【正文】 感謝他們 20 多年來(lái)始終如一的培養(yǎng)。同時(shí)向給過(guò)我?guī)椭耐瑢W(xué)表示由衷地感謝。從課題的選擇、理論研究、最終方案的確立到設(shè)計(jì)的撰寫、定稿 ,都滲透著導(dǎo)師的心血 ,她 兢兢業(yè)業(yè)的工作作風(fēng)、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和寬以待人、認(rèn)真負(fù)責(zé)的優(yōu)秀品質(zhì)必將在今后的學(xué)習(xí)和工作中時(shí)時(shí)激勵(lì)我、督促我。本課題的工作為便攜式儀器的研制和實(shí)用化提供了較好的實(shí)現(xiàn)方案 ,為今后該領(lǐng)域的研究提供了很好的參考依據(jù)。 本次設(shè)計(jì)也存在著一些需要完善的地方 ,譬如讓檢測(cè)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接 ,實(shí)行多點(diǎn)同時(shí)檢測(cè)、如何更加智能化的進(jìn)行報(bào)警工 作 ,如何能更好的減少檢測(cè)誤差等問(wèn)題值得去進(jìn)一步的研究和探討。對(duì)可燃性氣體采用濾波、線性化處理等 ,不但最大限度地排除現(xiàn)場(chǎng)噪聲干擾 ,降低可燃性氣體報(bào)警器誤報(bào)概率 ,而且易于在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)。該儀器采用了高性能 STC89C52 單片機(jī)作為核心 電路 ,充分利用了 STC89C52 的高速數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內(nèi)設(shè)置 ,實(shí)現(xiàn)了儀器的小型化和智能化 ,使儀表具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、成本低等優(yōu)點(diǎn)。該傳感器是對(duì)以烷類氣體為主的多種可燃性氣體有良好敏感特性的廣譜型半導(dǎo)體敏感器件。 本次設(shè)計(jì)的可燃性氣體報(bào)警器由探測(cè)器與單片機(jī)控制電路兩大部分構(gòu)成。 在軟硬件聯(lián)調(diào)時(shí) ,根據(jù)在程序中設(shè)定的閾值 ,將打火機(jī)打火放到氣體傳感器周圍 ,這樣氣體傳感器就可以采集到相應(yīng)可燃?xì)怏w濃度 ,當(dāng)濃度超過(guò)預(yù)設(shè)閾值 ,蜂鳴器就會(huì)立即報(bào)警 ,同時(shí)吸合繼電器。 采用 Keil 軟件和硬件電路板進(jìn)行軟硬件聯(lián)合仿真 ,首先編譯單片機(jī)程序 ,然后運(yùn)行編譯的程 序 ,程序檢查成功后 ,再把程序燒入硬件之中。只有將整個(gè)系統(tǒng)的軟件硬件相結(jié)合連接起來(lái)進(jìn)行調(diào)試 ,也就是綜合調(diào)試。這部分是單片機(jī)制作過(guò)程中最重要的調(diào)試部分。將通過(guò) KEIL 軟件編譯通過(guò)的單片機(jī)程序生成的“ .hex”文件用燒錄軟件通過(guò)下載線燒寫進(jìn)單片機(jī)中。 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試主要采用 keil 軟件調(diào)試編譯單片機(jī)程序。第二 ,將 LED結(jié)合起來(lái) ,借助開(kāi)發(fā)機(jī) ,通過(guò)編制程序 (最好采用“ 8”字循環(huán)程序 )進(jìn)行調(diào)試。不一致 ,一般為 LED 顯示器接觸不良所致 ,必須找出故障 ,排除后再檢測(cè)電路工作是否正常。對(duì)于電平類觸發(fā)信號(hào) ,可以直接用示波器觀察。一旦松開(kāi) ,電平將變低。 對(duì)于電平類信號(hào) ,觀測(cè)起來(lái)就比較容易。例如對(duì)片選信號(hào) ,運(yùn)行相關(guān)小程序就可以檢測(cè)出譯碼片選信號(hào)是否正常。這些信號(hào)大多屬于脈沖信號(hào) ,對(duì)于脈沖信號(hào)借助示波器 (這里指通用示波器 )用常規(guī)方法很難觀測(cè)到 ,必須采取一定措施才能觀測(cè)到。 信號(hào)線是聯(lián)絡(luò)單片機(jī)和外部器件的 紐帶 ,如果信號(hào)線連結(jié)錯(cuò)誤或時(shí)序不對(duì) ,那么都會(huì)造成對(duì)外圍電路讀寫錯(cuò)誤。 聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試 聯(lián)機(jī)仿真必須借助仿真開(kāi)發(fā)裝置、示波器、萬(wàn)用表等工具。加電后檢查各插件上引腳的電位 ,一般先檢查 VCC 與 GND 之間電位 ,若在5V~ 之間屬正常。在保證安裝無(wú)誤后 ,用替換方法排除錯(cuò)誤。另一個(gè)是由于安裝錯(cuò)誤 ,造成器件燒壞。必要時(shí)利用數(shù)字萬(wàn)用表的短路測(cè)試功能 ,可以縮短排錯(cuò)時(shí)間。排除的方法是首先將加工的印制板認(rèn)真對(duì)照原理圖 ,看兩者是否一致。 排除邏輯故障 這類故障往往由于設(shè)計(jì)和加工制板過(guò)程中工藝性錯(cuò)誤所造成的。可見(jiàn)硬件的調(diào)試是基礎(chǔ) ,如果硬件調(diào)試不通過(guò) ,軟件設(shè)計(jì)則是無(wú)從做起。單片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開(kāi)的 ,許多硬件錯(cuò)誤是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。調(diào)試部分是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的部分。 5 系統(tǒng)調(diào)試 硬件的調(diào)試 在單片機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)程中 ,從硬件設(shè)計(jì)到軟件設(shè)計(jì)都需要做到準(zhǔn)確無(wú)誤。 