【文章內(nèi)容簡介】 采集，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸出是三態(tài)的（總線型輸出），可直接與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線相連接。ADC0809采用+5V電源供電，外接工作時鐘。當(dāng)?shù)湫凸ぷ鲿r鐘為500HZ時，轉(zhuǎn)換時間為128181。s 。 液晶顯示模塊的選擇1. LCD顯示控制模塊的系統(tǒng)示意圖圖37為使用LCD顯示控制模塊的系統(tǒng)示意圖，對于用戶來說，只需要提供命令給LCD顯示控制模塊，就可以對LCM進(jìn)行顯示操作。圖 37 LCD顯示控制模塊的系統(tǒng)示意圖2. LCD系統(tǒng)的特點LCD液晶顯示器是一種利用液晶的扭曲/向列效應(yīng)制成的新型顯示器，它具有微功耗、體積小、抗干擾能力強(qiáng)、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，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。另一特點是，LCD本身不發(fā)光，是通過借助外界光線照射液晶材料而實現(xiàn)顯示的被動顯示器件。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計顯示的需要，我們這里采用點陣式字符型液晶顯示器，型號為GDM0801A。外型尺寸如圖38所示：圖 38 GDM0801A的外型尺寸圖液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。 三端穩(wěn)壓器7805線性集成穩(wěn)壓器分固定式輸出、可調(diào)式輸出兩種類型，又以三端固定或可調(diào)式集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用范圍為最廣。主要用途：適用于各種電源穩(wěn)壓電路。主要特點：輸出穩(wěn)定性好、使用方便、輸出過流、過熱自動保護(hù)。 封裝形式：TO220圖 39 7805封裝 本章小結(jié)本章采溫度采用溫度采集電路和可燃?xì)怏w濃度采集電路設(shè)計，制訂了報警方案及火災(zāi)設(shè)備和相關(guān)顯示設(shè)備的選擇及執(zhí)行方案。第4章 火災(zāi)報警系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 電源部分電路要能成為獨立的單片機(jī)系統(tǒng)，首先就要擁有能夠提供系統(tǒng)正常工作的抗干擾直流穩(wěn)壓電源。即要求設(shè)計的電源電路能夠直接將220V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?V直流電，其中包含了變壓器、整流橋、7805三端穩(wěn)壓塊，極性電容和一般電容。220V的交流電通過變壓器降低其電壓，再經(jīng)過整流橋進(jìn)行整流，然后，通過由一個極性電容C4和一個一般電容C5組成的濾波電路，用于濾去整流輸出電壓中的紋波[7]。橋式整流電路的優(yōu)點是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。濾波電路有兩種形式：一是電容濾波電路，一是電感濾波電路。因為電抗元件在電路中有儲能的作用，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時，能把部分能量儲存起來，而當(dāng)電源電壓降低時，就能把能量釋放出來，使負(fù)載電壓比較平滑，即電容C具有平波的作用。與負(fù)載串聯(lián)的電感L，當(dāng)電源供給的電流增加時，它把能量存儲起來，而當(dāng)電流減小時，又的能量釋放出來，使負(fù)載電流比較平滑，即電感L也有平波的作用。但是電容濾波電路多用于小功率電源中，電感濾波電路則多用于較大功率電源中。所以在這個設(shè)計中我們要選用的是電容濾波電路。