【正文】 6]是以金屬氧化物SnO2為主體材料的N型半導(dǎo)體氣敏元件，當(dāng)元件接觸還原性氣體時，其電導(dǎo)率隨氣體濃度的增加而迅速升高。具體電路設(shè)計(jì)將在下文中給出。采用高性能半導(dǎo)體氣體傳感器[5]，采用四路巡回檢測的方法檢測房間氣體濃度，將檢測的到濃度信號送入A/D芯片中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用AT89S51單片機(jī)控制聲音報警、鍵盤輸入、存儲器運(yùn)行，并且將氣體傳感器檢測到的濃度值在LCD顯示器上顯示出來。單單采用此種方法并不能更好的提高測量性能，還需要加以軟件補(bǔ)償。由于本課題要求采用四路巡回檢測，如果采用本方案那么就需要8個特性相同的半導(dǎo)體氣體傳感器（4個密封檢測氣體濃度，另外4個做補(bǔ)償），為了達(dá)到更好的溫度修正效果，往往需要傳感器廠家的配合，在生產(chǎn)時對傳感器進(jìn)行成對生產(chǎn)，以保證傳感器特性的一致性。根據(jù)對上面設(shè)計(jì)系統(tǒng)的分析，我們得到該設(shè)計(jì)思想框圖如下圖21所示：信號采集放大信號處理控制系統(tǒng)設(shè)置報警圖21 設(shè)計(jì)思想框圖 設(shè)計(jì)方案 方案一 采用雙傳感器[4]，采用相互補(bǔ)償?shù)姆椒z測房間氣體濃度，將檢測的到濃度信號送入A/D芯片中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用AT89S51單片機(jī)控制聲音報警以及將氣體傳感器檢測到的濃度值在顯示器顯示出來。將模擬信號送A/D模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過處理后送存儲器保存和送顯示器顯示。（2）依據(jù)上面所說的思路，得到如下一些基本的結(jié)論：①信號采集部分為了能準(zhǔn)確采集到氣體濃度的變化應(yīng)選用半導(dǎo)體氣體傳感器，為使其有效的檢測室內(nèi)氣體濃度，采用電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器；而放大部分使用運(yùn)放進(jìn)行比例和反相兩級放大。②信號處理部分是將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送入控制器進(jìn)行處理，并將處理過的信號送存儲器保存和送顯示器顯示。 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)擬按以下思路展開研究：（1）根據(jù)該設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的基本功能，設(shè)計(jì)大致應(yīng)該分為信號采集放大，信號處理控制，系統(tǒng)設(shè)置報警三個部分。最后在制作完成硬件電路板后要調(diào)試出設(shè)計(jì)要求的功能。要對程序進(jìn)行多次調(diào)試，分塊編程。在解決這一問題的過程中，需要查閱大量資料，結(jié)合所學(xué)知識，向老師獲取幫助。設(shè)置報警模塊主要由鍵盤和報警器等組成，這個模塊是對報警煤氣濃度進(jìn)行設(shè)置和濃度過高的時候進(jìn)行報警處理。濃度檢測模塊主要由半導(dǎo)體氣體傳感器QMN5組成，它是整個系統(tǒng)中關(guān)鍵的元件；顯示部分由LCD1602組成。這也是在設(shè)計(jì)過程中需要解決的關(guān)鍵的問題。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容 本文利用單片機(jī)電路制作室內(nèi)故障監(jiān)測報警系統(tǒng)。目前，現(xiàn)有煤氣檢測儀器主要是面對工礦企業(yè)或公共場所的檢測，價格高昂，對家庭也是不適應(yīng)的。經(jīng)過電子線路處理變成濃度成比例變化的電壓信號，由線性電路加以補(bǔ)償，使信號線性化，經(jīng)微機(jī)處理、邏輯分析，輸出各種控制信號，即當(dāng)燃?xì)鉂舛冗_(dá)到報警設(shè)定值時，燃?xì)鈭缶靼l(fā)出聲光報警信號并可顯示燃?xì)鉂舛然騿油獠柯?lián)運(yùn)設(shè)備（如排風(fēng)扇、電磁閥）。 燃?xì)鈭缶鞯暮诵氖菤怏w傳感器，俗稱“電子鼻”。有的報警器可自動開啟排風(fēng)扇，把燃?xì)馀懦鍪彝?。燃?xì)鈭缶骺煞譃榭扇細(xì)怏w檢漏儀（簡稱“檢漏儀” ），可燃?xì)怏w報警控制器（簡稱“控制器” ）、可燃?xì)怏w探測器（簡稱“探測器” ）、家用可燃?xì)怏w報警器（簡稱“報警器” ）四大系列產(chǎn)品。 本文正是通過分析目前燃?xì)鈭缶鞯默F(xiàn)狀，設(shè)計(jì)制作室內(nèi)故障監(jiān)測報警系統(tǒng)，保障人們的生命財產(chǎn)安全。