【正文】 紹 ..................................................................................................... 20 按鍵部分介紹 ..................................................................................................... 22 A/D 轉(zhuǎn)換介紹以及 MAX187 簡(jiǎn)介 ........................................................................ 24 74LS138 簡(jiǎn)介 .................................................................................................... 28 地址鎖存芯片 74LS373 的介紹 ......................................................................... 29 6264 的簡(jiǎn)介 ........................................................................................................ 30 放大電路 ICL7650 的介紹 ................................................................................. 32 蜂鳴器 PB2130 的介紹 ..................................................................................... 33 CD4051 簡(jiǎn)介 ...................................................................................................... 35 第四章 系統(tǒng)整體軟件設(shè)計(jì) ........................................................................................ 37 主程序的設(shè)計(jì)： .................................................................................................. 37 各子程 序的設(shè)計(jì) ................................................................................................. 39 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與 A/D 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .......................................... 39 顯示部分的軟件設(shè)計(jì) .............................................................................. 42 按鍵部分的軟件設(shè)計(jì) .............................................................................. 45 報(bào)警部分軟件的設(shè)計(jì) .............................................................................. 46 ...............................................................................46 第五章 結(jié)論與總結(jié) ..................................................................................................... 47 致謝 ..................................................................................................................................... 49 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................ 57 附錄 ..................................................................................................................................... 52 附錄一 程序清單 ............................................................................................................ 52 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 1 第一章 緒論 天然氣的用途 天然氣是一種多組分的混合氣體，主要成分是烷烴，其中 的 甲烷占絕大多數(shù)，另 外還 有少量的乙烷、丙烷和丁烷， 除 此 之 外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體 （ 氦和氬等）。 天然氣巡測(cè) 目的 和 意義 天然氣作為一種高效 ,優(yōu)質(zhì) ,清潔的能源，在世界各國(guó)均得到普遍重視和優(yōu)先利用。打開 ， 關(guān)閉任何 家用的 電器， 比 如電燈、電扇、排氣扇、抽油煙機(jī)、空調(diào)、電閘、門鈴、冰箱等，都可能產(chǎn)生火花，引起爆炸?，F(xiàn)以 安全保護(hù)家用燃?xì)庑孤﹫?bào)警器為例，日本早在 1980 年 1 月 就已經(jīng) 開始實(shí)行安裝城市煤氣、液化石油氣報(bào)警器法規(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。在 國(guó)外氣體傳感器發(fā)展 的速度 很快，一方面是由于人們 生活 安全意識(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求 更 高；另一方面 也 是由于傳感器 生產(chǎn)及應(yīng)用 市場(chǎng)增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的推動(dòng)。其現(xiàn)狀是： （ 1）燒結(jié)型氣敏元件仍 在生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位 ，占總量 90％以上；接觸燃繞式氣敏元件 現(xiàn)在 已 經(jīng) 具備了生產(chǎn)基礎(chǔ)和能力；電化學(xué)氣體傳感器 已經(jīng)成功研制出 試制產(chǎn)品 。并由顯示器將其濃度顯示出來。 基于硬件設(shè)計(jì)天然氣濃度巡測(cè)裝置的方法 這類方法主要依賴人工巡視或其他很多種基于聲學(xué)、光學(xué)、化學(xué)等基本原理的儀器設(shè)備對(duì)天然氣罐以及周圍環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)以實(shí)現(xiàn)泄漏檢測(cè)。 火焰電離檢測(cè)器（ FID）的原理是通過計(jì)算烴類氣體在電場(chǎng)中燃燒所產(chǎn)生的帶電碳原子數(shù)目來計(jì)算該氣體的濃度。 高聚物電纜，該電纜對(duì)油和氣體都十分敏感，沿天然氣罐外壁鋪設(shè)來進(jìn)行泄漏檢測(cè)。壓力 /流量變化法是基于如下假設(shè)：在工況穩(wěn)定的情況下，管道出入口處的壓力或者流量的變化超過一定程度就意味著泄漏的發(fā)生。經(jīng)過多次的方案論證我們得出只有將硬件與軟件相結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所要求的功能。 下面我們就其軟硬件的選擇加以論述 硬件的選擇 一．