【正文】 慮采用何種傳感器，而這需要分析多方面的因素之后才能確定。 熱催化原理又稱催化燃燒原理。其基本原理是根據(jù)甲烷在一定的溫度條件下氧化燃燒，且在一定的濃度范圍內(nèi)，不同濃度的甲烷在燃燒過程中要釋放出熱量不同的特性，來達到測定甲烷濃度的目的在考慮上述問題之后我們選擇MQ5傳感器 圖 12 圖 MQ5氣敏元 結(jié)構(gòu) 形如圖 (結(jié)構(gòu) A或 B),由微型 AL2O3陶瓷管、 SnO2敏感層 ,測量電極 加熱器構(gòu)成 敏感元 固定 塑料或不銹鋼制成 腔體 ，加熱器氣敏元 提供 必 工作條 。 表 甲烷 濃度 測試計算 濃度（ ppm） 計算值 100 500 800 1000 2020 3000 5000 10000 Rs/R0 Rs(k) VRSRLRLV 50 ??? 13 顯示 讀數(shù) = 25550?V 132 148 162 168 180 187 234 253 其 ： RL＝ 5KΩ； Ro=； RL— 載電阻； Ro—敏感體電阻； Rs 表示傳感器在不同濃度氣體中的電阻值 Ro 表示傳感器在 1000ppm 氫氣中的電阻值圖中所有測試都是在標準試驗條件下完成的 。家庭用氣體泄漏報警器對丁烷、丙烷、甲烷的靈敏度較高 工業(yè)用可燃氣體報警器長壽命、低成本 便攜式氣體檢測器簡單的驅(qū)動電路即可 MQ5氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫 (SnO2)。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。這種傳感器可檢測多種可燃氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。圖中縱坐標為傳感器的電阻比（ Rs/Ro），橫坐 14 標為氣體濃度。 傳感器的基本測試電路：該 傳感器需要施加 2 個電壓，加熱器電壓（ VH）和測試電壓（ VC）。 VC 則是用于測定與傳 感器串聯(lián)的負載電阻（ RL）上的電壓（ VRL）。在滿足傳感器電性能要求的前提下， VC 和 VH 可以共用同一個電源電路。 規(guī)格： A. 標準工作條件符號 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Vc 回路電壓 ≤ 24V DC VH 加熱電壓 177。 3Ω室溫 PH加熱功耗 ≤ 900mW 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Tao 使用溫度 10℃－＋ 50℃ Tas 儲存溫度 20℃－＋ 70℃ RＨ 相對濕度小 95％ RＨ O2 氧氣濃度 21％ (標準條件 ) 氧氣濃度會影響靈敏度特性 最小值大于２％ 符號 參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù) 備注 R 敏感體表面電阻 2KΩ 20KΩ (2020ppm C3H8 ) 適用范圍： 30010000ppm 甲烷，丙烷，丁烷，氫氣 α (R1000ppm/ R500ppm H2) 濃度斜率 ≤ 標準工作條件 溫度 20℃177。 相對濕度： 65％177。 預(yù)熱 時間 不少于 48小時 敏感體功耗（ Ps）值可用下式計算： 傳感器電阻（ Rs），可用下式計算： Ps=Vc2 Rs/(Rs+RL)2 Rs=(Vc/VRL1) RL D. 靈敏度調(diào)整： MQ5 型氣敏元件對不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。 15 第二章 系統(tǒng)功能介紹 1 單片機 AT89S51 經(jīng)綜合分析選用單片 機 AT89S51 適合。片內(nèi)的存儲器允許在線重新編程 或用常規(guī)的非易失性存儲器編程器來編程。在眾多的 51 系列單片機中，要算 ATMEL 公司的 AT89S51 更實用，因為它不僅和 MCU51 系列單片機 指令、管腳完全兼容，而且它將通用 CPU和在線可編程 Flash 集成在一個芯片上。 AT89S51 的引腳說明 AT89S51 是一個低功耗高性能單片機， 40 個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出 （ I/O）端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，AT89S51 可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。 圖 21 AT89S51 引腳 圖 VCC(40 腳 )：供電電壓。 16 P0 口 (32 腳～ 39 腳 )： 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 (1 腳～ 8 腳 )： 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 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控 制信號。當 P3 口寫入 “ 1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3 口也可作為 AT89S51 的一些特殊功能口， P3 口管腳備選功能如下 表 所示： 表 21 P3 口第二功能 引 腳 第 2 功 能 RXD（串行 口 輸入 端 ） TXD（串行 口 輸出 端 ） /INT0（外部中斷 0 請求輸入端 ，低電平有效 ） /INT1（外部中斷 1 請求輸入端，低電平有效 ） T0（ 定 時器 /計數(shù)器 0 計數(shù)脈沖輸入端 ） T1（ 定 時器 /計數(shù)器 1 計數(shù)脈沖輸入端 ） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效） 17 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 信號輸出端，低電平有效 ） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。