【正文】 用：工業(yè)現(xiàn)場的天然氣、液化氣、煤氣、烷類等可燃性氣體及汽油、醇、酮、苯等有機溶劑蒸汽的濃度檢測；可燃性氣體泄漏報警器；可燃性氣體探測器；氣體濃度計等。圖54 測量電路表51 MC113傳感器的技術指標工作電壓(V) 177。工作電流(mA)90177。10靈敏度（mv）1%甲烷15401%丁烷30501%氫氣2040線形度（%）≤5測量范圍（％LEL）0～100響應時間(90%)小于10 秒恢復時間(90%)小于30 秒使用環(huán)境 40－+70℃ 低于95%RH 儲存環(huán)境20—+70℃ 低于95%RH外形尺寸（mm）MC113:1419 MC113C: 81014圖55 MC113的靈敏度特性及響應恢復特性表52 MQ3模塊詳細參數(shù)指標符號 參數(shù)名稱 技術條件 備注 Vc 回路電壓 177。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 33Ω177。5%室溫 PH 加熱功耗 ≤800mW 符號 參數(shù)名稱 技術條件 備注 Tao 使用溫度 　　20℃50℃ Tas 儲存溫度 　　20℃70℃ RH 相對濕度 　　小于　95% RH O2 氧氣濃度 　　21%(標準條件) 氧氣濃度會影響靈敏度特性 最小值大于２％ C．靈敏特性符號參數(shù)名稱技術參數(shù)備注Rs敏感體電阻1MΩ 8 MΩ(200ppm alcohol )適用范圍： —10mg/LAlcoholα（200/100）alcohol濃度斜率≤標準工作條件溫度：20℃177。2℃ Vc:177。 相對濕度： 65%177。5% Vh:177。預熱時間不少于24小時 MQ3特點及其測量電路原理* 對乙醇蒸氣有很高的靈敏度和良好的選擇性* 快速的響應恢復特性* 長期的壽命和可靠的穩(wěn)定性* 簡單的驅動回路MQ3 氣敏元件的結構和外形如圖56所示, 由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。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。測量電路如圖57所示。 圖56圖57 圖58 MQ3型氣敏元件的靈敏度特性圖58 給出了MQ3氣敏元件的靈敏度特性。其中：溫度：20℃、相對濕度：65%、氧氣濃度：21%、RL=50kΩ(在本設計中，其值固定)、Rs：元件在不同氣體，不同濃度下的電阻值、R0:元件在潔凈空氣中的電阻值。 圖59圖59給出了MQ3型氣敏元件的溫濕度特性。Ro: 20℃，33%RH條件下。Rs: 不同溫度，濕度下。.靈敏度調(diào)整：MQ3 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。(約200ppm)濃度的乙醇蒸氣校準傳感器。當精確測量時，報警點的設定應考慮溫濕度的影響。對于氣體濃度常見有兩種表示方法（1）體積濃度 體積濃度是用每立方米的大氣中含有污染物的體積數(shù)（立方厘米）或（ml/m3）來表示， 常用的表示方法是ppm，即1ppm=1立方厘米/立方米=106。除ppm外，還有ppb和ppt， 他們之間的關系是： 1ppm=106=一百萬分之一， 1ppb=109=十億分之一 ， 1ppt=1012=萬億分之一， 1ppm=103ppb=106ppt （2）質量體積濃度 用每立方米大氣中污染物的質量數(shù)來表示的濃度叫質量體積濃度，單位是毫克/立方米 ，或克/立方米。 它與ppm的換算關系是： X=……(51) 即： C= 式中： X—污染物以每立方米的毫克數(shù)表示的濃度值；C—污染物以ppm表示的濃度值； M—污染物的分之子量。 本設計中，氣體濃度單位用到mg/L與ppm,則轉換關系如下： C=22400Y/M …………………（52）Y—污染物以每立方分米即每升的毫克數(shù)表示的濃度值；本設計的電壓顯示與酒精濃度之間的關系：，式子：【㏒（Rs/Ro）㏒()】/（㏒Y㏒10）=(㏒㏒)/( ㏒㏒10),代入上式（1），并代入關系Vout=(RL/RS)*5,其中RL取50K，Ro經(jīng)測量為600K,整理可得關系式： ㏒C=*㏒Vout + ……………(53) 在技術參數(shù)中，—4869ppm 。上式中C的理想最大值為6374ppm，由于一般不可能達到此值，且所測酒精濃度一般較小，故可認為其在上式在線性范圍內(nèi)成立。 