【正文】 這些元器件焊接在一塊電路板上。軟件設計是分析設計的硬件用程序實現(xiàn)其功能，并且調試優(yōu)化產品功能。 具體實現(xiàn)如下功能： ① 系統(tǒng)要求設置正常工作狀態(tài)除正常工作狀態(tài)外 ,蜂鳴器處于關閉狀態(tài)。當室內一氧化碳濃度達到 100ppm 以上時系統(tǒng)應啟動蜂鳴器報警，繼電器閉合，即能自動關閉閥門。 1)信號采集接收部分即通過一氧化碳檢測房間氣體濃度，并將這種變化量轉換成電壓或者電流等模擬量的變化。 3)信號控制部分是通過預定控制方式等實現(xiàn)對設計要求的準確操作。 ② 對上述四個部分進行分析，得到如下一些基本的結論： 1)信號接收部分為了能準確采集到氣體濃度的變化應選用傳感器敏感器件，河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 方案設計 5 為使其有效部分的檢測房間中氣體濃度，必須選用高溫一氧化碳傳感器。 3)控制部分為了實現(xiàn)精確控制，采用單片機較為合適。 根據對上面設計系統(tǒng)的分析，我們得到該設計思想框圖如下圖 所示： 圖 設計思想框圖 系統(tǒng)方案的選擇 鑒于此系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，提出方案進行分析。 分析：此設計十分簡單，也十分實用。 方案二：采用雙傳感器，采用相互補償的方法檢測房間氣體濃度，將檢測到的濃度結果通過運算放大器放大后送入模 /數芯片中進行模 — 數轉換，利用MCS51 單片機控制聲音報警。這與主控芯片采用常規(guī)的 ADC0809 和單片機并不 匹配，且制作硬件極其復雜，系統(tǒng)整體設計體積過大、功耗高、成本高。通過搜集信息，提出本次設計采用的 MQ7型傳感器。采用高低溫循環(huán)檢測方式低溫（ 加熱）檢測一氧化碳，信號 接收 裝置 置 信 號 處 理 裝 置 信 號 控 制 裝 置 信號 響應 裝 置 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 方案設計 6 傳感器的電導率隨空氣中一氧化碳 氣體濃度增加而增大，高溫（ 加熱）清洗低溫時吸附的雜散氣體。 MQ7氣體傳感器對一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測多種含一氧化碳的氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。 基本測試回路如圖 ： 圖 基本測試回路 系統(tǒng)方案的確定 在上述兩種方案中，由于方案二比方案一制作硬件復雜，且功耗高、 成本高， 而方案一比方案二實用和簡單，更符合廣大群眾的需求，所以我選擇方案一作為本次設計的主體電路。單片機在系統(tǒng)檢測以及工程控制方面的應用，是典型的嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)分為四種：工控機，通用 CPU模塊，嵌入式微處理，單片機。如傳感器信號輸入、人機交互操作、伺服驅動等。 ③ 突出控制功能。 單片機有唯一的專門為嵌入式應用系統(tǒng)設計的體系結構與指令系統(tǒng)，最能滿足嵌入式應用要求。 一氧化碳報警器系統(tǒng)的三大部分 單片機應用系統(tǒng)的結構分三個層次，分別是單片機、單片機系統(tǒng)及單片機應用系統(tǒng)。 單片機系統(tǒng)：指按照單片機的技術要求和嵌入對象的資源要求而構成的基本系統(tǒng)，如時鐘電路、復位電路和擴展存儲器等與單片機構成了單片機系統(tǒng)。在單片機系統(tǒng)的基礎上加上面向對象的接口電路， 如前向 通道、后向通道、人機交互通道（鍵盤、顯示器、打印機等）和串行通信 口（ RS232）以及應用程序等。其中以AT89C51 單片機為核心構成單片機系統(tǒng)。為了更好的理清設計思路，將整個系統(tǒng)細分為三部分加以設計說明。在本次設計中，使用的核心器件是單片機和一氧化碳傳感器。其中，濃度檢測及顯示模塊所實現(xiàn)的功能是將房間中的一氧化碳濃度值轉換成為單片機能夠處理的數字信號，并且濃度值顯示出來；主控模塊以單片機為主，對其他模塊的運行進行控制；報警模塊是此系統(tǒng)的外部電路，它的功能是實現(xiàn)報警。 ② 主控模塊 系統(tǒng)采用單片機控制，用的是 MCS51 單片機， MCS51 單片機是美國 Intel公司 1980 年推出的一種高性能 8 位單片微型計算機。它的主要功能既是和 ADC0809 芯片一起共同接受檢測信號，又可以通過對數字型號的處理來控制外圍電路以及顯示電路。處理后的信息將通過單片機控制，以驅動報警。 至此，本系統(tǒng) 的三大模塊功能和設計思路已經確立，下文將介紹整個系統(tǒng)的詳細設計過程，并且給出設計電路。該方案主要包括了 氣體傳感器 、 A/D 轉換器、 8051 單片機電路、晶振、蜂鳴器以及 LED 顯示電 路。 圖 基于 8051單片機的實現(xiàn) 芯片介紹及相關電路模塊設計 單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器 CPU 隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、 A/D 轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。其內部有一個 8通道多路開關，它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8路模擬輸入信號中的一個進行 A/D 轉換。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 硬件電路設計 10 主控電路原理 主控電路中，以單片機為主體，通過分析 A/D 轉換的得到的數字值，控制事故處理模塊運行，它是系統(tǒng)的大腦。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 GND：接地。當P0 口的管腳第一次寫 “ 1” 時，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口管腳寫入 “ 1” 后，被內部上拉為高，可用作 輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。 