【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(gè)偏置電流，再把信號(hào)電壓通過(guò)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(hào)，其輸出電流將隨輸入的信號(hào)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(jí)管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。 LED 顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系 統(tǒng)中常用的廉價(jià)輸出設(shè)備。這種顯示方式雖然簡(jiǎn)便，電路也最簡(jiǎn)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(shí)，在一定的 IF 作用下，所對(duì)應(yīng)的 IC 基本上與 VCE無(wú)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(hào)的一種電 — 光 — 電轉(zhuǎn)換器件。這樣不僅簡(jiǎn)化了電路，而且還降低了成本，實(shí)為良好的選擇。 (5)時(shí)間老化特性優(yōu)良，抗腐蝕性強(qiáng)。 測(cè)量電路 —— 能把傳感元件輸出的電信號(hào) 轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、控制和處理的有用電傳號(hào)的電路。例如，磁盤(pán)與光盤(pán)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(chēng)為傳感器 ，傳感器實(shí)質(zhì)是一種功能塊，其作用是將來(lái)自外界的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)：它是實(shí)現(xiàn)測(cè)試與自動(dòng)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(shí)為了 COSTDOWN 沒(méi)有使用外置電源。下面對(duì) USB 供電做簡(jiǎn)單介紹。 此次設(shè)計(jì)是單片機(jī)應(yīng)用的一個(gè)最小系統(tǒng)。當(dāng)在此輸入端供給一個(gè)有效信號(hào)時(shí)，打開(kāi)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(kāi)關(guān)，可由三位地址輸入 ADDA、 ADDB、 ADDC 的不同組合來(lái)選擇（這三條地址輸入信號(hào)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(jì)中如何使用 ADC0809 的功能。 C～ 十 1500℃。作輸出時(shí)數(shù)據(jù)可以鎖住；作輸入時(shí)數(shù)據(jù)可以緩沖。 。 8051 的封裝管腳如圖 所示 [2]。利用單片機(jī)實(shí)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(jì)也需要對(duì)芯片進(jìn)行編程序。 至此，本系統(tǒng)三大模塊功能和設(shè)計(jì)思路已經(jīng)確立，下文將介紹整個(gè)系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程，并且給出設(shè)計(jì)電路。 內(nèi)帶 4K字節(jié)的內(nèi)存和程序保護(hù)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(shí)中加以介紹。為了保證整個(gè)系統(tǒng)可靠的運(yùn)行，設(shè)計(jì)中必須明確三大部分的實(shí)際聯(lián)系：以單片機(jī)為中心，其他各大模塊一一展開(kāi)。 (3)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)：指能滿足嵌入對(duì)象要求的全部電路系統(tǒng)。 (3)能在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中可靠運(yùn)行的品質(zhì)。鑒于對(duì)以上三個(gè)方案的對(duì)比分析，方案三最符合設(shè)計(jì)要求，所以我選擇使用方案三來(lái)設(shè)計(jì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主體電路。用它做成的報(bào)警器完全可以達(dá)到UL2034 標(biāo)準(zhǔn)，不需溫、濕度補(bǔ)償。 由于此次課題要求采用三路巡回檢測(cè)，如果采用本方案那么就需要 6 個(gè)特性相同的一氧化碳?xì)怏w傳感器（ 3個(gè)密封檢測(cè)氣體濃度，另外 3 個(gè)做補(bǔ)償）， 為了達(dá)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(shí)對(duì)傳感器進(jìn)行成對(duì)生產(chǎn)，以保證傳感器特性的一致性。所謂硬件補(bǔ)償是指直接使用溫度傳感器在電路中對(duì)氣體傳感器進(jìn)行補(bǔ)償，這種方式雖然簡(jiǎn)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(shí)，才能很好地補(bǔ)償；很難實(shí)現(xiàn)寬范圍的氣體傳感器和溫度傳感器的特性匹配。動(dòng)態(tài)特性的輸入與輸出關(guān)系不是一個(gè)常數(shù)，而是時(shí)間的函數(shù)，隨時(shí)間的變化而變化，因此常用 傳遞函數(shù) 表征。采用單個(gè)傳感器檢測(cè)房間氣體濃度是不合適的。 ② 信號(hào)處理部分應(yīng)該根據(jù)實(shí)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(dá)到 100ppm 時(shí)系統(tǒng)應(yīng)啟動(dòng)音樂(lè)報(bào)警 ， 若 2min 報(bào)警無(wú)效 ， 系統(tǒng)應(yīng)啟動(dòng)排風(fēng)扇進(jìn)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(jì)要求的功能。濃度檢測(cè)模塊主要由燃?xì)鈧鞲衅鹘M成，它是整個(gè)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的元件。因此，本次設(shè)計(jì)所面對(duì)的是廣大居民，其優(yōu)點(diǎn)在于： （ 1）成本低廉并能對(duì) 一氧化碳 準(zhǔn)確報(bào)警。 選擇一款優(yōu)質(zhì)的燃?xì)鈭?bào)警器，首先要選擇質(zhì)量過(guò)關(guān)的傳感器。 一氧化碳報(bào)警器的概述 首先我們應(yīng)對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的燃?xì)鈭?bào)警器的種類(lèi)有所了解。 日本早在 1980 年 1 月開(kāi)始實(shí)行安裝城市煤氣、液化石油氣報(bào)警器的法規(guī)， 1986年 5 月日本通產(chǎn)省又實(shí)施了安全器具普及促進(jìn)基本方針。 2021年黨中央國(guó)務(wù)院提出“西部大開(kāi)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(kāi)工，這無(wú)疑為發(fā)展西部地區(qū)的燃?xì)猱a(chǎn)業(yè)帶來(lái)歷史性的機(jī)遇。而此時(shí)采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)一氧化碳報(bào)警不僅具有采集控制方便、簡(jiǎn)單、靈活等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高采集點(diǎn)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(hào)的裝置。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，應(yīng)不斷調(diào)整軟、硬件，協(xié)調(diào)地進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)，以提高工作效率。此次設(shè)計(jì)中所利用到的氣體傳感器就是要測(cè)量一氧化碳?xì)怏w濃度的動(dòng)態(tài)信號(hào)，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(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)與事故處理功能，實(shí)現(xiàn)智能控制。設(shè)計(jì)中超出了任務(wù)書(shū)所給的任務(wù)，提出了本一氧化碳報(bào)警器在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用方案。但是隨著燃?xì)獾膹V泛應(yīng)用，由于燃?xì)庑孤┧l(fā)的爆炸、中毒和火災(zāi)事故也時(shí)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(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭、無(wú)刺激氣體，比重 ，幾乎不溶于水，不易被活性炭吸附。有的報(bào)警器可自動(dòng)開(kāi)啟排風(fēng)扇，把燃?xì)馀懦鍪彝狻? 報(bào)警器都存在著檢測(cè)誤差，只要當(dāng)著誤差降低在 5%以內(nèi)這個(gè)報(bào)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(shí)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(jì)需要單片機(jī)、模電及其數(shù)電的相關(guān)知識(shí)。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。 ① 信號(hào)采集接收部分即通過(guò)一氧化碳傳感器檢測(cè)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(shí)現(xiàn)控制功能的單片機(jī)與響應(yīng)過(guò)程的 LED 顯示管之間應(yīng)該有接口電路以實(shí) 現(xiàn)驅(qū)動(dòng)功能。氣體傳感器主要通過(guò)兩個(gè)基本特性 靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性來(lái)反映傳感 器的這種變動(dòng)性。如通過(guò)溫度傳感器測(cè)出環(huán)境的溫度，對(duì)氣體傳感器的輸出特性曲線進(jìn)行修正；或者直接對(duì)傳感器進(jìn)行硬件補(bǔ)償 。為了解決這個(gè)問(wèn)題，提出采用雙傳感器補(bǔ)償方式，具體來(lái)說(shuō)就是選用兩個(gè)特性一致（實(shí)際上只能做到非常接近）的氣體傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，把其中一個(gè)氣體傳感器 A密封代替溫度傳感器，對(duì)另一氣體傳感器 B進(jìn)行補(bǔ)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(jì)體積 過(guò)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(jì)算的計(jì)算機(jī)稱(chēng)為通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；而把面向工控領(lǐng)域?qū)ο?