【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(jì) 、數(shù)據(jù) 采集 、 模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 、液晶顯示電路設(shè)計(jì)、鍵盤(pán)接口電路等功能模塊電路設(shè)計(jì)。采用單片機(jī)設(shè)計(jì)的報(bào)警電路簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。方案一的優(yōu)點(diǎn)在于利用靈敏 度搞得一氧化碳?xì)怏w傳感器，當(dāng)有臥室內(nèi)的煤氣濃度升高時(shí)，可以立即將信號(hào)通過(guò)前置功率放大器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳遞到單片機(jī)中，進(jìn)而進(jìn)行報(bào)警；使用語(yǔ)音芯片的好處就是我們可以錄自己喜歡的聲音來(lái)作為報(bào)警音，如果使用蜂鳴器可能會(huì)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(jìn)行完成本次設(shè)計(jì)。 （ 2）控制能力相對(duì)比較強(qiáng)而且通電之后能夠很快的運(yùn)行，可以有目的性的從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的解決各種控制問(wèn)題，滿足各類控制電路的要求，具有很強(qiáng)的位處理和接口的邏輯功能。 （ 4）內(nèi)存和 I/O 接口，易于擴(kuò)展。 控制電路使用 AT89C52 單片機(jī)作為核心。 單片機(jī)最小系統(tǒng)包含有晶振電路和復(fù)位電路， AT89C52 芯片組成 。 圖 4 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 [1] 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì) （ 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(dǎo)率很低的主要原因是因?yàn)闅饷舨牧隙趸a (SnO2)的作用，因此當(dāng)我們的室內(nèi)一氧化碳濃度升高的時(shí)候，它的電導(dǎo)率也會(huì)升高，采 用一些常用的轉(zhuǎn)換電路就會(huì)將濃度轉(zhuǎn)變成與之等價(jià)的電信號(hào) [4]。 （ 3） 傳感器檢測(cè)到的電壓信號(hào)，必須通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，放大，才能夠被主控芯片識(shí)別和處理。 但是當(dāng)我們選擇多路模擬開(kāi)關(guān)時(shí)有幾個(gè)因素是我們一定要去關(guān)心的：元件的封裝、開(kāi)關(guān)電阻裝置、通道的數(shù)目、切換的快慢。 （ 4）測(cè)量電路 測(cè)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(jiǎn)介 （ 1） AD0832 的實(shí)物圖的引腳圖如圖 5 和圖 6 7 圖 5 AD0832 的實(shí)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(jī)對(duì) ADC0832 的控制原理： ADC0832 和 AT89C52 有 4 根數(shù)據(jù)線可以進(jìn)行通信?？墒?DO 端和 DI 端在數(shù)據(jù)通信時(shí)不是同時(shí)有效，而且同單片機(jī)的接口 8 是雙端的，因此在電路設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮把 DO 以及 DI 并聯(lián)使用一根傳輸線即可。同時(shí)處理器把時(shí)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(hào) [5]。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)只 設(shè)置、 加 、 減， 3 個(gè)控制指令，需要的按鍵 比較少 ，所以獨(dú)立按鍵系統(tǒng) 是最佳的 選擇 [6]。 圖 8 按鍵電路圖 （ 2） 獨(dú)立式按鍵的構(gòu)成很簡(jiǎn)單，直接連接到單片機(jī) I/O 口就好。各根 I/O 口線之間不會(huì)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(yùn)用硬件電路的辦法對(duì)鍵盤(pán)的按下抖動(dòng)和松開(kāi)抖動(dòng)消除就是硬件消抖 ， 使用消抖電路后，按鍵的電平信號(hào)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(diǎn)。 LCD1602 液晶 顯示屏 共有 16 個(gè)引腳 [7]。 表 1 LCD1602 引腳說(shuō)明表 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)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(xiě)選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號(hào) 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(fù)極 圖 10 LCD1602 正面圖 圖 11 LCD1602 反面圖 10 LCD1602 液晶顯示模塊與計(jì)算機(jī)的接口電路有兩種方式。 本次設(shè)計(jì) 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(bào)警電路的選擇 圖 14 報(bào)警電路接線圖 在有單片機(jī)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(lái)顯示，操作人員可以讀取它們上面的內(nèi)容進(jìn)而了解系統(tǒng)是否工作在良好的狀態(tài)，如有問(wèn)題可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。