【正文】 ..................................................................................................................................................................27致謝 ...................................................................................................................................................................28參考文獻(xiàn) ...........................................................................................................................................................29附錄1 煤氣檢測系統(tǒng)的仿真電路圖 ................................................................................................................30附錄2 煤氣檢測系統(tǒng)的電路原理圖 ................................................................................................................31附錄3 濃度與電壓值的對(duì)應(yīng)關(guān)系 ....................................................................................................................32附錄4 煤氣檢測系統(tǒng)的源程序 ........................................................................................................................33成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)論文0第1章 緒論 課題研究的背景隨著我國燃?xì)獾淖兏锛拔鳉鈻|輸工程的進(jìn)行，煤氣或天燃?xì)庖殉蔀槎鄶?shù)家庭的燃料。每年，因煤氣泄露造成的煤氣中毒事故中，因使用熱水器不當(dāng)或產(chǎn)品本身的質(zhì)量問題，造成的煤氣中毒事故，全國均有不少事例。家用煤氣有時(shí)會(huì)因各種原因發(fā)生泄漏，煤氣的主要成分是一氧化碳，是一種有毒氣體，遇到明火會(huì)發(fā)生燃燒甚至爆炸，所以如果在煤氣泄漏時(shí)打電話，使用家用電器的話，煤氣遇到電火花可能會(huì)發(fā)生爆炸事故。一氧化碳中毒屬內(nèi)科急癥，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)及治療，將會(huì)危及生命。 課題研究的目的人們面對(duì)燃?xì)庑孤┒斐傻姆N種事故威脅，就真的沒有一個(gè)徹底的解決辦法嗎？據(jù)有關(guān)專家介紹，使用燃?xì)鈭?bào)警器是對(duì)付燃?xì)鉄o形殺手的重要手段之一。有關(guān)部門經(jīng)長期測試同樣得出結(jié)論，燃?xì)鈭?bào)警器防止一氧化碳中毒事故發(fā)生的有效率達(dá)95%以上。所以怎樣防止煤氣中毒與爆炸已成為人們的迫切需要。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀居民家庭用的燃?xì)鈭?bào)警器，一般安裝在廚房里。在應(yīng)用方面，目前，最廣泛的是可燃性氣體氣敏元件傳感器，已普及應(yīng)用于氣體泄漏檢測和監(jiān)控，從工廠企業(yè)到居民家庭，應(yīng)用十分廣泛。美國目前已有6個(gè)州立法，規(guī)定家庭、公寓等都要安裝CO報(bào)警器。結(jié)構(gòu)型式有袖珍型便攜式、手推式、固定式報(bào)警等；工業(yè)用固定式報(bào)警又有壁掛式、臺(tái)放式、單臺(tái)監(jiān)控式、多路巡檢式等。美國工業(yè)科學(xué)公司（ISC）一臺(tái)攜帶式氣體監(jiān)控儀可實(shí)現(xiàn)4種氣體監(jiān)測，采用了統(tǒng)一的軟件，只需要換氣體傳感器，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定氣體監(jiān)測?？扇?xì)怏w傳感器的發(fā)展也成為氣體檢測系統(tǒng)的代表性標(biāo)志。因此，國外氣體傳感器技術(shù)得到了較快發(fā)展，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)猜測，美國1996年—2022年氣體傳感器年均增長率為（27～30）％。氣敏元件傳感器作為新型敏感元件傳感器在國家列為重點(diǎn)支持發(fā)展的情況下，國內(nèi)已有一定的基礎(chǔ)。產(chǎn)量超過20萬支的主要廠家有5家，黑龍江敏感集團(tuán)、太原電子廠、云南春光器材廠、天津費(fèi)加羅公司（合資）、北京電子管廠（特種電器廠），其中前四家都超過100萬支，據(jù)行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，1998年全國氣敏元件總產(chǎn)量已超過600萬支。成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校 通信工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)論文2第2章 煤氣檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容煤氣測量系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)一套具有有毒氣體檢測功能、報(bào)警功能、能夠判斷室內(nèi)空氣中煤氣的泄露情況和顯示當(dāng)前室內(nèi)有毒氣體的濃度，用單片機(jī)控制報(bào)警器是否需要報(bào)警。硬件部分主要包括氣體傳感器電路、放大電路、A \D轉(zhuǎn)換電路、 單片機(jī)最小系統(tǒng)、單片機(jī)控制電路和報(bào)警電路和數(shù)碼管顯示電路。軟件部分主要包括A\D的采樣程序、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警程序和顯示程序。 煤氣檢測系統(tǒng)的主要任務(wù)本論文是煤氣檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研制，主要完成：(1) 對(duì)煤氣檢測整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了整體規(guī)劃；(2) 對(duì)煤氣檢測系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件流程設(shè)計(jì)，分為主程序設(shè)計(jì)，A/D轉(zhuǎn)換控制程序的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)處理，濃度顯示程序設(shè)計(jì)、聲光報(bào)警子程序設(shè)計(jì)等；(3) 軟件的調(diào)試，功能仿真；(4) 畫出煤氣檢測系統(tǒng)的電路原理圖。本論文要求做以下設(shè)計(jì)：(1) 氣體傳感器對(duì)煤氣是否泄漏進(jìn)行檢測；(2) 放大電路對(duì)檢測出微弱的電壓信號(hào)進(jìn)行一定的放大處理；(3) A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)，A/D轉(zhuǎn)換器能夠時(shí)刻的對(duì)放大的電壓信號(hào)進(jìn)行采集；(4) 根據(jù)有毒氣體濃度與采集的電壓信號(hào)的關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理；(5) 顯示程序的設(shè)計(jì)，用4位數(shù)碼管顯示所測得的煤氣濃度值?；?