【文章內(nèi)容簡介】 與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為 +5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V). 圖 35 A/D轉(zhuǎn)換電路 VIN1 采集傳感器輸出的信號(hào) 電壓信號(hào)，當(dāng)采集的電壓超過 時(shí)，即表示濃度超過約 45%時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)生報(bào)警。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 STC89C52 單 片機(jī)接口電路 STC89C52 采用 PQFP 貼片式的封裝形式 ， 有 40 個(gè)管腳。根據(jù)單片機(jī)制作的原理以及報(bào)警器實(shí)現(xiàn)的功能 ， 其接口電路主要分為 五 個(gè)部分。 STC89C52 單片機(jī)接口電路如圖33 所示。 圖 36 STC89C52 單片機(jī)接口電路 (1) 復(fù)位模塊 復(fù)位操作可以使單片機(jī)初始化 ， 也可以使死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動(dòng) ， 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(shí) ， 才能撤銷復(fù) 位信號(hào) ， 以防電源開關(guān)或電源插頭分一合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。在本 設(shè)計(jì)中 ， 采用的是阻容 RC上電復(fù)位電路 ， 通過電容加到 RST端上一個(gè)高電平復(fù)位信號(hào) ， 高電平持續(xù)時(shí)間取決于RC 電路參數(shù)。為了保證系統(tǒng)能可靠地復(fù)位 ， RST 端上高電平信號(hào)必須有足夠長的時(shí)間。 (2) 系統(tǒng)時(shí)鐘模塊 時(shí)鐘電路產(chǎn)生單片機(jī)的工作時(shí)序脈沖 ， 是單片機(jī)正常工作的關(guān)鍵。本次設(shè)計(jì)中采用外部獨(dú)立時(shí)鐘震蕩器所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)。在 STC89C52 的 18 腳 (XTAL1)和 19腳 (XTAL2)外接 12M 的晶體 ， 同時(shí)并連 2個(gè) 22pF 的電容 ， 產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘。 (3) 顯示模塊 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 由 STC89C52 的 32~39 腳以及 21~26 腳構(gòu)成濃度顯示輸出信號(hào)。本次設(shè)計(jì)中采用的是動(dòng)態(tài)顯示的方法進(jìn)行濃度顯 示。 (4) 聲音報(bào)警模塊 由 STC89C5242的 11腳 (TXD)實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警控制。當(dāng)可燃性 氣體濃度超過限定值時(shí) ，揚(yáng)聲器發(fā)出鳴叫報(bào)警 ， 同時(shí)啟動(dòng) 54 繼電器。 聲音報(bào)警電路 當(dāng)可燃性 氣體濃度超過限定值時(shí) ， 揚(yáng)聲器發(fā)出鳴叫報(bào)警 。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 圖 37 聲音報(bào)警控制電路 聲音報(bào)警電路如圖 37所示 ， 它是由三極管 ， 繼電器 ， 揚(yáng)聲器以及排氣電路構(gòu)成。當(dāng)實(shí)際檢測濃度低于設(shè)定濃度時(shí) ， 三極管不導(dǎo)通 ， 揚(yáng)聲器以及繼電器均不工作 ， 排氣電路處于斷開狀態(tài)；當(dāng) 實(shí)際檢測濃度等于或超過設(shè)定濃度時(shí) ， 通過 和 與單片機(jī)的 連接從而引起電平的變化 ， 都 為 低 電平 ， 三極管導(dǎo)通 ， 在揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲音的同時(shí) ， 繼電器也進(jìn)行工作 ， 而使排氣電路形成閉合回路 ， 達(dá)到自動(dòng)進(jìn)行排氣控制的效果。 