CO主要來自取暖燃料，CO對人體的損害主要表現(xiàn)在損害血液輸送氧氣的能力，CO與血紅蛋白結(jié)合能力超過氧和血紅蛋白的結(jié)合能力的200300倍，當(dāng)CO與血紅蛋白結(jié)合形成的碳氧血紅蛋白含量達(dá)到5%時，就會對人體產(chǎn)生慢性損害，達(dá)到60%時就會昏迷，達(dá)到90%就會死亡。一氧化碳（CO）為無色、無味、無臭、無刺激氣體，幾乎不溶于水，不易被活性炭吸附。單片機(jī)燃?xì)鈭缶餮芯慨厴I(yè)論文目 錄摘 要 IAbstract ...........II目 錄..................................................................... 11 緒 論 1 課題背景 1 燃?xì)鈭缶鞯母攀?2 課題研究的目的及意義 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù) 22　系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 4 設(shè)計(jì)要求 4 設(shè)計(jì)思路 4 設(shè)計(jì)方案 5 方案一 6 6 7 系統(tǒng)方案組成 7 8 93　系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 10 氣體濃度檢測模塊 10 10 144　硬件電路設(shè)計(jì)與分析 15 系統(tǒng)電源的設(shè)計(jì) 15 三端固定式集成穩(wěn)壓器 15 +5V電源電路的設(shè)計(jì) 16 信號采集放大電路的設(shè)計(jì) 17 17 信號采集放大電路的設(shè)計(jì) 18 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 19 ADC0809[6]的介紹 19 電路具體設(shè)計(jì)方法 21 存儲器電路的設(shè)計(jì) 22 顯示器電路的設(shè)計(jì) 23 23 電路設(shè)計(jì)方法 23 報警器電路的設(shè)計(jì) 24 鍵盤電路的設(shè)計(jì) 23 鍵盤的工作原理 22 鍵盤的識別方法 22 鍵盤的工作方式 22 串口通信電路的設(shè)計(jì) 23 RS232標(biāo)準(zhǔn) 24 接口信號[1] 245　軟件設(shè)計(jì) 25 單片機(jī)編程[2] 25 程序框圖和主要程序 246　實(shí)驗(yàn)調(diào)試 25 硬件調(diào)試 25 軟件調(diào)試 25 調(diào)試結(jié)果 27 小結(jié)................................................................ 27參考文獻(xiàn) 29結(jié) 論 30致 謝 30附錄1 31附錄2 32緒 論 課題背景煤氣的主要成分是CO、氫和烷烴、烯烴、芳烴等。煤氣有毒是因?yàn)槠渲械腃O、芳烴等能與人體中的血紅蛋白結(jié)合，造成缺氧，使人昏迷不醒甚至死亡，在低濃度下也能使人頭暈、惡心及虛脫。當(dāng)碳物質(zhì)燃燒不完全時，可產(chǎn)生CO，如人體短時間內(nèi)吸入較高濃度的CO，或濃度雖低，但吸時間較長，均可造成急性中毒。由于發(fā)生一氧化碳中毒事件的普遍性和隱蔽性，迫切需要一種能夠很好的監(jiān)控室內(nèi)一氧化碳濃度的儀器，并且在一氧化碳濃度過高時能夠采取相關(guān)措施防止火災(zāi)的發(fā)生，保護(hù)人們的生命財產(chǎn)安全。 燃?xì)鈭缶鞯母攀? 首先我們應(yīng)對國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的燃?xì)鈭缶鞯姆N類有所了解。報警器為居民家庭用的燃?xì)鈭缶?，一般安裝在廚房，遇燃?xì)庑孤r，報警器可發(fā)出聲光報警，或同時伴有數(shù)字顯示，同時聯(lián)動外部設(shè)備。有的報警器在報警時可自動關(guān)閉燃?xì)忾y門，以防燃?xì)饫^續(xù)泄漏。當(dāng)氣體傳感器遇到燃?xì)鈺r，傳感器電阻隨燃?xì)鉂舛榷兓?，隨之產(chǎn)生電信號，供燃?xì)鈭缶骱蠹壘€路處理。 課題研究的目的及意義因此設(shè)計(jì)出性能更加可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的室內(nèi)故障監(jiān)測報警系統(tǒng)已成為市場的需要。因此，本次設(shè)計(jì)所面對的是廣大居民。設(shè)計(jì)過程中關(guān)鍵的兩個部分：系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)和控制軟件的編寫。（1）硬件任務(wù)單片機(jī)室內(nèi)故障監(jiān)測報警系統(tǒng)的硬件主要有3大部分，即濃度檢測和顯示模塊、主控模塊和設(shè)置報警模塊。主控模塊由單片機(jī)及其相關(guān)軟件組成，由程序?qū)纹瑱C(jī)進(jìn)行控制。