基于單片機(jī)的有毒氣體檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文).doc

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1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的有毒氣體檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說(shuō)明并表示謝意。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）授權(quán)使用說(shuō)明本論文（設(shè)計(jì)）作者完全了解*學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留論文（設(shè)計(jì)）并向相關(guān)部門送交論文（設(shè)計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)校圖書館

2、被查閱。學(xué)校可以公布論文（設(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。 作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 日期： 注 意 事 項(xiàng)1.設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬(wàn)字。3.附件包括：任務(wù)書、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字

3、、圖表要求：1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁(yè)以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)院：里仁學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：電子工程系 學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專 業(yè)班 級(jí)0 題目題目名稱

4、基于單片機(jī)的有毒氣體檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)題目性質(zhì)1.理工類：工程設(shè)計(jì) （ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）；理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ ）2.文管理類（ ）；3.外語(yǔ)類（ ）；4.藝術(shù)類（ ）題目類型1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（ ） 2.論文（ ）題目來(lái)源科研課題（ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ ）自選題目（ ） 主要內(nèi)容熟悉掌握89C52單片機(jī)，AD轉(zhuǎn)換器，顯示模塊的功能及硬件設(shè)計(jì)；熟悉掌握C語(yǔ)言的編程方法，對(duì)實(shí)際設(shè)計(jì)一款產(chǎn)品有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)；基本要求要求設(shè)計(jì)出一個(gè)具有多路一氧化碳實(shí)時(shí)檢測(cè)功能并能夠進(jìn)行超限判斷，發(fā)出聲光報(bào)警，并實(shí)時(shí)顯示具體是哪路傳感器報(bào)警的檢測(cè)裝置。參考資料1張志良，單片機(jī)原理及控制技術(shù)M.

5、，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002。2侯國(guó)章，測(cè)試與傳感技術(shù)M.，哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000。周 次第 1 3 周第 4 7 周第8 11 周第1214周第1518周應(yīng)完成的內(nèi)容查閱相關(guān)資料，做基本需求分析。進(jìn)行系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)。進(jìn)行系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)；系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與調(diào)試，撰寫論文。完善系統(tǒng)及論文。指導(dǎo)教師：盧輝斌職稱：教授 2012年 3月1 日系級(jí)教學(xué)單位審批：練秋生 2012年 3月 5日摘要摘要煤礦中含有CO(一氧化碳)等有毒氣體，是煤礦下重要的危害源之一，是導(dǎo)致重大事故的因素；家庭中，煤氣泄漏將在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量一氧化碳，危及人生安全。對(duì)一氧化碳?xì)怏w檢測(cè)儀表的研究和開(kāi)發(fā)也一直是人們

6、關(guān)注的問(wèn)題。本系統(tǒng)利用51單片機(jī)做核心控制模塊，利用MQ-7一氧化碳傳感器探測(cè)一氧化碳。實(shí)時(shí)監(jiān)控多處一氧化碳濃度變化，如果某處一氧化碳濃度過(guò)高，系統(tǒng)將發(fā)出聲音報(bào)警，并顯示報(bào)警傳感器號(hào)碼，提醒人們及時(shí)搶險(xiǎn)。本系統(tǒng)可用于家庭環(huán)境，也適用于工業(yè)環(huán)境。由于單片機(jī)成本低廉，自動(dòng)控制功能比較強(qiáng)大，運(yùn)行穩(wěn)定，環(huán)境適應(yīng)性好，所以本系統(tǒng)采用單片機(jī)做控制的核心元件。MQ-7一氧化碳傳感器對(duì)一氧化碳的靈敏度高；長(zhǎng)壽命，低成本；簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路即可。因此，很適用于家庭的一氧化碳檢測(cè)。數(shù)碼管能清晰的顯示報(bào)警的房間號(hào)碼，即使在光線較暗時(shí)，所以選用數(shù)碼管做顯示模塊。本文主要敘述了基于單片機(jī)的有毒氣體檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，包括

7、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、電腦仿真和實(shí)物制作。關(guān)鍵詞一氧化碳；單片機(jī)；檢測(cè)；報(bào)警I燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文)AbstractContaining CO (carbon monoxide) and other toxic gases in coal mines, is one of the source of the hazards in the coal, leading to a major accident factors; family, a gas leak in a short time to produce large amounts of carbon monoxide, en

8、dangering the life safety. Research and development of the carbon monoxide gas detection instruments have been an issue of concern.The system uses 51 microcontroller to do the core control module, the use of the MQ-7 CO sensor to detect carbon monoxide. Real-time monitoring of multiple carbon monoxi

9、de concentration changes, if somewhere in the carbon monoxide concentration is too high, the system will sound an alarm, and alarm sensor number to remind people to rescue in a timely manner. This system can be used to the family environment, and also applies to the industrial environment.Single-chi

10、p low-cost, automatic control function is more powerful, stable operation, environmental adaptability, so this system is a core component of the microcontroller as a control.MQ-7 CO sensor has high sensitivity carbon monoxide; long life, low cost; can simple drive circuit. Therefore, it is suitable

11、for industrial and household carbon monoxide detector.Digital tube to clear the alarm number is displayed, even in low light, so use the digital control to do the display module.This paper describes a microcontroller-based toxic gas detection system design process, including hardware design, softwar

