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正文內(nèi)容

基于單片機的煤氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計_畢業(yè)設(shè)計論文(編輯修改稿)

2024-10-04 11:59 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時,則傳感器將使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒,以致靈敏度很快就喪失。當懷疑 檢測環(huán)境中存在這些物質(zhì)時,經(jīng)常對探頭進行標定,是必須且有效的辦法。 因此,經(jīng)常對傳感器進行標定,是保證其準確性的必要的途徑。一般連續(xù)使用兩個月后應(yīng)對傳感器進行量程校準,這種經(jīng)常性對傳感器的維護,無形中加大了工作人員的工作量,同時增加了報警器的維護成本。 半導(dǎo)體氣敏傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的氣體傳感器,它具有靈敏度高,響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單,使用方便、價格便宜等優(yōu)點,因而得到廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體氣敏傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性 (抗干擾性 )和穩(wěn)定性 (使用壽命 )。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 經(jīng)過對比上述兩種氣敏傳感器的應(yīng)用特性,發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體氣敏傳感器的優(yōu)點更加突出:靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價格便宜,且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象,維護成本較低等。因此,本設(shè)計采用半導(dǎo)體氣敏傳感器作為報警器氣體信息采集部分的核心。而在眾多半導(dǎo)體氣敏傳感器中,本設(shè)計選用 MQ2 型氣敏傳感器,這種型號的傳感器具備一般半導(dǎo)體氣敏傳感器靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強、壽命長等優(yōu)點。 煤氣泄露報警系統(tǒng)的整體設(shè)計方案 煤氣泄露報警器工作原理 本論文中的煤氣泄漏報警器以 STC12C5A60S2 單片機為控制核 心,采用 MQ2 型電阻式半導(dǎo)體傳感器采集氣體信息。 首先,氣體傳感器送來的氣體濃度對應(yīng)的電壓信號送入 STC12C5A60S2 單片機;然后,在 STC12C5A60S2 單片機內(nèi) A/D 轉(zhuǎn)換、氣體濃度比較,對數(shù)據(jù)進行線性化處理,將數(shù)字化電壓信號轉(zhuǎn)化成為對應(yīng)的十進制濃度值;最后,判斷氣體濃度值是否超出報警限,當氣體濃度處于正常狀態(tài)紅燈不會閃亮,當氣體濃度超出設(shè)定的限定值時,發(fā)出聲音報警并伴隨紅燈亮。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,響應(yīng)時間和恢復(fù)時間就越快。為提高響應(yīng) 時間,保證氣體傳感器準確地、穩(wěn)定地工作,報警器需要向氣體傳感器持續(xù)輸出一個 5V的電壓。 煤氣泄露報警器的結(jié)構(gòu) 為適應(yīng)家庭對可燃性易爆氣體安全性要求,設(shè)計的可燃性氣體報警儀應(yīng)不僅能在較寬的溫度范圍工作,而且應(yīng)具有顯示可煤氣體濃度、可接計算機進行現(xiàn)場遠測和實時控制等功能。其目標是在傳統(tǒng)的煙霧報警儀的基礎(chǔ)上,盡量提高準確性,降低成本,縮小體積。 系統(tǒng) 使用 STC12C5A60S2 單片機,選用 氣敏 傳感器作為敏感元件, 顯示電路 , 及報警裝置 開發(fā)了可用于 家庭或 小型單位 天煤氣泄漏 報警器。 整個設(shè)計由 3 大部分構(gòu)成:氣敏 傳感器、 STC12C5A60S2 單片機、顯示電路。氣敏傳感器是將現(xiàn)場氣體濃度 非電信號轉(zhuǎn)化為電信號;轉(zhuǎn)換電路 是將 完成將 氣體 傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 裝置功能說明 煤氣泄漏檢測裝置,顧名思義是用來檢測煤氣泄漏,使煤氣使用更加安全。在使用此裝置前,首先設(shè)置好報警的氣體濃度值,設(shè)置濃度可調(diào),將裝置放置在煤氣容易泄漏的區(qū)域,當煤氣或者其他煤氣泄漏的時候,空氣中氣體濃度超過設(shè)定值時,裝置會發(fā)出燈光及聲音的報警。 裝置效果圖 圖 2. 錯誤 !未找到引用源。 成品效果圖 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 3 煤氣泄漏檢測報警裝置的硬件部分設(shè)計 硬件電路形象的說就是整 個裝置的框架,硬件電路的設(shè)計,直接影響裝置功能能否實現(xiàn)。硬件電路的設(shè)計首先必須了解各原件的性能指標,工作原理,以及整體的電路連接。本章主要介紹一些單片機最小系統(tǒng),顯示電路,傳感器電路 STC12C5A60S2 系列單片機簡介 STC12C5A60S2/AD/PWM 系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘 /機器周期 (1T)的單片機,是高速 /低功耗 /超強抗干擾的新一代 8051 單片機,指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 812 倍。