【文章內(nèi)容簡介】 停止工作，允許 RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率 35MHz，6T/12T 可選 煤氣檢測傳感器煤氣檢測傳感器的主要作用是監(jiān)測當前環(huán)境中是否有煤氣泄漏，為此我們選擇了專門的可燃氣體傳感器 MQ—5，該傳感器主要由氣體敏感層、電極、測量電板引線、加熱器、陶瓷管、防爆網(wǎng)、卡環(huán)、基座、針狀管腳幾部分組成，它對液化氣、天然氣、城市煤氣有較好的靈敏度，對乙醇、煙霧則幾乎不響應(yīng)，從而能極大地減少誤報的產(chǎn)生。 電磁閥切斷氣源的執(zhí)行器我們選擇的是電磁閥，靈感來源于我們學(xué)校工作室的氣動射球裝置的足球機器人。電磁閥是依靠電磁線圈產(chǎn)生電磁力來驅(qū)動閥門開、關(guān)的流體控制元件，也是工業(yè)控制過程中常用執(zhí)行器之一。本系統(tǒng)選用3v1－06型AC220V氣動電磁閥，如圖2所示。其原理是：通電時，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧力把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。它的特點是在真空、負壓、零壓時能正常工作，而且工作的可靠性高，穩(wěn)定性強。 GSM 模塊為了讓我們的煤氣泄漏報警系統(tǒng)具有遠程報警功能，我們最初的想法是將一臺手機改裝到報警系統(tǒng)中，為了確認這種方案的可行性，我們在老師的建議下專門向移動公司的技術(shù)人員作了此方面的咨詢。他們給我使用支持 GSM 網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有模塊，比如 SIM300C 模塊。華北理工大學(xué)輕工學(xué)院12通過工程師的介紹和網(wǎng)絡(luò)搜索，查到 SIM300C 的相關(guān)資料和介紹。它采用了 DIP 板對板連接器，除了具備低功耗實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸，還具有以下短信息服務(wù)功能，如點對點、文字及 PDU 和小區(qū)廣播。使用其中的短信功能，從硬件上面來說只需要將 SIM300C 模塊的串口與單片機的串口進行連接，從軟件上面只需要通過標準的 AT 指令進行通信。串口通信主要有三根線：發(fā)送、接收和地線；兩個互相通信的設(shè)備，比如 GSM 模塊與單片機均有相應(yīng)的串口模塊，通過這三根的相互連接他們之間就可以實現(xiàn)通信了。于是我們通過網(wǎng)上訂購的方式購買了這款 GSM 模塊。 電路設(shè)計 串行通訊設(shè)計單片機在應(yīng)用中往往要與其他的設(shè)備通訊，最常見的通訊方式就是串行通訊。S12 單片機內(nèi)置了 2 個 SCI 串行通訊模塊。而單片機在與 PC 的通訊中，由于電腦的串口信號線為正負邏輯關(guān)系，即邏 輯“ 1”為5— 15V，邏輯“0”為+5— +15V，這與單片機的邏輯信號電壓定義不同，這樣就需要對兩者之間信號進行電平轉(zhuǎn)換。最簡單的電平轉(zhuǎn)換方法可以利用幾個三極管，但是出于穩(wěn)定性和可靠性的考慮，老師推薦我們使用電平轉(zhuǎn)換專用芯片 MAX232。通過查閱《飛思卡 S12 單片機系列系統(tǒng)硬件設(shè)計 》 ，我們直接采用 S12 單片機與MAX232 的電路原理圖（如圖 3） 。在這部分的電路制作中是嚴格按照原理圖來購買元件和焊接，這一部分進展得特別順利。線路太復(fù)雜改裝起來的難度大，不如直接使用支持 GSM 網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有模塊，比如 SIM300C 模塊。通過網(wǎng)絡(luò)搜索，查到 SIM300C 的相關(guān)資料和介紹。