顯示電路 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 38 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)碼管由 7 個(gè)發(fā)光二極管組成 ,行成一個(gè)日字形 ,它門可以共陰極 ,也可以共陽極 .通過解碼電路得到的數(shù)碼接通相應(yīng)的發(fā)光二極而形成相應(yīng)的字 ,其工作原理見圖 39。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 圖 39 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 要使數(shù)碼管顯示 0— 9這 10個(gè)數(shù)字，只要控制其相應(yīng)的管腳所接發(fā)光二極管點(diǎn)亮便可完成。若要使數(shù)碼管顯示一個(gè)“ 3”字，只需控制其“ a、 b、 c、 d、 g”這幾個(gè)發(fā)光管點(diǎn)亮即可。由于數(shù)碼管內(nèi)是沒有限流電阻的，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，必須對每一段發(fā)光管回路中串一限流電阻，否則極容易損壞數(shù)碼管。 本設(shè)計(jì)中數(shù)碼管用于顯示當(dāng)前的外界氣體濃度。 燈 光報(bào)警 燈 光報(bào)警電路如圖 47所示， 燈光 報(bào)警電路由 R2 LED2（ 黃 色）組成，電阻起限流的作用。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度小于濃度設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)對應(yīng)引腳輸出高電平，無 燈 光報(bào)警；當(dāng)檢測可燃?xì)怏w濃度大于濃度設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)對應(yīng)引腳為低電平，進(jìn)行相應(yīng)的 燈光報(bào)警。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 310 燈光報(bào)警控制電路 黃燈閃爍時(shí)表示當(dāng)前處于初始化狀態(tài)， 報(bào)警器初始化完成后。綠燈不停的進(jìn)行閃爍表示當(dāng)前工作正常。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 第 4 章 可燃性氣體報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì) STC89C52 單片機(jī)調(diào)試及開發(fā)工具 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)往往借助于開發(fā)系統(tǒng)工具 ， 而各種開發(fā)系統(tǒng)一般都比待開發(fā)調(diào)試的嵌入式系統(tǒng)要復(fù)雜得多。 STC89C52系列單片機(jī)的調(diào)試、開發(fā)工具由硬件和軟件兩部分組成 ， 硬件只需一臺(tái) PC機(jī)、目標(biāo)板和一個(gè)稱為 FET(FlashEmulation Tool)的 JTAG控制器 。 STC89C52FET仿真工具 的功能主要是將由 PC機(jī)打印機(jī)接口來的 8位并行數(shù)據(jù)與來自JTAG接口的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換 ， 以實(shí)現(xiàn) PC機(jī)與 STC89C52芯片中的 JTAG接 口 的通訊。具體包括： (1) 程序下載 當(dāng)用戶將源程序 （ C語言 ） 經(jīng) keil軟件 語法檢查無誤并生成代碼時(shí) ， 就可以將程序代碼在如圖的環(huán)境中下載到 ]Flash芯片中 ， 而用戶的系統(tǒng)可以是在線狀態(tài)。 (2) 設(shè)置斷點(diǎn) 用戶可以通過調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對話界面。在程序中設(shè)置斷點(diǎn)。在 STC89C52中 ， 可以同時(shí)設(shè)置 4個(gè)硬件斷點(diǎn) ， 它是經(jīng)過 JTAG接口的傳輸 ， 由芯片中的幾組斷點(diǎn)條件寄存器實(shí)現(xiàn) 的。 (3) 現(xiàn)場觀察與修改 用戶可以通過調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對話界面 ， 檢查或修改 Flash芯片內(nèi)的各種存儲(chǔ)器、寄存器的數(shù)據(jù)。 