【正文】 直線方程 f(x) = f (xi ) + (x xi ) f (xi ) f (xi )/（ xi – xi） i =1,2,3L,7 (51) 45 其中， xi 是區(qū)間的上限濃度對(duì)應(yīng)電壓值， x 為實(shí)際煙霧檢測(cè)濃度對(duì)應(yīng) 的電壓值， f (x)為實(shí)際煙 霧檢測(cè) LEL 濃度， xi 是區(qū)間的下限濃度對(duì)應(yīng)電壓值， f (xi )為區(qū)間上限點(diǎn)煙霧LEL 濃度值， f (xi)為區(qū)間下限點(diǎn)煙霧 LEL 濃度值，根據(jù)公式 51 計(jì)算出 7 個(gè)直線方程式，如下： (1) 60%~80%LEL f (x) = + (2) 0%~10%LEL f (x) = + (3) 80%~100%LEL f (x) = + (4) 40%~50%LEL f (x) = + (5) 20%~40%LEL f (x) = + (6) 10%~20%LEL f (x) = + (7) 50%~60%LEL f (x) = + 經(jīng)實(shí)驗(yàn)的標(biāo)定，實(shí)際煙霧濃度與顯示濃度誤差對(duì)比如表 所示： 濃度（ %LEL。煙塵濃度和測(cè)量電壓值線性圖如圖 顯示。實(shí)際的甲烷煙和單片機(jī)的輸入電壓值對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)如表 所示。 44 這個(gè)設(shè)計(jì)甲烷爆炸下限是 10%體積比 ,相應(yīng)的報(bào)警限在 20%的爆炸下限 ,也是甲烷含量為 2%體積比時(shí)報(bào)警器報(bào)警。甲烷在空氣密度是 9% 11%在遇到明火爆炸 ,超過(guò) 11%或低于 9%都不會(huì)爆炸。因此 ,在爆炸測(cè)量、報(bào)警濃度一般設(shè)置在爆炸下限的25%的爆炸下限以下。 可燃煙霧在空氣中濃度只有在爆炸下限 ,爆炸上限之間才會(huì)發(fā)生爆炸。另外 ,天然氣燃燒、爆炸和煙霧的壓力、溫度、和其他因素 ,如能源的點(diǎn)火。 有關(guān)部門和專家已經(jīng)對(duì)可燃?xì)怏w燃燒爆炸的做了分析 ,計(jì)算出爆炸極限 ,它是煙分為爆炸下限和爆炸上限。另一種類型的燃燒 ,氣體和空氣混合物燃燒 ,燃燒反應(yīng)激烈 ,速度很快 ,一般會(huì)產(chǎn)生巨大的壓力和聲音 ,稱為爆炸。點(diǎn)火源。燃燒是伴隨著發(fā)光發(fā)熱的強(qiáng)烈氧化反應(yīng) ,它必須有三個(gè)要素 :燃料 (天然氣 )。是指可燃煙霧在空氣中遇到明火或者高溫時(shí)的最高濃度。是指可燃煙霧在空氣中遇到明火或高溫時(shí)的最低濃度。 43 5 實(shí)驗(yàn)檢定及誤差分析 煙霧檢測(cè)報(bào)警器檢定 爆炸下限 (LEL)概念介紹 本論文設(shè)計(jì)的煙霧檢 測(cè)報(bào)警器選用“ %LEL”作為煙霧 的測(cè)量單位及衡量標(biāo)準(zhǔn)，下面介紹關(guān)于 LEL 的相關(guān)概念。首先介紹了 設(shè)計(jì)工具的選擇和軟件編程的所需要的開(kāi)發(fā)環(huán)境，這里選擇的 89C52 系列單片機(jī)，利用 KEIL C51 編程器和 STC 單片機(jī)專用的 ISP 下載軟件開(kāi)發(fā)完成。按鍵處理子程序流程圖如圖 所示。報(bào)警程序流程圖如圖 所示。 40 } 圖 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)子程序 報(bào)警子程序設(shè)計(jì)及流程圖 當(dāng)煙霧濃度超過(guò)報(bào)警設(shè)定值 ,報(bào)警出一種近似警笛的聲音 ,并伴有紅色的光芒 ,以提示操作員 采取安全措施或自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置 ,以保證安全生產(chǎn) ,避免火災(zāi)和爆炸事故。 39 圖 分段插值法線形化程序流程圖 煙霧濃度顯示子程序設(shè)計(jì)及流程圖 本設(shè)計(jì)采用數(shù)碼管顯示，線性化處理完畢后需將 其送入數(shù)碼管顯示。 圖 根據(jù)分段線性插值法求輸入單片機(jī)的某一電壓值對(duì)應(yīng)的煙霧濃度的 公式如下： f(x) = f(xi) + (xxi)*（ f(xi+1)f(xi)） /（ Xi+1Xi） i=1,2,3… N 式中， xi 是區(qū)間的上限濃度對(duì)應(yīng)電壓值， N 為所分區(qū)間個(gè)數(shù)， f (x)為實(shí)際煙霧檢測(cè)濃度， x 為實(shí)際氣體檢測(cè)濃度對(duì)應(yīng)的電壓值， f (xi )為區(qū)間上限煙霧濃度值， xi 是 區(qū)間的下限濃度對(duì)應(yīng)電壓值， f (xi)為區(qū)間下限煙霧濃度值。需要進(jìn)行線 性化。 本文使用 MQ 2 報(bào)警類型傳感器電阻是隨著煙霧濃度的上升和下降的 ,所以輸入電壓的單片機(jī)也降低了。但校準(zhǔn)曲線的輸出通常不是一個(gè)理想的直線 ,所以要對(duì)校準(zhǔn)曲線進(jìn)行線性化處理 ,用擬合線性近似代替輸出曲線 ,線性化的智能 38 儀器是一個(gè)典型的功能。 中位值平均濾波法的程序流程圖如圖 所示。 37 在實(shí)際應(yīng)用中，該 N 值可以任意取值。這個(gè)方法可以過(guò)濾到脈沖干擾和過(guò)濾器帶來(lái)的隨機(jī)干擾。 如果使用一般平均法 ,經(jīng)過(guò)“平均”后將干擾平分到計(jì)算結(jié)果上 ,因此無(wú)法消除煙霧濃度采集的偏差。 