【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 MQ5 型氣敏元件對(duì)不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。因此，在使用此類型氣敏元件時(shí)，靈敏度的調(diào)整是很重要的。我們建議您用 1000ppm 異丁烷或氫氣校準(zhǔn)傳感器。當(dāng)精確測(cè)量時(shí)，報(bào)警點(diǎn)的設(shè)定應(yīng)考慮溫濕度的影響。 4 4213CO 傳感器4213基本測(cè)量電路VhV C C RLV s s 圖 22氣體傳感器管腳與基本測(cè)量電路圖 如圖 22里，其中 4 端為加熱器的電源接線端 , 3 為傳感器輸出端 ,氣體傳感器工作原理是把傳感器置于 CO氣體環(huán)中 ,SnO2 薄膜層的電阻會(huì)隨著 CO 濃度的變化而變化 ,CO 濃度越大 ,SnO2 薄膜層阻值越小。圖 22 為取得氣體傳感器輸出信號(hào)的基本電路圖 ,Vh 為加熱電壓 ,傳感器電阻 RS與負(fù)載電阻 RL 串聯(lián)接到工作電壓 VCC兩端 , 由此可得關(guān)系 :VRL=RL VCC/（ RL+RS） 傳感器阻值 RS 隨著 CO濃度的增大而減小時(shí) ,輸出負(fù)載電壓 VRL 逐漸變大 ,所以通過測(cè)量負(fù)載電壓即可反應(yīng)出被測(cè)對(duì)象的 CO濃度。 一氧化碳達(dá)到一定濃度以后，會(huì)引起中毒的可能癥狀 50ppm 健康成年人在八小時(shí)內(nèi)可以承受的最大濃度 200ppm 23小時(shí)后，輕微頭痛、乏力 400ppm 12小時(shí)內(nèi)前額痛； 3小時(shí)后威脅生命 800ppm 45 分鐘內(nèi)，眼花、惡心、痙攣； 2 小時(shí)內(nèi)失去知覺； 1000ppm 1 小時(shí)內(nèi)死亡 1200ppm 45 分鐘可能導(dǎo)致死亡 我們從上面的數(shù)據(jù)可以看出來，隨著一氧化碳的濃度的升高， CO 對(duì)我們的身體的健康就會(huì)造成更大的傷害，所以，我將 CO濃度與報(bào)警控制處理方式，進(jìn)行了劃定，為編程參 考作為依據(jù)。 表 21 CO濃度與控制處理 CO 濃度（ ppm） 控制處理方式 說明 ＜ 400 正常情況處理 指示燈亮綠色 ≥ 400 一般報(bào)警 小喇叭報(bào)警 ≥ 800 嚴(yán)重報(bào)警 指示燈亮紅色且小喇叭報(bào)警 一氧化碳的濃度在 400ppm 范圍以內(nèi)，我們就按照正常情況處理，即不需要報(bào)警處理； 當(dāng)一氧化碳的濃度大于等于 400ppm 以后，我們就按照一般報(bào)警情況處理，目的是為了開始進(jìn)行報(bào)警提示，以便于提醒人們的注意；當(dāng)一氧化碳的濃度達(dá)到 800ppm 值以后，我們就必須的進(jìn)行嚴(yán)重的報(bào)警處理。 5 CO氣體傳感器屬于氣敏傳感 器，通過放大處理后，再經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理及報(bào)警控制，最后送給數(shù)碼管顯示。氣體傳感器作為煤氣泄露測(cè)試裝置報(bào)警器的信號(hào)采集部分。由此可見，氣體傳感器是本系統(tǒng)檢測(cè)的起點(diǎn)也是系統(tǒng)的核心和重點(diǎn)，選擇合適的傳感器成為決定系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。 放大電路的設(shè)計(jì) 由于氣體傳感器采集的電信號(hào)一般很小，而且存在共模成分，需要經(jīng)過放大電路放大，之后方可進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。氣體傳感器輸出的信號(hào)幅度很小，存在著不同程度的電磁干擾，因此在本設(shè)計(jì)中，放大電路采用 LM324 放大器進(jìn) 行放大，對(duì)來自傳感器的信號(hào)經(jīng)行精密放大，同時(shí)抑制共模成分提高信號(hào)質(zhì)量。 LM324 系列器件為四運(yùn)算放大器 ， LM324 的引腳排列見圖 23 所示 。 與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到 32 伏的電源下。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算 放大器 ， 可用圖 23所示的符號(hào)來表示，它有 5個(gè)引出腳，其中 “+” 、 “ ” 為兩個(gè)信號(hào)輸入端， “V+” 、 “V ” 為正、負(fù)電源端， “Vo” 為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中， Vi（ ）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反； Vi+（ +）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 圖 23LM324的引腳 放大電路設(shè)計(jì)中，我們采用一個(gè)增益可調(diào)的同向放大電路，計(jì)算公式為AV=1+Rf/R2，其中 Rf=200k(可調(diào)的 )， R2取 10K,AV 最大可達(dá) 21，從而給調(diào)試帶來了極大方便。它可以構(gòu)成儀表的放大器，具有線性度優(yōu)良、溫度穩(wěn)定性高和體積小、可靠性高 等優(yōu)點(diǎn)。 6 圖 24 氣體傳感器的放大電路設(shè)計(jì) 由 LM324 構(gòu)成的氣體傳感器的放大電路如圖 24所示。在圖中接口 J3 為氣體傳感器的電源接口，氣體傳感器與電阻 RV構(gòu)成串聯(lián)型分壓式電路，直流電壓 +5V經(jīng)過穩(wěn)壓處理以后，電壓比較穩(wěn)定，給 MQ5提供供電電壓和加熱電壓； LM324 構(gòu)成增益可調(diào)的放大電路，放大電路的輸出端 1管腳接入 ADC0808 的 IN0引腳。 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) ADC0808 芯片有 28 條引腳，如圖 25 ADC0808 管腳圖所示，采用雙列直插式封裝，下面說明各引腳功能。 