【正文】 會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能得到進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 單片機(jī)已成為電子系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、信息處理、通信聯(lián)絡(luò)和實(shí)施控制的重要器件，其使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。然而 ,目前在國(guó)內(nèi)煤氣泄漏，引起中毒、爆炸時(shí)有發(fā)生，直接威脅著人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，而智能煤氣泄漏監(jiān)控報(bào)警器，能夠準(zhǔn)確無誤的檢測(cè)出有沒有發(fā)生氣體泄漏情況。 立題的目的和意義 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，易燃、易爆、有毒氣體的種類和應(yīng)用范圍都得到了增加，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。在防止突發(fā)事件中，對(duì)報(bào)警器件有 極大的需求，它們被設(shè)計(jì)用于，對(duì)由于有害或易燃?xì)怏w泄漏造成的中毒、昏迷或火災(zāi)及時(shí)提出警報(bào)。使用 MCS51單片機(jī)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的采樣煤氣濃度，能夠達(dá)到題目的設(shè)計(jì)要求，而且該系列的單片機(jī)相對(duì)于其它型號(hào)的單片機(jī)，更加易于學(xué)習(xí)和掌握，性能也相對(duì)比較好。 煤氣報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)際功能和基本原理 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展 ,人民生活水平的不斷提高 , 使用煤氣的居民越來越多 ,煤氣安全便應(yīng)運(yùn)而生，煤氣泄漏監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn) ,確保了人們?cè)谑褂妹簹鈺r(shí)的安全。 ② 實(shí)時(shí)跟蹤顯示現(xiàn)場(chǎng)煤氣濃度并根據(jù)傳感器老化曲線進(jìn)行誤差修正。 ④ 根據(jù)報(bào)警狀態(tài)自動(dòng)關(guān)閉煤氣管道電磁閥并開啟排氣裝置。 其基本原理如下： 系統(tǒng)循環(huán)采樣幾個(gè)單元的 煤氣濃度，煤氣濃度經(jīng)轉(zhuǎn)換電路換算成對(duì)應(yīng)的電壓值，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后，得出在 0— 5之間的濃度值，當(dāng)濃度值大于報(bào)警臨界值時(shí)，則出現(xiàn)相應(yīng)的指示。 在系統(tǒng)的開始和執(zhí)行過程 中可以按“ B”鍵來修改報(bào)警臨界值?！?B”鍵是時(shí)鐘鍵，用于時(shí)鐘的設(shè)置與調(diào)整 , “ C”鍵為設(shè)置鍵，當(dāng)按下“ C”后，系統(tǒng)進(jìn)入報(bào)警臨界值的設(shè)置， “ D”、“ E”兩鍵是參量設(shè)置鍵 ,按下“ D”鍵數(shù)字加一，按下“ E”鍵數(shù)字減一，用于煤氣濃度報(bào)警臨界值及時(shí)鐘的調(diào)整與設(shè)置。因此用 QMN5可作為煤氣、可燃?xì)獾鹊臋z測(cè)探頭。 方案二 : 如圖 21 所示，系統(tǒng)以單片機(jī)為核心 , 其主要包括 以下五個(gè)部分：氣體檢測(cè)及放大整形電路部分、聲光報(bào)警執(zhí)行電路部分、鍵盤顯示部分、時(shí)鐘及復(fù)位電路部分。 圖 21 系統(tǒng)組成框圖 比較上述兩種方案，方案一雖然電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低和易于實(shí)現(xiàn) ,但該系統(tǒng)功能單一 ,只適用于家庭用戶使用而不能用于一個(gè)小區(qū)的監(jiān)控；方案二此系統(tǒng)硬件資源簡(jiǎn)潔、價(jià)格低廉，系統(tǒng)能將復(fù)雜的硬件功能全部采用軟件實(shí)現(xiàn)，因此系統(tǒng)控制靈活，能很好地滿足本課題的基本要求及其擴(kuò)展要求；且能夠使人在定時(shí) /計(jì)數(shù)器的使用、中斷及程序設(shè)計(jì)方面得到 鍛煉與提高，故本次設(shè)計(jì)采用方案二。該單片機(jī)內(nèi)部資源豐富功能強(qiáng)大，集成了內(nèi)部看門狗、雙數(shù)據(jù)指針、在系統(tǒng)編程（串行下載目標(biāo)程序）等功能，軟硬件調(diào)試方便，對(duì)于畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間緊、任務(wù)多的開發(fā)來說是極為有利的。 電源部分 系統(tǒng)電源的設(shè)計(jì)主要是指 3 個(gè)方面的指標(biāo)：一是如何降低電源的功耗；二是如何設(shè)計(jì)外圍電路和單片機(jī)對(duì)不同電源電壓的需要，即電源分配方案的選擇；三是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的管理和控制。 方案二：采用整流二極管、電阻、電容及集成三端穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的電源，優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓紋波系數(shù)較小、工作穩(wěn)定；缺點(diǎn)是效率較低、體積稍大。 模擬信號(hào)與 A/D 轉(zhuǎn)換部分 被測(cè)信號(hào)為一路由 QMN5氣敏傳感器測(cè)得的代表煤氣濃度的電壓信號(hào)，經(jīng)放大濾波后輸出在 05V 范圍內(nèi)，對(duì)于 A/D 轉(zhuǎn)換的選擇有以下兩種方案： 方案一：采用帶多路模擬開關(guān)功能的芯片 ADC0809,分辨率為 8位，精度稍低，但控制方便且價(jià)格便宜。