【文章內(nèi)容簡介】 一是正在從單一的制造業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)槲镔|(zhì)生產(chǎn)與知識生產(chǎn)，裝備制造與系統(tǒng)集成，硬件制造與軟件制造，工業(yè)生產(chǎn)與信息服務(wù)相結(jié)合的現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)；二是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，企業(yè)結(jié)構(gòu)，運行機制，管理模式等方面發(fā)生了深刻變化；三是我國信息產(chǎn)業(yè)成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)和先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，是新世紀(jì)的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，為國民經(jīng)濟和社會信息化建設(shè)提供主要技術(shù)和物質(zhì)支撐。 報警器技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的特點是：基礎(chǔ)、應(yīng)用兩頭依附；技術(shù)、投資兩個密集；產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)兩大分散?；A(chǔ)、應(yīng)用兩頭依附，是指報警器技術(shù)的發(fā)展依附于敏感機理、敏感材料、工藝設(shè)備和計測技術(shù)這四塊基石。敏感機理千差萬別，敏感材料多種多樣，工藝設(shè)備各不相同，計測技術(shù)大相徑庭，沒有上述四塊基石的支撐，報警器技術(shù)難以為繼。 應(yīng)用依附是指報警器技術(shù)基本上屬于應(yīng)用技術(shù)，其市場開發(fā)多依賴于檢測裝置和自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用，才能真正體現(xiàn)出它的高附加效益并形成現(xiàn)實市場。也即發(fā)展報警器技術(shù)要以市場為導(dǎo)向，實行需求牽引。技術(shù)、投資兩個密集技術(shù)密集是指報警器在研制和制造過程中技術(shù)的多樣性、邊緣性、綜合性和技藝 性。它是多種高技術(shù)的集合產(chǎn)物。由于技術(shù)密集也自然要求人才密集。投資密集是指研究開發(fā)和生產(chǎn)某一種報警器產(chǎn)品要求一定的投資強度，尤其是在工程化研究以及建立規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)線時，更要求較大的投資。增加投資和正確的投資方向是提高報警器產(chǎn)業(yè)水平的主要條件之一，也是企事業(yè)決策者謀求最佳經(jīng)濟效益的重要手段。產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)兩大分散，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)河北工程大學(xué)畢業(yè)論文 4 業(yè)結(jié)構(gòu)的兩大分散是指報警器產(chǎn)品門類品種繁多，生產(chǎn)、研究單位分布在除地方外有 12 個部委（電子、機械、科學(xué)院、航空航天、教委、冶金、船舶、鐵道、輕工、化工、煤炭等），其應(yīng)用滲透到各個產(chǎn)業(yè)部門，它 的發(fā)展既是各產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動力。只有按照市場需求，不斷調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，才能實現(xiàn)報警器產(chǎn)業(yè)的全面、協(xié)調(diào)、持續(xù)發(fā)展。 在國家的支持下，“八五”以來，我國的報警器技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)取得了長足進步。 在學(xué)術(shù)交流方面， 1989 年 10 月由敏感元器件與報警器分會發(fā)起主辦的“STC〃 89 首屆全國敏感元件與報警器學(xué)術(shù)會議”已延續(xù)至今，固定每兩年召開一次，每逢活動不但國內(nèi)學(xué)者、企業(yè)家云集且有不少其它國家的人士參加。目前，其論值組織機構(gòu)為：“全國敏感元件與報警器學(xué)術(shù)團體聯(lián)合組織委員會”。 在原電子工業(yè)部的努力及敏感元器件 與報警器分會的積極組織下，實施的“雙加工程”即：加快力度加快發(fā)展，的方針指導(dǎo)下，建立了我國敏感元器件與報警器生產(chǎn)基地。這三大基地分別為： “安徽基地”，主要是建立力、光敏規(guī)模經(jīng)濟。 “陜西基地”， 1990 年 2 月成立了“陜西省敏感技術(shù)產(chǎn)業(yè)集團公司”主要是建立電壓敏、熱敏、汽車電子規(guī)模經(jīng)濟為主要目標(biāo)。 “黑龍江基地”主要建立氣、濕敏規(guī)模經(jīng)濟為主要目標(biāo)。 多年來，三大基地在發(fā)展過程中雖然興衰不一，歷史地看，它對我國敏感元件與報警器行業(yè)的建設(shè)起到了一定的推動作用。 “九五”期間報警器技術(shù)研究國家重點科技攻關(guān)項目取得 了 51個品種 86個規(guī)格的新產(chǎn)品。初步建立了敏感元件與報警器產(chǎn)業(yè)。 產(chǎn)品已進入到億萬人民的家庭生活中，并已在國民經(jīng)濟各部門和國防建設(shè)中得到一定應(yīng)用。 近年來，在研發(fā)主力軍的建設(shè)方面，主要表現(xiàn)在：建立了“傳感技術(shù)國家重點實驗室”、“微米 /納米國家重點實驗室”、“國家傳感技術(shù)工程中心”等研究開發(fā)基地。 全國已有 1688 家企事業(yè)從事報警器的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用，其中從事 MEMS研制生產(chǎn)的已有 50 多家。目前全行業(yè)正在執(zhí)行“十五”規(guī)劃， MEMS 等 5 項新型報警器已列入研究開發(fā)的重點；國家計委決定從 2021 年開始組織實施的新型電子元器件產(chǎn)業(yè)化專項中有 5 項新型敏感元件與報警器已經(jīng)啟動；一些省、市新建立的“報警器產(chǎn)業(yè)基地”、“ MEMS 科技股份有限公司”，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。 河北工程大學(xué)畢業(yè)論文 5 第 2章 單片機相關(guān)知識介紹 單片機中斷與復(fù)位 單片機中斷系統(tǒng) 1. 中斷的概念 中斷是通過硬件來改變 CPU 程序運行的方向。計算機在執(zhí)行程序的過程中，由于 CPU 以外的某種原因，有必要盡快中止當(dāng)前程序的執(zhí)行，而去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，在處理結(jié)束后，再回來繼 續(xù)執(zhí)行被中止了的源程序。這種程序在執(zhí)行過程中由于外界的原因而被中間打斷的情況稱為“中斷”。 2. 89C51 的中斷系統(tǒng) 89C51 的中斷系統(tǒng)主要由幾個與中斷有關(guān)的特殊功能的寄存器，中斷入口，順序查詢邏輯電路等組成。與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器有四個，分別為中斷源寄存器（即專用寄存器 TCON 和 SCON 的相關(guān)位），中斷允許控制寄存器 IE 和中斷優(yōu)先級控制寄存器 IP。 89C51 單片機有 5 個中斷源，可提供兩個中斷優(yōu)先級，即可實現(xiàn)二級中斷嵌套。 5 個中斷源的排列順序由中斷優(yōu)先級控制寄存器 IP 和順序查詢邏輯電路共同決定。 5 個中斷源對應(yīng) 5 個固定的中斷入口地址。 (1) 中斷請求源： 外部中斷請求源：即外中斷 0 和 1，經(jīng)由外 部引腳引入的，在單片機上有兩個引腳，名稱為 INT0、 INT1，也就是 、 這兩個引腳。在內(nèi)部的 TCON 中有四位是與外中斷有關(guān)的。 IT0： INT0 觸發(fā)方式控制位，可由軟件進和置位和復(fù)位， IT0=0， INT0為低電平觸發(fā)方式， IT0=1， INT0 為負跳變觸發(fā)方式。 IE0： INT0 中斷請求標(biāo)志位。當(dāng)有外部的中斷請求時，這位就會置 1（這由硬件來完成），在 CPU 響應(yīng)中斷后，由硬件將 IE0 清 0。 IT IE1 的用途和 IT0、 IE0 相同。 (2)內(nèi)部中斷請求源： TF0：定時器 T0 的溢出中斷標(biāo)記，當(dāng) T0 計數(shù)產(chǎn)生溢出時，由硬件置位TF0。當(dāng) CPU 響應(yīng)中斷后，再由硬件將 TF0 清 0。 TF1：與 TF0 類似。 TI、 RI：串行口發(fā)送、接收中斷。 河北工程大學(xué)畢業(yè)論文 6 (3) 中斷允許寄存器 IE 中斷的允許或禁止是由片內(nèi)可進行位尋址的 8位中斷允許寄存器 IE 來控制的。見表 21 表 21 8 位中斷允許寄存器 EA X X ES ET1 EX1 ET0 EX0 其中 EA 是總開關(guān)，如果它等于 0，則所有中斷都不允許。 ES－串行口中斷允許 ET1－定時器 1 中斷允許， EX1－外中斷 1 中斷允許。 ET0－定 時器 0 中斷允許， EX0－外中斷 0 中斷允許。 (4)五個中斷源的自然優(yōu)先級與中斷服務(wù)入口地址 外中斷 0： 0003H 定時器 0： 000BH 外中斷 1： 0013H 定時器 1： 001BH 串口 ： 0023H 它們的自然優(yōu)先級由高到低排列。 中斷優(yōu)先級中由中斷優(yōu)先級寄存器 IP 來置值的 ， IP 中某位設(shè)為 1，相應(yīng)的中斷就是高優(yōu)先級，否則就是低優(yōu)先級。 X X X PS PT1 PX1 PT0 PX0 單片機復(fù)位電路 復(fù)位是單片機的初始化操作 ,其主要功能是把 PC 初始化位 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。 