【文章內(nèi)容簡介】 值隨氣體濃度的增大而增大。 本設(shè)計用 SnO2(MQ2 氣體傳感器 )氣敏元件，它是由 的晶體集合而成，這種晶體是作為 N型半導(dǎo)體而工作的。在正常情況下，是出于氧離子缺位的狀態(tài)。當(dāng)遇到離解能較小且易于失去電子的可燃性氣體分子時，電子從氣體分子向半導(dǎo)體遷移，半導(dǎo)體的載流子濃度增加，因此電導(dǎo)率增加。而對于 P型半導(dǎo)體來說，它的品格是陽離子缺位狀態(tài)，當(dāng)遇到可燃性氣體時其電導(dǎo)率則減小。 SnO2在溫室下雖能吸附氣體，但其電導(dǎo)率變化不大。但當(dāng)溫度增 加后，電導(dǎo)率就發(fā)生較大的變化，因此氣敏元件在使用時需要加溫。 封裝好的氣敏元件有 6只針狀管腳，其中 4個用于信號取出， 2 個用于提供加熱電流。 MQ2氣敏元件的結(jié)構(gòu)外形及測量電路如圖 所示： 15 MQ2氣體傳感器 標(biāo)準(zhǔn)工作條件： Vc 回路電壓 ≤ 15V AC or DC VH 加熱電壓 177。 AC or DC RL 負載電阻可調(diào) RH 加熱電阻 31Ω 177。 3Ω 溫室 PH 加熱功耗 ≤ 900mW Rs 敏感體表面電阻 3KΩ 30KΩ （ 1000ppm 異丁烷） 探測濃度范圍： 100ppm1000ppm 液化氣和丙烷 300ppm5000ppm 丁烷 5000ppm20210ppm 甲烷 300ppm5000ppm 氫氣 標(biāo)準(zhǔn)工作條件溫度： 20℃ 177。 2℃ Vc： 177。 相對濕度： 65%177。 5% Vh： 177。 響應(yīng)時間約為 10 秒，恢復(fù)時間約為 30 秒 ~60秒。 MQ2 放置一段時間后，再通電使用時，阻值是先下降，然后又上升，通電大約 10 分鐘后（叫初期穩(wěn)定時間），才能穩(wěn)定到與氣氛狀態(tài)相應(yīng)的阻值。為了避免 16 通電開始時的誤報動作，本設(shè)計在單片機內(nèi)部特別設(shè)置十幾分鐘的延遲電路。 2 煤氣檢測電路 MQ2 型氣敏元件對不同種類、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，靈敏度的調(diào)整是很重要的。本設(shè)計中 RP2 為靈敏度調(diào)整電阻。 本設(shè)計煤氣檢測原理圖（圖 ）：當(dāng)空氣中不含有煤氣或煤氣含量低于設(shè)定值時， MQ2 電阻值很大，使得 RP2 上的分壓很小，進入 74LS04 的電壓為低電平，因此單片機中斷入口的輸入信號一直保持為高電平，不能觸發(fā)單片機中斷服務(wù)程序。當(dāng)空氣中煤氣含量超過預(yù)警值時， MQ2 電阻減小，負載 RP2 上分壓變大， 74LS04輸入由低電平變?yōu)楦唠娖剑?jīng)反向后，單片機 INT0 口得到一下將沿 ，進入中斷服務(wù)程序，抽油煙機啟動并報警。 油煙檢測 對油煙蒸氣 的檢測選用熱敏電阻，熱敏電阻的主要特點是： （ 1） 靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬打 10~100 倍以上，能檢測出 106℃ 的溫度變化； （ 2） 工 17 作溫度范圍寬，常溫器件適用于 55℃ ~315℃ ； （ 3） 體積小，能夠測量其他溫度計無法測量的空隙、腔內(nèi)及生物體內(nèi)血管的溫度； （ 4） 使用方便，電阻值可在 ~100KΩ 間任意選擇； （ 5） 易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)； （ 6） 穩(wěn)定性好、過載能力強。 1 熱敏電阻的選擇 熱敏電阻分三類 ：在某一溫度 下電阻急劇增加、具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻PTC（ Positive Temperature Coeff1Cient），隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻 NTC（ Negative Temperature Coeff1Cient），具有負電阻突變特性，在某一溫度下，電阻值隨溫度的增加激劇減小的臨界溫度熱敏電阻 CTR（ Critical Temperature Resistor） ,具有很大的負溫度系數(shù)。 