【正文】 ）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。 6 基于單片機(jī)的液化氣檢測報(bào)警器設(shè)計(jì) 2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 液化氣報(bào)警器的工作結(jié)構(gòu)和原理 液化 氣報(bào)警器是能夠檢測環(huán)境中的液化氣濃度，并具有報(bào)警功能的儀器。當(dāng)輸入A/D 轉(zhuǎn)換器的放大信號(hào)不為零時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警電路。 傳感器的選擇 有機(jī)氣體傳感器的介紹 有機(jī)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(dú)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(jī)氣體的種類繁多，一種類型的有機(jī)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、 9 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 輸出信號(hào)強(qiáng)、耐久性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、維修方便、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。 （ 3）電化學(xué)傳感器 電化學(xué)傳感器由膜電極和電解液封裝而成。高分子氣敏元件由于具有易操作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價(jià)格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性液化氣和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。 （ 6）離子感煙傳感器 離子感煙傳感器對(duì)于火災(zāi)初起和陰燃階段的氣體氣溶膠檢測非常有效，可測氣體粒徑范圍為 。 光電式感煙探測器發(fā)展很快，種類不斷增多，就其功能而言，它能實(shí)現(xiàn) 早期火災(zāi)報(bào)警，除應(yīng)用于大型建筑物內(nèi)部外，還特別適用于電氣火災(zāi)危險(xiǎn)性較大的場所，如計(jì)算機(jī)房、儀器儀表室和電纜溝、隧道等處。該傳感器具備一般半導(dǎo)體氣體傳感器靈敏度高、電導(dǎo)率變化大、響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間短、抗干擾能力強(qiáng)、輸出信號(hào)大、壽命長和工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在市面上應(yīng)用十分廣泛。是一款便攜式氣體檢測器， 12 基于單片機(jī)的液化氣檢測報(bào)警器設(shè)計(jì) 非常適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。因此， MQN5 氣體傳感器需開機(jī)預(yù)熱幾分鐘，才可投入使用，以免造成誤報(bào)。 方案一：采用 PIC 系列單片機(jī) PIC(Peripheral Interface Controller)是外設(shè)接 口控制器的簡稱，它是由美國Microchip 公司開發(fā)的嵌入式控制器 (Embedded Controller)。便于實(shí)現(xiàn)指令提取的“流水作業(yè)”，也就是在執(zhí)行一條指令的同時(shí)對(duì)下一條指令進(jìn)行取指令操作，便于實(shí)現(xiàn)全部指令的單字節(jié)化、單周期化，從而有利于提高 CPU 執(zhí)行指令的速度。 PIC 系列單片機(jī)的功率消耗極低，是目前世界上功耗最低的單片機(jī)品種之一。 （ 11）程序保密性強(qiáng)。 （ 2）流水線結(jié)構(gòu)。 PIC 有 3 個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器 Timer0：帶有 8 位預(yù)分頻器的 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 中級(jí)產(chǎn)品 —— 12 位指令字系列（ PIC12C6XX/PIC16C/FXXX），它是品種最豐富的系列。另外，還提供節(jié)電工作模式及提供編碼保護(hù)等。 （ 8）能在線串行編程。由于芯片中存在這兩個(gè)定時(shí)器，在很多的應(yīng) 17 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 用中不需要外部復(fù)位電路。其中， 51 系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)錢便宜 ,I/O 口多 ,程序空間大。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 里面還包括程序存儲(chǔ)器的 6個(gè)特殊地址，如表 22所示。另外，系統(tǒng)還設(shè)有一個(gè)消音功能的按鍵，當(dāng)報(bào)警器發(fā)出鳴叫時(shí)，用戶到達(dá)現(xiàn)場，可按下按鍵（消音鍵）停止報(bào)警器鳴叫。以下 是一般設(shè)計(jì)所采用的電源電路圖，本設(shè)計(jì)為了簡便起見，電源就直接用五伏電源代替。一般來說， AT89C51 單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間為 5ms。 （ 2）雙路信號(hào)輸出（模擬量輸出及 TTL 電平輸出） （ 3） TTL 輸出有效信號(hào)為低電平。 LM393 是價(jià)格便宜的帶差動(dòng)輸入功能的 高增益四運(yùn)算放大器。 （ 3）由于引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，因此電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。 早期的穩(wěn)壓器件是齊納二極管，盡管它在電路中可以作為穩(wěn)壓器件使用，但是要作為系統(tǒng)的基準(zhǔn)源還是不行的，原因是它的溫漂系數(shù)過大，達(dá)到 2mV/℃ ，同時(shí)它的負(fù)載調(diào)整率也很差。 （ 2） A,B,C 分別是 ALE 控制 8 路模擬通道切換， A,B,C 分別與三根地址線或數(shù)字線相連，三者編碼對(duì)應(yīng) 8 個(gè)通道地址口。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn) A/D 轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。由于 ADC0809 具有輸出三態(tài)鎖存器，因 此其 8 位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。1Ω～ 60177。 P 1 0P 1 1P 1 2P 1 3P 1 4P 1 5P 1 6R11 0 kR74 7 0 圖 310 數(shù)碼管字符顯示電路圖 32 基于單片機(jī)的液化氣檢測報(bào)警器設(shè)計(jì) 4 系統(tǒng)的軟件的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)及流程圖 主程序流程圖如下圖所示。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。若過一點(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。將 （ 地址總線 A15）作為片選信號(hào)，在啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)，由單片機(jī)的寫信號(hào)和 控制 ADC 的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，由于 ALE 和 START 連在一起，因此 ADC0809 在鎖存通道地址的同時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。 擴(kuò)展中地址鎖存器使用 74LS373。 （ 3） OE,START,CLK,EOC 為控制信號(hào)端， OE為輸出允許端， START 為啟動(dòng)信號(hào)端， CLOCK 為時(shí)鐘信號(hào)輸入端 , EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)端。還有 NSC 的 LM393，是采用了 90℃ 溫度穩(wěn)定的方法來設(shè)計(jì)基準(zhǔn)源， ADC0809 是一種逐次逼近式 8 路模擬輸入、 8 位數(shù)字量輸出的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 由于放大電路還增 加入了參考電壓，引入了零點(diǎn)調(diào)節(jié)功能，這樣可以更方便地調(diào)整由于不同傳感器導(dǎo)致的零點(diǎn)變化問題。 IC2A 作為電壓跟隨器，通過滑動(dòng)變阻器 Rp2 產(chǎn)生的參考電壓 Vref 接入 IC2B 的反相輸入端，從傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大器 LM393 的同相輸入端，為保證電路引入負(fù)反饋，在 IC2B 中，輸出電壓 Vo 通過電阻 R22 接到反相輸入端，由此組成差分比例運(yùn)算電路。 （ 5）對(duì)液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度。單片機(jī) AT89C51 的上電復(fù)位是當(dāng)檢測到 VDD 上升時(shí)（ ～ 范圍），片上上電復(fù)位脈 沖產(chǎn)生。 通過介紹我們了解到了系統(tǒng)電源的大概元器件構(gòu)成，下面是 系統(tǒng)電源的電路圖如圖 32所示。 上述中的聲光警報(bào)能夠根據(jù)氣體傳感器所檢測到的氣體濃度的信號(hào)變化，隨單片機(jī)控制電路及時(shí)的做出相應(yīng)調(diào)整而改變。 AT89C51 單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)如圖 24所示。這就是整個(gè) AT89C51 單片機(jī)的基本組成部分。 （ 1） AT89C51 功能特性概述 [25] 目前市面上 使用的比較普遍的 51 系列單片機(jī)是 AT89C51。通過外部復(fù)位，用戶可以把 CPU 從睡眠中喚醒，也可以通過看門狗定時(shí)器或通過中斷喚醒。 （ 10）能在線調(diào)試。 （ 2）復(fù)位 Reset 功能豐富有上電復(fù)位（ POR）、電源上升定時(shí)器（ PWRT）振蕩器開啟定 時(shí)器（ OST）節(jié)電復(fù)位（ BOR）。從 8 腳到 68 腳各種形式的封裝， PIC12C6XX/16CXXX 可應(yīng)用于各種高、中、低檔電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。定時(shí)器 Timer2：帶有 8 位周期寄存器、預(yù)分頻器和后分頻器的 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器；而 MCS—51 有 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器（ Timer/Counter）。 （ 3）寄存器組。 PIC 系列單片機(jī)與 MCS—51 系列單片機(jī)的組成及結(jié)構(gòu)存在一定區(qū)別。 （ 5）驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。精簡指令集是采用 RICS 結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，數(shù)據(jù)線和指令線分離。 PIC 是一種采用精簡指令集計(jì)算機(jī) RISC(Reduced Instruction Set Computer)結(jié)構(gòu)、哈佛總線結(jié)構(gòu)、 2 級(jí)流水線取指令方式，具有實(shí)用、低價(jià)、指令集小、簡單易學(xué)、低功耗、高速度、體積小、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，體現(xiàn)了單片機(jī)發(fā)展的一種新趨勢。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制功能中，需要單片機(jī)有較快的運(yùn)算速度，使檢測人員和用戶在報(bào)警器系統(tǒng)正常工作時(shí)能夠及時(shí)地觀測到實(shí)時(shí)的氣體濃度等級(jí)，并進(jìn)行相應(yīng)處理。 