本設(shè)計(jì)的主控制器有很多的選擇，但是我們基于設(shè)計(jì)不是很復(fù)雜，開發(fā)的成本比較低，性價(jià)比，操作的難易程度等方面來考慮，我們選擇的是美國(guó)ATMEL 公司生產(chǎn)的 8 位高性能 AT89C51 單片機(jī)，其主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)是它的內(nèi)部含有可編程的 Flash 存儲(chǔ)器，用戶可以很方便地進(jìn)行操作程序的擦寫，在嵌入式 控制領(lǐng)域中 AT89C51 單片機(jī)被廣泛應(yīng)用。 三．由于本裝置需要檢測(cè) 2個(gè)天然氣罐，而每個(gè) 氣罐上有 8個(gè)濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，故要對(duì) 16個(gè)點(diǎn)采集信號(hào)，所以選用多路模擬開關(guān)。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省 51系列單片機(jī) I/O 資源；且價(jià)格適中，分辨率較高，因此在儀器儀表中 被 廣泛的應(yīng) 用。動(dòng)態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是所需要的硬件電路 較為簡(jiǎn)單，且數(shù)碼管需要的越多這個(gè)優(yōu)勢(shì)越明顯。其優(yōu)缺點(diǎn)如下所示：C 語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化的高級(jí)語(yǔ)言。它既具有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又具有匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)。用來抑制電源產(chǎn)生的噪聲。 系統(tǒng)軟件抗干擾設(shè)計(jì)的論證 對(duì)于微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)來說，僅僅只考慮硬件的抗干擾是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的．采取一定的軟件抗干擾措施非常必要，它不僅能降低系統(tǒng)的硬件成本。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 10 第三章 硬件部分的設(shè)計(jì) AT89C51 的片內(nèi)結(jié)構(gòu)及引腳描述 AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的高性能，低電壓 CMOS8 位單片機(jī)。 (微處理器 ) AT89C51單片機(jī)中有 1個(gè) 8位的 CPU，與平時(shí)通用的 CPU功能大致相同，同樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，但是其增加了面向控制的位處理和位操作和位處理的功能。它們分別是兩個(gè)外部中斷源 INT0、 INT1，中斷信號(hào)從 、 引腳輸入；三個(gè)內(nèi)部中斷源：定時(shí)器 0、定時(shí)器 1 溢出中斷、串行口中斷。每個(gè)端口都有八條輸入輸出端口線，故共有 32 條線，而且他們都配有端口鎖存器、輸入緩沖器和輸出驅(qū)動(dòng)器。采用總線結(jié)構(gòu)可以減少信息傳輸線的根數(shù)，增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性，提高系統(tǒng)可靠性。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時(shí) 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 13 該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容。 PPV 為該引腳的第二功能，為編程電壓輸入端。因此，嚴(yán)格來說，用戶不宜用 ALE作為精確的時(shí)鐘源或定時(shí)信號(hào)。當(dāng)作為普通的 I/O口輸入時(shí)，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器 寫入 l。當(dāng)作為普通的 I/O輸入時(shí)，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫入 l。復(fù)位時(shí)， PC初始化為的地址為 0000H，使 AT89C51 單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行各種所要執(zhí)行的程序。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 15 圖 33 上電復(fù)位電路 除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位，如圖 34所示。傳感器的作用早已涉及到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等各種廣泛的領(lǐng)域。 （ 2）鈣鈦礦類氣體傳感器 在 Al2O3陶瓷基片上成形制作的鎳酸鑭薄膜敏感元件，適用于燃燒控制用氣體傳感器，測(cè)定空氣 燃料比 ,其熱穩(wěn)定性相當(dāng)良好。由于 UT會(huì)隨空氣中所含 H2濃度的增高而降低，所以可以利用這一特性檢測(cè) H2以及容易分解出 H2的氣體。 (2)氣敏元件的靈敏度 氣敏元件的靈敏度是表征氣敏元件對(duì)于所要測(cè)量氣體的敏感程度的一種指標(biāo)。一般從氣敏元件與一定濃度的被測(cè)氣體接觸時(shí)開始計(jì)時(shí)，直到氣敏元件的阻值達(dá)到在此濃度下的穩(wěn)定電阻值的 63％時(shí)為止，所需最短時(shí)間稱為氣敏元件在此濃度下的被測(cè)氣體中的響應(yīng)時(shí)間，通 常用符號(hào) tr 表示。它主要包括半導(dǎo)體式氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學(xué)式氣敏傳感器等，其中用的最多的是半導(dǎo)體式氣敏傳感器。它適合檢測(cè)天然氣，煤氣，氫氣，一氧化碳，烷類氣體，烯類氣體，汽油，煤油，柴油，乙炔，醚蒸汽及煙霧等。并且更實(shí)用于使用的數(shù)碼管較多的設(shè)計(jì)中。其顯示的數(shù)值為 天然氣當(dāng)前泄露的濃度。在有特殊需要的場(chǎng)合，還可以借用一下內(nèi)部的定時(shí)器中斷。缺點(diǎn)是占用一個(gè)定時(shí)器。現(xiàn)將其優(yōu)缺點(diǎn)介紹如下： 并行通信可以同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)位，而且可以同時(shí) 在兩個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行傳輸。用以檢驗(yàn)其正確性。中斷查詢方式和中斷模式是各種方式中實(shí)時(shí)性最好的。程序查詢方式和定時(shí)查詢方式相類似，都是通過讀 I/O狀態(tài)，當(dāng)有按鍵被按下時(shí)相應(yīng)的 I/O 口線變?yōu)榈碗娖?，而未被按下的鍵對(duì)應(yīng)的 I/O口線保持為高電平，這樣通過讀 I/O 口狀態(tài)可判斷出是否已經(jīng)有鍵被按下和哪一個(gè)鍵被按下。所以設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，故采用的是獨(dú)立式鍵盤。沒 有小數(shù)點(diǎn)的我們稱之為 7 段數(shù)碼管，有小數(shù)點(diǎn)的我們稱之為八段數(shù)碼管。現(xiàn)將 QM— N10 型氣敏傳感器介紹如下： 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 20 表 32 QMN10 型氣 敏傳感器的參數(shù) 型號(hào) 標(biāo)定氣體中電壓 響應(yīng)時(shí)間t1 恢復(fù)時(shí)間t2 最佳工作條件 允許工作條件 測(cè)量回路電壓Uc 加熱電壓Uf 負(fù)載電阻RL 測(cè)量回路電壓Uc 加熱電壓Uf 負(fù)載電阻 RL QMN10 ≥ 2V ≤10s ≤30s 10V 5V 2kΩ 515V kΩ 測(cè)試條件 %丁烷 清凈空氣 清潔空氣中電阻（ Ra） ≤ 20xxkΩ U0=10V Uf=5V RL=2 kΩ 檢測(cè)范圍 50020xx0ppm 元件工耗 ≤ 靈敏度（ S=Ra/Rdg） ≥ 4 QMN10 氣敏傳感器，以電壓采樣方式，原理如圖 36所示。 它將氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成