內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路 ,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換 (250K/S.,即 25 萬次每秒 ),針對電機控制,強干擾場合。 1. 增強型 8051 CPU, 1T,單時鐘 /機器周期,指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 2. 工作電壓: STC12C5A60S2 系列工作電壓: ( 5V單片機) STC12LE5A60S2 系列工作電壓: ( 3V單片機) 3. 工作頻率范圍: 0~ 35MHz,相當于普通 8051 的 0~ 420MHz 4. 用戶應(yīng)用程序空間 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字節(jié) ...... 5. 片上集成 1280 字節(jié) RAM 6. 通用 I/O 口( 36/40/44 個),復(fù)位后為:準雙向口 /弱上拉(普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口)可設(shè)置成四種模式:準雙向口 /弱上拉,強推挽 /強上拉,僅為輸入 /高阻,開漏每個 I/O 口驅(qū)動能力均可達 20mA,但整個芯片最大不超過 120mA。 7. ISP(在系統(tǒng)可編程) / IAP(在應(yīng)用可編程),無需專用編程器,無需專用仿真器 可通過串口( )直接下載用戶程序,數(shù)秒即可完成一片 8. 有 EEPROM 功能 (STC12C5A62S2/AD/PWM 無內(nèi)部 EEPROM) 9. 看門狗 MAX810 專用復(fù)位電路(外部晶體 12M 以下時,復(fù)位腳可直接 1K 電阻到地) 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 11. 外部掉電檢測電路 : 在 口有一個低壓門檻比較器, 5V單片機為 ,誤差為177。 5%, 單片機為 ,誤差為177。 3% 12. 時鐘源:外部高精度晶體 /時鐘,內(nèi)部 R/C 振蕩器 (溫漂為177。 5% 到177。 10% 以內(nèi) )用戶在下載用戶程序時,可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體 / 時鐘 常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為: 單片機為: 11MHz ~ 單片機為:8MHz ~ 12MHz,精度要求不高時,可選擇使用內(nèi)部時鐘,但因為有制造誤差和溫漂,以實際測試為準 13. 共 4 個 16 位定時器 兩個與傳統(tǒng) 8051 兼容的定時器 /計數(shù)器 ,16 位定時器 T0 和 T1,沒有定時器 2,但有獨立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器 ,再加上 2 路 PCA 模塊可再實現(xiàn) 2 個 16 位定時器 14. 3 個時鐘輸出口,可由 T0 的溢出在 ,可由 T1 的溢出在 輸出時鐘 ,獨立波特率發(fā)生器可以在 口輸出時鐘 15. 外部中斷 I/O 口 7 路 ,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電 平觸發(fā)中斷 ,并新增支持上升沿中斷的 PCA 模塊, Power Down 模式可由外部中斷喚醒, INT0/,INT1/,T0/, T1/, RxD/,CCP0/(也可通過寄存器設(shè)置到 ), CCP1/(也可通過寄存器設(shè)置到 ) 16. PWM(2 路) / PCA(可編程計數(shù)器陣列 ,2 路) 也可用來當 2 路 D/A 使用 也可用來再實現(xiàn) 2 個定時器 也可用來再實現(xiàn) 2 個外部中斷 (上升沿中斷 /下降沿中斷均可分別或同時支持 ) 17. A/D 轉(zhuǎn) 換 , 10 位精度 ADC,共 8 路,轉(zhuǎn)換速度可達 250K/S(每秒鐘 25 萬次 ) 18. 通用全雙工異步串行口 (UART),由于 STC12 系列是高速的 8051,可再用定時器或 PCA 軟件實現(xiàn)多串口 19. STC12C5A60S2 系列有雙串口,后綴有 S2 標志的才有雙串口, RxD2/(可通過寄存器設(shè)置到 ), TxD2/(可通過寄存器設(shè)置到 ) 20. 工作溫度范圍: 40 ~ +85℃ (工業(yè)級 ) / 0 ~ 75℃ (商業(yè)級 ) 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 : LQFP48, LQFP44, PDIP40, PLCC44, QFN40I/O 口不夠時,可用 2 到 3 根普通 I/O 口線外接 74HC164/165/595(均可級聯(lián))來擴展 I/O 口 ,還可用 A/D 做按鍵掃描來節(jié)省 I/O 口,或用雙 CPU,三線通信,還多了串口。 STC12C5A60S2 系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) STC12C5A60S2 系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。 STC12C5A60S2 單片機中包含中央處理器 (CPU)、程序存儲器 (Flash)、數(shù)據(jù)存儲器 (SRAM)、定時 /計數(shù)器、 UART 串口、串口 I/O 接口、高速 A/D 轉(zhuǎn)換、 SPI 接口、 PCA、看門狗及片內(nèi) R/C 振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。 STC12C5A60S2 系列單片機幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊,可稱得上一個片上系統(tǒng)。 管腳說明 VCC:供電電壓。 GND:接地。 