【文章內(nèi)容簡介】 是對溫度和煙的濃度進(jìn)行檢測，相當(dāng)于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間來說信號變化很慢，所以采樣保持器（保持在A/D轉(zhuǎn)換時間內(nèi)輸入的模擬信號不變）也可以省去。因此，模擬信號經(jīng)過放大后可以直接進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器。 A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù) (1) 分辨率： 是指A/D轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。 (2) 轉(zhuǎn)換時間： 指從輸入啟動轉(zhuǎn)換信號開始到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出量為止的時間其他參數(shù)與D/A轉(zhuǎn)換器類似。A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的接口方法(1) ADC轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過三態(tài)緩沖器件與CPU數(shù)據(jù)總線相連接（在芯片內(nèi)部設(shè)有三態(tài)輸出緩沖器）；(2) 為了輸入正確的轉(zhuǎn)換結(jié)果，必須解決好A/D轉(zhuǎn)換器和CPU取數(shù)之間的時間配合問題。 (3) 啟動轉(zhuǎn)換信號（START）：是由CPU提供給ADC芯片的，在正脈沖的下降沿轉(zhuǎn)換開始； (4) 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號（EOC）：一旦啟動轉(zhuǎn)換，EOC立即變低，直至轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC輸出高電平，通知CPU轉(zhuǎn)換已結(jié)束； (5) 允許輸出信號（OE）：ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束后，轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在輸出鎖存器中，并沒有送入數(shù)據(jù)總線上。CPU取數(shù)時，發(fā)出OE信號選通芯片內(nèi)部三態(tài)輸出緩沖器將數(shù)據(jù)輸出。 A/D轉(zhuǎn)換器與CPU之間傳送數(shù)據(jù)的方法(1) 延時等待法延時法是利用CPU執(zhí)行一條輸出指令，啟動ADC轉(zhuǎn)換，然后CPU執(zhí)行延時程序，延時時間大于所選用的ADC芯片轉(zhuǎn)換時間，延時結(jié)束，CPU執(zhí)行輸入指令，打開三態(tài)門獲取ADC轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)。 (2) 查詢法 查詢法是由CPU來檢查EOC信號。當(dāng)CPU啟動ADC芯片開始轉(zhuǎn)換之后，再通過狀態(tài)端口讀取EOC信號，檢查ADC是否轉(zhuǎn)換結(jié)束。若轉(zhuǎn)換結(jié)束，則讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，否則繼續(xù)查詢。(3) 中斷法用中斷法可提高CPU的利用率，當(dāng)ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束，由EOC信號上升沿通過8255A中斷控制邏輯向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應(yīng)中斷在服務(wù)程序中讀取結(jié)果。 A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809及其接口(1) 主要性能： ①8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，所有引腳的邏輯電平與TTL兼容；②帶有鎖存功能的8路模擬量轉(zhuǎn)換開關(guān)，可對8路05V模擬量進(jìn)行分時轉(zhuǎn)換；③輸出具有三態(tài)鎖存/緩沖功能；④分辨率：8位，轉(zhuǎn)換時間：100us；⑤不可調(diào)誤差：177。1LSB，功耗：15mW； ⑥工作電壓：+5V，參考電壓標(biāo)準(zhǔn)值+5V；⑦片內(nèi)無時鐘，一般需外加640KHz以下且不低于100KHz的時鐘信號。(2) ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)有模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換兩大部分組成。模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)由8路模擬開關(guān)和3位地址鎖存與譯碼器組成，地址鎖存允許信號ALE將三位地址信號ADDC、ADDB和ADDA進(jìn)行鎖存，然后由譯碼電路選通其中一路摸擬信號加到A/D轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換部分包括比較器、逐次逼近寄存器SAR、256R電阻網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、控制與時序電路等，另外具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，其輸出數(shù)據(jù)線可直接連CPU的DB。具體見下圖？？ 圖？？ ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)（3）ADC0809的引腳功能：D7D0：8位數(shù)據(jù)輸出線；IN7IN0：8路模擬信號輸入；ADDC、ADDB、ADDA：8路模擬信號輸入通道的地址選擇線；ALE：地址鎖存允許，其正跳變鎖存地址選擇線狀態(tài)，經(jīng)譯碼選通對應(yīng)的模擬輸入信號；START：啟動信號，上升沿使片內(nèi)所有寄存器清零，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換；EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)換開始后，此引腳變?yōu)榈碗娖?，轉(zhuǎn)換一結(jié)束，此引腳變?yōu)楦唠娖?