【文章內(nèi)容簡介】 所利用的特性工作溫度代表性被檢測氣體電阻型電阻表面電阻控制器300～450℃可燃性氣體體電阻控制器700℃以上乙醇、可燃性氣體非電阻型二極管整流特性室溫～200℃HCO、乙醇晶體管特性150℃HH2S 四、MQ2型煙霧傳感器的特性及重要指標（一）MQ2型傳感器的一般特點① MQ2型傳感器對天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對烷類煙霧更為敏感。② MQ2型傳感器具有良好的重復性和長期的穩(wěn)定性。初始穩(wěn)定，響應時間短，長時間工作性能好。③ MQ2型傳感器具有良好的抗干擾性，可準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 電路設計電壓范圍寬，24V以下均可，加熱電壓5177。（二）MQ2型傳感器的基本特性煙霧傳感器在最佳工作條件下，接觸同一種煙霧，其電阻值RS隨氣體濃度變化的特性稱之為靈敏度特性，用K表示。(11)式中，R0為煙霧傳感器潔凈空氣條件下的電阻值，RS為煙霧傳感器在一定濃度的檢測煙霧中的電阻值。雖然對于不同的煙霧，器件靈敏度特性K的值也會各有差異，但是它們都遵循同一規(guī)律。(12)式中，m為器件相對煙霧濃度變化的敏感性，又稱煙霧分離能，對于煙霧，m值為1/2～1/3；C為檢測煙霧的濃度。N為與檢測煙霧、器件材料有關，并隨測試溫度和材料中有無增感劑而有所不同。半導體煙霧傳感器在不通電狀態(tài)存放一段時間后，再通電時，器件并不能立即投入正常工作。這是因為煙霧傳感器中的二氧化錫在不通電的狀態(tài)下會吸附空氣中的水蒸氣。當再次通電時需要預熱幾分鐘使水蒸氣蒸發(fā)后，氣敏電阻才能正常工作。再通電工作時氣敏電阻值達到穩(wěn)定時所需要的時間，定義為初期穩(wěn)定時間。一般情況下，不通電時間越長，初期穩(wěn)定時間也越長，當不通電存放時間達到15天左右時，初期穩(wěn)定時間一般需要5分鐘左右。 半導體煙霧傳感器一般要在較高的溫度200～450℃下工作，所以需要對其加熱。由于傳感器一般工作在易燃易爆環(huán)境下，若加熱絲直接與電源相接，當加熱絲局部短路造成器件過熱或放電時，可能引發(fā)事故。所以必須使用傳感器生產(chǎn)廠家推薦的加熱電壓，使其工作在較安全的范圍緣故，煙霧傳感器的氣敏特性并不立即消失，此時檢測必出現(xiàn)較大的誤差。為避免出現(xiàn)這種情內(nèi)。MQ2型煙霧傳感器加熱電壓為5177。，加熱電阻為31177。3Ω。當加熱絲斷路時，由于熱惰性況，并及時發(fā)現(xiàn)氣敏元件的故障，需要設計加熱絲故障診斷報警電路。（三）MQ2型傳感器的特性參數(shù)① 回路電壓：（）5～24V② 取樣電阻：（）～20K③ 加熱電壓：（）5177。④ 加熱功率：約750mW⑤ 靈敏度：以甲烷為例（air）/ (%CH4)＞5⑥ 響應時間：Tres＜10秒⑦ 恢復時間：Trec＜30秒第三章 系統(tǒng)的整體設計第一節(jié) 單片機的選澤一、單片機的介紹單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領域廣泛應用。從上世紀80年代，由當時的4位、8位單片機，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機。（一）單片機的分類 單片機作為計算機發(fā)展的一個重要分支領域，根據(jù)發(fā)展情況，從不同角度，單片機大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。這是按單片機適用范圍來區(qū)分的。例如，80C51是通用型單片機，它不是為某種專門用途設計的；專用型單片機是針對一類產(chǎn)品甚至某一個產(chǎn)品設計生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測量控制電路。這是按照單片機是否提供并行總線來區(qū)分的?？偩€型單片機普遍設置有并行地址總線、 數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴展并行外圍器件都可通過串行口與單片機連接，另外，許多單片機已把所需要的外圍器件及外設接口集成在一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴展總線，大大減省了封裝成本和芯片的體積，這類單片機我們稱為非總線型單片機。這是按照單片機大致應用的領域進行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大，運算能力強；用于家電的單片機多為專用型，通常是小封裝、低價格，外圍器件和外設接口集成度高。 顯然，上述分類并不是惟一的和嚴格的。例如，80C51類單片機既是通用型又是總線型，還可以作工控用。（二）單片機芯片STC公司的單片機主要是基于8051內(nèi)核，是新一代增強型單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度快8～12倍，帶ADC,4路PWM，雙串口，有全球唯一ID號，加密性好，抗干擾強。 PIC是MICROCHIP公司的產(chǎn)品，其突出的特點是體積小，功耗低，精簡指令集，抗干擾性好，可靠性高，有較強的模擬接口，代碼保密性好，大部分芯片有其兼容的FLASH程序存儲器的芯片。EMC是臺灣義隆公司的產(chǎn)品，有很大一部分與PIC 8位單片機兼容，且相兼容產(chǎn)品的資源相對比PIC的多，價格便宜，有很多系列可選，但抗干擾較差。ATMEL公司的8位單片機有AT8AT90兩個系列，AT89系列是8位Flash單片機，與8051系列單片機相兼容，靜態(tài)時鐘模式；AT90系列單片機是增強RISC結構、全靜態(tài)工作方式、內(nèi)載在線可編程Flash的單片機，也叫AVR單片機。 51LPC系列單片機PHILIPS公司的單片機是基于80C51內(nèi)核的單片機，嵌入了掉電檢測、模擬以及片內(nèi)RC振蕩器等功能，這使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的應用設計中可以滿足多方面的性能要求。臺灣盛揚半導體的單片機，價格便宜，種類較多，但抗干擾較差，適用于消費類產(chǎn)品。