【正文】 反比的電壓頻率信號(hào)，從而得出濕度。集成定時(shí)器555芯片外接電阻RR6與濕敏電容C，構(gòu)成了對(duì)C的充電回路。電源電壓工作范圍是++12V，本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用+5V。R4必須是1%精度,最大溫度效應(yīng)小于100ppm的電阻。為了保證在55%RH的典型濕度值為6660Hz(25℃)，R6也必須做修正。為了使輸出方波占空比接近50%，應(yīng)使R6R5。其中，充放電時(shí)間為 t充電=C（R4+R6）Ln2 t放電=CR6 Ln2因而，輸出的方波頻率為f=1/(t放電+t充電)=1/[ C（R4+R6）Ln2]可見(jiàn)，空氣濕度通過(guò)555測(cè)量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號(hào)，表32給出了其中的一組典型測(cè)試值。表32給出了一組相對(duì)濕度與電壓頻率的對(duì)應(yīng)值。本系統(tǒng)要求濕度精度為3%RH，可以用下式計(jì)算fout與RH的關(guān)系： 輸出方波的占空比D為： 由上式可計(jì)算出振蕩電路輸出的方波的占空比為52%。MQ2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。該傳感器需要施加2 個(gè)電壓：加熱器電壓（VH）和測(cè)試電壓（VC）。VC 則是用于測(cè)定與傳感器串聯(lián)的負(fù)載電阻（RL）上的電壓（VRL）。在滿足傳感器電性能要求的前提下，VC 和VH 可以共用同一個(gè)電源電路。VcVHGNDRLVRL 圖36 傳感器的基本測(cè)試電路圖36 傳感器的基本測(cè)試電路 結(jié)構(gòu)、外形MQ2氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖39所示(結(jié)構(gòu) A 或 B), 由微型Al2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。圖37 MQ2氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形表33 MQ2各部分名稱及材料 部件材料1氣體敏感層二氧化錫2電極金（Au）3測(cè)量電機(jī)引線鉑（Pt）4加熱器鎳鉻合金（NiCr）5陶瓷管三氧化二鋁6防爆網(wǎng)100目雙層不銹鋼（SUB316）7卡環(huán)鍍鎳銅材（NiCu）8基座膠木或尼龍9針狀管腳鍍鎳銅材（NiCu） 氣體傳感器MQ5MQ5適用于家庭或工業(yè)上對(duì)液化氣，甲烷（天然氣），煤氣的監(jiān)測(cè)裝置。其結(jié)構(gòu)和外形如圖36所示。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個(gè)用于信號(hào)取出，2設(shè)計(jì)中MQ5的接線如圖4所示，在實(shí)際的測(cè)量中，可以按照其等效電路來(lái)計(jì)算相應(yīng)的校正數(shù)值，其中Ro表示的是測(cè)量氣體在腔體內(nèi)的等效電阻，RL是外接負(fù)載電阻，用來(lái)調(diào)整輸出的模擬量電壓范圍，具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍來(lái)確定，在TLC2543的輸入范圍是0～5V，這樣RL可調(diào)整至該范圍，保證測(cè)量的量程足夠用。 表34 甲烷測(cè)試計(jì)算濃度（ppm）計(jì)算值100500800100020003000500010000Rs/RoRs(KΩ)顯示讀數(shù)=698396101112117126136其中：RL＝20KΩ；Ro=；C=86；RL—負(fù)載電阻；Ro—敏感體電阻；C—常數(shù)，調(diào)整顯示范圍。 因此，在使用此類型氣敏元件時(shí)，靈敏度的調(diào)整是很重要的，建議用1000ppm異丁烷或氫氣校準(zhǔn)傳感器。每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器(即專用寄存器P0P3)、一個(gè)輸入驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。在無(wú)片外擴(kuò)展的存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，這4個(gè)端口的每一位都可以作為雙向通用I/O端口使用。在作為一般的通用I/O輸入時(shí)，都必須先向鎖存器寫入“1”，使輸出驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管FET截止，以免誤讀數(shù)據(jù)。片上Flash允許ROM在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。（1）與MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容；（2）8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器；（3）1000次擦寫周期；（4）全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz；（5）三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；（6）32個(gè)可編程I/O口線；（7）三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（8）八個(gè)中斷源；（9）全雙工UART串行通道；（10）低功耗空閑和掉電模式；（11）掉電后中斷可喚醒；（12）看門狗定時(shí)器；（13）雙數(shù)據(jù)指針；（14）掉電標(biāo)識(shí)符圖310 AT89S52芯片的引腳圖P0口：8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。對(duì)P1端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。此外，（）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（），具體如表31所示。表35 P1口引腳的第二功能引腳號(hào)第二功能T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）MOSI（在系統(tǒng)編程用）MISO（在系統(tǒng)編程用）SCK（在系統(tǒng)編程用）P2口：具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL邏輯電平。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（In）。