【文章內(nèi)容簡介】 將兩種不同的金屬導(dǎo)體焊接在一起，構(gòu)成閉合回路，如在焊接端（即測量端）加熱產(chǎn)生溫差，則在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢，此種現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng) （ Seebeckeffect）。如將另一端（即參考端）溫度保持一定（一般為 0℃），那么 回路的熱電動(dòng)勢則變成測量端溫度的單值函數(shù)。這種以測量熱電動(dòng)勢的方法來測量溫度的元件，即兩種成對(duì)的金屬導(dǎo)體，稱為熱電偶。熱電偶產(chǎn)生的熱 電動(dòng)勢，其大小僅與熱電極材料及兩端溫差有關(guān)，與熱電極長度、直徑無關(guān)。一般熱電偶是測量中高溫的溫度傳感器，一般測量溫度在 400~1800℃，其優(yōu)點(diǎn)如下： （ 1）熱電偶可將溫度量轉(zhuǎn)換成電量進(jìn)行檢測，對(duì)于溫度的測量、控制，以及 對(duì)溫度信號(hào)的放大、變換等都很方便， （ 2）結(jié)構(gòu)簡單，制造容易， （ 3）價(jià)格便宜， （ 4）惰性小， （ 5）準(zhǔn)確度高， （ 6）測溫范圍廣， （ 7）能適應(yīng)各種測量對(duì)象的要求（特定部位或狹小場所），如點(diǎn)溫和面溫的測量， （ 8）適于遠(yuǎn)距離測量和控制 傳感器的特點(diǎn) （ 1）功能單一（僅測量 溫度）、測溫誤差小， （ 2）價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等優(yōu)點(diǎn)， （ 3）適合遠(yuǎn)距離測溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)， （ 4）外圍電路簡單。 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)選擇 DS18B20 溫度傳感器。 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及控制結(jié)構(gòu)圖，需要檢測火災(zāi)現(xiàn)場的煙霧濃度。對(duì)于煙霧傳感器的選型，要求傳感器的基于靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格低廉，使用壽命長。上述要求本設(shè)計(jì)選用 MQ2 型半導(dǎo)體可燃?xì)怏w敏感元件煙霧傳感器作為系統(tǒng)采集煙霧信號(hào)用的傳感器。 ： 10 半導(dǎo)體可燃?xì)怏w傳感器 MQ2 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(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。 MQ2 半導(dǎo)體可燃?xì)怏w傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈 敏度高，對(duì)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。 （ 1） 在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)可燃?xì)怏w有良好的靈敏度 （ 2） 對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度 較高 （ 3） 長壽命、低成本 （ 4） 簡單的驅(qū)動(dòng)電路即可 （ 5） 家庭用氣體泄漏報(bào)警器 （ 6） 工業(yè)用可燃?xì)怏w報(bào)警器 （ 7）便攜式氣體檢測器 可用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置， 適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測。 靈敏度調(diào)整 ： MQ2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。 輸入通道方案 選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)方案，需將外界測得的溫度和煙霧等模擬量輸入轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。本設(shè)計(jì)采用了 A/D 轉(zhuǎn)換器 ，可以將多路模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)化，因而省略了多路開關(guān)。 A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來分，有 8位， 10 位， 12 位， 16 位等。位數(shù)越高，其分辨率也越高，但價(jià)格也越貴。而就其結(jié)構(gòu)而言，有單一的 A/D 轉(zhuǎn)換器，有內(nèi)含多路開關(guān)的 A/D 轉(zhuǎn)換器。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，確定轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為 8 位。 外圍設(shè)備的選擇 ，可以作為顯示器的有 LED、 LCD、 CRT 等。 (1)LED（ Light Emitting Diode） 11 發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。 LED 晶片的一端附著在一個(gè)支 架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是 P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是 N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“ PN結(jié)”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向 P 區(qū)，在 P 區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED 發(fā)光的原理。而光的波長決定光的顏色，是由形成 PN結(jié)材料決定的。 它具有以下特點(diǎn)： 1） 體積小 LED 基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它 非常小，非常輕。 2） 耗電量低 LED 耗電相當(dāng)?shù)?，直流?qū)動(dòng)，超低功耗（單管 瓦），電光功率轉(zhuǎn)換接近 100%。一般來說 LED 的工作電壓是 ，工作電流是 ；這就是說，它消耗的電能不超過 ，比傳統(tǒng)光源節(jié)能 80%以上。 3） 使用壽命長 有人稱 LED 光源為長壽燈。它為固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒有松動(dòng)的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)，在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?，使用壽命可達(dá) 6萬到 10 萬小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長 10 倍以上。 4） 高亮度、低熱量 LED 使用冷發(fā)光技術(shù)，發(fā)熱量比普通照明燈具低很多。 