【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 濃 度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。 （ 1） 靈敏度特性： 圖 注：圖中縱坐標(biāo)為傳感器的電阻比（ Rs/Ro），橫坐標(biāo)為氣體濃度。 Rs 表示傳感器在 不同濃度氣體中的電阻值 Ro 表示傳感器在 1000ppm不同氣體中的電阻值 （ 2）溫 /濕度的影響： 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 注： 圖中縱坐標(biāo)是傳感器的電阻比（ Rs/Ro）。 Rs表示在 含 1000ppm 甲烷、不同溫/濕度下 傳感器 的電阻值 Ro表示 在含 1000ppm 甲 烷、 20℃/65%RH環(huán)境條件 下 傳感器 的電阻值 圖 傳感器典型的溫度、濕度特性曲線 表 傳感器的相關(guān)的參數(shù) （ 1） 規(guī)格： （ 2） B. 環(huán)境條件 C. 靈敏度特性 符號(hào) 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Vc 回路電壓 ≤ 24V DC VH 加熱電壓 177。0. 2V ACorDC RL 負(fù)載電阻 可調(diào) RH 加熱電阻 31Ω177。 3Ω 室溫 PH 加熱功耗 ≤ 900mW 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％ 符號(hào) 參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù) 備注 Rs 敏感體表面電阻 2KΩ 20KΩ (2021ppm C3H8 ) 適用范圍： 500020210ppm 天然氣 α (R3000ppm/ R1000ppm C3H8) 濃度斜率 ≤ 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 溫度： 20℃177。 2℃ Vc:177。 V 相對(duì)濕度： 65%177。5% VH: 177。 V 預(yù)熱時(shí)間 不少于 48小時(shí) 20 10 0 10 20 30 40 50 ℃Rs/R060%RH30%RH85%RH 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 敏感體功耗（ Ps）值： Ps=Vc2 Rs/(Rs+RL)2 傳感器電阻（ Rs）值： Rs=(Vc/VRL1) RL 結(jié)構(gòu)，外形 MQ2 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖 4所示 (結(jié)構(gòu) A或 B), 由微型 Al2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感層 ,測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔 體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有６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 。 圖 MQ2/MQ2S氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形 部件 材料 1 氣體敏感層 二氧化錫 2 電極 金（ Au） 3 測(cè)量電極引線 鉑（ Pt） 4 加熱器 鎳鉻合金（ NiCr） 5 陶瓷管 三氧化二鋁 6 防爆網(wǎng) 100目雙層不銹鋼（ SUB316） 7 卡環(huán) 鍍鎳銅材（ NiCu） 8 基座 膠木或尼龍 9 針狀管腳 鍍鎳銅材（ NiCu） 圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 MQ2氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。 此次的 MQ2傳感器因?yàn)樵?protues 的元器件庫(kù)中無(wú)法找到，然后只能利用 protel 進(jìn)行設(shè)計(jì)。 元器件選擇 電源采用 輸入 AC： 220V 50Hz，輸出 DC：穩(wěn)壓 5V的電源變 壓器；煙霧傳感器 MQ－ 2；一個(gè) 50K 的電位器；一個(gè) 1 K 的電阻；一個(gè)三腳的開(kāi)關(guān)；晶體管采用 9013 型號(hào)；繼電器采用 JRC－ 4100F 5V 的型號(hào)；通電指示燈采用 的淡綠發(fā)光二極管；風(fēng)扇 FAN 為5V 的單轉(zhuǎn)向小型風(fēng)扇 。 其原理圖如下圖 ： 圖 MQ2 原理圖 電路如圖 所示， MQ－ 2為煙霧傳感器， FAN 為 5V 電機(jī)。電路采用交流供電，220V 交流市電從插頭引入電路，經(jīng)電源變壓器 降壓后變?yōu)橹绷?，直流電壓直接供傳感器MQ－ 2的加熱絲 HH工作，加熱絲給傳感器 MQ－ 2 預(yù)熱一定時(shí)間后，才能正常檢測(cè)煙霧。 