【文章內(nèi)容簡介】 斷，并將電壓值轉化成濃度，送到顯示電路顯示其濃度，當濃度達到報警值時，單片機驅動聲光報警電路、控制電路。單片機最小系統(tǒng)包括單片機時鐘振蕩電路、復位電路、下載線接口等。復位電路是采用按鍵脈沖復位，它是利用RC微分電路產(chǎn)生正脈沖來達到目的的。晶振電路結合單片機內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機所需要的時鐘頻率。 QMN5型氣敏元件是以金屬氧化物SnO2為主體材料的N型半導體氣敏元件，當元件接觸還原性氣體時，其電導率隨氣體濃度的增加而迅速升高。特點：用于可燃性氣體的檢測（CHC4HH2等）靈敏度高響應速度快輸出信號大壽命長，工作穩(wěn)定可靠技術指標：加熱電壓（Vh） AC或DC 5177。響應時間(trec)≤10S回路電壓（Vc）最大DC 24V恢復時間(trec)≤30S負載電陰（Rl）2KΩ元件功耗≤清潔空氣中電阻 （Ra） ≤2000 KΩ檢測范圍50—10000ppm靈敏度（S=Ra/Rdg）≥4(在1000ppmC4H10中)使用壽命2年QMN5型半導體氣敏元件是以金屬氧化物SnO2為主體材料的N型半導體氣敏元件,當元件接觸還原性氣體時,其電導率隨氣體濃度的增加而迅速升高。特點：用于可燃性氣體的檢測(CH4,C4H10,H2等)靈敏度高響應速度快輸出信號大壽命長,工作穩(wěn)定可靠技術指標加熱電壓(VH) AC或DC 5177?；芈冯妷?VC) 最大DC 24V負載電阻(RL) 2KΩ清潔空氣中電阻(Ra) ≤4000KΩ靈敏度(S=Ra/Rdg) ≥4(在1000ppmC4H10中)響應時間(tres) ≤10S恢復時間(trec) ≤30S檢測范圍 5010000ppmVC輸出信號RLVRLVH基本測試電路：使用方法及注意事項：元件開始通電工作時，沒有接觸可燃性氣體,其電導率也急劇增加1分鐘后達到穩(wěn)定,這時方可正常使用，這段變化在設計電路時可采用延時處理解決。加熱電壓的改變會直接影響元件的性能，所以在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)使用為佳。元件在接觸標定氣體1000ppm C4H10后10秒以內(nèi)負載電阻兩端的電壓可達到(Vdg Va)差值的80%(即響應時間)；脫離標定氣體1000ppm C4 H1030秒鐘以內(nèi)負載電阻兩端的電壓下降到(Vdg Va)差值的80%(即恢復時間)。符號說明：氣體中電阻 Rdg 檢測氣體中電壓 VdgRdg 與Vdg的關系： Rdg=RL(VC/Vdg1)負載電阻檢測可根據(jù)需要適當改動，不影響元件靈敏度。使用條件：溫度15~35℃；相對濕度45~75%RH；大氣壓力80~106KPa。環(huán)境溫濕度的變化會給元件電阻帶來小的影響，當元件在精密儀器上使用時,應進行溫濕度補償，最簡便的方法是采用熱敏電阻補償之。避元件六腳位置可與電子管七角管座匹配使用。MQ5靈敏度特性曲線：免腐蝕性氣體及油污染，長期使用需防止灰塵堵塞防爆不銹鋼網(wǎng)。RS為氣敏傳感器在不同氣體、不同濃度下的電阻值，Ro為氣敏傳感器在潔凈空氣中的電阻值，經(jīng)測量，Ro=。根據(jù)MQ5的靈敏度特性曲線和測試電路，可以得出電壓與濃度的關系。A/D轉換電路如上所示，在A/D轉換電路中，由于只需用一個通道，所以選用IN0，ADDA、ADDB、ADDC接地，IN0采集數(shù)據(jù)，ADC0809將IN0采集的模擬電壓轉換成數(shù)字電壓送至單片機的P0口。ADC0809需要500KHz的時鐘信REF()接地。操作電路如下所示，該模塊可以讓用戶自己設定報警值，并且當用戶聽到報警時，可以退出報警。由于按鍵只有四個，所以每一個按鍵對應一個I/O口。按下按鍵S5,報警值加100；按下按鍵S4,報警值減少100；當按下S3時確定報警值；。該模塊加上上拉電阻，上拉電阻可以產(chǎn)生上拉電壓，使電路更穩(wěn)定。該模塊用于顯示煤氣濃度值和用戶設定的報警值?？刂齐娐酚呻姶砰y控制模塊和風扇驅動電路組成。電磁閥模塊用于關閉氣源，風扇驅動模塊用于通風，將有毒氣體排出。電路圖如下所以，本設計選用燃氣電磁閥。燃氣電磁閥是燃氣管道安全禁忌切斷裝置。它可以與燃氣泄漏報警系統(tǒng)連接或與消防及其他只能報警控制終端模塊等連接，實現(xiàn)現(xiàn)場控制或遠程自動/手動緊急切斷氣源，確保用氣安全。