【正文】 第 3 章 煤氣檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計 本論文中，軟件解決的主要問題是檢測氣體傳感器的有毒氣體濃度信號，然后對信號進行放大、 A/D 轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理，濃度顯示，以及警報處理。 報警和指示燈的作用就是 為了提醒人們的注意。 控制 LED_GREEN 的亮滅情況，正常情況下，點亮 LED_GREEN，作為指示功能，表明處于正常正常情況。 聲光報警電路設(shè)計與單片機的連接和控制關(guān)系如表 23所示 : 表 23 聲光報警電路設(shè)計與單片機的連接和控制關(guān)系表 與單片機的連接關(guān)系 給高電平 給低電平 D1(LED_RED) 連接 不報警，滅 報警 — 亮紅燈 D2(LED_GREEN) 連接 不報警，滅 不報警 — 亮綠燈 Q1(SPEAKER) 連 接 報警，報警聲 不報警 — 不響 單片機 AT89C52 的 接晶體管基極輸入端，當(dāng)單片機 AT89C52 的 置 1時，三極管 Q1 導(dǎo)通，蜂鳴器兩端處于高電平狀態(tài)，使蜂鳴器鳴叫，處于一般報警狀態(tài)。具體電 路圖如圖 211所示。復(fù)位電路如圖圖 210所示。 圖 29 時鐘振蕩器 (2) RST：復(fù)位輸入。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 圖 28 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 10 單片機的最小系統(tǒng)設(shè)計 單片機的最小系統(tǒng)主要包括：晶振電路、復(fù)位電路、電源電路等。 ADDA,ADDB,ADDC 連接在一起接 GND，相當(dāng)于選通通道 IN0。 如圖 28所示， A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計中，其中 ADC0808 的 ALE 和 START 端一起連接 AT89C52 的 口。直到 A／ D 轉(zhuǎn)換完成，轉(zhuǎn)換開始 ,EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。 ADC0808 的工作過程 9 圖 27ADC0808 的工作時序圖 如圖 27所示，當(dāng)模擬量送至某一輸入通道 IN0 后， CPU 將標(biāo)識該通道編碼的三位地址信號經(jīng)數(shù)據(jù)線或地址線輸入到 ADDC、 ADDB、 ADDA 引腳上。模擬輸入部分有 8路多路開關(guān)，可由 3位地址輸入 ADDA、 ADDB、 ADDC 的不同組合來選擇， ALE 為地址鎖存信號，高電平有效，鎖存這三條地址輸入信號。輸入輸出與 TTL 兼容。 對于該 8個通道的輸入信號， 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器， 精度： 281=2561 =%. 分辨率 ： 28Vref=2565 =? 20mv(輸入為 0～ 5V 時 ) 量化誤差： Q= 28Vref21? ? 10mv 說明： Vref— A/D 轉(zhuǎn)換器的參考電壓，即為基準(zhǔn)電壓，選取 Vref=5V； 8 N — ADC 的二進制位數(shù)， N=8； ADC0808 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A／ D轉(zhuǎn)換器，它由 8 路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位開關(guān)樹型 A／ D 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成， ADC0808 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 26 所示。由于本系統(tǒng)的控制時間允許，可選 8位逐次比較式 A/D 轉(zhuǎn)換器ADC0808。 A/D轉(zhuǎn)換器型號不同，轉(zhuǎn)換速度差別很大。 GND：接地。要求時鐘頻率不高于 640KHZ。當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 EOC： A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，當(dāng) A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 ALE：地址鎖存選通信號，輸入高電平有效。 D0～ D7： 8 位數(shù)字量輸出端。 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 ADC0808 芯片有 28 條引腳，如圖 25 ADC0808 管腳圖所示，采用雙列直插式封裝，下面說明各引腳功能。 6 圖 24 氣體傳感器的放大電路設(shè)計 由 LM324 構(gòu)成的氣體傳感器的放大電路如圖 24所示。 圖 23LM324的引腳 放大電路設(shè)計中，我們采用一個增益可調(diào)的同向放大電路，計算公式為AV=1+Rf/R2，其中 Rf=200k(可調(diào)的 )， R2取 10K,AV 最大可達 21，從而給調(diào)試帶來了極大方便。每一組運算 放大器 ， 可用圖 23所示的符號來表示，它有 5個引出腳，其中 “+” 、 “ ” 為兩個信號輸入端， “V+” 、 “V ” 為正、負電源端， “Vo” 為輸出端。該四放大器可以工作在低到 32 伏的電源下。 