【正文】 的生命財(cái)產(chǎn)安全。燃?xì)鈭?bào)警器可分為可燃?xì)怏w檢漏儀（簡(jiǎn)稱 “ 檢漏儀 ” ） ,可燃?xì)怏w報(bào)警控制器（簡(jiǎn)稱 “ 控制器 ” ）、可燃?xì)怏w探測(cè)器（簡(jiǎn)稱 “ 探測(cè)器 ” ）、家用可燃?xì)怏w報(bào)警器（簡(jiǎn)稱 “ 報(bào)警器 ” ）四大系列產(chǎn)品。有的報(bào)警器可自動(dòng)開啟排風(fēng)扇，把燃?xì)馀懦鍪彝狻? 燃?xì)鈭?bào)警器的核心是氣體傳感器，俗稱 “ 電子鼻 ” 。經(jīng)過電子線路處理變成濃度成比例變化的電壓信號(hào)，由線性電路加以補(bǔ)償，使信號(hào)線性化，經(jīng)微機(jī)處理、邏輯分析，輸出各種控制信號(hào)，即當(dāng)燃?xì)鉂舛冗_(dá)到報(bào)警設(shè) 定值時(shí)，燃?xì)鈭?bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并可顯示燃?xì)鉂舛然騿?dòng)外部聯(lián)運(yùn)設(shè)備（如排風(fēng)扇、電磁閥）。質(zhì)量不過關(guān)的傳感器，一般 16 個(gè)月性能就下降，因而失去報(bào)警器的安全性，出現(xiàn)不報(bào)警或誤報(bào)警現(xiàn)象，而一種好的傳感器可連續(xù)使用十幾年，特性也不會(huì)有什么變化。 報(bào)警器都存在著檢測(cè)誤差，只要當(dāng)著誤差降低在 5%以內(nèi)這個(gè)報(bào)警器才符合使用要求。氣體傳感器受濕度、溫度的影響較大，在條件需要的時(shí)候應(yīng)該采用溫度、濕度補(bǔ)償來提高測(cè)量精度。 目前，現(xiàn)有 一氧化碳 檢測(cè)儀器主要是面對(duì)工礦企業(yè)或公共場(chǎng)所的檢測(cè)，價(jià)格高昂，對(duì)家庭也是不適應(yīng)的。 （ 2）該產(chǎn)品無需專業(yè)人員操作，只要放在合適位置，通電即可，連續(xù)使用、方便簡(jiǎn)捷。該產(chǎn)品 必須能夠有效預(yù)防廣大農(nóng)村居民的冬季燃煤取暖 一氧化碳 中毒事件的發(fā)生，同時(shí)也能夠給城鎮(zhèn)居民安全使用天然氣提供有力的保障。 設(shè)計(jì)過程中最關(guān)鍵的兩個(gè)部分：系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)和控制軟件的編寫。 （ 1）硬件問題 程控一氧化碳報(bào)警器的硬件主要有 3大部分，即 濃度檢測(cè)及顯示模塊、主控模塊和報(bào)警及事故處理模塊。主控模塊由單片機(jī)及其相關(guān)軟件組成，由程序?qū)?單片機(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(shí)。 （ 2）軟件問題 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(shí)器的初始化及對(duì)中斷輸入的設(shè)定，然后延時(shí)使傳感器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，等待定時(shí)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(duì)各個(gè)子程序塊所解決的問題要相當(dāng)明確。 2 方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)就是根據(jù)題目的要求而對(duì)硬件和軟件進(jìn)行規(guī)劃，并選擇最合適的硬件電路和軟件程序來達(dá)到目的。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。軟件設(shè)計(jì)是分析設(shè)計(jì)的硬件用程序?qū)崿F(xiàn)其功能，并且調(diào)試優(yōu)化產(chǎn)品功能。 具體要實(shí)現(xiàn)如下功能： （ 1） 系統(tǒng)要求設(shè)置正常工作狀態(tài) ， 除正常工作狀態(tài)外 ， 電磁閥要求處于關(guān)閉狀態(tài) ，以切斷煤氣通道 ， 防止煤氣外泄 。 （ 3） 系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)后 ， 先啟動(dòng)排風(fēng)扇 進(jìn)行通風(fēng) ， 然后啟動(dòng)電磁閥供給煤 氣 。 ① 信號(hào)采集接收部分即通過一氧化碳傳感器檢測(cè)房間氣體濃度，并將這種變化量轉(zhuǎn)化成電壓或電流等模擬量的變化。 ③ 信號(hào)控制部分是通過一預(yù)定控制方式等實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)要求的準(zhǔn)確操作。 （ 2） 對(duì)上述四個(gè)部分進(jìn)行分析，得到如下一些基本的結(jié)論： ① 信號(hào)接收部分為了能準(zhǔn)確采集到氣體濃度的變化應(yīng)選用傳感器敏感器件，為使其實(shí)有效的檢測(cè)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(shí)現(xiàn)精確控制，采用 單片機(jī) 較為合適。 ⑤在實(shí)現(xiàn)控制功能的單片機(jī)與響應(yīng)過程的 LED 顯示管之間應(yīng)該有接口電路以實(shí) 現(xiàn)驅(qū)動(dòng)功能。 系統(tǒng) 方案的選擇 鑒于此系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，提出方案進(jìn)行分析。 分析：此設(shè)計(jì)雖然簡(jiǎn)單，但是存在著嚴(yán)重的問題。 氣體傳感器所測(cè)量的值經(jīng)常會(huì)發(fā)生變化。氣體傳感器主要通過兩個(gè)基本特性 靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性來反映傳感 器的這種變動(dòng)性。所謂的靈敏度，是指在靜態(tài)工作條件下，其單位輸入所產(chǎn)生的輸出，用 S表示。動(dòng)態(tài)特性好的氣體傳感器，其輸出特性曲線隨時(shí)間變化很小。 （ 22） 由此可見，氣體傳感器的輸入和輸出關(guān)系并非簡(jiǎn)單的線性或曲線關(guān)系，要對(duì)氣體傳感器建立一個(gè)準(zhǔn)確的溫度修正數(shù)學(xué)模型是很困難的。如通過溫度傳感器測(cè)出環(huán)境的溫度，對(duì)氣體傳感器的輸出特性曲線進(jìn)行修正；或者直接對(duì)傳感器進(jìn)行硬件補(bǔ)償 。 由于本次課題要求檢 測(cè)一氧化碳濃度超 過100ppm 時(shí)報(bào)警提示，而氣體傳感器在測(cè)量氣體濃度大于 60ppm 時(shí)，環(huán)境濕度的變化對(duì)一氧化碳傳感器特性的影響較小，故忽略對(duì)傳感器濕度修正。傳統(tǒng)補(bǔ)償方式一般有硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償兩種。軟件補(bǔ)償方式通過傳感器的溫度特性曲線擬合進(jìn)行算法補(bǔ)償，這種方式是以一定的特性 曲線作為基礎(chǔ)，對(duì)不同的工作環(huán)境和不同傳感器的溫度特性，用算法處理和查表修正以得到不同的補(bǔ)償效果。為了解決這個(gè)問題，提出采用雙傳感器補(bǔ)償方式，具體來說就是選用兩個(gè)特性一致（實(shí)際上只能做到非常接近）的氣體傳感器來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，把其中一個(gè)氣體傳感器 A密封代替溫度傳感器，對(duì)另一氣體傳感器 B進(jìn)行補(bǔ)償。 由于本設(shè)計(jì)方案?jìng)鞲衅鳒y(cè)量精度不高，所以不予采納。 分析：此設(shè)計(jì)方法雖然解決了傳感器檢測(cè)氣體濃度時(shí)溫度和濕度對(duì)測(cè)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(hào)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。所以不采用方案二。通過搜集信息，提出本次設(shè)計(jì)采用 TP2 型高溫一氧化碳傳感器。具有微珠式結(jié)構(gòu)，電導(dǎo)振蕩響應(yīng)，極好的選擇性和良好的環(huán)境適應(yīng)能力，應(yīng)用電路簡(jiǎn)單，本質(zhì)安全等特點(diǎn)。 (2) 工作條件：工作電壓： ～ 靜態(tài)功耗：≤ 15mW 環(huán)境條件：溫度 10℃ ～ +50℃ ,相對(duì)濕度≤ 95% 初期穩(wěn)定時(shí)間：≤ 15 分鐘 檢測(cè)一氧化碳濃度范圍： 0～ 2021ppm (3) 對(duì)一氧化碳反應(yīng)的敏感度： 圖 系列一氧化碳濃度的條件下 RL電壓的振蕩曲線。 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(jiǎn)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。 