【正文】 傳感器輸出信號一般比較微弱，需要經(jīng)過前置電路對其進(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足單片機(jī)對輸入信號的要求。由于系統(tǒng)采用的是單極性供電，所以采用同相比例放大電路，可以減少硬件開銷；反之，如果采用反相放大，則一般需要利用雙極性供電，這就需要系統(tǒng)額外的利用變壓芯片產(chǎn)生一個負(fù)壓，這顯然會造成浪費。 LM324是單片高增益四運算放大器，可在較寬電壓范圍內(nèi)的單電源或雙電源下工作，其電源電流很小且與電源電壓無關(guān)，四個運放一致性好；其輸入偏流電阻是溫度補(bǔ)償?shù)模膊恍柰饨宇l率補(bǔ)償，可做到輸出電平與數(shù)字電路兼容。同相比例運算電路中反饋的組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，同樣可以利用理想運放工作在線性區(qū)時的兩個特點來分析其電壓放大倍數(shù)。同相比例運算電路有以下幾個特點： (1)同相比例運算放大電路是一個深度的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。 (2)電壓放大倍數(shù)A=1+R4R3，即輸出電壓與輸入電壓的幅值成正比，且相位相同，所以此電路實現(xiàn)了同相比例放大。 (3)由于引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，因此電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。此放大電路還加了參考電壓，引入了零點調(diào)節(jié)功能，這樣可以更方便的調(diào)整由于不同傳感器導(dǎo)致的零點變化問題。所以調(diào)節(jié)滑動變阻器，就可以直接改變放大電路的參考電壓。 聲音報警電路。當(dāng)單片機(jī)STC12C5410AD的17腳()置1時，三極管Q1導(dǎo)通，蜂鳴器報警。 數(shù)碼管顯示電路 報警器濃度顯示采用共陽數(shù)碼管。C 顯示方式：反射式正顯示存儲溫度：20～+60176。單片機(jī)STC12C5410AD的18腳()、12腳()、13腳()，控制輸出的狀態(tài)指示燈。黃燈閃亮表示傳感器加熱絲或者電纜發(fā)生斷線或者接觸不良。當(dāng)煙霧濃度超過報警限，報警器發(fā)出鳴叫，用戶到達(dá)現(xiàn)場，可按下按鍵停止報警器鳴叫。 報警器故障自診斷電路 (1)判斷傳感器電源連接情況在傳感器的地端串聯(lián)一個電阻R6。 (2)判斷傳感器信號端連接情況 另一種情況是判斷傳感器信號端是否連接正確，此時不需要外加電路，在傳感器預(yù)熱2分鐘后，測量傳感器信號的輸出電壓，如果電壓為5V，則說明傳感器的信號端連接不正常。4. 煙霧檢測報警器的軟件設(shè)計 STC12系列單片機(jī)調(diào)試及開發(fā)工具 系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國KeilSoftware公司出品的KeilC51，是51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢。另外重要的一點，KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。 C51工具包的整體結(jié)構(gòu)中，μVision與Ishell分別是C51forWindows和forDos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。本論文程序調(diào)試過程中。當(dāng)用戶將源程序(匯編語言或C語言)經(jīng)語法檢查無誤并生成代碼時，就可以將程序代碼下載到Flash芯片中[31]，而用戶的系統(tǒng)可以是在線狀態(tài)。 用戶可以通過調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對話界面，檢查或修改Flash芯片內(nèi)的各種存儲器、寄存器的數(shù)據(jù)。 主程序設(shè)計及流程圖 。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。STC12C5410AD單片機(jī)對傳感器檢測的煙霧濃度信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、平均值法濾波、線性化處理后，將濃度值與報警限設(shè)定值相比較，判斷是否報警。主程序還包括狀態(tài)指示燈及按鍵功能設(shè)置，中斷子程序等，使報警器功能更加完善，給用戶帶來便利。給傳感器預(yù)熱后，程序開始執(zhí)行初始化子程序，這部分實現(xiàn)的功能包括各種I/O口輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、寄存器初始化、中斷使能等。