LM324 系列器件為四運算放大器 ， LM324 的引腳排列見圖 23 所示 。 放大電路的設(shè)計 由于氣體傳感器采集的電信號一般很小，而且存在共模成分，需要經(jīng)過放大電路放大，之后方可進行 A/D轉(zhuǎn)換。氣體傳感器作為煤氣泄露測試裝置報警器的信號采集部分。 表 21 CO濃度與控制處理 CO 濃度（ ppm） 控制處理方式 說明 ＜ 400 正常情況處理 指示燈亮綠色 ≥ 400 一般報警 小喇叭報警 ≥ 800 嚴(yán)重報警 指示燈亮紅色且小喇叭報警 一氧化碳的濃度在 400ppm 范圍以內(nèi)，我們就按照正常情況處理，即不需要報警處理； 當(dāng)一氧化碳的濃度大于等于 400ppm 以后，我們就按照一般報警情況處理，目的是為了開始進行報警提示，以便于提醒人們的注意；當(dāng)一氧化碳的濃度達到 800ppm 值以后，我們就必須的進行嚴(yán)重的報警處理。 VCC/（ RL+RS） 傳感器阻值 RS 隨著 CO濃度的增大而減小時 ,輸出負載電壓 VRL 逐漸變大 ,所以通過測量負載電壓即可反應(yīng)出被測對象的 CO濃度。 4 4213CO 傳感器4213基本測量電路VhV C C RLV s s 圖 22氣體傳感器管腳與基本測量電路圖 如圖 22里，其中 4 端為加熱器的電源接線端 , 3 為傳感器輸出端 ,氣體傳感器工作原理是把傳感器置于 CO氣體環(huán)中 ,SnO2 薄膜層的電阻會隨著 CO 濃度的變化而變化 ,CO 濃度越大 ,SnO2 薄膜層阻值越小。我們建議您用 1000ppm 異丁烷或氫氣校準(zhǔn)傳感器。我們選擇的 氣體傳感器是 MQ5 ． MQ5 特點 * 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) * 快速的響應(yīng)恢復(fù)特性 * 長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 * 簡單的測試電路 MQ5 型氣敏元件對不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。 氣體傳感器的分類和基本條件為選擇哪種氣體傳感器提供了參考的依據(jù)。 (5) 使用壽命長。 (3) 對檢測信號響應(yīng)速度快，重復(fù)性好。但是，任何一個完整的氣體傳感器都必須具備以下條件： (1) 能選擇性地檢測某種單一氣體，而對共存的其它氣體不響應(yīng)或低響應(yīng)。 (6) 高分子氣體傳感器。 (4) 電化學(xué)式氣體傳感器。 (2) 固體電解質(zhì)氣體傳感器。 單片機 AT89C52 4 位數(shù)碼管顯示 報警和指示燈 A/D 放大器 氣體 傳感器 單片機 最小系統(tǒng) 3 系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計 系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計主要包括了氣體傳感器電路設(shè)計、放大電路設(shè)計、 A/D轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計、單片機的最小系統(tǒng)、聲光報警電路設(shè)計、數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計和電源電路的設(shè)計等。 A/D 轉(zhuǎn)換器采用的是 ADC0808，它是采樣頻率為 8位的、以逐次逼近原理進行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換的器件，具有功耗低，性能穩(wěn)定的特點。其中傳感器采用的是 M5，該傳感器外形小，氣體響應(yīng)快，性能穩(wěn)定，低功耗，常適用于泄漏監(jiān)測器。 氣體傳感器輸出為模擬量，很微弱需要進行放大電路的處理，單片機處理的是數(shù)字信號，需要利用 A/D 轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給 AT89C52 單片機進行數(shù)據(jù)的處理；聲光報警電路里使用蜂鳴器作為報警用，同時還用 LED燈進行相應(yīng)的指示，以便于提醒注意；單片機的最小系統(tǒng)是 AT89C52 單片機工作的前提條件；顯示電路采用了 4位集成的數(shù)碼管進行顯示，由 AT89C52 單片機進行控制實現(xiàn)顯示。 基于 AT89C52 單片機實現(xiàn)的煤氣檢測系統(tǒng)的具體方案如圖 21所示。這就要求企業(yè)從現(xiàn)場控制層到管理層能實現(xiàn)全方位的無縫信息集成，實現(xiàn)遠程維護、智能診斷以及遠程管理功能，提供一個開放的基礎(chǔ)構(gòu)架，并具有高可靠性、分散控制、集中監(jiān)視和管理的功能。 (6)聲關(guān)報警控制程序設(shè)計，根據(jù)氣體濃度進行相應(yīng)的處理 . 2 第 2 章 煤氣檢測系統(tǒng)設(shè)計的硬件設(shè)計 基于單片機實現(xiàn) 微處理器的出現(xiàn)極大地促進了生產(chǎn)力的發(fā) 展，提高了人們生活的質(zhì)量，實現(xiàn)了工業(yè)的現(xiàn)代化和自動化。 煤氣檢測系統(tǒng)的設(shè)計要求 由于煤氣檢測系統(tǒng)主要包括氣體傳感器電路、放大電路、 A \D轉(zhuǎn)換電路、單 片機最小系統(tǒng)、聲關(guān)報警電路和數(shù)碼管顯示電路等部分。 煤氣檢測系統(tǒng)設(shè)計在硬件設(shè)計方面，主要研究組成家用煤氣泄漏報警控制系統(tǒng)的單片機芯片、氣體傳感器的使用方法，同時研究電路設(shè)計思路、電路組成，包括氣體傳感器