P0 口: P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口,每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時,被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器,它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時, P0 口作為原碼輸入口,當 FIASH 進行校驗時,P0 輸 出 原 碼 , 此 時 P0 外 部 必 須 被 拉 高。 P1 口: P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口, P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。 P1 口管腳寫入 1 后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入, P1 口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時, P1 口作為第八位地址接收。 P2 口: P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口, P2 口緩沖器可接收,輸出 4 個 TTL門電流,當 P2 口被寫 ―1‖時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時, P2 口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當用 于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時, P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 ―1‖時,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢,當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時, P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口 : P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口,可接收輸出 4 個 TTL 門電流。沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 當 P3 口寫入 ―1‖后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平, P3 口 將 輸 出 電 流 ( ILL ) 這 是 由 于 上 拉 的 緣 故 。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功 能口,如下表所示: 口管腳備選功能 RXD (串行輸入) TXD ( 串 行 輸 出 ) /INT0 ( 外 部 中 斷 0 ) /INT1 ( 外 部 中 斷 1 ) T0 (記時器 0 外部輸入) T1 (記時器 1 外部輸入) /WR ( 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 寫 選 通 ) /RD ( 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 讀 選 通 ) P3 口 同 時 為 閃 爍 編 程 和 編 程 校 驗 接 收 一 些 控 制 信 號 。 RST:復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時,要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG:當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電 平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時, ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是:每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時, ALE 只有在執(zhí)行 MOVX, MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止,置位無效。 /PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每 個機器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA 當 /EA 保持低電平時,則在此期間外部程序存儲器( 0000HFFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時, /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET;當 /EA 端保持高電平時,此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間,此引腳也用于施加 12V編程電源( VPP)。 X1 : 反 向 振 蕩 放 大 器 的 輸 入 及 內(nèi) 部 時 鐘 工 作 電 路 的 輸 入 。 X2:來自反向振蕩器的輸出。 引腳電路如下圖所示 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 圖 3 1 單片機引腳圖 引腳電路的連接 ~ 為 I/O 口的 P2 口:內(nèi)部帶有弱上拉的雙向 I/O 口,作為輸入引腳使用前,先向 P2 口鎖存器寫入 1,使 P2 口引腳被上拉為高電平 RESET 為復(fù)位信號輸入端,高電平有效。 /EA 為外部程序存儲器選擇信號,低電平有效。在復(fù)位期間 CPU檢測并鎖存該引腳電平狀態(tài),當發(fā)現(xiàn)該引腳為高電平時,從片內(nèi)程序存儲器取指令,只有當程序計數(shù)
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