【正文】 RST 端上一個(gè)高電平復(fù)位信號(hào) ,高電平持續(xù)時(shí)間取決于 RC 電路參數(shù)。 圖 36 STC89C52 單片機(jī)接口電路 1 復(fù)位模塊 復(fù)位操作可以使單片機(jī)初始化 ,也可以使死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動(dòng) ,因此非常重要。根據(jù)單片機(jī)制作的原理以及報(bào)警器實(shí)現(xiàn)的功能 ,其接口電路主要分為五個(gè)部分。其典型值 為 +5VVref++5V, Vref5V. 圖 35 A/D 轉(zhuǎn)換電路 VIN1 采集傳感器輸出的信號(hào)電壓信號(hào) ,當(dāng)采集的電壓超過 時(shí) ,即表示濃度超過約 45%時(shí) ,系統(tǒng)將發(fā)生報(bào)警。 Vcc?? +5V 電源。 OE0,輸出數(shù)據(jù)線呈高阻 。 D0 為最低位 ,D7 為最高 OE??輸出允許信號(hào)。 D7~D0??數(shù)據(jù)輸出線。EOC1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。通常使用頻率為 500KHz 的時(shí)鐘信號(hào) EOC??轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。 CLK??時(shí)鐘信號(hào)。 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。在 A/D 轉(zhuǎn)換期間 ,START 應(yīng)保持 低電平。 START 上升沿時(shí) ,復(fù)位 ADC0809。對(duì)應(yīng) ALE 上跳沿 ,A、 B、 C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。其引腳電路如圖 32 所示 ,STC89C52 主要性能有以下幾點(diǎn) : 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作 :0Hz~33Hz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 32 個(gè)可編程 I/O 口線 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 八個(gè)中斷源全雙工 UART 串行通道 低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒 看門狗定時(shí)器 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識(shí)符 圖 32 STC89C52 引腳圖 可燃性氣體報(bào)警控制器的電路設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換電路 ADC0809 芯片為 28 引腳為雙列直插式封裝 ,其引腳排列見圖 ?？臻e模式下 ,CPU 停止工作 ,允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 STC89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能 :8k 字節(jié) Flash,256 字節(jié) RAM,32 位 I/O 口線 ,看門狗定時(shí)器 ,2 個(gè)數(shù)據(jù)指針 ,三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ,一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu) ,全雙工串行 口 ,片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程 ,亦適于常規(guī)編程器。 圖 31 可燃性氣體報(bào)警控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu) STC89C52 系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位 微控制器 ,具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。 可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器的結(jié)構(gòu) 可燃性氣體報(bào)警控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 31 所示 ,系統(tǒng)以 STC89C52 單片機(jī)為核心 ,配合外圍電路共同完成信號(hào)采集、濃度顯示、聲音報(bào)警、自動(dòng)控制等功能。最后 ,將濃度值送入 LED 數(shù)碼管顯示。根據(jù)多方面的比較 ,本設(shè)計(jì)選用生產(chǎn)的 STC89C52 系列單片機(jī)作為報(bào)警器的核心控制器。在單片機(jī)所實(shí)現(xiàn)的這些功能中 ,特別是信號(hào)處理部分 ,需要單片機(jī)有較快的運(yùn)行速度 ,才能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)氣體濃度做出快速、準(zhǔn)確 的檢測(cè) ,進(jìn)行相應(yīng)的處理。 圖 22 負(fù)載測(cè)試曲線圖 第 3 章 可燃性氣體報(bào)警控制器的硬件設(shè)計(jì) 可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì) 在可燃性氣體報(bào)警控制器的設(shè)計(jì)中 ,單片機(jī)是儀表的核心部件。 圖 21 MQ2 靈敏度特性曲線 MQ2 工作原理 : 傳感器的表面電阻 Rs 是通過與其串聯(lián)的負(fù)載電阻 RL 上的有效電壓信號(hào)VRL 輸出而獲得的。 圖 21 給出了 MQ2 元件對(duì)不同氣體的靈敏度特性。 MQ2 傳感器詳細(xì)說明 MQ2 型氣敏元件的敏感層是用非常穩(wěn)定的二氧化錫制成的。具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 ,驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單 ,較大的電信號(hào)輸出。目前國際上絕大部分毒氣檢測(cè)采用該類型傳感器。它的優(yōu)點(diǎn)是 :反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測(cè) ,但壽命較短大于等于兩年。 5 電化學(xué)傳感器 這類傳感器由膜電極和電解液灌封而成。高分子氣敏材料在遇到特定氣體時(shí) ,其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速度和頻率、材料重量等物理性能發(fā)生變化 D21 高分子氣敏材料由于具有易操作 性、工藝簡(jiǎn)單、常溫選擇性好、價(jià)格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合 ,在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測(cè)中具有重要作用。