5） 環(huán)保 LED 是由無毒的材料 做成 ，同時(shí) LED 也可以回收再利用。光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源 6） 堅(jiān)固耐用 LED 被完全封裝在環(huán)氧樹脂里面，比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固。燈體內(nèi)也沒有松動(dòng)的部分，使得 LED 不易損壞。 7） 多變幻 LED 光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下使三種顏色具有 12 256 級(jí)灰度并任意混合，可產(chǎn)生 256256256 ＝ 16777216 種顏色，形成不同光色的 組合變化多端，實(shí)現(xiàn)豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果及各種圖像。 它的缺點(diǎn)： 當(dāng)前價(jià)格還太高，光通量低，當(dāng)前同等照度設(shè)計(jì)的 LED 光源價(jià)格大約相當(dāng)于傳統(tǒng)光源的 4 倍 。 （ 2） LCD （ Liquid Crystal Display ） LCD 是一種 液晶顯示器， 它 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面 ，其具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1） 由于 CRT 顯示器是靠偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的電磁場來控制電子束的，而由于電子束在屏幕上又不可能絕對(duì)定位，所以 CRT 顯示器往往會(huì)存在不同程度的幾何失真，線性失真情況。而 LCD 由于其原理問題不會(huì)出現(xiàn)任何的幾何失真，線性失真，這也是一大優(yōu)點(diǎn)。 2） 與傳統(tǒng) CRT 相比液晶在環(huán)保方面也表現(xiàn)的不錯(cuò)，這是因?yàn)?LCD 內(nèi)部不存在像 CRT 那樣的高壓元器件，所以其不至于出現(xiàn)由于高壓導(dǎo)致的 x 射線超標(biāo)的情況，所以其輻射指標(biāo)普遍比 CRT 要低一些。 3） LCD 與傳統(tǒng) CRT 相比最大的優(yōu)點(diǎn)還是在于耗電量和體積，對(duì)于傳統(tǒng) 17 寸 CRT來講，其功耗幾乎都在 80W 以上，而 17 寸液晶的功耗大多數(shù)都再 40W 上下，這樣算下來，液晶在節(jié)能方面可謂優(yōu)勢明顯 。 LCD缺點(diǎn)： 1） 價(jià)格相對(duì) crt 要高 ； 2） 可視角度較小，色彩不好 ； 3） 反應(yīng)速度慢，有拖影問題 ； 4） 亮度和對(duì)比度不如 crt； 5） 分辨率固定，非標(biāo)準(zhǔn)分辨率下顯示效果差 ； 6） 維修費(fèi)用昂貴 。 （ 3） CRT 優(yōu)缺點(diǎn)： CRT 是一種使用陰極射線管 (Cathode Ray Tube)的顯示器，主要有五部分組成：電子槍 (Electron Gun)，偏轉(zhuǎn)線圈 (Deflection coils)，蔭罩 (Shadow mask)，熒光粉層 (Phosphor)及玻璃外殼。 CRT 純平顯示器具有可視角度大、無壞點(diǎn)、色彩還 13 原度 高、色度均勻、可調(diào)節(jié)的多分辨率模式、響應(yīng)時(shí)間極短等 LCD 顯示器難以超越的優(yōu)點(diǎn)，而且現(xiàn)在的 CRT 顯示器價(jià)格要比 LCD 顯示器便宜不少。 但是它具有輻射，對(duì)人體有害。 由于 LED 具有體積小，耗電量省，高亮度，長壽命，環(huán)保，所以根據(jù)本文的系統(tǒng)要求選擇 led 作為顯示裝置。 可以做鍵盤的有：獨(dú)立式按鍵，矩陣式按鍵，獨(dú)立式鍵盤主要用于按鍵較少的場合，矩陣式鍵盤主要用于按鍵較多的場合，也稱行列式鍵盤。 由于只需要一個(gè)鍵控制復(fù)位裝置，所以選擇獨(dú)立式鍵盤。 報(bào)警電路是由一個(gè)三極管、一個(gè) 74ALS08芯片和蜂鳴器組成。當(dāng)溫度值在設(shè)定的范圍時(shí)，單片機(jī) AT89C52 不發(fā)出動(dòng)作命令，當(dāng)超出溫度設(shè)定值值，單片機(jī)發(fā)出動(dòng)作命令，使三極管導(dǎo)通從而發(fā)出蜂鳴聲進(jìn)行報(bào)警來提醒操作人員實(shí)施相應(yīng)的補(bǔ)救措施。 14 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 控制單元電路設(shè)計(jì) ： 根據(jù)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)選用 AT89C52 單片機(jī)。 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，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 AT89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。 AT89S52 的標(biāo)準(zhǔn)功能 : 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， 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。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、 中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 引腳特性 AT89S51 單片機(jī)為 40引腳雙列直插式封裝，其引腳排列和邏輯符號(hào)如圖 31所示。 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P0 端口寫“ 1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash 編程時(shí)， P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序 校驗(yàn)時(shí)，輸出指 15 令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個(gè)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(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫“ 1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外 部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如下： 圖 31 AT89C52引腳圖 引腳號(hào)第二功能 T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)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） 16 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 P2 口： P2 口是一個(gè)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(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