然后設(shè)置定時器0，選擇方式1。接下來定時器0中斷允許位置1，打開定時器0，關(guān)閉蜂鳴器，開啟綠燈，設(shè)置報警限初值。干擾通常只影響個別采樣點的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與其他采樣點的數(shù)據(jù)相差比較大。 為此，可采取中位值平均濾波法(又稱防脈沖干擾平均濾波法)，先對N個采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，去掉其中的最大值和最小值，然后計算余下的N–2個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。保證報警器檢測煙霧濃度的準(zhǔn)確性，減小誤報、錯報的可能。即調(diào)用A/D連續(xù)進(jìn)行10次采樣，去掉其中的最大值和最小值，計算其余8個值的平均值，將這個平均值送入寄存器。 voidxianshi(void)//顯示程序 {P2=xsdata[xscout]。為防止誤報，在程序設(shè)計上，對煙霧濃度進(jìn)行快速重復(fù)檢測和延時報警，以區(qū)別出是管道中煙霧的泄漏，還是由于暫短打開閥門產(chǎn)生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報。5. 實驗檢定及誤差分析 煙霧檢測報警器檢定 爆炸下限(LEL)概念介紹 本論文設(shè)計的煙霧檢測報警器選用“%LEL”作為煙霧的測量單位及衡量標(biāo)準(zhǔn)，下面介紹關(guān)于LEL的相關(guān)概念?？扇紵熿F在空氣中遇明火種爆炸的最低濃度，稱為爆炸下限(LowerExplosionLimited)，簡稱LEL。 煙霧的濃度過低或過高時是沒有危險的，只有與空氣混合形成混合氣或更確切地說遇到氧氣形成一定比例的混合氣才會發(fā)生燃燒或爆炸?？扇?xì)獾娜紵梢苑譃閮深?，一類是擴(kuò)散燃燒，即揮發(fā)的或從設(shè)備中噴出、泄漏的可燃?xì)?，遇到點火源混合燃燒。燃燒與爆炸沒有嚴(yán)格的區(qū)分。低于爆炸下限，混合氣中的可燃?xì)獾暮坎蛔?，不能引起燃燒或爆炸，高于上限混合氣中的氧氣的含量不足，也不能引起燃燒或爆炸。爆炸極限一般用體積百分比濃度表示。低于爆炸下限或高于爆炸上限都不會發(fā)生爆炸。一般可燃煙霧檢測儀的測量范圍為0~100%LEL。假定甲烷的爆炸下限為5%體積比，那也就是說，把這個5%體積比，一百等分，讓5%體積比對應(yīng)100%LEL，也就是說，當(dāng)檢測儀數(shù)值到達(dá)10%LEL報警點時，%體積比。 本設(shè)計中設(shè)定甲烷的爆炸下限為10%體積比，對應(yīng)的報警限設(shè)在20%LEL，也就是甲烷含量為2%體積比時報警器報警。濃度（%）電壓（V）01020304050607080901000從該曲線可以看出，電壓值與煙霧濃度之間是非線性關(guān)系，為了實時顯示氣體濃度，需要對其進(jìn)行線性化處理，使顯示的煙霧濃度與實際誤差在177。對曲線作線性化處理時，根據(jù)曲線的走勢，將煙霧濃度分成7段。5%之內(nèi)。 實驗誤差分析 在測量儀器的實際使用中，造成誤差的來源很多，通常是多種誤差源綜合作用的結(jié)果。 軟件誤差主要來自以下兩個方面： (1)A/D轉(zhuǎn)換量化誤差STC12C5410AD單片機(jī)的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器為12bit，輸入單片機(jī)模擬電壓信號0~，A/?1=，因此可求得A/==%。本儀器使用數(shù)據(jù)的計算全部是由STC12C5410AD完成的，可以直接執(zhí)行1616bit定點乘法和32247。 硬件誤差主要來自以下四個方面： (1)傳感器非線性誤差 本系統(tǒng)選用MQ2型半導(dǎo)體陶瓷式煙霧傳感器，煙霧濃度與輸出電壓存在一定的非線性，使用折線插值方法進(jìn)行線性化處理。運放誤差是造成前置放大誤差的主要原因，運放的輸入失調(diào)電壓，輸入失調(diào)電流是影響電路精度的重要因素。另外所選的阻容器件都是經(jīng)過精確測量后再焊接上去的，并經(jīng)過仔細(xì)調(diào)試以獲得最佳性能。本系統(tǒng)選用ACDC電源模塊，將220V市電轉(zhuǎn)化為5V直流電壓，分別給模擬電路和數(shù)字電路供電。 (4)環(huán)境、外部噪聲引起的誤差環(huán)境因素包括環(huán)境溫度、濕度、空氣中的塵埃等。但環(huán)境溫度、濕度對傳感器有一定的影響。另外，系統(tǒng)還受到各種外部電磁噪聲的干擾，設(shè)計上，把探測器與控制器之間的信號線用屏蔽電纜連接。參考文獻(xiàn)[1][M].(1):2325.[2]張保衛(wèi),尚家峰,[M].