產品。經過電子線路處理變成濃度成比例變化的電壓信號,由線性電路加以補償,使信號線性化,經微機處理、邏輯分析,輸出各種控制信號,即當燃氣濃度達到報警設定值時,燃氣報警器發(fā)出聲光報警信號并可顯示燃氣濃度或啟動外部聯(lián)運設備(如排風扇、電磁閥)。 系統(tǒng)設計內容 本文利用單片機電路制作室內故障監(jiān)測報警系統(tǒng)。濃度檢測模塊主要由半導體氣體傳感器QMN5組成,它是整個系統(tǒng)中關鍵的元件;顯示部分由LCD1602組成。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。②信號處理部分是將采集到的模擬信號轉換成數(shù)字信號,送入控制器進行處理,并將處理過的信號送存儲器保存和送顯示器顯示。將模擬信號送A/D模塊進行模數(shù)轉換,經過處理后送存儲器保存和送顯示器顯示。由于本課題要求采用四路巡回檢測,如果采用本方案那么就需要8個特性相同的半導體氣體傳感器(4個密封檢測氣體濃度,另外4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。采用高性能半導體氣體傳感器[5],采用四路巡回檢測的方法檢測房間氣體濃度,將檢測的到濃度信號送入A/D芯片中進行模數(shù)轉換,利用AT89S51單片機控制聲音報警、鍵盤輸入、存儲器運行,并且將氣體傳感器檢測到的濃度值在LCD顯示器上顯示出來?,F(xiàn)在特將此傳感器簡單介紹如下:(1) 特點:QMN5型氣體傳感器[6]是以金屬氧化物SnO2為主體材料的N型半導體氣敏元件,當元件接觸還原性氣體時,其電導率隨氣體濃度的增加而迅速升高。 靜態(tài)功耗:≤(加熱絲冷態(tài)電阻為50Ω 177。 系統(tǒng)方案組成本設計屬于單片機應用系統(tǒng)。單片機應用系統(tǒng)的結構分三個層次。在單片機系統(tǒng)的基礎上加上面向對象的接口電路,如前向通道、后向通道、人機交互通道(鍵盤、顯小器、打印機等)和串行通信口(RS232)以及應用程序等。自從1962年半導體金屬氧化物氣體傳感器問世以來,由于具有靈敏度高、響應快等優(yōu)點,得到了廣泛的應用,目前已成為世界上產量最大、使用最廣的傳感器之一。(2)外接晶振引腳XTAL1(19腳),XTAL2(18腳)XTAL1:在單片機內部,它是一反相放大器輸入端,這個放大器構成了片內振蕩器。圖31 AT89S51引腳功能圖(3)輸入/輸出引腳P0,P1,P2,P3:~(39~32腳):PO是一個8位漏極開路型雙向I/O端口。在EPROM編程和驗證程序時,它輸入低8位地址?!?10~17腳):P3是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。當訪問外部存儲器時,ALE 信號負跳變來觸發(fā)外部的8 位鎖存器 (如74LS373),將端口P0 的地址總線(A0A7)鎖存進入鎖存器中。因此在8031 中,EA 引腳必須接低電位,因為其內部無程序存儲器空間。在訪問外部程序存儲器讀取指令碼時,每個機器周期產生二次PSEN 信號。復位信號是高電平有效,高電平的持續(xù)時間應該在24個時鐘周期以上,若時鐘頻率為6MHz,則復位信號至少應持續(xù)4us以上,才可以使單片機可靠復位。復位電路可以參考圖32:圖32 單片機復位電路2)程序執(zhí)行方式 程序執(zhí)行方式是單片機的基本工作方式。但真正的程序一般不可能從0000H開始存放,因此,需要在0000H單元開始存放一條轉移指令,從而使程序跳轉到真正的程序入口地址。通過編程規(guī)定INT0信號是低電平有效,因此不來脈沖時總是處于響應中斷的狀態(tài)。此模塊主要由鍵盤、報警器[11]組成(相關的電路設計下一章將會有詳細的介紹)。硬件知識用來設計硬件電路,以實現(xiàn)信號的采集、放大、轉換和顯示等功能。電路的設計都在建立在理論的基礎上。下面簡單介紹本設計使用到的電源器件:三端固定式集成穩(wěn)壓器。C1,C2一般選用滌綸電容,容量為 μ F 或者幾個μ F。如上圖所示,三端穩(wěn)壓器的三端是輸入端Vi、輸出端VO和公共端COM,使用公共端通常接地。當平滑電容距離穩(wěn)壓器很近時,可以省掉陶瓷電容。電路圖如圖42所示:本電路工作時,先將插頭接到220V市電上,由開關接通電源,此時,紅色發(fā)光二極管工作顯示電源接通狀態(tài)。(3)加熱特性半導體氣敏元件需要在加熱狀態(tài)下工作,加熱溫度影響器件的性能,加熱功率變化,元件電阻及靈敏度也相應的有所變化,所以傳感器的工作電源應使用穩(wěn)壓電源。 