【正文】 感器和計(jì) 算 機(jī) 技術(shù) 的不斷發(fā) 展 ， 現(xiàn)己有了 基 于 單片機(jī)的空氣質(zhì) 量檢測(cè) 儀 ， 并且測(cè)試測(cè)試范圍、分辨 率、精度、穩(wěn)定性己接近標(biāo)準(zhǔn)要求。甲醒傳感器其原理是空氣中的甲醒在電極下發(fā)生氧化 反 應(yīng) ， 產(chǎn)生的擴(kuò)散電極電流與空氣中的甲醒濃度成正 比 ， 通過(guò)檢測(cè)放大電路和放 大倍數(shù)的調(diào)整經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后送單片機(jī) 。 硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)部分主要包 括 : CMCU、 A/D、時(shí)鐘芯片 、 LCD、外圍擴(kuò)展數(shù)據(jù) 陽(yáng) M) 等 芯片的選 擇 : 硬件主電路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)、液晶顯示電 路設(shè)計(jì)、外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)器接口電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、鍵盤(pán)接口電 路 等 功能 模塊電路設(shè) 計(jì) [1) 。 主要包括 一 下 功能模 塊 :51 驅(qū) 動(dòng)、 檢 測(cè) 、 液 晶 顯示、時(shí)鐘、鍵盤(pán)、模數(shù)軟換。更件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)主電路圖 硬件設(shè)計(jì)住電路圖見(jiàn)附 錄 一 。 而 工 業(yè)控制、儀器儀表、家電產(chǎn) 品 等 市場(chǎng)廣闊，要求 PC 機(jī)技術(shù)與之相適應(yīng)。 微型計(jì)算機(jī)的基本機(jī)構(gòu)是由中央處理器、儲(chǔ)存器、和 I!O 設(shè)備構(gòu)成的。這種超大規(guī)模集成電路芯片 即稱為單片微型計(jì)算機(jī)，通常簡(jiǎn)稱單片 機(jī) 。 (2) 可靠性好。 程序指令及常數(shù) 、 表 格固化 在 ROM 中不易破壞 。 (3) 易擴(kuò)展。芯片外部有許多供擴(kuò) 展用 的 三 總線及并行、串行輸 入 /輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用 系統(tǒng)。為了滿 足 工 業(yè)控制要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中具有極 豐 富 的條件分支轉(zhuǎn)移指令 、 1/0 口的邏輯操作以及位處理功能。 (5) 一般單片機(jī)內(nèi)無(wú)監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理軟 件 ， 只放置有 用 戶 調(diào)試好的 5 應(yīng)用程序。 2).單片機(jī)的發(fā)展與趨勢(shì) 由 于 單片機(jī)具有以上特 點(diǎn) ， 因此 在 工 業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀器儀表、智 能化 設(shè)備和各種家用電 器 等 領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。歸納起來(lái)，它是 沿 著 兩條路發(fā)展 的 : 〉改進(jìn)集成電路制 造 工 藝，提高芯片 的 工 作速度，降 低 工 作電壓和降低功耗 : 〉在保 留 共同的 CPU 體系 結(jié) 構(gòu)，最基本的外設(shè) 裝 置 (如異步串行 口 ， 定時(shí)器 等 〉和一套公用的指令系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng) 域 ， 把不同的外 設(shè)裝置集成到芯片 內(nèi) ， 在同一個(gè)家族內(nèi)繁衍滋生出各種型號(hào)的單片機(jī)。 可靠性及應(yīng)用水平越來(lái) 越 高 ， 和 inter 連接己是一種明顯的走 向 : 功耗越來(lái)越低 : 3) .單片機(jī)選擇 (1)本系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心。 (2)AT89C52 介紹 AT89C 52 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電 壓 ， 高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi) 含 8K bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器 (PEROM) 和 256K bytes 的隨機(jī)存取 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器 ， 器件采用 ATMEL 公司 的 高 密 度 ， 非 易 失性存儲(chǔ)技術(shù)生 產(chǎn) ， 與標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引 腳 兼 容 ， 片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 FLASH 存 儲(chǔ)單 元 ， 功能強(qiáng) 大 ， AT89C52 單片機(jī) 適 合 于 許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。 主要性能參 數(shù) : ? 與 MCS51產(chǎn)品指令和引腳完 全 兼容 ? 8K 字 節(jié)可重擦寫(xiě) FLASH 閃存存儲(chǔ)器 ? 1000 次 寫(xiě) /擦循環(huán) ? 時(shí)鐘頻 率 :OHz 24MHz ? 三級(jí)加密存儲(chǔ)器 ? 256 字 節(jié)內(nèi)部 隊(duì) M ? 32 個(gè)可編程 1/0 口線 ? 3 個(gè) 16 位定 時(shí) /計(jì)數(shù)器 ? 6 個(gè)中斷源 ? 可編程串行 UART 通道 ? 低功耗的空閑和掉電 模 式 ? (T2) (T2EX) IU:SET RXD/P3. TXD/ f市 百 / I百 1/P3 3 TO/P3. 4 T1/P3 5 商 / RD/P3. 7 XTAL2 XTAL1 PD I P Vss Vcc PO. 0/血 D O PO. 1/血 D1 PO. 3/血 D 3 PO. 5/AD5 PO. 6/ AD6 PO. 1/ AD1 203。/Vpp 血LE/PRDG PSEN P2. 1/且 D15 P2. 5/且 D13 P2. 4/AD12 P2. 3/血 D11 P2. 2/ AD10 P 2. 1/ AD9 P2. 0/ AD8 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 圖 31 引腳圖 閨 閣 p闖附 p附 a闖F闖 P町 p町 附m町 2怠冉 冉剖 3 U咱白陪如剖 UU1同0 d5ρ2873.， 介紹完以上的單片機(jī)系統(tǒng)的核心芯片之后，我們采用 AT89Cm但如 搖切5擺m也放 飽咆m問(wèn) 叩2問(wèn) 片機(jī)系統(tǒng)能運(yùn)行起來(lái)的需求最小的系 統(tǒng) ， 電路圖見(jiàn)圖 32: f2咽 . 1:29， .!!， !。 (1) 晶 振電路 單片 機(jī) 工 作的過(guò)程中各指令的微操作在時(shí)間上有嚴(yán)格的次序，這種微操作的 7 時(shí)間次序稱作時(shí)序，單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)為單片機(jī)芯片內(nèi)部各種微操作提供時(shí) 間基準(zhǔn) ， 89c52 的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方 式 ， 一種是外部時(shí)鐘 方式。 對(duì) 于 Cf刪 O S 工 藝的單片機(jī)，外部時(shí)鐘要由 XTAL1端引入，而 XTAL2 端應(yīng)懸空。 電路圖如圖 33: ， ， 22pF . ....Tc:.:v. r飛 圖 33 晶振電路圖 在 89C52 單片機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)震蕩電路，只要在單片機(jī)的 XTAL1和 XTAL2 引腳外接石英晶體 (簡(jiǎn)稱晶振〉就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈 沖信號(hào)，圖中電容器 C1和 C2 穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在 5 30pF， 典型值 是 22pF， 晶振 CYS 選擇的是 12MHz。