12、e design, computer simulation and physical production.Keywordscarbon monoxide; MCU; test; alarmII 目 錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1課題研究背景及意義11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3本文主要內(nèi)容及章節(jié)安排4第2章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)52.1硬件總體設(shè)計(jì)52.2單片機(jī)的最小系統(tǒng)72.2.1單片機(jī)簡(jiǎn)介72.2.2時(shí)鐘電路和復(fù)位電路92.3A/D轉(zhuǎn)換電路112.3.1ADC0809主要特性112.3.2ADC0809引腳功能說(shuō)明122.3.3ADC0809工作過(guò)程122.4一氧化碳傳感器介紹132

13、.5顯示電路152.6聲音報(bào)警電路162.7本章小結(jié)17第3章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)193.1軟件總體設(shè)計(jì)思想193.2AD轉(zhuǎn)換函數(shù)203.3比較判斷函數(shù)213.3顯示報(bào)警函數(shù)213.3聲音報(bào)警函數(shù)223.3本章小結(jié)22第4章實(shí)驗(yàn)過(guò)程234.1軟件仿真234.1.1軟件簡(jiǎn)介234.1.2繪制電路原理圖234.1.3編寫程序244.1.4仿真調(diào)試244.2實(shí)物制作274.2.1繪制布線圖并焊接電路板274.2.2下載程序進(jìn)行實(shí)物測(cè)試284.3本章小結(jié)29結(jié)論31參考文獻(xiàn)33致謝35附錄137附錄241附錄345附錄449III第1章 緒論 第1章緒論1.1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

14、爆、有毒氣體的種類和應(yīng)用范圍都得到了增加。這些氣體在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用過(guò)程中一旦發(fā)生泄漏，將會(huì)引發(fā)中毒、火災(zāi)甚至爆炸事故，嚴(yán)重危害人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。由于氣體本身存在的擴(kuò)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(huì)沿地表面擴(kuò)散，在事故現(xiàn)場(chǎng)形成燃燒爆炸或毒害危險(xiǎn)區(qū)，擴(kuò)大危害區(qū)域。例如，1995 年 7 月，四川省成都市化工總廠液氯車間發(fā)生氯氣泄漏，當(dāng)場(chǎng)造成 3 人死亡， 6 人受傷，僅約一小時(shí)左右，市區(qū)范圍數(shù)十平方公里范圍內(nèi)都能聞到刺激性的氯氣味。因此，這類事故具有突發(fā)性強(qiáng)、擴(kuò)散迅速、救援難度大、危害范圍廣等特點(diǎn)。一旦發(fā)生氣體泄漏事故，必須盡快采取相應(yīng)措施進(jìn)行處置，才能將事故損失

15、降低到最低水平。及時(shí)可靠地探測(cè)空氣中某些氣體的含量，及時(shí)采取有效措施進(jìn)行補(bǔ)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(cái)產(chǎn)和人員傷亡的必要條件。這就對(duì)氣體的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)設(shè)備提出了較高的要求。作為一種重要的氣體探測(cè)器，氣體傳感器近年來(lái)得到了很大的發(fā)展。氣體傳感器的發(fā)展。危險(xiǎn)化學(xué)品要加強(qiáng)安全管理，完善安全措施、控制事故隱患。但是，不可能達(dá)到絕對(duì)安全，仍然會(huì)出現(xiàn)萬(wàn)有一失的情況。因此，事故隱患的檢測(cè)報(bào)警，在危險(xiǎn)化學(xué)品場(chǎng)所有害氣體或液體(蒸汽)檢測(cè)報(bào)警，是非常必要的。對(duì)避免和控制事故具有重要意義。有害氣體檢測(cè)報(bào)警儀是專用的安全衛(wèi)生檢測(cè)儀，用來(lái)檢測(cè)化學(xué)品作業(yè)場(chǎng)所或設(shè)備內(nèi)部空氣中的可燃或有毒氣體

16、的含量并超限報(bào)警。危險(xiǎn)化學(xué)品場(chǎng)所有害氣體檢測(cè)，主要有以下幾種情況：(1)泄漏檢測(cè)：設(shè)備管道有害氣體或液體(蒸汽)現(xiàn)場(chǎng)所泄漏檢測(cè)報(bào)警，設(shè)備管道運(yùn)行檢漏。(2)檢修檢測(cè)：設(shè)備檢修置換后檢測(cè)殘留有害氣體或液體(蒸汽)，特別是動(dòng)火前檢測(cè)更為重要。(3)應(yīng)急檢測(cè)：生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)異常情況或者處理事故時(shí)，為了安全和衛(wèi)生要對(duì)有害氣體或液體(蒸汽)進(jìn)行檢測(cè)。(4)進(jìn)入檢測(cè)：工作人員進(jìn)入有害物質(zhì)隔離操作間，進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)所的下水溝、電纜溝或設(shè)備內(nèi)操作時(shí)，要檢測(cè)有害氣體或液體蒸汽。(5)巡回檢測(cè)：安全衛(wèi)生檢查時(shí)，要檢測(cè)有害氣體或液體蒸汽。隨著人類社會(huì)的進(jìn)步、生產(chǎn)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，隨之帶來(lái)了環(huán)境空氣污染問(wèn)題。

