【正文】 ”傳感器實(shí)現(xiàn)了智能化、多功能化。 總的看來(lái)，我國(guó)氣敏元件傳感器及其應(yīng)用技術(shù)有了較快進(jìn)展，但與國(guó)外先進(jìn)水平仍有較大的差距，主要是產(chǎn)品制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用等方面 的差距，與日本比較仍要落后 10 年。 第 3 章主要介紹了此次設(shè)計(jì) 的軟件部分，包括主程序、 AD 轉(zhuǎn)換程序、時(shí)鐘產(chǎn)生程序； 第 4 章主要介紹了 本次設(shè)計(jì)的實(shí)施過(guò)程，包括繪圖、編程、仿真和焊接實(shí)物。在單片機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上面向?qū)ο蟮慕涌陔娐?，如前向通道、后向通道、人機(jī)交互通道 (鍵盤、顯示器、打印機(jī)等 )和串行通行口 (RS232)以及應(yīng)用程序等。為了更好的理清設(shè)計(jì)思路，將整個(gè)系統(tǒng)細(xì)分為三部分加以設(shè)計(jì)說(shuō)明。其中 ，濃度檢測(cè)及顯示模塊所實(shí)現(xiàn)的功能是將房間中的一氧化碳濃度值轉(zhuǎn)換成為單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)，并且濃度值顯示出來(lái)：主控模塊以單片機(jī)為主，對(duì)其他模塊的運(yùn)行進(jìn)行控制；報(bào)警模塊是此系統(tǒng)的外部電路，它的功能是實(shí)現(xiàn)報(bào)警。用的是 MCS51 單片機(jī)， MCS51 單片機(jī)是美國(guó) Intel公司 1980 年推出的一種高性能 8 為單片微型計(jì)算機(jī)。 (3)報(bào)警模塊 此模塊主要有蜂鳴器、 LED 數(shù)碼管組成，在氣體濃度過(guò)大，超過(guò)安全單片機(jī)AD 轉(zhuǎn)換傳感器 1傳感器 2傳感器 3傳感器 3顯示報(bào)警聲音報(bào)警第 2 章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 值時(shí)，蜂鳴器工作，提供聲音報(bào)警服務(wù)；同時(shí)，數(shù)碼管顯示報(bào)警的傳感器號(hào)。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 (單片機(jī)電源和地沒(méi)有標(biāo)出 )如圖 22 所示。用戶在下載用戶程序時(shí)， 可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體 / 時(shí)鐘。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 [1] 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路的原理如下： 1)時(shí)鐘電路 圖 24 時(shí)鐘電路原理圖 單片機(jī)工作時(shí)，從取指令到譯碼再進(jìn)行微操作，必須在時(shí)鐘信號(hào)控制下才能有序地進(jìn)行，時(shí)鐘電路就是為單片機(jī)工作提供基本時(shí)鐘的。晶振頻率 取 12 MHz。復(fù)位電路用于將單片機(jī)內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復(fù)到一個(gè)確定的初始值，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。 在單片機(jī)啟動(dòng) 后，電容 C 兩端的電壓持續(xù)充電為 5V，這是時(shí)候 10K電阻兩端的電壓接近于 0V， RST 處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。各個(gè)控制端口 接到單片機(jī)的 P2 口 。 燕 山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 12 (3)轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μs(時(shí)鐘為 640kHz 時(shí) )， 130μs(時(shí)鐘為 500kHz 時(shí) )。 (7)低功耗，約 15mW。 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效 ， 對(duì)應(yīng) ALE 上跳沿， A、B、 C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ， EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換； EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。 GND：地。 