【正文】 首先要給傳感器預(yù)熱，因?yàn)?MQN5 型半導(dǎo)體電阻式氣體傳感器在不通電存放一段時(shí)間后，再次通電時(shí)，傳感器不能立即正常采集氣體信息，需要一段時(shí)間預(yù)熱。2Ω 重 量 ： 30 基于單片機(jī)的液化氣檢測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)有一個(gè)消音按鍵，當(dāng)報(bào)警器發(fā)出鳴叫時(shí)，用戶到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，可按下消音按鍵停止報(bào)警器鳴叫。 在單片機(jī)擴(kuò)展連接 ADC0809 電路中，地址譯碼引腳 A、 B、 C 分別與地址總線的低三位 A0,A1,A2 相連，以選通 IN0～ IN7 中的一路。設(shè)計(jì)中采用中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 C,B,A=000～ 111 分別對(duì)應(yīng) IN0～ IN7 通道地址。通過(guò)一些補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ缙诘脑O(shè)計(jì)人員還是設(shè)計(jì)出了一些齊納式基準(zhǔn)，比如國(guó)產(chǎn)的 2DW7 就是采用了雙齊納管反相串 聯(lián)的補(bǔ)償方法，用硅二極管的正向 2mV/℃ 的溫漂和齊納擊穿的正溫漂進(jìn)行補(bǔ)償。高輸入阻抗就可以減少放大電路對(duì)前端電路的影響，同時(shí)低輸出阻抗也可以提高自身的抗干擾性，這顯然有利于電路中其他模塊的設(shè)計(jì)。 LM393 的 靜態(tài)功耗小 、 價(jià)格低廉 ，可在較寬電壓范圍內(nèi)的單電源或雙電源下工作，其 電源電流很小且與電源電壓無(wú)關(guān)，四個(gè)運(yùn)放一致性好；其輸入偏流電阻是溫度補(bǔ)償?shù)?，也不需外接頻率補(bǔ)償，可做到輸出電平與數(shù)字電路兼容。（當(dāng)輸出低電平時(shí)信號(hào)燈亮，可直接接單片機(jī)） （ 4）模擬量輸出 0~5V 電壓，濃度越高電壓越高。只要將AT89C51 單片機(jī)的 RST 引腳上加負(fù)脈沖就完成了復(fù)位，前提是加高電平的時(shí)間要大于 5ms。 系統(tǒng)里面的電源將交流電源通過(guò)交流變壓器變換成整流電路，因?yàn)槿粘５碾妷?20V 太過(guò)高了，本設(shè)計(jì)所需要的電壓僅僅 5V就夠了，所以先通過(guò)變壓器改變電壓，由于轉(zhuǎn)變后還有一部分從整流電路中以脈動(dòng)交流電壓，通過(guò)濾波電路處理過(guò)濾掉就安全了，為了讓電壓更加的穩(wěn)定平和，所以再加上個(gè)穩(wěn)壓電路以防萬(wàn)一，僅僅一個(gè)小的故障就可以導(dǎo)致 AT89C51 單片機(jī)的燒毀，對(duì)于整個(gè)電源的選擇一定要慎重，不可掉以輕心。若過(guò)一點(diǎn)時(shí)間濃度仍 超出報(bào)警限，報(bào)警器會(huì)再次鳴叫提醒用戶。 表 22 程序存儲(chǔ)器的 6 個(gè)特殊地址 0000H 上電或復(fù)位入口地址 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H 外部中斷 0 入口地址 定時(shí)器 T0 中斷入口地址 外部中斷 1 入口地址 定時(shí)器 T1 中斷入口地址 串口中斷入口地址 在上述事件發(fā)生時(shí)， PC 指針獲得固定的地址，然后 CPU 執(zhí)行 PC 指針?biāo)傅刂穯卧獌?nèi)的程序。 19 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部由許多元器件構(gòu)成，通過(guò)上面的介紹我們可以知道，時(shí)鐘源和震蕩與定時(shí)電路是不可少的，而且這兩個(gè)組合相互關(guān)系，再接著就是主要的核心部分 CPU， CPU 通過(guò)處理兩個(gè)中斷信 號(hào)來(lái)工作，這兩個(gè)信號(hào)分別是外部中斷信號(hào)和內(nèi)部中斷信號(hào)， CPU 通過(guò)系統(tǒng)總線與內(nèi)存和端口進(jìn)行交流，我們這里有 128BSFR，128BRAM 和 4KBROM，還有兩個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器，他們都通過(guò)系統(tǒng)總線與 CPU交流數(shù)據(jù)，總線控制控制相應(yīng)的控制信號(hào)，再加上不可缺少的并行端口和串行端口。因此，測(cè)控系統(tǒng)中，使用 51 系列單片機(jī)是最理想的選擇，因此設(shè)計(jì)采用 AT89C51。 睡眠（ SLEEP）模式提供一個(gè)小電流降壓模式設(shè)計(jì)。 （ 9）能低電壓編程。 CPU 的特殊性能包括： （ 1）振蕩器 OSC 可選擇。