【正文】 第 15 頁 共 43 頁 SIM900A 的引腳功能 SIM900A模塊引腳如圖 ，實(shí)物圖如 ， SIM900A引腳功能說明如表 。這些產(chǎn)品可以很容易向 GPRS領(lǐng)域過度，您將會(huì)發(fā)現(xiàn)花費(fèi)較少的成本就能享受到 GPRS技術(shù)帶給您的方便快捷 [10]。在 GSM網(wǎng)絡(luò)日臻完善的今天，它易于集成，使用它您可以在較短的時(shí)間內(nèi)花費(fèi)較少的成本開發(fā)出新穎的產(chǎn)品。 本設(shè)計(jì)中使用蜂鳴器 和 LED燈 來做提示報(bào)警，當(dāng) 煙霧 濃度大于設(shè)定值時(shí)蜂鳴器就會(huì)發(fā)出 發(fā)聲音，LED燈會(huì)提示 。多謝振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后（ ），多謝振蕩器起振，輸出，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴器片發(fā)聲。 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。它廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、報(bào)警器、電話機(jī)等電子產(chǎn)產(chǎn)品中作發(fā)生器件。 Fan端口為 0（低電平）使三極管處于截止區(qū)，繼電器打開。 Fan端口為 1（高電平）使三極管處于飽和區(qū)，繼電器閉合。銜鐵在彈簧的拉力作用下回到原來的位置，動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)分開，工作電路被切斷，小燈泡 L 不發(fā)光。這時(shí)彈簧被拉長，觀察到工作電路被接通，小燈泡 L發(fā)光。用手指將動(dòng)觸點(diǎn)壓下，則 D、 E間因動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)接觸而將工作電路接通，小燈泡 L 發(fā)光?？刂齐娐肥怯呻姶盆F A、銜鐵 B、低壓電源 E1 和開關(guān)組成；工作電路是由小燈泡 L、電源 E2 和相當(dāng)于開關(guān)的靜觸點(diǎn)、動(dòng)觸點(diǎn)組成。 電磁繼電器的構(gòu)造：如圖所示， A是電磁鐵， B 是銜鐵， C 是彈簧， D 是動(dòng)觸點(diǎn)， E是靜觸點(diǎn)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 12 頁 共 43 頁 表 74HC164 工作模式 輸入 輸出 /M/R CP DSA DSB Q0 Q1 至 Q7 復(fù)位（清除） L L X X L:L 至 L 移位 H ↑ l l L:qo 至 q6 H ↑ l h L q0 至 q6 H ↑ h l L q0 至 q6 H ↑ h h H q0 至 q6 H = HIGH（高）電平 h = 先于低 至 高時(shí)鐘躍變一個(gè)建立時(shí)間 (setup time) 的 HIGH（高）電平 L = LOW（低）電平 l = 先于低 至 高時(shí)鐘躍變一個(gè)建立時(shí)間 (setup time) 的 LOW（低）電平 q = 小寫字母代表先于低 至 高時(shí)鐘躍變一個(gè)建立時(shí)間的參考輸入 (referenced input) 的狀態(tài) ↑ = 低 至 高時(shí)鐘躍變 圖 數(shù)碼管顯示電路 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 13 頁 共 43 頁 繼電器電路的設(shè)計(jì) 繼電器概述 電磁繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上 是用較小的電流、較低的電壓去控制較大電流、較高的電壓的一種“自動(dòng)開關(guān)”。 如果在完成 1個(gè)字節(jié)的 8 個(gè)數(shù)據(jù)位傳送以后，不再有時(shí)鐘信號到來，移位寄存器 74HC164 的并行輸出管腳的狀態(tài)將保持不變，數(shù)碼管就處于穩(wěn)定地顯示狀態(tài)。 將 1 個(gè)字節(jié)的 8 個(gè)數(shù)據(jù)位，在 8個(gè)時(shí)鐘信號的作用下，逐個(gè)送入移位寄存器 74HC164，就能夠?qū)⑼酱袀鬏敺绞降臄?shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù) 格式。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 11 頁 共 43 頁 圖 74HC164 圖 數(shù)碼管 表 74HC164 芯片說明 符號 引腳 說明 DSA 1 數(shù)據(jù)輸入 DSB 2 數(shù)據(jù)輸入 Q0~Q3 3~6 輸出 GND 7 地 (0 V) CP 8 時(shí)鐘輸入（低電平到高電平邊沿觸發(fā)） /M/R 9 中央復(fù)位輸入（低電平有效） Q4~Q7 10~13 輸出 VCC 14 正電源 顯示電路設(shè)計(jì) 74HC164 時(shí)鐘 (CP) 每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到 Q0， Q0 是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（ DSA 和 DSB）的邏輯與，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長度。數(shù)據(jù)通過兩個(gè)輸入端（ DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。 74HC16 74HCT164 是高速硅門 CMOS 器件，與低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成 8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是 8個(gè)。 