【正文】 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 …………………………………………………………………………2 3 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 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 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。該報(bào)警 器 可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確檢測可燃性氣體，并且可以長時(shí)間可靠無誤的報(bào)警，具有很廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。從安全、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)上考慮，研制一種檢測可燃性氣體自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)打開排器裝置的一種控制器是非常必要的。 本設(shè)計(jì)對可燃性氣體泄漏報(bào)警、控制器進(jìn)行了深入的研究，采用了 “ 探測器 +單片機(jī)控制電路 ” 設(shè)計(jì)思路，具有檢測誤差小，反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞 ： 報(bào)警器；可燃性氣體；單片機(jī)； 氣體傳感器 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract With the rapid increase of bustible gas classes and applied range, the leakage and fire explosion of locations and warehouses storing bustible gas are more often. To ensure personal safety, environment and equipment safety, it is necessary to develop a new type reliable bustible gas alarm instrument. This paper explains bustible gas alarm instrument principle deeply, and use the project of detector and microcontroller control circuit to design alarm instrument. Chooses MQ2 gas sensor, which turns the concentration of bustible gas in the air into voltage signal, and sends the voltage signal into microcontroller(MCU), then MCU implements date acquisition, processing, concentration display and alarm operation. Meanwhile, taking function, integration and the ratio of performance to price into account, chooses STC89C52 MCU as the core part of bustible gas alarm instrument. Combustible gas alarm instrument designed detects alkyl bustible gas especially, and displays concentration on the instrument. When bustible gas reaches alarm threshold value, the instrument sends out sound and light alarm, reminds worker to take action. The bustible gas alarm instrument has got past the test on the spot and got a satisfying result. Conclusion can be drawn that this kind of high efficiency bustible gas alarm instrument will have a wide application. Keywords： divulging alarm。液化石油氣、天然氣、煤氣等這些氣體主要含有烷類、烴類 、烯類、醇類、苯類以及一氧化碳、氫等成分，是易燃、易爆、有毒、有害的氣體。為了防患于未然，只有采用先進(jìn)、可靠的安全監(jiān)測儀表，嚴(yán)密監(jiān)測環(huán)境中的可燃性氣體的濃度，及早發(fā) 現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，將事故消滅在釀成事故之前，才能確保安全生產(chǎn)，居民的人身財(cái)產(chǎn)安全才能有保證。有些是保養(yǎng)不當(dāng)，如電池流水腐蝕儀器，或蓄電池?fù)p壞使報(bào)警器不能 工作 。一部分不合規(guī)定的可燃性氣體報(bào)警控制器將停止使用 [10]。 因此，本次設(shè)計(jì) 采用了 “ 探測器 +單片機(jī)控制電路 ” 設(shè)計(jì)思路。 正是由于可燃性氣體報(bào)警控制器對于安全生產(chǎn)的重要性，國內(nèi)外有眾多廠家研制、生產(chǎn)這一產(chǎn)品。無論在氣體探測器的研制上，還是在報(bào)警器的性能上，均處于國際領(lǐng)先水平。但主要是在引進(jìn)國外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，又進(jìn)行研究與開發(fā)，形成自己的特色。該儀器主要應(yīng)用于燃?xì)夤艿赖牟槁┡c巡線。探測器安裝在防爆現(xiàn)場，控制器放在值班室等有人值守的地方，二者采用屏蔽電纜線連接。系統(tǒng)硬件電路主要分為 A/D轉(zhuǎn)換電路、 STC89C52單片機(jī)接口電路、聲音報(bào)警控制電路、顯示電路四個(gè)部分。傳感器作為對可燃性氣體的敏感元件，是各種類型 (袖珍式、便攜式、固定式 )儀表的核心之一。氣體傳感器種類繁多，從原理上可以分為 三 大類 ： (1) 利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器 :如半導(dǎo)體、催化燃燒等。 (1) 半導(dǎo)體氣體傳感器 這類傳感器主要使用半導(dǎo) 體氣敏材料，利用氣敏元件的電阻、電流或電壓隨氣體濃度變化的原理工作的。 (2) 固體電解質(zhì)氣體傳感器 這是一種產(chǎn)量僅次于半導(dǎo)體氣體傳感器的一類傳感器。如測量 H2S YSTAuWO3， NH3 的 NH39。其工作原理是 ：氣敏材料在通電狀態(tài)下，可燃性氣體 氧化燃燒或在催化劑作用下氧化燃燒，產(chǎn)生的熱量使電熱絲升溫，從而使其電阻值發(fā)生變化，測量阻值變化 從而測量氣體濃度。