它采用了 DIP 板對板連接器，除了具備低功耗實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸，還具有以下短信息服務(wù)功能，如點對點、文字及 PDU 和小區(qū)廣播。使用其中的短信功能，從硬件上面來說只需要將 SIM300C 模塊的串口與單片機的串口進行連接，從軟件上面只需要通過標準的 AT 指令進行通信。串口通信主要有三根線：發(fā)送、接收和地線；兩個互相通信的設(shè)備，比如 GSM 模塊與單片機均有相應(yīng)的串口模塊，通過這三根的相互連接他們之間就可以實現(xiàn)通信了。于是我們通過網(wǎng)上訂購的方式購買了這款 GSM 模塊。單片機在應(yīng)用中往往要與其他的設(shè)備通訊，最常見的通訊方式就是串行通第 3 章煤氣泄漏檢測報警裝置的硬件部分13訊。S12 單片機內(nèi)置了 2 個 SCI 串行通訊模塊。而單片機在與 PC 的通訊中，由于電腦的串口信號線為正負邏輯關(guān)系，即邏輯“1”為5— 15V，邏輯“0”為+5— +15V，這與單片機的邏輯信號的…電壓定義不同，這樣就需要對兩者之間信號進行電平轉(zhuǎn)換。最簡單的電平轉(zhuǎn)換方法可以利用幾個三極管，但是出于穩(wěn)定性和可靠性的考慮，老師推薦我們使用電平轉(zhuǎn)換專用芯片 MAX232。通過查閱《飛思卡 S12 單片機系列系統(tǒng)硬件設(shè)計》 ，我們直接采用 S12 單片機與 MAX232 的電路原理圖（如圖 3） 。在這部分的電路制作中是嚴格按照原理圖來購買元件和焊接，這一部分進展得特別順利。圖 1 串行通信原理圖華北理工大學(xué)輕工學(xué)院143． 電源模塊因為傳感器與單片機的正常工作電壓是 5V，而我們常用的鋰電電池是 一片，這樣我們最少需要 2片鋰電電池串聯(lián)（7 伏）才能滿足傳感器與單片機的工作電壓。因此在電源部分電路我們采用芯片 7805型穩(wěn)壓芯片，將輸入的電壓降到 5V，電容主要是起穩(wěn)壓（電容值大的 C1,C3）和濾波（電容值比較小的C2,C4）的作用。圖 2 電源部分原理圖 傳感器模塊通過網(wǎng)上查詢檢測可燃氣體傳感器 MQ5的組成結(jié)構(gòu)與工作原理，我們設(shè)計如圖 4所示的傳感器電路圖。傳感器部分電路，作用主要有兩個方面：一是針對相同的環(huán)境，能夠調(diào)節(jié)傳感器輸出的電壓；二是針對不同的環(huán)境，能夠?qū)⑵鋫鞲衅鞯母袘?yīng)電壓的輸出范圍調(diào)節(jié)到相同的電壓范圍。這兩項都是通過電阻 R1實現(xiàn)的。圖 3 傳感器電路圖圖中電阻 R1，剛開始的時候選擇了一個 100 歐電阻，導(dǎo)致傳感部分電路調(diào)試時總是出現(xiàn)誤報，最后經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)是由于 R1 過小后導(dǎo)致電路過于靈敏，第 3 章煤氣泄漏檢測報警裝置的硬件部分15往往出現(xiàn)氣體泄露時可識別但只要氣體濃度稍微下降，很快就會消失，而對于后面的單片機要采集以及識別處理這個信號卻需要一定的時間；因此我們通過不斷增大 R1，當 R1 為 1K 歐時既能滿足實時性的要求，又不失靈敏性。在相同的環(huán)境下，不同的電阻值對應(yīng)不同的傳感器電壓。因此 R1我們采用可變電阻，通過 R1 可變電阻調(diào)節(jié)電壓的感應(yīng)閥值，就能調(diào)節(jié)傳感器的輸出電壓。 信號處理與 LED 模塊可燃氣體傳感器在不同濃度下的電子特性，根據(jù)這個特性曲線設(shè)計出一個A/D轉(zhuǎn)換電路，生成數(shù)字信號，再把數(shù)字信號送給單片機進行處理。信號處理電路主要是對傳感器輸出的電壓進行處理，也就是識別。