【正文】 鐘信號。通道端口選擇線， A為低地址， C為高地址，引腳圖中為 ADDA，ADDB和 ADDC。這個信號有時簡寫為 ST。 START：轉(zhuǎn)換啟動信號。 表 32 通道選擇表 DCK74LS74ALE CLKVCCIN0STARTSTARTCLKOEIN31IN42IN53IN64IN75START6EOC7D38OE9CLK10VCC11VREF+12GND13D114D215VREF16D017D418D519D620D721ALE22ADD A23ADD B24ADD C25IN026IN127IN228U?ADC0809CCNDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7EOC1KR?RPot圖 35 ADC00809 接線圖 本科畢業(yè)設計 第 11 頁 共 31 頁 ALE：地址鎖存允許信號。 74LS74這個集成塊是一個雙 D觸發(fā)器，其功能比較的多，可用作寄存器，移位寄存器，振蕩器，單穩(wěn)態(tài)，分頻計數(shù)器等功能。地址鎖存與譯碼電路完成對 A、 B、 C 3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，表 2為通道選擇表。 1） ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖 35所示。 A/D 轉(zhuǎn)換 電路 ADC0809是一種逐次比較式 8路模擬輸入、 8位數(shù)字量輸出的 A/D轉(zhuǎn)換器。 電阻 R R R1 R1 R1 R1 R16和 Rw阻值選擇為 1k。當氣敏傳感器探測到一定濃度的可燃性氣體泄漏時，在傳感器元件上的催化劑使可燃性氣體進行無焰燃燒，產(chǎn)生熱量使感應電阻阻值發(fā)生變化，打破電橋平衡，產(chǎn)生了微小的電壓差信號，此時差動運算放大器同相端 3(+)的電位 V3+高于反相端 2()的電位 V2，經(jīng)差動運算放大器放大后輸出的差模電 壓信號為 V左右，由公式 (1)可算出差動運算放大器輸出端的電壓值。當在輸入端加上 +5V電壓時，經(jīng)過 3個二極管 D D D3(二極管型號為IN4001，每個二極管的壓降約為 V)，最后 加 在 傳感器 探頭兩端的電壓約為 ～ V，此時運放同相端 3(+)的電壓為 V左右 ， 反相端 2()的電壓 也應該 為 V左右 。 2℃ 工作條件 環(huán) 境溫度 :40℃ to 70℃ 濕度 :≤ 95%RH 貯存條件 溫度 : 20℃ 70℃ 濕度 :≤ 70%RH 氣敏器件阻值與氣體濃度之間一般為非 線性 關(guān)系 圖 33 氣敏器件阻值與氣體濃度之間關(guān)系 氣體檢測電路原理如圖 34所示，由氣敏傳感器 MC11 電阻 RW、 電阻 R R10組成平衡電橋檢測電路，電壓信號分別從電阻 RW和探頭的中點取出，從電阻 RW的中點 取出的電壓信號 通過電阻 R11被加到運放 的同 相輸入端 ，從探頭中點取出的電壓信號通過電阻R12被加到運放的反 相輸入端 。 10mA 功率 ≤ 360mW 測試條件 環(huán)境濕度： 65177。 圖 31 傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 圖 32 傳感器測量電路 本科畢業(yè)設計 第 8 頁 共 31 頁 表 31 MC112氣敏器件 的參 數(shù)介紹 適用氣體 甲烷、液化氣、丙烷等可燃性氣體 探測范圍 0100%LEL 特征氣體 1%甲烷 靈敏度 20～ 40mV/1%甲烷 響應時間 ≤ 10s 恢復時間 ≤ 30s 工作電壓 3V177。 其結(jié)構(gòu)及工作原理如圖所示 [6]。當含有可燃性的混合氣體擴散到檢測元件上時，在氣敏元件表面有一層催化劑，催化劑迅速與可燃性氣體進行無焰燃燒，并產(chǎn)生熱量。 根據(jù)催化燃燒效應的原理工作，由檢測元件和補償元件配對組成電橋的兩個臂，遇可燃性氣體時檢測元件電阻升高，橋路輸出電壓變化，該電壓變量隨氣體濃度增大而成正比例增大，補償元件起參比及溫濕度補償作用。 單片機 系統(tǒng)初始化設置 A/D 轉(zhuǎn)換 鍵盤輸入 濃 度采樣 圖 21 主程序流程圖 本科畢業(yè)設計 第 7 頁 共 31 頁 3 具體硬件電路設計 氣體濃度 測量部分 本 設計采用 MC112氣敏元件作為氣體傳感器的氣敏元件。 ② T1中斷子程序 T1定時中斷嵌套在 T0中斷之中，為高優(yōu)先級中斷。 ① T0中斷子程序 該中斷是單片機內(nèi)部 5s定時中斷，為低優(yōu)先級。 軟件設計 1. 主程序 模塊 應主要用來完成系統(tǒng)初始化設置、 濃度采樣， A/D轉(zhuǎn)換輸 入到單片機。 7. 電源 本設計采用 +5v電壓，單經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓的直流電壓。正常工作時綠燈亮，蜂鳴器不響；當超過設定的濃度 值時紅燈亮，蜂鳴器響，此時排風扇也開始工作，電磁閥關(guān)閉。 LCD1602是字符型液晶，顯示字母和數(shù)字比較方便，控制簡單，成本較低 。AT89C51單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應用。 3. 主控制器 擬采用 深圳市力帆電子有限公司 生產(chǎn)的 AT89C51單片機作為主控制器。 ADC0809是一種逐次比較式 8路模擬輸入、 8 位數(shù)字量輸出的 A/D轉(zhuǎn)換 器。具有良好的重復性、選擇性 ， 元件工作穩(wěn)定、可靠 ，靈敏度好，測量范圍為 0~100％ LEL，符合設計要求。該傳感器的特點是： 橋路輸出電壓呈線性 ， 該電路主要由濃度采樣電路、繼電器控制電路、報警電路設計、 LCD顯示電路組成 [5]。當泄漏氣體的濃度達到一定值時，可以啟動通風換氣設備進行排氣，同時通過電磁閥將氣體管道關(guān)閉，并將數(shù)據(jù)通過 LCD顯示出來。它由氣體濃度檢測電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機控制電路、 LCD液晶屏顯示和聲光報警電路等組成 [4]。