本設(shè)計選用 NTC 負溫度系數(shù)熱敏電阻，它是以錳、 鈷、鎳 和銅等金屬氧化物為主要材料，采用陶瓷工藝制 造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，因為在導(dǎo)電方式上完全類似 鍺 、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時，這些氧化物材料的載流子（電子和空穴）數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低， NTC 熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在 100~1000000歐姆，溫度系數(shù) 2%~%。 NTC 熱敏電阻器可廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫度補償、抑制浪涌電流等場合。 電阻值和溫度變化的關(guān)系式為： 在溫度 T（Ｋ） 時的 NTC 熱敏電阻阻值。根據(jù)國際規(guī)定，額定零功率電阻值時NTC 熱敏電阻在基準(zhǔn)溫度 25℃ 時測得 的電阻值 R25。 RN：在額定溫度 TN（ K） 時的 NTC 熱敏電阻 阻值。 T：為ｔ （℃ ） +，規(guī)定溫度（ K） 。 B： NTC 熱敏電阻的材料常數(shù)，又叫熱敏指數(shù)。 Exp：以自然數(shù) e為底的指數(shù)（ e=? ）。 18 2 油煙檢測電路設(shè)計 負溫?zé)崦綦娮柽x型： NTCMF5A 其參數(shù)為： R25℃ ： 10K177。 1%， 熱敏指數(shù)： B25/50:3950177。 1% 設(shè) 45℃ 為 抽油煙機的最低啟動溫度， 由 進行計算： R45℃ = 調(diào)節(jié) RP1 的電阻值為 ，當(dāng)空氣中油煙蒸汽含量較低時，空氣溫度偏低，熱敏電阻 RT＞ RP1， R R7上獲得的分壓 Vr6＜ Vr7，因此 IN+＜ IN，電壓比較器LM324 輸出低電平，熱敏電阻阻值較大。 當(dāng)空氣中含有大量油煙蒸汽式，溫宿隨之升高， NTCMF5A 電阻率增大，當(dāng)熱敏電阻的溫度超過 45℃ 時， RT＜ RP1， IN+＞ IN， LM324 由低電平變?yōu)楦唠娖?，?jīng)74LS04 反向后，單片機 口得到低電平，然后被單片機檢測到，進入相應(yīng)的子函數(shù)。電極啟動后每隔約 120 秒進行一次溫度檢測，以免繼電器頻繁通斷。 19 按鍵輸入 1 按鍵說明 鍵盤輸入 采用中斷掃描方式，可以節(jié)省 CPU大量時間，這種辦法的實質(zhì)是，當(dāng)沒有鍵入操作時， CPU 不對鍵盤進行掃描，以節(jié)省大量的時間對系統(tǒng)進行監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理，一旦鍵盤輸入，即可向 CPU 申請中斷， CPU 響應(yīng)中斷后，立刻轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序，對鍵盤進行掃描，判別鍵盤上閉合鍵的鍵號，并作相應(yīng)的處理。 該系統(tǒng)鍵盤采用開關(guān)式鍵盤，也稱線性鍵盤，各鍵時相互獨立的，當(dāng)某個鍵按下時，該鍵所對應(yīng)的口線的電位就有高電平變?yōu)榈碗娖剑?CPU訪問并查詢所有接鍵口線，即可識別是哪一個鍵按下。 各功能鍵設(shè)置如表 ： 表 功能鍵說明 S1 S2 S3 S4 S5 S6 手動開 /關(guān) +10 定時 10 自動運行 取消報警 各功能鍵介紹： 定時：鍵入此鍵，單片機開啟定時功能默認定時時間為 40分鐘。 +10/10：定時輔助鍵，通過加減 10分鐘確定自己要定的時長。 手動開 /關(guān)：認為的對抽油煙機開動或關(guān)閉。 自動運行：系統(tǒng)自動檢測煤氣和煙氣，并作相應(yīng)的控制。 取消報警：取消煤氣泄漏報警。 另外設(shè) S7為系統(tǒng)復(fù)位鍵。 按鍵都是利用機械觸點的合、斷作用來實現(xiàn)信息輸入的。當(dāng)按鍵開關(guān)的觸點自合或斷開到其穩(wěn)定狀態(tài)，會產(chǎn)生一個短暫的抖動和彈跳，這是機械式開關(guān)的一個共同性問題，抖動時間的長短，與 開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般為 520ms，為了避免單片機多次處理按鍵的一次閉合，僅作一個按鍵輸入出路，必須消除抖動干擾。有鍵按下通常去抖動干擾可以采用硬件方法，也可采用軟件延時的方法。通常在按鍵較少的情況下采用硬件方法，當(dāng)按鍵數(shù)目較多時則常采用軟件延時的方 20 法來消除干擾。硬件方法是通過如濾波電器、雙穩(wěn)態(tài)電路等實現(xiàn)。軟件方法是在檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一個 10ms 的延時程序后再確認該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀態(tài)電平則確認為真正鍵按下狀態(tài)，從而消除了抖動干擾。 