【正文】 干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積[22]。 PIC系列單片機的硬件系統(tǒng)設(shè)計簡潔，指令系統(tǒng)設(shè)計精煉。即所謂的哈佛結(jié)構(gòu)。（6）I2C和SPI串行總線端口。其主要區(qū)別在于總線結(jié)構(gòu)、流水線結(jié)構(gòu)、寄存器組及基本特性方面。PIC的所有寄存器，包括I/O口、定時器及程序計數(shù)器等都采用RAM結(jié)構(gòu)形式，而且都需要一個指令周期就可以完成訪問和操作；而MCS—51需要兩個或兩個以上的周期才能改變寄存器的內(nèi)容。PIC有兩個捕獲（Capture）、比較（Compare）、脈沖寬度調(diào)制PWM模式、10位多通道A/D轉(zhuǎn)換器、帶有SPITM（主模式）和I2CTM（主/從）的同步串行端口SSP（Synchronous Serial Port）、帶有9位地址檢測的通用同步異步接收發(fā)送器USART（USART/SCI）、8位寬并行從屬端口（Parallel Slave Port，PSP）、有節(jié)電鎖定復(fù)位（BrownOut Reset，BOR）的節(jié)電檢測電路等；而MCS—51沒有。它的特點是保持低價格的前提下具有很高的性能，如帶A/D、內(nèi)部EEPROM數(shù)據(jù)存儲器、雙時鐘工作、比較輸出、捕捉輸入、PWM輸出、I2C和SPI接口、異步串行通信（USART）、模擬電壓比較器及LCD驅(qū)動等，已被廣泛引用在各種電子產(chǎn)品中，且表現(xiàn)極佳。（3）中斷源多。PIC器件有一個看門狗定時器，它可以單獨通過組態(tài)位關(guān)閉。為配合這些應(yīng)用，幾種振蕩器可供選擇。AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51的基本組成部分圖如圖23所示。外部ROM（64KB）/EA=0/1外部RAM（64KB）外部ROM（4KB）/EA=0內(nèi)部ROM（4KB）/EA=1 FFFFH FFFFH特殊功能寄存器（21個SFR）內(nèi)部128ByteRAM 1000H FFH 80H 0FFFH 7FH 0000H 00H 0000H圖24 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu)報警器正常工作時，傳感器送來的氣體濃度對應(yīng)的微小的電壓信號經(jīng)過放大電路放大，轉(zhuǎn)化成較大的模擬電壓信號后送入A/D轉(zhuǎn)換器，然后再送給AT89C51單片機處理。3 系統(tǒng)的硬件電路 系統(tǒng)電源電路任何電子設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流電源供電，直流穩(wěn)壓電源是將交流電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓的設(shè)備。圖32系統(tǒng)電源電路圖 AT89S51的時鐘電路和復(fù)位電路 （1）時鐘電路：AT89S51單片機芯片內(nèi)部設(shè)有一個由反向放大器構(gòu)成的振蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入端和輸出端，時鐘可由內(nèi)部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引腳上外接晶體振蕩器Y，內(nèi)部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。為了獲得POR的優(yōu)越性，只要把MCLR引腳直接（或通過電阻）連接到VDD。（6）具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性（7）快速的響應(yīng)恢復(fù)特性適用于家庭或工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣等監(jiān)測裝置。該電路的反饋組態(tài)為電壓串聯(lián)負反饋。它利用通過滑動變阻器Rp2產(chǎn)生的參考電壓Vref和傳感器的輸出電壓分別輸入到運算放大電路的兩個輸入端，由此得到的輸出電壓Uo與兩個輸入端之差成正比而實現(xiàn)差分比例電路。ADC0809的轉(zhuǎn)換速度較快，完成一次的轉(zhuǎn)換時間為100μs左右，可對05V的模擬信號進行轉(zhuǎn)換。（4）Vref(+)和Vref()為參考電壓輸入端。74LS373是八D鎖存器，常應(yīng)用在地址鎖存及輸出口的擴展中。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，產(chǎn)生的正脈沖作為OE信號，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。 聲音報警電路圖如圖38所示。主程序設(shè)計先對傳感器預(yù)熱，預(yù)熱同時，對傳感器進行故障檢測，采用軟件方式檢測傳感器加熱絲或電纜線是否斷線或者接觸不良。程序中包含定點乘法、定點除法、減法及二進制碼轉(zhuǎn)化為BCD碼等一些常用算法。