【文章內(nèi)容簡介】 石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對(duì)烷類煙霧更為敏感。 ② MQ2型傳感器具有良好的重復(fù)性和長期的穩(wěn)定性。初始穩(wěn)定， 響應(yīng)時(shí)間短，長時(shí)間工作性能好。 ③ MQ2型傳感器具有良好的抗干擾性，可準(zhǔn)確排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息，例如酒精和煙霧等。 ④ 電路設(shè)計(jì)電壓范圍寬，24V以下均可；加熱電壓5177。MQ2 電路圖如圖6所示。 圖6 MQ2電路圖（2）自感應(yīng)器件MQ－2參數(shù)，見下表表表4。 表2 標(biāo)準(zhǔn)工作條件符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注 Vc回路電壓≤15VAC or DC VH加熱電壓177。 VAC or DC RL負(fù)載電阻可調(diào)1 RH加熱電阻31Ω177。3Ω室溫 PH加熱功耗≤900mW 表3 環(huán)境條件符號(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％表4 靈敏度特性符號(hào)參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù)備注Rs敏感體表面電阻 3KΩ30KΩ (1000ppm 異丁烷 )探測濃度范圍100ppm10000ppm液化氣和丙烷300ppm5000ppm 丁烷5000ppm20000ppm 甲烷300ppm5000ppm 氫氣100ppm2000ppm 酒精 α(3000/1000) 異丁烷濃度斜率 ≤標(biāo)準(zhǔn)工作條件溫度： 20℃177。2℃ Vc:177。 相對(duì)濕度： 65%177。5% Vh: 177。預(yù)熱時(shí)間 不超過1小時(shí) A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片。 （1）主要特性 ① 8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位?！　、?具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫??！　、?轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130μs（時(shí)鐘為500kHz時(shí)）?！　　、?單個(gè)+5V電源供電?！、?模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)?！　、?工作溫度范圍為40～+85攝氏度?！　、?低功耗，約15mW。 （2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示。圖7 ADC0809內(nèi)部框圖 （3）外部特性（引腳功能）① ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。ADC0809引腳圖如下圖8所示。下面說明各引腳功能。 ② IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端?！　、?21～28：8位數(shù)字量輸出端。　?、蹵DDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路　?、?ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效?！、?START： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）?！　、?EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）?！　、?OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。?、酑LK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ?！　、釸EF（+）、REF（）：基準(zhǔn)電壓?！　cc：電源，單一+5V?！　ND：地。 圖8 ADC0809引腳圖 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片ICM7218AICM7218A 是INTERSIL公司生產(chǎn)的一種性能價(jià)格比較高的通用8 位LED 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路, 28 腳雙列封裝,是一種多功能LED 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片,可與多種單片機(jī)接口使用。ICM7218A 的輸出可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器,不需外接驅(qū)動(dòng)電路,工作電壓為+5V,其構(gòu)成的顯示電路結(jié)構(gòu)簡單,使用方便。