【正文】 .......................................................... 29 致 謝 ................................................................... 30 參 考 文 獻(xiàn) .............................................................. 31 本科畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 共 31 頁 1 引言 在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會使用 H CO等多種可燃?xì)怏w。為 了 確保生命和財產(chǎn) 的 安全必須安裝可燃?xì)怏w探測報警器，以防止意外 事件的 發(fā)生。為此 ,在裝置現(xiàn)場易產(chǎn)生可燃?xì)怏w聚集及有關(guān)儲存設(shè)備的附近安裝了可燃?xì)怏w檢測報警器 ,以便及時檢測可燃?xì)怏w的含量 ,盡早發(fā)現(xiàn)泄漏 ,當(dāng)可燃?xì)鉂舛冗_(dá)到設(shè)定報警值后 ,發(fā)出報警信號 ,還可以輸入相關(guān)控制信號，啟動相應(yīng)控制裝置 ， 起到提前預(yù)防的功效。還可以輸入相關(guān)控制信號，啟動相應(yīng)控制裝置，避免重大事故發(fā)生。傳統(tǒng)的可燃?xì)怏w報警器采用分立式元件構(gòu)成，初始通電時，氣敏元件處于不穩(wěn)定狀態(tài)。因此開展該項研究具有重要的技術(shù)價值和現(xiàn)實意義 [1]。可燃?xì)怏w傳感器性能的提高、電子技術(shù)的發(fā)展以及計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使可燃?xì)怏w探測報警器向著更加可靠化、更加 多功能化，智能化和自動化的方向發(fā)展。美國工業(yè)科學(xué)公司 (ISC)生產(chǎn)的一種氣體監(jiān)控儀可以實現(xiàn)多種氣體檢測。美國國際傳感器技術(shù) (IST)公司應(yīng)用一種帶微程序控制單元的“ MegaCas”傳感器，可檢測 100種可燃性氣體，通過其傳感器“氣體檢索”功能掃描，自動的實現(xiàn)氣體種類的判斷。如德國、日本、英國、美國等均已發(fā)展成為品種系列齊全、技術(shù)綜合發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。它 是可燃?xì)怏w探測器產(chǎn)品中的關(guān)鍵因素，然而傳感器的使用壽命又是整個產(chǎn)品的最薄弱環(huán)節(jié) 。氣敏元件和氣體探測器的發(fā)展水平代表了一個國家氣體探測技術(shù)的發(fā)展水平 [2]。從國內(nèi)發(fā)展情況來看，可燃性氣體探測器產(chǎn)品正向著功耗低、壽命長、穩(wěn)定性好、技術(shù)水平先進(jìn)、數(shù)字化總線制、多功 能、集成化、智能化程度高的方向發(fā)展。在可燃?xì)怏w報警器中的應(yīng)用也越來越多。 (2)智能化是當(dāng)今儀器儀表的發(fā)展方向，可 燃?xì)鈭缶髟谥悄芑灿辛撕艽蟮陌l(fā)展，它 使用高性能的微處理器，利用微處理器的運(yùn)算和邏輯判斷功能，按照一定的算法消除由于漂移，增益變化和干擾因素引起的誤差，提高儀器的測量精度。 (4)氣體種類自動識別功能。便于生產(chǎn)廠家批量化生產(chǎn)，根據(jù)不用用戶的需求來確定是哪種可燃 氣體的報警器。實際中，背景氣體的存在是無法避免的，現(xiàn)在儀表中已實現(xiàn)了程序控制，通過開發(fā)軟件和研究敏感元件的特性來抑制背景氣體干擾。 2 氣體探測報警系統(tǒng)的總體 設(shè)計 本設(shè)計由四部分組成：氣體濃度檢測部分、氣體濃度控制部分、報警部分和顯示部分。 設(shè)計方案如下： 該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖 1所 示。濃度檢測電路把泄漏氣體濃度的變化轉(zhuǎn)變成電信號，然后根據(jù)氣體濃度和電壓信號之間的關(guān)系，再將檢測到的模擬信號通過 A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閷?yīng)數(shù)字信號輸入到單片機(jī)，最后由單片機(jī)驅(qū)動 LCD液晶屏顯示和 LED信號顯示燈及蜂鳴器完成聲光報警過程。當(dāng)泄漏氣體的濃度降低到安全點后，關(guān)閉通風(fēng)換氣設(shè)備，停止報警，將氣體管 道打開，達(dá)到安全保護(hù)的目的。 ← ← 圖 11 報警器系統(tǒng)框圖 單片機(jī)控制 片 機(jī) 控 制 A/D 轉(zhuǎn)換電路 繼電器 檢測電路 LCD顯示 電源 排風(fēng)扇 聲光報警電路 電磁閥 本科畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 共 31 頁 硬件設(shè)計 1. 氣體濃度 測量部分 本 設(shè)計采用 MC112氣敏元件作為氣體傳感器的氣敏元件。響應(yīng)速度快 ， 2. A/D轉(zhuǎn)換部分 擬采用 深圳市芯品源科技有限公司 生產(chǎn)的 ADC0809型 A/D轉(zhuǎn)換器。 它內(nèi)部集成了時鐘電路、基準(zhǔn)電壓電路，具有采樣 /保持速度快、功耗低、串行口輸出等特點。 AT89C51是一個低電壓，高性能 CMOS8位 單片機(jī) ，片內(nèi)含 8k bytes的可反復(fù)擦寫的 Flash只讀 程序存儲器 和 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 Atmel公司 的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng) ，片內(nèi)置通用 8位 中央處理器 和 Flash存儲單元 。 4. 顯示電路 擬采用 深圳市太和唐健科技有限公司生產(chǎn) 的 LCD顯示 器。 5. 聲光 報警電路 擬采用分貝蜂鳴器提供 達(dá)到 設(shè)定之后警報工作 ，并且信號燈亮 。 6. 控制電路 擬采用繼電器作為主要控制元件，通過繼電器 的開和關(guān) 可以實現(xiàn)直流信號控制交流負(fù)載的功能，從而實現(xiàn)對單片機(jī)系統(tǒng)的控制。其中電源變壓器采用降壓變壓器，整流電路采用單相橋式整流電路，濾本科畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 31 頁 波采用電容濾波，穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓電源 W7805輸出為 +5v直流電壓。 2. 功能實現(xiàn)模塊 功能實現(xiàn)模塊主要由 A/D轉(zhuǎn)換子程序、中斷處理子程序、報警子程序和顯示子程序等組成 [5]。在該中斷程序中，單片機(jī)要完成如下工作： A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采樣、數(shù)字過濾、判斷是否超限、顯示當(dāng)前濃度、預(yù)設(shè)定值進(jìn)行比較等。 T1的中斷響應(yīng)時間用于輸出對排風(fēng)扇或電磁閥的控制信號。 選用的氣敏傳感器型號為MC112，它是一種催化燃燒式傳感器。 這種傳感器主要用于檢測可燃性氣體，它是由 4只感應(yīng)電阻構(gòu)成惠斯登檢測橋路。溫度使感應(yīng) 電阻阻值發(fā)生變化，打破電橋平衡，從而 產(chǎn)生微小的電壓差信號，此信號與可燃?xì)怏w濃度是成正比的，從而達(dá)到檢測可燃?xì)怏w濃度的目的。 MC系列 氣敏器件是一種體 電阻 控制型的氣敏器件，其 阻值 隨被測氣體的濃度（成分）而變化。 工作電流 110177。 5%%RH 環(huán)境氧含量： 21%(STD) 環(huán)境溫度： 20177。 在氣敏傳感器通電的情況下，未檢測到一定濃度的可燃?xì)怏w時，氣敏傳感器的反應(yīng)電阻不會發(fā)生任何變化，這樣從探頭中點取出的電壓信號也不會發(fā)生變化。乙醇 氫氣 甲烷 一氧化碳 （ PPM） RL=? 本科畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 31 頁 未探測到可燃?xì)怏w時，差動運(yùn)算放大器反相端和同相端的輸入信號電壓差幾乎為零，那么通過調(diào)節(jié) RW，此時差動放大器的輸出端 1使輸出電壓信號也接近于零?？扇夹詺怏w的濃度變化時所對應(yīng)輸出電壓的變化：氣體濃度↑→ V3+↑→ (V3+V2)↑→ V o↑，由差動運(yùn)算放大器的反相輸入端和同相輸入端輸入信號分別為 V2和 V3+時輸出電壓為 [7]： Vo=400V2/｛ 1+(1＋ 400/1)[100/(1+100)]｝ V3+≈ 400(V3+V2) RWR111KR91KR101KR131KR121KR141KR151KR1610uFC4100pF C5132U3CALM6104MIN0VCCTT探頭1探頭2D11N4001D21N4001D31N4001D41N4001濃度檢測電路 傳感器 二極管 D D D3和 D4選擇 IN4001型，每個管壓降為 。 電容 C5選擇 100pF/16V,電解電容 C4選擇 10uF/16V。它內(nèi)部集成本科畢業(yè)設(shè)計 第 10頁 共 31頁 了時鐘電路、基準(zhǔn)電壓電路，具有采樣 /保持速度快、功耗低、串行口輸出等特點 ADC0809芯片為 28引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見圖 35[8]。 