【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 晶振、電容產(chǎn)生，第二種是直接從單片機(jī)外部引入時(shí)鐘脈沖信號(hào)。 ③時(shí)鐘電路的要求 為了保證單片機(jī)同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。另外 ,在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡量安裝得與單片機(jī) 靠近些，以減小寄生電容的存在，從而更好的保障系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的工作。 數(shù)據(jù)采集電路 數(shù)據(jù)采集電路是煤氣控制器非常重要的組成部分，該模塊選用氣敏傳感器MQ5 采集煤氣濃度。當(dāng)煤氣傳感器檢測(cè)到煤氣，其電阻值會(huì)隨著濃度的變化而變化，從而產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。 MQ5 簡(jiǎn)介 80 C 51VCCVCCRESETVSS1 k80 C 51VCCVCCRESETVSSRESETR 1R 2( a ) 上電自動(dòng)復(fù)位 ( b ) 按鍵手動(dòng)復(fù)位200 +CR1 kC+ 桂 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 7 頁 共 38 頁 MQ5是一種氣敏傳感器。 MQ5型氣敏元件對(duì)不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。它 對(duì)液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度，對(duì)乙醇、煙霧幾乎不響應(yīng)， 有快速的響應(yīng)恢復(fù)特性和長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性，它簡(jiǎn)單的測(cè)試電路。 （ 1） MQ5的規(guī)格簡(jiǎn)介 ①標(biāo)準(zhǔn)工作條件如表 ： 表 符號(hào) 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Vc 回路電壓 ≤ 15V AC or DC VH 加熱電壓 177。 AC or DC RL 負(fù)載電阻 可調(diào) RH 加熱電阻 31Ω177。 3Ω 室溫 PH 加熱功耗 ≤ 900mW ② 環(huán)境條件如表 ： 表 符號(hào) 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Tao 使用溫度 10℃ 50℃ Tas 儲(chǔ)存溫度 20℃ 70℃ Rh 相對(duì)濕度 小于 95%Rh O2 氧氣濃度 21%(標(biāo)準(zhǔn)條件 ) 氧氣濃度會(huì)影響靈敏度特性 最小值大于２％ ③ 靈敏度特性表 ： 表 MQ5規(guī)格 符號(hào) 參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù) 備注 Rs 敏感體電阻 10KΩ 60KΩ (1000ppm 甲烷 ) 探測(cè)范圍： 3005000ppm 液化氣，天然氣，煤氣。 α (1000ppm/5000ppm CH4) 濃度斜率 ≤ 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 溫度： 20℃177。 2℃ Vc:177。 相對(duì)濕度： 65%177。5% Vh: 177。 預(yù)熱時(shí)間 不少于 24小時(shí) （ 2） MQ5 測(cè)試電路 MQ5 測(cè)試電路如圖 所示。 根據(jù)測(cè)試電路可以得出， Rs/RL=(VccVout)/Vout。氣敏傳感器需要預(yù)熱一段時(shí)間，待其穩(wěn) 定后， AB 端相當(dāng)于一個(gè)電阻，即 Rs， Rs隨著濃度的增大減小?；瑒?dòng)變阻器 RL 選用 20kΩ， H 外接 5V的電源， A 端接 5v電壓， B端與滑動(dòng)變阻 桂 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 8 頁 共 38 頁 器分壓輸出。 圖 MQ5測(cè)試電路 （ 3） MQ5 靈敏度特性曲線 圖 MQ5 型靈敏度特性 MQ5 型氣敏傳感器的靈敏度特性曲線如圖 所示。 Rs為氣敏傳感器在不同氣體、不同濃度下的電阻值， Ro 為氣敏傳感器在潔凈空氣中的電阻值 ,經(jīng)測(cè)量，Ro=。根據(jù) MQ5 的靈敏度特性曲線和測(cè)試電路，可以得出電壓與濃度的關(guān)系。 數(shù)據(jù)采集電路 數(shù)據(jù)采集電路如圖 所示。在數(shù)據(jù)采集電路中，煤氣傳感器 MQ5 檢測(cè)煤氣的濃度，并將其檢測(cè)到的濃度轉(zhuǎn)化成電阻值，不同的濃度對(duì)應(yīng)不同的電阻值。滑動(dòng)變阻器 R00分壓輸出，取 R00=20KΩ。由于輸出電壓在 0~5V 間變化，所以運(yùn)放 LM358 在這里起電壓跟隨器的作用，起緩沖及隔離作用，有阻抗匹配的作用。在本設(shè)計(jì)中，由于檢測(cè)的氣體是煤氣，煤氣的主要成分的 CO，所以把輸出電壓MQ5110100 1000 10000ppmRs/RoH2LPGCH4COalcoholAir 桂 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 9 頁 共 38 頁 代入 CO 的電壓 濃度關(guān)系式就可以求出濃度 。