5 系統(tǒng)調(diào)試及操作 軟件調(diào)試本次設(shè)計的軟件設(shè)計采用的是Keil C51軟件，Keil C51是美國Keil C51 Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，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，因而易學(xué)易用。選擇菜單ProjectBuild target,對當(dāng)前工程進行連接，如果當(dāng)前文件已修改軟件會先對該文件進行編譯，然后在連接以產(chǎn)生目標代碼。本文首先討論了可燃氣體檢測技術(shù)的現(xiàn)狀，并闡明了論文選題的意義和主要工作，并且對當(dāng)前幾種氣體檢測方法進行了對比。鑒于本人經(jīng)驗不足對51系列單片機知識不熟悉加之時間有限，系統(tǒng)分析和設(shè)計還不夠深入，不能進行仿真。sbit LED1=P3^4。 //定義數(shù)據(jù)類型//int z。{ 。z) 。i++) { for(j=10。it。 //A/D啟動轉(zhuǎn)換信號sbit OE=P3^1。從課題的選擇到項目的最終完成，朱順文老師都始終給予我細心的指導(dǎo)和不懈的支持。在軟件方面，由于本設(shè)計采用的是51系列系列單片機因為其在軟件方面有很強的功能。調(diào)試過程：接通電源，先讓液化氣報警器預(yù)熱30秒，此時數(shù)碼管顯示0，然后用打火機放些液化氣靠近液化氣傳感器。保存該文件，加上擴展名（.c）。通常丙烷在空氣中含量為1%時不會對人體造成傷害，當(dāng)濃度接近10%時會引起頭暈。主程序初始化流程圖。其參數(shù)特點如下:大 小 : 顯示方式：靜態(tài)顯示顯示顏色：紅色顯示位數(shù)： 1位數(shù)碼管字符顯示電路圖如圖310所示。報警裝置采用電磁式無源蜂鳴器 HC12075B其參數(shù)特點如下：額定電壓：額定電流：=10mA～=70Ma聲壓電平：=75～=85諧振頻率：2048Hz線圈電阻：177。由于單片機頻率采用6MHz,則ALE腳的輸出頻率為1MHz，在經(jīng)二分頻后為500kHz，恰好符合ADC0809對時鐘頻率的要求。 圖36 ADC0809引腳圖和內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機進行處理。D0～ D7是8位數(shù)字量輸出端。電壓基準源的技術(shù)指標很多，主要的指標是：初始精度、輸出電壓溫度漂移、提供電流以及吸入電流的能力、靜態(tài)電流、長期穩(wěn)定性、輸出電壓溫度遲滯、噪音等。用來匹配阻抗用的，防止滑動變阻器輸出電壓受到影響。設(shè)計中采用LM393作為電路的運算放大器。工作電壓：直流5伏具有以下特點：（1）具有信號輸出指示。任何單片機在工作之前都要進行復(fù)位，復(fù)位對單片機來說就像計算機的重新啟動，是在做一些準備工作。然后利用二極管的單向?qū)ㄐ?，將交流電壓變換為單方向的脈沖直流電壓，再利用電容儲能元件組成的濾波電路，將脈動大的直流電壓處理成平滑的脈動小的直流電壓，即將整流電路輸出的脈動直流電壓中的交流成分濾掉，只留下比較平滑的直流電壓，最后利用集成穩(wěn)壓器W7805，讓電源電路的輸出電壓穩(wěn)定為5V，以此作為系統(tǒng)各個部分電路的電源。為了區(qū)別正常的工作的報警，在誤報警和不正常的工作狀態(tài)警報時，蜂鳴器聲音報警持續(xù)30min，以提醒用戶檢查傳感器或者電路連線情況，及時排除故障，保證安全。 ④外部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）64K 字節(jié)。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時／計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。方案二：采用51系列單片機在單片機家族的眾多成員中，MCS系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。在復(fù)位中的這些設(shè)計使電源更加穩(wěn)定。（7）具有標識ID碼存儲單元。 PIC處理器具有不同于一般微處理器的許多特性，它給出最大系統(tǒng)可靠性，通過減少外部元件使成本最少。而PIC12C5XX是第一個8腳低價單片機，其小巧，應(yīng)用前景廣闊。PIC終端源多達14個；而MCS—51有中斷源5個。數(shù)據(jù)總線都是8位的，但指令總線位數(shù)依基本型（PIC12CXX/16C5X）、中級型（PIC16C6X/16C7X/16F87X）、高級型（PIC17CXX/18CXX）分別為1116位。（10）品種豐富。（4）功耗低。在PIC系列單片機中采用的這種哈佛總線結(jié)構(gòu)（），就是在芯片內(nèi)部將數(shù)據(jù)總線和指令總線分離，并且采用不同的寬度。由于單片機技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機，本設(shè)計考慮了其中兩種方案[23]。 設(shè)計時應(yīng)注意，氣敏元件開機通電時，其內(nèi)阻很小，但經(jīng)過一段時間后，才能恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。這種傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對可燃氣體有良好的靈敏度，能夠檢測多種可燃性氣體，十分適合應(yīng)用在家庭的氣體泄漏報警器中。