比較兩種方案綜合考慮還是選擇第一種方案。 方案二：采用專用的鍵盤顯示器接口芯片 Intel8279， Intel8279 對(duì)鍵盤部分提供一種掃描工作方式，能對(duì) 64個(gè)按鍵鍵盤陣列不斷掃描，自動(dòng)消抖，自動(dòng)識(shí)別出閉合的按鍵并得到鍵號(hào)，能對(duì)雙鍵或 N 鍵同時(shí)按下進(jìn)行處理且能大大減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)。 顯示部分 顯示器的設(shè)計(jì)有以下兩種方案： 方案一：用 LED 數(shù)碼管顯示系統(tǒng)時(shí)鐘、煤氣濃度及小區(qū)號(hào)，本系統(tǒng)中只需要 6 只 LED 數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示即可以顯示煤氣濃度和時(shí)間。 方案二：用 LCD 液晶顯示，優(yōu)點(diǎn)是能顯示更多的字符和漢字，有著良好的人機(jī)界面，體積小，功耗極低；缺點(diǎn)是成本高，亮度不高，夜晚不易清晰觀察數(shù)據(jù)。 執(zhí)行控制部分 方案一：采用固態(tài)繼電器 SSR 導(dǎo)通與關(guān)閉來控制排氣扇是否工作，優(yōu)點(diǎn)是SSR 是一種由集成電路和分立元件組合而成的一體化無觸點(diǎn)電子開關(guān)元件，其輸入端僅需要很小的控制電流，且能與 TTL、 CMOS 等集成電路實(shí)現(xiàn)良好兼容。由于在開關(guān)過程中無機(jī)械接觸部件，因此具有工作可靠、壽命長(zhǎng)、噪聲低、開關(guān)速度快和工作頻率高等特點(diǎn)。主要缺點(diǎn)是存在通態(tài)壓降（需相應(yīng)散熱措施），有斷態(tài)漏電流，交直流不能通用，觸點(diǎn)組數(shù)少，另外過電流、過電壓及電壓上升率、電流上升率等指標(biāo)差。 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 在編寫程序時(shí)，模塊化思想是很有用的，它實(shí)質(zhì)上是把復(fù)雜的大問題分解，分為若干獨(dú)立、容易解決的小問題，從而達(dá)到解決大問題的目的。在設(shè)計(jì)單片機(jī)煤氣監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路時(shí)，我們可以把它分為如下幾個(gè)模塊：電源部分、 AT89S52 單片機(jī)基本電路部分、濃度采樣放大及 A/D 轉(zhuǎn)換部分、設(shè)備控制部分及鍵盤顯示部分，然后將各模塊電路連接起來便可構(gòu)成單片機(jī)智能煤氣濃度 監(jiān)控系統(tǒng)，下面具體介紹各個(gè)單元電路的設(shè)計(jì)。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) （ 1）電路原理圖 圖 33 復(fù)位電路原理圖 （ 2）復(fù)位電路的作用： 復(fù)位電路主要有以下兩個(gè)重要的作用： a、完成單片機(jī)的初始化 ,即把系統(tǒng)的 PC 值初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。 （ 3）復(fù)位方式 單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種 ,其電路結(jié)構(gòu)分別如下圖下所示，上電復(fù)位是利用外部復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)。在加電情況下，這個(gè)電路可以使單片機(jī)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位又分按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位 ,電平復(fù)位將復(fù)位端通過電阻與 Vcc 相連 ,按鍵脈沖復(fù)位是利用 RC分電路產(chǎn)生正脈沖來達(dá)到復(fù)位的。需說明的是，如復(fù)位電路中 R、 C的的值 選擇不當(dāng)，使復(fù)位時(shí)間過長(zhǎng)，單片機(jī)將處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。 圖 34 復(fù)位電路的復(fù)位方式 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) （ 1）電路原理圖 圖 35 時(shí)鐘原理圖 （ 2）時(shí)鐘電路的作用 時(shí)鐘電路用來產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，從而保證單片機(jī)正常工作。 第二：直接從單片機(jī)外部引入時(shí)鐘脈沖信號(hào)。另外 ,在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡量安裝得與單片機(jī)靠近些，以減小寄生電容的存在，從而更好的保障系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的工作。 回路電壓(VC)： 最大DC 24V 負(fù)載電阻 (RL)： 2KΩ 清潔空氣中電阻 (Ra)：≤ 2020KΩ 靈敏度 (S=Ra/Rdg)：≥ 4(在 1000ppmC4H10 中 ) 響應(yīng)時(shí)間(tres)： ≤ 10S 恢復(fù)時(shí)間 (trec)： ≤ 30S 檢測(cè)范圍： 5010000ppm c、基本測(cè)試電路 VC RL VRL VH 圖 36 QMN5 的基本測(cè)試電路 d、使用方法及注意事項(xiàng) ⑴ 元件開始通電工作時(shí) ,沒有接觸可燃性氣體 ,其電導(dǎo)率也急劇增加 1 分鐘后達(dá)到穩(wěn)定 ,這時(shí)方可正常使用 ,這段變化在設(shè)計(jì)電路時(shí)可采用延時(shí)處理解決。 ⑶ 檢測(cè)氣體中電阻 Rdg ,檢測(cè)氣體中電壓 Vdg ， Rdg 與 Vdg 的關(guān)系