ADC的相關(guān)寄存器如下圖： 圖 ADC 的相關(guān)寄存器 本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)內(nèi)部 A/D模塊，直接采樣輸出的模擬電壓。在使用 ADC之前應(yīng)先給 ADC上電也就是置位 ADC控制寄存器中的 ADC_POWER位 [8]。模擬通道的選擇控制由 ADC控制寄存器 ADC_CONTR中的 CHS2~CHS0確定。 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，最終的轉(zhuǎn)換結(jié)果保存到 ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_RES和 ADC_RESL。 圖 STC15 系列單片機(jī) ADC 結(jié)構(gòu) 從上圖可以看出，通過模擬多路開關(guān)，將通過 ADC0~7的模擬量輸入送給比較器。逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器具有速度高，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。 ADC 采樣 STC15系列單片機(jī)的 ADC是逐次比較型 ADC。外部時(shí)鐘方式片內(nèi)高增益反相放大器通過 XTAL1和 XTAL2外接作為反饋元件的晶體與電容組成的并聯(lián)諧振回路，構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器向內(nèi)部時(shí)鐘電路提供振蕩時(shí)鐘。增加手動(dòng)復(fù)位按鍵是為了避免死機(jī)時(shí)無法可靠復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。 15系列單片機(jī)的復(fù)位信號是從 RST引腳輸入到芯片 內(nèi)的施密特 觸發(fā)器 中的。封裝： LQFP48, LQFP44, PDIP40, PLCC44, QFN40I/O 口不夠時(shí)，可用 2到 3 根普通 I/O 口線外接 74HC164/165/595（均可級聯(lián)）來擴(kuò)展 I/O 口 ,還可用 A/D 做按鍵掃描來節(jié)省 I/O 口，或用雙 CPU,三線通信，還多了串口 [6]。通用全雙工異步串行口 (UART)，由于 STC12系列是高速的 8051，可再用定時(shí)器或 PCA軟件實(shí)現(xiàn)多串口 。 3% 。外部掉電檢測電路 : 在 口有一個(gè)低壓門檻比較器， 5V單片機(jī)為 ，誤差為177。針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合 [5]。 STC12C5A60S2/PWM 系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期 (1T)的單片機(jī)，是高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 812倍。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 8 頁 共 43 頁 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 (1)STC15f2k60S2 單片機(jī) STC15f2k60S2 是一個(gè)低功耗，高性能的 CMOS 8位單片機(jī)。 7 OSC 工作時(shí)鐘輸入端 8 V+ 電源輸入端 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 7 頁 共 43 頁 圖 負(fù)電源模塊 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 單片機(jī) 最小系統(tǒng)的具體電路圖如圖 所示 。 (2)內(nèi)部電路與引腳功能 ICL7660 提供 DIP、 SO，μ MAX TO99 等封裝形式。 ICL7660 是 Maxim 公司生產(chǎn)的小功 率極性反轉(zhuǎn)電源轉(zhuǎn)換器。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 6 頁 共 43 頁 圖 信號處理電路 正負(fù)電源 正電源由外來的穩(wěn)壓 5V 電源提供。不同的環(huán)境傳感器的輸出電壓可能不同，但經(jīng)過一個(gè)相減電路，都可以輸出一個(gè)定值，作為單片機(jī) A/D 采樣的數(shù)據(jù)。之后電壓信號進(jìn)行 A/D采樣。 15678432O f f s e t N u l l 1I n v e r t i n g I n p u tN o n i n v e r t i n g I n p u tV c c O f f s e t N u l l 2V c c +O u t p u tN . C ._+ 圖 OP07 芯片 信號處理電路 傳感器的輸出是是一個(gè)很小的電壓信號。 3V至177。 時(shí)間： 2μ V/month。 低失調(diào)電壓漂移： V/℃ 。 性能指標(biāo)： 超低偏移： 150μ V最大。 OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（ OP07A為177。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 5 頁 共 43 頁 OP07 精密運(yùn)算放大器 OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性（雙電源供電）運(yùn)算放大器集成電路。一個(gè) 天然氣和甲烷 傳感器既可以只實(shí)現(xiàn)單個(gè)功能，也可以實(shí)現(xiàn)多種功能的。