信號采集放大電路的設計根據QMN5的性能參數(shù)以及以上所述參數(shù),可知將信號采集放大的關鍵是將QMN5的可變阻值轉變?yōu)殡妷狠敵?。?)具有轉換起、??刂贫恕.斔鼮楦唠娖綍r,地址信號進入地址鎖存器中(3)CLOCK(10腳):外部時鐘輸入端。有效信號為一正脈沖。當A/D轉換結束后,EOC立即輸出一個(正)階躍信號,可用來作為A/D轉換結束的查詢信號或中斷的請求信號。D0為最低有效位(LSB),D7為最高有效位(MSB)。(9)Vcc(11腳)、GND(13腳):電源電壓輸入端。下降沿啟動 A/D轉換,之后EOC輸出信號變低,指示轉換正在進行。ADDC接地, 分別控制ADDB和ADDA選擇通道IN0~IN3。該器件使用簡單,操作方便,采用5V單電源供電,能同時支持字節(jié)寫和頁寫等多種操作方式,讀寫速度快。I/O0~I/O7作為8位數(shù)據線,是輸入/輸出數(shù)據的通道。 顯示電路設計LCD1602的數(shù)據口與單片機通過P1口連接,使能端E、VO通過接一個10K的電位器來控制液晶屏幕的亮度。系統(tǒng)報警器電路圖如下圖410所示:圖410 系統(tǒng)報警器電路圖 鍵盤電路的設計矩陣式鍵盤適用于按鍵較多的場合,它由行線和列線組成,按鍵位于行,列的交叉點上。 鍵盤的工作原理按鍵設置在行、列交點上,行、列線分別連接到按鍵開關的兩端。這一點是識別矩陣鍵盤按鍵是否按下的關鍵所在。分述如下:識別鍵盤有無鍵被按下的方法是:讓所有的列線均置0電平,檢查各行線的變化,則說明有鍵按下,則說明有鍵按下,如果沒有變化,則說明無鍵按下。對于矩陣式鍵盤,按鍵的位置由行號和列號唯一確定,所以分別對行號和列號進行二進制編碼,然后將兩值合成一個字節(jié),高4位式行號,低4位是列號將是非常直觀的。鍵盤的工作方式的選取應根據實際應用系統(tǒng)中CPU工作的忙、閑情況而定。而在執(zhí)行鍵入命令或是處理鍵入數(shù)據過程中,CPU將不再響應鍵入要求,直到CPU返回重新掃描鍵盤為止。其間CPU不能作其他的任何工作,如果CPU工作量較大的時候,這種方式就不是很實用。本設計中的鍵盤的上拉電阻均為10K,電壓為+5v。但都是在RS232標準的基礎上經過改進而形成的。這個標準對串行通信接口的有關問題,如信號線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。目前在IBM PC機上的COMCOM2接口,就是RS232C接口。實現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件,也可用集成電路芯片。DB25連接器定義了25根信號線,分為4組:異步通信的9個電壓信號(含信號地SG)2,3,4,5,6,7,8,20,22;20mA電流環(huán)信號 9個(12,13,14,15,16,17,19,23,24);空6個(9,10,11,18,21,25);保護地(PE)1個,作為設備接地端(1腳)。圖412 MAX232內部結構 、連線示意圖電纜長度:在通信速率低于20kb/s時,RS232C所直接連接的最大物理距離為15m(50英尺)。 接口信號RS232C規(guī)定標準接口有25條線,4條數(shù)據線、11條控制線、3條定時線、7條備用和未定義線,常用的只有9根,它們是:①聯(lián)絡控制信號線:數(shù)據裝置準備好(Data set readyDSR)——有效時(ON)狀態(tài),表明MODEM處于可以使用的狀態(tài)。請求發(fā)送(Request to sendRTS)——用來表示DTE請求DCE發(fā)送數(shù)據,即當終端要發(fā)送數(shù)據時,使該信號有效(ON狀態(tài)),向MODEM請求發(fā)送。這對RTS/CTS請求應答聯(lián)絡信號是用于半雙工MODEM系統(tǒng)中發(fā)送方式和接收方式之間的切換。當本地的MODEM收到由通信鏈路另一端(遠地)的MODEM送來的載波信號時,使RLSD信號有效,通知終端準備接收,并且由MODEM將接收下來的載波信號解調成數(shù)字量數(shù)據后,沿接收數(shù)據線RxD送到終端。接收數(shù)據(Received dataRxD)——通過RxD線終端接收從MODEM發(fā)來的串行數(shù)據,(DCE→DTE)。 程序框圖和主要程序主程序(1)按照以上的軟件程序設計[17]思想,可以畫出程序的流程圖并根據流程圖寫出相應的程序。具體的調試方法是使用數(shù)字萬用表,把旋鈕開關旋到電阻檔,紅黑表筆分別去測同一根銅線的電阻,如果線
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