17、工廠排放的廢氣、煙道氧、汽車排放廢氣、內(nèi)燃機(jī)等排放氣體對(duì)空氣環(huán)境造成的污染日益嚴(yán)重。一氧化碳雖然不會(huì)使酸雨現(xiàn)象嚴(yán)重，但是對(duì)人們的身體健康有影響。一氧化碳是一種無(wú)色、無(wú)味的氣體，它與血液中的血紅素結(jié)合的能力是氧的 240 倍，它與血紅素形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，使血紅蛋白喪失了輸送氧氣的能力，從而導(dǎo)致組織低氧癥，甚至死亡。一氧化碳濃度的高低是評(píng)價(jià)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。為了保證人們身體健康和環(huán)境潔凈，世界各國(guó)都紛紛致力于防止空氣污染的產(chǎn)生。國(guó)家工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)一氧化碳濃度不允許超過(guò) 50ppm 。我國(guó)環(huán)境保護(hù)大氣污染監(jiān)測(cè)和工廠礦井中都要求有

18、連續(xù)、自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀。1.2國(guó)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(cè)和監(jiān)控，從工廠企業(yè)到居民家庭，應(yīng)用十分廣泛。氣體檢測(cè)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了智能化、多功能化。美國(guó)工業(yè)科學(xué)公司(ISC)一臺(tái)攜帶式氣體監(jiān)控儀可實(shí)現(xiàn)4種氣體監(jiān)測(cè)，采用了統(tǒng)一的軟件，只需要換氣體傳感器，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定氣體監(jiān)測(cè)。美國(guó)國(guó)際傳感器技術(shù)(IST)公司應(yīng)用一種“MegaCas傳感器和微程序控制單元，可檢測(cè)100種以上毒性氣體和可燃性氣體，通過(guò)其“氣體檢索”功能掃描，能很快確定是哪一種氣體。(1)氣體傳感器向低功耗、多功能、集成化方向發(fā)展國(guó)外氣體傳感器發(fā)展很快，一方面

19、是由于人們安全意識(shí)增強(qiáng)，對(duì)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(chǎng)增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的推動(dòng)。因此，國(guó)外氣體傳感器技術(shù)得到了較快發(fā)展，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，美國(guó)1996年2002年氣體傳感器年均增長(zhǎng)率為(2730)。目前，氣體傳感器的發(fā)展趨勢(shì)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(jiǎn)化電路，與應(yīng)用整機(jī)相結(jié)合，這也是氣體傳感器一直追求的目標(biāo)。如日本費(fèi)加羅公司推出了檢測(cè)(0.110)106硫化氫低功耗氣體傳感器，美國(guó)IST提供了壽命達(dá)10年以上的氣體傳感器，美國(guó)FirstAlert公司推出了生物模擬型(光化反應(yīng)型)低功耗CO氣體傳感器等。二是增強(qiáng)可靠性，實(shí)現(xiàn)元件和

20、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(chǎng)適用的變送器和智能型傳感器。如美國(guó)GeneralMonitors公司在傳感器中嵌入微處理器，使氣體傳感器具有控制校準(zhǔn)和監(jiān)視故障狀況功能，實(shí)現(xiàn)了智能化；還有前已涉及的美國(guó)IST公司的具有微處理器的“MegaGas”傳感器實(shí)現(xiàn)了智能化、多功能化。(2)國(guó)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(guó)家列為重點(diǎn)支持發(fā)展的情況下，國(guó)內(nèi)已有一定的基礎(chǔ)。其現(xiàn)狀是：燒結(jié)型氣敏元件仍是生產(chǎn)的主流，占總量90以上；接觸燃繞式氣敏元件已具備了生產(chǎn)基礎(chǔ)和能力；電化學(xué)氣體傳感器有了試制產(chǎn)品；在工藝方面引入了表面摻雜、表面覆膜以及制作表面催化反應(yīng)層和修隔離層等工

21、藝，使燒結(jié)型元件由廣譜性氣敏發(fā)展成選擇性氣敏；在結(jié)構(gòu)方面研制了補(bǔ)償復(fù)合結(jié)構(gòu)、組合差動(dòng)結(jié)構(gòu)以及集成化陣列結(jié)構(gòu)；新研究開(kāi)發(fā)的32OAl氣敏材料、石英晶體和有機(jī)半導(dǎo)體等也開(kāi)始用于氣敏材料；低功耗氣敏元件(如一氧化碳，甲烷等氣敏元件)已從產(chǎn)品研究進(jìn)入中試；國(guó)內(nèi)氣敏元件傳感器產(chǎn)量已超過(guò)“九五”初期的400萬(wàn)支。產(chǎn)量超過(guò)20萬(wàn)支的主要廠家有5家，黑龍江敏感集團(tuán)、太原電子廠、云南春光器材廠、天津費(fèi)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(guò)100萬(wàn)支，據(jù)行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，1998年全國(guó)氣敏元件總產(chǎn)量已超過(guò)600萬(wàn)支?？偟目磥?lái)，我國(guó)氣敏元件傳感器及其應(yīng)用技術(shù)有了較快進(jìn)展，但與國(guó)外先進(jìn)水平仍有較大