其不足的是催化劑壽命有限 ,當(dāng)在可燃性氣體與空氣的混合物中有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下 ,則有可能在無焰催化燃燒的同時(shí) ,有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面 ,阻塞載體的微孔 ,從而引起響應(yīng)緩慢 ,反應(yīng)滯緩或中毒 ,使靈敏度降低。這類傳感器只能測(cè)量可燃性氣體 ,對(duì)不可燃性氣體不敏感。其工作原理是 :氣敏材料在通電狀態(tài)下 ,可燃性氣體氧化燃燒或在催化劑作用下氧化燃燒 ,產(chǎn)生的熱量使電熱絲升溫 ,從而使其電阻值發(fā)生變化 ,測(cè)量阻值變化從而測(cè)量氣體濃度。但這種傳感器制造成本高 ,檢測(cè)氣體范圍有限 ,在檢測(cè)環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢(shì) 。如測(cè)量 H2S YSTAuWO3, NH3 的 NH39。其原理是氣敏材料在通過氣體時(shí)產(chǎn)生離子 ,形成電動(dòng)勢(shì) ,鋇 U 量電動(dòng)勢(shì)從而測(cè)量氣體濃度。 2 固體電解質(zhì)氣體傳感器 這是一種產(chǎn)量?jī)H次于半導(dǎo)體氣體傳感器的一類傳感器。目前 ,世界上許多國家開展了對(duì)半導(dǎo)體氣敏材料的研究 ,其中日本、美國處十領(lǐng)先地位 ,我國也投入大量資金和人力進(jìn)行 研究 ,并取得一定成果。 1 半導(dǎo)體氣體傳感器 這類傳感器主要使用半導(dǎo)體氣敏材料 ,利用氣敏元件的電阻、電流或電壓隨氣體濃度變化的原理工作的。 3 利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器 :如電流型、電勢(shì)型等。氣體傳感器種類繁多 ,從原理上可以分為三大類 : 1 利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器 :如半導(dǎo)體、催 化燃燒等。 氣體傳感器的種類 國外從 30 年代開始研究開發(fā)氣體傳感器。傳感器作為對(duì)可燃性氣體的敏感元件 ,是各種類型袖珍式、便攜式、固定式儀表的核心之一。在程序的編寫過程中 ,分別對(duì)主程序和各部分子程序進(jìn)行了流程圖的繪制 ,同時(shí)加入了詳細(xì)的文字注釋 ,以便于后期的改進(jìn)與維護(hù)。系統(tǒng)硬件電路主要分為 A/D 轉(zhuǎn)換電路、 STC89C52 單片機(jī)接口電路、聲音報(bào)警控制電路、顯示電路四個(gè)部分。 本課題主要完成的任務(wù)本課題是基于單片機(jī)的家用可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器控制器的研制 ,主要完成以下任務(wù) : 對(duì)單片機(jī)報(bào)警器系統(tǒng)進(jìn)行整體的規(guī)劃和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。探測(cè)器安裝在防爆現(xiàn)場(chǎng) ,控制器放在值班室等有人值守的地方 ,二者采用屏蔽電纜線連接。 “探測(cè)器 +控制器” ,這是在工業(yè)裝置上和生產(chǎn)過程中使 用最多的檢測(cè)儀器 ,可在防爆現(xiàn)場(chǎng)長期監(jiān)測(cè)氣體的濃度。該儀器主要應(yīng)用于燃?xì)夤艿赖牟槁┡c巡線。 工業(yè)可燃性氣體報(bào)警控制器一般分為可燃性氣體檢漏儀簡(jiǎn)稱“檢漏儀”、可燃性氣體報(bào)警控制器簡(jiǎn)稱“控制器”、可燃性氣體探測(cè)器簡(jiǎn)稱“探測(cè)器”三大系列產(chǎn)品。但主要是在引進(jìn)國外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上 ,又進(jìn)行研究與開發(fā) ,形成自己的特色。其中FIGARO、理研都是專門研制、生產(chǎn)可燃性氣體報(bào)警控制器的廠家 ,他們生產(chǎn)的產(chǎn)品以采用最先進(jìn)的氣敏傳感器、響應(yīng)速度快、性能可靠、壽命長而著稱。無論在氣體探測(cè)器的研制上 ,還是在報(bào)警器的性能上 ,均處于國際領(lǐng) 先水平。 可燃性氣體報(bào)警控制器國內(nèi)外現(xiàn)狀 可燃性氣體報(bào)警控制器在國外己經(jīng)發(fā)展成為一種相當(dāng)成熟的產(chǎn)品。 正是由于可燃性氣體報(bào)警控制器對(duì)于安全生產(chǎn)的重要性 ,國內(nèi)外有眾多廠家研制、生產(chǎn)這一產(chǎn)品。STC89C52 芯片具有功能強(qiáng)大 ,性價(jià)比高等一系列優(yōu)點(diǎn) ,適合產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)。因此 ,本次設(shè)計(jì)采用了“探測(cè)器 +單片機(jī)控制電路”設(shè)計(jì)思路。 而傳統(tǒng)的模擬型可燃性氣體報(bào)警控制器 ,對(duì)于氣體傳感器的特性 補(bǔ)償、修正 ,采用匹配補(bǔ)償傳感器的硬件調(diào)整方式 。因此 ,研制一種新型 ,性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)可燃性氣體 ,并且合乎國家相關(guān)規(guī)定的報(bào)警控制器勢(shì)在必行。在 2021 年 10 月國家頒布《可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器規(guī)程 JJG6932021 》。有些是因使用不當(dāng)而造成故障 ,因此不能進(jìn)行準(zhǔn)確 ,安全的報(bào)警和控制。但現(xiàn)在國內(nèi)使用的報(bào)警控制器 ,許多產(chǎn)品使用時(shí)間過長 ,產(chǎn)品老化嚴(yán)重 ,技術(shù)指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn) ,報(bào)警器的性能也不穩(wěn)定。 可燃性氣體報(bào)警控制器屬于《中華人民共和國強(qiáng)制檢定的工作計(jì)量器具目錄》中第 46 項(xiàng) ,它歸類于物理化學(xué)計(jì)量器具。國內(nèi)外均有不少這方面的報(bào)道 ,其教訓(xùn)是非常深刻的。它們易流動(dòng)、易燃燒 ,在生產(chǎn)、輸送、貯存和使用這些氣體的過程中 ,如違反操作規(guī)程或設(shè)備密封質(zhì)量不好 ,都有可能發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏的現(xiàn)象。 gas sensor 目 錄 引 言?????????????????????????????? 1 第 1 章 緒論???????????????????????????? 2 課題研究的目的和意義及來源?????????????????