同樣由單片機(jī)向ICM7218A寫控制字及數(shù)據(jù)，編程部分像給外部RAM寫數(shù)據(jù)一樣簡單。ICM7218A芯片具有典型的8位并行數(shù)據(jù)接口，顯示數(shù)據(jù)和控制字都是通過這8位數(shù)據(jù)接口輸入的。當(dāng)MODE=“1”，送入的是控制寄字；當(dāng)MODE=“0”，八位顯示數(shù)據(jù)通過 ID0～I(xiàn)D7寫入。此時(shí) ,該器件采用數(shù)據(jù)串操作方式 ,這里的串操作是指八個(gè)數(shù)據(jù)連續(xù)依次寫入ICM7218A的RAM , 第八個(gè)以后的任何數(shù)據(jù)均無效 , 當(dāng) 8位數(shù)據(jù)全寫完畢時(shí) , LED 才被驅(qū)動(dòng)顯示 ,否則LED 全滅。ICM7218A以動(dòng)態(tài)掃描顯示方式向段顯示驅(qū)動(dòng)器和位控驅(qū)動(dòng)器發(fā)出控制信號(hào)，直到下一個(gè)控制字寫入前，不停地進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示工作。當(dāng)要更改顯示數(shù)據(jù)時(shí)，首先要寫入控制字節(jié)，接著按順序?qū)懭?個(gè)要顯示的數(shù)據(jù)即可。ICM7218A芯片有兩種譯碼方式：十六進(jìn)制譯碼和十進(jìn)制譯碼，由控制字決定。ICM7218A有如下特點(diǎn)：(1) 可同時(shí)驅(qū)動(dòng) 8位L ED 數(shù)碼管。(2) 單+ 5V 供電 ,電壓降到 2V 時(shí)數(shù)據(jù)不丟失。(3) 無需外加限流電阻和時(shí)鐘。(4) 編程容易,占用微處理器時(shí)間少。(5) 有低功耗工作狀態(tài),功耗僅10μA 左右。(6) 體積小,不發(fā)熱。其引腳圖內(nèi)部框圖如下圖圖10所示,引腳功能如下表5。 圖9 ICM7218A引腳圖 圖10 ICM7218A內(nèi)部框圖表5 ICM7218A引腳功能名稱引腳號(hào)功能說明SEG ASEG G1618,2023七段驅(qū)動(dòng)輸出DIGIT1DIGIT814,2427八位位選輸出ID0ID757,1014八位數(shù)據(jù)接口輸出WR8數(shù)據(jù)寫入控制管腳MODE9區(qū)分顯示數(shù)據(jù)、控制字管腳15小數(shù)點(diǎn)顯示管腳VCC19＋5V電源GND28地 信號(hào)放大電路傳感器輸出信號(hào)一般比較微弱，需要經(jīng)過前置電路對(duì)其進(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)的要求。本系統(tǒng)采用的半導(dǎo)體氣體傳感器屬于電阻型，因此只需串聯(lián)一個(gè)參考電阻，再經(jīng)過一個(gè)放大電路即可發(fā)送給ADC采集。由于系統(tǒng)采用的是單極性供電，所以采用同相比例放大電路，可以減少硬件開銷；反之，如果采用反相放大，則一般需要利用雙極性供電，這就需要系統(tǒng)額外的利用變壓芯片產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓，這顯然 會(huì)造成浪費(fèi)。常見的運(yùn)算放大器中，LM324價(jià)格低廉、使用簡單等優(yōu)點(diǎn)比較突出，所以本設(shè)計(jì)中的前置放大電路采用LM324作為電路的運(yùn)算放大器。 LM324是單片高增益四運(yùn)算放大器，可在較寬電壓范圍內(nèi)的單電源 或雙電源下工作，其電源電流很小且與電源電壓無關(guān)，四個(gè)運(yùn)放一致性好；其輸入偏流電阻是溫度補(bǔ)償?shù)?，也不需外接頻率補(bǔ)償，可做到輸出電平與數(shù)字電路兼容。 下面詳細(xì)介紹運(yùn)算放大電路： 如圖11所示，從傳感器的上端出來的信號(hào)Vi經(jīng)過運(yùn)算放大器的同相輸入端，但是為保證引入的是負(fù)反饋，輸出電壓Vo通過電阻R4接到反相輸入端，同時(shí)，反相輸入端通過電阻R3接到參考電壓Vref。 同相比例運(yùn)算電路中反饋的組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，同樣可以利用理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的兩個(gè)特點(diǎn)來分析其電壓放大倍數(shù)。在圖11中，根據(jù)運(yùn)放的“虛短”和“虛斷”的特點(diǎn)可知，I = I+ = 0，所以V = Vo*R3/R3 + R4 +Vref*R4/R3 + R4 (31)而且V = V+ = Vi圖11 MQ2的運(yùn)算放大電路Vo = Vi*（R3 + R4）/R3 (32)由以上兩式可求出Vo=VrefR4/R3 (33)所以本放大電路的放大倍數(shù)A =1+ R4/ R3 ，此放大電路為同相比例放大電路，它的放大倍數(shù)總是大于或等于1。同相比例運(yùn)算電路有以下幾個(gè)特點(diǎn)： (1) 同相比例運(yùn)算放大電路是一個(gè)深度的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。