【正文】 A/D 轉(zhuǎn)換模塊程序 ………………………………………………… ...26 5110 液晶模塊的編程 .................................................................................... 27 液晶模塊編程模式 …………………………………………………... 27 液晶模塊程序 ……………………………………………………… ...27 報警主程序 ..................................................................................................... 31 5 煤氣泄漏檢測報警裝置的調(diào)試 ....................................... 33 Keil 簡介 ............................................................................................................ 33 程序調(diào)試的步驟 ............................................................................................... 34 程序調(diào)試過程中的問題及解決 ……………………………………… .35 總結(jié)與展望 .......................................................... 37 致謝 ................................................................ 38 參考文獻 ............................................................ 39 附錄 A ............................................................... 40 附錄 B ............................................................... 49 沈陽理工大學學士學位論文 1 1 引言 煤氣泄漏檢測報警裝置的背景及意義 近年來隨著人們生活水平的提高，管道煤氣和罐裝煤氣已經(jīng)深入到百姓家庭。此外， CO通過人體呼吸作用進入血液循環(huán)，造成缺氧血癥，導致組織缺氧，抑制組織呼吸。目前，管道煤氣和罐裝煤氣早已進入尋常百姓家，但由 于使用不當或設(shè)備老化等導致的煤氣泄漏問題也日趨突出，極大地威脅人們生命財產(chǎn)安全。因此，研制有效的，能夠用于工業(yè)現(xiàn)場和用于家庭環(huán)境的有害氣體檢測裝置具有很大的意義，市場應用前景廣闊。使用煤氣報警器是對付煤氣無形殺手的重要手段之一。有關(guān)部門經(jīng)長期測試得出結(jié)論，煤氣報警器防止煤氣泄漏事故發(fā)生的有效率達 95%以上。 沈陽理工大學學士學位論文 2 煤氣泄漏報警器的現(xiàn)狀 目前，一般的煤氣報警器功能單一，性能未定性差，而且大型的監(jiān)控系統(tǒng)價格不菲，需要專門人員管理，不適合居家使用。煤氣泄漏報警器通過氣體傳感器探測周圍環(huán)境中的低濃度可煤氣體，將探測新號用模擬量傳遞給控制電路，當可煤氣體濃度超過設(shè)定值時，裝置的報警燈 會發(fā)出信號，報警器會發(fā)出聲音報警。這些傳感器都是通過對周圍環(huán)境中的煤氣的吸附，在傳感器表面產(chǎn)生化學反映或者電化學反應，造成傳感器的電物理特性的改變。 按檢測氣體可分為：可煤氣體報警器，有毒氣體報警器和復合式氣體傳感器。從使用場所上可分為民用報警器和商用報警器。商用的主要使用在煤氣運輸、儲存場所、使用煤氣和可能有煤氣泄漏的工廠和公共場所。建筑和煤氣的相關(guān)規(guī)范和法規(guī)也推薦使用民用煤氣泄漏報警裝置。主要對各監(jiān)測點進行監(jiān)控，探 測器安裝于氣體最容易泄漏的地點，其核心部件為內(nèi)置氣體傳感器，傳感器檢測空氣中氣體的濃度。 便攜式檢測儀為手持式，工作人員可隨身攜帶，方便檢測不同地點的氣體濃度。 目前，隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平的提高，傳感器日益小型化，集成度不斷提高，使得氣體檢測儀器越來越小。國外沈陽理工大學學士學位論文 3 在氣體傳感器，其中包含 CO 傳感器的研究和應用方面達到了很高水平，形成了多系列多品種的產(chǎn)品。隨著中國在世界加工制造業(yè)領(lǐng)域地位的不斷提高，國內(nèi)外技術(shù)交流的頻繁開展，在傳感器制造方面的條件正在成熟，加上政府對 CO 安全立法的重視和人們對安全的需要，對 CO 傳感器需求的持續(xù)增長， CO 傳感器的市場正在不斷成熟，相信在幾年內(nèi)我國會出現(xiàn)自己知識產(chǎn)權(quán)的 CO 傳感器產(chǎn)品。目前，人們對氣敏傳感器的測試方法主要停留在用人工手動的方式來操作，開發(fā)出一種實用高效的智能化傳感器測試裝置是極為必要的。 。 氣體信號采集電路一般由氣敏傳感器和模擬放大電路組成，將氣體信號轉(zhuǎn)化為模擬的電信號。