端口線電平和輸入輸出狀態(tài)不確定可能使 外圍設(shè)備誤動(dòng) 作 ， 導(dǎo) 致嚴(yán)重事故的發(fā) 生 : 內(nèi)部一些控 制 寄存器 (專用寄 存 器〉內(nèi) 容不確定可 能 導(dǎo) 致定時(shí)器溢出、程序尚未開(kāi)始就要中斷及串口亂傳向外設(shè)發(fā)送數(shù) 據(jù) ..... 因此，任何單片機(jī)在開(kāi) 始 工 作前，都必須進(jìn)行一次復(fù)位過(guò)程，使單片機(jī) 處 于 一種確定的狀態(tài)。實(shí)際應(yīng)用 中 ， 復(fù)位操作有兩種基本形式 :一種是上電復(fù) 位 ， 另 一 8 種是上電與按鍵 均有效的復(fù) 位 ， 上電復(fù)位 位 見(jiàn) 圖 34， 要求接通電源 后 ， 單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù) 位操作。上電瞬間 RST 引腳獲得高 電 平 ， 隨著 電容 C1 的充 電 ， RST 引腳的高電平將逐漸下降。該電路典型的電阻和電容參數(shù) 為 : 晶振為 12陽(yáng) h 時(shí) ， C1 為 22uF: R1 為 8. 2 KQ。隨著電容的充 電 ， RST 腳上的電壓才慢匱下 降。開(kāi)關(guān)按下時(shí)是按鍵手動(dòng)復(fù)位電 路 ， RST 端通 過(guò)電阻與 VCC 電源接 通 ， 通過(guò)電阻的分壓就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。 R5 . E二二二二 ] 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 圖 35 復(fù)位電路圖 從傳感器過(guò)來(lái)的電壓信 號(hào) ， 必須放 大 ， 濾 波 ， 采 集 ， 轉(zhuǎn)換才能被 MCU 識(shí)別和 9 處理。然而選擇多路模擬開(kāi)關(guān)時(shí)必須考慮 以 下 的幾 個(gè)因 素 :通道數(shù)量、切換速度、開(kāi)關(guān)電阻和器件的封裝形式。 甲醒傳感器的選擇 : 甲醒傳感器由甲醒探頭 CH20 傳感器組成。 MQ5 氣體傳感器詳細(xì)介紹 如 下表 34。 甲 田基傳感器由甲醒探頭和 CH20 傳感器組成。 MQ5 傳感器通過(guò) +熱氣對(duì)敏感層加 熱 ， 當(dāng)有煙霧性煤氣接觸單敏感層會(huì)產(chǎn)生電壓信號(hào) 經(jīng) AD0832 與 AT89C52 單片機(jī)相連超過(guò)國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)報(bào) 警 。C to 4539。C to 4539。C) ( ppm 最大零點(diǎn)漂 移 (2039。C) O. 1 ppm 長(zhǎng)期漂移 (2% /每月 推薦負(fù)載值 100 線性度輸出 線性 重量 約 32 克 表 34 MQ5 氣體傳感器參數(shù)表 名稱 MQ 5 氣體傳感器 加熱 電 壓 ACor DC 負(fù)載電阻 可調(diào) 加熱電阻 310 土 30 室溫 加熱功耗 三 三 900mW 回路 電 壓 主 三 15V AC or DC 使用溫度 1039。C 儲(chǔ)存溫度 2039。C 相對(duì)濕度 小 于 95%Rh 氧氣濃度 21%(標(biāo)準(zhǔn)條 件 ) 敏感體電阻 10KO60KO 濃度斜率 運(yùn) 標(biāo) 準(zhǔn) 工 作條件 溫 度 : 2039。CVc:::!:: 相對(duì)溫 度 : 65%土 5%Vh: 土 預(yù)熱時(shí)間 不 少 于 24 小時(shí) 探測(cè)范圍 3005000ppm 液化氣，天然氣，煤氣 。 由 于 逐次逼 近 式 A/D 轉(zhuǎn)換具有速 度 ， 分辨 率 高 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 而且采用 這種方法的 ADC 芯片成本 低 ， 所以我們采用逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器。逐次逼近型是將采樣信號(hào)和己知電壓不斷進(jìn)行比 較 ， 一個(gè)時(shí)鐘周期完 成 1位轉(zhuǎn)換，依次類推， 轉(zhuǎn)換完成 后 ， 輸出二進(jìn)制數(shù)。優(yōu)點(diǎn)是分辨率 低 于 12 位 時(shí) ，價(jià)格較低，采樣 速 率也很好。