然后，單片機(jī)向 ADC0809 的 A、 B 引腳循環(huán)輸出地址編號(hào)， C 引腳接地 (因?yàn)楸菊n題僅用四個(gè)模擬通道 )；每輸入一個(gè)地址編號(hào)后， START 和 ALE變高電 平，復(fù)位 ADC0809 并將地址鎖存，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)难訒r(shí)后， START 和ALE 變低電平，開(kāi)始模數(shù)轉(zhuǎn)換； 接 EOC 引腳，當(dāng)收到高電平時(shí)，說(shuō)明模數(shù)轉(zhuǎn)換完成，此時(shí)向 OE 引腳輸出高電平， 打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量到 P0 口，然后 OE 引腳變低電平，完成一次模數(shù)轉(zhuǎn)換。 (8)故障率低，易于校準(zhǔn)和維護(hù)。 半導(dǎo)體一氧化碳傳感器 MQ7 所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫 (SnO2)。 主要特點(diǎn)及應(yīng)用： ? 對(duì)一氧化碳的高靈敏度 。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。第 2 章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 VC 則是用于測(cè)定與傳感器串聯(lián)的負(fù)載電阻 (RL)上的電壓 (VRL)。 圖 28 MQ7 原理圖 顯示電路 顯示模塊的電路原理圖如下： 圖 25 顯示模塊 原理圖 燕 山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 16 為了清晰 明了的顯示報(bào)警房間號(hào) ，采取數(shù)碼管顯示。 本課題選用共陽(yáng)極七段紅色數(shù)碼管。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用 如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 S51 增強(qiáng)型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板通過(guò)一個(gè)三極管 C8550 來(lái)放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器 。 總體思路是首先 定義相關(guān)的硬件接口，然后進(jìn)行初始化，包括 AD 控制端和定時(shí)器的初始化。 AD 轉(zhuǎn)換函數(shù) ADC0809 芯片需要在單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行工作 ， AD 轉(zhuǎn)換函數(shù)既是用來(lái)驅(qū)動(dòng) ADC0809 的程序。利用軟件對(duì)定時(shí)器 T0 進(jìn)行 初始化，設(shè)定定時(shí)器 T0 工作于方式 2，計(jì)數(shù)初值為 250，開(kāi)總中斷和定時(shí)器中斷，最后啟動(dòng)定時(shí)器。 流程圖如下： 圖 35 顯示報(bào)警函數(shù)流程圖 本章小結(jié) 本章主要介紹了 軟件系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，以及各個(gè)功能模塊的子程序的設(shè)計(jì)思路。為了保證實(shí)物制作的順利進(jìn)行，先利用軟件仿真，仿真成功后再制作硬件。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真 單片機(jī)及外圍器件。 Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可 維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。 2)選擇單片機(jī) 型號(hào) ， 考慮到兼容性問(wèn)題，編程時(shí)選擇 Atmel 的 89C51單片機(jī) 。 Proteus 軟件具有 獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能 (VSM)： 支持主流的 CPU 類型：如 ARM 8051/5 AVR、 PIC10/1 PIC1PIC1 PIC2 dsPIC3 HC1 BasicStamp、 808 MSP430 等， CPU 類型隨著版本升級(jí)還在繼續(xù)增加，如即將支持 CORTEX、 DSP 處理器； 第 4 章 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 25 支持通用外設(shè)模型：如字符 LCD 模塊、圖形 LCD 模塊、 LED 點(diǎn)陣、LED 七段顯示模塊、鍵盤 /按鍵、直流 /步進(jìn) /伺服電機(jī)、 RS232 虛擬終端、電子溫度計(jì)等等，其 COMPIM(COM 口物理接口模型 )還可以使仿真電路通過(guò)PC 機(jī)串口和外部電路實(shí)現(xiàn)雙向異步串行通信； 實(shí)時(shí)仿真：支持 UART/USART/EUSARTs 仿真、中斷仿真、 SPI/I2C 仿真、 MSSP 仿真、 PSP 仿真、 RTC 仿真、 ADC 仿真、 CCP/ECCP 仿真； 編譯及調(diào)試：支持單片機(jī)匯編語(yǔ)言的編輯 /編譯 /源碼級(jí)仿真，內(nèi)帶 805AVR、 PIC 的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境 (如 IAR、 Keil 和Hitech)結(jié)合，進(jìn)行高級(jí)語(yǔ)言的源碼級(jí)仿真和調(diào)試 。 