【正文】 煙霧超標信號輸入 打開繼電器、蜂鳴器 開始 定時器打開 時間計時 報警時間已到？ N 停止報警 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計 (論文 ) 27 圖 47 家用可燃性氣體檢測報警器 仿真圖 系統(tǒng)仿真通過電壓表的電壓輸入表示外部傳感器輸入的電壓，并將其進行顯示。 仿真圖 3 單片機煤氣報警系統(tǒng)仿真圖 3 所示 ，此模塊用于采集傳感器的 濃度。調試的成功與否直接關系到整個系統(tǒng)運行的可行性。 當硬件設計從布線到焊接安裝完成之后，就開始進入硬件調試階段，調試大體 可以 分為以下幾步。應特別注意電源系統(tǒng)檢查，以防止電源短路和極性錯誤，并重點檢查系統(tǒng)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制 總線）是否存在相互之間短路或與其它信號線路短路。在保證安裝無誤后，用替換方法排除錯誤。 聯(lián)機仿真調試 聯(lián)機仿真必須借助仿真開發(fā)裝置、示波器、萬用表等工具。這些信號大多屬于脈沖信號，對于脈沖信號借助示波器（這里指通用示波器）用常規(guī)方法 很難觀測到，必須采取一定措施才能觀測到。 對于電平類信號，觀測起來就比較容易。不一致，一般為 LED 顯示器接觸不良所致，必須找出故障，排除后再檢測電路工作是否正常。 軟件調試 軟件調試主要采用 keil軟件調試編譯單片機程序。這部分是單片機制作過程中最重要的調試部分。 采用 Keil軟件 和硬件電路板進行軟硬件聯(lián)合仿真，首先編譯單片機程序，然后運行編譯的程序，程序檢查成功后，再把程序燒入硬件之中。 本次設計的可燃性氣體報警器由探測器與單片機控制電路兩大部分構成。該 儀器采用了高性能 STC89C52 單片機作為核心 電路 ，充分利用了 STC89C52 的高速數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內設 置 ，實現(xiàn)了儀器的小型化和智能化，使儀表具有結構簡單、性能穩(wěn)定、成本低等優(yōu)點。 本次設計也存在著一些需要完善的地方，譬如讓檢測進行網(wǎng)絡連接，實行多點同時檢測、如何更加智能化的進行報警工作，如何能更好的減少檢測誤差等問題值得去進一步的研究和探討。從課題的選擇、理論研究、最終方案的確立到設計的撰寫、定稿，都滲 透著導師的心血，她兢兢業(yè)業(yè)的工作作風、科學嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和寬以待人、認真負責的優(yōu)秀品質必將在今后的學習和工作中時時激勵我、督促我。感謝他們 20多年來始終如一的培養(yǎng)。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。掉電保護方式下， RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止 。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復用。 P1 口： P1口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅動 4個 TTL 邏輯電平。 P2 口： P2口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸 出緩沖器能驅動 4個 TTL 邏輯電平。在這種應用中， P2 口使用很強的內部上拉發(fā)送 1。對 P3 端口寫 “1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。晶振工作時， RST腳持續(xù) 2個機器周期高電平將使單片機復位。 ALE/PROG： 地址鎖存控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。如果需要，通過將地址為 8EH的 SFR的第 0位置 “1”， ALE操作將無效。 。否則， ALE 將被微弱拉高。在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的齊齊哈爾大學畢業(yè)設計 (論文 ) 39 DISRTO位可以使此功能無效。P3口亦作為 STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在 flash編程和校驗時， P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在 flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。作為輸出口，每位能驅動 8個 TTL邏輯電平。另外， STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。