之后，通過三端集成穩(wěn)壓器來調(diào)節(jié)輸出電壓，使其輸出的電壓有可靠的精度和穩(wěn)定性。其中電路中接入電容C7來實現(xiàn)頻率補(bǔ)償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩和抑制電路引入的高頻干擾，C6是電解電容，用于減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾信號。我們采用的是三端集成穩(wěn)壓器的典型電路接法，這樣我們就可以得到一個相對不受外界干擾的5V直流電源。給這個系統(tǒng)帶來更好的工作環(huán)境。經(jīng)過這個整體的設(shè)計思路,可以得到具體的電路圖如圖41所示。圖 41 電源部分電路圖 采集部分電路本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分電路由兩個部分組成。一部分是可燃?xì)怏w濃度采集電路，其中包括氣體濃度的數(shù)據(jù)采集及處理工作和A/D轉(zhuǎn)換電路。前面的工作主要由可燃性氣體傳感器及傳感器調(diào)理電路來完成，后面的A/D轉(zhuǎn)換則由ADC0809和單片機(jī)組成的電路來完成，用來實現(xiàn)環(huán)境中可燃性氣體濃度的監(jiān)測[8]。另一部分則是溫度獲取電路，該部分電路由數(shù)字溫度傳感器及其附屬電路和CPU來組成，用來檢測環(huán)境中的溫度。 可燃性氣體濃度采集電路傳感器調(diào)理電路的設(shè)計涉及到空氣中可燃?xì)怏w濃度數(shù)據(jù)的采集，一般都需要選擇好相應(yīng)的傳感器。根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計的背景、要求及目的，我們選擇的可燃性氣體傳感器的型號是MQK1，該傳感器對瓦斯、煤氣、天然氣的主要成分比較敏感。由于可燃性氣體傳感器采集到的氣體濃度信號比較微弱，所以還要經(jīng)過傳感器調(diào)理電路的處理。調(diào)理電路主要由集成運(yùn)算放大器和一些電阻構(gòu)成。由此可的其框圖如圖42所示?？扇?xì)怏w傳感器 MQK1電壓跟隨電壓跟隨電路可燃?xì)怏w傳感器 電路差分比較電路比較輸出限幅電路脈寬調(diào)整電路ViVO1VO2VO3VO圖 42 傳感器調(diào)理電路原理框圖根據(jù)實際情況，我們可以得到該部分電路的原理圖如圖43所示。圖 43 傳感器調(diào)理電路原理圖A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計ADC0809型芯片有8路模擬量輸入通道，我們這只用到一路模擬量輸入通道，即啟用IN7。為了選中這一路，我們把ADDA、ADDB、ADDC三個引腳全都置為高電平，即與5伏的電源相連。再根據(jù)芯片特性，把沒用到的其他7路模擬量輸入通道都接地。芯片工作所需時鐘引腳CLK與單片機(jī)的地址鎖存端口引腳ALE直接連接。根據(jù)主控芯片AT89C52的P1口特性，我們將其與ADC0809芯片的8路數(shù)字量輸出端相連。最常用的控制方式有兩種：查詢方式和中斷方式[9]。這兩種方法各有各的優(yōu)點，查詢方式的編程簡單，而中斷方式的單片機(jī)工作效力高，所以我們這里采用中斷方式控制，用到的是外部中斷0，電路連接是EOC引腳通過非門與INT0腳相接。再根據(jù)P2口特性。因此我們可以得到A/D轉(zhuǎn)換電路圖如圖44所示：圖 44 A/D轉(zhuǎn)換電路圖 溫度采集電路由上述對DS18B20的詳細(xì)介紹大家可以總結(jié)出DS18B20具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點。供電方式有兩種：一種是寄生電源供電；另一種是外部電源供電。從分析中可以看出DS18B20這兩種供電方式都各有其優(yōu)點，但從另一方面來看寄生電源方式需要強(qiáng)上拉電路，軟件控制則變得復(fù)雜(特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到EEPROM 時)，同時芯片的性能也有所降低。