22、的差距，主要是產(chǎn)品制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用等方面的差距，與日本比較仍要落后10年。1.3本文主要內(nèi)容及章節(jié)安排本文主要講述基于單片機(jī)的毒氣檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全過(guò)程，包括硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、電腦仿真和實(shí)物制作。論文具體章節(jié)安排如下：第1章介紹了本次課題的課題背景、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、課題的研究意義。第2章主要講述了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包括最小系統(tǒng)、AD轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、聲音報(bào)警模塊和傳感器模塊。第3章主要介紹了此次設(shè)計(jì)的軟件部分，包括主程序、AD轉(zhuǎn)換程序、時(shí)鐘產(chǎn)生程序；第4章主要介紹了本次設(shè)計(jì)的實(shí)施過(guò)程，包括繪圖、編程、仿真和焊接實(shí)物。3 第2章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第2章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1硬件總體設(shè)計(jì)單片機(jī)

23、應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分三個(gè)層次：(1)單片機(jī)：通常指應(yīng)用系統(tǒng)主處理機(jī)，即所選擇的單片機(jī)器件。(2)單片機(jī)系統(tǒng)：指按照單片機(jī)的技術(shù)要求和嵌入對(duì)象的資源要求而構(gòu)成的基本系統(tǒng)，如時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和擴(kuò)展存儲(chǔ)器等與單片機(jī)構(gòu)成了單片機(jī)系統(tǒng)。(3)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)：能滿足嵌入對(duì)象要求的全部電路系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上面向?qū)ο蟮慕涌陔娐?，如前向通道、后向通道、人機(jī)交互通道(鍵盤、顯示器、打印機(jī)等)和串行通行口(RS232)以及應(yīng)用程序等。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)三個(gè)層次的關(guān)系如圖2-1：圖2-1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)三個(gè)層次的關(guān)系以此理解，一氧化碳報(bào)警器同樣具有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的三個(gè)層次。其中以AT89C51單片機(jī)為核心構(gòu)成單

24、片機(jī)系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，檢測(cè)信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理。為了更好的理清設(shè)計(jì)思路，將整個(gè)系統(tǒng)細(xì)分為三部分加以設(shè)計(jì)說(shuō)明。整個(gè)報(bào)警器由三個(gè)部分組成，分為三大模塊：濃度檢測(cè)模塊、主控模塊和報(bào)警模塊。在本次設(shè)計(jì)中，使用的核心器件是單片機(jī)和一氧化碳傳感器。為了保重整個(gè)系統(tǒng)可靠的運(yùn)行，設(shè)計(jì)中必須明確三大部分的實(shí)際聯(lián)系：以單片機(jī)為中心，其他各大模塊一一展開(kāi)。其中，濃度檢測(cè)及顯示模塊所實(shí)現(xiàn)的功能是將房間中的一氧化碳濃度值轉(zhuǎn)換成為單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)，并且濃度值顯示出來(lái)：主控模塊以單片機(jī)為主，對(duì)其他模塊的運(yùn)行進(jìn)行控制；報(bào)警模塊是此系統(tǒng)的外部電路，它的功能是實(shí)現(xiàn)報(bào)警。系統(tǒng)框圖如圖2-2所示。圖2-2 系統(tǒng)框圖下面

25、就對(duì)各個(gè)模塊的功能和實(shí)現(xiàn)形式做簡(jiǎn)單介紹(1)氣體濃度檢測(cè)模塊一氧化碳報(bào)警器主要采用高穩(wěn)定一氧化碳?xì)怏w傳感器MQ-7檢測(cè)房間氣體濃度，檢測(cè)結(jié)果送入模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809中進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，將得到的數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行分析處理。(2)主控模塊主控模塊即單片機(jī)最小系統(tǒng)。用的是MCS-51單片機(jī)，MCS-51單片機(jī)是美國(guó)Intel公司1980年推出的一種高性能8為單片微型計(jì)算機(jī)。內(nèi)帶4K字節(jié)的內(nèi)存和程序保護(hù)系統(tǒng)，使用于程序的調(diào)試修改和保密。它的主要功能既是將經(jīng)過(guò)ADC0809處理后的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果決定是否報(bào)警，若報(bào)警，則驅(qū)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)工作。(3)報(bào)警模塊此模塊主要有蜂鳴器、LE

26、D數(shù)碼管組成，在氣體濃度過(guò)大，超過(guò)安全值時(shí)，蜂鳴器工作，提供聲音報(bào)警服務(wù)；同時(shí)，數(shù)碼管顯示報(bào)警的傳感器號(hào)。至此，本系統(tǒng)的三大模塊功能和設(shè)計(jì)思路已經(jīng)確立，下文將介紹整個(gè)硬件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程。并且給出設(shè)計(jì)電路。2.2單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖如下：圖2-3 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由組成單片機(jī)系統(tǒng)必需的一些元件構(gòu)成的，除了單片機(jī)之外，還需要包括電源供電電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路(單片機(jī)電源和地沒(méi)有標(biāo)出)如圖2-2所示。2.2.1單片機(jī)簡(jiǎn)介本課題所用單片機(jī)采用8051核的ISP(In System Programming)在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作時(shí)鐘頻率

27、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(chǔ)器，器件兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51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(chǔ)單元，具有在系統(tǒng)可編程(ISP)特性，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購(gòu)買通用編程器，而且速度更快。STC89C52RC系列單片機(jī)是單時(shí)鐘/ 機(jī)器周期(1T)的兼容8051 內(nèi)核單片機(jī)，是高速/ 低功耗的新一代8051 單片機(jī)，全新的流水線/ 精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu),內(nèi)部集成MAX810 專用復(fù)位電路。主要特性有：(1)增強(qiáng)型1T 流水線/ 精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)8051 CPU(2)工作電壓：3.4V-5

