【正文】 多屬于脈沖信號，對于脈沖信號借助示波器（這里指通用示波器）用常規(guī)方法 很難觀測到，必須采取一定措施才能觀測到。在保證安裝無誤后，用替換方法排除錯誤。 當(dāng)硬件設(shè)計從布線到焊接安裝完成之后，就開始進(jìn)入硬件調(diào)試階段，調(diào)試大體 可以 分為以下幾步。 仿真圖 3 單片機(jī)煤氣報警系統(tǒng)仿真圖 3 所示 ，此模塊用于采集傳感器的 濃度。 Y YY = Y + X XX X ?下上下 下濾 濾下上（ ） （ ）（ ） (41) 式中 Y上 區(qū)間上限濃度值 Y下 區(qū)間下限濃度值 Y濾 實際氣體測試濃度值 X上 區(qū)間上限濃度對應(yīng)電壓值 X下 區(qū)間下限濃度對應(yīng)電壓值 X濾 實際氣體測試濃度對應(yīng)電壓值 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 23 開 始根 據(jù) 濾 波 后 的 電 壓 ,通 過 查 表 比 較 的 方 法確 定 所 在 的 分 段 區(qū) 間濾 波 后 電 壓 值 與 該 區(qū) 間電 壓 下 限 相 減X 2=X 濾 X 下區(qū) 間 上 下 限 濃 度 值 相減 Y 1=Y 上 Y 下完 成 16 16位 定 點 乘法 求 出 Z=X 2 Y 1區(qū) 間 上 下 限 電 壓值 相 減 X 1=X 上 X 下完 成 32247。同時將濃度值與上限報警設(shè)定值相比較，以判斷是否需要報警控制處理。 可燃性氣體報警控制器軟件流程及設(shè)計 本設(shè)計中，軟件要解決的主要問題是檢測傳感器送來的可燃性氣體濃度信號，進(jìn)行線性化處理，用 LED 顯示濃度，若濃度值超出限定值，報警器發(fā)出聲音報警，同時啟動排氣裝置， 因此分為主程序、 T0 中斷子程序、線性化處理子程序、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序，濃度顯示子程序、鍵掃描子程序六個部分。 STC89C52系列單片機(jī)的調(diào)試、開發(fā)工具由硬件和軟件兩部分組成，硬件只需一臺 PC機(jī)、目標(biāo)板和一個 稱為 FET(FlashEmulation Tool)的 JTAG控制器 。若要使數(shù)碼管顯示一個“ 3”字，只需控制其“ a、 b、 c、 d、 g”這幾個發(fā)光管點亮即可。本次設(shè)計中采用的是動態(tài)顯示的方法進(jìn)行濃度顯示。 圖 36 STC89C52 單片機(jī)接口電路 (1) 復(fù)位模塊 復(fù)位操作可以使單片機(jī)初始化，也可以使死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動， 因此非常重要。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 CLK—— 時鐘信號。 其引腳電路如圖 32所示， STC89C52 主要性能有以下幾點： (1) 與 MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 (2) 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器 (3) 1000次擦寫周期 (4) 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz (5) 三級加密程序存儲器 (6) 32個可編程 I/O口線 (7) 三個 16位 定時器 /計數(shù)器 (8) 八個中斷源全雙工 UART串行通道 (9) 低功耗空閑和掉電模式 (10) 掉電后中斷可喚醒 單 片 機(jī) 濃度采樣電路 濃度比較 聲、光報警 輸出控制 5V 電源 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 (11) 看門狗定時器 (12) 雙數(shù)據(jù)指針 (13) 掉電標(biāo)識符 圖 32 STC89C52引腳圖 可 燃性氣體報警控制器的電路設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換電路 ADC0809 芯片為 28 引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見圖 。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 31 可燃性氣體報警控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu) STC89C52 系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。在單片機(jī)所實現(xiàn)的這些 功 能中，特別是信號處理部分，需要單片機(jī)有較快的運行速度，才能對現(xiàn)場氣體濃 度 做出快速、準(zhǔn)確的檢測，進(jìn)行相應(yīng)的處理。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 MQ2 傳感器詳細(xì)說明 MQ2型氣敏元件的敏感層是用非常穩(wěn)定的二氧化錫制成的。 (5) 電化學(xué)傳感器 這類傳感器由膜電極和電解液灌封而成。其工作原理是 ：氣敏材料在通電狀態(tài)下，可燃性氣體 氧化燃燒或在催化劑作用下氧化燃燒，產(chǎn)生的熱量使電熱絲升溫，從而使其電阻值發(fā)生變化，測量阻值變化 從而測量氣體濃度。 (2) 固體電解質(zhì)氣體傳感器 這是一種產(chǎn)量僅次于半導(dǎo)體氣體傳感器的一類傳感器。氣體傳感器種類繁多，從原理上可以分為 三 大類 ： (1) 利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器 :如半導(dǎo)體、催化燃燒等。