；OE：輸出允許，此引腳為高電平有效，當(dāng)有效時，芯片內(nèi)部三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存緩沖器被打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果送到D7D0；CLOCK：時鐘，最高可達(dá)1280KHz，由外部提供；REF（+）、REF（）：參考電壓正極、負(fù)極，通常REF（+）接Vcc，REF（）接GND；Vcc：電源，+5V，GND：地線。在論文的硬件設(shè)計中ADC0809因內(nèi)部帶有三態(tài)門輸出鎖存器，故它可以直接和AT89C51的I/O口相連。A/D轉(zhuǎn)換模塊是將采集到的煙霧濃度模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以便單片機(jī)控制。四、煙霧傳感電路設(shè)計MQ2氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖？？所示, 由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流。圖？？ MQ2結(jié)構(gòu)圖電路如圖所示，電路采用交流供電，220V交流市電從插頭引入電路，經(jīng)電源變壓器降壓后變?yōu)橹绷鳎绷麟妷褐苯庸﹤鞲衅鱉Q－2的加熱絲HH工作，加熱絲給傳感器MQ－2預(yù)熱一定時間后，才能正常檢測煙霧。當(dāng)MQ－2所處的環(huán)境煙霧在允許范圍內(nèi)時，其兩端輸出電極HH間導(dǎo)電率很低，則加在電極間兩端H—H電壓很低，則輸出電壓升高，開始吸收煙霧。當(dāng)煙霧逐漸減少，傳感器MQ－2導(dǎo)電率升高，加在電極間兩端H—H的電壓升高，輸出電壓變小。電路主要通過調(diào)試可變電阻 ，可以調(diào)節(jié)煙霧傳感器的靈敏度 ，電路如圖？？五、報警電路設(shè)計 報警電路采用聲光報警，聲音部分采用蜂鳴器，光部分采用發(fā)光二極管。當(dāng)外界環(huán)境的溫度達(dá)到報警的下限時，LED指示燈開始發(fā)光，同時蜂鳴器開始發(fā)聲報警。煙霧傳感器采集煙霧濃度，當(dāng)煙霧的濃度過高時，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換將此模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并用單片機(jī)控制使蜂鳴器報警。電路原理圖如圖？？圖？？六、四分頻電路設(shè)計74LS161簡介74LS161為4位二進(jìn)制同步計數(shù)器。它的清除端是異步的。當(dāng)清除端CLEAR 為低電平時，不管時鐘端CLOCK 狀態(tài)如何，即可完成清除功能。 預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器LOAD 為低電平時，在CLOCK 上升沿作用下，輸出端QA－QD 與數(shù)據(jù)輸入端A－D 相一致。對于54/74161，當(dāng)CLOCK 由低至高跳變或跳變前，如果計數(shù)控制端ENP、ENT 為高電平，則LOAD 應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而54/74LS161 無此種限制。計數(shù)是同步的，靠CLOCK 同時加在四個觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)ENP、ENT 均為高電平時，在CLOCK 上升沿作用下QA－QD 同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。對54/74161，只有當(dāng)CLOCk 為高電平時，ENP、ENT 才允許由高至低電平的跳變，54/74LS161 的ENP、ENT 跳變與CLOCK 無關(guān)。有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計數(shù)溢出時，進(jìn)位輸出端（RCO）輸出一個高電平脈沖，其寬度為QA 的高電平部分。 在不外加門電路的情況下，可級聯(lián)成N 位同步計數(shù)器。 對于54/74LS161，在CLOCk 出現(xiàn)前，即使ENP、ENT、CLEAR 發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。其引腳圖如圖？？圖？？四分頻設(shè)計因為ADC0809的始終頻率不能超過640K，而單片機(jī)的時鐘頻率為12M，所以在這里要進(jìn)行分頻，在這里我們采用芯片74LS161和74LS00D與非門來組成四分頻電路，使電路的時鐘頻率降低，以滿足系統(tǒng)的要求。其原理圖如圖圖？？ 七、電源模塊設(shè)計隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。三端式穩(wěn)壓器由啟動電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路等部分組成。三端穩(wěn)壓器件78/79系列三端穩(wěn)壓器件是最常用的線性降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，用 78/79系列三端穩(wěn)壓器來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠 、方便，而且價格便宜。由于電路要求的電源是5V，所以設(shè)計中采用了7805。7805可以為電路提供比較穩(wěn)定的+5V電源。電源原理圖如圖？？ 圖？？ 電源原理圖第2節(jié) 軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計系統(tǒng)軟件部分主要實(shí)現(xiàn)對溫度檢測以及煙霧濃度的檢查，對指標(biāo)超標(biāo)進(jìn)行聲光報警。主要包括溫度檢測程序、煙霧傳感數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計、聲光報警程序設(shè)計。圖？？是系統(tǒng)軟件主程序流程圖。圖？？系統(tǒng)軟件主程序流程圖由上圖可以看出主程序執(zhí)行過程：首先對單片機(jī)的IO口進(jìn)行初始化使LED燈不亮，蜂鳴器停止蜂鳴。然后調(diào)用溫度測量函數(shù)控制DS18B20進(jìn)行溫度測量并獲取溫度值。然后緊接著調(diào)用煙霧濃度采集模塊程序采集環(huán)境煙霧濃度。在得到溫度值與煙霧濃度后進(jìn)入判斷程序，判斷溫度值與煙霧濃度是否有超標(biāo)的量。若其中有一項或兩項都超標(biāo)就進(jìn)行聲光報警。 