【文章內(nèi)容簡介】 顯示各種狀態(tài)，并且通過按鍵進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置，超過設(shè)置界限時(shí)，進(jìn)行聲光報(bào)警。得到最優(yōu)結(jié)果，本論文在總體結(jié)構(gòu)上共分為5章。第一章 引言，本章介紹了室內(nèi)有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識及其發(fā)展。第二章 總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本章介紹了本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方案。第三章 元件選型與電路設(shè)計(jì)，本章主要介紹了本設(shè)計(jì)需要的元件以及其原理電路以及硬件設(shè)計(jì)過程。第四章 軟件工作流程及軟件編寫，本章主要介紹了本設(shè)計(jì)軟件工作的流程以及編寫的軟件。第五章 總體系統(tǒng)調(diào)試，主要介紹了對系統(tǒng)總體調(diào)試的方法與結(jié)果。 第六章 總結(jié)，對全文進(jìn)行總結(jié)。2 總體系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用 STC89C52 單片機(jī)作為控制核心，直接利用甲醛傳感器采集室內(nèi)甲醛濃度，利用一氧化碳傳感器采集室內(nèi)一氧化碳濃度，利用煙霧傳感器來監(jiān)測煙霧的危害程序，經(jīng)過處理后直接傳給單片機(jī)，單片機(jī)綜合分析以后，送到數(shù)碼管上顯示，并且通過獨(dú)立鍵盤來設(shè)置，真題電路設(shè)計(jì)簡單，具體模塊框第 頁 共 36 頁4圖如下：圖 21 模塊框圖本設(shè)計(jì)的原理是根據(jù)51單片機(jī)的工作原理，利用各個(gè)傳感器的特性，設(shè)計(jì)相關(guān)的電路，用單片機(jī)來采集相關(guān)的各個(gè)變量，結(jié)合時(shí)鐘芯片在液晶屏上實(shí)時(shí)的顯示各種狀態(tài)，并且通過按鍵進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置，超過設(shè)置界限時(shí)，進(jìn)行聲光報(bào)警。3 元件選型與電路設(shè)計(jì) STC89C51型單片機(jī)簡介89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS8 位微第 頁 共 36 頁5處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器，89C2051 是它的一種精簡版本。89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。89C51 總控制電路如下：圖 31 89C51 總控制電路 STC89C51 引腳功能介紹VCC：供電電壓。 　　GND：接地。 　　P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)地址的低八位。在 FIASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 　　P1 口：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 　　第 頁 共 36 頁6P2 口：P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。 　　P3 口：P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè)TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入“1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 　　P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 　　表 31 51 單片機(jī) P3 口功能口管腳 備選功能 RXD 串行輸出口 TXD 串行輸入口 /INT0外部中斷0 /INT1外部中斷1 T0計(jì)時(shí)器0外部輸入 T1計(jì)時(shí)器1外部輸入 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每第 頁 共 36 頁7個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現(xiàn)。 　 　/EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時(shí)，/EA 將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。 　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。STC89C51 主要功能如下所示：與 MCS51 兼容 　　4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000 寫/擦循環(huán) 　　數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10 年 　　全靜態(tài)工作：0Hz24MHz 　　三級程序存儲器鎖定 　　128*8 位內(nèi)部 RAM 　　32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 　　5 個(gè)中斷源 　　可編程串行通道 　　低功耗的閑置和掉電模式 　　片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 [2] 系統(tǒng)的引腳接線根據(jù)其系統(tǒng)工作原理設(shè)計(jì)出如圖所示的引腳接線：第 頁 共 36 頁8圖 32 系統(tǒng)的引腳接線為了能夠?qū)崿F(xiàn)使用按鍵進(jìn)行設(shè)置監(jiān)測氣體的種類，我使用了 4 個(gè)按鍵，其中三個(gè)是選擇氣體傳感器，還有一個(gè)為復(fù)位按鍵。