【正文】 且氣體選擇性極為出色，體積小，操作簡單，攜帶方便，可以用于現(xiàn)場檢測并且價格比較低廉。 c． 催化燃燒式 ： 催化燃燒式氣體報警器是利用催化燃燒的熱效應(yīng)原理，由檢測元件和補(bǔ)償元件配對構(gòu)成測量電橋 ，在一定溫度條件下，可燃?xì)怏w在檢測儀元件載體表面及催化劑的作用下發(fā)生無焰燃燒，通過內(nèi)部電阻的變化，進(jìn)而輸出電信號。煤氣報警器種類繁多，設(shè)計(jì)方案多樣，按所使用的傳感器 可以分為 ： a． 紅外式： 利用 紅外光照射到被測氣體上時， 不同氣體對紅外光進(jìn)行 不同的 選擇吸收的特點(diǎn)來進(jìn)行測量與報警 。 主要經(jīng)過 以下 幾 部分來實(shí)現(xiàn)： 首先， 利用傳感器進(jìn)行 CO 氣體濃度的采集并輸出 相應(yīng)的 電壓模擬信號， CO 氣體濃度與輸出電壓 VOUT呈線性關(guān)系， CO 濃度越高，輸出電壓 VOUT越高。有些更 加 智能 化 的報警器甚至可以自動開啟排風(fēng)扇， 或者 關(guān)閉燃?xì)?的閥 門 。 目前， 氣體報警器 按檢測氣體劃分可分為：可燃?xì)怏w報警器，有毒氣體報警器 以及 復(fù)合式氣體報警器。經(jīng)過不斷地研究與開發(fā)，我國的可燃性氣體報警器 發(fā)展也比較迅速，如今，可燃?xì)怏w報警器的生產(chǎn)型號多樣而且 品種較 為 齊全， 連應(yīng)用的范圍也從原本簡單 單一的煉油系統(tǒng)擴(kuò)展到 甚至絕大部分危險作業(yè)環(huán)境也可以 適用的報警器。 煤氣報警器的國內(nèi)外現(xiàn)狀 國外對煤氣報警器的研究開發(fā)從 20 世紀(jì) 30 年代就開始了 ， 并且發(fā)展 比較 迅速。全國 各地 也還有不少因使用熱水器 等 各種家用 電氣 不當(dāng)或電器 產(chǎn)品本身 存在 質(zhì)量問題， 而 造成的一氧化碳中毒事故的事例。 2 Abstract Gas, has now bee one of the most widely used fuel in people39。 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的家用煤氣報警器。 0 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 單片機(jī)的家用煤氣報 警器 裝置 學(xué) 院： 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 1 摘要 煤氣，如今已經(jīng)成為人們生活生產(chǎn)應(yīng)用最廣泛的燃料之一。那么，如何確保 人們處于安全的環(huán)境之中呢？煤氣報警器，就為人們的安全加了一把鎖。 與此同 時，聲光報警電路也被觸 發(fā)，進(jìn)行聲光報警，從而 ， 實(shí)現(xiàn)煤氣報警器 控制與報警功能。雖然，現(xiàn)在人們已經(jīng)意識到安全使用煤氣的重要性，但是，每年仍舊不斷有因煤氣泄露而造成的煤氣中毒事故發(fā)生。因此，煤氣報警器的開發(fā)與研究就顯得格外重要。 而我國 ，由于時代背景以及科學(xué)技術(shù)受限等原因， 是在 70 年代初期才開始 進(jìn)行 研制 開發(fā) 可燃性氣體報警器的。 值得高興的是， 近年來，我國 6 的可燃?xì)怏w報警器在 產(chǎn)品的穩(wěn)定性與氣體選擇性上有了質(zhì)的飛躍 。家用燃?xì)?報警器是一種 功能比較簡單的易安裝維護(hù)的 居民家庭用的燃?xì)鈭缶?， 如果遇到燃?xì)庑孤?的情況 ，報警器可以 自動進(jìn)行 聲光報警， 或者 聯(lián)動其他外部設(shè)備等。 本 設(shè)計(jì) 的主要任務(wù) 本 設(shè)計(jì) 是對基于單片機(jī)的煤氣報警器的設(shè)計(jì)研究， 主要目標(biāo)是 實(shí)現(xiàn)家庭煤氣濃度的檢測以及 報警。 方案論證 CO氣體傳感器是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵元件之一，是整個煤氣報警器的重要組成部分。