因?yàn)椴淮嬖凇疤摰亍爆F(xiàn)象，所以其輸入端有較高的共模輸入電壓。(2) 電壓放大倍數(shù)A =1+ R4 /R3 ，即輸出電壓與輸入電壓的幅值成正比，且相位相同，所以此電路實(shí)現(xiàn)了同相比例放大。如果不接R3和R4，則此電路就成了“電壓跟隨器”，它可以減少電路模塊間由于阻抗引起的干擾。 (3) 由于引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，因此電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。高輸入阻抗就可以減少放大電路對(duì)前端電路的影響，同時(shí)低輸出阻抗也可以提高自身的抗干擾性，這顯然有利于電路中其他模塊的設(shè)計(jì)。此放大電路還加了參考電壓，引入了零點(diǎn)調(diào)節(jié)功能，這樣可以更方便的調(diào)整由于不同傳感器導(dǎo)致的零點(diǎn)變化問題。它利用滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生一個(gè)參考電壓Vref，再利用電壓跟隨器把電壓輸入到運(yùn)算放大電路的電壓參考端。所以調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，就可以直接改變放大電路的參考電壓。而電壓跟隨器的作用就如上面介紹的，它只是用來匹配阻抗用的，防止R3和R4對(duì)滑動(dòng)變阻器輸出電壓的影響。 A/D轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)氣體傳感器所檢測的電壓信號(hào)為模擬信號(hào)，無法直接被單片機(jī)所識(shí)別，所以在經(jīng)過放大電路后對(duì)信號(hào)進(jìn)行A/D裝換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)。A/D轉(zhuǎn)換電路采用了常用的8位8通道數(shù)模轉(zhuǎn)換常用芯片ADC0809。氣體傳感器的輸出端經(jīng)放大后接到ADC0809的IN0。ADC0809的通道選擇地址由AT89C51的P2口經(jīng)地址鎖存器74LS373輸出提供。=0時(shí)，與寫信號(hào)WR共同選通ADC0809。其中ALE信號(hào)與ST信號(hào)連在一起，在WR信號(hào)的前沿寫入地址信號(hào)，在其后沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)EOC接到AT89C51的INT1引腳，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖?，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，產(chǎn)生中斷。在中斷服務(wù)程序中，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送到指定的存儲(chǔ)單元。由于ADC0809片內(nèi)無時(shí)鐘，故利用AT89C51提供的地址鎖存使能信號(hào)ALE經(jīng)D觸發(fā)器分頻后獲得時(shí)鐘。因?yàn)锳LE信號(hào)的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6，如果時(shí)鐘頻率為12MHZ，則ALE信號(hào)的頻率為2MHZ，經(jīng)四分頻后為512KHZ，與ADC0809的典型值吻合。電路圖如圖12所示。圖12 A/D轉(zhuǎn)換模塊電路圖由74LS373的8Q實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警控制。當(dāng)可燃性氣體濃度或溫度超過限定值時(shí)，將8Q置為低電平，三極管導(dǎo)通，揚(yáng)聲器發(fā)出鳴叫報(bào)警。由74LS373的4Q、5Q、7Q控制輸出指示燈，綠燈亮表示正常狀態(tài)，環(huán)境中沒有火災(zāi)危險(xiǎn)。黃燈亮表示環(huán)境中溫度超過警限值，紅燈亮表示環(huán)境中有可燃?xì)怏w超過LEL爆炸下限，提醒用戶盡快采取相應(yīng)措施。聲光報(bào)警電路如下圖13所示。圖13 聲光報(bào)警電路 數(shù)碼管顯示電路 可燃?xì)怏w濃度數(shù)據(jù)采集進(jìn)來并被成功地由模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后，經(jīng)過計(jì)算公式后轉(zhuǎn)換為LEL%形式，而從DS18B20出來的溫度數(shù)據(jù)直接為十進(jìn)制溫度，兩組數(shù)據(jù)被傳送到系統(tǒng)的顯示模塊。讓人們更直接地觀察到相關(guān)數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)中，對(duì)LED進(jìn)行的是動(dòng)態(tài)掃描，除了給顯示器提供段的輸入之外，還要對(duì)顯示器進(jìn)行位控制。顯示器的前四位顯示的是溫度，而后四位則