28、.5V (5V 單片機(jī))/ 2.0V-3.8V (3V 單片機(jī)(3)工作頻率范圍：0 -35 MHz，相當(dāng)于普通8051 的0420MHz.實(shí)際工作頻率可達(dá)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(gè))，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(qiáng)上拉，僅為輸入/ 高阻，開(kāi)漏每個(gè)I/O 口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不得超過(guò)55mA(7)ISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP(在應(yīng)用可編程)，無(wú)需專用編程器可

29、通過(guò)串口(P3.0/P3.1)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(shí)，可省外部復(fù)位電路)(11)時(shí)鐘源：外部高精度晶體/ 時(shí)鐘，內(nèi)部R/C 振蕩器。用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部R/C 振蕩器還是外部晶體/ 時(shí)鐘。常溫下內(nèi)部R/C 振蕩器頻率為：5.2MHz 6.8MHz。精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，因?yàn)橛袦仄?，?qǐng)選4MHz 8MHz(12)有2個(gè)16 位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器(13)外部中斷2 路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒

30、(14)PWM( 4 路)/ P C A(可編程計(jì)數(shù)器陣列)，也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)4個(gè)定時(shí)器或4個(gè)外部中斷(上升沿中斷/ 下降沿中斷均可支持)(15)STC89Cc516AD具有ADC功能。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：PDIP-28，SOP-28，PDIP-20，SOP-20，PLCC-32,TSSOP-20(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。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用

31、外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。12.2.2時(shí)鐘電路和復(fù)位電路時(shí)鐘電路和復(fù)位電路的原理如下：1)時(shí)鐘電路圖2-4 時(shí)鐘電路原理圖單片機(jī)工作時(shí)，從取指令到譯碼再進(jìn)行微操作，必須在時(shí)鐘信號(hào)控制下才能有序地進(jìn)行，時(shí)鐘電路就是為單片機(jī)工作提供基本時(shí)鐘的。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種產(chǎn)生方式：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本課題采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。在單片機(jī)XTAL1和XTAL2引腳上跨接上一個(gè)晶振和兩個(gè)穩(wěn)頻電容，可以與單片機(jī)片內(nèi)的電路構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。晶振頻率取12 MHz。外接

32、電容的作用是對(duì)振蕩器進(jìn)行頻率微調(diào)，使振蕩信號(hào)頻率與晶振頻率一致，同時(shí)起到穩(wěn)定頻率的作用，本課題選用33pF的電容。易知：本單片機(jī)最小系統(tǒng)的振蕩周期=1/(12MHz)=1/12us，時(shí)鐘周期=1/6us，機(jī)器周期=1us。2)復(fù)位電路圖2-5 復(fù)位電路原理圖無(wú)論是在單片機(jī)剛開(kāi)始接上電源時(shí)，還是運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障都需要復(fù)位。復(fù)位電路用于將單片機(jī)內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復(fù)到一個(gè)確定的初始值，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。單片機(jī)的復(fù)位條件：必須使其RST引腳上持續(xù)出現(xiàn)兩個(gè)(或以上)機(jī)器周期的高電平。單片機(jī)的復(fù)位形式：上電復(fù)位、按鍵復(fù)位。本課題采用按鍵復(fù)位。在單片機(jī)啟動(dòng)0.1S后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這

33、是時(shí)候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)候電容兩端形成了一個(gè)回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個(gè)過(guò)程中，電容開(kāi)始釋放之前充的電量。隨著時(shí)間的推移，電容的電壓在0.1S內(nèi)，從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個(gè)時(shí)候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。2.3A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路原理圖如下：圖2-6 AD轉(zhuǎn)換模塊原理圖本A/D轉(zhuǎn)換電路以ADC0809芯片為核心，該芯片在單片機(jī)的控制下把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。(由于Proteus軟件不能仿

34、真ADC0809，所以用ADC0808代替。)傳感器的模擬電壓信號(hào)通過(guò)IN0IM3通道進(jìn)入ADC0809,，ADC0809的數(shù)據(jù)輸出接單片機(jī)的P0口，從低位到高位一次對(duì)應(yīng)P0.0P0.7。各個(gè)控制端口接到單片機(jī)的P2口。根據(jù)ADC0809的工作過(guò)程，通過(guò)軟件控制ADC0809工作。2.3.1ADC0809主要特性(1)8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。(2)具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?3)轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130s(時(shí)鐘為500kHz時(shí))。(4)單個(gè)+5V電源供電。(5)模擬輸入電壓范圍0+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。(6)工作溫度范圍為-40+85攝氏度。(

35、7)低功耗，約15mW。2.3.2ADC0809引腳功能說(shuō)明IN0IN7：8路模擬量輸入端。D0D7：8位數(shù)字量輸出端。A、B、C：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效，對(duì)應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START：AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入高電平有效，START上升沿時(shí)，復(fù)位ADC0809；START下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持 低電平。本信號(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫為ST.。EOC：AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平(轉(zhuǎn)換期間一直為低電平)。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入

36、，高電平有效。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量，用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ，EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。REF(+)、REF(-)：基準(zhǔn)電壓，本課題中分別為+5V、0V。Vcc：電源，單一5V。GND：地。2.3.3ADC0809工作過(guò)程電路連接：ADC0809輸出接單片機(jī)的P0口，各個(gè)控制引腳及單片機(jī)的P2口，參考電壓REF(+)、REF