位和16位單片機(jī)的嵌入式設(shè)備(如儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和顯示、過程控制、工業(yè)自動(dòng)化等)的實(shí)時(shí)應(yīng)用、測控系統(tǒng)正在走向網(wǎng)絡(luò)智能化。針對(duì)目前微型處理器的處理芯片的不同，本設(shè)計(jì)是基于AT80C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)煤氣檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該方案主要包括了可燃?xì)怏w傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、AT89C51單片機(jī)控制電路、聲光報(bào)警電路以及數(shù)碼管顯示電路。圖31 基于AT89C51的單片機(jī)的煤氣檢測系統(tǒng)組成框圖在煤氣檢測系統(tǒng)組成框圖31中所示，系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C51為控制的核心，配合外圍電路共同完成信號(hào)采集、濃度的顯示、聲光報(bào)警電路的功能設(shè)計(jì)等。放大電路采用的是LM324運(yùn)放進(jìn)行放大微弱的信號(hào)。數(shù)碼管使用4位集成的共陰數(shù)碼管。 氣體傳感器電路設(shè)計(jì)氣體傳感器可以分為六大類：(1) 半導(dǎo)體氣體傳感器。(3) 接觸感染式氣體傳感器。(5) 光學(xué)式氣體傳感器。氣體傳感器應(yīng)滿足的基本條件一個(gè)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(shí)體，也可以是由多個(gè)不同功能傳感器組成的陣列。(2) 對(duì)被測氣體具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內(nèi)的氣體濃度。(4) 長期工作穩(wěn)定性好。(6) 制造成本低，使用與維護(hù)方便。氣體傳感器是氣體與氣味檢測的關(guān)鍵元件。優(yōu)良的抗乙醇，煙霧干擾能力。封裝好的氣敏元件有６只針狀管腳，其中４個(gè)用于信號(hào)取出，２個(gè)用于提供加熱電流，測量電路如圖32所示 。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 氫氣中的電阻值如圖33所示，給出了MQ5型氣敏元件的靈敏度特性曲線，從中可以找出氣體濃度的斜率近似的可以看成是線性變化。因此，在使用此類型氣敏元件時(shí)，靈敏度的調(diào)整是很重要的。當(dāng)精確測量時(shí)，報(bào)警點(diǎn)的設(shè)定應(yīng)考慮溫濕度的影響。圖35為取得氣體傳感器輸出信號(hào)的基本電路圖,Vh為加熱電壓,傳感器電阻RS與負(fù)載電阻RL串聯(lián)接到工作電壓VCC兩端, 由此可得關(guān)系:VRL=RL一氧化碳達(dá)到一定濃度以后，會(huì)引起中毒的可能癥狀50ppm 健康成年人在八小時(shí)內(nèi)可以承受的最大濃度200ppm 23小時(shí)后，輕微頭痛、乏力400ppm 12小時(shí)內(nèi)前額痛；3小時(shí)后威脅生命800ppm 45分鐘內(nèi)，眼花、惡心、痙攣；2小時(shí)內(nèi)失去知覺；1000ppm 1小時(shí)內(nèi)死亡1200ppm 45分鐘可能導(dǎo)致死亡我們從上面的數(shù)據(jù)可以看出來，隨著一氧化碳的濃度的升高，CO對(duì)我們的身體的健康就會(huì)造成更大的傷害，所以，我將CO濃度與報(bào)警控制處理方式，進(jìn)行了劃定，為編程參考作為依據(jù)。CO氣體傳感器屬于氣敏傳感器，通過放大處理后，再經(jīng)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(jī)，經(jīng)過單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理及報(bào)警控制，最后送給數(shù)碼管顯示。由此可見，氣體傳感器是本系統(tǒng)檢測的起點(diǎn)也是系統(tǒng)的核心和重點(diǎn)，選擇合適的傳感器成為決定系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。氣體傳感器輸出的信號(hào)幅度很小，存在著不同程度的電磁干擾，因此在本設(shè)計(jì)中，放大電路采用LM324放大器進(jìn)行放大，對(duì)來自傳感器的信號(hào)經(jīng)行精密放大，同時(shí)抑制共模成分提高信號(hào)質(zhì)量。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi（）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。它可以構(gòu)成儀表的放大器，具有線性度優(yōu)良、溫度穩(wěn)定性高和體積小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。在圖中接口J3為氣體傳感器的電源接口，氣體傳感器與電阻RV構(gòu)成串聯(lián)型分壓式電路，直流電壓+5V經(jīng)過穩(wěn)壓處理以后，電壓比較穩(wěn)定，給MQ5提供供電電壓和加熱電壓；LM324構(gòu)成增益可調(diào)的放大電路，放大電路的輸出端1管腳接入ADC0809的IN0引腳。IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。 START： A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入高電平有效。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入高電平有效。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。REF（+）、REF（）：基準(zhǔn)電壓輸入端,它們決定了輸入模擬電壓的最大值和最小值. VCC：電源，接＋5V。圖38 ADC0809管腳圖成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校 通信工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)論文11ADC0809芯片主要特性:1. 8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位,N=82. 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?. 轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs4. 單個(gè)＋5V電源供電5. 模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)6. 工作溫度范圍為40～＋85攝氏度7. 低功耗，約15mWADC0809芯片的幾個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)：轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度是指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間的倒數(shù)，是一個(gè)很重要的指標(biāo)。通常，8位逐次比較式ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us左右。ADC位數(shù)的選擇A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定著信號(hào)采集的精度和分辨率。成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校 通信工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)論文12圖39 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖ADC0809具有8個(gè)通道的模擬輸入線(IN0～I(xiàn)N7)，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。可在程序控制下對(duì)任意通道