5V 之間、工作頻率為 250KHZ 、轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32 微秒、一般功耗僅為 15MW 等 優(yōu)點(diǎn)，適合本系統(tǒng)的應(yīng) 用 ， 所以我們采用 ADC0832 為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。AD2 !AD3 P0 4/AD4 RST F吉 E丙 ALE EA P22/A10 P23/A11 P24/A12 P25/A13 P28fA14 P271A15 AOC0832 T古 XT P10汀 2 P3 01RXD P11廳 2EX P31廳 39。 1 飛 ATB9C古 2 ADC0832 具有 以 下 特 點(diǎn) : ? 8 位分辨率 。 輸入輸出電平與 TTL!CMOS 相 兼 容 。 工 作頻率為 250陽(yáng) Z， 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 3211 S。 12 ? 8P、 14P DIP (雙列直插 )、 PICC 多種封 裝 。 商用級(jí)芯片溫寬為 00 C to +700 C， 工 業(yè) 級(jí)芯片溫寬 為 400 C to +850 C。 ? DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸 入 ， 選擇通道控制 。 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn) 換芯 片 ， 其最高分辨可達(dá) 256 級(jí) ， 可以適應(yīng)一 般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為 32JJ S， 據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校 驗(yàn) ， 以減少數(shù)據(jù)誤 差 ， 轉(zhuǎn)換速 度 快 且 穩(wěn)定性能強(qiáng)。通過(guò) DI 數(shù)據(jù)輸入 端 ， 可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能 的選擇。但 由 于 DO 端與 DI 端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所 以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)要進(jìn) 行 A/D 轉(zhuǎn)換 時(shí) ， 須先將 CS 便能端 置 于 低電平并且保持低 電 平 直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。在第 1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉 之 前 DI 端必須是高電 平 ， 表示啟始信號(hào)。 由 于 我所使用的是 8 位 ADC0832， 所以本系統(tǒng)的 精度 為 : 10ppm/256=。鍵盤(pán)分 為 : 獨(dú)立式和矩陣式兩 類 ， 每 一類按其編碼方法又可以分為編碼和非編碼兩種。電路 圖見(jiàn)圖 37: . 0_39。 .r==l. o o177。二 F二 號(hào) 雪 一 二 華 』 εζ : 止 二 圖 37 按鍵電路圖 獨(dú)立式按鍵是直接用 1/0 口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。各根 I!O 口線之間不會(huì)相互影響。 鍵盤(pán)抖動(dòng)的消除 :抖動(dòng)的消除大致可以分 為硬件削抖和軟件削抖。 軟件削抖的基本原理是當(dāng)檢測(cè)出鍵盤(pán)閉合 時(shí) ， 先執(zhí)行一個(gè)延時(shí)子程序，產(chǎn)生數(shù) 毫秒的延 時(shí) ， 待接通時(shí)的前沿抖動(dòng)消失后再 判 別 是否有健 按 下 。 由 于 應(yīng)用硬件削抖汪需要外加器件，成本相對(duì)較 高 ， 所以本系統(tǒng)選擇軟件延 時(shí)削抖的方法。在應(yīng)用中要保存一些參數(shù)和狀 態(tài) ， 據(jù)了解 基 于 EEPROM 的存儲(chǔ)芯片是一 種很好的選 擇 ， 選定了 AT24 C1 28 存儲(chǔ)器。對(duì)時(shí)鐘芯片的要求首先 是低功耗 ， 其 次是編程簡(jiǎn) 單 ， 縮短程序開(kāi)發(fā)時(shí) 間 ， 實(shí)際上也就縮短了系統(tǒng)用于實(shí) 際生產(chǎn)所用的開(kāi)發(fā)周期以及成