【正文】 000 10000 (2)編程讓液晶顯示同時顯示采集回的電壓和濃度，記錄 Vout 對應(yīng)的濃度值，如表 所示。 CO 參數(shù)測試 (1)由氣敏傳感器 MQ5 的靈敏度曲線和測試電路可以得出每一點的濃度對應(yīng)的電壓值 Vout，如表 。當(dāng)煤氣濃度超過警戒值時，聲光報警電路進(jìn)行報警，電磁閥關(guān)閉，同時，排風(fēng)扇開始進(jìn)行通風(fēng)。因此把數(shù)據(jù)類型改為無符號長整型。 （ 5）當(dāng)煤氣濃度低于報警值，單片機(jī)控制綠燈亮；當(dāng)快到達(dá)警戒值時，單片機(jī)控制黃燈閃爍；當(dāng)煤氣濃度超過報警值時，單片機(jī)控制紅燈閃爍，蜂鳴器響，并檢測退出報警的按鍵是否有按下，若按下，則退出報警。 （ 4） 當(dāng)單片機(jī)給繼電器一個高電平時，繼電器工作，排風(fēng)扇被開啟，低電平時，風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動。 （ 2）在編寫程序按鍵掃描程序時，應(yīng)注意延時消抖。 （ 1）由于煤氣傳感器可以把煤氣濃度直接轉(zhuǎn)化成電阻，經(jīng)信號調(diào)理后輸出電壓，所 以直接由 ADC0809 采集輸出的電壓， ADC0809 的通道選擇直接接地，所以當(dāng)啟 動轉(zhuǎn)換后，不用進(jìn)行通道選擇。 軟件部分的調(diào)試 軟件部分的調(diào)試的成敗直接影響到課題的實踐環(huán)節(jié)。煤氣的主要成分是 CO，當(dāng)氣敏傳感器 MQ5檢測到有煤氣時，將其濃度轉(zhuǎn)化成電阻，經(jīng)信號調(diào)理后產(chǎn)生一個電壓信號，單片機(jī)利用擬合的 CO 曲線的公式將此電壓信號轉(zhuǎn)換成濃度，顯示電路顯示該濃度。 桂 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 19 頁 共 38 頁 圖 CH4 電壓 濃度曲線 將擬合的曲線的公式擴(kuò)大 100 倍，得到電壓和濃度的關(guān)系，如公式 53所示。 xy? （ 52） ③ CH4 電壓 — 濃度曲線 CH4的電壓 — 濃度計算過程如表 所示表 表 CH4 的電壓 — 濃度計算過程 濃度（ ppm） RS/RO RS（ KΩ） Vout（ V） 桂 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 18 頁 共 38 頁 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 2020 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 通過 excel 擬合 CH4 的電壓 濃度曲線，為了減小誤差，將 濃度縮小 100 倍之后再進(jìn)行曲線擬合。 alcohol 的電壓 濃度曲線如圖 所示。 11* xy ? （ 51） ② alcohol 電壓 — 濃度曲線 alcohol 的電壓 — 濃度計算過程如表 所示。 CO的電壓 濃度曲線如圖 所示。 ① CO 電壓 — 濃度曲線 CO的電壓 — 濃度計算過程如表 所示。根據(jù) MQ5 的靈敏度曲線和本設(shè)計的數(shù)據(jù)采集電路，可以 得到 Vout 和濃度的離散點關(guān)系，經(jīng)測試， Ro= ,取RL=20KΩ， 計算過程如下：先列出每一點濃度對應(yīng)一個 Rs/Ro 值，再求出 Rs，通過數(shù)據(jù)采集電路可得 Rs/RL=(VccVout)/Vout 即 Rs/20=(5Vout)/Vout .因此可以求出每一點濃度對應(yīng)的電壓值，通過曲線擬合，可以得出電壓和濃度對應(yīng)的關(guān)系式。 桂 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 14 頁 共 38 頁 開 始關(guān) 閉排 氣 扇聲 光 報 警更 新 顯 示聲 光 報 警是 否 有 按 鍵按 下 ？是 否 超 限打 開 煤 氣YYNN系 統(tǒng) 初 始 化調(diào) 采 樣 子 程 序按 鍵 掃 描程 序調(diào) 顯 示 子 程 序更 新 顯 示關(guān) 閉 煤 氣 并 啟 動 排 氣 扇YN是 否 超 限 圖 程序主流程圖 桂 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 15 頁 共 38 頁 電壓 濃度曲線的擬合 MQ5氣敏傳感器只能把煤氣濃度轉(zhuǎn)化成電阻，經(jīng)信號調(diào)理后輸出電壓信號 ，因此需要找出電壓和濃度的關(guān)系式，才能顯示煤氣的濃度。 （ 4） 對需要特殊抗干擾的應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)采用軟件抗干擾措施，以提高系統(tǒng)的可靠性。 （ 2） 各功能子程序應(yīng)實現(xiàn)模塊化、子程序化，以便于調(diào)試、連接、移植和修改。 軟件設(shè)計方法 設(shè)計一個好的應(yīng)用軟件，必須充分考慮如下的一些設(shè)計原則 。軟件的設(shè)計要基于硬件的基礎(chǔ)，以設(shè)計的功能為方向來實現(xiàn)。三極管導(dǎo)通時，紅黑兩根線間接入 3V電壓，電磁閥導(dǎo)通；三極管不導(dǎo)通時，紅黑兩根線間沒有電壓，電磁閥關(guān)閉。 （ 7）本設(shè)計中的燃?xì)怆姶砰y有三根線，當(dāng)在紅黑兩根線接入 3V 電壓時，電磁閥導(dǎo)通，在黃黑兩根線接入 3V 電壓時，電磁閥關(guān)閉。 （ 5） 人機(jī)交流模塊不能正常工作，由于在檢查人機(jī)交流模塊時，開始只檢查了P3_7 口控制的按鍵，發(fā)現(xiàn)其反應(yīng)時間很長，也就是要按很久才會有反應(yīng)，開始以為是延時的問題，但是無論怎么修改程序，情況都沒有改善，后來發(fā)現(xiàn)按鍵是壞的，換了一個按鍵即可。 （ 4）聲光報警電路的發(fā)光二極管可以正常工作，但是蜂鳴器不能正常工作。 （ 2） 檢查復(fù)位電路 ，發(fā)現(xiàn)復(fù)位電路不工作，仔細(xì)觀察后，發(fā)現(xiàn)是原理圖上復(fù)位按鍵的一端未加 VCC，經(jīng)改正后，復(fù)位電路可以工作。 （ 1） 先下一個程序到單片機(jī)，看下載口是否可以用，經(jīng)測試，發(fā)現(xiàn)無法正常下載程序。在調(diào)試時，采用各模塊分開測試，即分別編寫各模塊的程序，看個模塊是否正常工作。 圖 風(fēng)扇驅(qū)動模塊 硬件電路調(diào)試 硬件是系統(tǒng)的軀體，硬件的好壞直接影響了結(jié)果，也影響了程序調(diào)試的進(jìn)度。 繼電器在這里起開關(guān)作用。當(dāng)檢測煤氣濃度超過警戒值時，單片機(jī)給三極管一個低電平，三極管截止，電磁閥關(guān)閉；當(dāng)檢測煤氣濃度低于警戒值時，單片機(jī)給三極管一個高電平，三極管導(dǎo)通，電磁閥導(dǎo)通。 在電磁閥控制模塊中，由于電磁閥的額定電壓是 3V，而電路提供 的電壓是 5V，所以利用二極管降壓，二極管還有驅(qū)動作用。它可與燃?xì)庑孤﹫缶到y(tǒng)連接或與消防及其他智能報警控制終端模塊等連接，實現(xiàn)現(xiàn)場或遠(yuǎn)程自動 /手動緊急切斷氣源，確保用氣安全。 電磁閥控制模塊 電磁閥控制模塊如圖 所示，本設(shè)計選用燃?xì)怆姶砰y。 圖 聲光報警模塊 控制電路 控制電路由電磁閥控制模塊和風(fēng)扇驅(qū)動電路組成。 聲光報警電路 聲光報警電路如圖 所示，它由三個發(fā)光二極管和蜂鳴器組成。 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的 桂 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 11 頁 共 38 頁 符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英 文字母“ A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“ A”。 這里采用字符型液晶模塊是一種用 5x7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為 1行 16個字、 2行 16個字、 2行 20個字等。該模塊加入上拉電阻，上拉電阻可以產(chǎn)生上拉電壓，使電路更穩(wěn)定。由于按鍵只有四個，所以每一個按鍵對應(yīng) 桂 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 10 頁 共 38 頁 一個 I/O 口。 VREF（＋）接 +5V， VREF（－）接地。在 A/D 轉(zhuǎn)換電路中，由于只需用一個通道，所以選用 IN0， ADDA、 ADDB、 ADDC 接地， IN0 采集數(shù)據(jù)， ADC0809 將 IN0 采集的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓送至單片機(jī)的 P0口。