【正文】 89C5 模數(shù) 轉(zhuǎn)換器 ADC083 LCD160 MQ2一氧化碳傳感器 等芯片的選擇； 主控電路的設(shè)計 、數(shù)據(jù) 采集 、 模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計 、液晶顯示電路設(shè)計、鍵盤接口電路等功能模塊電路設(shè)計。采用單片機設(shè)計的報警電路簡單，容易實現(xiàn)。方案一的優(yōu)點在于利用靈敏 度搞得一氧化碳氣體傳感器，當有臥室內(nèi)的煤氣濃度升高時，可以立即將信號通過前置功率放大器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳遞到單片機中，進而進行報警；使用語音芯片的好處就是我們可以錄自己喜歡的聲音來作為報警音，如果使用蜂鳴器可能會受到外界環(huán)境影響。 所以，綜合以上因素我們選擇方案二進行完成本次設(shè)計。 （ 2）控制能力相對比較強而且通電之后能夠很快的運行，可以有目的性的從簡單到復雜的解決各種控制問題，滿足各類控制電路的要求，具有很強的位處理和接口的邏輯功能。 （ 4）內(nèi)存和 I/O 接口，易于擴展。 控制電路使用 AT89C52 單片機作為核心。 單片機最小系統(tǒng)包含有晶振電路和復位電路， AT89C52 芯片組成 。 圖 4 單片機最小系統(tǒng)圖 [1] 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的選擇與設(shè)計 （ 1） 一氧化碳傳感器的選擇： 我們選擇了 MQ2/MQ2S 氣體傳感器，它能夠在干凈空氣中的電導率很低的主要原因是因為氣敏材料二氧化錫 (SnO2)的作用，因此當我們的室內(nèi)一氧化碳濃度升高的時候，它的電導率也會升高，采 用一些常用的轉(zhuǎn)換電路就會將濃度轉(zhuǎn)變成與之等價的電信號 [4]。 （ 3） 傳感器檢測到的電壓信號，必須通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，放大，才能夠被主控芯片識別和處理。 但是當我們選擇多路模擬開關(guān)時有幾個因素是我們一定要去關(guān)心的：元件的封裝、開關(guān)電阻裝置、通道的數(shù)目、切換的快慢。 （ 4）測量電路 測量 電路由 MQ2/MQ2S 氣體 傳感器 、 ADC0832 組成。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇與簡介 （ 1） AD0832 的實物圖的引腳圖如圖 5 和圖 6 7 圖 5 AD0832 的實物圖 [5] 圖 6 AD0832 的引腳圖 [5] 圖 7 模數(shù)轉(zhuǎn) 換電路圖 [7] （ 2） 單片機對 ADC0832 的控制原理： ADC0832 和 AT89C52 有 4 根數(shù)據(jù)線可以進行通信?？墒?DO 端和 DI 端在數(shù)據(jù)通信時不是同時有效，而且同單片機的接口 8 是雙端的，因此在電路設(shè)計時可以考慮把 DO 以及 DI 并聯(lián)使用一根傳輸線即可。同時處理器把時鐘脈沖輸入到芯片的 CLK 端 ， DO/DI端共用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號 [5]。因為本系統(tǒng)只 設(shè)置、 加 、 減， 3 個控制指令，需要的按鍵 比較少 ，所以獨立按鍵系統(tǒng) 是最佳的 選擇 [6]。 圖 8 按鍵電路圖 （ 2） 獨立式按鍵的構(gòu)成很簡單，直接連接到單片機 I/O 口就好。各根 I/O 口線之間不會相互影響。 AT89C52 P1 口內(nèi)部 已經(jīng) 有上拉電阻 因此 就不需要再外接上拉電阻。 運用硬件電路的辦法對鍵盤的按下抖動和松開抖動消除就是硬件消抖 ， 使用消抖電路后，按鍵的電平信號只有按下和釋放兩種狀態(tài)。 圖 9 上拉電阻電路圖 [6] 9 液晶顯示器選擇 我們選用了 LCD1602 顯示電路 液晶顯示模塊，是由于本系統(tǒng)要有顯示裝置完成顯示功能， 顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口、體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點。 LCD1602 液晶 顯示屏 共有 16 個引腳 [7]。 表 1 LCD1602 引腳說明表 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負極 圖 10 LCD1602 正面圖 圖 11 LCD1602 反面圖 10 LCD1602 液晶顯示模塊與計算機的接口電路有兩種方式。 