具體電路如下：圖 33 4 個(gè)按鍵根據(jù) 51 單片機(jī)的特點(diǎn)，我采用 晶振給單片機(jī)提供時(shí)鐘信號，兩個(gè)各加一 30pf 的電容來穩(wěn)定型號，由于 51 單片機(jī)是采用低電平復(fù)位，我又在其旁邊加了一個(gè)按鍵，便于手動復(fù)位，電路連接如圖：第 頁 共 36 頁9圖 34 手動復(fù)位由于擔(dān)心聲光報(bào)警時(shí)間過長，我在 INT1 及 INT2 接口處各加上兩個(gè)按鍵作為外部中斷以停止聲音報(bào)警及閃光報(bào)警。電路圖如下：圖 35 中斷按鍵 LED數(shù)碼管 本設(shè)計(jì)采用 4 段/位 LED 數(shù)碼管（能夠顯示 4 個(gè) 8） ，LED 數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。led 數(shù)碼管常用段數(shù)一般為 7 段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于 3 位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10 位等等，led 數(shù)碼管根據(jù) LED 的接法不同分為共陰和共陽兩類。它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。LED 數(shù)碼管廣泛用于儀表，時(shí)鐘，車站，家電等場第 頁 共 36 頁10合。選用時(shí)要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。下面 LED 數(shù)碼管內(nèi)部引腳定義 　圖 36 引腳定義 　　每一筆劃都是對應(yīng)一個(gè)字母表示 DP 是小數(shù)點(diǎn). [4] 設(shè)計(jì)電路根據(jù) LED 數(shù)碼管原理設(shè)計(jì)出如圖所示的引腳接線電路如圖：圖 37 引腳接線電路 　　由于 51 單片機(jī) P0 口內(nèi)部無上拉電阻，所以我在 P0 口外加了 1k 的上拉排阻?？傠娐穲D如下：第 頁 共 36 頁11圖 38 總電路圖因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)使用的模塊較多，繪制 PCB 板時(shí)使用了鋪地的接地方法，鋪地的優(yōu)點(diǎn)在于散熱迅速，穩(wěn)定性好，對模塊及器件有保護(hù)作用。總 PCB 圖如下：圖 39 總 PCB 圖第 頁 共 36 頁12 蜂鳴器蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。本設(shè)計(jì)采用壓電式蜂鳴器，壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（~15V 直流工作電壓）,多諧振蕩器起振 ,輸出 ~的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。 圖 310 蜂鳴器外形圖 設(shè)計(jì)電路根據(jù)蜂鳴器的和 LED 二極管的特性，制作出的電路圖如下：第 頁 共 36 頁13圖 311 聲光報(bào)警及電源模塊電路圖由于在總板上電源和接地接口過少，不能滿足傳感器等的需求，于是我在模塊里加入了兩排 8 腳排針?？傠娐?PCB 圖如下：圖 312 聲光報(bào)警及電源模塊總 PCB 圖 MQ2 一氧化碳傳感器模塊 MQ2 煙霧傳感器MQ2 氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。 MQ2 氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。其結(jié)構(gòu)和外形如圖：第 頁 共 36 頁14圖 313 MQ2 氣體傳感器外形圖圖 314 MQ2 氣體傳感器結(jié)構(gòu)圖 MQ2煙霧傳感器模塊下圖為 MQ2 氣體傳感器實(shí)物圖。圖 315 MQ2 氣體傳感器模塊實(shí)物圖簡要說明：尺寸：長 32mm *寬 22mm *高 27mm 長 X 寬 X 高主要芯片：LM39ZYMQ2 氣體傳感器工作電壓：直流 5 伏第 頁 共 36 頁15特點(diǎn)：（1）具有信號輸出指示。（2）雙路信號輸出（模擬量輸出及 TTL 電平輸出）（3）TTL 輸出有效信號為低電平。 （當(dāng)輸出低電平時(shí)信號燈亮，可直接接單片機(jī)） （4）模擬量輸出 0~5V 電壓，濃度越高電壓越高。（5）對液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度。（6）具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性（7）快速的響應(yīng)恢復(fù)特性其原理圖如下：圖 316 MQ2 氣體傳感器模塊電路圖 MQ2 一氧化碳傳感器模塊 MQ7一氧化碳傳感器 MQ7 氣體傳感器的氣敏材料， 是用在清潔空氣中電導(dǎo)率低的二氧化錫（SnO2） 。采用高低溫循環(huán)檢測方式低溫（ 加熱）檢測一氧化碳，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中一氧化碳?xì)怏w濃度增加而增大，高溫（5 . 0 V 加熱）清洗低溫時(shí)吸附的雜散氣體。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化，轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。MQ7 傳感器對一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測多種含一氧化碳的氣體， 是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。 其結(jié)構(gòu)和外形如圖：第 頁 共 36 頁16圖 317 MQ7 一氧化碳傳感器外形圖圖 318 MQ7 一氧化碳傳感器結(jié)構(gòu)圖 MQ7一氧化碳傳感器模塊下圖為 MQ7 一氧化碳傳感器模塊實(shí)物圖：圖 319 MQ7 一氧化碳傳感器模塊實(shí)物圖簡要說明：尺寸：長 32mm *寬 22mm *高 27mm主要芯片：LM39MQ7 氣體傳感器工作電壓：直流 5 伏第 頁 共 36 頁17特點(diǎn)