【正文】 國 內(nèi) 外 現(xiàn)狀????????????????? 3 本課題主要完成的任務(wù)??????????????? ??????? 3 第 2 章 可 燃 性 氣 體 報(bào) 警 控 制 器 的 方 案 設(shè)計(jì)???????????????? 4 氣 體 傳 感 器 的 選型???????????????????????? 4 氣 體 傳 感 器 的 種類??????????????????????? 4 TGS813 氣 體 傳 感器??????????????????????? 5 TGS813 氣 體 傳 感 器 的 一 般 特點(diǎn)?????????????????? 6 可 燃 性 氣 體 報(bào) 警 控 制 器 的 整 體 設(shè)計(jì)????????????????? 7 可 燃 性 氣 體 報(bào) 警 控 制 器 的 結(jié)構(gòu)?????????????????? 7 可 燃 性 氣 體 報(bào) 警 控 制 器 主 要 技 術(shù) 指標(biāo)??????????????? 7 第 3 章 可 燃 性 氣 體 報(bào) 警 控 制 器 的 硬 件 設(shè)計(jì)??????????????? 8 AT89S52 系 列 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 特點(diǎn)????????????????? 8 可 燃 性 氣 體 報(bào) 警 控 制 器 的 電 路 設(shè)計(jì)????????????????? 9 前 置 放 大 電路????????????????????????? 9 A/D 轉(zhuǎn)換電路?????????????????????? ??? 10 AT89S52 單片機(jī)接口電路???????????????????? 11 聲 音 報(bào) 警 電路????????????????????????? 12 顯示電路??????????????????????????? 12 中斷電路??????????????????????????? 13 第 4 章 可 燃 性 氣 體 報(bào) 警 器 的 軟 件 設(shè)計(jì)????????????????? 15 AT89S52 單 片 機(jī) 調(diào) 試 及 開 發(fā) 工具?????????????????? 15 可燃性氣體 報(bào) 警 控 制 器 軟 件 流 程 及 設(shè)計(jì)??????????????? 15 主程序流程圖及設(shè)計(jì)?????????????????????? 15 T0 中 斷 子 程序????????????????????????? 16 線 性 化 處 理 子 程 序 設(shè)計(jì)????????????????????? 17 十 六 進(jìn) 制 轉(zhuǎn) 化 十 進(jìn) 制 子 程 序 設(shè)計(jì)????????????????? 19 顯 示 子 程 序 設(shè)計(jì)???????????????????????? 20 鍵 掃 描 子 程 序 設(shè)計(jì)??????????? ???????????? 22 結(jié)論與展望???????????????????????????? 23 致 謝??????????????????????????? 24 參考文獻(xiàn)????????????????????????????? 25 附錄 A:硬件電路總圖???????????????????????26 附錄 B:外文文獻(xiàn)及譯文??????????????????????27 附錄 C:主要參考文獻(xiàn)及摘要????????????????????31 附錄 D:程序清單???????????????????? ?????33 第 1 章 緒論 課題研究的目的和意義及來源 課題研究的目的和意義 隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展 ,易燃、易爆、有毒氣體的種類和應(yīng)用范圍都有所增加。國內(nèi)外均有不少這方面的報(bào)道 ,其教訓(xùn)是非常深刻的。但現(xiàn)在國內(nèi)使用的報(bào)警控制器 ,許多產(chǎn)品使用時(shí)間過長 ,產(chǎn)品老化嚴(yán)重 ,技術(shù)指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn) ,報(bào)警器的性能也不穩(wěn)定。在 2021 年 10 月國家頒布《可燃?xì)怏w檢測報(bào)警器規(guī)程 JJG6932021 》。 而傳統(tǒng)的模擬型可燃性氣體報(bào)警控制器 ,對(duì)于氣體傳感器的特性 補(bǔ)償、修正 ,采用匹配補(bǔ)償傳感器的硬件調(diào)整方式 。STC89C52 芯片具有功能強(qiáng)大 ,性價(jià)比高等一系列優(yōu)點(diǎn) ,適合產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)。 可燃性氣體報(bào)警控制器國內(nèi)外現(xiàn)狀 可燃性氣體報(bào)警控制器在國外己經(jīng)發(fā)展成為一種相當(dāng)成熟的產(chǎn)品。其中FIGARO、理研都是專門研制、生產(chǎn)可燃性氣體報(bào)警控制器的廠家 ,他們生產(chǎn)的產(chǎn)品以采用最先進(jìn)的氣敏傳感器、響應(yīng)速度快、性能可靠、壽命長而著稱。 工業(yè)可燃性氣體報(bào)警控制器一般分為可燃性氣體檢漏儀簡稱“檢漏儀”、可燃性氣體報(bào)警控制器簡稱“控制器”、可燃性氣體探測器簡稱“探測器”三大系列產(chǎn)品。 “探測器 +控制器” ,這是在工業(yè)裝置上和生產(chǎn)過程中使 用最多的檢測儀器 ,可在防爆現(xiàn)場長期監(jiān)測氣體的濃度。 本課題主要完成的任務(wù)本課題是基于單片機(jī)的家用可燃性氣體檢測報(bào)警器控制器的研制 ,主要完成以下任務(wù) : 對(duì)單片機(jī)報(bào)警器系統(tǒng)進(jìn)行整體的規(guī)劃和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在程序的編寫過程中 ,分別對(duì)主程序和各部分子程序進(jìn)行了流程圖的繪制 ,同時(shí)加入了詳細(xì)的文字注釋 ,以便于后期的改進(jìn)與維護(hù)。 