在傳感模塊的設(shè)計中說過，當監(jiān)測到煤氣泄露和沒有煤氣泄露的時候傳感器輸出的電壓是不一樣的，這里通過一個比較器（芯片 LM339）來進行比較，引腳 Sensor端（）就是來自于傳感器的信號， （+）端為比較電壓，通過調(diào)節(jié)電阻 R2的大小就可以調(diào)節(jié)這個引腳的電壓，IRQ 引腳即為輸出的、比較結(jié)果，當（）端低于（+）端，其輸出+5v 電壓，相反即輸出 0v電壓。后面緊接著的電路就是執(zhí)行部分電路，通過 IRQ引腳信號來驅(qū)動三極管 NPN8050，來驅(qū)動指示燈以及后面的蜂鳴器和繼電器，繼電器控制電磁閥的開關(guān)。圖 4 信號處理與 LED 模塊原理圖 電磁閥模塊因為我們采用的電磁閥的線圈是 220V工作電壓的，所以此部分電路設(shè)計原華北理工大學(xué)輕工學(xué)院16理主要是低壓驅(qū)動高壓。而在實際制作過程中遇到的主要問題是繼電器的保護電路問題。圖 5 電磁閥控制電路原理圖 蜂鳴器模塊 蜂鳴器的電路相對來說非常簡單，我們原來自己買過一些電子元件來做收音機。所在這個電路的制作中沒有遇到什么困難，比較順利。第 4 章煤氣泄漏檢測報警裝置的軟件部分17第 4 章煤氣泄漏檢測報警裝置的軟件部分通過對硬件的分析，我們的煤氣泄漏報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計的重點在于對報警信號的檢測和對 GSM模塊（即 SIM300C）的控制。 主程序串口處理程序G S M 處理程序結(jié)束I R Q = 1 ？Y e sN o 圖 9 軟件總體流程圖 單片機通過串口（SCI）對 GSM（SIM300C）模塊的控制單片機通過以下系列 AT 指令對短消息進行控制。 （參考 SIM300C 技術(shù)資料）指令 功能AT+CSCA 設(shè)置短信中心AT+CMGC 發(fā)出一條短信命令A(yù)T+CMGD 刪除 SIM 卡內(nèi)存的短消息AT+CMGF 選擇短消息信息格式AT+CMGL 列出 SIM 卡中的短消息AT+CMGR 讀短消息AT+CMGS 發(fā)送短消息AT+CNMI 顯示新收到的短消息AT+CSMP 設(shè)置短信文本模式參數(shù)華北理工大學(xué)輕工學(xué)院18 初始化指令1) 設(shè)置短消息發(fā)送格式AT+CMGF=0CR, 設(shè)置 1 代表 TEXT 模式,CR是回車符號。指令正確則模塊返回CRLFOKCRLF, CRLF 是回車換行符號。2) 設(shè)置來電指令到達自動提示 AT+CNMI = 1, 1, 0, 0, 1 CR, 設(shè)置正確后模塊返回CRLFOKCRLF。設(shè)置此命令可使模塊在來電到達后向單片機發(fā)送指令CRLF+CMTI : ″C″, INDEX(來電號碼存儲位置)CRLF。3) 設(shè)置短消息中心AT+CSCA=″+8613800270500″(短消息中心)CR, 設(shè)置正確后模塊返回CRLFOKCRLF。短消息中心號碼可能會因不同手機或不同區(qū)域而不同。如果讀取短消息服務(wù)中心則使用命令 AT+CSCA=?CR , 模塊應(yīng)該返回CRLF+CSCA: ″+8613800270500″CRLF。 發(fā)送短消息 在 TEXT 模式下發(fā)送短消息，首先發(fā)送短消息的目標地址。AT+CMGS=NumberCR。等待 SIM300C 模塊返回 ASCII 字符 后單片機控制 TEXT 數(shù)據(jù)輸入發(fā)送。短消息發(fā)送成功, 模塊返回CRLFOKCRLF。 主程序系統(tǒng)初始化串口初始化串口中斷設(shè)置等待中斷串口中斷程序讀數(shù)據(jù)是選中信號 ？發(fā)送數(shù)據(jù)是發(fā)送正確信號 ？中斷返回是否是第 4 章煤氣泄漏檢測報警裝置的軟件部分19 圖 10 短信處理子程序流程圖 開始初始化程序+ C M T I ？讀取短信子程序 F i r s t = 0 ？設(shè)定目標地址初始化設(shè)定正確子程序I R Q = 1 ？