使用高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。同時向給過我?guī)椭耐瑢W表示由衷地感謝。本課題的工作為便攜式儀器的研制和實用化 提供了較好的實現(xiàn)方案，為今后該領域的研究提供了很好的參考依據(jù)。 對 可燃性氣體采用濾波、線性化處理等，不但最大限度地排除現(xiàn)場噪聲干擾，降低可燃性氣體報警器誤報概率，而且易于在單片機中實現(xiàn)。該傳感器是對以烷類氣體為主的多種可燃性氣體有良好敏感特性的廣譜型半導體敏感器件。 在軟硬件聯(lián)調時，根據(jù)在程序中設定的閾值，將打火機打火放到氣體傳感器周圍，這樣氣體傳感器就可以采集到相應可燃氣體濃度，當濃度超過預設閾值，蜂鳴器就會立即報警，同時吸合繼電器。只有將整個系統(tǒng) 的軟件硬件相結合連接起來進行調試，也就是綜合調試。將通過 KEIL軟件編譯通過的單片機程序生成的“ .hex”文件用燒錄軟件通過下載線燒寫進單片機中。 第二， 將 LED結合起來，借助開發(fā)機，通過編制程序（最好采用 “8” 字循環(huán)程序）進行調試。 總而言之，對于脈沖觸發(fā)類的信號我們要用軟件來配合，并要把程序編為死循環(huán) ，再利用示波器觀察；對于電平類觸發(fā)信號，可以直接用示波器觀察。例如對片選信號，運行 相關 小程序就可以檢測出譯碼片選信號是否正常。 信號線是聯(lián)絡 單片機 和外部器件的紐帶，如果信號線連結錯誤或時序不對，那么都會造成對外圍電路讀寫錯誤。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查 VCC與 GND 之間電位，若在 5V～ 之間屬正常。 排除元器件 故障 造成這類錯誤的原因有兩個：一個是元器件買來時就已壞了；另一個是由于安裝錯誤，造成器件燒壞。主要包括錯線、開路、短路。但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結合起來調試以進一步排除故障。 可見調試的工作量比較大。因為傳感器在 pruteus 里找不到 MQ2這個傳感器，只能使用輸入電壓表示當前濃度的變化。 流程圖如圖 44 所示。濃度 0%LEL99%LEL 分成 8 段如下 ： 0%LEL~10%LEL 10%LEL~20%LEL 20%LEL~28%LEL 28%LEL~36%LEL 36%LEL~45%LEL 45%LEL~61%LEL 61%LEL~78%LEL 78%LEL~99%LEL 單片機經(jīng)過濾波后，得到 3 個采樣值的一個真值，把這個真值通過查表比較，確定其所在區(qū)間的上下限電壓值和上下限濃度值，根據(jù)公式 (41)，計算出該電壓值對應的濃度值。 初始化定時器 開始 初始化 AD 轉換器 AD 采集數(shù)據(jù) 按鍵掃描 初始化傳感器 數(shù)碼管顯示 按鍵處理 數(shù)據(jù)處理 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計 (論文 ) 21 開 始1 秒 ？采 樣 子 程 序3 次濾 波線 性 化 處 理超 過 上 限 值 ?十 六 進 制 轉 化十 進 制聲 音 報 警 , 啟 動排 氣 裝 置采 樣 計 數(shù) + 1送 入 顯 示中 斷 返 回重 裝 T 0 初 值計 數(shù) 單 元 + 1YYYNNN 圖 42 T0 中斷子程序流程圖 線性化處理子程序設計 在單片機測控系統(tǒng)中，使用之前必須進 行靜態(tài)標定 (校準 )，以得到輸出信號與被測齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 22 信號的關系 輸出曲線，用來作為使用過程中的計量依據(jù)。對采集的氣體次數(shù)每 3次進行一次處理。 主程序流程圖及設計 主 程序流程圖如圖 41所示，由于 MQ2 型氣體傳感器在不通電狀態(tài)下存放一段時間后，再通電時，器件并不能立即投入正常工作，需要一定的時間預熱，所以采用延時程序對傳感器預熱。 (3) 現(xiàn)場觀察與修改 用戶可以通過調試環(huán)境軟件的人機對話界面，檢查或修改 Flash芯片內的各種存儲器、寄存器的數(shù)據(jù)。具體包括： (1) 程序下載 當用戶將源程序（ C語言）經(jīng) keil軟件語法檢查無誤并生成代碼時，就可以將程序代碼在如圖的環(huán)境中下載到 ]Flash芯片中，而用戶的系統(tǒng)可以是在線狀態(tài)。綠燈不停的進行閃爍表示當前工作正常。本設計中數(shù)碼管用于顯示當前的外界氣體濃度。 顯示電路 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 16 圖 38 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)碼管由 7 個發(fā)光二極管組成 ,行成一個日字形 ,它門可以共陰極 ,也可以共陽極 .