山東消防,2003(8):2728.[3][M].西安電子科技大學(xué)出版社,2003:263315.[4]李永生,[M].傳感器技術(shù),2002(3):13.[5]YoonDh,YuJh,[M].(46):1523.[6][M].儀器儀表用戶,2006,13(5):12.[7][M].現(xiàn)代電子技術(shù),2006(23):6972.[8]WangXihuai，XiaoJianmei，[M].(3):16021605.[9]張鵬翼,羅衛(wèi)兵,[J].設(shè)計參考,2006,18:2325.[10][J].人民郵電出版社,2003.[11][M].化學(xué)工業(yè)出版社,2003.[12]宏晶科技(深圳).STC12C5410AD系列單片機(jī)器件手冊[M]..[13],2003:2556.[14]成偉,郝躍,馬曉華,[N].電子學(xué)報,2006,27(7):12901293.[15][M].UMINumber:amp。 YS=~YS。 jia2++。 yure_biao=1。 } } } if((start_biao==0)amp。(over_biao==0)amp。(bao_biao==1)amp。(clear_biao==0)) //采集定時程序 { jia3++。 start_biao=1。 xscout=0。 if(jia5=200) { jia5=0。 if(jia6=6) //定時1分 { jia6=0。 } } } else { jia5=0。 } if((bao_biao==1)amp。(clear_biao==0)) //報警 { GS=1。 if(dengji==1) { if(jia4=20) { jia4=0。 feng=~feng。 RS=~RS。 } } if(dengji==3) { if(jia4=10) { jia4=0。 feng=~feng。 RS=~RS。 } } if(dengji==5) { if(jia4=2) { jia4=0。 feng=0。 RS=1。 } TH0=0x3c。 TF0=0。 adc_zhi=0。 adc_zhi=2。 aa=aaamp。 adc_zhi|=aa。//清零 if(adc_zhimidu[4]) //密度等級判斷 dengji=5。 else { if(adc_zhimidu[2]) dengji=3。 else { if(adc_zhimidu[0]) dengji=1。 ADC_FLAG_0。 cc=timedata。 }}///*voiddelay_s(unsignedchartimedata){ unsignedcharaa=197,bb=250,cc=2。 while(cc) { while(aa) while(bb)。//關(guān)閉看門狗 delay_ms(100)。//無分頻 AUXR=0x00。 TMOD=0x01。//定時50MS TL0=0xb0。//標(biāo)志位清零 TR0=0。//定時器0中斷使能 ADC_CONTR=0。//打開AD電源 delay_ms(1)。 ADC_FLAG_0。 EADC_SPI=1。// P1M1=0x00。//打開數(shù)碼管顯示 P2=0。 //關(guān)閉總中斷 TR0=1。 YS=1。//燈關(guān)閉 feng=1。}//voidadc_cai(void)//AD采集程序{ if((start_biao==1)amp。(yure_biao==1)) { ADC_START_1。 over_biao=1。 } else { bao_biao=0。 xscout=0。//清定時，清零 } if(P3_3==1)key_biao=0。amp。 clear_biao=1。 RS=1。 }}//voidmain(void){ init()。//顯示程序 adc_cai()。//檢測程序 delay_ms(10)。為了指導(dǎo)我們的畢業(yè)論文，她們放棄了自己的休息時間，她們的這種無私奉獻(xiàn)的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向她們表示我誠摯的謝意。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進(jìn)步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文《基于單片機(jī)的煙霧報警控制系統(tǒng)》終于完成了，這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。在本論文的寫作過程中，我的導(dǎo)師郭旻老師傾注了大量的心血，從選題到開題報告，從寫作提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘，在此我表示衷心感謝。寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開始