本次設(shè)計 采用間接控制方式。顯示所要顯示的漢字字符輸入的地址，也就是告訴那里的字符顯示模塊 。 圖 13 1602 的內(nèi)部顯示地址 [7] 11 報警電路的選擇 圖 14 報警電路接線圖 在有單片機作為主控芯片的系統(tǒng)中 ， 通常工作狀態(tài)可以用數(shù)碼管、 LED 指示燈、LCD 液晶顯示屏來顯示，操作人員可以讀取它們上面的內(nèi)容進而了解系統(tǒng)是否工作在良好的狀態(tài)，如有問題可對系統(tǒng)進行調(diào)試。通常 報警信號有 以下 三種類型：一是閃光報警， 一段有規(guī)律的燈光的閃動，很容易讓人的眼球捕捉到； 二是鳴音報警， 當遇到緊急情況時，有一段提前設(shè)定好的聲音發(fā)出來，刺激人的聽覺器官，這個很符合本次設(shè)計的理念 ；三是語音報警， 這個不但能夠起到報警作用而且能夠提供人們更加詳細的關(guān)于緊急情況的信息，但是它的也暴露出它的缺點：硬件成本高、結(jié)構(gòu)復雜導致整個系統(tǒng)的預算提高；而前兩種報警電路因為硬件電路和軟件編程簡單，被喜歡用單片機的經(jīng)常使用，出現(xiàn)在各種各樣的單片機系統(tǒng)的中。 硬件電路圖說明 由 AT89C52 組成單片機的最小系統(tǒng)，三個獨立式按鍵 3 分別為設(shè)置鍵、加、減，通過改變 電位器 RV1 的值，就可以改變輸入到 ADC0832 的 模擬 信號，經(jīng)過 ADC0832 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，最后送至 AT89C52 處理就可以在 LCD1602 上顯示出檢測值，如果超過設(shè)定上限值，單片機驅(qū)動蜂鳴器報警，同時紅色 LED 燈亮。 圖 15 和圖 16 分別為硬件設(shè)計原理圖和 PCB 原理圖。 主要功能模塊有：單片機驅(qū)動程序，檢測，液晶顯示，鍵盤，軟 件開關(guān)模塊 。 圖 17 軟件結(jié)構(gòu)框圖 主程序模塊的設(shè)計 主程序 要 實現(xiàn)的功能： 協(xié)調(diào)好每個模塊，讓每個模塊實現(xiàn)其應有的功能，具體點來講就是周圍環(huán)境中的煤氣濃度的檢測以及濃度的數(shù)值在顯示屏上表示出來。 圖 18 主程序框圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換的設(shè)計 14 （ 1）模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能簡而言之就是把傳感器送過來的模擬信號變成數(shù)字信號交給單片機即可。 圖 18 模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖 按鍵模塊的設(shè)計 （ 1） 一種人機對話控制按鈕的出現(xiàn)，通過按鈕操作，發(fā)送操作指令到系統(tǒng)中，并通過單片機的串口通信，并顯示在 LCD 上。采用直接存取法。 15 圖 21 液晶顯示的操作流程圖 6 系統(tǒng)仿真與實際電路焊接、調(diào)試 ProteusISIS 因為其強大的功能，能夠在計算機上進行電路的仿真、分析。在軟件設(shè)計時，我們默認濃度上限初始值為 50ppm，以下為仿真的結(jié)果： （ 1）我們設(shè)置一氧化碳濃度的上限值為 20 ppm. 如圖 22 開機狀態(tài) ，圖 23為測試狀態(tài) 。 圖 24 開機狀態(tài) 圖 25 為測試狀態(tài) （ 3）我們設(shè)置 一氧化碳濃度的上限值為 50 ppm. 如圖 26 開機狀態(tài) ，圖 228 為測試狀態(tài) 。 在軟件仿真達到的設(shè)計要求后，進行實際電路的焊接、調(diào)試，檢驗軟件的仿真的效果，在實際情況下能否達到要求。當測量值超過報警閥值時，蜂鳴器鳴叫，紅色 led 燈亮，供電方式：電池盒供電 4 節(jié) 5號干電池。圖 30 為整體圖。按下設(shè)置鍵可以調(diào)節(jié)報警值，系統(tǒng)默認值為 50ppm，在調(diào)節(jié)好報警值時按下 2 號鍵報警值加 1，按下三號鍵報警值減 1，再次按下設(shè)置鍵，即可進行檢測。所以在剛焊接完成的時候，通過普通打火機里面的丁烷進行檢測，經(jīng)過多次檢測，均能夠達到預期設(shè)定值，為了能夠驗證在一 氧化碳環(huán)境也能夠達到，我通過老師的幫助，在化學實驗室制備了一瓶一氧化碳完成了最后的驗 18 證。 圖 31 開機狀態(tài) 圖 32 為測試狀態(tài) （ 2）我們設(shè)置 一氧化碳 濃度的上限值為 40 ppm. 如圖 33 為開機狀態(tài) ，圖34 為測試狀態(tài)。