A/D轉換設計正常情況下ADC0832 與單片機的接口應為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當要進行A/D轉換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1 個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第3個脈沖下沉之前DI端應輸入2 位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時，只對CH0 進行單通道轉換。當2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時，只對CH1進行單通道轉換。當2 位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端IN進行輸入。當2 位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時，將CH0作為負輸入端IN，CH1 作為正輸入端IN+進行. 其連接圖，如下圖510所示圖 510 按鍵設計⑴為增強人機對話功能，發(fā)出各種控制命令控制系統(tǒng)運行，本設計采用鍵盤輸入指令和數(shù)據(jù)的方式，以及和LCD連接顯示運行狀態(tài)和運行結果。鍵盤分為：獨立式和矩陣式兩類，每一類按其編碼方法又可以分為編碼和非編碼兩種。由于本系統(tǒng)所需按鍵較少，所以選擇獨立式按鍵。電路圖見圖511：鍵盤說明：S2 控制門限值的增加S3 控制門限值的減少S4 串口通信傳輸數(shù)據(jù)的開關S5 保留未用S6 采集信號的切換 圖511⑵獨立式按鍵是直接用I/O口線構成的單個按鍵電路。每個獨立式按鍵占有一根I/O口線。各根I/O口線之間不會相互影響。在此電路中，按鍵輸入部采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O口線有確定的高電平，（STC89C52 .P1口內(nèi)部接有上拉電阻）所以就不需要再外接上拉電阻。⑶鍵盤抖動的消除：抖動的消除大致可以分為硬件削抖和軟件削抖。①硬件削抖是采用硬件電路的方法對鍵盤的按下抖動及釋放抖動進行削抖，經(jīng)過削抖電路后使按鍵的電平信號只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。②軟件削抖的基本原理是當檢測出鍵盤閉合時，先執(zhí)行一個延時子程序產(chǎn)生數(shù)毫秒的延時，待接通時的前沿抖動消失后再判別是否有健按下。當按鍵釋放時，也要經(jīng)過數(shù)毫秒延時，待后沿抖動消失后再判別鍵是否釋放。③由于應用硬件削抖還需要外加器件，成本相對較高，所以本系統(tǒng)選擇軟件延時削抖的方法。 LCD1602液晶顯示設計LCD1602液晶顯示模塊與計算機的接口電路有兩種方式。它與單片機的接口方法分為直接訪問方式和間接控制方式。直接訪問方式是把液晶模塊作為存儲器或I/O設備直接接在單片機的總線上，單片機以訪問存儲器或I/O設備的方式操作液晶顯示模塊的工作。間接控制方式則不使用單片機的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，而是利用它的I/0口來實現(xiàn)與顯示模塊的聯(lián)系。即將液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)線與單片機的P0口連接作為數(shù)據(jù)總線，另外三根時序控制信號線通常利用單片機的P2口中未被使用的I/O口來控制。這種訪問方式不占用存儲器空間，它的接口電路與時序無關，其時序完全靠軟件編程實現(xiàn)。本系統(tǒng)采用間接控制方式：以下為液晶顯示電路接線原理圖見圖512: 圖 512在單片機系統(tǒng)中應用液晶顯示器作為輸出器件有以下幾個有點：顯示質量高；數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便；體積小、重量輕 ；功耗低：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其他顯示器要少的多。