【文章內(nèi)容簡介】 本文所設(shè)計的可燃?xì)怏w數(shù)字報警器是利用 AT89S52 單片機(jī)為控制核心。以 MQX 系列可燃?xì)怏w傳感器為采集器件，將氣體傳感器放置于檢測的環(huán)境中，氣體傳感器根據(jù)可燃?xì)怏w濃度的變化輸出電壓的值，然后通過 TLC549 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換完成后送入主控芯片 AT89S52 進(jìn)行處理，把處理得到的濃度值通過串口與上位機(jī)通信，把濃度值在上位機(jī)界面顯示出來和在液晶顯示屏 LCD1602 顯示出來，以便與進(jìn)行實時監(jiān)測。通過外圍的按鍵電路可以實現(xiàn)對報警濃度的上限值設(shè)置，當(dāng)所檢測到的濃度高于設(shè)置的濃度值時，主控芯片控制外圍的報警電路，使發(fā)光二極管發(fā)光和蜂鳴器發(fā)出聲音從而達(dá)到報警的目的。 系統(tǒng)以 AT89S52 為核心，以可燃?xì)怏w傳感器為采集器件， TLC549 作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件， LCD1602 液晶顯示屏來顯示實時的濃度值， MAX232 串口模塊為通信橋梁設(shè)計的。實現(xiàn)： 環(huán)境中的可燃?xì)怏w的泄露； ； ； AT89S52 與上位機(jī)的通信； 5 實現(xiàn)主控芯片對各個模塊的控制； ； 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 3 頁 共 67 頁 3 研究方案 設(shè)計是利用單片機(jī)控制技術(shù)，制作了一氧化碳、乙炔、甲烷三種氣體與一體的報警器。該儀器對這三種氣體進(jìn)行實時監(jiān)控， 當(dāng) 這些氣體 的濃度超過 上限值 時， 單片機(jī)發(fā)送所接收到的氣體濃度給上位機(jī)進(jìn)行實時的監(jiān)測，并且 單片機(jī)控制電路進(jìn)行 發(fā)聲發(fā)光 報警， 時刻提醒人們 ，以防事故發(fā)生?；?AT89S52 性 價比高的優(yōu)勢，主要運用了 AT89S52單片機(jī)進(jìn)行控制。而對與報警器而言至關(guān)重要的部分是傳感器，由于 MQX 系列氣敏元件采用半導(dǎo)體敏感材料，其靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性、抗干擾性、響應(yīng)時間及壽命等主要性能，均達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平 .用該系列元件組裝成易燃易爆氣體泄漏報警器及檢測裝置，可廣泛運用于礦山、油田、化工、國防、醫(yī)藥及家庭，所以在設(shè)計中采用的是 MQX系列傳感器。在模數(shù)轉(zhuǎn)換這塊，利用 TLC549 實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換， TLC549 是 8 位逐次漸進(jìn)型的 A/D 轉(zhuǎn)換器，它采用 COMS 工藝 8 個引腳雙列直插式封裝，與微機(jī)相連時不需要附 加接口電路。為了方便用戶了解濃度信息，好提前準(zhǔn)備，還采用了顯示環(huán)節(jié)。 顯示環(huán)節(jié)又分為液晶顯示和上位機(jī)顯示。 顯示器顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯 示和動態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的 I/O 接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機(jī)中 CPU 的開銷小?？梢蕴峁﹩为氭i存的 I/O 接口電路很多。 上位機(jī)顯示就是通過串口連接上位機(jī)機(jī)，把要顯示在上位機(jī)上的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到上位機(jī)上面。 總 的來說， 本次 設(shè)計主要利用了以上的檢測模塊， A/D 轉(zhuǎn)換模塊，顯示模塊，控制模塊 四 大模塊，組成了可燃?xì)怏w探測報警器 。而最核心的控制器又是由 AT89S52 單片機(jī)控制其余的外圍電路的。所以叫基于 AT89S52 單片機(jī)的便攜式可燃?xì)怏w檢測儀 。 國內(nèi)外報警行業(yè)的發(fā)展 隨著我國的改革開放，我國的經(jīng)濟(jì)科技得到了飛躍的發(fā)展，我國電子信息業(yè)在上世紀(jì)八十年代第一次騰飛后，國民經(jīng)濟(jì)信息化進(jìn)程的加快，之后又進(jìn)入持續(xù)快速發(fā)展的新時期。這個時期電子信息產(chǎn)業(yè)的主要特征表現(xiàn)為：一是正在從單一的制造業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)槲镔|(zhì)生產(chǎn)與知識生產(chǎn)，裝備制 造與系統(tǒng)集成，硬件制造與軟件制造，工業(yè)生產(chǎn)與信息服務(wù)相結(jié)合的現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)；二是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，企業(yè)結(jié)構(gòu)，運行機(jī)制，管理模式等方面發(fā)生了深刻變化；三是我國信息產(chǎn)業(yè)成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)和先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，是新世紀(jì)的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，為國民經(jīng)濟(jì)和社會信息化建設(shè)提供主要技術(shù)和物質(zhì)支撐。 