【正文】 數(shù)、聲音報(bào)警函數(shù)和顯示報(bào)警函數(shù)。 總體思路是首先 定義相關(guān)的硬件接口，然后進(jìn)行初始化，包括 AD 控 制端和定時(shí)器的初始化。 本章小結(jié) 本章主要敘述了基于單片機(jī)的毒氣檢測系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)， 包括各個(gè)模塊的工作原理，各個(gè)模塊與單片機(jī)的鏈 接。 S51 增強(qiáng)型 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板通過一個(gè)三極管 C8550 來放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器 。 圖 26 數(shù)碼管顯示 原理圖 根據(jù)數(shù)碼管顯示原理，如 圖 25 連線，即可顯示報(bào)警傳感器 號(hào)碼。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼 管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 IO 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 本課題采用靜態(tài)態(tài)驅(qū)動(dòng)模式。 本課題選用共陽極七段紅色數(shù)碼管。 Led 數(shù)碼管常用段數(shù)一般為 7 段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)， Led 數(shù)碼管根據(jù) LED 的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解 LED 的這些特性，對編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。 圖 28 MQ7原理圖 顯示電路 顯示模塊的電路原理圖如下： 圖 25 顯示模塊 原理圖 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 16 為了清晰 明了的顯示報(bào)警房間號(hào) ，采取數(shù)碼管顯示。在滿足傳感器電性能要求的前提下，VC 和 VH 可以共用同一個(gè)電源電路。第 2章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 VC 則是用于測定與傳 感器串聯(lián)的負(fù)載電阻 (RL)上的電壓 (VRL)。該傳感器需要施加 2 個(gè)電壓：加熱器電壓 (VH)和測試電壓 (VC)。封裝好的氣敏元件有６只針狀管腳，其中４個(gè)用于信號(hào)取出，２個(gè)用于提供加熱電流。 ? 簡單的驅(qū)動(dòng)電路即可 ? 家用氣體泄漏報(bào)警器 ? 工業(yè)用一氧化碳報(bào)警器 ? 便攜式氣體檢測器 MQ7氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖 27所示 ， 由微型 Al2O3陶瓷管、 SnO2敏感層 ， 測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，為了改善傳感器的選擇性，傳感器氣室用活性炭過濾層與外界隔開。 主要特點(diǎn)及應(yīng)用： ? 對一氧化碳的高靈敏度 。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化，轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號(hào)。 半導(dǎo)體一氧化碳傳感器 MQ7 所使用的氣敏材料是在清潔空氣 中電導(dǎo)率較低的二氧化錫 (SnO2)。 [2] 鑒于以上選擇要點(diǎn)，本文中用到的傳感器必須具備良好的測量效果、功耗小、動(dòng)態(tài)特性良好和體積小、重量輕、價(jià)格低廉等幾個(gè)主要特性。 (8)故障率低，易于校準(zhǔn)和維護(hù)。 (2)滯后、漂移誤差小 (3)動(dòng)態(tài)特性好 (4)功耗小 (5)時(shí)間老化特性優(yōu)良 (6)與被測體匹配良好，既不因接入傳感器而使得被測對象受到影響，受被測量之外的影響小。 然后，單片機(jī)向 ADC0809 的 A、 B 引腳循環(huán)輸出地址編號(hào)， C 引腳接地 (因?yàn)楸菊n題僅用四個(gè) 模擬通道 )；每輸入一個(gè)地址編號(hào)后， START 和 ALE變高電平，復(fù)位 ADC0809 并將地址鎖存，經(jīng)過適當(dāng)?shù)难訒r(shí)后， START 和ALE 變低電平，開始模數(shù)轉(zhuǎn)換； 接 EOC 引腳，當(dāng)收到高電平時(shí)，說明模數(shù)轉(zhuǎn)換完成，此時(shí)向 OE 引腳輸出高電平， 打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量到 P0 口，然后 OE 引腳變低電平，完成一次模數(shù)轉(zhuǎn)換。 具體工作過程如下： 首先，在程序的控制下，利用單片機(jī)的定時(shí)器 T0 以及中斷服務(wù)程序在 輸出一個(gè)方波信號(hào)，作為 ADC0809 工作的時(shí)鐘信號(hào)。 GND：地。 REF(+)、 REF()：基準(zhǔn)電壓 ，本課題中分別為 +5V、 0V。要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ， EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換； EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。 OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻； OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。本信號(hào)有時(shí)簡寫為 ST.。 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效 ， 對應(yīng) ALE 上跳沿， A、B、 C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 D0~D7： 8 位數(shù)字量輸出端。 (7)低功耗，約 15mW。 (5)模擬輸入電壓范圍 0～ +5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 12 (3)轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μs(時(shí)鐘為 640kHz 時(shí) )， 130μs(時(shí)鐘為 500kHz 時(shí) )。 ADC0809 主要特性 (1)8 路輸入通道， 8 位 AD 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8 位。各個(gè)控制端口接到單片機(jī)的 P2 口 。 (由于 Proteus 軟件不能仿真 ADC0809，所以用ADC0808 代替。單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。隨著時(shí)間的推移，電容的電壓在 內(nèi)，從 5V 釋放到變?yōu)?了 ，甚至更小。 在單片機(jī)啟動(dòng) 后，電容 C 兩端的電壓持續(xù)充電為 5V，這是時(shí)候 10K電阻兩端的電壓接近于 0V， RST 處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。 單片機(jī)的復(fù)位形式：上電復(fù)位、按鍵復(fù)位。復(fù)位電路用于將單片機(jī)內(nèi)部 各電路的狀態(tài)恢復(fù)到一個(gè)確定的初始值，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。 易知：本單片機(jī)最小系統(tǒng)的 振蕩周期 =1(12MHz)=112us，時(shí)鐘周期 =16us，機(jī)器周期 =1us。晶振頻率 取 12 MHz。 本課題采用 內(nèi)部時(shí)鐘方式。 [1] 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路的原理如下： 1)時(shí)鐘電路 圖 24 時(shí)鐘電路原理圖 單片機(jī)工作時(shí)，從取指令到譯碼再進(jìn)行微操作，必須在時(shí)鐘信號(hào)控制下才能有序地進(jìn)行，時(shí)鐘電路就是為單片機(jī)工作提供基本時(shí)鐘的。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。該反向放大器可以配置 為片內(nèi)振蕩器。精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，因?yàn)橛袦仄?，請選 4MHz ～ 8MHz (12)有 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 (13)外部中斷 2 路 ,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷 ,Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 (14)PWM( 4 路 ) P C A(可編程計(jì)數(shù)器陣列 )，也可用 來再實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)定時(shí)第 2章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 器或 4 個(gè)外部中斷 (上升沿中斷 下降沿中斷均可支持 ) (15)STC89Cc516AD 具有 ADC 功能。用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部 RC 振蕩器還是外部晶體 時(shí)鐘。 STC89C52RC 系列單片機(jī)是單時(shí)鐘 機(jī)器周期 (1T)的兼容 8051 內(nèi)核單片機(jī)，是高速 低功耗的新一代 8051 單片機(jī)，全新的流水線 精簡指令集結(jié)構(gòu) ,內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 (單片機(jī)電源和地沒有標(biāo)出 )如圖 22 所示。并且給出設(shè)計(jì)電路。 (3)報(bào)警模塊 此模塊主要有蜂鳴 器、 LED 數(shù)碼管組成，在氣體濃度過大，超過安全單片機(jī)AD 轉(zhuǎn)換傳感器 1傳感器 2傳感器 3傳感器 3顯示報(bào)警聲音報(bào)警第 2章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 值時(shí)，蜂鳴器工作，提供聲音報(bào)警服務(wù)；同時(shí)，數(shù)碼管顯示報(bào)警的傳感器號(hào)。它的主要功能既是將經(jīng)過 ADC0809 處理后的檢測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。用的是 MCS51 單片機(jī)， MCS51 單片機(jī)是美國 Intel 公司 1980 年推出的一種高性能 8 為單片微型計(jì)算機(jī)。 圖 22 系統(tǒng)框圖 下面就對各個(gè)模塊的功能和實(shí)現(xiàn)形式做簡單介紹 (1)氣體濃度檢測模塊 一氧化碳報(bào)警器主要采用高穩(wěn) 定一氧化碳?xì)怏w傳感器 MQ7 檢測房間氣體濃度，檢測結(jié)果送入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 中進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，將得到的數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行分析處理。其中，濃度檢測及顯示模塊所實(shí)現(xiàn)的功能是將房間中的一氧化碳濃度值轉(zhuǎn)換成為單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)，并且濃度值顯示出來：主控模塊以單片機(jī)為主，對其他模塊的運(yùn)行進(jìn)行控制；報(bào)警模塊是此系統(tǒng)的外部電路，它的功能是實(shí)現(xiàn)報(bào)警。在本次設(shè)計(jì)中 ，使用的核心器件是單片機(jī)和一氧化碳燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 6 傳感器。為了更好的理清設(shè)計(jì)思路，將整個(gè)系統(tǒng)細(xì)分為三部分加以設(shè)計(jì)說明。