其優(yōu)點(diǎn)是比較 靈敏 ，響應(yīng)速度很快，使用壽命較長且成本比較低廉；缺點(diǎn)是受溫度的影響較大，容易受到環(huán)境的干擾，不適宜用來進(jìn)行精確度要求較高的測量。 根據(jù)其電特性的形成不同 ,電化學(xué)傳感器 又 可 以 分為 ： 電位式傳感器 、 電量式傳感器、 電導(dǎo)式傳感器 、電解式傳感器 以及 極譜式傳感器等 。 氣體傳感器需 滿足以下 基本條件： (1)可以有選擇性地檢測某種單一氣體， 而對共存的其它氣體不響應(yīng)或低響應(yīng)； (2)對被測氣體具有比較高的靈敏度，并且能有效地檢測在允許范圍內(nèi)的氣體濃度； (3)對檢測信號的響應(yīng)速度比較快，重復(fù)性較好； 8 (4)長期工作穩(wěn)定性好； (6)制造成本低，使用與維護(hù)方便 ； (5)使用壽命長； 每種煤氣報警器都有其各自的 優(yōu)缺點(diǎn)， 考慮到 要適用于家庭， 實(shí)際操作 簡單易行， 以及盡可能降低 成本的問題，本設(shè)計(jì) 選擇了半導(dǎo)體式氣體傳感器。為了實(shí)現(xiàn)以上功能，系統(tǒng)應(yīng) 該 具備 ：CO 氣體 傳感器 模塊 、 A/D 轉(zhuǎn)換 模塊 、單片機(jī)系統(tǒng) 模塊 、 光電隔離技術(shù)和切斷閥 模塊 、 聲光報警模塊 以及 數(shù)據(jù)采集處理 模塊 。最后， 根據(jù)系統(tǒng) 事先 已 經(jīng) 設(shè)定 好 的限值參數(shù) 與該數(shù)字量 進(jìn)行CO 傳感器 溫度補(bǔ)償 運(yùn)算放大 A/D轉(zhuǎn)換 單片機(jī) 參數(shù)設(shè)置 光電隔離接口 繼電器 切斷器 排氣扇 11 比較 判斷 ， 以 確定 CO 濃度是否超標(biāo)。 目標(biāo) 參數(shù) 如下： 檢測對象： CO氣體； 應(yīng)用范圍：家庭； 檢測范圍： 0～ 1000ppm 的 CO 氣體； 工作濕度范圍： 10～ 95%RH； 報警濃度： 電池電壓： +12V； 工作溫度范圍： 20～ +70 攝氏度； 響應(yīng)時間：≦ 30ms ppm： 濃度單位，表示百萬分之一，常用來表示氣體 /液體濃度； %RH： 表示相對濕度的單位名稱。 CO與 SnO2 薄膜有一定的接觸面，并發(fā)生反應(yīng)。共有 4 個管腳，其中， 2 個為加熱端 （管腳 1 和 3，腳 3接地）， 2個為傳感器輸出端（管腳 2和 4） ，引腳圖如圖 所示 。 使 SnO2 層 能夠 達(dá)到預(yù)定的最佳溫度是非常重要的。 圖 CO濃度下的 Rs 值 MGS1100 型一氧化碳?xì)怏w傳感器的特點(diǎn)： 測量濃度范圍： 01000ppm； 測量精度： 3%； 分辨率： 1ppm； 工作溫度 ： 20～ 70176。如圖 所示， 運(yùn)用電橋補(bǔ)償法進(jìn)行溫度補(bǔ)償。為了消除該漂移的影響，在此，本設(shè)計(jì)采用了電橋式 溫度補(bǔ)償電路。 而 輸出 電壓 Vi=Vi1Vi2=0，即保證了傳感器在零點(diǎn)輸出為 0， 消除 了零點(diǎn)漂移 的問題 。 OP07 作為 一種低噪聲非斬波穩(wěn)零的 高精度 雙極性 運(yùn)算放大器 ， 具有極低的輸入失調(diào)電壓， 因?yàn)榭梢詿o需額外的調(diào)零措施。因此， ADC0809 可處理 8 路模擬量 的 輸入， 并 且 具 有三態(tài)輸出能力，既可 以 與各 種微處理 器相連 接 ， 又 可 以 單獨(dú)工作。當(dāng) ALE 線為高電平的時候， 可 以 由 3 位地址輸入 ADDA、 ADDB、 ADDC 的不同組合來選擇 地址信號來進(jìn)行 鎖存 。 圖 通道選擇表 主體部分 ， ADC0809 采用 的 是 逐次逼近式的 A/D 轉(zhuǎn)換電路，由 CLK 控制內(nèi)部電路的工作 。 