系統(tǒng)方案的確定 現(xiàn)今一氧化碳傳感器技術(shù)的不斷提高，使得在應(yīng)用此類傳感器時(shí)不必采用溫度、濕度補(bǔ)償，極大的簡(jiǎn)化了電路和降低了成本。 系統(tǒng)組成 本設(shè)計(jì)屬于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。通常將滿足 海量高速數(shù)值計(jì)算的計(jì)算機(jī)稱為通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；而把面向工控領(lǐng)域?qū)ο螅度氲焦た貞?yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計(jì)算機(jī)稱之為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： (1)面對(duì)控制對(duì)象。 (2)嵌入到工控應(yīng)用系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)形態(tài)。 (4)突出控制功能。 單片機(jī)有惟一的專門為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)，最能滿足嵌入式應(yīng)用要求。 一氧化碳報(bào)警器系統(tǒng)的三大部分 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分三個(gè)層次。 (2)單片機(jī)系統(tǒng)：指按照單片機(jī)的技術(shù)要求和嵌入對(duì)象的資源要求而構(gòu)成的基本系統(tǒng) ,如時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和擴(kuò)展存 儲(chǔ)器等與單片機(jī)構(gòu)成了單片機(jī)系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上面向?qū)ο蟮慕涌陔娐?，如前向通道、后向通道、人機(jī)交互通道 (鍵盤、顯小器、打印機(jī)等 )和串行通信口 (RS232)以及應(yīng)用程序等。其中以MCS8051 單片機(jī)為核心構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)。為了更好的理清設(shè)計(jì)思路，將整個(gè)系統(tǒng)細(xì)分為三部分加以設(shè)計(jì)說明。在本次設(shè)計(jì)中，使用的核心器件是單片機(jī)和一氧化碳傳感器。其中，濃度檢測(cè)及顯示模塊所實(shí)現(xiàn)的功能是將房間中的一氧化碳濃度 值轉(zhuǎn)換成為單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)，并且將濃度值顯示出來；主控模塊以單片機(jī)為主，對(duì)其他模塊的運(yùn)行進(jìn)行控制；報(bào)警及事故處理模塊是 此系統(tǒng)的外圍電路，它的功能實(shí)現(xiàn)形式最人性化，體現(xiàn)了智能控制，在檢測(cè)到一氧化碳濃度超過指定值時(shí)會(huì)啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，報(bào)警無效后即會(huì)進(jìn)行處理，啟動(dòng)排氣扇和關(guān)閉電磁閥來防止事故的發(fā)生。 圖 一氧化碳報(bào)警器系統(tǒng)組成框圖 下面就對(duì)各個(gè)模塊的功能和實(shí)現(xiàn)形式作簡(jiǎn)單介紹。檢測(cè)器件采用高溫一氧化碳?xì)怏w傳感器 TP2 檢測(cè)房間氣體濃度，檢測(cè)結(jié)果將經(jīng)過高精度運(yùn)放器放大后送入模 /數(shù)芯片 ADC0809 中進(jìn)行?！?數(shù)轉(zhuǎn)換，單個(gè)傳感器的檢測(cè)電路如圖 所示。 MCS－ 51系列單片機(jī)是美國 Intel公司1980年推出的一種高性能 8位單片微型計(jì)算機(jī)。它的主要功能既是和 ADC0809芯片一起共同接收檢測(cè)信號(hào)，又可以通過對(duì)數(shù)字信號(hào)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(jī)控制，在 LED顯示管上顯示出來，并且控制事故處理模塊。在氣體濃度過大，超過安全值時(shí)蜂鳴器工作，提供報(bào)警服務(wù)。