單片機對該數(shù)字信號進行處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進行分析，是否大于或等于某個預設(shè)值 (也就是報警限 )，如果大于則會自動啟動報警電路發(fā)出報警聲音，反之則為正常狀 態(tài)。以上是根據(jù)報警器應具備的功能，提出的整體設(shè)計思路。 氣體傳感器的選型 氣體傳感器屬于氣敏傳感器，是氣 電變換器，它將可燃性氣體在空氣中的含量 (即濃度 )轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號，通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機，進而由單片機完成數(shù)據(jù)處理、 濃度處理及報警控制等工作。由此可見，氣體傳感器的選型是非常重要的。 沈陽理工大學學士學位論文 5 (2)利用物理性質(zhì)的氣體傳感器：如熱導氣體傳感器、光干涉氣體傳感器、紅外傳感器等。 : 一個氣體傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實體，也可以是由多個不同功能傳感器組成的陣列。 （ 1）半導體氣體傳感器 半導體氣體傳感器包括用氧化物半導 體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感器，以及用單晶半導體器件制作的氣體傳感器。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的氣體傳感器之一。 （ 2）固體電解質(zhì)氣體傳感器 固體電解質(zhì)氣體傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料作為氣敏元件，其原理是利用氣敏材料在通過氣體時產(chǎn)生電阻，測量其形成電動勢從而測量氣體濃度。但這種傳感器制造成本高，檢測氣體范圍有限，在檢測環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲 (也可表面涂鉑、鈀等沈陽理工大學學士學位論文 6 稀有金屬催化層 )，使用時將鉑絲通電，保持 300176。 C 的高溫，此時若與氣體接觸，氣體就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會上升，鉑絲 的電阻值也上升 ,通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道氣體的濃度。高分子氣敏材料在遇到特定氣體時，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。高分子氣體傳感器具有對特定氣體分子靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)簡單，能在常溫下使用，可以彌補其它氣體傳感器的 不足。氣體濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號傳出。它主要適用于毒性氣體檢測。 （ 6）熱傳導傳感器 熱傳導傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結(jié)構(gòu)形式，但是測量原理不同。溫度的變化情況 是目標氣體熱傳導率的函數(shù)，而對于一種給定的氣體，熱傳導率是它固有的物理特性。在測量和比較元件中，紅外射線被氣體有選擇地吸收了。非擴散式紅外探測器 NDIR (nondispersive IR )是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴散和損耗被記錄下來。由于非碳氫化合物易燃氣體 (如沈陽理工大學學士學位論文 7 氫 )不吸收電磁譜中 IR 部分的能量，所以這種傳感器可以精確地測量碳氫化合物，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其它氣體的腐蝕以及高濃度目標煙霧的影響。例如氧化物半導體氣體傳感器主要檢測各種還原性煙霧，如 CO、 H C2H5OH、 CH3OH 等。 氣體傳感器的選定 天煤氣 泄漏報警器 主要應用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃氣體泄漏的場所，根據(jù)報警器檢測氣體種類的要求，一般選用接觸燃燒式氣敏傳感器和半導體氣敏傳感器。阻緩是當在氣體與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無焰燃燒的同時，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應緩慢反應滯緩，靈敏度降低。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時，則傳感器將使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以致靈敏度很快就喪失。 因此，經(jīng)常對傳感器進行標定，是保證其準確性的必要的途徑。 半導體氣敏傳感器包括用氧化物半導體陶 瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感器以及用單晶半導體器件制作的氣體傳感器，它具有靈敏度高，響應快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。 