表 21 MQN5 的技術(shù)指標(biāo) 加熱電壓（ Vh） AC 或 DC 5177。 （ 2） SnO2 氣敏元件對(duì)氣體檢測是可逆的，而且吸附、脫離時(shí)間短，可連續(xù)長時(shí)間使用。經(jīng)過對(duì)比眾多氣體傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體氣體傳感器的優(yōu)點(diǎn)更加突出。由于它能使兩極板間空氣分子電離為正、負(fù)離子，使電極之間原來不導(dǎo)電的空氣具有導(dǎo)電性。 （ 5）紅外吸收型傳感器 10 基于單片機(jī)的液化氣檢測報(bào)警器設(shè)計(jì) 紅外傳感器通常用兩束紅外光進(jìn)行氣體測量，主 光束通過測量元件內(nèi)的目標(biāo)氣體，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考?xì)怏w。即液化氣濃度信號(hào)將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號(hào)傳出。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最 大、使用最廣的氣體傳感器之一。固體電解質(zhì)氣體傳感器主要用于檢測無機(jī)氣體，如 O CO H Cl SO2 等。而這也正是國內(nèi)產(chǎn)品市場的一個(gè)重大缺陷。 有機(jī)氣體 傳感器就是通過監(jiān)測 環(huán)境中有機(jī)氣體或一氧化碳 的濃度來實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范的 。 設(shè)計(jì)中為了方便檢測，系統(tǒng)采用蜂鳴器聲音報(bào)警或者還有 LED 閃爍狀態(tài)作為警報(bào)信號(hào)。 為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場所對(duì)可燃性易爆液化氣安全性要求，基于本次只是一次實(shí)驗(yàn)性測試，不用于商業(yè)或其他方面的用途，所以設(shè)計(jì)的液化氣報(bào)警器只具有報(bào)警狀態(tài)、。 目前世界上可燃?xì)怏w報(bào)警器的產(chǎn)品規(guī)格有 300 到 400 種。在此所應(yīng)用的示蹤氣體應(yīng)具有可測、穩(wěn)定（一般情況下不與空氣及其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)）、無毒的特性，并且在空氣中含量較少。以爆炸下限百分體積濃度為單位的濃度標(biāo)度方法能統(tǒng)一衡量各種可燃?xì)怏w濃度所呈現(xiàn)的爆炸危險(xiǎn)度，而且量程符合工業(yè)要求，故常被用于爆炸危險(xiǎn)場所可燃性氣體的測爆 [12]。這對(duì)簡化編程，提高運(yùn)算速度很有幫助。所謂新的傳感器技術(shù)是指在測量中采用了除電阻元件外的其他新型的傳感器，通過傳感將待測濃度信號(hào)量轉(zhuǎn)換為電路中的電信號(hào)，再通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路等對(duì)電信號(hào)進(jìn)行分析處理，根據(jù)傳感器的特性參數(shù)和相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式 推算出氣體濃度的當(dāng)前值，這種檢測技術(shù)在實(shí)際中應(yīng)用廣泛，并常被穿插在其他檢測技術(shù)中 [9]。從檢測原理上分，目前運(yùn)用比較多的主要有六種 [7]，下面逐一介紹。液化氣具有污染少、發(fā)熱量高、易于運(yùn)輸、壓力穩(wěn)定儲(chǔ)存設(shè)備簡單，供應(yīng)方式靈活等優(yōu)勢。隨著以后我對(duì)于研究的深入，更高級(jí)別的單片機(jī)也應(yīng)該能設(shè)計(jì)出來。 對(duì)于像液化氣、天然氣、煤氣等可燃性氣體的檢測、監(jiān)控和報(bào)警的研究可分為兩大方向。如果檢測的信號(hào) 濃度沒有達(dá)到預(yù)定值，綠燈亮。因此，我們就有必要研制一種結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì) 實(shí)用的家庭液化氣報(bào)警器以適應(yīng)市場的需求。 關(guān)鍵詞 ： 液化氣， 51系列單片機(jī)，蜂鳴器 II 基于單片機(jī)的液化氣檢測報(bào)警器設(shè)計(jì) Abstract Along with the social and economic development, fire prevention work more and more important, but the present many research and development are focused on large place of the fire alarm. We, therefore, it is necessary to develop a simple structure, economic and practical family smog announciator to adapt to the demand of the market. Based on the use of smoke alarm for family should be provided with the basic requirements and function, this article designs a more suitable for smoke alarm. Liquefied gas full name liquefied petroleum gas (LPG), it is the main ponent of butane and propane, refinery gas, natural gas of lightweight hydrocarbons in room temperature, atmospheric pressure gaseous, pressure and temperature in the condition, can condensed liquid state. The design is based on 51 series microcontroller as the core, with gas sensor detection of flammable gas mass concentration, after signal processing, directly into single chip microputer, the mono