報警器技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的特點是：基礎(chǔ)、應(yīng)用兩頭依附；技術(shù)、投資兩個密集；產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)兩大分散。基礎(chǔ)、應(yīng)用兩頭依附，是指報警器技術(shù)的發(fā)展依附于敏感機(jī)理、敏感材桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 4 頁 共 67 頁 4 料、工藝設(shè)備和計測技術(shù)這四塊基石。敏感機(jī)理千差萬別，敏感材料多種多樣，工藝設(shè)備各不相同，計 測技術(shù)大相徑庭，沒有上述四塊基石的支撐，報警器技術(shù)難以為繼。 儀器儀表行業(yè)在中國經(jīng)過一個階段的發(fā)展，已經(jīng)趨近成熟。而氣體報警器作為工業(yè)儀器儀表的一個重要項目，它不僅代表了儀器儀表的發(fā)展?fàn)顩r，也反映了工業(yè)化的發(fā)展程度。用于氣體報警器的傳感器也在經(jīng)歷著飛速的變化，經(jīng)過了多次的技術(shù)創(chuàng)新和更新?lián)Q代，傳感器行業(yè)，可燃?xì)怏w報警器行業(yè)又迎來了新的發(fā)展和突破。在傳感器行業(yè)，一直在進(jìn)行著反復(fù)試驗，希望通過工程創(chuàng)新方法來改善傳感器的靈敏度，但遺憾的是業(yè)界并沒有一個新的框架來總括所有的經(jīng)驗法則，以 作為 新一代傳感器的設(shè)計 方法。而來自美國普度大學(xué)的工程師補足了這個遺憾，為設(shè)計可燃?xì)怏w報警器傳感器提供了新的途徑。為了測試他們的可燃?xì)怏w報警器傳感器設(shè)計法則系統(tǒng)，他們著手研究使用哪一種納米級傳感器設(shè)計，是透過目標(biāo)分子進(jìn)行感測最適合的材料。研究人員過去就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)感測單個分子時 (例如氣體煙霧探測器或生物、化學(xué)探測器 )，感測組件越小越好，但其原因一直沒有一個理論來解釋和證實，是否與目標(biāo)分子的擴(kuò)散情況會限制傳感器運作速度有關(guān)系。而艾姆和尼爾宣稱已經(jīng)證實了以上理論。首先，他們比較了傳統(tǒng)的平面?zhèn)鞲衅鹘M件與圓柱形的單納米管傳感器組件，結(jié)果顯 示較小的圓柱形傳感器的靈敏度至少高出傳統(tǒng)的平面?zhèn)鞲衅?100 倍，這足以證明感測器組建越小越好的理論是正確的。 2 主要元件簡介 AT89S52 單片機(jī) AT89S52 單片機(jī)簡介 AT89S52 為 ATMEL 所生產(chǎn)的一種低功耗，高性能的 8 位微控制器，具有 8K 的可編程Flash 存儲器。 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash只讀程序存儲器和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn) ，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，內(nèi)置功能強大的微型計算機(jī)的 AT89C51 提供了高性價比的解決方案。 AT89C51 是一個低功耗高性能單片機(jī)， 40 個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口， AT89C51 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 5 頁 共 67 頁 5 的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 AT89S52 主要功能 擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash 晶片內(nèi)部具時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz） 內(nèi)部程序存儲器（ ROM）為 8KB 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）為 256 字節(jié) 32 個可編程 I/O 口線 8 個中斷向量源 三個 16 位定時器 /計數(shù)器 三級加密程序存儲器 全雙工 UART 串行通道 單片機(jī)芯片引腳描述及應(yīng)用 AT89S52 單片機(jī)如圖 (a)所示： VCC： AT89S52 電源正端輸入，接 +5V。 VSS： 電源地端。 圖 （ a） XTAL1： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 6 頁 共 67 頁 6 單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。 XTAL2： P0 口是一個 8 位寬的開路汲極（ Open Drain）雙向輸出入端口，共有 8 個位， 表示位 0， 表示位 1，依此類推。其他三個 I/O 端口（ P P P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路， P0 在當(dāng)做 I/O 用時可以推動 8 個 LS 的 TTL負(fù)載。如果當(dāng) EA 引腳為低電平時（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲器）， P0 就以多工方式提供地址總線（ A0～ A7）及數(shù)據(jù)總線（ D0～ D7）。設(shè)計者必須外加一鎖存器將端口 0 送出的地址栓鎖住成為 A0～ A7，再配合端口 2 所送出的 A8～ A15 合成一完整的 16 位地址總線，而定址到 64K 的外部存儲器空間。 