通過解碼電路得到的數(shù)碼接通相應的發(fā)光二極而形成相應的字 ,其工作原理見圖 39。當可燃性 氣體濃度超過限定值時，揚聲器發(fā)出鳴叫報警，同時啟動 54 繼電器。在 STC89C52 的 18 腳 (XTAL1)和 19腳 (XTAL2)外接 12M 的晶體，同時并連 2個 22pF 的電容，產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘。在本 設計中，采用的是阻容 RC上電復位電路，通過電容加到 RST 端上一個高電平復位信號，高電平持續(xù)時間取決于RC 電路參數(shù)。根據(jù)單片機制作的原理以及報警器實現(xiàn)的功能，其接口電路主要分為 五 個部分。 Vcc—— +5V 電源。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。通常使用頻率為 500KHz 的時鐘信號 EOC—— 轉換結束信號。 通道端口選擇線， A 為低地址， C為高地址，引腳圖中為 ADDA，ADDB 和 ADDC。對應 ALE 上跳沿， A、 B、 C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 可燃性氣體檢測報警器的結構 可燃性氣體報警控制器系統(tǒng)結構如圖 31 所示，系統(tǒng)以 STC89C52 單片機為核心，配合外圍電路共同完成信號采集、濃度顯示、聲音報警、 自動控制 等功能。根據(jù)多方面的比較， 本 設計選用生產(chǎn)的 STC89C52系列單片機作為報警器的核心控制器。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 8 圖 22 負載測試曲線圖 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計 (論文 ) 9 第 3 章 可燃性氣體報 警控制器的硬件設計 可燃性氣體檢測報警器的設計 在可燃性氣體報警控制器的設計中，單片機是儀表的核心部件。 圖 21給出了 MQ2元件對不同氣體的靈敏度特性。具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性，驅動電路簡單，較大的電信 號輸出 。它的優(yōu)點是 :反映速度快、準確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測，但壽命較短 (大于等于兩年 )。高分子氣敏材料在遇到特定氣體時，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、價格低廉、易與微結構傳感器和聲表面波器件相結合，在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。這類傳感器只能測量可燃性氣體，對不可燃性氣體不敏感。但這種傳感器制造成本高，檢測氣體范圍有限，在檢測環(huán)境污染領域中有優(yōu)勢。其原理是氣敏材料在通過氣體時產(chǎn)生離子， 形成電動勢，鋇 U 量電動勢從而測量氣體濃度。 目前，世界上許多國家開展了對半導體氣敏材料的研究，其中日本、美國處十領先地位，我國也投入大量資金和人力進行研究，并取得一定成果。 (3) 利用電化學性質的氣體傳感器 :如電流型、電勢型等。 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。在程序的編寫過程中，分別對主程序和各部分子程序進行了流程圖的繪制，同時加入了 詳細的文字注釋，以便于后期的改進與維護 。 本課題主要完成的任務 本課題是基于單片機的家用可燃性氣體檢測報警器控制器的研制，主要完成以下任務： (1) 對單片機報警器系統(tǒng)進行整體的規(guī)劃和結構的設計。 “ 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。 工業(yè)可燃性氣體報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。其中 FIGARO、 理研都是專門研制、生產(chǎn)可燃性氣體報警控制器的廠家，他們生產(chǎn)的產(chǎn)品以采用最先進的氣敏傳感器、響應速度快、性能可靠、壽命長而著稱。 可燃性氣體報警控制器國內外現(xiàn)狀 可燃性氣體報警控制器在國外己經(jīng)發(fā)展成為一種相當成熟的產(chǎn)品。 STC89C52 芯片具有功能強大，性價比高等一系列優(yōu)點，適合產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)。 課題的來源 隨著城市煤氣、天然氣事業(yè)及化學工業(yè)的迅速發(fā)展，易燃、易爆的氣體種類和應用范圍在不斷增加，這些 易燃易爆氣體在生產(chǎn)和使用過程中，一旦發(fā)生泄漏將會引起中毒、火災、爆炸等重大事故， 人們在對安全生產(chǎn)的重視程度日益增加的同時，對生產(chǎn)技術 手