圖 中位值平均濾波法數(shù)字濾波子程序設(shè)計(jì)及流程圖 在煙霧傳感器煙塵濃度采樣 ,可以滿足尖脈沖干擾現(xiàn)象。模式 1狀態(tài)定時(shí)器工作寄存器 TH TL1 是所有 16參與操作。第一組定 36 時(shí)初始 50 ms,利用 IAP 寫入 EEPROM 作為取值區(qū)間。 35 圖 主程序初始化流程圖 主程序初始化流程圖如圖 所示。同時(shí)液晶顯示器 (LCD)顯示濃度。本文主程序設(shè)計(jì)的傳感器預(yù)熱三分鐘 ,預(yù)熱同時(shí) ,傳感器加熱絲故障檢測(cè) ,使用軟件模式檢測(cè)傳感器加熱導(dǎo)線是否電纜斷線或接觸不良。首先必須給傳感器預(yù)熱 3分鐘 ,因?yàn)?MQ 2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器在閑置一段時(shí)間后 ,再上電 ,傳感器無(wú)法立即正常工作采集信息 ,需要吸收一些熱量做預(yù)熱。單片機(jī)讓 控制制冷裝置的 繼電器動(dòng)作，同時(shí)點(diǎn)亮紅色發(fā)光二極管。 煙霧傳感器轉(zhuǎn)換電路 32 圖 下載電路 煙霧傳感器 MQ2 經(jīng)過(guò) AD0832 轉(zhuǎn)換后接單片機(jī)口。 報(bào)警溫度設(shè)定按鍵電路 31 圖 按鍵電路 報(bào)警溫度用按鍵 S2， S3， S4來(lái) 設(shè)置， S2 為調(diào)整鍵，按一次可調(diào)整報(bào)警上限溫度值，按兩次可調(diào)整報(bào)警下限溫度值，按三次數(shù)碼管恢復(fù)到正常溫度顯示。 LCD1602與單片機(jī)的連接圖，如圖 ： 圖 LCD液晶顯示屏與單片機(jī)接口硬件連接圖 其中，單片機(jī)的 ~ LCD1602的 4~6引腳相連，因?yàn)?AT89S52單片機(jī)的 P0口沒(méi)有上拉電阻，所以在它們中間接一個(gè) ，它們數(shù)據(jù)的讀寫功能。 液晶顯示電路 本系統(tǒng)的顯示部分采用 LCD1602字符顯示模塊，與采用數(shù)碼管相比，硬件連接和軟件調(diào)試上都由優(yōu)勢(shì)。 DS18B20 測(cè)溫電路 29 圖 DS18B20 電路 DS18B20 的 1 腳接地， 2 腳數(shù)據(jù)端接單片機(jī)的 ， 3腳接 VCC，為了確保 DS18B20工作可靠， 2腳要接 10K 的上拉電阻。 （ 2） 晶振采用 12MHZ。 D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo) 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為 4位總線，低電平時(shí)為 8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示 5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示 5x10的點(diǎn)陣字符 指令 7：字符發(fā)生器 RAM地址設(shè)置 指令 8： DDRAM地址設(shè)置 指令 9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。（說(shuō)明：1為高電平、 0為低電平） 指令 1：清顯示，指令碼 01H，光標(biāo)復(fù)位到地址 00H位置 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H 指令 3：光標(biāo) 和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。 第 7～ 14腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線。當(dāng) RS為高電平 RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)，當(dāng) RS為低電平 RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS和 RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址。 第 4腳： RS為寄存器選擇，低電平時(shí)選擇指令寄存器、高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器。 第 2腳： VDD接 5V正電源 。 1602LCD 液晶顯示屏 LCD1602 主要技術(shù)參數(shù) (1)顯示容量為 16 2個(gè)字符； (2)芯片工作電壓為 ～ ； 26 (3)工作電流為 （ ）； (4)模塊最佳工作電壓為 ； (5)字符尺寸為 （ W H） mm。 (4) 在 DS18B20 溫度編程中 ,發(fā)送一個(gè)溫度轉(zhuǎn)換命令 ,程序?qū)⒖傄却祷匦盘?hào) ,一旦 DS18B20 接觸壞或斷 線 ,當(dāng)一個(gè)程序來(lái)讀取 DS18B20,將沒(méi)有返回信號(hào) ,程序進(jìn)入死循環(huán)。這種情況主要由總線分布式電容信號(hào)波形失真。測(cè)試中 ,當(dāng)使用常見(jiàn)的信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò)五十米 ,讀取溫度數(shù)據(jù)就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。在 DS18B20 的相關(guān)信息并沒(méi)有提及的單總線掛著DS18B20 數(shù)量問(wèn)題 ,容易 使人們錯(cuò)誤地相信可以掛多個(gè) DS18B20,實(shí)際應(yīng)用中并非如此。