【文章內(nèi)容簡介】 測中具有重要作用。高分子氣體傳感器具有對特定氣體分子靈敏度高 ,選擇性好 ,且結(jié)構(gòu)簡單 ,能在常溫下使用 ,可以彌補其它氣體傳感器的不足。 5 電化學傳感器 這類傳感器由膜電極和電解液灌封而成。氣體濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子 ,通過電極將信號傳出。它的優(yōu)點是 :反映速度快、準確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測 ,但壽命較短大于等于兩年。它主要適用于毒性氣體的檢測。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。 MQ2 傳感器簡介 MQ2 傳感器概述 MQ2 是鄭州煒盛電子科技有限公司生產(chǎn)的可燃氣體傳感器 ,對一氧化碳、甲烷 ,液化石油氣具有很高的靈敏度和良好的選擇性。具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 ,驅(qū)動電路簡單 ,較大的電信號輸出。應用于家庭和生產(chǎn)環(huán)境下的一氧化碳探測裝置 ,適宜于一氧化碳、煤氣 ,液化石油氣等的探測。 MQ2 傳感器詳細說明 MQ2 型氣敏元件的敏感層是用非常穩(wěn)定的二氧化錫制成的。因此 ,它具有優(yōu)秀的長期穩(wěn)定性 ,在正常使用條件下 ,其使用壽命可達 5 年。 圖 21 給出了 MQ2 元件對不同氣體的靈敏度特性。溫度為 20 攝氏度 ,濕度為 65%,氧氣濃度為 21%,RLl0k,Ro為 1000ppmLPG(液化石油氣 )中氣敏元件電阻 ,Rs 為不同氣體不同濃度下氣敏元件電阻。 圖 21 MQ2 靈敏度特性曲線 MQ2 工作原理 : 傳感器的表面電阻 Rs 是通過與其串聯(lián)的負載電阻 RL 上的有效電壓信號VRL 輸出而獲得的。二者之間的關系為 : 公式 (31) 圖 22 為負載測試曲線圖 ,是利用測試回路測得在傳感器由潔凈空氣轉(zhuǎn)移至一氧化碳或甲烷氣氛中時 ,RL 上的信號輸 出變化情況 ,輸出信號的測定是在一個完整的加熱周期或在兩個完整的加熱周期內(nèi)測得。 圖 22 負載測試曲線圖 第 3 章 可燃性氣體報警控制器的硬件設計 可燃性氣體檢測報警器的設計 在可燃性氣體報警控制器的設計中 ,單片機是儀表的核心部件。它一方面接收傳感器檢測到的可燃性氣體濃度所對應的模擬電壓信號 ,另一方面要對這一信號進行處理 ,控制報警、控制電路進行相應操作 ,與此同時判斷是否收到外部中斷請求。在單片機所實現(xiàn)的這些功能中 ,特別是信號處理部分 ,需要單片機有較快的運行速度 ,才能對現(xiàn)場氣體濃度做出快速、準確 的檢測 ,進行相應的處理。同時考慮選擇低價實用的機型 ,并為制同一系列的低功耗產(chǎn)品做準備。根據(jù)多方面的比較 ,本設計選用生產(chǎn)的 STC89C52 系列單片機作為報警器的核心控制器。 首先 ,可燃性氣體濃度信號通過 MQ2 氣體傳感器將可燃性氣體濃度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號 ,經(jīng)過前置放大電路后 ,經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換 ,輸出一個適合單片機接收的電壓信號 ,然后 ,送入 STC89C52 中 ,線性化數(shù)據(jù)處理后 ,將電壓信號轉(zhuǎn)化成對應的十六進制濃度值。最后 ,將濃度值送入 LED 數(shù)碼管顯示。當檢測到的可燃性氣體濃度超出上限報警設定值時 ,報警器發(fā)出聲音 報警 ,同時繼電器啟動驅(qū)動排氣裝置 ,實現(xiàn)排氣系統(tǒng)的自動控制。 可燃性氣體檢測報警器的結(jié)構(gòu) 可燃性氣體報警控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 31 所示 ,系統(tǒng)以 STC89C52 單片機為核心 ,配合外圍電路共同完成信號采集、濃度顯示、聲音報警、自動控制等功能。 通過預設氣體濃度 ,MQ2 傳感器進行檢測氣體濃度 ,假如超過預設氣體濃度時 ,將發(fā)出聲音報警 ,并自動啟動排氣裝置。 圖 31 可燃性氣體報警控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu) STC89C52 系列單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點 STC89C52 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 存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術(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 STC89C52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 [2]。 STC89C52 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(jié)構(gòu) ,全雙工串行 口 ,片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外 ,STC89C52 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(jié) ,單片機一切工作停止 ,直到下一個中斷或硬件復位為止。