當(dāng)傳感器輸出的信號經(jīng)過前置放大電路對其進(jìn)行的放大、濾波、電平調(diào)整后，輸出的信號才能滿足單片機(jī)對輸入信號的要求。 圖 天然氣傳感器 電路圖 其引腳表如表 所示 表 MQ5 天然氣傳感器引腳功能 引腳 功能 VCC 5V 工作電壓 GND 外接 GND D0 小板數(shù)字開關(guān)輸出接口（ 0 和 1） A0 小板模擬量輸出接口 傳感器的電導(dǎo)率是隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增大而增大，再使用相應(yīng)的外圍電路就可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)變成與該氣體濃度變化相對應(yīng)的電信號。 MQ5 傳感器的引腳功能及 MQ5天然氣傳感器實(shí)物圖如圖 。 (6)具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。（當(dāng)輸出為低電平時(shí)信號燈亮，可直接單片機(jī)） (4)模擬量輸出 0~5V電壓，濃度越高電壓值越高。 MQ5 傳感器的主要特點(diǎn) MQ5 的主要特點(diǎn)： (1)具有信號輸出指示。若氣濃度發(fā)生變化，其阻值也將隨之變化。 MQ5氣體傳感器是 SnO2(氧化錫 )半導(dǎo)體氣敏傳感器屬于電阻型氣敏元件。該傳感器常用于家庭和工廠的氣體泄漏裝置，適宜于天然氣和甲烷的探測。這就是半導(dǎo)體氣敏元件檢測可燃?xì)怏w的基本原理。當(dāng)遇到空氣中可燃?xì)怏w時(shí)，由于可燃?xì)怏w能夠提供給電子，可燃?xì)怏w中就會(huì)有正離子吸附在金屬氧化物半導(dǎo) 體表面，氧負(fù)離子放出電子使可燃?xì)怏w以正離子的吸附也要放出電子，電阻值下降就是因?yàn)榘雽?dǎo)體電子密度增加。 N型在檢測時(shí)阻值隨氣體濃度的增大而減小， P型阻值隨氣體濃度的增大而增大。它主要包括半導(dǎo)體氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學(xué)氣敏傳感器等，其中用的最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器 [2]。 （ 2）光電式傳感：該傳感器內(nèi)部有一個(gè)光學(xué)迷宮，安裝有紅外對管，沒有天然氣和甲烷時(shí)紅外接收管接收不到紅外發(fā)射管發(fā)射出來的紅外光線，當(dāng)天然氣和甲烷進(jìn)入光學(xué)迷宮時(shí)，通過折射、反射后，接收管將接收到紅外光線，報(bào)警電路判斷是否超過閾值，超過則發(fā)出警報(bào)，反之則不然。 單 片 機(jī) SIM900A遠(yuǎn)程報(bào)警模塊 傳感器模塊 聲光報(bào)警模塊 自動(dòng)換氣模塊 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 3 頁 共 43 頁 傳感器部分的設(shè)計(jì) 傳感器的概述 天然氣和甲烷傳感器的主要分為離子式 傳感器 、光電式傳感和氣敏式傳感器。兩者功能相似， SIM340在相同技術(shù)領(lǐng)域相對 SIM900A更勝一籌，但對本系統(tǒng)而言 SIM900A性價(jià)比更高。短消息傳輸具有實(shí)現(xiàn)簡單，通信成本低的優(yōu)點(diǎn)。短消息 (SMS)利用信令信道傳輸，直接把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短消息服務(wù)中心 ，由服務(wù)中心再發(fā)給終端。故排除方案一。另外， SIM900A的尺寸大小為 24x24x3mm，能適用于 M2M應(yīng)用中的各類設(shè)計(jì)需求，尤其適用于緊湊型產(chǎn)品設(shè)計(jì)。 圖 基于 SIM900A 的報(bào)警系統(tǒng)圖 SIMCom推出新款緊湊型產(chǎn)品 — SIM900A. 它屬于雙頻 GSM/GPRS模塊，完全采用 SMT封裝形式，SIM900A僅適用于中國市場，其性能穩(wěn)定，外觀精巧，性價(jià)比高，能滿足您的多種需求。 方案三：基于 SIM900A的天然氣報(bào)警系統(tǒng)。四頻 GSM／ GPRS模塊，外形尺寸40mm x33mm 。 SIM340是小體積即插即用模塊中完善的四頻 GSM／ GPRS解決方案使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)界面，使得具備 GSM／ GPRS 850／ 900／1800／ 1900MHz功能的 SIM340以小尺寸和低功耗實(shí)現(xiàn)語音、 SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸。首先由單片機(jī)通過藍(lán)牙模塊接收數(shù)據(jù)，然后將該數(shù)據(jù)導(dǎo)入 LCD屏進(jìn)行顯示， 同時(shí)單片機(jī)對天然氣值進(jìn)行分析處理，將天然氣值與設(shè)定值進(jìn)行比較，若天然氣值大于設(shè)定的值即刻啟動(dòng)報(bào)警。 第五章：完成此系統(tǒng)設(shè)計(jì)后的總結(jié)與展望。 第三章：介紹了此 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。 第二章：詳細(xì)介紹了此系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。最后對全文進(jìn)行概括的總結(jié)，并提出相關(guān)擴(kuò)展功能，有待進(jìn)一步完善。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)則主要是設(shè)計(jì)單片機(jī)進(jìn)行控制所需要的相關(guān)程序，這部分程序采用 C 語言進(jìn)行編寫。硬件電路設(shè)計(jì)主要是針對選擇的方案進(jìn)行具體的電路設(shè)計(jì)。 論文結(jié)構(gòu)