【正文】 .................................................................................19 軟件總體設(shè)計思想 ............................................................................19 AD 轉(zhuǎn)換函數(shù) .....................................................................................20 比較判斷函數(shù) ....................................................................................21 顯示報警函數(shù) ....................................................................................21 聲音報警函數(shù) ....................................................................................22 本章小結(jié) ............................................................................................22 第 4 章 實驗過程 .............................................................................................23 軟件仿真 ............................................................................................23 軟件簡介 .....................................................................................23 IV 繪制電路原理圖 ......................................................................... 23 編寫程序 ..................................................................................... 24 仿真調(diào)試 ..................................................................................... 24 實物制作 ........................................................................................... 27 繪制布線圖并焊接電路板 ......................................................... 27 下載程序進行實物測試 ............................................................. 28 本章小結(jié) ........................................................................................... 29 結(jié)論 ..................................................................................................................... 31 參考文獻 ............................................................................................................. 33 致謝 ..................................................................................................................... 35 附錄 1.................................................................................................................. 37 附錄 2.................................................................................................................. 41 附錄 3.................................................................................................................. 45 附錄 4.................................................................................................................. 49 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 課題 研究 背景 及意義 隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，易燃、易爆、有毒氣體的種類和應(yīng)用范圍都得到了增加。由于氣體本身存在的擴散性，發(fā)生泄漏之后，在外部風(fēng)力和內(nèi)部濃度梯度的作用下，氣體會沿地表面擴散，在事故現(xiàn)場形成燃燒爆炸或毒害危險區(qū)，擴大危害 區(qū)域。因此，這類事故具有突發(fā)性強、擴散迅速、救援難度大、危害范圍廣等特點。及時可靠地探測空氣中某些氣體的含量，及時采取有效措施進行補救，采取正確的處置方法，減少泄漏引發(fā)的事故，是避免造成重大財產(chǎn)和人員傷亡的必要條件。作為一種重要的氣體探測器，氣體傳感器近年來得到了很大的發(fā)展。 危險化學(xué)品要加強安全管理，完善安全措施、控制事故隱患。因此，事故隱患的檢測報警，在危險化學(xué)品場所有害氣體或液體 (蒸汽 )檢測報警，是非常必要的。 有害氣體檢測報警儀是專用的安全衛(wèi)生檢測儀，用來檢測化學(xué)品作業(yè)場所或設(shè)備內(nèi)部空氣中的可燃或有毒氣體的含量并超限報警。 (2)檢修檢測：設(shè)備檢修置換后檢測殘留有害氣體或液體 (蒸汽 )，特別是動火前檢測更為重要。 (4)進入檢測：工作人員進入有害物質(zhì)隔離操作間，進入危險場所的下水溝、電纜溝或設(shè)備內(nèi)操作時，要檢測有害氣體或液體蒸汽。 隨著人類社會的進步、生產(chǎn)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，隨之帶來了環(huán)境空氣污染問題。一氧化碳雖然不會使酸雨現(xiàn)象嚴(yán)重，但是對人們的身體健康有影響。一氧化碳濃度的高低是評價空氣質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)之一，也是工廠、煤礦井下是否發(fā)生自燃火災(zāi)的重要標(biāo)志之一。國家工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，生產(chǎn)現(xiàn)場一 氧化碳濃度不允許超過 50ppm 。