OE為輸出允許信號 （轉(zhuǎn)換結(jié)束信號） ，高電平有效， 用來 打開輸出三態(tài)緩沖器 ,把轉(zhuǎn)換后的 數(shù)字量送到數(shù)據(jù)總線上 。 此地址經(jīng)過譯碼，選通 8 路模擬輸入其中之一到比 較器。 ADC0809 的 引腳 及其 功能 圖 ADC0809 管腳圖 ADC0809 芯片 共 有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝， 如圖 所示。 ADC08089 芯片的性能特點(diǎn) ① 單個 +5V 電源供電； ② 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫耍? ③ 不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)； ④ 低功耗，約 15mV； ⑤ 8 路輸入通道， 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8 位 ； ⑥微處理器兼容（三態(tài)輸出）。 因?yàn)?將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在 了 單個芯片 之 中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器。 掉電方式時 ， 振蕩器停止工作并且禁止其它所有部件的工作，但 保存 RAM中的內(nèi)容，直到下一個硬件復(fù)位 ； 空閑方式 時 ， 停止 CPU 的工作，但允許 計(jì)數(shù)器 /定時器 ， 串行通信中斷系統(tǒng) 以及 RAM 保持 繼續(xù)工作 。在 FLASH編程時， P0 口作為原碼輸入口， 接收指令字節(jié)； 當(dāng) FLASH進(jìn)行校驗(yàn)時 ， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高 （即 外 接上拉電阻） 。 P2 口： 是 一個內(nèi)部 提供 上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2 口 的 緩沖器可 以 驅(qū)動 4 個 TTL門電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時 ， P2 口能夠 接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口除了做一般的 I/O 口線外， 還具有更重要的 第二功能 ： 23 如表格 。 而 平時， ALE 端 則 以不變的頻率輸出正脈沖信號， 并且 頻率為振蕩器頻率的 1/6。 RST：復(fù)位輸入。 需 注意 的是， 加密方式 1 時， 復(fù)位時內(nèi)部會所存 EA 端的狀態(tài) ；當(dāng) /EA 端保持高電平時， CPU 執(zhí)行 內(nèi)部程序存儲器 的指令 。 AT89C51 的 主要性能參數(shù) ① 可編程串行通道 ； ② 低功耗的閑置和掉電模式 ； ③ 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 ； ④ 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ； ⑤ 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 ； ⑥ 兩個 16位定時器 /計(jì)數(shù)器 ； ⑦ 128 8位內(nèi)部 RAM； ⑧ 32 可編程 I/O 線 ； ⑨ 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz； ⑩ 5 個中斷源 ； 光 電隔離控制電路 使用 光電隔離 電路的背景原因 在本設(shè)計(jì)中，由于電路的連接和芯片本身的運(yùn)行會造成許多不小的 誤差 ，而這些 誤差可以影響到數(shù)據(jù)的傳輸， 進(jìn)而影響 所連接的 器件的響應(yīng)，以致影響到最終的結(jié)果。 因而能夠 廣泛應(yīng)用于強(qiáng) 弱電接口處，特別是在微機(jī)系統(tǒng)的 后向與前向 通道中。