37、(-)分別接+5V電源和地，引腳START和ALE相連。具體工作過(guò)程如下：首先，在程序的控制下，利用單片機(jī)的定時(shí)器T0以及中斷服務(wù)程序在P2.7輸出一個(gè)方波信號(hào)，作為ADC0809工作的時(shí)鐘信號(hào)。并對(duì)其他控制引腳進(jìn)行初始化。然后，單片機(jī)向ADC0809的A、B引腳循環(huán)輸出地址編號(hào)，C引腳接地(因?yàn)楸菊n題僅用四個(gè)模擬通道)；每輸入一個(gè)地址編號(hào)后，START和ALE變高電平，復(fù)位ADC0809并將地址鎖存，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)难訒r(shí)后，START和ALE變低電平，開(kāi)始模數(shù)轉(zhuǎn)換；P2.6接EOC引腳，當(dāng)收到高電平時(shí)，說(shuō)明模數(shù)轉(zhuǎn)換完成，此時(shí)向OE引腳輸出高電平，打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量到P0口，然后OE引腳變低

38、電平，完成一次模數(shù)轉(zhuǎn)換。2.4一氧化碳傳感器介紹選擇一氧化碳傳感器主要考慮以下的性能指標(biāo)：(1)輸入和輸出之間成比例，直線性好、靈敏度高、分辨力強(qiáng)、測(cè)量范圍寬。 (2)滯后、漂移誤差小 (3)動(dòng)態(tài)特性好 (4)功耗小 (5)時(shí)間老化特性優(yōu)良 (6)與被測(cè)體匹配良好，既不因接入傳感器而使得被測(cè)對(duì)象受到影響，受被測(cè)量之外的影響小。(7)體積小、重量輕、價(jià)格低廉。(8)故障率低，易于校準(zhǔn)和維護(hù)。(9)由于傳感元件的輸出信號(hào)一邊比較小，為了便于能夠驅(qū)動(dòng)控制電路，在傳感器電路中還應(yīng)該包括放大器。2鑒于以上選擇要點(diǎn)，本文中用到的傳感器必須具備良好的測(cè)量效果、功耗小、動(dòng)態(tài)特性良好和體積小、重量輕、價(jià)格低廉等

39、幾個(gè)主要特性。為此我們選擇了MQ-7系列傳感器。半導(dǎo)體一氧化碳傳感器MQ-7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)。采用高低溫循環(huán)檢測(cè)方式低溫(1.5V加熱)檢測(cè)一氧化碳，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中一氧化碳?xì)怏w濃度增加而增大，高溫(5.0V加熱)清洗低溫時(shí)吸附的雜散氣體。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)。MQ-7氣體傳感器對(duì)一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測(cè)多種含一氧化碳的氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。主要特點(diǎn)及應(yīng)用：l 對(duì)一氧化碳的高靈敏度。l 長(zhǎng)壽命，低成本。l 簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路即可l 家用氣體泄漏報(bào)警器l 工業(yè)用一氧化碳報(bào)

40、警器l 便攜式氣體檢測(cè)器MQ-7氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖2-7所示，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)，為了改善傳感器的選擇性，傳感器氣室用活性炭過(guò)濾層與外界隔開(kāi)。加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有只針狀管腳，其中個(gè)用于信號(hào)取出，個(gè)用于提供加熱電流。圖2-7 MQ-7實(shí)物圖圖2-8是傳感器的基本測(cè)試電路。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)。其中VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。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)。這種傳感器具有輕微的極性，VC需用直

41、流電源。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。為更好利用傳感器的性能，需要選擇恰當(dāng)?shù)腞L值。圖2-8 MQ-7原理圖2.5顯示電路顯示模塊的電路原理圖如下：圖2-5 顯示模塊原理圖為了清晰明了的顯示報(bào)警房間號(hào)，采取數(shù)碼管顯示。Led數(shù)碼管(LED Segment Displays)是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。Led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，Led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有

42、差異外，編程方法也是不同的。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。本課題選用共陽(yáng)極七段紅色數(shù)碼管。4數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。本課題采用靜態(tài)態(tài)驅(qū)動(dòng)模式。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高。圖2-6 數(shù)碼管顯示原理圖根據(jù)數(shù)碼管顯示原理，如圖2-5連線，即可顯示報(bào)警傳感器號(hào)碼。2.6聲音報(bào)警電路聲音報(bào)警電路原理圖如下：蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過(guò)電磁線圈，使電

43、磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)IO引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路。S51增強(qiáng)型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板通過(guò)一個(gè)三極管C8550來(lái)放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。圖2-6 聲音報(bào)警原理圖當(dāng)某路或多路傳感器報(bào)警時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)。2.7本章小結(jié)本章主要敘述了基于單片機(jī)的毒氣檢測(cè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，包括各個(gè)模塊的工作原理，各個(gè)模塊與單片機(jī)的鏈接。然后，將基于已有的硬件電路編寫軟件程序，完成系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)21 第3章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第3章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1軟件總體設(shè)計(jì)思想基于已有的電路，將采用C語(yǔ)言編寫程序?？傮w思路是