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 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。美國工業(yè)科學(xué)公司 (ISC)一臺攜帶式氣體監(jiān)控儀可實現(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，即可實現(xiàn)對特定氣體監(jiān)測。 (1)氣體傳感器向低功耗、多功能、集成化方向發(fā)展 國外氣體傳感器發(fā)展很快，一方面是由于人們安全意識增強，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是由于傳感器市場增長受到政府安全法規(guī)的推動。 第 1 章 緒論 3 目前，氣體傳感器的發(fā)展趨勢集中表現(xiàn)為：一是提高靈敏度和工作性能，降低功耗和成本，縮小尺寸，簡化電路 ，與應(yīng)用整機相結(jié)合，這也是氣體傳感器一直追求的目標(biāo)。二是增強可靠性，實現(xiàn)元件和應(yīng)用電路集成化，多功能化，發(fā)展 MEMS技術(shù)，發(fā)展現(xiàn)場適用的變送器和智能型傳感器。 (2)國內(nèi)現(xiàn)狀與差距 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、太原電子廠、云南春光器材廠、天津費加羅公司 (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)會統(tǒng)計， 1998 年全國氣敏元件總產(chǎn)量已超過 600萬支。 燕 山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 4 本文主要內(nèi)容及 章節(jié) 安排 本文 主要講述基于單片機的毒氣檢測系統(tǒng)的設(shè)計全過程， 包括硬件電路設(shè)計、軟件設(shè)計、電腦仿真和實物制作。 第 2 章主要 講述了系統(tǒng)的硬件設(shè)計，包括最小系統(tǒng)、 AD 轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、聲音報警模塊和傳感器模塊。 第 2 章 硬件系統(tǒng)設(shè)計 5 第 2 章 硬件系統(tǒng)設(shè)計 硬件總體設(shè)計 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分三個層次： (1)單片機：通常指應(yīng)用系統(tǒng)主處理機，即所選擇的單片機器件。 (3)單片機應(yīng)用系統(tǒng)：能滿足嵌入對象要求的全部電路系統(tǒng)。 單片機應(yīng)用系統(tǒng)三個層次的關(guān)系如 圖 21： 圖 21 單片機應(yīng)用系統(tǒng)三個層次的關(guān)系 以此理解，一氧化碳報警器同樣具有單片機應(yīng)用系統(tǒng)的三個層次。在此系統(tǒng)中，檢測信號進入單片機進行運算處理。整個報警器由三個部分組成，分為三大模塊：濃度檢測模塊、主控模塊和報警模塊。為了保重整個系統(tǒng)可靠的運行，設(shè)計中必須明確三大部分的實際聯(lián)系：以單片機為中心，其他各大模塊一一展開。系統(tǒng)框圖如 圖 22 所示。 (2)主控模塊 主控模塊即單片機最小系統(tǒng)。內(nèi)帶 4K字節(jié)的內(nèi)存和程序保護系統(tǒng)，使用于程序的調(diào)試修改和保密。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果決定是否報警，若報警，則驅(qū)動報警系統(tǒng)工作。 至此，本系統(tǒng)的三大模塊功能和 設(shè)計思路已經(jīng)確立，下文將介紹整個硬件系統(tǒng)的詳細設(shè)計過程。 單片機的最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)原理圖如下： 圖 23 單片機最小系統(tǒng)原理圖 單片機的最小系統(tǒng)是由組成單片機系統(tǒng)必需的一些元件構(gòu)成的，除了單片機之外，還需要包括電源供電電路、時鐘電路、復(fù)位電路。 單片機簡介 本課題所用單片機 采用 8051 核的 ISP(In System Programming)在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作時鐘頻率為 80MHz，片內(nèi)含 4K Bytes 的可反復(fù)擦寫 1000次的 Flash 只讀程序存儲器，器件兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng) ，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，具有在系統(tǒng)可編程 (ISP)特性，燕 山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 8 配合 PC 端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進單片機內(nèi)部，省去了購買通用編程器，而且速度更快。 主要特性有 ： (1)增強型 1T 流水線 / 精簡指令集結(jié)構(gòu) 8051 CPU (2)工作電壓： (5V 單片機 )/ (3V 單片機 (3)工作頻率范圍： 0 35 MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 作頻率可達 48MHz. (4)用戶應(yīng)用程序空間 12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K 字節(jié) (5)片上集成 512 字節(jié) RAM (6)通用 I/O 口 (27/23 個 )，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 / 弱上拉 (普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口 )可 設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 / 弱上拉，推挽 / 強上拉，僅為輸入/ 高阻，開漏每個 I/O 口驅(qū)動能力均可達到 20mA，但整個芯片最大不得超過 55mA (7)ISP(在系統(tǒng)可編程 )/IAP(在應(yīng)用可編程 )，無需專用編程器可通過串口()直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 (8)EEPROM 功能 (9)看門狗 (10)內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路 (外部晶體 20M 以下時，可省外部復(fù)位電路 ) (11)時鐘源：外部高精度晶體 / 時鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器。常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為： ～ 。 10 位精度 ADC，共 8 路 (16)通用異步串行口 (UART) (17)SPI 同步通信口，主模式 / 從模式 (18)工作溫度范圍： 0 75℃ / 40 +85℃ (19)封裝： PDIP28， SOP28， PDIP20， SOP20， PLCC32,TSSOP20(超小封狀，定貨 ) 振蕩器特性 :： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。