在主電路圖中接在P0口處有一個排阻RP1 ，由于P0口沒有內(nèi)接上拉電阻，為了為P0口外接線路有確定的高電平，所以要接上排阻RP1，使用的是10K的排阻，以確保有P0口有穩(wěn)定的電平。 報警線路設計在單片機應用系統(tǒng)中，一般的工作狀態(tài)可以通過指示燈或數(shù)碼顯示來指示，供操作人員參考，了解系統(tǒng)的工作狀況。但對于某些緊急狀態(tài)，比如系統(tǒng)檢測到的錯誤狀態(tài)等，為了使操作人員不至于忽視，及時采取措施，往往還需要有某種更能引人注意，提起警覺的報警信號。這種報警信號通常有三種類型：一是閃光報警，因為閃動的指示燈更能提醒人們注意；二是鳴音報警，發(fā)出特定的音響，作用于人的聽覺器官，易于引起和加強警覺；三是語音報警，不僅能起到報警作用，還能直接給出警報種類的信息。其中，前兩種報警裝置因硬件結構簡單，軟件編程方便，常常在單片機應用系統(tǒng)中使用；而語音報警雖然警報信息較直接，但硬件成本高，結構較復雜，軟件量也增加。本設計采用聲光報警。實現(xiàn)單頻音報警的接口電路比較簡單，只要當值高于警報值的時候給一個低電平就能驅動二極管發(fā)光,簡單易懂。此外揚聲器一端接高電平，當值高于警報值的時候線路選通亦能驅動揚聲器發(fā)出聲音。以下為報警電路接線圖見圖513： 圖 513 電源電路設計在本次設計中，需要一個比較大的電壓源和一個5V供電源，出于簡約經(jīng)濟考慮。采用芯片7805與7905以產(chǎn)生穩(wěn)定的+5V、5V電壓。對于驅動OP07正常工作，亦可采用7815與7915產(chǎn)生+15V電壓。電路圖如下圖514： 圖514 差動放大器與濾波電路設計由于采樣過來的信號，總摻雜著一些干擾信號，故需要一定的線路對其處理。在本設計中，采用差動放大器對兩個信號的差值進行放大。另外采用二級有源低通濾波器，進行濾波。線路圖如下圖515所示。其中對于低通濾波器，截止頻率f=1/RC=1/（10K*）=10K Hz。圖 515 串口與USB互轉電路設計（實際使用）CP2102，USB轉串口芯片，體積小巧，外圍可以不需要任何元件即可夠成一個最簡單的USBUART方案，通信速率可達1Mbps，很容易把串口產(chǎn)品升級到USB口。本設計引出接口包括5V、TXD、RXD、GND、RST，其中TXD，RXD可直接接MCU串口，RXD接MCU的TXD，TXD接MCU的RXD即可，也可以接各種帶串口的設備。RST用于復位CP2102，一般不用，方便用于初期產(chǎn)品的調(diào)試。該模塊使用USB公座，可直接接到電腦的USB端口。硬件設計總結：這一章比較具體的說明了系統(tǒng)硬件設計的內(nèi)容，通過模塊化的設計思想，把一個復雜的單片機系統(tǒng)按照功能劃分成一個個單獨的電路模型，分別進行設計，最后在集成到一起。這種方法對于設計復雜的單片機系統(tǒng)很有效。大大提高系統(tǒng)設計的效率與質量。由于我主要負責的是硬件設計，所以只是簡單的介紹硬件方面的內(nèi)容。第6章 軟件設計單片機程序設計： 編譯語言的選擇對于單片機的開發(fā)應用中，逐漸引入了高級語言，C語言就是其中的一種。匯編語言的可控性較高級語言來說更具優(yōu)越性。程序編寫語言比較常見的有C語言、匯編語言。匯編語言的機器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。C語言編寫的程序比用匯編編寫的程序更符合人們的思考習慣。還有很多處理器都支持C編譯器，這樣意味著處理器也能很快上手。且具有良好的模塊化、容易閱讀、維護等優(yōu)點，且編寫的模塊程序易于移植?；贑語言和匯編語言的優(yōu)缺點，本系統(tǒng)采用C語言編寫方法。 程序設計軟件編寫的主體思路是將系統(tǒng)按功能模塊化劃分，然后根據(jù)模塊要實現(xiàn)的功能,按一定的順序組合成一個整體。具體框圖見下圖61。下面介紹各模塊的具體功能、工作時序等。 AD轉換模塊模數(shù)轉換模塊的主要功能就是將經(jīng)放大濾波后的模擬電壓信號轉化為MCU能夠處理的數(shù)字信號，并傳送給MCU。A/D芯片的數(shù)據(jù)CS口，。工作時序如下所示： ADC0832有8只引腳，CH0和CH1為模擬輸入端，CS為片選引腳，只有CS置低才能對ADC0832進行配置和啟動轉換。CLK為ADC0832的時鐘輸