在設(shè)計報警器時只有使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號[20]。按照光源不同，可分為一般光電式、激光光電式、紫外光光電式和紅外光光電式等4種。由于非碳氫化合物易燃氣體(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，而且不受其它氣體的腐蝕以及高濃度目標氣體的影響。高分子氣敏元件在遇到特定氣體時，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。這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。當(dāng)半導(dǎo)體接觸到氣體時，半導(dǎo)體的電阻值將發(fā)生變化，利用傳感器輸出端阻值的變化來測定或控制氣體的有關(guān)參數(shù)，這種類型的傳感器稱為電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器；當(dāng)MOS場效應(yīng)管在接觸到氣體時，場效應(yīng)管的電壓將隨周圍氣體狀態(tài)的不同而發(fā)生變化，利用這種原理制成的傳感器被稱為非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器。 （3）常見的有機氣體探測器種類及工作原理 為了確保家庭環(huán)境的安全，需要對各種可燃性氣體、有毒性氣體一氧化碳進行檢測。在國內(nèi)的產(chǎn)品中，無論哪家生產(chǎn)的有機氣體探測器，都可以探測到火災(zāi)的發(fā)生，都具有比較高的靈敏度，而且在安裝中都比較簡單。以上是根據(jù)報警器應(yīng)具備的功能，提出的整體設(shè)計思路。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。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了能將擴散法與泵吸法融為一體的檢測儀器，采用一機分體多探頭結(jié)構(gòu)增加傳感器的失效判斷和實用功能，大大方便了用戶。用該方法測定氣體濃度時，必須考慮到氣體的溫度、壓力、含量、換算結(jié)果，以及光在該氣體中的折射率等問題。示蹤氣體檢測法是向被測空間中注入一定量的示蹤氣體，如CO2等，通風(fēng)（包括自然通風(fēng)）后使示蹤氣體的濃度得到稀釋，通過測出示蹤氣體濃度的變化，間接地求出通風(fēng)量和空氣齡[13]。在氣體濃度檢測中占有很重要的地位，但在測量中必須合理地選擇色譜柱及載氣流速等參數(shù)，只只有進行多次重復(fù)試驗后方能獲得理想的測量效果。超聲技術(shù)就是利用了這種關(guān)系，通過測量超聲波在氣體中的傳播速度V以及當(dāng)前氣體溫度T，推算出該氣體的大概濃度。利用氣敏元件測量氣體濃度原理簡單，操作也比較方便，但存在以下不足[8]：①由于在檢測儀中一般將氣敏元件與標準元件組成測量電橋電路，因此電橋電路的非線性會影響測量精度； ②電橋供電電壓的大小對測量精度有很大影響； ③檢測時還需考慮現(xiàn)場溫度、空氣擾動等因素，需要串接上補償電路。1927年，Oliver 。其主要成分是一氧化碳、甲烷和氫氣等。隨著科技的進步與發(fā)展，對可燃氣體報警器的研究主要集中在智能化與集成化。而本設(shè)計的研究方向是針對于液化石油氣的報警器。液化氣全名液化石油氣，它的主要成分是丙烷和丁烷，煉廠氣、天然氣中的輕質(zhì)烴類在常溫、常壓下呈氣體狀態(tài)，在加壓和降溫的條件下，可凝成液體狀態(tài)。該設(shè)計基于51系列單片機為核心，以氣敏傳感器檢測可燃氣體的質(zhì)量濃度，經(jīng)過信號處理后，直接讀入單片機中，單片機對檢測的信號進行判斷。液化氣報警器作為一種檢測液化氣泄漏并及時發(fā)出聲光報警等可預(yù)防著火、傷亡的安全裝置[1]。有基于CAN總線以ARM微處理器為核心的氣體報警器，也有基于AT89系列和51系列系列單片機的設(shè)計[3]。因此，煤氣有毒，易于在空氣中形成爆炸性混合物。即使80多年后的今天，大多數(shù)密閉空間檢測中用到的檢測器仍然采用這種原理，當(dāng)然已融入了更多的現(xiàn)在技術(shù)成分[6]。所以這種方法主要用在測量精度要求不高的場合。如果需要測出氣體濃度的具體值，可以通過實驗推算出V，T與氣體濃度的對應(yīng)關(guān)系。（4）載體催化燃燒法檢測氣體濃度。該方法基于示蹤氣體質(zhì)量守恒方程，常用于研究單一建筑物滲透通風(fēng)的特性。檢測環(huán)境的多樣化增加了氣體濃度檢測儀器開發(fā)的難度。 2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 液化氣報警器是能夠檢測環(huán)境中的液化氣濃度，并具有報警功能的儀器。當(dāng)輸入A/D轉(zhuǎn)換器的放大信號不為零時，啟動報警電路。 傳感器的選擇有機氣體傳感器是模擬傳感器[17]。但是，由于各生產(chǎn)的設(shè)備不可通用，獨立為正，不但不可彼此互相代替，更不可以互相通訊。但是，由于有機氣體的種類繁多，一種類型的有機氣體傳感器不可能檢測所有的氣體，通常只能檢測某一種或兩種特定性質(zhì)的氣體。 自1962年半導(dǎo)體金屬氧化物氣體傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、輸出信號強、耐久