其引腳電路如圖 32 所示 ,STC89C52 主要性能有以下幾點 : 與 MCS51 單片機產(chǎn)品兼容 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作 :0Hz~33Hz 三級加密程序存儲器 32 個可編程 I/O 口線 三個 16 位定時器 /計數(shù)器 八個中斷源全雙工 UART 串行通道 低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒 看門狗定時器 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標識符 圖 32 STC89C52 引腳圖 可燃性氣體報警控制器的電路設計 A/D 轉(zhuǎn)換電路 ADC0809 芯片為 28 引腳為雙列直插式封裝 ,其引腳排列見圖 。 對 ADC0809 主要信號引腳的功能說明如下 : IN7~IN0??模擬量輸入通道 ALE??地址鎖存允許信號。對應 ALE 上跳沿 ,A、 B、 C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 START??轉(zhuǎn)換啟動信號。 START 上升沿時 ,復位 ADC0809。START 下降沿時啟動芯片 ,開始進行 A/D 轉(zhuǎn)換 。在 A/D 轉(zhuǎn)換期間 ,START 應保持 低電平。本信號有時簡寫為 ST. A、 B、 C??地址線。 通道端口選擇線 ,A 為低地址 ,C 為高地址 ,引腳圖中為 ADDA,ADDB 和 ADDC。其地址狀態(tài)與通道對應關系見表 91。 CLK??時鐘信號。 ADC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路 ,所需時鐘信號由外界提供 ,因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為 500KHz 的時鐘信號 EOC??轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。 EOC0,正在進行轉(zhuǎn)換 。EOC1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標志 ,又可作為中斷請求信號使用。 D7~D0??數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式 ,可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。 D0 為最低位 ,D7 為最高 OE??輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE0,輸出數(shù)據(jù)線呈高阻 。OE1,輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 Vcc?? +5V 電源。 Vref??參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較 ,作為逐次逼近的基準。其典型值 為 +5VVref++5V, Vref5V. 圖 35 A/D 轉(zhuǎn)換電路 VIN1 采集傳感器輸出的信號電壓信號 ,當采集的電壓超過 時 ,即表示濃度超過約 45%時 ,系統(tǒng)將發(fā)生報警。 STC89C52 單片機接口電路 STC89C52 采用 PQFP 貼片式的封裝形式 ,有 40 個管腳。根據(jù)單片機制作的原理以及報警器實現(xiàn)的功能 ,其接口電路主要分為五個部分。 STC89C52 單片機接口電路如圖 33 所示。 圖 36 STC89C52 單片機接口電路 1 復位模塊 復位操作可以使單片機初始化 ,也可以使死機狀態(tài)下的單片機重新啟動 ,因此非常重要。為可靠起見 ,電源上電穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時 ,才能撤銷復位信號 ,以防電源開關或電源插頭分一合過程中引起的抖動而影響復位。在本設計中 ,采用的是阻容 RC 上電復位電路 ,通過電容加到 RST 端上一個高電平復位信號 ,高電平持續(xù)時間取決于 RC 電路參數(shù)。為了保證系統(tǒng)能可靠地復位 ,RST 端上高電平信號必須有足夠長的時間。 2 系統(tǒng)時鐘模塊 時鐘電路產(chǎn)生單片機的工作時序脈沖 ,是單片機正常工作的關鍵。本次設計中采用外部獨立時鐘震蕩器所產(chǎn)生的時 鐘信號。在 STC89C52 的 18 腳 XTAL1和 19 腳 XTAL2 外接 12M 的晶體 ,同時并連 2 個 22pF 的電容 ,產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘。 3 顯示模塊 由 STC89C52 的 32~39 腳以及 21~26 腳構(gòu)成濃度顯示輸出信號。本次設計中采用的是動態(tài)顯示的方法進行濃度顯示。 4 聲音報警模塊 由 STC89C5242 的 11 腳 TXD 實現(xiàn)聲音報警控制。當可燃性氣體濃度超過限定值時 ,揚聲器發(fā)出鳴叫報警 ,同時啟動 54 繼電器。 聲音報警電路當可燃性氣體濃度超過限定值時 ,揚聲器發(fā)出鳴叫報警。圖 37 聲音報警控制電路 聲音報警電路如圖 37