為了更細(xì)致地觀察仿真過(guò)程，仿真是使用了示波器和電壓表，這樣有利于修改電路圖和程序。 在實(shí)際焊接時(shí)，臨時(shí)改變了某些元件的位置，以保證焊接方便，接觸良好。對(duì)于顯示模塊，由于之前設(shè)計(jì)的是共陽(yáng)極數(shù)碼管，而實(shí)際的元件是共陰極的，所以將正負(fù) 極交換。用電壓表測(cè)試發(fā)現(xiàn)，第 4 章 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 29 選通數(shù)碼管的三極管并沒(méi)有導(dǎo)通，數(shù)碼管陽(yáng)極電壓在 左右，所以數(shù)碼管被點(diǎn)亮。 本章小結(jié) 本章主要 敘述了毒氣檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試過(guò)程，梳理了從理論到實(shí)際產(chǎn)品的制作過(guò)程。在國(guó)外正在積極推動(dòng) 毒氣檢測(cè)裝置在工業(yè)和家庭等方面的應(yīng)用。 根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能做出硬件設(shè)計(jì)，繪制出硬件電路圖 ，然后根據(jù)確定的電路圖編寫程序。 燕 山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 32 參考文獻(xiàn) 33 參考文獻(xiàn) 1 張志良 . 單片機(jī)原理及控制技術(shù) [M.]. 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 . 20xx:17~19 2 侯國(guó)章 . 測(cè)試與傳感技術(shù) [M.]. 哈爾濱 :哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 . 20xx:84~ 86 3 洪志剛 . 杜維玲 . 井娥林 . 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 . 20xx:11~ 14 4 鄭鋒 .. 51 單片機(jī)典型應(yīng)用開(kāi)發(fā)范例大全 . 北京 : 中國(guó)鐵道出版社 . 20xx:51~ 54 5 陳濤編 . 單片機(jī)應(yīng)用及 C51 程序設(shè)計(jì) . 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 . 20xx:100~ 103 6 劉建輝 . 單片機(jī)智能控制技術(shù) .. 北京 :國(guó)防工業(yè)出版社 . 20xx:358~ 361 7 薛小鈴 , 劉志群 , 賈俊榮 . 單片機(jī)接口模塊應(yīng)用與開(kāi)發(fā)實(shí)例詳解 . 京 :北京航空航天大學(xué)出版社 . 20xx:239~ 243 8 田立 . 馬鳴鶴 . 51 系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)實(shí)例精解 . 北京 :中國(guó)電力出版社 ,20xx:129~133 9 董軍堂 .白澤生 .劉巧平 . 單片機(jī)編程能力培養(yǎng)項(xiàng)目設(shè)計(jì) —— 軟件部分 . 價(jià)值工程 . 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MicrocontrollerBased Wireless Recording Unit for 燕 山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 34 Neurodynamic Studies in Saltwater. IEEE sensors journal. 20xx. 6(5):45~49 19 M. Shaken. J. Imen,M. R. Rostami. A Full Scale Microcontroller Based Direct Methanol Fuel Cell Test Station. Journal of Fuel Cell Science and Technology. 20xx, 6(1):56~59 致謝 35 致謝 本論文的研究 與撰寫 工作是在 盧輝斌 導(dǎo)師 的 關(guān)心 和悉心指導(dǎo)下完成的。 在此，向 他們 表示衷心的感謝 ! 還要特別感謝我的輔導(dǎo)員 于陸璐 老師及四年間朝夕相處的各位老師，為我順利完成學(xué)業(yè)孜孜不倦的教誨；感謝和我朝夕相伴的室友們，他們?yōu)槲艺撐牡耐瓿商峁┝嗽S多幫助。半導(dǎo)體傳感器則 必須在高溫下工作、對(duì)氣體或氣味的選擇性差、元件參數(shù)分散、穩(wěn)定性不理想、 功率高 。 二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題 本 次畢業(yè)設(shè)計(jì) 研究的基本內(nèi)容是熟悉并掌握 89C51 單片機(jī)、 AD 轉(zhuǎn)換器、液晶顯示模塊的功能及硬件設(shè)計(jì)； 熟悉掌握 C 語(yǔ)言的編程方法，對(duì)實(shí)際設(shè)計(jì)一款產(chǎn)品的流程有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)。 三、研究步驟、方法及措施 1