因此，出于減輕軟件負(fù)擔(dān)和條件允許的情況(在不影響工作性能的前提)，我們本次課題就溫度數(shù)據(jù)采集這部分電路的設(shè)計采用外部電源供電方式。由此設(shè)計出溫度采集電路圖如圖45所示。 圖 45 溫度采集電路圖 液晶顯示部分電路為了滿足系統(tǒng)顯示的需要，我們采用液晶顯示模塊來實現(xiàn)顯示功能。LCD本身不發(fā)光，是通過借助外界光線照射液晶材料而實現(xiàn)顯示的被動顯示器件，因此功耗很低，只要求液晶周圍有足夠的光強(qiáng)。必要時，可選用背光源來保證LCD顯示信息。在此系統(tǒng)的設(shè)計中，為了降低功耗，我們不采用背光源，因此液晶顯示模塊的116兩管腳不用，即懸空。根據(jù)主控芯片AT89C52的P0口特性，P0口可作為一般的數(shù)據(jù)輸入輸出口。在此，我們把P0口作為數(shù)據(jù)的輸入輸出口，并直接與液晶顯示模塊GDM0801A的DB0—DB7相連來傳輸數(shù)據(jù)[10]。，讀寫信號線R/，而液晶顯示器對比度調(diào)整端VO懸空。由此可知顯示部分電路的原理框圖如圖46所示，電路圖如圖47所示。圖 46 顯示部分電路的原理框圖圖 47 顯示部分電路的電路圖 控制部分電路 復(fù)位電路計算機(jī)在啟動運(yùn)行時都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。MCS51單片機(jī)有一個復(fù)位引腳RST，它是史密特觸發(fā)輸入，只要RST保持高電平，MCS51保持復(fù)位狀態(tài)，AT89C52此時的PPP3口都輸出高電平。當(dāng)RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位，CPU從初始狀態(tài)開始工作。我們使用的是CMOS型的51單片機(jī)，要使RST在上電的時候得到一個高電平，需要在RST復(fù)位端接一個電容至電源和一個電阻接地，就能實現(xiàn)上電自動復(fù)位。系統(tǒng)插上電源時就能夠進(jìn)行自動復(fù)位，RST端出現(xiàn)一段時間的高電平，器件復(fù)位。根據(jù)以上的設(shè)計思路可以設(shè)計出上電自動復(fù)位電路如圖48所示。圖 48 復(fù)位部分電路圖 時鐘電路時鐘電路是計算機(jī)的心臟，它控制著計算機(jī)的工作節(jié)奏。MSC51單片機(jī)允許的時鐘頻率是因型號而異的，典型值為12MHz。CMOS型單片機(jī)內(nèi)部有一個帶反饋的線性反相放大器，XTALXTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個部件。在單片機(jī)的外部接一個晶振而后電容就組成了振蕩器，加電以后延遲一段時間（約10ms）振蕩器起振產(chǎn)生時鐘，不受軟件控制。振蕩器產(chǎn)生的時鐘頻率主要是由晶振參數(shù)來確定。外接的兩個電容的作用有兩個：一是使振蕩器起振，二是對振蕩器的頻率f起微調(diào)作用（電容大，f變?。涞湫椭禐?0PF[11]。因為我們這次使用的單片機(jī)是AT89C52，所以我們就采用了這個典型的時鐘電路，其晶振值和電容值采用的都是典型值。則時鐘電路的電路圖如圖49所示。圖 49 時鐘電路的電路圖 控制執(zhí)行電路根據(jù)課題要求和系統(tǒng)需要，即當(dāng)監(jiān)測到環(huán)境中可燃性氣體濃度超標(biāo)時,系統(tǒng)要能啟動外部設(shè)備將可燃性氣體排出,以降低氣體濃度的要求。在這里,我們選擇了以交流220V為額定工作電壓的排氣扇作為外部設(shè)備。為了能根據(jù)要求控制排氣扇的啟停，我們選擇繼電器作為單片機(jī)控制排氣扇啟停的中間橋梁。通過單片機(jī)控制繼電器的吸合與斷開，來實現(xiàn)排氣扇的啟動和停止。我們所用到的元器件有：兩個電阻、 一個光耦 、一個三極管 、一個二極管和一個繼電器。我們把單片機(jī)P2口的第三管腳，4腳串連一個電阻和5伏的電源連接。