以氣敏傳感器作為檢測元件，以 MCS51 系列的單片機 AT89C2051 為控制核心，并輔以相應的外圍電路來實現(xiàn)。在法國的 MX21 本科畢業(yè)設計 第 4 頁 共 31 頁 儀器中，已在多種有害氣體元件上實現(xiàn)了有害氣體之間的交叉干擾抑制。 (5)背景氣體干擾的抑制。通過將氣體敏感元件的重要數(shù)據(jù)如氣體種類、特性、測量范圍、編號等信息寫入 E2PROM，與敏感元件制成一體作為探頭，將其插入儀表后，由儀表根據(jù)存儲值自動識別氣體種類。 (3)提高儀器的自動化測量水平，實現(xiàn)自動調(diào)零，自動校準，自動增益調(diào)整，自動診斷等功能。單片機的引入不僅可以實現(xiàn)測氣體濃度值、報警點的設置，聲光報警，開機指示等基本功能，而且可以使其實現(xiàn)的功能有更進一步的發(fā)展。我國對于濕度、溫度、紅外等各類傳感器的研究和開發(fā)也已有多年的歷史 ,并取得了很大的成就 , 但對于可燃氣體報警器及其相應的氣敏傳感器的研究工作在近十年才開展的，可燃氣體報警器有更大的發(fā)展空間，可以從以下幾個方面開展： [3] (1）近年來，單片機技術(shù)的發(fā)展，其性價比有了很大的提高。 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀 氣體傳感器的快速發(fā)展使得國內(nèi)氣體探測系統(tǒng)產(chǎn)品表現(xiàn)為新舊并存。 氣體探測器的主要任務是采集氣體傳感器輸出的濃度信息，并對信息進行處理，氣體探測器是決定氣體探測系統(tǒng)的精度和可靠性的關(guān)鍵。可燃氣體探測系統(tǒng)的敏感元件是氣敏傳感器， 而 氣敏傳感器是一種 可以 把空氣中特定 氣體 檢驗出來，并將它轉(zhuǎn)化成 對應 電信號的器件， 并 提供有關(guān)待測氣體存在與否及其濃度大小的信息 。 本科畢業(yè)設計 第 3 頁 共 31 頁 可燃 氣體探測技術(shù)在國外已有幾十年的歷史，在 好多 工業(yè) 化 發(fā)達國家已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并得到廣泛應用。該儀器在需要改變測量氣體的種類時，只需更換傳感器，儀器軟件便可自動識 別該傳感器種類來監(jiān)測特定的氣體。目前有代表性的是法國 OLDHAM 公司的 MX21，德國 Drager 公司的 Multiwarn，日本理研株式會社 GX8 GX11 GX9 GX82 系列，美國 GasTech 公司的 GT、 SAFETMTE 等。 國外研究進展 國外對可燃氣體傳感器的研究和開發(fā)始于上個世紀 30年代，且發(fā)展迅速，發(fā)展到現(xiàn)在 ， 可燃氣體傳感器在可測氣體種類、測量范圍、穩(wěn)定性、精度和壽命等方面性能均有明顯的提高，尤其在穩(wěn)定性、精度和壽命方面有 了很大的進步。同時因缺少氣敏元件預熱時間控制，缺少氣敏元件自身短路、斷路故障的檢測，產(chǎn)品常常不符合可燃氣體產(chǎn)品的新標準。 本 設計 在傳統(tǒng)的可燃氣體報警器基 礎上進行技術(shù)改造，吸收原產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)點，增加新的功能。 工業(yè)可 燃氣 體 報警器能實時監(jiān) 測可燃氣體的泄露情況，一旦 氣體 發(fā)生泄露，即空氣中可燃氣體達到一定濃度 時 ，則報警器 就會紅燈閃爍，蜂鳴器聲響， 進行聲、光報警， 可以 有效防止事故的發(fā)生，滿足人們對燃氣安全的需要?？扇細怏w報警器可以更早的探測到有毒有害和可燃氣體的存在，當氣體超過了報警極限后就會發(fā)出動作，將事故控制在事故發(fā)生率最低的情況下。 第 1 頁 共 31 頁 目錄 1 引言 ................................................................... 2 國外研究進展 ..................................................... 2 2 氣體探測報警系統(tǒng)的總體設計 ............................................. 4 硬件設計 ......................................................... 5 軟件設計 ......................................................... 6 3 具體硬件電路設計 ....................................................... 7 氣體濃度測量部分 ................................................. 7 A/D 轉(zhuǎn)換電路 ...................................................... 9 主控制器 ........................................................ 11 顯示電路 ........................................................ 15 聲光報警電路 .................................................... 16 電源電路 ........................................................ 20 4 軟件設計 ............................................................. 23 軟件設計流程圖 .................................................. 24 各模塊流程圖 .................................................... 25 結(jié) 論 .........