德州儀器提供了TMS370和MSP430兩大系列通用單片機。TMS370系列單片機是8位CMOS單片機，具有多種存儲模式、多種外圍接口模式，適用于復雜的實時控制場合；MSP430系列單片機是一種超低功耗、功能集成度較高的16位低功耗單片機，特別適用于要求功耗低的場合。它是臺灣松翰公司的單片，大多為8位機，有一部分與PIC 8位單片機兼容，價格便宜，系統(tǒng)時鐘分頻可選項較多，有PMW ADC內(nèi)振內(nèi)部雜訊濾波。缺點RAM空間過小，抗干擾較好。在火災報警器的設計中，單片機是其核心部件。它一方面要接收來自傳感器送來的溫度、煙霧對應的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對這兩種信號分別進行處理，以控制后續(xù)電路進行相應動作；與此同時查詢是否有鍵按下的請求。在單片機完成這些工作的過程中，尤其是信號處理中，比較濃度值后送人顯示的軟件實現(xiàn)比較復雜，要求單片機具備較快的運算速度，使檢測人員能夠較準確地觀測到煙霧濃度，也要考慮選擇低價實用的機型，并為研制同一系列的低功耗產(chǎn)品做準備。根據(jù)多方面的比較，本設計選用ATMEL公司的AT89S52單片機作為控制器。AT89S52是一個低功耗、高性能的CMOS 8位單片機，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，片內(nèi)含4 KB ISP的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，128 B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，32個外部雙向輸入/輸出(I/O)口，5個中斷優(yōu)先級，2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，看門狗(WDT)電路，片內(nèi)時鐘振蕩器 。其性能雖然較之于標準的8OC52有了很大提高，資源卻不與80C52產(chǎn)生沖突，可與標準的8OC52兼容。 二、AT89S52的功能（一）AT89S52的簡介AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用ATMEL公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU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，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。（二）AT89S52具有以下主要性能①與MCS51單片機產(chǎn)品兼容；②8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器；③1000次擦寫周期；④全靜態(tài)操作：0Hz～33MHz；⑤三級加密程序存儲器；⑥32個可編程I/O口線；⑦三個16位定時器/計數(shù)器；⑧8個中斷源；⑨全雙工UART串行通道；⑩看門狗定時器。（三）AT89S52引腳：●P0 口P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL1 282 393 384 375 366 357 348 339 3210 AT89S52 3111 3012 2913 2814 2715 2616 2517 2418 2319 2220 21 RST (RXD)(TXD) () () (T0)VCC(AD0)(AD4)(AD6)(AD7)/VPPALE/(A15)(A14)(A12)(T1)()()XTAL2XTAL1GND(A13)(A11)(A10)(A9)(A8) (AD5)(AD3)(AD2)(AD1) AT89S52引腳 AT89S52引腳邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0不具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻?！馪1 口P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。此外，（）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（）。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。 引腳第二功能： T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用）●P2 口P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時，P2口送出高八位地址。在這種應用中，P2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號?！馪3 口P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。 端口引腳第二功能： RXD(串行輸入口)； TXD(串行輸出口)； (外中斷0)； (外中斷1)； T0(定時/計數(shù)器0)； T1(定時/計數(shù)器1)； (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)； (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)。此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號?！馬ST復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復位?！馎LE/PROG當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE禁止位無效?！馪SEN程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。●EA/VPP外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），則EA端必須保持低電平（接地