本設(shè)計還可以檢測 CH alcohol等燃?xì)?。由于輸出電壓?0~5V 間變化，所以運(yùn)放 LM358 在這里起電壓跟隨器的作用，起緩沖及隔離作用，有阻抗匹配的作用。在數(shù)據(jù)采集電路中，煤氣傳感器 MQ5 檢測煤氣的濃度，并將其檢測到的濃度轉(zhuǎn)化成電阻值，不同的濃度對應(yīng)不同的電阻值。根據(jù) MQ5 的靈敏度特性曲線和測試電路，可以得出電壓與濃度的關(guān)系。 圖 MQ5測試電路 （ 3） MQ5 靈敏度特性曲線 圖 MQ5 型靈敏度特性 MQ5 型氣敏傳感器的靈敏度特性曲線如圖 所示。氣敏傳感器需要預(yù)熱一段時間，待其穩(wěn) 定后， AB 端相當(dāng)于一個電阻，即 Rs， Rs隨著濃度的增大減小。 預(yù)熱時間 不少于 24小時 （ 2） MQ5 測試電路 MQ5 測試電路如圖 所示。 相對濕度： 65%177。 α (1000ppm/5000ppm CH4) 濃度斜率 ≤ 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 溫度： 20℃177。 AC or DC RL 負(fù)載電阻 可調(diào) RH 加熱電阻 31Ω177。它 對液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度，對乙醇、煙霧幾乎不響應(yīng)， 有快速的響應(yīng)恢復(fù)特性和長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性，它簡單的測試電路。 MQ5 簡介 80 C 51VCCVCCRESETVSS1 k80 C 51VCCVCCRESETVSSRESETR 1R 2( a ) 上電自動復(fù)位 ( b ) 按鍵手動復(fù)位200 +CR1 kC+ 桂 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 7 頁 共 38 頁 MQ5是一種氣敏傳感器。 數(shù)據(jù)采集電路 數(shù)據(jù)采集電路是煤氣控制器非常重要的組成部分，該模塊選用氣敏傳感器MQ5 采集煤氣濃度。 ③時鐘電路的要求 為了保證單片機(jī)同步工作方式的實現(xiàn)，系統(tǒng)應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下，嚴(yán)格地按時序進(jìn)行工作。 圖 時鐘電路 ②時鐘電路的作用 時鐘電路用來產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時鐘信號，從而保證單片機(jī)正常工作。 圖 復(fù)位電路 （ 2）時鐘電路的設(shè)計 ① 時鐘原理 時鐘電路的原理圖如圖 所示。按鍵復(fù)位又分按鈕電平復(fù)位 桂 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 6 頁 共 38 頁 和按鍵脈沖復(fù)位。 ③ 電路復(fù)位方式 單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種 ,其電路結(jié)構(gòu)分別如圖 所示。 圖 復(fù)位電路原理圖 ②復(fù)位電路的作用 完成單片機(jī)的初始化 ,即把系統(tǒng)的 PC值初始化為 0000H，使單片機(jī)開始重新 運(yùn)行程序。 （ 1） 復(fù)位電路簡介 ①復(fù)位電路原理圖 復(fù)位電路原理圖如圖 所示。晶振電路結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時鐘頻率。 煤氣傳感器 信號調(diào)理 AT89S51單片機(jī) 單片機(jī) 電磁閥 煤氣罐 濃度顯示 聲光報警 繼電器 風(fēng)扇 按鍵 桂 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 5 頁 共 38 頁 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)時鐘振蕩電路、復(fù)位電路、下載線接口等。原理圖如圖 所示。 4 硬件電路設(shè)計與調(diào)試 基于單片機(jī)的煤氣控制器的硬件電路可以分為 MCU 模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、 A/D轉(zhuǎn)換模塊、人機(jī)交流模塊、顯示模塊和控 制模塊，下面