在調(diào)試過程中 ， 根據(jù)需要可以進(jìn)行軟件模擬仿真和硬件仿真。 可燃性氣體報(bào)警控制器軟件流程及設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中 ， 軟件要解決的主要問題是檢測傳感器送來的可燃性氣體濃度信號(hào) ， 進(jìn)行線性化處理 ， 用 LED 顯示濃度 ， 若濃度值超出限定值 ， 報(bào)警器發(fā)出聲音報(bào)警 ， 同時(shí)啟動(dòng)排氣 裝置 ， 因此分為主程序、 T0 中斷子程序、 線性化處理子程序、 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序 ， 濃度顯示子程序、 鍵掃描 子程序 六 個(gè)部分。在程序的編寫 過程中 ， 加入了詳細(xì)的文字注釋 ， 以便于后期的改進(jìn)與維護(hù)。 主程序流程圖及設(shè)計(jì) 主 程序流程圖如圖 41所示 ， 由于 MQ2 型氣體傳感器在不通電狀態(tài)下存放一段時(shí)間后 ， 再通電時(shí) ， 器件并不能立即投入正常工作 ， 需要一定的時(shí)間預(yù)熱 ， 所以采用延時(shí)程序?qū)鞲衅黝A(yù)熱。 本設(shè)計(jì)對傳感器預(yù)熱 一段時(shí)間 ， 預(yù)熱 的 同時(shí) ， 設(shè)定所要檢測可燃性氣體 濃度 的上限值 。 主程序還包括顯示子程序 ， T0 中斷子程序等 ， 以完善報(bào)警器的功能 ， 給檢測人員帶來方便。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 41 主程序流程圖 T0 中斷子程序 程序初始化后 ， 系統(tǒng)進(jìn)入采樣狀態(tài)。對采集的氣體次數(shù)每 3次進(jìn)行一次處理。經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換、濾波、線性化處理 、進(jìn)制轉(zhuǎn)化 后 ， 由 LED 顯示其濃度值。同時(shí)將濃度值與上限報(bào)警設(shè)定值相比較 ， 以判斷是否需要報(bào)警控制處理。 流程圖如圖 42所示。 初始化定時(shí)器 開始 初始化 AD 轉(zhuǎn)換器 AD 采集數(shù)據(jù) 按鍵掃描 初始化傳感器 數(shù)碼管顯示 按鍵處理 數(shù)據(jù)處理 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 開 始1 秒 ？采 樣 子 程 序3 次濾 波線 性 化 處 理超 過 上 限 值 ?十 六 進(jìn) 制 轉(zhuǎn) 化十 進(jìn) 制聲 音 報(bào) 警 , 啟 動(dòng)排 氣 裝 置采 樣 計(jì) 數(shù) + 1送 入 顯 示中 斷 返 回重 裝 T 0 初 值計(jì) 數(shù) 單 元 + 1YYYNNN 圖 42 T0 中斷子程序流程圖 線性化處理子程序設(shè)計(jì) 在單片機(jī)測控系統(tǒng)中 ， 使用之前必須進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定 (校準(zhǔn) )， 以得到輸出信號(hào)與被測齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 信號(hào)的關(guān)系 輸出曲線 ， 用來作為使用過程中的計(jì)量依據(jù)。但是標(biāo)定時(shí)輸出 曲線往往不是一條理想的直線 ， 所以要對標(biāo)定曲線進(jìn)行線性化處理 ， 用一條擬合直線近似代替輸出曲線 ， 線性化是智能儀表的典型功能之一。 由于 電壓值與氣體濃度之間是非線性的關(guān)系 ， 為了實(shí)時(shí)顯示氣體濃度 ， 需要對其進(jìn)行線性化處理。在誤差許可范圍內(nèi) ， 根據(jù)標(biāo)定曲線形狀 ， 以及單片機(jī)處理能力 ， 把曲線分成 8 段 ， 對每小段分別線性化。濃度 0%LEL99%LEL 分成 8 段如下 ： 0%LEL~10%LEL 10%LEL~20%LEL 20%LEL~28%LEL 28%LEL~36%LEL 36%LEL~45%LEL 45%LEL~61%LEL 61%LEL~78%LEL 78%LEL~99%LEL 單片機(jī)經(jīng)過濾波后 ， 得到 3 個(gè)采樣值的一個(gè)真值 ， 把這個(gè)真值通過查表比較 ， 確定其所在區(qū)間的上下限電壓值和上下限濃度值 ， 根據(jù)公式 (41)， 計(jì)算出該電壓值對應(yīng)的濃度值。分段點(diǎn)的電壓值和濃度值分別存儲(chǔ)在兩個(gè)表格中 ， 線性化處理子程序如圖 43 所示。 