反之， 輸出 的是低電平的話， 經(jīng)反相器反向變?yōu)楦唠娖?，發(fā)光二級管不導(dǎo)通，繼電器 K1 處于釋放狀態(tài)， 開關(guān) 保持 斷開 ，閥門維持原狀 。該 感應(yīng)電壓與 VCC 的 和 有時有可能過大，若比 晶體管 8050 的集電極反向電壓 大 ， 那么， 晶體管 就 有可能損壞。 光 電耦合器 光電耦合器也稱光耦合器，多用于開關(guān)控制電路中。其中，發(fā)光源的引腳作為輸入端，而受光器的引腳作為輸出端。本設(shè)計(jì)采用的是 12V的電磁繼電器。繼電器 實(shí)際上是 一種能夠利 用弱 電流 、低電壓電路 去控制 強(qiáng) 電流 、高電壓電路 運(yùn)作的“自動開關(guān)”。此時，銜鐵會在電磁力的吸引作用下克服掉返回彈簧的拉力， 被吸向鐵芯，因而帶動銜鐵的動觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)吸合（即如圖上的 3點(diǎn)與 5 點(diǎn)吸合）。信號是通過光信號傳輸?shù)模禽斎雮?cè)與輸出側(cè)電氣性絕緣。通過在線圈的兩端加上電壓，是線圈充電，進(jìn)而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，因而銜鐵可以再電磁力的作用下吸合鐵芯，最后帶動觸點(diǎn)吸合。 本設(shè)計(jì)中采用的就是電磁繼電器。在這 里，本設(shè)計(jì)選擇了一種比較簡單的聲光報警方式，如圖 所示。 ADC0809 將轉(zhuǎn)換好的數(shù)字信號傳送給單片機(jī) AT89C51 進(jìn)行數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理，然后將該數(shù)據(jù)與預(yù)定的報警值相比較，判斷是否報警。 如下圖 ，傳感器電阻隨 CO 濃度的升高而減小，進(jìn)而傳感器電阻 Rs 分壓變小，RL 負(fù)載上的輸出電壓變大。 圖 A/D 轉(zhuǎn)換控制程序流程圖 如圖，當(dāng)模擬量送至 ADC0809 輸入通道 IN0 以后，通過單片機(jī)控制， ALE 置 1，地址被所存在地址鎖存器中。然后進(jìn)行一次 A/D 轉(zhuǎn)換是否完成判斷，若完成， EOC 輸出高電平，開始 啟動 A/D 轉(zhuǎn)換器 產(chǎn)生中斷，讀取數(shù)據(jù) 判斷一次 A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 結(jié)束 N Y 34 作為中斷請求信號，通過反相器， 傳送到 AT89C51 的 INT0 端。若超過，則啟動報警裝置；若沒超過，則返回監(jiān)控狀態(tài)。不報警時， LED 燈不亮。 聲光報警展示 ： 38 圖 CO 氣體濃度未超標(biāo)時，紅、黃報警指示等均不亮 圖 CO氣體超標(biāo)時黃色報警 燈閃亮 圖 CO氣體超標(biāo)時，紅色報警燈閃亮 圖 報警整體效果圖 39 總結(jié) 作為保護(hù)人們?nèi)粘Ｊ褂妹簹獍踩膱缶O(shè)施，煤氣報警器已然成為了大多數(shù)家庭 不可缺少的家用報警裝置。 傳感器部分采用半導(dǎo)體式 CO 傳感器，具有靈敏度高，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。但是，在一定的濃度區(qū)間內(nèi) ，二者又呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系。 40 致謝 在論文即將結(jié)束之際，我要對我的指導(dǎo)老師王曉斐老師表示由衷的感謝！王老師在我畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給予我極大的鼓勵與幫助。感謝老師們交給我專業(yè)知識， 你們的敬業(yè)精神與奉獻(xiàn)精神都令我欽佩不已；感謝我身邊的同學(xué)們，你們的關(guān)心與幫助推動了我的人格與學(xué)習(xí)上的共同進(jìn)步