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。對(duì)P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表34所示。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/：控制信號(hào)（ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。如果需要，通過(guò)將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無(wú)效。否則，ALE將被微弱拉高。：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。/VPP：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為執(zhí)行內(nèi)部程序指令，應(yīng)該接VCC。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)是單片機(jī)內(nèi)部各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上，控制器按照指令的功能產(chǎn)生一系列在時(shí)間上有一定次序的信號(hào)，控制相關(guān)的邏輯電路工作，實(shí)現(xiàn)指令的功能。 AD轉(zhuǎn)換器TLC2543TI公司的TLC2543 是12位串行A/D轉(zhuǎn)換器，使用開(kāi)關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程。其特點(diǎn)有：（1）12位分辨率A/D轉(zhuǎn)換器；（2）在工作溫度范圍內(nèi)10μs轉(zhuǎn)換時(shí)間；（3）11個(gè)模擬輸入通道；（4）3路內(nèi)置自測(cè)試方式；（5）采樣率為66kbps；（6）線性誤差+1LSB（max）（7）有轉(zhuǎn)換結(jié)束（EOC）輸出；（8）具有單、雙極性輸出；（9）可編程的MSB或LSB前導(dǎo)；（10）可編程的輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。圖39中AIN0～AIN10為模擬輸入端；/CS為片選端；DIN 為串行數(shù)據(jù)輸入端；DOUT為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端；EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束端；CLK為I/O時(shí)鐘；REF+為正基準(zhǔn)電壓端；REF為負(fù)基準(zhǔn)電壓端；VCC為電源；GND為地。其中高4位(D7～D4)決定通道號(hào)，對(duì)于0通道至10通道，該4位分別為0000～1010H，當(dāng)為1011～1101時(shí)，用于對(duì)TLC2543的自檢，分別測(cè)試(VREF＋＋VREF－)/VREF－、VREF＋的值，當(dāng)為1110時(shí)，TLC2543進(jìn)入休眠狀態(tài)。D1決定輸出數(shù)據(jù)是高位先送出，還是低位先送出，為0表示高位先送出。上電后，片選CS必須從高到低，才能開(kāi)始一次工作周期，此時(shí)EOC為高，輸入數(shù)據(jù)寄存器被置為0，輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容是隨機(jī)的。使CS變低，I/OCLOCK、DATAINPUT使能，DATAOUT脫離高阻狀態(tài)。TLC2543收到第4個(gè)時(shí)鐘信號(hào)后，通道號(hào)也已收到，此時(shí)TLC2543開(kāi)始對(duì)選定通道的模擬量進(jìn)行采樣，并保持到第12個(gè)時(shí)鐘的下降沿。此后，可以進(jìn)行新的工作周期。在本設(shè)計(jì)中，我們選用三腳TO92直插式封裝的DS18B20芯片。DS18B20是以單總線的方式與單片機(jī)相連接的。單總線技術(shù)適用于單主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。本系統(tǒng)中采用10KΩ的上拉電阻。 圖 41 溫度檢測(cè)電路 濕度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。如圖42為濕度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)，用電容模擬濕度傳感器，當(dāng)其采集到信號(hào)后經(jīng)過(guò)555震蕩電路，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號(hào)經(jīng)3口輸出，送入單片機(jī)的T0口。由于我們只對(duì)液晶進(jìn)行寫液晶指令和數(shù)據(jù)，而不進(jìn)行對(duì)液晶的讀操作，所以R/W（5腳）應(yīng)接低電平，即接地。 。聲光報(bào)警電路如圖44所示。而本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的時(shí)鐘電路模塊將采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。反正放大器的輸出端為XTAL2，輸入端為XTAL1。AT89S52也可以由XTAL2端引腳直接輸入外部振蕩脈沖信號(hào)，送至內(nèi)部的時(shí)鐘電路。如圖46所示。對(duì)HMOS型的單片機(jī)，外部時(shí)鐘脈沖必須從XTAL2端引腳輸入，XTAL1端引腳接地。在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路模塊中，將采用12MHz的時(shí)鐘頻率。在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將采用33pF的陶瓷電容。圖47 時(shí)鐘模塊電路圖 復(fù)位模塊使計(jì)算機(jī)回到初始化狀態(tài)的操作就是復(fù)位。復(fù)位也是解決計(jì)算機(jī)“死機(jī)”的主要方法。上電自動(dòng)復(fù)位方式是通過(guò)對(duì)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)位的，其電路如圖48（a）所示。（a）上電復(fù)位電路 （b）按鍵電平復(fù)位電路 （c）按鍵脈沖復(fù)位電路圖48外部復(fù)位電路按鍵手動(dòng)復(fù)位方式包括電平復(fù)位方式和脈沖復(fù)位方式兩種。上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適宜于6MHz的晶振。