【文章內(nèi)容簡介】 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。 封裝形式： TO220 圖 7805封裝 13 4 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)?5V 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。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 所示。 圖 電源部分電路圖 14 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。一部分是可燃氣體濃度采集電路，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。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 （一）傳感器調(diào)理電路的設(shè)計 涉及到空氣中可燃氣體濃度數(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算放大器和一些電阻構(gòu)成。由此可的其框圖如圖 所示。 圖 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 所示。 圖 傳感器調(diào)理電路原理圖 可燃氣體傳感器 MQK1 電壓 跟隨 電路 差分 比較 電路 比較 輸出 限幅 電路 脈寬 調(diào)整 電路 Vi VO1 VO2 VO3 VO 15 （二） 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。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，我們?nèi)? 腳作為選中 ADC0809 芯片的地址管腳 [8]。因此我們可以得到A/D 轉(zhuǎn)換電路圖如圖 所示： 圖 A/D 轉(zhuǎn)換電路圖 溫度采集電路 由上述對 DS18B20的詳細介紹大家可以總結(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，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以 下幾方面的問題。 (1)較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于 DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS18B20進行讀寫編程時，必須嚴(yán)格地保證讀寫時序， 16 否則將無法讀取測溫結(jié)果。 (2)在 DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個。在實際應(yīng)用中并非如此， 當(dāng)單總線上所掛 DS18B20超過 8個時，就需解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。 (3)連接 DS18B20的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通信距離可達 150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通信距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用 DS18B20進行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 (4)在 DS18B20測溫程序設(shè)計中，向 DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦某個 DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS18B20時，將沒有返回信號，程序進入循環(huán)。這一點在進行 DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。 由以上對 DS18B20 的介紹可知， DS18B20 的供電方式有兩種：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 所示。 圖 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 17 件，因此功耗很低，只要求液晶周圍有足夠的光強。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 1 16 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)。液晶模塊的使能端與 管腳連接， 讀寫信號線 R/W 和 相連， 寄存器選擇 端 RS 和單片機的 連接，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 所示，電路圖如圖 所示。 圖 顯示部分電路的原理框圖 圖 顯示部分電路的電路圖 18 控制部分電路 復(fù)位電路 計算機在 啟動運行時都需要復(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 P P P3 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，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 所示。 圖 復(fù)位部分電路圖 時鐘電路 時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。 MSC51 單片機允許的時鐘頻率是因型號而異的，典型值為 12MHz。 CMOS 型單片機內(nèi)部有一個帶反饋的線性反相放大器， XTAL XTAL2 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)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件。在單片機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?。?，其典型值為 30PF。因為我們這次使用的單片機是 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 所示。 19 圖 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控制 排氣扇 啟停的中間橋梁。通過單片機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 P2 口的第三管腳，即 直接與光耦的 1 引腳 相連， 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 所示 。由圖可見 ，當(dāng)給 管腳置為低電平時，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 控制執(zhí)行電路圖 20 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 對電流進行放大 。在這部分設(shè)計中，用 AT89C52 的 P2 口來與報警電路進行相連，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。選擇的是 P2 口中的 引腳與報警電路進行連接，當(dāng)系統(tǒng)運行到需要報警時， 口由內(nèi)部軟件設(shè)計將得到一個高電平，如果直接與蜂鳴器相連， 由于電流過小， 將不能驅(qū)動蜂鳴器進行報 警，如果直接與 8050 相連接，單片機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， 進行限流， 就能夠達到預(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 。可以看到這個電路相當(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 所示。 圖 報警部分電路圖 火災(zāi)報警器的電路圖 根據(jù)引言部分的火災(zāi)報警器的方框圖，和本章種介紹的各部分的電路圖，可以連接成火災(zāi)報警器的電路圖（見附錄 B）。 21 5 系統(tǒng)主要程序的設(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