泄露警報發(fā)送子程序結(jié)束 N oY e sY e sN oY e sN o圖 11 GSM 處理子程序流程圖 華北理工大學(xué)輕工學(xué)院20 項目擴展基于 GSM 技術(shù)的煤氣泄漏報警系統(tǒng)的核心為增強型 16 位微控制器——MC9S12DG128 單片機，與 GSM/GPRS 模塊 SIM300C 的結(jié)合應(yīng)用，這就給我們的這套系統(tǒng)提供了一個很好的創(chuàng)新設(shè)計平臺。在這套系統(tǒng)的基礎(chǔ)上我們有以下幾點完善的設(shè)想：將 GSM煤氣泄漏報警系統(tǒng)擴展到以一棟樓或一個小區(qū)為一個系統(tǒng)，從使用上可以將整個系統(tǒng)分為用戶部分和監(jiān)控中心兩部分。用戶部分主要負責(zé)煤氣的監(jiān)測和報警；而小區(qū)監(jiān)控中心則將各個用戶的監(jiān)測信號進行處理，對于發(fā)生煤氣泄漏的用戶，通過發(fā)送短信的方式通知發(fā)生煤氣泄漏事件的用戶，以利于用戶及時對煤氣泄漏事件及時處理。將 GSM煤氣泄漏報警系統(tǒng)主控器集成一些別的功能，例如智能防盜，家電遠程監(jiān)控等。只要加入合適的傳感器和執(zhí)行器該系統(tǒng)可以升級成一個智能家居系統(tǒng)。 主流程圖主函數(shù)流程圖開始系統(tǒng)初始化（LCD1602）從 52 單片機內(nèi)部 EEPROM 讀出報警值從 ADC0832 中讀出當前煙霧數(shù)據(jù)減鍵是否按下把煙霧數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成字符格式調(diào)用 LCD 顯示函數(shù)，把當前煙霧顯示在屏幕上第 4 章煤氣泄漏檢測報警裝置的軟件部分21把報警值減 1，然后保存到 52單片機內(nèi)部 EEPROM 中加鍵是否按下把報警值加 1，然后保存到 52單片機內(nèi)部 EEPROM 中報警值與當前值比較，不在設(shè)定值內(nèi)打開蜂鳴器、LED 報警報警值與當前值比較，在設(shè)定值內(nèi)關(guān)閉蜂鳴器、LED 取消報警結(jié)束結(jié)論22結(jié) 論氣體檢測報警器可保障生產(chǎn)與生活的安全，避免火災(zāi)和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和安全生產(chǎn)所必備的儀器，具有廣闊的市場空間與發(fā)展前景。本論文在對氣體傳感器和報警技術(shù)進行深入研究的基礎(chǔ)上，對儀器的整體設(shè)計和各個組成部分進行了詳細的分析和設(shè)計。本論文設(shè)計的氣體報警器由氣體信號采集電路與單片機控制電路以及 GSM模塊三大部分構(gòu)成。根據(jù)設(shè)計要求、使用環(huán)境、成本等因素，選用 MQ5型半導(dǎo)體電阻式氣體傳感器。該傳感器是對以烷類氣體為主的多種氣體有良好敏感特性的廣譜型半導(dǎo)體敏感器件。它的靈敏度適中，具有響應(yīng)與恢復(fù)特性好，長期工作穩(wěn)定性、重現(xiàn)性、不易受環(huán)境影響及抗溫濕度影響等優(yōu)點。在系統(tǒng)單片機控制電路的設(shè)計上，采用了 STC12C5A60S2單片機作為核心芯片，充分利用了其高速數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內(nèi)外設(shè)，實現(xiàn)了儀器的小型化和智能化。使儀器具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、體積小、成本低等優(yōu)點。氣體報警器能實時范圍檢測工作，當煙霧的濃度達到設(shè)定的濃度時，發(fā)出聲光報警。如果是電磁閥泄漏，還可以添加自動斷閥裝置。在本論文研制的報警器的基礎(chǔ)上，可以再做適當?shù)墓δ軘U展，使可燃性氣體報警器的功能更加完善，