穩(wěn)壓電壓同時(shí)供控制電路工作，接在繼電器、通電指示燈和風(fēng)扇上。當(dāng) MQ－ 2 所處的環(huán)境煙霧在允許范圍內(nèi)時(shí)，其兩端輸出電極 HH 間導(dǎo)電率很低，則加在電極間兩端H— H電壓很低，則輸出電壓升高，晶體管 9013 導(dǎo)通，此時(shí)加在繼電器 JRC－ 4100F 兩端的電壓達(dá)到它的啟動(dòng)電壓（５ V），繼電器跳轉(zhuǎn)，通電指示燈熄滅；風(fēng)扇 FAN 電路接通，風(fēng)扇工作，開(kāi)始吸收煙霧。風(fēng)扇產(chǎn)生吸力將煙霧吸入裝有活性炭過(guò)濾篩的殼 體，先經(jīng)過(guò)一層活性炭過(guò)濾后，再經(jīng)過(guò)負(fù)離子發(fā)生器，從而除掉有害物質(zhì)。過(guò)濾篩可以拆下來(lái)清理畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 或更換，活性炭也可以更換。當(dāng)煙霧逐漸減少，傳感器 MQ－ 2導(dǎo)電率升高，加在電極間兩端 H— H 的電壓升高，輸出電壓變小，晶體管 9013 截止，則繼電器 JRC－ 4100F 兩端電壓為零，繼電器跳轉(zhuǎn)為常態(tài)，風(fēng)扇 FAN 停止轉(zhuǎn)動(dòng)，通電指示燈變亮。 注：為了使到在煙敏器件電路發(fā)生故障的時(shí)候煙灰缸還能工作，我們另外接了一個(gè)手動(dòng)的開(kāi)關(guān)（如電路圖中的開(kāi)關(guān) K），這樣，當(dāng)電路發(fā)生故障的時(shí)候，我們可以手動(dòng)的開(kāi)啟電機(jī)，一樣能達(dá)到抽煙過(guò)濾的功能。 調(diào)試電路主 要通過(guò)調(diào)試可變電阻 ，可以調(diào)節(jié)煙霧傳感器的靈敏度，以獲得滿意的煙霧濃度風(fēng)扇啟動(dòng)點(diǎn)。 3 硬件部分 本章主要介紹硬件部分的各個(gè)模塊，這些模塊包括電源模塊及復(fù)位模塊，鍵盤輸入模塊，報(bào)警模塊，顯示模塊。電源模塊采用 TI 公司的 TPS76033 芯片，保證 MSP430F149單片機(jī)的工作電壓。復(fù)位模塊 采用 MAX809 芯片。鍵盤輸入模塊 主要是用來(lái)輸入數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。 報(bào)警模塊采用 LM386 芯片，實(shí)現(xiàn)報(bào)警控制。顯示模塊采用 LCD1602 顯示溫度。 硬件電路圖 單片機(jī)電路作為整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分，主要完成 與其他電路的接口，從而獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將處理的結(jié)果采用某種方式表現(xiàn)出來(lái)，比如顯示或報(bào)警。 從單片機(jī)最小系統(tǒng)電路可以看出，單片機(jī)接口電路非常簡(jiǎn)單，分別采用單片機(jī)的一般 I/O 口實(shí)現(xiàn)與其他電路的連口，在單片機(jī)的時(shí)鐘設(shè)計(jì)上與其他單片機(jī)有一定的區(qū)別，MSP430F149 單片機(jī)采用兩個(gè)時(shí)鐘的輸入，一個(gè) 32kHz 的時(shí)鐘信號(hào)，一個(gè) 8MHz 的時(shí)鐘信號(hào)。該系統(tǒng)的時(shí)鐘部分是采用晶體振蕩器實(shí)現(xiàn)的 [7]?？紤]到電源的輸入紋波對(duì)單片機(jī)的影響，在電源的管理腳增加一個(gè) 的電容來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波，以減小輸入端受到的干擾。另外單片機(jī)還有模擬 電源的輸入端，因此在這里需要考慮干擾問(wèn)題，在該系統(tǒng)中的干擾比較小，因此模擬地和數(shù)字地共地，模擬電源輸入端增加一個(gè)濾波電容以減少干擾。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖 31 所示： 圖 31 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 電源及復(fù)位模塊 本模塊采用 TPS76033（ 低功耗 50mA 低壓降 (LDO) 穩(wěn)壓器 ）芯片實(shí)現(xiàn) 。 電壓電路：由于 MSP430F149 單片機(jī)的工作電壓一般是 ~,并且功率極低。為了方便起見(jiàn)，本系統(tǒng)采用電池（如 2 節(jié)普通 5 號(hào)電池）供電，因此輸出電壓為 3V。而整個(gè)系統(tǒng)采 用 。 考慮到硬件系統(tǒng)對(duì)電源要求具有穩(wěn)壓功能和紋波小等特點(diǎn)，另外也考慮到硬件系統(tǒng)的低功耗特點(diǎn)，因此該硬件系統(tǒng)的電源部分采用 TI 公司的 TPS76033 芯片實(shí)現(xiàn)，該芯片能很好的滿足該硬件的系統(tǒng)的要求，另外該芯片具有很小的封裝，因此能有效的節(jié)約PCB 板的面積 [8]。