P2口 ： P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL門電流，當 P2 口被寫 “ 1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內部上拉的緣故。在給出地址 “ 1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存 儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。 P3口 ： P3 口管腳是 8個帶內部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個 TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）， 這是由于上拉的緣故。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 “ 0” 。另外，該引腳被略微拉高。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。注意加密方式 1時， /EA 將內部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內部程序存儲器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 振蕩器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。由于 輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 硬件電路設計 12 此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在芯片擦 除 操作中，代碼陣列全被寫 “ 1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在閑置模式下， CPU停止工作。在掉電模式下，保存 RAM的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。至于串口通信需要用到哪 些特殊功能寄存器呢，它們是 SBUF、 TCON、 TMOD 和 SCON 等，各代表什么含義呢？ SBUF 數據緩沖寄存器這是一個可以直接尋址的串行口專用寄存器。 CPU 在讀 SBUF 時會指到接收寄存器，在寫時會指到發(fā)送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時的被響應，數據沒有被取走，下一幀數 據已到來 而造成的數據重疊問題。操作 SBUF 寄存器的方法則很簡單，只要把這個 99H 地址用關鍵字 sfr 定義為一個變量就可以對其進行讀寫操作了，如 sfr SBUF = 0x99。 通常在標準的 或 等頭文件中已對其做了定義，只要用 include 引用就可以了。 SCON 就是 51 芯片的串行口控制寄存器。 51 芯片的串口可以工作在幾個不同的工作模式下，其工作模式的設置就是使用 SCON 寄存器。在模式 0 中要求 該位為 “ 0” 。 REN 是由軟件置位或清零。大家也可以用上面的實際源碼加入 REN=0 來進行實驗。該位可以用軟 件根據需要置 位或清除，通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位，在多機處理 通信中這一位則用于表示是地址幀還是數據幀。該位可能是奇偶位或 地址 /數據標識位。在模式 1 中，當 SM2=0， RB8 是已接收數據的停止位。在模式 0，發(fā)送完第 8 位數據時，由硬件置位。 TI 置位后，申請中斷， CPU 響應中斷后，發(fā)送下一幀數據。 RI 接收中斷標識位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。但在模式 1 中， SM2=1 時，當未收到有效的停止位，則不會對 RI 置位。常用的串口模式 1 是傳輸 10 個位的， 1 位起始位為 0,8 位數據位，低位在先， 1 位停止位為 1。 AT89C51 和 AT89C2051 等 51 系列芯片只有兩個定時器，定時器 0 和定時器 1，而定時器 2是 89C52 系列芯片才有的。波特率是指串行端口每秒內可以傳輸的波特位數。 10＝ 960 字節(jié)。模式 2 的波特率是固定在 fosc/64 或 fosc/32，具體用哪 一種就取決于 PCON 寄存器中的 SMOD位，如 SMOD 為 0，波特率為 focs/64,若 SMOD 為 1，波特率為 focs/32。那么我們怎么去計算這兩個模式的波特率設置時相關的寄存器的值呢？可以用以下的公式去計算：波特率＝（ 2SMOD247。 上式中如設置了 PCON 寄存器中的 SMOD 位為 1 時就可以把波特率提升 2 倍。在這個定時模式 2 下定時器 1的溢出速率的計算公式如下： 溢出速率＝（計數速率） /(256－ TH1) 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 硬件電路設計 14 上式中的 “ 計數速率 ” 與所使用的晶體振蕩器頻率有關，在 51 芯片中定時器啟動后會在每一個機器周期使定時寄存器 TH 的值增加 1，一個機器周期等于十二個振蕩周期，所以可以得知 51 芯片的計數速率為晶體振蕩器頻率的 1/12，一個 12M 的晶振用在 51 芯片上，那么 51 的計數速率就為 1M。如我們要得到 9600 的波特率，晶振為 和 12M，定時器 1 為模式 2， SMOD 設為 1，分別看看那所要求的 TH1 為何值。 32) (()/(256TH1)) TH1＝ 250 12M 9600＝ (2247。當然一定的誤差是可以在使用中被接受的，就算使用 的晶體振蕩器也會因晶體本身所存 在的誤差使波特率產生誤差，但晶體本身的誤差對波特率的影響是十分的 小的，可以忽略不計。外接晶振時， C1 和 C2 的值通常選擇為 30pF 左右； C C2 對頻率有微調作用，晶振或陶 瓷諧振器的頻率范圍可在 ～ 12MHz 之間選擇。 單片機的時鐘電路如圖 所示： 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 硬件電路設計