當發(fā)生有害的強烈震動時，閥門會自動關閉。在電磁閥模塊中，由于電磁閥的額定電壓是3V,而電路提供的電壓是5V,，所以用二極管降壓，二極管還有驅動作用。電磁閥不通電時默認關閉狀態(tài)，上電即可導通。當檢測煤氣濃度超過警戒值時，單片機給三極管一個低電平，三極管截止，電磁閥關閉；當檢測煤氣濃度低于警戒值時，單片機給三極管一個高電平，三極管導通，電磁閥導通。圖5系統(tǒng)軟件設計MQ5氣敏傳感器只能把煤氣濃度轉化成電阻，經(jīng)信號調(diào)理后輸出電壓信號，因此需要找到電壓和濃度的關系式，才能顯示煤氣濃度。MQ5的靈敏度曲線如下圖所示，根據(jù)它的靈敏度曲線和本設計的數(shù)據(jù)采集電路，可以得到Vout和濃度的離散點關系，經(jīng)測試，Ro=，取RL=20K歐，計算過程如下：先列出每一點濃度對應一個Rs/Ro值，再求出Rs，通過數(shù)據(jù)采集電路可得到Rs/RL=（VccVout）/Vout,即Rs/20=（5Vout）/Vout。因此可以求出每一點濃度對應的電壓值，通過曲線擬合，可以得出電壓和濃度對應的關系式。下面分別介紹CO、alcohol、CH4的電壓=濃度曲線擬合過程。(1) CO的電壓濃度計算過程如下表所示：—濃度圖得出電壓和濃度的關系，公式如下所示：（2） alcohol電壓濃度曲線：—電壓圖得出電壓和濃度關系公式如下：(3)CH4電壓濃度曲線：—濃度圖計算公式如下： 總結根據(jù)氣敏傳感器MQ5的靈敏度曲線和測試電路，擬合了CO、alcohol、CH4的電壓濃度曲線，得出了電壓和濃度的關系式。煤氣的主要成分是CO，當氣敏傳感器MQ5檢測到煤氣時，將其濃度轉化成電阻，經(jīng)信號調(diào)理后產(chǎn)生一個電壓信號，單片機利用擬合CO曲線和公式將此電壓信號轉換成濃度，顯示電路顯示該濃度。本系統(tǒng)可以檢測多種燃氣，擬合的CH4和alcohol的電壓濃度曲線可以用于系統(tǒng)檢測天然氣和alcohol氣體時計算其相應的濃度。6調(diào)試軟件部分的調(diào)試失敗直接影響到課題的實踐環(huán)節(jié)。下面介紹在軟件調(diào)試過程中遇見的問題及解決方法。（1）由于煤氣傳感器可以把煤氣濃度直接轉化成電阻，經(jīng)信號調(diào)理后輸出電壓，所以直接由ADC0809采集輸出的電壓，ADC0809的通道選擇直接接地，所以當啟動轉換后，不用進行通道選擇。在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號啟動A/D轉換，即：ADC0809_E0=0,1,0后才能啟動A/D轉換，而我在編程時，只寫了ADC0809_E0=0,1，所以ADC0809不工作。（2）在編寫陳旭按鍵掃描程序時，注意延時消抖。（3）由于電磁閥上電導通，所以在檢測到煤氣濃度值超過警戒值時，單片機給控制電磁閥的三極管基極一個高電平，電磁閥關閉，當煤氣濃度低于警戒值時電磁閥導通。（4）當單片機給繼電器一個高電平時，繼電器工作，排風扇被開啟，低電平時，風扇停止轉動。由于單片機默認高電平，所以主程序里一開始就要給控制繼電器的那個單片機I/O口賦低電平。（5）當煤氣濃度低于報警值，單片機控制綠燈亮；當快到達警戒值時，單片機控制黃燈閃爍；當煤氣濃度超過報警值時，單片機控制紅燈閃爍，蜂鳴器響，并檢測退出報警系統(tǒng)的按鍵是否有 按下，若按下，則退出報警。（6）在計算濃度時，開始定義濃度類型為整型，取值范圍在32678~32676之間，在檢測過程中，濃度有時候大于32676，此時會溢出，煤氣控制器停止報警，電磁閥導通，風扇停止工作，因此把數(shù)據(jù)類型改為無符號長整型。（7）由氣敏傳感器MQ5的靈敏度曲線和測試電路可以得出每一點的濃度對應電壓值Vout,如下表所示：該濃度為理論值。—電壓對照表總結本課題利用單片機結合傳感器技術而開發(fā)設計了基于單片機的煤氣控制器，經(jīng)過理論和誓言驗證，改煤氣控制器具有成本低，技術成熟，可靠性好，抗干擾能力強，實時性高等優(yōu)點，系統(tǒng)整體結構簡單容易實現(xiàn)，方便使用。符合安全系統(tǒng)的設計要求。該系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)可燃氣體，并且保證不管有人還是無人在家的情況下能夠自動關閉氣源，從根本上解決安全使用燃氣的問題，有