PORT2（ ～ ）： P2 口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，每一個引腳可以推動 4 個 LS 的 TTL 負(fù)載，若將端口 2 的輸出設(shè)為高電平時，此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。 P2 除了當(dāng)做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S52 擴(kuò)充外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié) A8～ A15，這個時候 P2 便不能當(dāng)做 I/O 來使用了。 PORT1（ ～ ）： P1 口也是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動 4 個 LS TTL負(fù)載，同樣地若將端口 1 的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用 8052或是 8032 的話， 又當(dāng)做定時器 2 的外部脈沖輸入腳，而 可以有 T2EX 功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。 PORT3（ ～ ）： P3 口也具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動 4 個 TTL 負(fù)載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部 數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋? 其引腳分配如下： ： RXD，串行通信輸入。 ： TXD，串行通信輸出。 本次設(shè)計使主控芯片能夠與上位機(jī)通信的就是通過串行通信輸出口來實現(xiàn)的。 串行口發(fā)送數(shù)據(jù)時，從片內(nèi)總線向發(fā)送 SBUF 寫入數(shù)據(jù) (MOV SBUF,A)，啟動發(fā)送過程，由硬件電路自動在字符的始、末加上起始位（低電平）、停止位（高電平）， A 中的數(shù)據(jù)送入 SBUF，在發(fā)送控制器控制下，按設(shè)定的波特率，每來一個移位脈沖，數(shù)據(jù)移出移位，先發(fā)送一位起始位（低電平），再由地位到高位一位一位通過 TXD（ ）把數(shù)據(jù)發(fā)送到外部電纜上，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，最后發(fā)一位停止位（高電平），一幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束。發(fā)送控制寄存器通過或門向 CPU 發(fā)出中斷請求（ TI=1） ,CPU可以通過查詢 TI 或者相應(yīng)中斷的方式，將下幀一數(shù)據(jù)送入 SBUF，開始發(fā)送下幀一數(shù)據(jù)。 ： INT0，外部中斷 0 輸入。 ： INT1，外部中斷 1 輸入。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 7 頁 共 67 頁 7 ： T0，計時計數(shù)器 0 輸入。 ： T1，計時計數(shù)器 1 輸入。 ： WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。 ： RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。 RST—— 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個 機(jī)器周期 以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG—— 當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的 脈沖信號 ，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效 。 PSEN—— 程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。 EA/VPP—— 外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果 加密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 如 EA 端為高電平（接 VCC 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。 FLASH 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 VPP。 AT89S52 發(fā)送與接收時序圖如圖 (b)所示： 、 圖 （ b）AT89s52 發(fā)送與接收時序圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 8 頁 共 67 頁 8 MQX 系列可燃?xì)怏w傳感器 傳感器的定義與組成 傳感器是能感受規(guī)定的被測量 并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。在有些國家和有些科學(xué)領(lǐng)域，也將傳感器稱為變換器、檢測器或探測器等。 一般來講，傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。但是，由于傳感器輸出的信號一般都很微弱，需要有信號調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路將其放大或轉(zhuǎn)換