其不足的是催化劑壽命有限，當(dāng)在可燃性氣體與空氣的混合物中有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無焰催化燃燒的同時(shí)，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的 微孔，從而引起響應(yīng)緩慢，反應(yīng)滯緩或中毒，使靈敏度降低。 (5) 電化學(xué)傳感器 這類傳感器由膜電極和電解液灌封而成。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 MQ2 傳感器詳細(xì)說明 MQ2型氣敏元件的敏感層是用非常穩(wěn)定的二氧化錫制成的。 圖 21 MQ2靈敏度特性曲線 MQ2工作原理： 傳感器的表面電阻 Rs是通過與其串聯(lián)的負(fù)載電 阻 RL上的有效電壓信號 VRL輸出而獲得的。在單片機(jī)所實(shí)現(xiàn)的這些 功 能中，特別是信號處理部分，需要單片機(jī)有較快的運(yùn)行速度，才能對現(xiàn)場氣體濃 度 做出快速、準(zhǔn)確的檢測，進(jìn)行相應(yīng)的處理。最后，將濃度值送入 LED 數(shù)碼管顯示。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 31 可燃性氣體報(bào)警控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu) STC89C52 系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。 STC89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能 :8k字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器 ， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。 其引腳電路如圖 32所示， STC89C52 主要性能有以下幾點(diǎn)： (1) 與 MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 (2) 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器 (3) 1000次擦寫周期 (4) 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz (5) 三級加密程序存儲(chǔ)器 (6) 32個(gè)可編程 I/O口線 (7) 三個(gè) 16位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 (8) 八個(gè)中斷源全雙工 UART串行通道 (9) 低功耗空閑和掉電模式 (10) 掉電后中斷可喚醒 單 片 機(jī) 濃度采樣電路 濃度比較 聲、光報(bào)警 輸出控制 5V 電源 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 (11) 看門狗定時(shí)器 (12) 雙數(shù)據(jù)指針 (13) 掉電標(biāo)識符 圖 32 STC89C52引腳圖 可 燃性氣體報(bào)警控制器的電路設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換電路 ADC0809 芯片為 28 引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見圖 。 START 上升沿時(shí)，復(fù)位 ADC0809； START 下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換期間， START 應(yīng)保持 低電平。 CLK—— 時(shí)鐘信號。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為 中斷請求信號使用。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。其典型值為 +5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V). 圖 35 A/D轉(zhuǎn)換電路 VIN1 采集傳感器輸出的信號電壓信號 ，當(dāng)采集的電壓超過 時(shí)，即表示濃度超過約 45%時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)生報(bào)警。 圖 36 STC89C52 單片機(jī)接口電路 (1) 復(fù)位模塊 復(fù)位操作可以使單片機(jī)初始化，也可以使死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動(dòng)， 因此非常重要。 (2) 系統(tǒng)時(shí)鐘模塊 時(shí)鐘電路產(chǎn)生單片機(jī)的工作時(shí)序脈沖，是單片機(jī)正常工作的關(guān)鍵。本次設(shè)計(jì)中采用的是動(dòng)態(tài)顯示的方法進(jìn)行濃度顯示。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 圖 37 聲音報(bào)警控制電路 聲音報(bào)警電路如圖 37所示，它是由三極管，繼電器，揚(yáng)聲器以及排氣電路構(gòu)成。若要使數(shù)碼管顯示一個(gè)“ 3”字，只需控制其“ a、 b、 c、 d、 g”這幾個(gè)發(fā)光管點(diǎn)亮即可。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度小于濃度設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)對應(yīng)引腳輸出高電平，無 燈 光報(bào)警；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 PC機(jī)、目標(biāo)板和一個(gè) 稱為 FET(FlashEmulation 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，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，以完善報(bào)警器的功能，給檢測人員 帶來方便。同時(shí)將濃度值與上限報(bào)警設(shè)定值相比較，以判斷是否需要報(bào)警控制處理。 由于 電壓值與氣體濃度之間是非線性的關(guān)系，為了實(shí)時(shí)顯示氣體濃度，需要對其進(jìn)行線性化處理。 Y YY = Y + X XX X ?下上下 下濾 濾下上（ ） （ ）（ ） (41) 式中 Y上 區(qū)間上限濃度值 Y下 區(qū)間下限濃度值 Y濾 實(shí)際氣體測試濃度值 X上 區(qū)間上限濃度對應(yīng)電壓值 X下 區(qū)間下限濃度對應(yīng)電壓值 X濾 實(shí)際氣體測試濃度對應(yīng)電壓值 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 開 始根 據(jù) 濾 波 后 的 電 壓 ,通 過 查 表 比 較 的 方 法確 定 所 在 的 分 段 區(qū) 間濾 波 后 電 壓 值 與 該 區(qū) 間電 壓 下 限 相 減X 2=X 濾 X 下區(qū) 間 上 下 限 濃 度 值 相減 Y 1=Y 上 Y 下完 成 16 16位 定 點(diǎn) 乘法 求 出 Z=X 2 Y 1區(qū) 間 上 下 限 電 壓值 相 減 X 1=X 上 X 下完 成 32247。 Y