硬件的設(shè)計(jì)需要單片機(jī)、模電及其數(shù)電的相關(guān)知識?！　　　。?）軟件任務(wù)它的軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序和中斷處理兩大部分：主程序要完成I/O口，定時器的初始化及對中斷輸入的設(shè)定，然后延時使傳感器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，等待定時器的中斷；中斷處理程序根據(jù)具體情況需要有相應(yīng)的子程序。對各個子程序塊所解決的問題要相當(dāng)明確。2　系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)的監(jiān)測報警系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下功能：系統(tǒng)能巡回檢測四個不同位置的煙霧和煤氣濃度，把檢測到的信號送單片機(jī)處理，處理過的數(shù)據(jù)送顯示器顯示和送存儲器保存，在煙霧和煤氣濃度達(dá)到設(shè)置值時系統(tǒng)啟動報警。①信號采集部分即通過氣體傳感器檢測室內(nèi)氣體濃度，將這種變化量轉(zhuǎn)化成電壓模擬量的變化，然后通過運(yùn)放進(jìn)行必要的放大。③系統(tǒng)設(shè)置報警部分是通過預(yù)定控制方式并利用蜂鳴器報警實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確操作。②信號處理部分為了實(shí)現(xiàn)精確控制，采用單片機(jī)較為合適。③系統(tǒng)設(shè)置報警部分可以考慮采用44鍵盤設(shè)置初始值和蜂鳴器報警。分析：此設(shè)計(jì)方法雖然解決了傳感器檢測氣體濃度時溫度和濕度對測量值的影響，但是，在實(shí)際制作的過程中，需要利用的核心控制芯片必須最少具有4路8位A/D口，氣體和溫度敏感信號直接由A/D口采集后，進(jìn)行一定的算法修正和軟件補(bǔ)償。并且主控制芯片采用常規(guī)的ADC0809和單片機(jī)并不支持，且制作硬件極其復(fù)雜，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)體積過大、功耗高、成本太高。由于采用此方案制作硬件極其復(fù)雜，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)體積過大、功耗高、成本太高，所以不予采納。分析：選用此方法設(shè)計(jì)電路不僅解決了溫度、濕度的影響，并且簡化了設(shè)計(jì)電路，降低了成本，采用此種方法設(shè)計(jì)主體電路。提出本次設(shè)計(jì)采用QMN5型氣體傳感器。靈敏度較高，穩(wěn)定性較好，響應(yīng)和恢復(fù)時間短。(2) 工作條件：工作電壓：5V 177。 2Ω)環(huán)境條件：溫度10℃～+50℃,相對濕度≤95%初期穩(wěn)定時間：≤15分鐘響應(yīng)時間：≤10s檢測煤氣濃度范圍：50～20000ppm(3)對一氧化碳反應(yīng)的敏感度[7]： 圖22 系列一氧化碳濃度的條件下RL電壓的振蕩曲線高濕高溫對傳感器的影響：根據(jù)測試結(jié)果表明，此傳感器可承受96%RH相對濕度、70℃的環(huán)境條件，但基電平升高。鑒于對以上三個方案的對比分析，方案三最符合設(shè)計(jì)要求，所以我選擇使用方案三來設(shè)計(jì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主體電路。它是單片機(jī)在系統(tǒng)檢測方面的應(yīng)用，是典型的嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)一般分為四種:工控機(jī)，通用CPU模塊，嵌入式微機(jī)處理，單片機(jī)。 (1)單片機(jī)：通常指應(yīng)用系統(tǒng)主處理機(jī)，即所選擇的單片機(jī)器件。(3)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)：指能滿足嵌入對象要求的全部電路系統(tǒng)。本系統(tǒng)由三大部分九個不同電路組成，系統(tǒng)總的結(jié)構(gòu)框圖如下圖24所示：一路傳感器ADC0809二路傳感器 單片機(jī)AT89S51三路傳感器四路傳感器2K存儲器報警器44鍵盤串口通信LCD 5V電源圖24 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1） 信號采集部分：1~4路傳感器電路；2） 信號處理部分：A/D轉(zhuǎn)換電路，2K存儲器電路，LCD顯示電路，串口通信電路，單片機(jī)復(fù)位電路；3） 設(shè)置報警部分：44鍵盤電路，報警器電路。本設(shè)計(jì)選用了半導(dǎo)體氣體傳感器，半導(dǎo)體氣體傳感器主要使用半導(dǎo)體氣敏材料。AT89S51