除 PC 之外，復(fù)位操作還對其它一些專用寄存器有影響，他們的復(fù)位狀態(tài)如下； PC 0000H TCON 00H ACC 00H TLO 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0—P3 0FFH SCON 00H IP xx000000B SBUF 不定 IE 0x000000B PCON 0xx0000B TMOD 00H 復(fù)位操作還對單片機的個別引腳信號有影響，例如把 ALE 和 PSEN 信號河北工程大學(xué)畢業(yè)論文 7 變?yōu)闊o效狀態(tài)，即 ALE = 0， PSEN = 1。 本實驗采用按鍵電平復(fù)位方式，晶振為 12MHz， R1 為 200Ω， R2 為 2K，C 為 10uF。復(fù)位電路雖然簡單 ,但其作用非常重要。一個單片機是否正常工作，首先要檢查是否能復(fù)位成功。 AT89C51 單片機對 ADC0809 的接口 MCS51 與 ADC 接口時必須弄清并處理好三個問題 : 1．要給 START 線送一個 100ns 寬的啟 動正脈沖 。 2. 獲取 EOC 線上的狀態(tài)信息 ,因為它是 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束標(biāo)志 。 “三態(tài)輸出鎖存器 ”分配一個端口地址，也就是給 OE 線上送一個地址譯碼器輸出信號。 MCS51 和 ADC 接口通?？梢圆捎貌樵兒椭袛鄡煞N方式。采用查詢法傳送數(shù)據(jù)時 MCS51 應(yīng)對 EOC 線查詢它的狀態(tài)：若它為低電平，表示 A/D 轉(zhuǎn)換正在進行，則 MCS51 應(yīng)當(dāng)繼續(xù)查詢；若查詢到 EOC 變?yōu)楦唠娖?，則給OE 線送一 個高電平，以便提取 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。采用中斷方式傳送數(shù)據(jù)時， EOC 線作為 CPU 的中斷請求輸入線。 CPU 響應(yīng)中斷后，應(yīng)字中斷服務(wù)程序中使 OE 線變?yōu)楦唠娖?，以提?A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 MCS51 對 ADC0809 的接口 ADC0809內(nèi)部有一個 8位 “三態(tài)輸出鎖存器 ”可以鎖存 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，故它本身既可看作一種輸入設(shè)備，也可認為是并行 I/O 接口芯片。因此，ADC0809 可以直接和 MCS51 接口，當(dāng)然也可通過像 8255 這樣的其他芯片連接。但在大多數(shù)情況下， 51 系列單片機是和 ADC0809 直接相連的 AT89C51 的介紹 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，內(nèi)置功能強大的微型計算機的 AT89C51 提供了高性價比的解決方案。 AT89C51 是一個低功耗高性能單片機， 40 個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口， AT89C51 可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。河北工程大學(xué)畢業(yè)論文 8 其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié) 合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 河北工程大學(xué)畢業(yè)論文 9 第 3章 硬件部分的設(shè)計及調(diào)試 硬件部分的設(shè)計 系統(tǒng)的組成 整個報警器由三個部分組成：濃度檢測及顯示模塊。主控模塊和報警及事故處理模塊。系統(tǒng)的組成框圖如圖 34 所示。 圖 34 系統(tǒng)組成框圖 系統(tǒng)各模塊功能 系統(tǒng)采用三點單獨檢測的方法 ,可用來巡回檢測三個不同的房間 。也可用來巡回檢測同一個房間的不同方位 .檢測器件選用高溫一氧化碳氣體傳感器(GSA1),該傳感器對一氧化碳具有 很高的靈敏度 ,穩(wěn)定性和抗?jié)裥粤己?,加活性碳罩后 ,可防止乙醇等有機氣體的干擾 .檢測結(jié)果經(jīng)高精度運放器 OP07 放大后 ,送入 ADC0809 模 P 數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進行模 )數(shù)轉(zhuǎn)換 ,單個傳感器檢測電路圖如圖 5。 在本設(shè)計中，另一重要模塊就是 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。因為模擬信號不能直接送往單片機進行處理，必須進行 A/D 轉(zhuǎn)換。模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程有四個階段，即：采樣，保持，量化和編碼。 