在 PL / M， C 和其他高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì) DS18B20 操作部分最好使用 C 語(yǔ)言。 （ 7） 最后將數(shù)據(jù)線拉高 。 （ 5） 將數(shù)據(jù)線拉到高電平。 （ 3） 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。 圖 DS18B20 寫時(shí)序過(guò)程 25 （ 1） 數(shù)據(jù)線先置低電平 “0” 。 DS18B20 的寫時(shí)序： 對(duì)于 DS18B20 的寫時(shí)序仍然分為寫 1 時(shí)序和寫 0 時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。 （ 7）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到 1 個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 （ 5）將數(shù)據(jù)線拉高 “1” 。 （ 3）將數(shù)據(jù)線拉低 “0” 。 24 圖 DS18B20讀時(shí)序過(guò)程 （ 1）將數(shù)據(jù)線拉高 “1” 。 對(duì) DS18B20 閱讀時(shí)隙從主機(jī)把單總線拉低后 ,在 15 秒內(nèi)將不得不釋放單總線 ,為了讓 DS18B20 數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€。 （ 8） 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平 “1” 后結(jié)束。據(jù)該狀態(tài)可以來(lái)確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無(wú)限的進(jìn)行等待，不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)控制）。 （ 5） 數(shù)據(jù)線拉到高電平 “1” 。 （ 2） 延時(shí)（該時(shí)間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點(diǎn)） （ 3） 數(shù)據(jù)線拉到低電平 “0” 。數(shù)據(jù)和命令傳輸都是低位在先。所有的時(shí)序是將主機(jī)為主要設(shè)備 ,單總線設(shè)備作為從設(shè)備。 DS18B20 具有嚴(yán)格的通信協(xié)議 ,以確保所有的數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。由于單線只有一個(gè)根線 ,所以輸出接口必須三個(gè)狀態(tài)。 當(dāng)在寫內(nèi)存操作和 DS18B20 溫度 A / D 轉(zhuǎn)換操作 ,汽車必須有強(qiáng)烈的拉起 ,拉開(kāi)時(shí)間最大 10 微妙。 表 一部分溫度對(duì)應(yīng)值表 22 溫度 /℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0000 0191H + 0000 0000 1010 0001 00A2H + 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20 溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路 DS18B20 可以使用兩種方法來(lái)供電的 ,一種是使用電源模式下 ,DS18B20 1 腳接地 ,2腳作為信號(hào)線 ,3 腳作為電源連接。 減法計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，減 法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器 1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。設(shè)備和一個(gè)計(jì)數(shù)門 ,當(dāng)計(jì)數(shù)門打開(kāi)時(shí) ,DS18B20 低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)和完成溫度測(cè)量。 表 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表 溫度 LSB 溫度 MSB TH 用戶字節(jié)1 TL 用戶字節(jié)2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC 21 R1 R0 分辨率 /位 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 /ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 DS18B20 溫度測(cè)量原理是這樣 ,設(shè)備的低溫度系數(shù)的晶體振蕩 頻率由溫度的影響小 ,用于產(chǎn)生固定頻率脈沖信號(hào)減去計(jì)數(shù)器 1。 當(dāng)符號(hào)位 S = 0,表示測(cè)量溫度為正值 ,可以轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位 S = 1,表示溫度測(cè)量值為負(fù) ,我們應(yīng)該首先將補(bǔ)充變?yōu)樵即a ,然后計(jì)算十