系統(tǒng)硬件電路主要分為 A/D轉(zhuǎn)換電路、 STC89C52單片機(jī)接口電路、聲音報警控制電路、顯示電路四個部分。該儀器主要應(yīng)用于燃?xì)夤艿赖牟槁┡c巡線。無論在氣體探測器的研制上，還是在報警器的性能上，均處于國際領(lǐng)先水平。 因此，本次設(shè)計 采用了 “ 探測器 +單片機(jī)控制電路 ” 設(shè)計思路。有些是保養(yǎng)不當(dāng)，如電池流水腐蝕儀器，或蓄電池?fù)p壞使報警器不能 工作 。液化石油氣、天然氣、煤氣等這些氣體主要含有烷類、烴類 、烯類、醇類、苯類以及一氧化碳、氫等成分，是易燃、易爆、有毒、有害的氣體。 本設(shè)計對可燃性氣體泄漏報警、控制器進(jìn)行了深入的研究，采用了 “ 探測器 +單片機(jī)控制電路 ” 設(shè)計思路，具有檢測誤差小，反應(yīng)速度快等優(yōu)點。該報警 器 可以實時、準(zhǔn)確檢測可燃性氣體，并且可以長時間可靠無誤的報警，具有很廣泛的應(yīng)用前景和推廣價值。國內(nèi)外均有不少這方面的報道，其教訓(xùn)是非常深刻的。在 2021 年 10月國家頒布《可燃?xì)怏w檢測報警器規(guī)程 JJG6932021 》 。同時，設(shè)計出的可燃性氣體報警控制器具有操作簡單， 實用性強(qiáng)，價格便宜，安全性高等特點，所以非常適合貯氣倉庫，以及家庭等場所使用，具有很高的實用價值。 我國在 70年代初期開始研制可燃性氣體報警控制器，生產(chǎn)型號多樣、品種較齊全，應(yīng)用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴(kuò)展到幾乎所有危險作業(yè)環(huán)境的各種類型報警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。這種儀器大都裝設(shè)在油庫、乙炔站、液化氣站和煤氣站齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 等易燃易爆的危險場所。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 第 2 章 可燃性氣體報警控制器的方案設(shè)計 氣體傳感器的選型 可燃性氣體傳感器是一個氣 電變換器，它的作用是把可燃性氣體在空氣中的含量(即濃度 )變成電信號，進(jìn)而由單片機(jī)采集信號、數(shù)據(jù)處理、濃度顯示以 便 報警控制。 下面對工業(yè)上常用的幾種氣體傳感器作以簡單介紹。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個領(lǐng)域。在燃?xì)獗ㄏ孪迌?nèi)輸出為線性、只與燃?xì)鉂舛瘸烧?、溫度和濕度的變化對其工作狀態(tài)影響很小、選擇性好、反映準(zhǔn)確、精度高、再現(xiàn)性好。它主要適用于毒性氣體的檢測。溫度為 20 攝氏度，濕度為 65%，氧氣濃度為 21%， RL=l0k， Ro 為 1000ppmLPG（液化石油氣）中氣敏元件電阻， Rs 為不同氣體不同濃度下氣敏元件電阻。 首先，可燃性氣體濃度信號通過 MQ2 氣體傳感器將可燃性氣體濃度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過前置放大電路后，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換 ， 輸出一個適合單片機(jī)接收的電壓信號，然后，送入 STC89C52 中，線性化數(shù)據(jù)處理后，將電壓信號轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的十六進(jìn)制濃度值。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案 [2]。 START—— 轉(zhuǎn)換啟動信號。 EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換； EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。 Vref—— 參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。為了保證系統(tǒng)能可靠地復(fù)位， RST 端上高電平信號必須有足夠長的時間。 聲音報警電路 當(dāng)可燃性 氣體濃度超過限定值時，揚聲器發(fā)出鳴叫報警 。 燈 光報警 燈 光報警電路如圖 47所示， 燈光 報警電路由 R2 LED2（ 黃 色）組成，電阻起限流的作用。 (2) 設(shè)置斷點 用戶可以通過調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對話界面。 本設(shè)計對傳感器預(yù)熱一段時間， 預(yù)熱的同時，設(shè)定所要檢測可燃性氣體濃度的上限值。但是標(biāo)定時輸出曲線往往不是一條理想的直線，所以要對標(biāo)定曲線進(jìn)行線性化處理，用一條擬合直線近似代替輸出曲線，線性化是智能儀表的典型功能之一。 開 始將 2 4 H 送 入 AA 1 0 0C = 0 ? 2 5 H + 1A + 1 0 0NYA 1 0C = 0 ? 2 6 H + 1YA + 1 0NA 送 入 2 7 H 圖 44 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序流程圖 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 25 顯示子程序設(shè)計 本次設(shè)計采用的是 四 位并行接口動態(tài)顯示電路 圖 45 顯示子程序流程圖 開始 調(diào)入字符偏移量和位選代碼 查表送入顯示 延時 2MS 指向下一個偏移量 3 位顯示完成？ 