復(fù)位電路雖然簡(jiǎn)單，但復(fù)位電路的作用十分重要，一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能否正常工作，首先要確定是否能夠復(fù)位成功。本系統(tǒng)采用的是按鍵電平復(fù)位方式。在本系統(tǒng)對(duì)煙霧、可燃?xì)怏w、有毒氣體檢測(cè)電路的仿真中，將采用兩個(gè)電位器直接模擬MQ2與MQ5。 煙霧、可燃?xì)怏w、有毒氣體檢測(cè)電路5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試在單片機(jī)系統(tǒng)中，硬件與軟件緊密結(jié)合，由于硬件電路的設(shè)計(jì)部具有通用性，所以必須根據(jù)具體的硬件電路來(lái)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的軟件，硬件設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到軟件設(shè)計(jì)的難易，軟件設(shè)計(jì)的優(yōu)劣有直接影響到硬件的發(fā)揮。軟件程序的設(shè)計(jì)是根據(jù)硬件電路圖的連接和各個(gè)元器件的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)?！∠到y(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)是在程序控制下工作的，該系統(tǒng)的軟件全部采用C語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言。且C語(yǔ)言可讀性強(qiáng)，有利于程序的調(diào)試。Vision4和proteus兩種軟件，兩者能完美的結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的仿真效果，為以后的實(shí)物制作提供了依據(jù)。這樣有利于程序修改和調(diào)試，增強(qiáng)了程序的可移植性。開(kāi)始初始化讀取溫度讀取濕度顯示濕度顯示溫度讀取煙霧、有毒氣體、可燃?xì)怏w數(shù)據(jù)聲光報(bào)警溫度是否超過(guò)設(shè)定值結(jié)束YN是否檢測(cè)到煙霧是否檢測(cè)到可燃?xì)怏w是否檢測(cè)到有毒氣體NNNYYY聲光報(bào)警聲光報(bào)警聲光報(bào)警；；；。/039。但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來(lái)調(diào)試以進(jìn)一步排除故障。當(dāng)硬件設(shè)計(jì)從布線到焊接安裝完成之后，就開(kāi)始進(jìn)入硬件調(diào)試階段，調(diào)試大體分為以下幾步。(1) 排除邏輯故障這類故障往往由于設(shè)計(jì)和加工制板過(guò)程中工藝性錯(cuò)誤所造成的。排除的方法是首先將加工的印制板認(rèn)真對(duì)照原理圖，看兩者是否一致。必要時(shí)利用數(shù)字萬(wàn)用表的短路測(cè)試功能，可以縮短排錯(cuò)時(shí)間?？梢圆扇z查元器件與設(shè)計(jì)要求的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否一致。(3)排除電源故障在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成集成塊損壞。若有高壓，聯(lián)機(jī)仿真器調(diào)試時(shí)，將會(huì)損壞仿真器等，有時(shí)會(huì)使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。這些工具是單片機(jī)開(kāi)發(fā)的最基本工具。51系列單片機(jī)的信號(hào)線大體分為讀、寫信號(hào)線、片選信號(hào)線、時(shí)鐘信號(hào)線、外部程序存貯器讀選通信號(hào)（PSEN）、地址鎖存信號(hào)（ALE）、復(fù)位信號(hào)等幾大類。6 總結(jié)與展望本次畢業(yè)設(shè)計(jì)：基于單片機(jī)環(huán)境安全檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，已經(jīng)基本完成。其次，要對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)做深入的方案論證、計(jì)算并且結(jié)合現(xiàn)有實(shí)際條件，確立自己的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而，就是對(duì)自己確立的方案進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)，包括所用原器件選型，以及控制部分整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的硬件選型與設(shè)計(jì)，并用Proteus繪制出整個(gè)系統(tǒng)總體電路圖。Vision4下編寫程序，最后進(jìn)行仿真，到此為止，這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本上已經(jīng)完成了?；趩纹瑱C(jī)的環(huán)境安全檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)采集，溫度傳感器DS18B20是數(shù)字傳感器可直接將外界環(huán)境溫度的數(shù)據(jù)，送給單片機(jī)無(wú)需經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換和專門的數(shù)據(jù)采集部分。然而氣體傳感器MQ2與MQ5需要經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)被單片機(jī)所采集。由于時(shí)間的倉(cāng)促和限于個(gè)人的設(shè)計(jì)水平，本設(shè)計(jì)還有許諸多不足之處，系統(tǒng)在功能上還有待完善?？傮w來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我受益頗多，也得到了很多經(jīng)驗(yàn)。我懂得了只有自己真正接觸嘗試了，才知道自己的真實(shí)水平。我將明確自己在今后要奮斗的目標(biāo)與方向，勇往直前。尤其要強(qiáng)烈感謝我的導(dǎo)師郭燕老師，她對(duì)我進(jìn)行了大量的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒(méi)有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。由于我的專業(yè)知識(shí)有限，所寫論文難免有不足之處，懇請(qǐng)各位老師和學(xué)友批評(píng)和指正！最后，在此謹(jǐn)向評(píng)審本文的多位老師