DS18B20溫度檢測模塊程序設(shè)計 DS18B20在單片機(jī)控制下分三個階段: ●18B20 初始化： ●讀18B20時序：●寫18B20時序：寫18B20 DSl8820以單總線協(xié)議工作，單片機(jī)首先發(fā)送復(fù)位脈沖，使信號線上的DSl8820被復(fù)位，接著發(fā)送ROM操作命令，使DSl8820被激活進(jìn)入接收內(nèi)存訪問命令狀態(tài)。內(nèi)存訪問命令完成溫度轉(zhuǎn)換、讀取等工作(單總線在ROM命令發(fā)送之前存儲命令和控制命令不起作用)。系統(tǒng)以ROM命令和存儲器命令的形式對DSl8820操作。ROM操作命令均為8位，命令代碼分別為：讀ROM(33H)、匹配ROM(5SH)、跳過ROM(CCH)、搜索ROM(FOH)和告警搜索(ECH)命令。存儲器操作命令為：寫暫存存儲器(4EH)、讀暫存存儲器(BEH)、復(fù)制暫存存儲器(481I)、溫度變換(44H)、重新調(diào)出EZPRAM(BSH)和讀電源供電方式(B4H)命令。 寫數(shù)據(jù)：將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。在15us之內(nèi)將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上，在15us到60us之間對數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣，如果采樣為高電平，就寫1，如果為低電平寫0。在開始另一個寫周期前必須有l(wèi)us以上的高電平恢復(fù)期。讀數(shù)據(jù)：主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平lus以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀起始信號。主機(jī)在讀時間片下降沿之后15us內(nèi)完成讀位。每個讀周期最短的持續(xù)期為60us，各個讀周期之間也必須有l(wèi)us以上的高電平恢復(fù)期。CPU控制DSl8820完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DSl8820進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令．這樣才能對DSl8820進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DSl8820收到信號后等待16到60微秒左右，后發(fā)出存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。 DS18B20初始化過程。 DS18B20初始化流程圖DS18B20的讀寫時序要求非常的嚴(yán)格，只有在編程中嚴(yán)格遵照讀寫時序才能夠正確控制DS18B20并從中獲得較準(zhǔn)確的溫度值。DS18B20讀寫時序如圖？？所示。 DS18B20的讀寫時序DS18B20讀寫程序流程圖如圖？？所示。 讀寫一個字節(jié)程序流程圖讀出當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)我們需要執(zhí)行兩次工作周期，第一個周期為復(fù)位、跳過ROM指令、執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換存儲器操作指令、等待500uS溫度轉(zhuǎn)換時間。緊接著執(zhí)行第二個周期為復(fù)位、跳過ROM指令、執(zhí)行讀RAM的存儲器操作指令、讀數(shù)據(jù)（最多為9個字節(jié)，中途可停止，只讀簡單溫度值則讀前2個字節(jié)即可）。讀取溫度的程序流程圖如圖？？所示。圖？？ 溫度讀取程序流程圖DS18B20讀寫相關(guān)程序如下：Init_DS18B20(void)； //DS18B20初始化程序ds_read_byte()； //從DS18B20讀一個字節(jié)ds_write_byte(char bitval)； //向DS18B20寫一個字節(jié)get_temperature()； //從DS18B20讀取溫度值 煙霧傳感數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計本課題中首先通過煙霧濃度傳感器MQ2將煙霧濃度轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后采用ADC0809轉(zhuǎn)換芯將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)字芯片在操作時首先要分析它的操作時序圖，ADC0809的操作時序圖有如圖？？所示。 圖？? ADC0809的操作時序圖從圖可以看出，啟動脈沖START和地址鎖存允許脈沖ALE的上升沿將地址送上地址總線，模擬量經(jīng)C、B、A選擇開關(guān)所指定的通道送到A/D轉(zhuǎn)換器。在START信號下降沿的作用下，逐次逼近過程開始，在時鐘的控制下，一位一位地逼近。此時，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC呈低電平狀態(tài)。由于逐次逼近需要一定的過程，所以，在此期間內(nèi)，模擬輸入值應(yīng)維持不變，比較器要一次次進(jìn)行比較，直到轉(zhuǎn)換結(jié)束。此時，如果計算機(jī)發(fā)出一個輸出允許命令（EOC呈高電平），則可讀出數(shù)據(jù)。在本課題中由于只用到一路，所以本設(shè)計選用IN0路作為模擬量的輸入端。所以C、B、A端全接地。根據(jù)ADC0809的工作原理，對它的操作步驟如下：①對EPP接口進(jìn)行初始化，選擇模擬量輸入通道。②發(fā)出啟動脈沖。③查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC的值，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束。④轉(zhuǎn)換結(jié)束后讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。其流程圖如圖3－5所示。圖？？ ADC0809程序流程圖ADC0809轉(zhuǎn)換程序AD_get(void)，源代碼如下：float AD_get(void) //獲得ad轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù){ st=0。//啟動轉(zhuǎn)換 st=1。 st=0。 while(!eoc)。//等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 oe=1。 getdata=P0。 oe=0。 temp=getdata。 temp=temp*。 return temp。} 聲光報警模塊程序設(shè)計該部分程序控制LED的亮滅和蜂鳴器的報警，當(dāng)煙霧濃度和