如若 5分鐘內(nèi)氣體濃度依然超過安全值，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)排氣扇來降低房間一氧化碳濃度，并且關(guān)閉電 磁閥來防止煤氣泄漏造成事故。 系統(tǒng)功能擴(kuò)展 由于設(shè)計(jì)的一氧化碳報(bào)警器為單機(jī)產(chǎn)品，而現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用多為小區(qū)型應(yīng)用。單片機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用主要是應(yīng)用了串口通信技術(shù)，這種技術(shù)是在智能型領(lǐng)域的綜合應(yīng)用，是值得發(fā)展的新技術(shù)。 3 硬件電路設(shè)計(jì) 每一個(gè)設(shè)計(jì)都要以一定的知識(shí) 為基礎(chǔ)，知識(shí)的多少在一定程度上決定了設(shè)計(jì)出來的東西的好壞程度，這些知識(shí)包括硬件知識(shí)和軟件知識(shí)。軟件知識(shí)用來設(shè)計(jì)芯片處理數(shù)據(jù)的先后順序，數(shù)據(jù)的獲得途徑以及對(duì)數(shù)據(jù)做怎樣的處理，還有其他的一些驅(qū)動(dòng)和顯示功能等等。本章將介紹本次設(shè)計(jì)用到的一些基本知識(shí)和主要芯片。在實(shí)際的應(yīng)用中，基本知識(shí)的掌握程度至關(guān)重要，它影響到應(yīng)用的好壞。 本設(shè)計(jì)用到的硬件知識(shí)主要有：模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電子線路的設(shè)計(jì)與調(diào)試、單片機(jī)的輸入輸出、串口通信技術(shù)、 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的使用方法。數(shù)字電子技術(shù)用來把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，把從傳感器檢測(cè)到的模 擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。 芯片 介紹 [4]及相關(guān)電路模塊設(shè)計(jì) 集成塊出現(xiàn)使硬件電路設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單易懂，從而得到了廣泛的應(yīng)用。 下面詳細(xì)介紹它們具體的應(yīng)用方法。它是系統(tǒng)的大腦。 主機(jī)電路由 8051 作為程序存儲(chǔ)器。 圖 8051 封裝引腳圖 （注：該圖應(yīng)自己繪制，不要現(xiàn)成圖片?。? 8051 的主要的特點(diǎn)： HMOs 生產(chǎn)工藝生產(chǎn)。 。 64K 字節(jié)。 RAM 有位尋址功能。 8051 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括有 ALU 部件、定時(shí)和控制部件、并行 I／ O 接口、串行 I／ O 接口、定時(shí)器部件、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等七個(gè)部分。 ALU除了可以進(jìn)行四則算術(shù)運(yùn)算之外，還可以進(jìn)行布爾運(yùn)算。它和 ALU 部件形成了8051 的 CPU[14]。它們都是雙向通道，每一條 I/O 線都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。但這四個(gè)通道的功能不完全相同。 P2 口是高 8 位地址 A8～ A15的地址總線，但也可作一般的 I／ O口。P3 是控制信號(hào)及 I／ O 信號(hào)復(fù)用口，它除了用作 1／ O口之外，還用于傳送 控制信號(hào)。 表 P3 口的引腳功能 引腳信號(hào) 控制信號(hào) 說明 RXD 串行數(shù)據(jù)輸入 TXD 串行數(shù)據(jù)輸出 INT0 外部中斷 0 INT1 外部中斷 1 T0 定時(shí)器 0 輸入 T1 定時(shí)器 1 輸入 WR 寫存儲(chǔ)器信號(hào) RD 讀存儲(chǔ)器信號(hào) 這個(gè)系列的技術(shù)性能如下：工作 環(huán)境溫度 0～ ＋ 70℃，存儲(chǔ)環(huán)境溫度－ 65176。EA／ Vpp 端對(duì) Vss 的電壓為 0． 5～ 十 21． 5v，任何腳到 Vss 的電壓為 0． 5～ 十 7v，電源電壓十 5V 土 10％，電源電流為 125～ 250mA，電源功耗為