44、首先定義相關(guān)的硬件接口，然后進(jìn)行初始化，包括AD控制端和定時(shí)器的初始化。初始化后開(kāi)始無(wú)限無(wú)限循環(huán)，以保證24小時(shí)全天候的檢測(cè)一氧化碳的濃度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情并報(bào)警。無(wú)限循環(huán)中將依次調(diào)用AD轉(zhuǎn)換函數(shù)、比較判斷函數(shù)、聲音報(bào)警函數(shù)和顯示報(bào)警函數(shù)。主程序流程圖如下：圖3-1 主函數(shù)流程圖下面介紹本軟件系統(tǒng)的幾個(gè)主要函數(shù)，對(duì)于硬件端口定義和初始化部分不做詳細(xì)介紹。3.2AD轉(zhuǎn)換函數(shù)ADC0809芯片需要在單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行工作，AD轉(zhuǎn)換函數(shù)既是用來(lái)驅(qū)動(dòng)ADC0809的程序。程序流程圖如下：圖3-2 AD轉(zhuǎn)換函數(shù)流程圖另外，ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)也由單片機(jī)提供。利用單片機(jī)的定時(shí)器和中斷服務(wù)在P2.7產(chǎn)生時(shí)鐘

45、信號(hào)。ADC0809的工作頻率在500K以下即可。利用軟件對(duì)定時(shí)器T0進(jìn)行初始化，設(shè)定定時(shí)器T0工作于方式2，計(jì)數(shù)初值為250，開(kāi)總中斷和定時(shí)器中斷，最后啟動(dòng)定時(shí)器。中斷服務(wù)程序?qū)LK取反，3.3比較判斷函數(shù)比較判斷函數(shù)是將AD轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)與門限值比較，根據(jù)比較結(jié)果設(shè)置報(bào)警數(shù)組的對(duì)應(yīng)位。程序流程圖如下：圖3-3 時(shí)鐘程序流程圖3.3顯示報(bào)警函數(shù)顯示報(bào)警函數(shù)根據(jù)報(bào)警數(shù)組控制相應(yīng)數(shù)碼管顯示報(bào)警傳感器號(hào)碼。流程圖如下：圖3-4 顯示報(bào)警函數(shù)流程圖3.3聲音報(bào)警函數(shù)聲音報(bào)警函數(shù)將報(bào)警數(shù)組的所有數(shù)值相加，若不等于4則報(bào)警，否則停止報(bào)警。流程圖如下：圖3-5 顯示報(bào)警函數(shù)流程圖3.3本章小結(jié)本章主要介

46、紹了軟件系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，以及各個(gè)功能模塊的子程序的設(shè)計(jì)思路。軟件就像整個(gè)系統(tǒng)的靈魂，擔(dān)當(dāng)這控制整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定、正常的工作的任務(wù)。而且，由于程序采用C語(yǔ)言編寫，所以可移植性好，僅需更改軟件中硬件接口部分。第4章 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 第4章實(shí)驗(yàn)過(guò)程本課題屬于生產(chǎn)實(shí)際題目，涉及硬件的實(shí)物制作。為了保證實(shí)物制作的順利進(jìn)行，先利用軟件仿真，仿真成功后再制作硬件。4.1軟件仿真軟件仿真大致分三步，首先在Protues中畫電路圖，然后根據(jù)已有的電路圖在Keil中編寫程序，程序編譯成功后，將程序下載到Protues的單片機(jī)中進(jìn)行仿真調(diào)試。4.1.1軟件簡(jiǎn)介本課題將用到兩款軟件：Protues和Keil，下面簡(jiǎn)單介紹這兩款

47、軟件。Proteus軟件是EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)。其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可

48、維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(uVision)將這些部分組合在一起。4.1.2繪制電路原理圖首先，按照安裝說(shuō)明安裝并破解Protues軟件，然后打開(kāi)Protues軟件中的ISIS Professional。在ISIS Professional中首先搜索元件，選中的元件會(huì)顯示在左邊欄，然后逐個(gè)的放置元件，并連線，最后完成電路圖如下：圖4-1完整的電路原理圖4.1.3編寫程序本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使用Keil軟件編程，過(guò)程如下：1)建立工程。2)選擇單片機(jī)型號(hào)，考慮到兼容性問(wèn)題，編程

49、時(shí)選擇Atmel 的89C51單片機(jī)。3)新建C語(yǔ)言文件，并將文件添加到工程下。4)編寫程序并調(diào)試，直至無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤。4.1.4仿真調(diào)試為了檢測(cè)電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)是否正確，采用Proteus軟件進(jìn)行仿真。Proteus軟件具有獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能(VSM)：支持主流的CPU類型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU類型隨著版本升級(jí)還在繼續(xù)增加，如即將支持CORTEX、DSP處理器；支持通用外設(shè)模型：如字符LCD模塊、圖形LCD模塊、LED點(diǎn)陣、LED七段顯示模

50、塊、鍵盤/按鍵、直流/步進(jìn)/伺服電機(jī)、RS232虛擬終端、電子溫度計(jì)等等，其COMPIM(COM口物理接口模型)還可以使仿真電路通過(guò)PC機(jī)串口和外部電路實(shí)現(xiàn)雙向異步串行通信；實(shí)時(shí)仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中斷仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真；編譯及調(diào)試：支持單片機(jī)匯編語(yǔ)言的編輯/編譯/源碼級(jí)仿真，內(nèi)帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境(如IAR、Keil和Hitech)結(jié)合，進(jìn)行高級(jí)語(yǔ)言的源碼級(jí)仿真和調(diào)試。在電路原理圖已經(jīng)畫完，程序也沒(méi)有語(yǔ)法錯(cuò)誤的情況下，即可將程序下載到單片