本設(shè)計(jì)還可以檢測(cè) CH alcohol等燃?xì)狻? 圖 數(shù)據(jù)采集電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 圖 A/D 轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路如圖 所示。在 A/D 轉(zhuǎn)換電路中，由于只需用一個(gè)通道，所以選用 IN0， ADDA、 ADDB、 ADDC 接地， IN0 采集數(shù)據(jù)， ADC0809 將 IN0 采集的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓送至單片機(jī)的 P0口。 ADC0809需要 500KHz的時(shí)鐘信號(hào)，由單片機(jī)提供。 VREF（＋）接 +5V， VREF（－）接地。 人機(jī)交互電路 人機(jī)交互電路如圖 所示，人機(jī)交互模塊可以讓用戶自己設(shè)定報(bào)警值，并且當(dāng)用戶聽見報(bào)警時(shí)，可以退出報(bào)警。由于按鍵只有四個(gè)，所以每一個(gè)按鍵對(duì)應(yīng) 桂 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 10 頁 共 38 頁 一個(gè) I/O 口。按下按鍵 S5，報(bào)警值加 100；按下按鍵 S4，報(bào)警值減 100；當(dāng)按下S3 時(shí)確定報(bào)警值；按下按鍵 S2，系統(tǒng)退出報(bào)警。該模塊加入上拉電阻，上拉電阻可以產(chǎn)生上拉電壓，使電路更穩(wěn)定。 圖 顯示電路 圖 顯示電路如圖 ，液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。 這里采用字符型液晶模塊是一種用 5x7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為 1行 16個(gè)字、 2行 16個(gè)字、 2行 20個(gè)字等。本課設(shè)使用 2行 16個(gè)字液晶屏。 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的 桂 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 11 頁 共 38 頁 符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英 文字母“ A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時(shí)模塊把地址 41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“ A”。 本模塊用于顯示煤氣的濃度值和用戶設(shè)定的報(bào)警值。 聲光報(bào)警電路 聲光報(bào)警電路如圖 所示，它由三個(gè)發(fā)光二極管和蜂鳴器組成。正常時(shí)，綠色發(fā)光二極管亮；當(dāng)接近警戒值時(shí)，黃色發(fā)光二極管閃爍；當(dāng)超過警戒值時(shí)，紅色發(fā)光二極管閃爍，黃色和綠色發(fā)光二極管滅，同時(shí)，蜂鳴器響。 圖 聲光報(bào)警模塊 控制電路 控制電路由電磁閥控制模塊和風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路組成。電磁閥模塊用于關(guān)閉氣源，風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊用于通風(fēng)，將有毒氣體排出。 電磁閥控制模塊 電磁閥控制模塊如圖 所示，本設(shè)計(jì)選用燃?xì)怆姶砰y。燃?xì)怆姶砰y是燃?xì)夤艿赖陌踩o急切斷裝置。它可與燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)連接或與消防及其他智能報(bào)警控制終端模塊等連接，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程自動(dòng) /手動(dòng)緊急切斷氣源，確保用氣安全。當(dāng)發(fā)生有害的強(qiáng)烈震動(dòng)時(shí)，閥門會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。 在電磁閥控制模塊中，由于電磁閥的額定電壓是 3V，而電路提供 的電壓是 5V，所以利用二極管降壓，二極管還有驅(qū)動(dòng)作用。電磁閥不通電時(shí)默認(rèn)關(guān)閉狀態(tài)，上 桂 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 12 頁 共 38 頁 電即可導(dǎo)通。當(dāng)檢測(cè)煤氣濃度超過警戒值時(shí)，單片機(jī)給三極管一個(gè)低電平，三極管截止，電磁閥關(guān)閉；當(dāng)檢測(cè)煤氣濃度低于警戒值時(shí)，單片機(jī)給三極管一個(gè)高電平，三極管導(dǎo)通，電磁閥導(dǎo)通。 圖 電磁閥控制模塊 風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊 風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路如圖 所示，由 5V 的繼電器控制 220V 的排風(fēng)扇。 