3引腳直接接5伏電源，2引腳通過電阻與三極管的基極b相連。三極管的發(fā)射極e接地，集電極c接繼電器線圈的一端，線圈的另一端與5伏的電源相連，再在繼電器線圈的兩端反相并聯(lián)一個二極管。則所得電路原理圖如圖410所示。由圖可見，光耦導(dǎo)通，從而三極管也導(dǎo)通，繼電器吸合接通排氣扇的工作電路。 圖 410 控制執(zhí)行電路圖 報警電路根據(jù)課題要求和系統(tǒng)需要，我們的系統(tǒng)中要有一個報警電路，考慮到成本問題，我們一開始就決定要設(shè)計一個比較簡單的報警電路，首先我們必須要有一個報警器，在這里我們選擇了常用的蜂鳴器，要使這個蜂鳴器進(jìn)行工作，直接接電源是不能發(fā)出報警的。那么就需要加一個電流放大器件，我們使用了NPN三極管8050與電源連接來對電流進(jìn)行放大。在這部分設(shè)計中，用AT89C52的P2口來與報警電路進(jìn)行相連，P2口作為輸出口，該位的輸出引腳由內(nèi)部的拉高電路拉成高電平。，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行到需要報警時，如果直接與蜂鳴器相連，由于電流過小，將不能驅(qū)動蜂鳴器進(jìn)行報警，如果直接與8050相連接，單片機(jī)直接給出的電源將超過其正常工作的電壓范圍。所以我們在中間再串聯(lián)一個電阻，進(jìn)行限流，就能夠達(dá)到預(yù)計的要求。故報警電路將由一個電阻，一個三極管和一個蜂鳴器組成?？梢钥吹竭@個電路相當(dāng)簡單，并且也能夠?qū)崿F(xiàn)其基本功能。根據(jù)以上的設(shè)計思路設(shè)計出的報警部分電路圖如圖411所示。 圖 411 報警部分電路圖 本章小結(jié)本章介紹了系統(tǒng)中所涉及的各部分電路的功能，它包括電源部分電路、采集部分電路、液晶顯示部分電路、控制部分電路。根據(jù)課題需要將設(shè)計出配合系統(tǒng)功能的電路圖，達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 主程序首先，在主程序書寫開始之前，先要完成變量的定義以及顯示器引腳定義，本系統(tǒng)軟件的基本定義如下：溫度檢測的變量定義TEMP EQU 30H ；溫度值存放中間單元定義TEMP1 EQU 40H ；溫度值高字節(jié)存儲單元定義TEMP2 EQU 41H ；溫度值低字節(jié)存儲單元定義顯示器引腳定義RS EQU ； 寄存器選擇的引腳定義RW EQU ； 讀寫信號線引腳定義E EQU ； 使能端定義其次，完成幾乎每個程序開頭都應(yīng)有的說明。例如：ORG 0000H ；程序開始地址LJMP START ；轉(zhuǎn)初始化ORG 0003H ；外部中斷0入口地址LJMP EXINT0 ；轉(zhuǎn)外部中斷0ORG 0100H 然后，對DS18B20的初始化，開外部中斷0及顯示接口初始化，以完成顯示模塊 。LCALL RESET ；DS18B20的初始化SETB F0 ；置中斷發(fā)生標(biāo)志MOVX @DPTR,A ；啟動A/D(=0,WR=0)SETB IT0 ；置外部中斷0為邊沿觸發(fā)SETB EX0 ；允許外部中斷0SETB EA ；開中斷LCALL P_INIT_DISP ；顯示接口初始化最后，調(diào)用DS18B20測溫子程序、溫度處理子程序、中斷子程序及液晶顯示子程序，并把檢測到的氣體濃度值與預(yù)存好的臨界濃度值進(jìn)行比較，從而確定報警電路及控制執(zhí)行電路的啟動與否。主程序框圖如圖51所示。開始DS18B20的初始化開外部中斷0液晶顯示器初始化調(diào)用測溫子程序調(diào)用溫度處理子程序采用中斷方式采集可燃性氣體濃度調(diào)用液晶顯示子程序 顯示字符“CHAOBIAO”可燃性氣體濃度是否超標(biāo)？NY驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)報警調(diào)用液晶顯示子程序顯示溫度調(diào)用液晶顯示子程序 顯示字符“NORMAL”圖51 主程流程圖 溫度測量和處理的軟件設(shè)計 DS1