沈陽理工大學學士學位論文 8 經(jīng)過對比上述兩種氣敏傳感器的應用特性，發(fā)現(xiàn)半導體氣敏傳感器的優(yōu)點更加突出：靈敏度高、響應快、抗干擾性好、使用方便、價格便宜，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護成本較低等。而在眾多半導體氣敏傳感器中，本設(shè)計選用 MQ2 型氣敏傳感器，這種型號的傳感器具備一般半導體氣敏傳感器靈敏度高、響應快、抗干擾能力強、壽命長等優(yōu)點。 首先，氣體傳感器送來的氣體濃度對應的電壓信號送入 STC12C5A60S2 單片機；然后，在 STC12C5A60S2 單片機內(nèi) A/D 轉(zhuǎn)換、氣體濃度比較，對數(shù)據(jù)進行線性化處理，將數(shù)字化電壓信號轉(zhuǎn)化成為對應的十進制濃度值；最 后，判斷氣體濃度值是否超出報警限，當氣體濃度處于正常狀態(tài)紅燈不會閃亮，當氣體濃度超出設(shè)定的限定值時，發(fā)出聲音報警并伴隨紅燈亮。為提高響應時間，保證氣體傳感器準確地、穩(wěn)定地工作，報警器需要向氣體傳感器持續(xù)輸出一個 5V的電壓。其目標是在傳 統(tǒng)的煙霧報警儀的基礎(chǔ)上，盡量提高準確性，降低成本，縮小體積。 整個設(shè)計由 3 大部分構(gòu)成：氣敏傳感器、 STC12C5A60S2 單片機、顯示電路。 沈陽理工大學學士學位論文 9 裝置功能說明 煤氣泄漏檢測裝置，顧名思義是用來檢測煤氣泄漏，使煤氣使用更加安全。 裝置效果圖 圖 2. 錯誤 !未找到引用源。硬件電路的設(shè)計首先必須了解各原件的性能指標，工作原理，以及整體的電路連接。內(nèi)部集成 MAX810 專用復位電路 ,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換 (250K/S.，即 25 萬次每秒 )，針對電機控制，強干擾場合。 7. ISP（在系統(tǒng)可編程） / IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器 可通過串口（ ）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 8. 有 EEPROM 功能 (STC12C5A62S2/AD/PWM 無內(nèi)部 EEPROM) 9. 看門狗 MAX810 專用復位電路（外部晶體 12M 以下時，復位腳可直接 1K 電阻到地） 沈陽理工大學學士學位論文 11 11. 外部掉電檢測電路 : 在 口有一個低壓門檻比較器， 5V單片機為 ，誤差為177。 3% 12. 時鐘源：外部 高精度晶體 /時鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器 (溫漂為177。 10% 以內(nèi) )用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體 / 時鐘 常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為： 單片機為： 11MHz ～ 單片機為：8MHz ～ 12MHz，精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準 13. 共 4 個 16 位定時器 兩個與傳統(tǒng) 8051 兼容的定時器 /計數(shù)器 ,16 位定時器 T0 和 T1，沒有定時器 2，但有獨立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器 ,再加上 2 路 PCA 模塊可 再實現(xiàn) 2 個 16 位定時器 14. 3 個時鐘輸出口，可由 T0 的溢出在 ，可由 T1 的溢出在 輸出時鐘 ,獨立波特率發(fā)生器可以在 口輸出時鐘 15. 外部中斷 I/O 口 7 路 ,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷 ,并新增支持上升沿中斷的 PCA 模塊， Power Down 模式可由外部中斷喚醒， INT0/,INT1/,T0/, T1/, RxD/,CCP0/(也可通過寄存器設(shè)置到 ), CCP1/(也可通過寄存器設(shè)置到 ) 16. PWM(2 路） / PCA（可編程計數(shù)器陣列 ,2 路） 也可用來當 2 路 D/A 使用 也可用來再實現(xiàn) 2 個定時器 也可用來再實現(xiàn) 2 個外部中斷 (上升沿中斷 /下降沿中斷均可分別或同時支持 ) 17. A/D 轉(zhuǎn)換 , 10 位精度 ADC，共 8 路，轉(zhuǎn)換速度可達 250K/S(每秒鐘 25 萬次 ) 18. 通用全雙工異步串行口 (UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用定時器或 PCA 軟件實現(xiàn)多串口 19. STC12C5A60S2 系列有雙串口，后綴有 S2 標志的才有雙串口， RxD2/(可通過寄存器設(shè)置到 )， TxD2/(可通過寄存器設(shè)置到 ) 20. 工作溫度范圍： 40 ~ +85℃ (工業(yè)級 ) / 0 ~ 75℃ (商業(yè)級 ) 沈陽理工大學學士學位論文 12 ： LQFP48, LQFP44, PDIP40, PLCC44, QFN40I/O 口不夠時，可用 2 到 3 根普通 I/O 口線