2 按鍵接口電路 如圖 所示，沒有鍵按下時， P10~P15 口輸入均為 1，同時經(jīng)八輸入與非門（ 74LS30 本設(shè)計只用六個口）及反相器，輸出一高電平到 51 單片機的 /INT1 引腳，此時不申請中斷。一旦有鍵按下，則低電平通過按鍵輸入到 P10~P15 的某一口，同時經(jīng)八輸入與非門輸入到 /INT1 引腳，從而使 /INT1 有效，向 51申請中斷， 51響應(yīng)后，立即轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序，查出鍵號，進一步做相應(yīng)處理。這樣可以節(jié)省大量的空間掃描時間，進而提高計算機的工作效率。 21 系統(tǒng)自動復(fù)位電路 DS1232 是一個具有 看門狗功能的電源檢測芯片，在電源 上電、斷電、電壓瞬間下降和死機時都會輸出一個復(fù)位脈沖，十分適合做為單片機的復(fù)位信號。 主要有以下特點： 具有看門狗功能，可以防止單片機系統(tǒng)死機： 貼片式 8腳封裝（如圖 ）： 輸入給看門狗的脈沖時間間隔可以設(shè)置 ； 具有 5%或 10%的兩種電源檢測精度。 芯片內(nèi)含溫度補償電路， DS1232 的引腳邏輯如圖所示。對所有引腳定義如下： /PBRST引腳 1，復(fù)位鍵連接引腳，直接連接復(fù)位鍵； TD引腳 2，看門狗定時器延時設(shè)置。如果連接到地，輸入給看門狗的脈沖間隔不得大于 150ms；如果不連接，脈沖間隔 不得大于 600ms；如果連接到電源，脈沖間隔不得大于 ； OL引腳 3 ，選擇 5%或 10%的電源檢測精度。如果這個引腳連接到地，當(dāng)電源下降到 時芯片才輸出一個復(fù)位脈沖； GND引腳 4，底線； RST引腳 5，復(fù)位高脈沖輸出引腳； /RST引腳 6，復(fù)位低脈沖輸出引腳； /ST引腳 7，看門狗脈沖輸入，低脈沖有效； 22 VCC引腳 8， 5V電源。 芯片 DS1232 在系統(tǒng)工作時，必須不間斷的給引腳 7 輸入一個脈沖系列，這個脈沖的時間間隔由引腳 2 設(shè)定，如果脈沖間隔大 于引腳 2的設(shè)定，芯片將輸出一個復(fù)位脈沖使單片機復(fù)位。一般將這個功能稱為看門狗，將輸入給看門狗的一系列脈沖稱為“喂狗”。這個功能可以防止單片機系列死機，是非常有用的。 圖 時 DS1232 與單片機連接的原理圖，其中 TD 連接到 5V 電源，因此輸入給看門狗的脈沖間隔不可以超過 秒； TOL 連接到地，因此電源電壓下降到 時就會引起 DS1232 輸出復(fù)位脈沖；把 51單片機的 引腳連接到 DS1232 的 /ST，程序中必須從 引腳輸出一個脈沖系列到 /ST，否則將引起系統(tǒng)復(fù)位。 主控制電路設(shè)計 AT89C51 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，外形及引腳排列如圖 。 23 圖 AT89C51 引腳圖 （ 1） 特征： ○ 1 與 MCS51 兼容 ○ 2 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 ○ 3 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ○ 4 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 ○ 5 三級程序存儲器鎖定 ○ 6 128 8 位內(nèi)部 RAM ○ 7 32 可編程 I/O 線 ○ 8 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 ○ 9 5 個中斷源 ○10 可編程串行通道 ○11低功耗的閑置 和掉電模式 ○12 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 ○13全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz （ 2） 管腳（圖 ）說明： VCC：供電電壓； GND：接地； P0 口： P0 為一個 8 位漏極開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P1 能夠用于外部程序數(shù) 存儲器， 24 它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FLASH 編程中， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個 內(nèi)部提供上拉