圖中多路開關(guān)可選通 8個模擬通道，允許 8路模擬量分時輸入，共用一個 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn) 行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。 單片機(jī)經(jīng) 74LS74二分頻后作為 A/D的時鐘信號 ,如圖所示。 2） 引腳功能介紹 對 ADC0809 主要信號引腳的功能說明 如下： IN7～ IN0：模擬量輸入通道。對應(yīng) ALE上跳沿， A、 B、 C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 START上升沿時，復(fù)位 ADC0809； START下降沿時啟動芯片，開始進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換；在 A/D轉(zhuǎn)換期間， START應(yīng)保持低電平。 A、 B、 C：地址線。其地址狀態(tài)與通道對應(yīng)關(guān)系見表 32。 ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。 EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換； EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。 D7～ D0：數(shù)據(jù)輸出線。 D0為最低位， D7為最高位。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 Vcc： +5V電源。其典型值為 +5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。 AT89C51是一個低電壓，高性能 CMOS8位 單片機(jī) ，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀 程序存儲器 和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司 的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng) ，片內(nèi)置通用 8位 中央處理器 和 Flash 存儲單元 。鎖存器的輸出引腳第三位接 A/D 的控制引腳，用于選通 8路模擬信號中的某一路，在本設(shè)計中只需選通一路用于 A/D 轉(zhuǎn)換。 AT89C51的 主要特性： 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 本科畢業(yè)設(shè)計 第 12頁 共 31頁 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 128 8位內(nèi)部 RAM 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 可編程串行通道 片內(nèi) 振蕩器 和 時鐘電路 引腳介紹 [9] 1） 電源引腳： VCC：供電電壓。 2） I/O 口引腳： P0口： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1口： P1口是一個內(nèi)部提供 上拉電阻 的 8位雙向 I/O 口， P1口 緩沖器 能接收輸出 4TTL門電流。在 FLASH 編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2口輸出地址的高八位。 P3口： P3口 的 管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 TTL 門電流。因此在 P3口 電路增加了第二功能控制引腳。 3） 時鐘引腳： XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 4） 控制引腳： RST：復(fù)位 引腳。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的 輸出電平 用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時 ALE 端以不變的頻率周期輸出正 脈沖信號 ，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。此時 ， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 \PSEN 有效。 \EA/VPP：當(dāng) \EA接高電平時，程序?qū)钠瑑?nèi)程序存儲器開始執(zhí)行；當(dāng) \EA 引腳接低電平時