通常 報(bào)警信號(hào)有 以下 三種類型：一是閃光報(bào)警， 一段有規(guī)律的燈光的閃動(dòng)，很容易讓人的眼球捕捉到； 二是鳴音報(bào)警， 當(dāng)遇到緊急情況時(shí)，有一段提前設(shè)定好的聲音發(fā)出來(lái)，刺激人的聽(tīng)覺(jué)器官，這個(gè)很符合本次設(shè)計(jì)的理念 ；三是語(yǔ)音報(bào)警， 這個(gè)不但能夠起到報(bào)警作用而且能夠提供人們更加詳細(xì)的關(guān)于緊急情況的信息，但是它的也暴露出它的缺點(diǎn)：硬件成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的預(yù)算提高；而前兩種報(bào)警電路因?yàn)橛布娐泛蛙浖幊毯?jiǎn)單，被喜歡用單片機(jī)的經(jīng)常使用，出現(xiàn)在各種各樣的單片機(jī)系統(tǒng)的中。 硬件電路圖說(shuō)明 由 AT89C52 組成單片機(jī)的最小系統(tǒng)，三個(gè)獨(dú)立式按鍵 3 分別為設(shè)置鍵、加、減，通過(guò)改變 電位器 RV1 的值，就可以改變輸入到 ADC0832 的 模擬 信號(hào)，經(jīng)過(guò) ADC0832 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，最后送至 AT89C52 處理就可以在 LCD1602 上顯示出檢測(cè)值，如果超過(guò)設(shè)定上限值，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)紅色 LED 燈亮。 圖 15 和圖 16 分別為硬件設(shè)計(jì)原理圖和 PCB 原理圖。 主要功能模塊有：?jiǎn)纹瑱C(jī)驅(qū)動(dòng)程序，檢測(cè)，液晶顯示，鍵盤(pán)，軟 件開(kāi)關(guān)模塊 。 圖 17 軟件結(jié)構(gòu)框圖 主程序模塊的設(shè)計(jì) 主程序 要 實(shí)現(xiàn)的功能： 協(xié)調(diào)好每個(gè)模塊，讓每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的功能，具體點(diǎn)來(lái)講就是周圍環(huán)境中的煤氣濃度的檢測(cè)以及濃度的數(shù)值在顯示屏上表示出來(lái)。 圖 18 主程序框圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì) 14 （ 1）模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能簡(jiǎn)而言之就是把傳感器送過(guò)來(lái)的模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)交給單片機(jī)即可。 圖 18 模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖 按鍵模塊的設(shè)計(jì) （ 1） 一種人機(jī)對(duì)話控制按鈕的出現(xiàn)，通過(guò)按鈕操作，發(fā)送操作指令到系統(tǒng)中，并通過(guò)單片機(jī)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(shí)際電路焊接、調(diào)試 ProteusISIS 因?yàn)槠鋸?qiáng)大的功能，能夠在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行電路的仿真、分析。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，我們默認(rèn)濃度上限初始值為 50ppm，以下為仿真的結(jié)果： （ 1）我們?cè)O(shè)置一氧化碳濃度的上限值為 20 ppm. 如圖 22 開(kāi)機(jī)狀態(tài) ，圖 23為測(cè)試狀態(tài) 。 圖 24 開(kāi)機(jī)狀態(tài) 圖 25 為測(cè)試狀態(tài) （ 3）我們?cè)O(shè)置 一氧化碳濃度的上限值為 50 ppm. 如圖 26 開(kāi)機(jī)狀態(tài) ，圖 228 為測(cè)試狀態(tài) 。 在軟件仿真達(dá)到的設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行實(shí)際電路的焊接、調(diào)試，檢驗(yàn)軟件的仿真的效果，在實(shí)際情況下能否達(dá)到要求。當(dāng)測(cè)量值超過(guò)報(bào)警閥值時(shí)，蜂鳴器鳴叫，紅色 led 燈亮，供電方式：電池盒供電 4 節(jié) 5號(hào)干電池。圖 30 為整體圖。按下設(shè)置鍵可以調(diào)節(jié)報(bào)警值，系統(tǒng)默認(rèn)值為 50ppm，在調(diào)節(jié)好報(bào)警值時(shí)按下 2 號(hào)鍵報(bào)警值加 1，按下三號(hào)鍵報(bào)警值減 1，再次按下設(shè)置鍵，即可進(jìn)行檢測(cè)。所以在剛焊接完成的時(shí)候，通過(guò)普通打火機(jī)里面的丁烷進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過(guò)多次檢測(cè)，均能夠達(dá)到預(yù)期設(shè)定值，為了能夠驗(yàn)證在一 氧化碳環(huán)境也能夠達(dá)到，我通過(guò)老師的幫助，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室制備了一瓶一氧化碳完成了最后的驗(yàn) 18 證。 圖 31 開(kāi)機(jī)狀態(tài) 圖 32 為測(cè)試狀態(tài) （ 2）我們?cè)O(shè)置 一氧化碳 濃度的上限值為 40 ppm. 如圖 33 為開(kāi)機(jī)狀態(tài) ，圖34 為測(cè)試狀態(tài)。