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。 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。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。 圖 44 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序流程圖 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 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(cè)正常狀態(tài) 。 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(cè)試濃度值 X 上 區(qū)間上限濃度對(duì)應(yīng)電壓值 X 下 區(qū)間下限濃度對(duì)應(yīng)電壓值 X 濾 實(shí)際氣體測(cè)試濃度對(duì)應(yīng)電壓值 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(guò)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)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。濃度 0%LEL99%LEL 分成 8 段如下 : 0%LEL~10%LEL 10%LEL~20%LEL 20%LEL~28%LEL28%LEL~36%LEL 36%LEL~45%LEL45%LEL~61%LEL 61%LEL~78%LEL78%LEL~99%LEL 單片機(jī)經(jīng)過(guò)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(guò)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(duì)應(yīng)的濃度值。 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(duì)其進(jìn)行線性化處理。 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(cè) 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(cè)信號(hào)的關(guān)系 輸出曲線 ,用來(lái)作為使用過(guò)程中的計(jì)量依據(jù)。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。對(duì)采集的氣體次數(shù)每 3 次進(jìn)行一次處理。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(cè)人員帶來(lái)方便。 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。 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(wèn)題是檢測(cè)傳感器送 來(lái)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。 3 現(xiàn)場(chǎng)觀察與修改 用戶可以通過(guò)調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對(duì)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)。在程序中設(shè)置斷點(diǎn)。具體包括 : 1 程序下載 當(dāng)用戶將源程序 (C語(yǔ)言 )經(jīng) keil軟件語(yǔ)法檢查無(wú)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)。STC89C52 系列單片機(jī)的調(diào)試、開(kāi)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 FETFlashEmulation Tool 的 JTAG 控制器。綠燈不停的進(jìn)行閃爍表示當(dāng)前工作正常。當(dāng)檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度大于濃度設(shè)定值時(shí) ,單片機(jī)對(duì)應(yīng)引腳為低電平 ,進(jìn)行相應(yīng)的燈光報(bào)警。 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。由于數(shù)碼管內(nèi)是沒(méi)有限流電阻的 ,在實(shí)際應(yīng)用時(shí) ,必須對(duì)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。 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。當(dāng)實(shí)際檢測(cè)濃度等于或超過(guò)設(shè)定濃度時(shí) ,通過(guò) 和 與單片機(jī)的連接從而引起電平的變化 , 和 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。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)可燃性氣體濃度超過(guò)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。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。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。 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。在本設(shè)計(jì)中 ,采用的是阻容 RC 上電復(fù)位電路 ,通過(guò)電容加到