當振蕩器復(fù)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（ 29 腳 ） ：外部程序存儲器的選 通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)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(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 XTAL1（ 19 腳 ） ：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 單片機的 I/O 口擴展 器件 由于單片機本身只有 4 個 8 位并行輸入輸出 I/O 接口， 1 個串行 I/O 接口，非常有限，所以當 I/O 口不能滿足設(shè)計需求時則需要我們進行 I/O 口的擴展。 由電路原理圖我們可以看到 此次我們 單片機 89S51 的 I/O 口分配如下： 18 P0 口： A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7109 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)的輸入 接 口 P1 口：其中 接 +5V的直流蜂鳴器當 =0 時蜂鳴器蜂鳴 接發(fā)光二極管 LED,當 =1 時發(fā)光 二極管發(fā)光，其和蜂鳴器結(jié)合就是我們所要實現(xiàn)的聲光報警。串行輸入時，先將數(shù)據(jù)在 A,B 端準備好，在 CLK 端產(chǎn)一上升沿，則一位數(shù)據(jù)移至 最低位 QA。 濃度測試部分電路 MQ5 瓦斯?jié)舛葴y試 部分電路是由氣體傳感器 MQ5 組成的，其 作用為 將 瓦斯氣體的 體積分數(shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng) 的模擬 電 壓 信號 并 輸出出來 。封裝好的氣敏元件有 6 只針狀管腳，其中 4 個用于信號取出，2 個用于提供加熱電流。 Ac or Dc RL 負載電阻 可調(diào) RH 加熱電阻 31Ω 177。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 1 J u n 2 0 0 6 S h e e t o f F i l e : H : \ 論文 \ 電路原理圖 . D D B D r a w n B y :A1B2H3H4A1M Q 4V C CR320k 接入 I C L 7 1 0 9 圖 32 測試電路 （ 2）靈敏度調(diào)節(jié) 在對 MQ5的靈敏度 進行調(diào)節(jié)之前首先要就要了解其靈敏度特性。 2℃ Vc:177。 5% Vh:177。 R0是指 元件在潔凈空氣中的電阻值。 因此，在使用此類型氣敏元件時，靈敏度的調(diào)整是很重要的。 其校準過程如下： 23 在測試條件下對傳感器進行校準時，我們進行硬件部分電路的調(diào)試。而靈敏度的調(diào)節(jié)是依靠調(diào)節(jié)負載電阻 RL來實現(xiàn)的。這樣確定下來的 RL的阻值，換言之傳感器的靈敏度也就確定下來了，此時我們已經(jīng)完成了甲烷傳感器的校準。 第三 章 A/D轉(zhuǎn)換電路 ICL7109 ICL7109 芯片簡介 G N D1S T A T U S2P O L3OR4B 1 25B 1 16B 1 07B98B89B710B611B512B413B314B215B116T E S T17L B E N18H B E N19C E / L O A D20M O D E21O S C I N22O S C O U T23O S C S E T24B U F O U T25R U N / H O L D26S E N D27V28R E F O U T29B U F30AZ31I N T32C O M33I N L O34I N L I35R E F I N +36R E F C A P +37R E F C A P 38R E F I N 39V C C40I C L 7 1 0 9 圖 41 ICL7109 的管腳圖 由 ICL7109 的引腳圖可見其采用 40 腳封裝，其中各個引腳的功能意義如下： 1 腳 ： GND， 邏輯地 。該信號為“ 1”時表示正在轉(zhuǎn)換，為“ 0”時表示轉(zhuǎn)換完畢。為“ 1”時表示正信號輸入，為“ 0”時表示負信號輸入。為“ 1”時表示溢出，為“ 0”時表示正常。 17 腳： TEST，自身功能檢測端。 19 腳： HBEN （為低），高 4 位及極性位、溢出位選通端，低電平有效。 2l 腳： MODE，工作方式選擇端。當輸入高電平時，轉(zhuǎn)換器將在信號交換方式的每一轉(zhuǎn)換周期的結(jié)尾輸出數(shù)據(jù)。 24 腳： OSCSET，時鐘振蕩器方式選擇端，高電平時采用 RC 振蕩器工作方式，低電平時采用品體振蕩器工作方式。 26 腳： HOLDRUN / ，轉(zhuǎn) 換控制端。 27 腳： SEND， 與外設(shè)進行數(shù)據(jù)交換控制端。 29 腳： REFOUT，基準電壓輸出端，一般為 +，經(jīng)電阻分壓輸出。 31 腳： AZ，自零電容端，接自零電容 AZC 。 33 腳： COM，模擬公共端。 3 39 腳： REF IN+、 REF IN，基準電壓輸入正端與負端 3 38 腳： REFCAP+、 REFCAP，基準電容輸入端。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 1 J u n 2 0 0 6 S h e e t o f F i l e : H : \ 論文 \ 電路原理圖 . D D B D r a w n B y :P 2 . 7+5P 2 . 6C11uF+5R1 100kI N T 1C2 0 . 3 3 uP 1 . 7C3 0 . 1 5 uP 0 . 7R4 20kP 0 . 65P 0 . 5+5P 0 . 4P 0 . 36 M H zP 0 . 2P 0 . 1P 0 . 0G N D2Q3G N D1M C 1 4 0 3V C CG N D1P O L3OR4B 1 25B 1 16B 1 07B98B89B710B611B512B413B314B215B116T E S T17L B E N18H B E N19C E / L O A D20M O D E21O S C I N22O S C O U T23O S C S E T24B U F O U T25R U N / H O L D26S E N D27V E E28R E F