氣體傳感器的種類 國外從 30 年代開始研究開發(fā)氣體傳感器。 3 利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器 :如電流型、電勢型等。目前 ,世界上許多國家開展了對(duì)半導(dǎo)體氣敏材料的研究 ,其中日本、美國處十領(lǐng)先地位 ,我國也投入大量資金和人力進(jìn)行 研究 ,并取得一定成果。其原理是氣敏材料在通過氣體時(shí)產(chǎn)生離子 ,形成電動(dòng)勢 ,鋇 U 量電動(dòng)勢從而測量氣體濃度。但這種傳感器制造成本高 ,檢測氣體范圍有限 ,在檢測環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢 。這類傳感器只能測量可燃性氣體 ,對(duì)不可燃性氣體不敏感。高分子氣敏材料在遇到特定氣體時(shí) ,其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速度和頻率、材料重量等物理性能發(fā)生變化 D21 高分子氣敏材料由于具有易操作 性、工藝簡單、常溫選擇性好、價(jià)格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合 ,在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。它的優(yōu)點(diǎn)是 :反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測 ,但壽命較短大于等于兩年。具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 ,驅(qū)動(dòng)電路簡單 ,較大的電信號(hào)輸出。 圖 21 給出了 MQ2 元件對(duì)不同氣體的靈敏度特性。 圖 22 負(fù)載測試曲線圖 第 3 章 可燃性氣體報(bào)警控制器的硬件設(shè)計(jì) 可燃性氣體檢測報(bào)警器的設(shè)計(jì) 在可燃性氣體報(bào)警控制器的設(shè)計(jì)中 ,單片機(jī)是儀表的核心部件。根據(jù)多方面的比較 ,本設(shè)計(jì)選用生產(chǎn)的 STC89C52 系列單片機(jī)作為報(bào)警器的核心控制器。 可燃性氣體檢測報(bào)警器的結(jié)構(gòu) 可燃性氣體報(bào)警控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 31 所示 ,系統(tǒng)以 STC89C52 單片機(jī)為核心 ,配合外圍電路共同完成信號(hào)采集、濃度顯示、聲音報(bào)警、自動(dòng)控制等功能。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程 ,亦適于常規(guī)編程器?？臻e模式下 ,CPU 停止工作 ,允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。對(duì)應(yīng) ALE 上跳沿 ,A、 B、 C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。在 A/D 轉(zhuǎn)換期間 ,START 應(yīng)保持 低電平。 CLK??時(shí)鐘信號(hào)。EOC1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。 D0 為最低位 ,D7 為最高 OE??輸出允許信號(hào)。 Vcc?? +5V 電源。根據(jù)單片機(jī)制作的原理以及報(bào)警器實(shí)現(xiàn)的功能 ,其接口電路主要分為五個(gè)部分。在本設(shè)計(jì)中 ,采用的是阻容 RC 上電復(fù)位電路 ,通過電容加到 RST 端上一個(gè)高電平復(fù)位信號(hào) ,高電平持續(xù)時(shí)間取決于 RC 電路參數(shù)。在 STC89C52 的 18 腳 XTAL1和 19 腳 XTAL2 外接 12M 的晶體 ,同時(shí)并連 2 個(gè) 22pF 的電容 ,產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘。當(dāng)可燃性氣體濃度超過限定值時(shí) ,揚(yáng)聲器發(fā)出鳴叫報(bào)警 ,同時(shí)啟動(dòng) 54 繼電器。當(dāng)實(shí)際檢測濃度等于或超過設(shè)定濃度時(shí) ,通過 和 與單片機(jī)的連接從而引起電平的變化 , 和 都為低電平 ,三極管導(dǎo)通 ,在揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲音的同時(shí) ,繼電器也進(jìn)行工作 ,而使排氣電路形成閉合回路 ,達(dá)到自動(dòng)進(jìn)行排氣控制的效果。由于數(shù)碼管內(nèi)是沒有限流電阻的 ,在實(shí)際應(yīng)用時(shí) ,必須對(duì)每一段發(fā)光管回路中串一限流電阻 ,否則極容易損壞數(shù)碼管。當(dāng)檢測可燃?xì)怏w濃度大于濃度設(shè)定值時(shí) ,單片機(jī)對(duì)應(yīng)引腳為低電平 ,進(jìn)行相應(yīng)的燈光報(bào)警。STC89C52 系列單片機(jī)的調(diào)試、開發(fā)工具由硬件和軟件兩部分組成 ,硬件只需一臺(tái)PC 機(jī)、目標(biāo)板和一個(gè)稱為 FETFlashEmulation Tool 的 JTAG 控制器。在程序中設(shè)置斷點(diǎn)。 可燃性氣體報(bào)警控制器軟件流程及設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中 ,軟件要解決的主要問題是檢測傳感器送 來的可燃性氣體濃度信號(hào) ,進(jìn)行線性化處理 ,用 LED 顯示濃度 ,若濃度值超出限定值 ,報(bào)警器發(fā)出聲音報(bào)警 ,同時(shí)啟動(dòng)排氣裝置 ,因此分為主程序、 T0 中斷子程序、線性化處理子程序、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序 ,濃度顯示子程序、鍵掃描子程序六個(gè)部分。主程序還包括顯示子程序 ,T0 中斷子程序等