51、機(jī)中進(jìn)行仿真；首先下載程序，圖4-2 將程序下載到單片機(jī)然后即可仿真。通過(guò)仿真，對(duì)電路和程序做出相應(yīng)修改，直至成功；無(wú)報(bào)警時(shí)如下圖圖4-3 無(wú)報(bào)警報(bào)警時(shí)如下圖(1、3號(hào)報(bào)警)：圖4-3 1、3號(hào)報(bào)警由于Proteus軟件中沒(méi)有傳感器，所以利用電源和滑動(dòng)變阻器向ADC0809輸入四路模擬電壓信號(hào)，來(lái)模擬實(shí)際系統(tǒng)中的一氧化碳傳感器傳來(lái)的信號(hào)。四路電壓信號(hào)均是可變的，變化范圍是05V。為了更細(xì)致地觀察仿真過(guò)程，仿真是使用了示波器和電壓表，這樣有利于修改電路圖和程序。4.2實(shí)物制作4.2.1繪制布線圖并焊接電路板由于本次實(shí)物制作采用通用電路板，所以需要用電線連接各個(gè)元件。為了保證能在有限面積的電路板上

52、合理分布各個(gè)元件，使得電線連接方便，必須先繪制布線圖。電路板布線圖如下：圖4-4 電路板布線圖然后按照布線圖放置并焊接元件或元件底座。在實(shí)際焊接時(shí)，臨時(shí)改變了某些元件的位置，以保證焊接方便，接觸良好。為了焊接方便，焊接是修改了部分接口。例如ST改接P2.2，EOC改接P2.3，OE改接P2.6，數(shù)碼管和蜂鳴器接口也做了調(diào)整。根據(jù)焊接是接口調(diào)整的記錄，將對(duì)程序做相應(yīng)修改。對(duì)于顯示模塊，由于之前設(shè)計(jì)的是共陽(yáng)極數(shù)碼管，而實(shí)際的元件是共陰極的，所以將正負(fù)極交換。傳感器部分焊接在其他電路板上，然后用導(dǎo)線連接到ADC0809；電源和地分別在電路板的頂部和底部。電路板的實(shí)物圖片如下：圖4-4 電路板實(shí)物圖4

53、.2.2下載程序進(jìn)行實(shí)物測(cè)試焊接完成后，下載程序到單片機(jī)，然后將單片機(jī)和ADC0809芯片安裝在相應(yīng)的底座，上電調(diào)試。上電后，數(shù)碼管即全部被點(diǎn)亮，不符合系統(tǒng)要求。用電壓表測(cè)試發(fā)現(xiàn)，選通數(shù)碼管的三極管并沒(méi)有導(dǎo)通，數(shù)碼管陽(yáng)極電壓在1.7V左右，所以數(shù)碼管被點(diǎn)亮。通過(guò)對(duì)電路的分析，我認(rèn)為原因在于數(shù)碼管分壓過(guò)高。因此，在電源和第一個(gè)選通三極管之間加一個(gè)10K的電阻。然后測(cè)試，在未報(bào)警時(shí)數(shù)碼管不發(fā)光，符合系統(tǒng)要求。4.3本章小結(jié)本章主要敘述了毒氣檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試過(guò)程，梳理了從理論到實(shí)際產(chǎn)品的制作過(guò)程。61 結(jié)論 結(jié)論本文主要論述了以單片機(jī)為核心的毒氣檢測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)，從發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，毒氣檢測(cè)系統(tǒng)具有很

54、強(qiáng)的實(shí)用性。并且具有比較好的安全性。在各種各樣的生產(chǎn)生活中依然有很大的發(fā)展空間。在國(guó)外正在積極推動(dòng)毒氣檢測(cè)裝置在工業(yè)和家庭等方面的應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)基于單片機(jī)的毒氣檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)還不是非常成熟。本文對(duì)于基于單片機(jī)的毒氣檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理做了深入的分析，提出了一種用單片機(jī)控制各個(gè)模塊的毒氣檢測(cè)報(bào)警的設(shè)計(jì)方案。本篇論文主要完成了以下內(nèi)容的敘述：對(duì)目前毒氣檢測(cè)系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了概括，進(jìn)而闡明了課題研究的背景和意義。根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能做出硬件設(shè)計(jì)，繪制出硬件電路圖，然后根據(jù)確定的電路圖編寫程序?？紤]到程序的兼容性，采用C語(yǔ)言編程。軟硬件設(shè)計(jì)完成后，用Proteus軟件仿真，能夠成功報(bào)警和解除報(bào)警；理

55、論設(shè)計(jì)完成后，焊接實(shí)物電路板，然后下載程序并調(diào)試。本論文主要以一氧化碳為例(其他氣體更換相應(yīng)的傳感器即可)，闡述了基于單片機(jī)的毒氣檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn)1 張志良. 單片機(jī)原理及控制技術(shù)M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社. 2002:17192 侯國(guó)章. 測(cè)試與傳感技術(shù)M. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社. 2000:84 863 洪志剛. 杜維玲. 井娥林. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社. 2011:11 144 鄭鋒. 51單片機(jī)典型應(yīng)用開(kāi)發(fā)范例大全. 北京: 中國(guó)鐵道出版社. 2011:51 545 陳濤編. 單片機(jī)應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社. 2

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