【正文】 lithic integrated circuit to signal detection judgment. If the quality concentration more than scheduled value, will be issued a buzzer sound alarm, and at the same time the red light es on, with sound and light alarm functions, digital pipe display concentration. If the signal detection concentration not to the expected value, a green light. System USES the ac power or batteries. This system, which is convenient operation, small volume, low cost, low power consumption, etc. Characteristics. Keywords: Liquefied Petroleum Gas (LPG), 51 Microcontroller, Buzzer III 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 目 錄 摘 要 .................................................. I Abstract ................................................ II 1 緒論 ...................................... (1) .......................... (1) 2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) ......................... (6) 的選擇 ....................................... (7) ...................................... (12) ......................... (20) 3 系統(tǒng)的硬件電路 系統(tǒng)電源電路 ...................................... (22) AT89S51 的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路 ........................ (23) ................................... (23) ............................. (25) IV 基于單片機(jī)的液化氣檢測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換電路 ...................................... (26) ............................... (29) 示 電路 ...................................... (31) 4 系統(tǒng)的軟件的設(shè)計(jì) ............................. (32) ................................. (33) 算法實(shí)現(xiàn) 及主程序流程圖 ............................. (34) 5 系統(tǒng)調(diào)試及操作 軟件調(diào)試 .......................................... (34) 硬件調(diào)試 .......................................... (34) 結(jié) 論 ............................................... (36) 致 謝 ............................................... (39) 參考文獻(xiàn) ............................................. (40) 附錄 A 基于單片機(jī)的液化氣報(bào)警器程序 ..................... (42) 1 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 緒 論 研究背景及意義 隨著近代工業(yè)的進(jìn)步，在 生活、工業(yè)上排放的氣體種類、數(shù)量日益增多。結(jié)合高性能，高穩(wěn)定性和可靠性的芯片，使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品更便捷小巧，易于操作。因?yàn)樘烊粴馐亲匀恍纬傻臍怏w，主要成分是甲烷，此外還含有不同數(shù)量的乙烷、丙烷、丁烷等低碳烷烴以及二氧化碳、氮?dú)?、氫氣、硫化物等非烴類物質(zhì) [4]。由于氣態(tài)的液化氣比空氣重約 倍，當(dāng)其空氣混合物含量達(dá)到爆炸極限（ %～ 10%）時(shí)，遇到火星或電火花就會(huì)發(fā)生爆炸 [5]。這是氣體濃度測(cè)量中最常用的傳統(tǒng)方法，在實(shí)際運(yùn)用中，一般采用脈沖調(diào)制技術(shù)，即基于時(shí)間的比較方法，它利用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)，將與被測(cè)氣體濃度有關(guān)的氣敏傳感器電阻的信息記錄下來(lái)，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行處理以達(dá)到測(cè)量目的。 （ 2）超聲波技術(shù)測(cè)量氣體濃度。該方法對(duì)混合氣體進(jìn)行多次采樣，注入色譜儀直至色譜峰值全部出現(xiàn)后再進(jìn)行色譜分析，很多地方也稱 其為光譜測(cè)量法。由于催化元件的氣敏特性除了與可燃?xì)怏w濃度有關(guān)之外好受到工作電流、環(huán)境的溫度和濕度、氣壓的影響，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)采用橋式單元或其他參比元件對(duì)其余與補(bǔ)償。光干 涉法是一種創(chuàng)新的檢測(cè)方法，它基于同一光源發(fā)出的光波會(huì)被平面鏡分為兩束光，經(jīng)不同路線后又匯集成一束光，發(fā)生光干涉，產(chǎn)生干涉條紋的物理現(xiàn)象 [14]。泵吸式儀器一般帶有較長(zhǎng)的取樣管，可用于危險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)所（如管道、小水道、船艙、氣罐等）對(duì)未知濃度的有害易燃易爆氣體進(jìn)行檢測(cè)，適用于檢測(cè)人員定期進(jìn)行安全檢測(cè)和日常檢測(cè)；袖珍式儀器的檢測(cè)方法主要以擴(kuò)散法為主 ，適合于在危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境中安全人員隨身攜帶使用，由單一性和復(fù)合性兩種；固定式檢測(cè)儀器用于實(shí)施在線檢測(cè)，安裝與可能產(chǎn)生危險(xiǎn)事故的現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)報(bào)警，檢測(cè)方法通常以擴(kuò)散法為主。 圖 21 液化氣報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 該系統(tǒng)的工作由氣體信號(hào)采集及放大電路將采集到的液化氣濃度信息轉(zhuǎn)化為放大的模擬電信號(hào)。另外由于氣體傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)越快，有 機(jī) 氣 體 傳 感 器 放大電路 A/ D 轉(zhuǎn) 換 單 片 機(jī) LED 狀態(tài)指示燈 蜂鳴器 數(shù)碼管顯示 7 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間就越快。 隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得有機(jī)氣體探測(cè)器的體積也 逐漸變小，提高了有機(jī)氣體探測(cè)器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運(yùn)輸和市場(chǎng)推廣。 （ 2）有機(jī)氣體傳感器應(yīng)滿足的基本條件 8 基于單片機(jī)的液化氣檢測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì) 一個(gè)有機(jī)氣體傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實(shí)體，也可以是由多個(gè)不同功能傳感器組成的陣列。半導(dǎo)體氣體傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化而制成的。使用接觸燃燒式傳感器，其最大的缺點(diǎn)是探頭很容易發(fā)生阻緩和中毒現(xiàn)象。目前國(guó)際上絕大部分毒氣檢測(cè)采用該類型傳感器。非擴(kuò)散式紅外探測(cè)器 NDIR (nondispersive IR )是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴(kuò)散和損耗被記錄下來(lái)。 （ 7）光電式感煙傳感器 光電式感煙傳感器由光源、光敏元件和電子開關(guān)組成。 MQN5 半導(dǎo)體氣體傳感器 本設(shè) 計(jì)采用 MQN5 半導(dǎo)體氣體傳感器， MQN5 半導(dǎo)體氣體傳感器是以清潔空氣中電導(dǎo)率較低的金屬氧化物二氧化錫 (SnO2)為主體的 N 型半導(dǎo)體氣敏元件。封裝好的氣敏元件有只針狀管腳，其中 4 個(gè)用于信號(hào)取出， 2個(gè)用于提供加 熱電流 [21]。當(dāng)信號(hào)的數(shù)值符合 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入等級(jí)時(shí)，可以不用放大器放大 ；當(dāng)信號(hào)的數(shù)值不符合 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級(jí)時(shí)，就需要放大器放大。由于其微 13 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 小的體積和極低的成本，開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開發(fā)工具和編程語(yǔ)言也大大簡(jiǎn)化，因此 被廣泛應(yīng)用于家用電器、機(jī)器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元、辦公自動(dòng)化設(shè)備以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。 PIC 單片機(jī)的特點(diǎn)： （ 1）哈佛總線結(jié)構(gòu)。 （ 3）尋址方式簡(jiǎn)單。 （ 8）開發(fā)方便。 MCS—51 的總線結(jié)構(gòu)是馮 .諾依曼型，該系列單片機(jī)在同一個(gè)存儲(chǔ)空間取指令和數(shù)據(jù)，兩者不能同時(shí)進(jìn)行；而 PIC 的總線結(jié)構(gòu)是哈佛結(jié)構(gòu)，指令和數(shù)據(jù)空間是完全分開的，一個(gè)用于指令，一個(gè)用于數(shù)據(jù)，由于可以對(duì)程序和數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行訪問(wèn)，所以提高了 數(shù)據(jù)吞吐率。 PIC 具有高性能精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī) CPU，只需學(xué)會(huì) 35 條單字指令；而 MCS—51 需要 111 條指令。 初級(jí)產(chǎn)品 —— 8 位指令 系列（ PIC16C5XX/PIC12C5XX）其中 PIC16C5X 是最早發(fā)展的系列。再加上 PIC17CXXX 還具有豐富的 I/O 控制功能，并可以外接擴(kuò)展 EPROM 和RAM，使它成為目前 8 位單片機(jī)中性能最高的機(jī)種之一，被廣泛應(yīng)用于高、中檔電子設(shè)備中。 （ 5）具有睡眠（ SLEEP）功能。它還有兩個(gè)定時(shí)器在電壓的上升沿時(shí)刻提供必要的延時(shí)，一個(gè)是振蕩器啟動(dòng)定時(shí)器 OST，它將保持振蕩器在復(fù)位狀態(tài)直到晶體振蕩器穩(wěn)定。組態(tài)位設(shè)置用來(lái)決定各種選擇。 圖 22 AT89C51的引腳排列圖 AT89C51 單片機(jī)提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)內(nèi)部RAM， 32 個(gè) I／ O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí)／計(jì)數(shù) 器，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。 ② 外部程序存儲(chǔ)器 （ ROM） 64K 字節(jié)。報(bào)警 時(shí)，LED 紅燈點(diǎn)亮并持續(xù)閃爍 60min，數(shù)碼管顯示氣體濃度，蜂鳴器啟動(dòng)并持續(xù)鳴叫60min，報(bào)警系統(tǒng)只能啟動(dòng)聲光報(bào)警功能而無(wú)法進(jìn)行滅火動(dòng)作。其組成方框圖如圖 31 所示。晶振頻率選擇 12MHZ， C C2的電容值取 30pF，電容的大小起頻率微調(diào)的作用。 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路的電路圖如圖 33所示。 圖 34 液化氣 傳感器模塊實(shí)物圖 信號(hào)采集及前置放大電路 在許多檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合，傳感器輸出的信號(hào)比較弱，而且其中還包括了工頻、靜電和電磁耦合等共模干擾，對(duì)這種信號(hào)的放大就需要放大電路具有很好的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗。 26 基于單片機(jī)的液化氣檢測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì) 圖 35 信號(hào)采集及前置放大電路圖 設(shè)計(jì)中采用的信號(hào)放大電路有以下幾個(gè)特點(diǎn)： （ 1）由于電路不存在“虛地”現(xiàn)象，所以其兩個(gè)輸入端都有較高的共模輸入電壓，這對(duì)放大電路的穩(wěn)定性和運(yùn)算的精度都有影響。 A/D 轉(zhuǎn)換電路 在高精度的數(shù)字測(cè)量及輸出電路中， A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換器的精度都依賴于它的 27 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 基準(zhǔn)參考電 壓，基準(zhǔn)源是一類專用的芯片。 ADC0809 的主要引腳功能如下。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì) A、B、 C 3 個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。G 下跳沿時(shí)， D0～ D7 的狀態(tài)被鎖存在 Q0～ Q7 上。 ADC0809 與單片機(jī)的接口電路圖如圖 37所示。 S2消音按鍵R 1 24 7 0 Ω5VP 1 .7 圖 39 消音按鍵連接電路圖 字符顯示電路 報(bào)警器濃度等級(jí)顯示采用一個(gè)八段共陰極數(shù)碼管顯示。 P 0 0P 0 1P 0 2P 0 3P 0 4P 0 5P 0 6P 0 7P 0 0P 0 1P 0 2P 0 4P 0 3P 0 5P 0 6P 0 7P 3 . 5P 3 . 4P 2 . 7P 3 . 4P 3 . 5P 2 . 7X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P