它在 PIC16C5X 的基礎(chǔ)上進(jìn)行了很多改進(jìn)，并保持很高的兼容性。定時(shí)器 Timer1：帶有預(yù)分頻器的 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，在休眠期間外部晶振 /時(shí)鐘可以工作。 MCS—51 的取指令和執(zhí)行采用單指令流水線結(jié)構(gòu)，即取一條指令，執(zhí)行完成后再取下一條指令；而 PIC 的取指令和執(zhí)行采用雙指令流水線結(jié)構(gòu)，當(dāng)一條指令被執(zhí)行時(shí)，允許下一條指令同時(shí)被 取出，這樣就實(shí)現(xiàn)了單周期指令。 PIC 系列單片機(jī)與 MCS—51 系列的區(qū)別如下 [24]： MCS—51 是許多人熟悉的單片機(jī)之一。其中有些型號(hào)，在 4MHZ 時(shí)鐘頻率下工作時(shí)電流不超過(guò) 2mA，在睡眠模式下的電流可以低到 1μA以下。 （ 2）精簡(jiǎn)指令集 (RISC)技術(shù)。嵌入式控制器國(guó)內(nèi)習(xí)慣稱為單片機(jī)。 單片機(jī)的選型 單片機(jī) 是 氣體 自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的心臟，用來(lái)接收火災(zāi)信號(hào)并啟動(dòng) 報(bào)警裝置顯示和執(zhí)行相應(yīng)的保 護(hù)和消防動(dòng)作。其技術(shù)指標(biāo)表 21所示。 二氧化錫 (SnO2)半導(dǎo)體氣敏元件 特點(diǎn)： （ 1） SnO2 材料的物理、化學(xué)穩(wěn)定性較好，與其他類型氣敏元件相比， SnO2 氣敏元件壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好、耐腐蝕性強(qiáng)。 根據(jù)報(bào)警器檢測(cè)氣體種類的不同要求，很多場(chǎng)合都會(huì)選擇使用半導(dǎo)體氣體傳感 11 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 器。它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅 241。高分子氣體傳感器具有對(duì)特定氣體分子靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能在常溫下使用，可以彌補(bǔ)其它氣體傳感器的不足。電化學(xué)氣敏傳感器一般利用液體（或固體、有機(jī)凝膠等）電解質(zhì)，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還原產(chǎn)生的電流，也可以是離子作用于離子電極產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。但是其最大的缺點(diǎn)就是選擇性較差。例如氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器主要檢測(cè)各種還原性氣體，如 CO、 H C2H5OH、 CH3OH 等。使得用戶面對(duì)眾多廠家生產(chǎn)的有機(jī)氣體探測(cè)器感到不知所措。它能 將空氣中的 有機(jī)氣體或一氧化碳 濃度變量轉(zhuǎn)換成有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系的輸出信號(hào)的裝置。反之則為正常工作狀態(tài)。該報(bào)警系統(tǒng)的最基本組成部分應(yīng)包括：信號(hào)采集及前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、聲光報(bào)警電路和安全保護(hù)電路等部分組成 [16]。氣體濃度檢測(cè)技術(shù)在應(yīng)用中還 需要考慮很多額外的因素，國(guó)內(nèi)外對(duì) 其的研究雖多，有的甚至開(kāi)發(fā)出了一 5 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 定的成型裝置，但是各種方法都有一定的缺陷，在本文中，根據(jù)測(cè)量環(huán)境及技術(shù)要求，采用了半導(dǎo)體式氣敏元件法來(lái)檢測(cè)氣體濃度。利用示蹤氣體測(cè)量建筑物滲透通風(fēng)特性在國(guó)外已有大約四十年的歷史，并且發(fā)展出了各種不同的測(cè)量方法。這種檢測(cè)方法線性和穩(wěn)定性較好。由分析和實(shí)驗(yàn)可知?dú)怏w濃度 S 與聲速 V，氣體溫度 T 間呈非線性二元函數(shù)關(guān)系，通過(guò)對(duì)不同濃度的某種特定氣體（如氨氣）做精確測(cè)量，并利用計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)采用最小二乘法作統(tǒng)計(jì)處理和進(jìn)行曲線擬合，便可以得到多項(xiàng)式回歸方程 ? ? ? ? ? ? ? ? 