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 數(shù)據(jù)處理模塊 46 數(shù)據(jù)處 理模塊 電路仿真 單片機(jī)煤氣報警系統(tǒng)仿真圖如圖 47 所示 ，此 為濃度檢測正常狀態(tài)；單片機(jī)煤氣報警系統(tǒng)仿真圖 如 圖 47所示，此 為濃度超限報警狀態(tài)；單片機(jī)煤氣報警系統(tǒng)仿真圖 如 圖47 所示，此 為傳感器 顯示當(dāng)前的濃度 。 調(diào)試部分是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計中至關(guān)重要的部分。排除的方法是首先將加工的印制板認(rèn)真對照原理圖，看兩者是否一致。若有高 壓，聯(lián)機(jī)仿真器調(diào)試時，將會損壞仿真器等，有時會使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。 執(zhí)行程序后，就可以利用示波器觀察芯片的片選信號引出腳（用示波器掃描時間為 1μs／每格檔），這時應(yīng)看到周期為數(shù)微秒的負(fù)脈沖波形，若看不到則說明譯碼信號有錯誤。若調(diào)試通 過后，就可以編制應(yīng)用程序了。如果調(diào)試成功了才能說明此系統(tǒng)的功能實現(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)計已經(jīng)成功。它的靈敏度適中，響應(yīng)與恢復(fù)特性好， 長期工作穩(wěn)定性、重現(xiàn)性、抗環(huán)境氣氛影響及抗溫濕度影響等性能均優(yōu)。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 33 致謝 本設(shè)計是在導(dǎo)師 齊懷琴 教授的悉心指導(dǎo)下完成的。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。對 P0端口寫 “1”時，引腳用作高阻抗輸入。此外， /計數(shù)器 2的外部計數(shù)輸入（ ）和時器 /計數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（ ），在 flash編程和校驗時， P1口接收低 8位地址字節(jié)。 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4個TTL 邏輯電平。 DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。這個 ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH的 SFR的第 0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE脈沖將會跳過。在 flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號 RST: 復(fù)位輸入。在訪問外部程序存儲器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時， P2 口送出高八位地址。程序校驗時，需要外部上拉電阻。空閑模式下， CPU停止工作，允 許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 在完成學(xué)業(yè)的過程中，家人的關(guān)懷和鼓勵給予了我支持和鼓力，使我順利完成學(xué)業(yè)。此電路具有結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，線性度好，溫漂小等優(yōu)點。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 結(jié) 論 本次設(shè)計對可燃性氣體報警控制器進(jìn)行了深入的研究，在參考國內(nèi)外一些資料的基礎(chǔ)上，比較合理地選擇了系統(tǒng)的設(shè)計方案，采用了 “ 探測器 +單片機(jī)控制電路 ” 設(shè)計思路，由于具有操作簡單， 實用性強(qiáng)，價格便宜，安全性高等特點，所以非常適合貯氣倉庫，以及家庭等場所使用，具有很高的實用價值。 軟、硬件 整體調(diào)試 軟、硬件聯(lián)調(diào) 是將已經(jīng)調(diào)試通過的軟件和硬件結(jié)合起來一起進(jìn)行調(diào)試。 顯示器部分調(diào)試為了使調(diào)試順利進(jìn)行，首先將 LED 顯示分離，這樣就可以用靜態(tài)方法先測試 LED 顯示，分別用規(guī)定的電平加至控制數(shù)碼管段和位顯示的引腳，看數(shù)碼管顯示是否與理論上一致。 52系列單片機(jī)的信號線大體分為讀、寫信號線、片選信號線、時鐘信號線、外部程序存貯器讀選通信號（ PSEN）、地址鎖存信號（ ALE）、復(fù)位信號等幾大類?？梢圆扇z查元器件與設(shè)計要求的型號、規(guī)格和安裝是否一致?？梢娪布恼{(diào)試是基礎(chǔ)，如果硬件調(diào)試不通過，軟件設(shè)計則是無從做起。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 仿真圖 2 單片機(jī)煤氣報警系統(tǒng)仿真圖 2 所示 ，此模塊使用 LED 數(shù)碼管進(jìn)行選擇動態(tài)顯示ACD0809 采集的濃度信息。分段點的電壓值和濃度值分別存儲在兩個表格中，線性化處理子程序如圖 43 所