繼電器在這里起開關(guān)作用。 由單片機(jī)來控制繼電器的開關(guān)，從而控制排風(fēng)扇的轉(zhuǎn)停。 圖 風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊 硬件電路調(diào)試 硬件是系統(tǒng)的軀體，硬件的好壞直接影響了結(jié)果，也影響了程序調(diào)試的進(jìn)度。硬件調(diào)試是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。在調(diào)試時(shí)，采用各模塊分開測(cè)試，即分別編寫各模塊的程序，看個(gè)模塊是否正常工作。下面介紹在調(diào)試過程中遇到的問題及解決方法。 （ 1） 先下一個(gè)程序到單片機(jī)，看下載口是否可以用，經(jīng)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)無法正常下載程序。檢查后發(fā)現(xiàn)，是因?yàn)閱纹瑱C(jī)下載口和液晶顯示共用了 I/O 口，所以下載 桂 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 13 頁 共 38 頁 程序的時(shí)候需把液晶 1602 取下來即可正常下載。 （ 2） 檢查復(fù)位電路 ，發(fā)現(xiàn)復(fù)位電路不工作，仔細(xì)觀察后，發(fā)現(xiàn)是原理圖上復(fù)位按鍵的一端未加 VCC，經(jīng)改正后，復(fù)位電路可以工作。 （ 3）再分別測(cè)試各模塊，單片機(jī)可以正常工作，液晶顯示模塊能夠正常工作，ADC0809 能夠采集煤氣傳感器傳來的信號(hào)。 （ 4）聲光報(bào)警電路的發(fā)光二極管可以正常工作，但是蜂鳴器不能正常工作。開始時(shí)蜂鳴器裝在 NPN 三極管的集電極，由于 NPN三極管的基極未加限流電阻，而射極直接接地，所以當(dāng)單片機(jī)給高電平給三極管基極時(shí)，基極其實(shí)只有 ，所以蜂鳴器聲音不會(huì)響，把蜂鳴器接到射極，蜂鳴器有壓降，并在基極接上一個(gè)限流電 阻，蜂鳴器即可正常工作。 （ 5） 人機(jī)交流模塊不能正常工作，由于在檢查人機(jī)交流模塊時(shí)，開始只檢查了P3_7 口控制的按鍵，發(fā)現(xiàn)其反應(yīng)時(shí)間很長(zhǎng)，也就是要按很久才會(huì)有反應(yīng)，開始以為是延時(shí)的問題，但是無論怎么修改程序，情況都沒有改善，后來發(fā)現(xiàn)按鍵是壞的，換了一個(gè)按鍵即可。 （ 6）風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊不能正常工作，由于繼電器封裝和買的繼電器不一致，所以割線后，繼電器能正常工作。 （ 7）本設(shè)計(jì)中的燃?xì)怆姶砰y有三根線，當(dāng)在紅黑兩根線接入 3V 電壓時(shí)，電磁閥導(dǎo)通，在黃黑兩根線接入 3V 電壓時(shí)，電磁閥關(guān)閉。由于燃?xì)怆姶砰y不上電時(shí)默認(rèn)關(guān)閉 狀態(tài)，而在紅黑兩根線接入 3V 電壓時(shí)呈導(dǎo)通狀態(tài)，所以在設(shè)計(jì)中，把黃線剪斷，只需用三極管控制紅黑兩根線間是否有電壓即可。三極管導(dǎo)通時(shí)，紅黑兩根線間接入 3V電壓，電磁閥導(dǎo)通；三極管不導(dǎo)通時(shí)，紅黑兩根線間沒有電壓，電磁閥關(guān)閉。 5 軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試 如果說硬件是電路的軀體，那么軟件就是讓這個(gè)軀體動(dòng)起來的靈魂。軟件的設(shè)計(jì)要基于硬件的基礎(chǔ)，以設(shè)計(jì)的功能為方向來實(shí)現(xiàn)。 軟件設(shè)計(jì)主要包括 AD 采集模塊，顯示模塊，鍵盤模塊以及濃度的換算模塊。 軟件設(shè)計(jì)方法 設(shè)計(jì)一個(gè)好的應(yīng)用軟件，必須充分考慮如下的一些設(shè)計(jì)原則 。 （ 1） 軟件在結(jié)構(gòu)上應(yīng)清晰、簡(jiǎn)潔、流程合理。 （ 2） 各功能子程序應(yīng)實(shí)現(xiàn)模塊化、子程序化，以便于調(diào)試、連接、移植和修改。 （ 3） 程序存儲(chǔ)區(qū)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)應(yīng)合理規(guī)劃，做到既節(jié)約內(nèi)存容量，又方便操作。 （ 4） 對(duì)需要特殊抗干擾的應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)采用軟件抗干擾措施，以提高系統(tǒng)的可靠性。 程序流程圖 （ 1）主程序流程圖如圖 所示。 桂 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 14 頁 共 38 頁 開 始關(guān) 閉排 氣 扇聲 光 報(bào) 警更 新 顯 示聲 光 報(bào) 警是 否 有 按 鍵按 下 ？是 否 超 限打 開 煤 氣YYNN系 統(tǒng) 初 始 化調(diào) 采 樣 子 程 序按 鍵 掃 描程 序調(diào) 顯 示 子 程 序更 新 顯 示關(guān) 閉 煤 氣 并 啟 動(dòng) 排 氣 扇YN是 否 超 限 圖 程序主流程圖 桂 林電子科技大學(xué)畢業(yè)