【正文】 把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。 ③ 光電耦合器可作為線性耦合器使用 在發(fā)光二極管上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。方案選用 4N25。 （ 1） LED 的結(jié)構(gòu)原理 發(fā)光二極管是一種將電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件?？刂撇煌M合的二級管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。 LED 顯示器是單片機應(yīng)用系 統(tǒng)中常用的廉價輸出設(shè)備。這種顯示方式雖然簡便，電路也最簡單，但顯示的位數(shù)很少（最多四位）。不至于回饋、影響另一端的電路。當(dāng) IF0 時，在一定的 IF 作用下，所對應(yīng)的 IC 基本上與 VCE無關(guān)。 光電耦合器概述 光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電 — 光 — 電轉(zhuǎn)換器件。這樣不僅簡化了電路，而且還降低了成本，實為良好的選擇。 (5)時間老化特性優(yōu)良，抗腐蝕性強。 測量電路 —— 能把傳感元件輸出的電信號 轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、控制和處理的有用電傳號的電路。例如，磁盤與光盤的信息讀出磁頭就是一種傳感器。 圖 USB 供電示意圖 傳感器的選擇及電路 傳感器概述 (1)傳感器的定義 人們通常將能把非電量轉(zhuǎn)換為電量的器件稱為傳感器 ，傳感器實質(zhì)是一種功能塊，其作用是將來自外界的各種信號轉(zhuǎn)換成電信號：它是實現(xiàn)測試與自動控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。但是目前 USB設(shè)備生產(chǎn)廠家混雜，很多廠家 生產(chǎn)的設(shè)備超出了 USB SPEC的要求同時為了 COSTDOWN 沒有使用外置電源。下面對 USB 供電做簡單介紹。 此次設(shè)計是單片機應(yīng)用的一個最小系統(tǒng)。當(dāng)在此輸入端供給一個有效信號時，打開輸出三態(tài)緩沖器，把轉(zhuǎn)換后的結(jié)果輸至數(shù)據(jù)總線。 （ 1） ADC 0809 功能方框圖 模擬輸入部分有 8 路多路開關(guān)，可由三位地址輸入 ADDA、 ADDB、 ADDC 的不同組合來選擇（這三條地址輸入信號可鎖存）。 1/2 LSB 和177。 要選擇適當(dāng)?shù)?ADC，要看其使用目的。 下面介紹設(shè)計中如何使用 ADC0809 的功能。 C～ 十 1500℃。作輸出時數(shù)據(jù)可以鎖??；作輸入時數(shù)據(jù)可以緩沖。 。 8051 的封裝管腳如圖 所示 [2]。利用單片機實現(xiàn)綜合控制。當(dāng)然，在硬件電路里一些芯片是必不可少的，軟件設(shè)計也需要對芯片進行編程序。 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。 內(nèi)帶 4K字節(jié)的內(nèi)存和程序保護系統(tǒng) ， 便 于程序的調(diào)試修改和保密 ， 各管腳的功能將在隨后的知識中加以介紹。為了保證整個系統(tǒng)可靠的運行，設(shè)計中必須明確三大部分的實際聯(lián)系：以單片機為中心，其他各大模塊一一展開。 (3)單片機應(yīng)用系統(tǒng)：指能滿足嵌入對象要求的全部電路系統(tǒng)。 (3)能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中可靠運行的品質(zhì)。鑒于對以上三個方案的對比分析，方案三最符合設(shè)計要求，所以我選擇使用方案三來設(shè)計本次畢業(yè)設(shè)計的主體電路。用它做成的報警器完全可以達到UL2034 標(biāo)準(zhǔn)，不需溫、濕度補償。 由于此次課題要求采用三路巡回檢測，如果采用本方案那么就需要 6 個特性相同的一氧化碳氣體傳感器（ 3個密封檢測氣體濃度，另外 3 個做補償）， 為了達到更好的溫度修正效果，往往需要傳感器廠家的配合，在生產(chǎn)時對傳感器進行成對生產(chǎn)，以保證傳感器特性的一致性。所謂硬件補償是指直接使用溫度傳感器在電路中對氣體傳感器進行補償，這種方式雖然簡單，但只有在溫0limx y dyS x dx?? ???? 度傳感器和氣體傳感器的溫度特性一致時，才能很好地補償；很難實現(xiàn)寬范圍的氣體傳感器和溫度傳感器的特性匹配。動態(tài)特性的輸入與輸出關(guān)系不是一個常數(shù)，而是時間的函數(shù)，隨時間的變化而變化，因此常用 傳遞函數(shù) 表征。采用單個傳感器檢測房間氣體濃度是不合適的。 ② 信號處理部分應(yīng)該根據(jù)實際情況選用 電荷放大 ，或 比較器 等裝置，這部分電路將包含在傳感器接口電路中。 （ 2） 在非正常工作狀態(tài)下 ， 當(dāng)室內(nèi)一氧化碳的濃度達到 100ppm 時系統(tǒng)應(yīng)啟動音樂報警 ， 若 2min 報警無效 ， 系統(tǒng)應(yīng)啟動排風(fēng)扇進行通風(fēng)排氣、關(guān) 閉電磁閥切斷氣源。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。濃度檢測模塊主要由燃氣傳感器組成，它是整個系統(tǒng)中最關(guān)鍵的元件。因此，本次設(shè)計所面對的是廣大居民，其優(yōu)點在于： （ 1）成本低廉并能對 一氧化碳 準(zhǔn)確報警。 選擇一款優(yōu)質(zhì)的燃氣報警器，首先要選擇質(zhì)量過關(guān)的傳感器。 一氧化碳報警器的概述 首先我們應(yīng)對國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的燃氣報警器的種類有所了解。 日本早在 1980 年 1 月開始實行安裝城市煤氣、液化石油氣報警器的法規(guī)， 1986年 5 月日本通產(chǎn)省又實施了安全器具普及促進基本方針。 2021年黨中央國務(wù)院提出“西部大開發(fā)”的重大戰(zhàn)略部署，特別是 2021年“西氣東輸”第一期工程正式開工，這無疑為發(fā)展西部地區(qū)的燃氣產(chǎn)業(yè)帶來歷史性的機遇。而此時采用單片機來實現(xiàn)一氧化碳報警不僅具有采集控制方便、簡單、靈活等優(yōu)點，而且可以大幅度提高采集點的技術(shù)指標(biāo)，從而大大提高系統(tǒng)的可利用性。狹義上講，傳感器就是能將外界信息轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。單片機應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的過程中，應(yīng)不斷調(diào)整軟、硬件，協(xié)調(diào)地進行軟、硬件設(shè)計，以提高工作效率。此次設(shè)計中所利用到的氣體傳感器就是要測量一氧化碳氣體濃度的動態(tài)信號，并且利用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片將濃度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的檢測與事故處理功能，實現(xiàn)智能控制。設(shè)計中超出了任務(wù)書所給的任務(wù)，提出了本一氧化碳報警器在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用方案。但是隨著燃氣的廣泛應(yīng)用，由于燃氣泄漏所引發(fā)的爆炸、中毒和火災(zāi)事故也時有發(fā)生，這在某種程度上增加了城市的不安全和不穩(wěn)定因素。 一氧化碳（ CO）為無色、無味、無臭、無刺激氣體，比重 ，幾乎不溶于水，不易被活性炭吸附。有的報警器可自動開啟排風(fēng)扇，把燃氣排出室外。 報警器都存在著檢測誤差，只要當(dāng)著誤差降低在 5%以內(nèi)這個報警器才符合使用要求。該產(chǎn)品 必須能夠有效預(yù)防廣大農(nóng)村居民的冬季燃煤取暖 一氧化碳 中毒事件的發(fā)生，同時也能夠給城鎮(zhèn)居民安全使用天然氣提供有力的保障。硬件的設(shè)計需要單片機、模電及其數(shù)電的相關(guān)知識。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。 ① 信號采集接收部分即通過一氧化碳傳感器檢測房間氣體濃度，并將這種變化量轉(zhuǎn)化成電壓或電流等模擬量的變化。 ⑤在實現(xiàn)控制功能的單片機與響應(yīng)過程的 LED 顯示管之間應(yīng)該有接口電路以實 現(xiàn)驅(qū)動功能。氣體傳感器主要通過兩個基本特性 靜態(tài)特性和動態(tài)特性來反映傳感 器的這種變動性。如通過溫度傳感器測出環(huán)境的溫度，對氣體傳感器的輸出特性曲線進行修正；或者直接對傳感器進行硬件補償 。為了解決這個問題，提出采用雙傳感器補償方式，具體來說就是選用兩個特性一致（實際上只能做到非常接近）的氣體傳感器來實現(xiàn)補償，把其中一個氣體傳感器 A密封代替溫度傳感器，對另一氣體傳感器 B進行補償。所以不采用方案二。 由于采用此方案制作硬件極其復(fù)雜， 系統(tǒng)整體設(shè)計體積 過大 、功耗 高、成本太高，所以不予采納。通常將滿足 海量高速數(shù)值計算的計算機稱為通用計算機系統(tǒng)；而把面向工控領(lǐng)域?qū)ο螅度氲焦た貞?yīng)用系統(tǒng)中，實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計算機稱之為嵌入式計算機系統(tǒng)，簡稱嵌入式系統(tǒng)。 單片機有惟一的專門為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)，最能滿足嵌入式應(yīng)用要求。其中以MCS8051 單片機為核心構(gòu)成單片機系統(tǒng)。 