Y YY = Y + X XX X ?下上下 下濾 濾下上（ ） （ ）（ ） (41) 式中 Y上 區(qū)間上限濃度值 Y下 區(qū)間下限濃度值 Y濾 實(shí)際氣體測試濃度值 X上 區(qū)間上限濃度對應(yīng)電壓值 X下 區(qū)間下限濃度對應(yīng)電壓值 X濾 實(shí)際氣體測試濃度對應(yīng)電壓值 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 開 始根 據(jù) 濾 波 后 的 電 壓 ,通 過 查 表 比 較 的 方 法確 定 所 在 的 分 段 區(qū) 間濾 波 后 電 壓 值 與 該 區(qū) 間電 壓 下 限 相 減X 2=X 濾 X 下區(qū) 間 上 下 限 濃 度 值 相減 Y 1=Y 上 Y 下完 成 16 16位 定 點(diǎn) 乘法 求 出 Z=X 2 Y 1區(qū) 間 上 下 限 電 壓值 相 減 X 1=X 上 X 下完 成 32247。 16位 定 點(diǎn) 除 法求 出 Y 2=Z/X 1求 出 Y 濾 =Y 2+Y 下將 Y 濾 進(jìn) 行 十 六 進(jìn) 制 到 十 進(jìn)制 轉(zhuǎn) 化 并 送 至 顯 示 子 程 序 圖 43 線性化處理子程序流程圖 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序設(shè)計(jì) 經(jīng)過線性化處理后的濃度是十六進(jìn)制的 ， 而 LED 顯示的濃度 是 十 進(jìn)制 的 ， 所以要進(jìn)齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 行 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制 子程序處理 ， 再送入顯示子程序。 流程圖如圖 44 所示。 開 始將 2 4 H 送 入 AA 1 0 0C = 0 ? 2 5 H + 1A + 1 0 0NYA 1 0C = 0 ? 2 6 H + 1YA + 1 0NA 送 入 2 7 H 圖 44 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序流程圖 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 顯示子程序設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)采用的是 四 位并行接口動(dòng)態(tài)顯示電路 圖 45 顯示子程序流程圖 開始 調(diào)入字符偏移量和位選代碼 查表送入顯示 延時(shí) 2MS 指向下一個(gè)偏移量 3 位顯示完成？ 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 數(shù)據(jù)處理模塊 46 數(shù)據(jù)處理模塊 電路仿真 單片機(jī)煤氣報(bào)警系統(tǒng)仿真圖如圖 47 所示 ，此 為濃度檢測正常狀態(tài)；單片機(jī)煤氣報(bào)警系 統(tǒng)仿真圖 如 圖 47所示，此 為濃度超限報(bào)警狀態(tài)；單片機(jī)煤氣報(bào)警系統(tǒng)仿真圖 如 圖47 所示，此 為傳感器 顯示當(dāng)前的濃度 。 Y 煙霧超標(biāo)信號(hào)輸入 打開繼電器、蜂鳴器 開 始 定時(shí)器打開 時(shí)間計(jì)時(shí) 報(bào)警時(shí)間已到？ N 停止報(bào)警 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 圖 47 家用可燃性氣體檢測報(bào)警器 仿真圖 系統(tǒng)仿真通過電壓表的電壓輸入表示外部傳感器輸入的電壓，并將其進(jìn)行顯示。 單片機(jī)煤氣報(bào)警系統(tǒng)仿真圖 1 所示 ， 仿真圖中用 05V 的電壓表顯示當(dāng)前輸入的電壓，并代替了傳感器。因?yàn)閭鞲衅髟?pruteus 里找不到 MQ2這個(gè)傳感器，只能使用輸入電壓表示當(dāng)前濃度的變化。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 仿真圖 2 單片機(jī)煤氣報(bào)警系統(tǒng)仿真圖 2 所示 ，此模塊使用 LED 數(shù)碼管進(jìn)行選 擇動(dòng)態(tài)顯示ACD0809 采集的濃度信息。 仿真圖 3 單片機(jī)煤氣報(bào)警系統(tǒng)仿真圖 3 所示 ，此模塊用于采集傳感器的 濃度。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 5 系統(tǒng)調(diào)試