，嵌入到工控?yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計(jì)算機(jī)稱(chēng)之為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)嵌入式系統(tǒng)。 單片機(jī)有惟一的專(zhuān)門(mén)為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)為核心構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)。 圖 一氧化碳報(bào)警器系統(tǒng)組成框圖 下面就對(duì)各個(gè)模塊的功能和實(shí)現(xiàn)形式作簡(jiǎn)單介紹。處理后的信息將通過(guò)單片機(jī)控制，在 LED顯示管上顯示出來(lái)，并且控制事故處理模塊。單片機(jī)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(shí)際的應(yīng)用中，基本知識(shí)的掌握程度至關(guān)重要，它影響到應(yīng)用的好壞。 下面詳細(xì)介紹它們具體的應(yīng)用方法。 。 ALU除了可以進(jìn)行四則算術(shù)運(yùn)算之外，還可以進(jìn)行布爾運(yùn)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(lái)實(shí)現(xiàn)。雙積分型 ADC，一般精度高，對(duì)周期變化的干擾信號(hào)積分為零，因而具有抗干擾性好、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，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(kāi)關(guān)。 其引腳如圖 。轉(zhuǎn)換完成 EOC 輸出一個(gè)負(fù)脈沖，外界的輸出允許信號(hào) OE，打開(kāi)三態(tài)緩沖器把轉(zhuǎn)換的結(jié)果輸至數(shù)據(jù)總線。 時(shí)鐘連接圖如圖 ： 圖 ADC0809與單片機(jī)時(shí)鐘端的連接 ADC0809芯片與單片機(jī)的連接圖如 圖 ： 圖 ADC0809 與單片機(jī)的連接 在本次設(shè)計(jì)中，為了能對(duì)單片機(jī)直接寫(xiě)入程序，避免調(diào)試過(guò)程中不斷的插拔單片機(jī)，特制作了一個(gè)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(duì) Wakeup By USB Device 選項(xiàng)進(jìn)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(huì)存在休眠喚醒的問(wèn)題，5VSB 雖然無(wú)問(wèn)題但是對(duì)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(jì)量測(cè)試，產(chǎn)品制造與銷(xiāo)售中所需的計(jì)量等都要由測(cè)量而獲得準(zhǔn)確的定量數(shù)據(jù)對(duì)某種特定要求，需檢測(cè)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(duì)系統(tǒng)或裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也由傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)， 發(fā)出警告信號(hào)并啟動(dòng)保護(hù)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(cè) 量電路三部分組成有時(shí)還加上輔助電源。由于傳感元件的輸出信號(hào)一般比較小，為了便于顯示和記錄，大多數(shù)測(cè)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(cè)結(jié)果由三個(gè)一氧化碳傳感器提供，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為了使編程方便，使用 IN IN IN4口接收傳感器信號(hào)。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見(jiàn)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(kāi)關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號(hào) 。 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(jì) 電路圖如下圖 所示： 光電耦合器 4N25起到耦合脈沖信號(hào)和隔離單片機(jī) MCS8051系統(tǒng)與輸出部分的作用，使兩部分的電流相互獨(dú)立。簡(jiǎn)稱(chēng) LED(Light Emitting Diode)。使用 LED 顯示器的時(shí)候，為了顯示數(shù)字或是字符，要為 LED顯示器提供代碼，因?yàn)檫@些代碼是通過(guò)各個(gè)段的亮與滅來(lái)顯示不同字符的，因此稱(chēng)之為段碼。在給每個(gè)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(gè)數(shù)字的所有二極管都發(fā)亮?xí)r，才能正確的顯示這個(gè)數(shù)字。直接用單片機(jī)的 8位數(shù)據(jù)口作為數(shù)碼管的 8 段顯示驅(qū)動(dòng)口。使兩部分的電流相互獨(dú)立，這樣驅(qū)動(dòng)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(shí)，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時(shí)的光敏晶體管集電極輸出電流稱(chēng)為暗電流，一般很小。 當(dāng)檢測(cè)到氣體濃度超過(guò) 100ppm時(shí)，音樂(lè)報(bào)