【正文】 國多年的基本建設(shè)的發(fā)展，這個行業(yè)也得到發(fā)展，具備了和國外知名企業(yè)抗衡的能力。國外的產(chǎn)品和品牌一統(tǒng)天下，占領(lǐng)中國的大部分市場。 系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)本文利用單片機電路制作變電轉(zhuǎn)火災煙霧故障監(jiān)測報警系統(tǒng)。濃度檢測模塊主要由半導體氣體傳感器MQ2和ADC0809組成，它們是整個系統(tǒng)中關(guān)鍵的元件；顯示部分由LCD1602組成。在解決這一問題的過程中，需要查閱大量資料，結(jié)合所學知識，向老師獲取幫助。最后在制作完成硬件電路板后要調(diào)試出設(shè)計要求的功能。它包括對各種元器件的功能和接法的了解，以及對各種元器件的選擇和設(shè)計方案的選擇。①信號采集部分即通過氣體傳感器檢測氣體濃度，將這種變化量轉(zhuǎn)化成電壓模擬量的變化，然后通過運放進行必要的放大。②信號處理部分為了實現(xiàn)精確控制，采用單片機較為合適。單片機對該數(shù)字信號進行處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進行分析比較，是否大于或等于某個預設(shè)值(也就是報警限)，如果大于則啟動報警電路發(fā)出報警聲音，反之則為正常狀態(tài)。煙霧傳感器及單片機是可燃煙霧檢測報警器的兩大核心，根據(jù)報警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟的煙霧傳感器及單片機芯片是至關(guān)重要的。氣體傳感器所測量的值經(jīng)常會發(fā)生變化。所謂的靈敏度，是指在靜態(tài)工作條件下，其單位輸入所產(chǎn)生的輸出，用S表示。如式（2）： （2）此可見，煙霧傳感器的輸入和輸出關(guān)系并非簡單的線性或曲線關(guān)系，要對煙霧傳感器建立一個準確的溫度修正數(shù)學模型是很困難的。本設(shè)計主要考慮如何有效實現(xiàn)傳感器的溫度補償。該方式較為復雜，對特性離散的傳感器，擬合效果差。采用普通雙傳感器，采用相互補償?shù)姆椒z測房間氣體濃度，將檢測的到濃度信號送入A/D芯片中進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用AT89S51單片機控制聲音報警以及將氣體傳感器檢測到的濃度值在顯示器顯示出來。單單采用此種方法并不能更好的提高測量性能，還需要加以軟件補償。具體電路設(shè)計將在下文中給出。傳感器作為煙霧檢測報警器的信號采集部分，是儀表的核心組成部分之一。 (c)利用電化學性質(zhì)的煙霧傳感器：如電流型煙霧傳感器、電勢型氣 體傳感器等。 (a) 半導體煙霧傳感器半導體煙霧傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器，以及用單晶半導體器件制作的煙霧傳感器。 (b)固體電解質(zhì)煙霧傳感器 固體電解質(zhì)煙霧傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料作為氣敏元件，其原理是利用氣敏材料在通過煙霧時產(chǎn)生電阻，測量其形成電動勢從而測量氣體濃度。接觸燃燒式煙霧傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲(也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層)，使用時將鉑絲通電，保持300176。高分子氣敏材料在遇到特定煙霧時，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。煙霧濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號傳出。 (f)熱傳導傳感器 熱傳導傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結(jié)構(gòu)形式，但是測量原理不同。在測量和比較元件中，紅外射線被煙霧有選擇地吸收了。由于非碳氫化合物易燃煙霧(如氫)不吸收電磁譜中IR部分的能量，所以這種傳感器可以精確地測量碳氫化合物，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其它煙霧的腐蝕以及高濃度目標煙霧的影響。下表簡要列舉出已經(jīng)研究、開發(fā)的各類煙霧傳感器及其可檢測的氣體種類[5]。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度的恢復的可能，但是如果長期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會不斷下降，導致傳感器最終喪失檢測煙霧的能力。一般連續(xù)使用兩個月后應對傳感器進行量程校準，這種經(jīng)常性對傳感器的維護，無形中加大了工作人員的工作量，同時增加了報警器的維護成本。因此，本設(shè)計采用半導體煙霧傳感器作為報警器煙霧信息采集部分的核心。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。靈敏性圖22是傳感器典型的靈敏度特性曲線。圖中縱坐標是傳感器的電阻比（Rs/Ro）。圖22 MQ2/MQ2S氣體傳感器的靈敏度特性 圖23 MQ2/MQ2S氣體傳感器的溫度/濕度特性曲線圖24 MQ2/MQ2S氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形 MQ2/MQ2S氣敏元件的規(guī)格MQ2/MQ2S氣敏元件的規(guī)格如表21所示：表22 MQ2/MQ2S氣敏元件的規(guī)格 煙霧檢測報警器具體設(shè)計方案 本設(shè)計屬于單片機應用系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)具有以下特點：(1)面對控制對象。