20 1 2,s T V A T A T v A T v? ? ? （ ） 式（ ）中，系數(shù) A0、 A1 和 A2 由計(jì)算機(jī)解出，它們均為溫度 T 的函數(shù)，如式（ ） 231 0 1 3A b b T b T? ? ? （ ） 當(dāng)對(duì)測(cè)量精度要求不是很嚴(yán)格時(shí)，式（ ）可簡(jiǎn)化為線性方程，式（ ）也可簡(jiǎn)化為 T 的二次方程。 3 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 當(dāng)前，利用新的傳感器技術(shù)測(cè)量氣體濃度倍受關(guān)注。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及傳感器技術(shù)的發(fā)展，氣體檢測(cè)技術(shù)從原來(lái)的單方面應(yīng)用一些化學(xué)反應(yīng)發(fā)展為多方面、多科學(xué)交叉應(yīng)用，在多方面獲得了發(fā)展。而液化氣具有易燃易爆性、汽化性、受熱膨脹性、滯留性、帶電性、腐蝕性及窒息性等特點(diǎn)。目前這一領(lǐng)域還有很大的發(fā)展空間和許多需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。 最近網(wǎng)絡(luò)上又有新聞報(bào)道， 液化石油氣摻入二甲醚成行業(yè)潛規(guī)則 存爆炸風(fēng)險(xiǎn) ，許多的隱患讓我深感不安，作為這次的材料選題，也是想為社會(huì)的安全方面做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)，我相信，只要人人都獻(xiàn)出一點(diǎn)，世界將變成美好的人間。如果質(zhì)量濃度超過(guò)預(yù)定數(shù)值時(shí)，蜂鳴器將發(fā)出聲報(bào)警，并同時(shí)紅燈亮，具有聲光報(bào)警功能，數(shù)碼管顯示濃度?；诠┘彝ナ褂玫囊夯瘹鈭?bào)警器應(yīng)該具備的基本要求和功能，文章設(shè)計(jì)了一種比較適合的液化氣報(bào)警器。這些氣體如天然氣、液化石油氣等都是易燃、易爆或?qū)θ梭w有害的。 我這次設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)液化氣報(bào)警器，由于本人的知識(shí)和水平有限，也由于材料和器材方面的匱乏，所以只能設(shè)計(jì)一個(gè)最簡(jiǎn)單的具有報(bào)警功能的作品了。煤氣是用煤或焦炭等固體原料經(jīng)干餾或汽化制得的。為了 提醒人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)液化氣是否泄漏，加工廠常向液化氣中混入少量有惡臭味的硫醇或硫醚類化合物。這是本設(shè)計(jì)的傳感器的測(cè)量氣體濃度的原理。超聲波在某種氣體中的傳播速度 V 與當(dāng)前氣體溫度 T 和氣體性質(zhì)有一定的關(guān)系 [10]。不同濃度的混合氣體的色譜存在明顯差異，根據(jù)當(dāng)前呈現(xiàn)的色譜便能分析出當(dāng)前氣體濃度的高低。 （ 5）示蹤氣體濃度衰減法測(cè)量氣體濃度。光干涉式氣體濃度測(cè)定器目前被廣泛應(yīng)用與煤礦井下空氣中的甲烷、瓦斯等濃度，以及其他環(huán)境下各種氣體濃度的測(cè)定；在實(shí)驗(yàn)室也往往采用這種測(cè)定儀器作為相對(duì)參考的儀器。 在許多野外或臨時(shí)的危險(xiǎn)場(chǎng)所采用單一的測(cè)試手段已不能滿足安全需要，往往先進(jìn)行泵吸法測(cè)試，然后再用其他方法對(duì)作業(yè)環(huán)境實(shí)行檢測(cè)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路再將該模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)。為提高響應(yīng)時(shí)間，保證傳感器準(zhǔn)確地、穩(wěn)定地工作，報(bào)警器需要向液化氣傳感器持續(xù)輸出一個(gè) 5V 的電壓。目前，有機(jī)氣體 傳感器廣泛應(yīng)用在城市安防、小區(qū)、工廠、公司、學(xué)校、家庭、別墅、倉(cāng)庫(kù)、資源、石油、化工、燃?xì)廨斉涞缺姸囝I(lǐng)域。但是，任何一個(gè)完整的有機(jī)氣體傳感器都必須具備以下條件： ①能選擇性地檢測(cè)某種單一氣體，而對(duì) 共存的其它氣體不響應(yīng)或低響應(yīng)； ②對(duì)被測(cè)氣體具有較高的靈敏度，能有效地檢測(cè)允許范圍內(nèi)的氣體濃度； ③對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好； ④長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性好； ⑤使用壽命長(zhǎng)； ⑥制造成本低，使用與維護(hù)方便。