為了使輸出電源的紋波小，在輸出部分用了一個(gè) 和 的電容，另外在芯片的輸入端也放置一個(gè) 的濾波電容，減少輸入端受到的干擾。電源P2_4 P2_5 P2_6 P3_1 P3_2 P3_3P4_0P4_1P4_2P4_3P4_4P4_5P4_6P4_7P2_0 P2_1 P2_2 P2_3P6_0P6_1P6_2P6_3P6_4P6_5P6_6P6_7P1_0P1_1P1_2P1_3P1_4P1_5 P1_6 P1_7 P2_7 P3_4P3_5P3_6P3_7DVCC123456VREF+7XIN8XOUT9VeREF+10VREF1112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051XT2OUT52XT2IN53TD054TD155TMS56TCK57RST58596061AVSS62DVSS63AV64MSP430F149U14MSP430F149P3_0P5_0P5_1P5_2P5_3P5_4P5_5P5_6P5_7RSTGNDVCC3VCC3GNDXT2IN XT2OUTTCK TMS TDOTDIXINXOUTGND10uFC40104C41P6_6畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 電路具體如圖 33 所示。 圖 33 電源電路 復(fù)位電路：在單片 機(jī)系統(tǒng)里，單片機(jī)需要復(fù)位電路，復(fù)位電路可以采用 RC復(fù)位電路，也可以采用復(fù)位芯片實(shí)現(xiàn)的復(fù)位電路， RC 復(fù)位電路具有經(jīng)濟(jì)性，但可靠性不高，用復(fù)位芯片實(shí)現(xiàn)的復(fù)位電路具有很高的可靠性，因此為了保證復(fù)位電路的可靠性，該系統(tǒng)采用復(fù)位芯片實(shí)現(xiàn)的復(fù)位電路，該系統(tǒng)采用 MAX809 芯片 [1]。 為了減小電源的干擾，還需要在復(fù)位芯片的電源的輸入端加一個(gè) 的電容來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波，以減小輸入端受到的干擾。復(fù)位電路如圖 34 所示： 圖 34 復(fù)位電路 鍵盤輸入模塊 鍵盤輸 入電路主要是用來(lái)輸入數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。該系統(tǒng)的鍵盤設(shè)計(jì)是采用掃描方式實(shí)現(xiàn)的矩陣鍵盤。該系統(tǒng)的鍵盤電路圖如圖 35 所示。 IN1GND2EN3NC4OUT5U5TPS76033VCC5C8GNDGNDC13C15VCC3GND GNDGND1RESET2VCC3U18MAX809SGNDRST104C49GNDVCC3S1SWPBGND畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 圖 35 鍵盤輸入電路 該矩陣掃描鍵盤由行線和列線組成， 、 、 、 構(gòu)成鍵盤的行線， 、 和 構(gòu)成鍵盤的列線。鍵盤的行線作為鍵盤的控制輸出端，鍵盤的列線作 為鍵盤的輸入端。在設(shè)計(jì)時(shí)為了程序設(shè)計(jì)的方便性，鍵盤的列線采用的是 、 、 、 ，這樣可以利用該管腳的中斷功能。這樣在沒(méi)有按鍵按下的 情況下，該四個(gè)管腳的電平為高電平，如果有按鍵按下時(shí)，則相應(yīng)的列線管腳為低電平，這時(shí)通過(guò)設(shè)置、 、 、 為低電平觸發(fā)中斷方式，低電平就觸發(fā)中斷而進(jìn)入中斷服務(wù)程序，從而獲得輸入的數(shù)據(jù)。 鍵盤的工作原理具體如下 :首先將 、 、 、 ，將 、 、 設(shè)置為輸入，并將 、 、 、 設(shè)置為低電平觸發(fā)中斷方式 。將 設(shè)置為低電平，如果該行上有按鍵按下的話，則 、 、 或者 上為低電平[10]，就會(huì)觸發(fā)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，獲得輸入的數(shù)據(jù)。如果沒(méi)有按鍵按下的話，則、 、 和 上為高電平，不會(huì)進(jìn)入中斷服務(wù)程序。依次將 、 、 、 設(shè)置為低電平來(lái)判斷該行是否有輸入，如果沒(méi)有輸入的話， 、 、 、 均為高電平，如果有輸入的話， 、 、 、 上為低電平，就會(huì)觸發(fā)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，獲得輸入數(shù)據(jù)。鍵盤的掃描時(shí)間很短，僅僅幾微秒的時(shí)間，然而按鍵的時(shí)間一次至少需要幾十毫秒，所以只要有按鍵按下的話是都 可以被掃描到的。另外還要考慮鍵盤的抖動(dòng)處理。 報(bào)警模塊 該部分電路主要是驅(qū)動(dòng)一個(gè)蜂鳴器，這樣只需要將蜂鳴器的一端接地，另一端以單片機(jī)進(jìn)行相接就可以了。而驅(qū)動(dòng)該蜂鳴器需要 LM386 功率放大器。 2S2SWPBS3SWPBS4SWPBS5SWPBS6SWPBS7