本設(shè)計利用 ADC0809 實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。 ADC0809 是 8 位逐次漸進型的 A/D轉(zhuǎn)換器，它采用 COMS 工藝 20 個引腳雙列直插式封裝，它 有三態(tài)瑣存器，直接驅(qū)動數(shù)據(jù)總線，與微機相連時不需要附加接口電路。 工作狀態(tài)設(shè)置 氣體濃度檢測 AT89C51 濃度顯示 報警控制 故障處理 河北工程大學(xué)畢業(yè)論文 10 ADC0809 的主要性能如下： 1．分辨率為 8 位。 2．最大轉(zhuǎn)換誤差為 1LSB。 3．轉(zhuǎn)換時間為 100uS。 4．邏輯點平與 COMS 和 TTL 相兼容。 5． +5V 單電源供電。 6．可對 0 到 +5V 的輸入模擬信號進行轉(zhuǎn)換。 圖 35 A/D 轉(zhuǎn)換模塊引腳圖 程序中預(yù)采用模數(shù)轉(zhuǎn)換電路由 ADC0809 芯片組成 ,三路檢測結(jié)果從 IN0、IN IN2 輸入 ,轉(zhuǎn)換順序由 ADDA、 ADDB、 ADDC 控制 ,轉(zhuǎn)換結(jié)果送單片機P0 口供單 片機進行數(shù)據(jù)處理。 由 P0 口輸入的數(shù)據(jù) ,在單片機內(nèi)部進行標(biāo)度變換后 ,從單片機的串行口輸出進行顯示 .系統(tǒng)的工作狀態(tài)和氣體濃度 ,采用 LED 數(shù)碼管顯示 ,每 30 秒刷新一次 .為了不再擴展 IPO 口 ,系統(tǒng)采用串行口的移位功能擴展為 4 位靜態(tài)顯示電路 .第一位為系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示 ,后三位為一氧化碳氣體濃度顯示 .當(dāng)?shù)谝晃粸?“00”時 ,表示系統(tǒng)工作在三點巡回檢測同一個房間狀態(tài) 。為 “8”時表示系統(tǒng)工作在三點巡回檢測同一個房間正常工作狀態(tài) 。為 “1”、 “2”、 “3”時表示系統(tǒng)工作在單獨檢測狀態(tài) ,此時后三位顯示的數(shù)據(jù)分別為第 1 號、第 2 號、第 3 號傳感器所檢測到的一氧化碳氣體濃度。濃度顯示單位為 為串行輸入 ,并行輸出寄存器 ,當(dāng) =1 且 AT89C51 的 TXD 端有輸出時 ,74LS164 接收串行數(shù)據(jù) ,更新顯示 。當(dāng) =0 時 ,顯示的內(nèi)容不變。 河北工程大學(xué)畢業(yè)論文 11 系統(tǒng)采用單片機進行控制 ,選用 AT89C51 單片機 .該單片機為 ATMEL 公司 的產(chǎn)品 ,其指令系統(tǒng)完全與 8031/8051 兼容 ,內(nèi)帶 4K 字節(jié)的內(nèi)存和程序保護系統(tǒng) ,便于程序的調(diào)試修改和保密 ,各管腳的功能如下 : 1)ALE 端的功能 :ALE 端與 ADC0809 的 CLOCK 相連 ,為 ADC0809 輸入時鐘脈沖 . 2)P0 口的功能 :P0 口與 ADC0809 的數(shù)據(jù)輸出口相連 ,接收 APD 轉(zhuǎn)換結(jié)果 . 3)P1 口的功能 : 端接工作狀態(tài)控制開關(guān) ,開關(guān)閉合時 ,系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài) 。 端外接的開關(guān)為三點巡回測量同一個房間控制開關(guān) ,當(dāng)開關(guān)閉合時有效 。~ 端接 ADC0809 的 ADDA、 ADDB、 ADDC 三端 ,控制ADC0809 的八路模擬輸入轉(zhuǎn)換 . 4)P2 口的功能 : 端與 WR 端通過外接的與門求反后與 ADC0809 的START 和 ALE 相連 ,用以啟動 APD 轉(zhuǎn)換 ,且將 8 路 地址鎖存 。 端與 RD 端通過外接的與門求反后與 ADC0809 的 OE 端相連 ,用以允許將 APD 轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出 ,讓單片機讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 。 端用作系統(tǒng)音樂報警信號控制端 ,高電平有效 。 端用作排風(fēng)扇啟動信號控制端 ,高電平有效 。 端用作電磁閥啟動信號控制端 ,高電平有效 . 5)P3 口的功能 :、 端和 端用于控制系統(tǒng)的顯示輸出 . 當(dāng)氣體濃度超過允許值時 ,該模塊動作 ,發(fā)出警報信號并根據(jù)不同情況進行事故處理 . 端為音樂控制端 , 端為電磁閥啟動控制端 , 為排風(fēng)扇控制端 ,均為高電平有效 .為防止市電對系統(tǒng)的干擾 , 和 端都經(jīng)過光電耦合管對電磁閥和排風(fēng)扇進行控制 . 系統(tǒng)各模塊之間的接線圖如圖 6 所示 . 圖 5 單個傳感器電路圖 河北工程大學(xué)畢業(yè)論文 12 系統(tǒng)的控制 1．系統(tǒng)要求設(shè)置正常工作狀態(tài) ,除正常工作狀態(tài)外，電磁閥要求處于關(guān)閉狀態(tài) ,以切斷煤氣通道 ,防止煤氣外泄。 2．在