圖 一氧化碳報警器系統(tǒng)組成框圖 下面就對各個模塊的功能和實現(xiàn)形式作簡單介紹。處理后的信息將通過單片機控制，在 LED顯示管上顯示出來，并且控制事故處理模塊。單片機在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用主要是應(yīng)用了串口通信技術(shù)，這種技術(shù)是在智能型領(lǐng)域的綜合應(yīng)用，是值得發(fā)展的新技術(shù)。在實際的應(yīng)用中，基本知識的掌握程度至關(guān)重要，它影響到應(yīng)用的好壞。 下面詳細介紹它們具體的應(yīng)用方法。 。 ALU除了可以進行四則算術(shù)運算之外，還可以進行布爾運算。 P2 口是高 8 位地址 A8～ A15的地址總線，但也可作一般的 I／ O口。上電復(fù)位是利用電容的充放電來實現(xiàn)。雙積分型 ADC，一般精度高，對周期變化的干擾信號積分為零，因而具有抗干擾性好、價格便宜等優(yōu)點，但轉(zhuǎn)換速度慢。 ADC 0809 是 CMOS 的 8 位單片 A/D 轉(zhuǎn)換器。 ④ 具有鎖存控制的 8路多路開關(guān)。 其引腳如圖 。轉(zhuǎn)換完成 EOC 輸出一個負脈沖，外界的輸出允許信號 OE，打開三態(tài)緩沖器把轉(zhuǎn)換的結(jié)果輸至數(shù)據(jù)總線。 時鐘連接圖如圖 ： 圖 ADC0809與單片機時鐘端的連接 ADC0809芯片與單片機的連接圖如 圖 ： 圖 ADC0809 與單片機的連接 在本次設(shè)計中，為了能對單片機直接寫入程序，避免調(diào)試過程中不斷的插拔單片機，特制作了一個數(shù)據(jù)接口，用于和編程 器相連。 圖 編程器接口電路 圖 常規(guī)供電示意圖 2. 只有在使用 5VSB 供電模式下，才能在休眠的情況下使用 USB 設(shè)備喚醒系統(tǒng)（當(dāng)然主板 BIOS 中一定要對 Wakeup By USB Device 選項進行設(shè)置） 。 5V 可以提供較大的電流、兼容更多的非標(biāo)準(zhǔn) USB 設(shè)備但會存在休眠喚醒的問題，5VSB 雖然無問題但是對非 標(biāo)準(zhǔn) USB設(shè)備的兼容性不好。 (2)傳感器的作用 ① 信息的收集 科學(xué)研究中的計量測試，產(chǎn)品制造與銷售中所需的計量等都要由測量而獲得準(zhǔn)確的定量數(shù)據(jù)對某種特定要求，需檢測目標(biāo)物的存在狀態(tài)，把某狀態(tài)的信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)：對系統(tǒng)或裝置的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，也由傳感器來實現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)異常情況時， 發(fā)出警告信號并啟動保護電路工作。 (3)傳感器的組成 傳感器一般由敏感元件、傳感元件和測 量電路三部分組成有時還加上輔助電源。由于傳感元件的輸出信號一般比較小，為了便于顯示和記錄，大多數(shù)測量電路還包括了放大器。 (8)故障率低，易于校準(zhǔn)和維修。其中三路檢測結(jié)果由三個一氧化碳傳感器提供，在實際設(shè)計中，為了使編程方便，使用 IN IN IN4口接收傳感器信號。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器也可工作于開關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號 。 4N25 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖如下圖 所示： 管腳功能： ①電源，②輸入斷口，③不接，④輸出口一，⑤輸出口二，⑥不接 (2)電路的設(shè)計 電路圖如下圖 所示： 光電耦合器 4N25起到耦合脈沖信號和隔離單片機 MCS8051系統(tǒng)與輸出部分的作用，使兩部分的電流相互獨立。簡稱 LED(Light Emitting Diode)。使用 LED 顯示器的時候，為了顯示數(shù)字或是字符，要為 LED顯示器提供代碼，因為這些代碼是通過各個段的亮與滅來顯示不同字符的，因此稱之為段碼。在給每個二極管通電后，二極管發(fā)光后表示要顯示的數(shù)字的一部分，當(dāng)組成這個數(shù)字的所有二極管都發(fā)亮?xí)r，才能正確的顯示這個數(shù)字。直接用單片機的 8位數(shù)據(jù)口作為數(shù)碼管的 8 段顯示驅(qū)動口。使兩部分的電流相互獨立，這樣驅(qū)動電路中較大的電流。 ② 輸出特性 光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流 IF 下，光敏管所加偏置電壓 VCE 與輸出電流 IC 之間 的關(guān)系，當(dāng) IF=0 時，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。 當(dāng)檢測到氣體濃度超過 100ppm時，音樂報