【文章內容簡介】 將兩種不同的金屬導體焊接在一起，構成閉合回路，如在焊接端（即測量端）加熱產生溫差，則在回路中就會產生熱電動勢，此種現象稱為塞貝克效應 （ Seebeckeffect）。如將另一端（即參考端）溫度保持一定（一般為 0℃），那么 回路的熱電動勢則變成測量端溫度的單值函數。這種以測量熱電動勢的方法來測量溫度的元件，即兩種成對的金屬導體，稱為熱電偶。熱電偶產生的熱電動勢，其大小僅與熱電極材料及兩端溫差有關，與熱電極長度、直徑無關。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)點如下： （ 1）熱電偶可將溫度量轉換成電量進行檢測，對于溫度的測量、控制，以及 對溫度信號的放大、變換等都很方便， （ 2）結構簡單，制造容易， （ 3）價格便宜， （ 4）惰性小， （ 5）準確度高， （ 6）測溫范圍廣， （ 7）能適應各種測量對象的要求（特定部位或狹小場所），如點溫和面溫的測量， （ 8）適于遠距離測量和控制 傳感器的特點 （ 1）功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小， （ 2）價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等優(yōu)點， （ 3）適合 遠距離測溫、控溫，不需要進行非線性校準， （ 4）外圍電路簡單。 根據系統設計要求，本設計選擇 DS18B20 溫度傳感器。 根據系統的設計要求及控制結構圖，需要檢測火災現場的煙霧濃度。對于煙霧傳感器的選型，要求傳感器的基于靈敏度高、響應快、抗干擾能力強等優(yōu)點，而且價格低廉，使用壽命長。上述要求本設計選用 MQ2 型半導體可燃氣體敏感元件煙霧傳感器作為系統采集煙霧信號用的傳感器。 ： 10 半導體可燃氣體傳感器 MQ2 所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫 (SnO2)。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中 可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。 MQ2半導體可燃氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈 敏度高，對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，是一款適合多種應用的低成本傳感器。 （ 1） 在較寬的濃度范圍內對可燃氣體有良好的靈敏度 （ 2） 對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度較高 （ 3） 長壽命、低成本 （ 4） 簡單的驅動電路即可 （ 5） 家庭用氣體泄漏報警器 （ 6） 工業(yè)用可燃氣體報警器 （ 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。 靈敏度調整 ： 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，靈敏度的調整是很重要的。 輸入通道方案 選擇 根據設計方案，需將外界測得的溫度和煙霧等模擬量輸入轉化成數字量。本設計采用了 A/D 轉換器，可以將多路模擬量進行轉化，因而省略了多路開關。 A/D 轉換器的種類很多，就位數來分，有 8 位， 10位， 12位， 16 位等。位數越高，其分辨率也越高，但價格也越貴。而就其結構而言，有單一的 A/D 轉換器，有內含多路開關的 A/D 轉換器。根據設計需要，確定轉換器的位數為 8位。 外圍設備的選擇 ，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)的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。 LED 晶片的一端附著在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成， 一部分是 P 型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是 N 型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個“ PN結”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向 P區(qū)，在 P區(qū)里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發(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結材料決定的。 它具有以下特點： 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 耗電相當低，直流驅動，超低功耗（單管 瓦），電光功率轉換接近 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，燈體內也沒有松動的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點，在恰當的電流和電壓下，使用壽命可達 6萬到 10萬小時，比傳統光源壽命長 10 倍以上。 4） 高亮度、低熱量 LED 使用冷發(fā)光技術，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 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固。燈體內也沒有松動的部分，使得 LED 不易損壞。 7） 多變幻 LED 光源可利用紅、綠、藍三基色原理，在計算機技術控制下使三種顏色具有 12 256 級灰度并任意混合，可產生 256256256 ＝ 16777216 種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實現豐富多彩的動態(tài)變化效果及各種圖像。 它的缺點： 當前價格還太高，光通量低，當 前同等照度設計的 LED 光源價格大約相當于傳統光源的 4 倍 。 （ 2） LCD （ Liquid Crystal Display ） LCD 是一種 液晶顯示器， 它 的構造是在兩片平行的玻璃當中放置液態(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，將光線折射出來產生畫面 ，其具有以下優(yōu)點： 1） 由于 CRT 顯示器是靠偏轉線圈產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定位，所以 CRT 顯示器往往會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出現任何的幾 何失真，線性失真，這也是一大優(yōu)點。 2） 與傳統 CRT 相比液晶在環(huán)保方面也表現的不錯，這是因為 LCD 內部不存在像 CRT 那樣的高壓元器件，所以其不至于出現由于高壓導致的 x射線超標的情況，所以其輻射指標普遍比 CRT 要低一些。 3） LCD 與傳統 CRT 相比最大的優(yōu)點還是在于耗電量和體積，對于傳統 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： 1） 價格相對 crt 要高 ； 2） 可視角度較小，色彩不好 ； 3） 反應速度慢，有拖影問題 ； 4） 亮度和對比度不如 crt； 5） 分辨率固定，非標準分辨率下顯示效果差 ； 6） 維修費用昂貴 。 （ 3） CRT 優(yōu)缺點： 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、色彩還 13 原度高、色度均勻、可調節(jié)的多分辨率模式、響應時間極短等 LCD 顯示器難以超越的優(yōu)點，而且現在的 CRT 顯示器價格要比 LCD 顯示器便宜不少。 但是它具有輻射，對人體有害。 由于 LED 具有體積小，耗電量省，高亮度，長壽命，環(huán)保，所以根據本文的系統要求選擇 led 作為顯示裝置。 可以做鍵盤的有：獨立式按鍵，矩陣式按鍵，獨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。 由于只需要一個鍵控制復位裝置，所以選擇獨立式鍵盤。 報警電路是由一個三極管、一個 74ALS08 芯片和蜂鳴器組成。當溫度值在設定的范圍時，單片機 AT89C52 不發(fā)出動作命令，當超出溫度設定 值值，單片機發(fā)出動作命令，使三極管導通從而發(fā)出蜂鳴聲進行報警來提醒操作人員實施相應的補救措施。 14 第 3 章 系統硬件設計 控制單元電路設計 ： 根據系統總體方案設計，本設計選用 AT89C52 單片機。 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU 和在系統可編程 Flash，使得 AT89C52 為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、有效的解決方案。 AT89S52 的標準功能 : 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數據指針，三個 16位定時器 /計數器，一個 6向量 2 級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。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?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中 斷或硬件復位為止。 引腳特性 AT89S51 單片機為 40 引腳雙列直插式封裝，其引腳排列和邏輯符號如圖 31所示。 P0 口： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅動 8個 TTL 邏輯電平。對 P0端口寫“ 1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數據存儲器時， P0 口也被作為低 8位地址 /數據復用。在這種模式下， P0 具有內部上拉電阻。在 flash 編程時， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指 15 令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1輸出緩沖器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫“ 1” 時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外 部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 此外， 和 分別作定時器 /計數器 2 的外部計數輸入（ ）和時器 /計數器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如下： 圖 31 AT89C52引腳圖 引腳號第二功能 T2（定時器 /計數器 T2 的外部計數 輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統編程用） MISO（在系統編程用） SCK（在系統編程用） 16 在 flash 編程和校驗時， P1口接收低 8位地址字節(jié)。 P2 口： P2 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅動 4個 TTL 邏輯電平。對 P2