(4)突出控制功能。 本論文中的煙霧檢測報警器以8051單片機為控制核心，采用MQ2型電阻式半導體傳感器采集煙霧信息。與此同時通過max232與上位機通信。(3)單片機應用系統(tǒng)：指能滿足嵌入對象要求的全部電路系統(tǒng)。其中以AT89S51單片機為核心構(gòu)成單片機系統(tǒng)。在本次設(shè)計中，使用的核心器件是AT89S51單片機和MQ2型氣體傳感器。其目標是在傳統(tǒng)的煙霧報警儀的基礎(chǔ)上，盡量提高準確性，降低成本，縮小體積。 (2)煙霧報警功能 當煙霧濃度處于報警限值之上，蜂鳴器開始報警，并且伴隨紅燈亮。3 .1 煙霧檢測報警器系統(tǒng)模塊設(shè)計整個監(jiān)測報警系統(tǒng)由三個部分組成，分為三大模塊：氣體濃度檢測模塊、主控模塊和報警模塊，下面依次介紹。如圖32所示。下面來詳細介紹一下AT89S51單片機AT89S51單片機簡介AT89S51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓,高性能CMOS8位微處理器,俗稱單片機。所以本設(shè)計我們選擇AT89S51單片機作為控制器的核心芯片[9]。（2）外接晶振引腳XTAL1（19腳），XTAL2(18腳)XTAL1：在單片機內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。（3）輸入/輸出引腳P0，P1，P2，P3～(39～32腳):P0是一個8位漏極開路型雙向I/O端口。在EPROM編程和驗證程序時，它輸入低8位地址。～(10～17腳):P3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。當訪問外部存儲器時，ALE信號負跳變來觸發(fā)外部的8位鎖存器(如74LS373)，將端口P0的地址總線(A0A7)鎖存進入鎖存器中。因此在8031中，EA引腳必須接低電位，因為其內(nèi)部無程序存儲器空間。在訪問外部程序存儲器讀取指令碼時，每個機器周期產(chǎn)生二次PSEN信號。復位信號是高電平有效，高電平的持續(xù)時間應該在24個時鐘周期以上，若時鐘頻率為6MHz,則復位信號至少應持續(xù)4us以上，才可以使單片機可靠復位。復位電路可以參考圖34：圖34 單片機復位電路（2）程序執(zhí)行方式 程序執(zhí)行方式是單片機的基本工作方式。但真正的程序一般不可能從0000H開始存放，因此，需要在0000H單元開始存放一條轉(zhuǎn)移指令，從而使程序跳轉(zhuǎn)到真正的程序入口地址。通過編程規(guī)定INT0信號是低電平有效，因此不來脈沖時總是處于響應中斷的狀態(tài)。因此，內(nèi)部時鐘并不停止工作，只是去CPU的路徑被門電路切斷，但仍然供應中斷電路、定時器和串行口。至此，本系統(tǒng)三大模塊功能和設(shè)計思路已經(jīng)確立，下文將介紹整個系統(tǒng)的詳細設(shè)計過程，并且給出設(shè)計電路。軟件知識用來設(shè)計芯片處理數(shù)據(jù)的先后順序，數(shù)據(jù)的獲得途徑以及對數(shù)據(jù)做怎樣的處理和顯示功能等等。理論依據(jù)的成立與否在很大程度上決定了電路設(shè)計的成功，也整個系統(tǒng)能否實現(xiàn)的根本。三端固定式集成穩(wěn)壓器三端固定式集成穩(wěn)壓器有78XX/79XX系列，它是固定輸出電壓式穩(wěn)壓器，片內(nèi)有過流保護和過熱保護功能，外接兩只電容就可以簡單構(gòu)成穩(wěn)壓電路，如圖36所示。安裝時，兩電容應直接與三端集成穩(wěn)壓器的引腳根部相連。它的內(nèi)部有效電路由調(diào)整管、保護電路、控制電路和誤差放大器等組成，VoCOM間電壓與基準電壓進行比較，工作時經(jīng)常保持一致，當輸入電壓Vi或輸出電流Io變化時，使輸出Vo保持穩(wěn)定。輸出端電容也是穩(wěn)定電容，對于降低輸出紋波、輸出噪聲及負載電流變化的影響有很好的效果，～1uF的陶瓷電容就可以了。此外還有很多品種的穩(wěn)壓器內(nèi)有使輸出晶體管不超過安全工作區(qū)的保護電路。為了提高Vo的穩(wěn)定性，輸入Vi要采用低紋波電源?；鶞孰妷旱木却笾驴梢苑譃?77。最早的精度是177。2%。本電路工作時，先將插頭接到+5V市電上，由開關(guān)接通電源，此時，黃色發(fā)光二極管工作顯示電源接通狀態(tài)。常見的運算放大器中，LM324價格低廉、使用簡單等優(yōu)點比較突出，所以本設(shè)計中的前置放大電路采用LM324作為電路的運算放大器。同相比例運算電路中反饋的組態(tài)為電壓串聯(lián)負反饋，同樣可以利用理想運放工作在線性區(qū)時的兩個特點來分析其電壓放大倍數(shù)。 放大電路圖(2)電壓放大倍數(shù)A=1+R16/R13，A=1+R17/R14，A=1+R18/R15即輸出電壓與輸入電壓的幅值成正比，且相位相同，所以此電路實現(xiàn)了同相比例放大。ADC0809是美國NS公司的產(chǎn)品，其性能指標一般，但價格低廉，便于與微機連接，應用十分廣泛。ADC0809主要特性（1）8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。圖39 ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點和滿刻度校準。A、B、C的狀態(tài)字決定在A/D轉(zhuǎn)換時用哪個模擬輸入端輸入。當ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。