其中以 AT89C51 單片機(jī)為核心構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上面向?qū)ο蟮慕?口電路，如前向通道、后向通道、人機(jī)交互通道 (鍵盤、顯示器、打印機(jī)等 )和串行通行口 (RS232)以及應(yīng)用程序等。 (2)單片機(jī)系統(tǒng)：指按照單片機(jī)的技術(shù)要求和嵌入對象的資源要求而構(gòu)成的基本系統(tǒng)，如時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和擴(kuò)展存儲(chǔ)器等與單片機(jī)構(gòu)成了單片機(jī)系統(tǒng)。 第 3 章主要 介紹了此次設(shè)計(jì) 的軟件部分，包括主程序、 AD 轉(zhuǎn)換程序、時(shí)鐘產(chǎn)生程序； 第 4 章主要介紹了 本次設(shè)計(jì)的實(shí)施過程，包括繪圖、編程、仿真和焊接實(shí)物。 論文具體章節(jié)安排如下： 第 1 章介紹了本 次 課題的 課題 背景 、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 、課題的研究意義 。 總的看來，我國氣敏元件傳感器及其應(yīng)用技術(shù)有了較快進(jìn)展，但與國外先進(jìn)水平仍有較大的差距，主要是產(chǎn)品制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用等方面的差距，與日本比較仍要落后 10 年。其現(xiàn)狀是：燒結(jié)型氣敏元件仍是生產(chǎn)的主流，占總量 90％以上；接觸燃繞式氣敏元件已具備了生產(chǎn)基礎(chǔ)和能力；電化學(xué)氣體傳感器有了試制產(chǎn)品 ；在工藝方面引入了表面摻雜、表面覆膜以 及制作表面催化反應(yīng)層和修 隔離層等工藝，使燒結(jié)型元件由廣譜性氣敏發(fā)展成選擇性氣敏；在結(jié)構(gòu)方面研制了補(bǔ)償復(fù)合結(jié)構(gòu)、組合差動(dòng)結(jié)構(gòu)以及集成化陣列結(jié)構(gòu)；新研究開發(fā)的 32OAl 氣敏材料、石英晶體和有機(jī)半導(dǎo)體等也開始用于氣敏材料；低功耗氣敏元件 (如一氧化碳，甲烷等氣敏元件 )已從產(chǎn)品研究進(jìn)入中試；國內(nèi)氣敏元件傳感器產(chǎn)量已超過“九五”初期的 400 萬支。如美 國 GeneralMonitors 公司在傳感器中嵌入微處理器，使氣體傳感器具有控制校準(zhǔn)和監(jiān)視故障狀況功能，實(shí)現(xiàn)了智能化；還有前已涉及的美國 IST 公司的具有微處理器的“ MegaGas”傳感器實(shí)現(xiàn)了智能化、多功能化。如日本費(fèi)加羅公司推出了檢測 (～ 10) 10－ 6 硫化氫低功耗氣體傳感器，美國 IST 提供了壽命達(dá) 10 年以上的氣體傳感器，美國 FirstAlert 公司推出了生物模擬型 (光化反應(yīng)型 )低功耗 CO 氣體傳感器等。因此，國外氣體傳感器技術(shù)得到了較快發(fā)展，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)預(yù)測，美國 1996 年 — 2020 年氣體傳感器年均增長率為 (27～ 30)％。美國國際傳感器技術(shù) (IST)公司應(yīng)用一種“ MegaCas傳感器和微程序控制單元，可檢測 100 種以上毒性氣體和可燃性氣體，通過其“氣體檢索”功能掃描，能很快確定是哪一種氣體。氣體檢測技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了智能化、多功能化。我國環(huán)境保護(hù)大氣污染監(jiān)測和工廠礦井中都要求有連續(xù)、自動(dòng)化的現(xiàn)場檢測儀。為了保證人們身體健康和環(huán)境潔凈，世界各國都紛紛致力于防止空氣污染的產(chǎn)生。一氧化碳是一種無色、無味的氣體，它與血液中的血紅素結(jié)合的能力是氧的 240 倍，它與血紅素形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，使血紅蛋白喪失了輸送氧氣的能力，從而導(dǎo)致組織低氧癥，甚至死亡。工廠排放的廢氣、煙道氧、汽車排放廢氣、內(nèi)燃機(jī)等排放氣體對空氣環(huán)境造成的污染日益嚴(yán)重。 (5)巡回檢測：安全衛(wèi)生檢查時(shí)，要檢測有害氣體或液體蒸 汽。 (3)應(yīng)急檢測：生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)異常情況或者處理事故時(shí)，為了安全和衛(wèi)燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 2 生要對有害氣體或液體 (蒸汽 )進(jìn)行檢測。危險(xiǎn)化學(xué)品場所有害氣體檢測，主要有以下幾種情況： (1)泄漏檢測：設(shè)備管道有害氣體或液體 (蒸汽 )現(xiàn)場所泄漏檢測報(bào)警，設(shè)備管道運(yùn)行檢漏。對避免和控制事故具有重要意義。但是，不可能達(dá)到絕對安全，仍然會(huì)出現(xiàn)萬有一失的情況。氣體傳感器的發(fā)展。這就對氣體的檢測和監(jiān)測設(shè)備提出了較高的要求。一旦發(fā)生氣體泄漏事故，必須盡快采取相應(yīng)措施進(jìn)行處置，才能將事故損失降低到最低水平。例如， 1995 年 7 月，四川省成都市化工總廠液氯車間發(fā)生氯氣泄漏，當(dāng)場造成 3 人死亡， 6 人受傷，僅約一小時(shí)左右，市區(qū)范圍數(shù)十平方公里范圍內(nèi)都能聞到刺激性的氯氣味。這些氣體在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用過程中一旦發(fā)生泄漏，將會(huì)引發(fā)中毒、火災(zāi)甚至爆炸事故，嚴(yán)重危害人民的生命和財(cái) 產(chǎn)安全。 test。 can simple drive circuit. Therefore, it is suitable for industrial and monoxide detector. Digital tube to clear the alarm number is displayed, even in low light, so use the digital control to do the display module. This paper describes a microcontrollerbased toxic gas detection system de