按照敏感機(jī)理分類，半導(dǎo)體氣體傳感器可分為電阻式和非電阻 式。一般在連續(xù)使用兩個(gè)月后應(yīng)對(duì)該 傳感器進(jìn)行維護(hù)。 （ 4）高分子氣 體傳感器 利用高分子氣敏元件制作的氣體傳感器近年來(lái)得到很大的發(fā)展。 由于不同的氣體吸收不同波長(zhǎng)的 IR，所以傳感器根據(jù)目標(biāo)氣體而調(diào)整，典型應(yīng)用包括測(cè)量 CO 和 CO冷凍劑氣體和一些易燃?xì)狻Ｆ匠９庠窗l(fā)出的光，通過(guò)透鏡射到光敏元件上，電路維持正常，如果有液化氣從中阻隔，到達(dá)光敏元件上的光就顯著減弱，于是光敏元件就把光強(qiáng)的變化變成電的變化，利用光散射原理對(duì)火災(zāi)初期產(chǎn)生的液化氣進(jìn)行探測(cè)，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。 MQN5 半導(dǎo)體 氣體傳感器 適用于天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣、液化氣等的檢測(cè)，對(duì)可燃性氣體的（ CH C4H H2 等）的檢測(cè)很理想。所以 MQN5 半導(dǎo)體 氣體 液化氣 傳感器 要想把采集到的氣體濃度模擬信號(hào)傳送給單片機(jī)控制器就必須經(jīng)過(guò)放大器進(jìn)行放大處理，之后才能將模擬信號(hào)經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可以識(shí)別的電信號(hào)給單片機(jī)。由于MCS 系列單片機(jī)集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強(qiáng)，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，這給我們利用單片機(jī)提供了極大的便利。 PIC 系列單片機(jī)不僅采用哈佛體系結(jié)構(gòu)，而且還采用哈佛總線結(jié)構(gòu)。 PIC 系列單片機(jī)只有 4 種尋址方式（寄存器間接尋址、立即數(shù)尋址、直接尋址和位尋址），容易掌握。 （ 9）程序存儲(chǔ)器版本齊全。正因?yàn)樵?PIC 系列單片機(jī)中采用了哈佛總線結(jié)構(gòu)，所以與常見(jiàn)的微控制器不同的一點(diǎn)是，程序和數(shù)據(jù)總線可以采用不同的寬度。 PIC 多達(dá) 8K14 字節(jié)可重復(fù)多次寫入的閃速 FLASH 程序存儲(chǔ)器、多達(dá) 3688字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）、多達(dá) 2568 字節(jié) E2PROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；而 MCS—51 有 4千 字節(jié) EPROM， 128 字節(jié) RAM。適用于各種對(duì)成本要求嚴(yán)格的嵌入式控制。 PIC 系列單片機(jī)所有型號(hào)都有商用級(jí)（ 0～ 70℃ ）、工業(yè)級(jí)（ 40～ 85℃ ）和汽車工業(yè)級(jí)（ 40～ 125℃ ）芯片，可以適應(yīng)各種環(huán)境溫度。 （ 6）具有編碼保護(hù)功能。另一個(gè)是電源上升定時(shí)器 PWRT，僅在電源上升中提供一個(gè) 72ms 的固定延遲。 PIC16F87X 可以在 4 種不同的振蕩器模式中選擇，用戶可編程兩個(gè)組態(tài)位(FOSC1 和 FOSC0)選擇這 4 種模式之一： （ 1） LP：低電源晶體； （ 2） XT：晶體 /諧振器； （ 3） HS 高速晶體 /諧振器； （ 4） RC：電阻器 /電容器。同時(shí)， AT89C51 可降至 0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。 ③ 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （ RAM） 256 字節(jié)。反之，報(bào)警器不發(fā)出警報(bào)， LED 狀態(tài)指示燈綠燈常亮且不閃爍，數(shù)碼管不顯示字符，蜂鳴器不發(fā)出聲響。 交流電源 負(fù)載 圖 31 直流穩(wěn)壓電源組成方框圖 電源變壓器的作用是，改變電網(wǎng)的交流電壓的大小，將 220V、 50Hz 的市電進(jìn)行降壓，使變壓器的副邊輸出的交流電壓符合設(shè)計(jì)要求。 （ 2）復(fù)位電路： 單片機(jī)有多種復(fù)位電路，本系統(tǒng)采用自動(dòng)復(fù)位（上電復(fù)位）與手動(dòng)復(fù)位方式，當(dāng)上電時(shí)， C3 充電，電源經(jīng)過(guò)電容器 C3 加到 RESET 引腳，使單片機(jī)復(fù)位；在正常工作時(shí)，按下復(fù)位鍵時(shí)單片機(jī)復(fù)位。 24 基于單片機(jī)的液化氣檢測(cè)報(bào)警器