時鐘頻率低時，A/D轉(zhuǎn)換速度也降低。（5）EOC（7腳）：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當OE輸入高電平信號時，三態(tài)輸出鎖存器將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出?；鶞孰妷旱闹行闹担╒REF（+）+VREF（））/2應接近于Vcc/2，其偏差值不應該超過 。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。表34 74系列主要電特性的典型值型號fmaxPD5474/747425MHz85mW54H74/74H7443 MHz150mW54S74/74S74110MHz150mW54LS74/74LS7433MHz20mW圖314 74LS74的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖315 74ALS04引腳圖74ALS04的介紹04 為六組反向器，共有 54/74054/74H054/74S054/74LS04四種線路結(jié)構(gòu)形式，其主要電特性的典型值如表35所示：表35 04主要電特性的典型值引出端符號：1A－6A輸入端；1Y－6Y輸出端邏輯圖：雙列直插封裝電源電壓：7V輸入電壓：54/74054/74H054/74S04：；54/74LS04：7V工作環(huán)境溫度：54XXX：55~125℃；74XXX：0~70℃存儲溫度 ：65~150℃74ALS04內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳圖見圖316所示。其中R3到R8為上拉電阻 。硬件連接電路如表36所示：表36 LCD1602與單片機管腳連接關(guān)系LCD1602單片機DB0～DB7:P1RS:RW:E:引腳說明RS：寄存器選擇輸入端；RS＝0,如果是寫狀態(tài),指向指令寄存器,如果是讀,指向地址計數(shù)器RS＝1,不管是寫狀態(tài)還是讀狀態(tài),指向數(shù)據(jù)寄存器RW：為0：寫狀態(tài)。 電路設(shè)計方法圖314 LCD1602與單片機連接電路圖LCD1602的數(shù)據(jù)口與單片機通過P1口連接，使能端E、VO通過接一個10K的電位器來控制液晶屏幕的亮度。由于單片機處理三路傳感器數(shù)據(jù)，所以當三路中的任何一路超過報警極限都會驅(qū)動蜂鳴器報警。所以，以RS232C為主來討論。由于通行設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標準，目前已在微機通信接口中廣泛采用。電氣性能與電平轉(zhuǎn)換（1）電氣性能EIARS232C對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)定。（2）電平轉(zhuǎn)換EIARS232C與TTL轉(zhuǎn)換：EIARS232C是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同[14]。接口機械性能連接器：由于RS232C并未定義連接器的物理特性，因此，出現(xiàn)了DB2DB15DB9各種類型的連接器，其引腳的定義也各不相同。因此，若與配接DB25型連接器的DCE設(shè)備連接，必須使用專門的電纜線。為了保證碼元畸變小于4%的要求，接口標準在電氣特性中規(guī)定，驅(qū)動器的負載電容應小于2500pF。這兩個設(shè)備狀態(tài)信號有效，只表示設(shè)備本身可用，并不說明通信鏈路可以開始進行通信了，能否開始進行通信要由下面的控制信號決定。當MODEM已準備好接收終端傳來的數(shù)據(jù)，并向前發(fā)送時，使該信號有效，通知終端開始沿發(fā)送數(shù)據(jù)線TxD發(fā)送數(shù)據(jù)。接收線信號檢出(Received Line detectionRLSD)——用來表示DCE已接通通信鏈路，告知DTE準備接收數(shù)據(jù)。②數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線發(fā)送數(shù)據(jù)(Transmitted dataTxD)——通過TxD終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到MODEM，(DTE→DCE)。例如，只有當DSR和DTR都處于有效（ON）狀態(tài)時，才能在DTE和DCE之間進行傳送操作。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢。C語言有功能豐富的庫函數(shù)、運算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。用C語言來編寫目標系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進和擴充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用三路檢測，并且在顯示器上顯示工作傳感器所檢測到的濃度值。在開發(fā)大型軟件時更能 體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢[18]。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)C51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。按照以上的軟件程序設(shè)計思想，可以畫出程序的流程圖并根據(jù)流程圖寫出相應的程序。= 0x0f。 TL1 = 0xf9。 SBUF = ucData