IN0～ IN7： 8路模擬量輸入端。 D0～ D7： 8 位數(shù)字量輸出端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3位地址輸入線，用于選通 8路模擬輸入中的一路。 ALE：地址鎖存選通信號(hào)，輸入高電平有效。 START： A／ D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入高電平有效。 EOC： A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，當(dāng) A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入高電平有效。當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ。 REF（ +）、 REF（ ）：基準(zhǔn)電壓輸入端 ,它們決定了輸入模擬電壓的最大值最小值 . VCC：電源，接＋ 5V。 GND：接地。 7 圖 25 ADC0808管腳圖 ADC0808 芯片主要特性 : 1. 8 路 8 位 A／ D轉(zhuǎn)換器，即分辨率 8 位 ,N=8 2. 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫? 3. 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μ s 4. 單個(gè)＋ 5V電源供電 5. 模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn) 6. 工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度 7. 低功耗，約 15mW ADC0808 芯片的幾個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)： 轉(zhuǎn)換速度 轉(zhuǎn)換速度是指完成一次 A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間的倒數(shù)，是一個(gè)很重要的指標(biāo)。 A/D轉(zhuǎn)換器型號(hào)不同，轉(zhuǎn)換速度差別很大。通常， 8 位逐次比較式 ADC 的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us 左右。由于本系統(tǒng)的控制時(shí)間允許，可選 8位逐次比較式 A/D 轉(zhuǎn)換器ADC0808。 ADC 位數(shù)的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定著信號(hào)采集的精度和分辨率。 對(duì)于該 8個(gè)通道的輸入信號(hào)， 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器， 精度： 281=2561 =%. 分辨率 ： 28Vref=2565 =? 20mv(輸入為 0～ 5V 時(shí) ) 量化誤差： Q= 28Vref21? ? 10mv 說明： Vref— A/D 轉(zhuǎn)換器的參考電壓，即為基準(zhǔn)電壓，選取 Vref=5V； 8 N — ADC 的二進(jìn)制位數(shù)， N=8； ADC0808 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A／ D轉(zhuǎn)換器，它由 8 路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位開關(guān)樹型 A／ D 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成， ADC0808 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 26 所示。 圖 26 ADC0808內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ADC0808 具有 8 個(gè)通道的模擬輸入線 (IN0～ IN7)，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與 TTL 兼容。可在程序控制下對(duì)任意通道進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，獲得 8位二進(jìn)制數(shù)字量 (D7～ D0)。模擬輸入部分有 8路多路開關(guān)，可由 3位地址輸入 ADDA、 ADDB、 ADDC 的不同組合來選擇， ALE 為地址鎖存信號(hào)，高電平有效，鎖存這三條地址輸入信號(hào)。具體的通道選擇如表 22所示： 表 22 模擬通道選擇 本設(shè)計(jì)是使用通道 IN0，所以，將 ADC0808 的 C、 B 和 A 管腳都接地，即為選通模擬輸入線 IN0。 ADC0808 的工作過程 9 圖 27ADC0808 的工作時(shí)序圖 如圖 27所示，當(dāng)模擬量送至某一輸入通道 IN0 后， CPU 將標(biāo)識(shí)該通道編碼的三位地址信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)線或地址線輸入到 ADDC、 ADDB、 ADDA 引腳上。然后輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A／ D轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到 A／ D 轉(zhuǎn)換完成，轉(zhuǎn)換開始 ,EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。轉(zhuǎn)換結(jié)束 ,OE 輸入高電 平， EOC 可作為中斷請(qǐng)求信號(hào) ,轉(zhuǎn)換結(jié)束后，可通過執(zhí)行 IN 指令，設(shè)法在輸出允許 OE腳上形成一個(gè)正脈沖，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 如圖 28所示， A/