智能型燃?xì)庑孤┛刂破鞯难芯吭O(shè)計(jì)【答辯稿+畢業(yè)論文+開題報(bào)告+外文翻譯】

智能型燃?xì)庑孤┛刂破鞯难芯吭O(shè)計(jì)【答辯稿+畢業(yè)論文+開題報(bào)告+外文翻譯】,智能型,燃?xì)?泄漏,控制器,研究設(shè)計(jì),答辯,畢業(yè)論文,開題報(bào)告,智能型燃?xì)庑孤┛刂破?外文翻譯 - 1 - 介紹 描述 一個(gè)低電壓，高性能 單片機(jī)帶有 4K 字節(jié)的可反復(fù)擦寫的程序存儲器（ 和 128 字節(jié)的存取數(shù)據(jù)存儲器（ 這種器件采用司的高密度、不容易丟失存儲技術(shù)生產(chǎn)，并且能夠與 列的單片機(jī)兼容。片內(nèi)含有 8 位中央處理器和閃爍存儲單元，有較強(qiáng)的功能的 片機(jī)能夠被應(yīng)用到控制領(lǐng)域中。 功能特性 供以下的功能標(biāo)準(zhǔn)： 4K 字節(jié)閃爍存儲器， 128 字節(jié)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器， 32 個(gè) I/O 口， 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 1 個(gè) 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)， 1 個(gè)串行通信口，片內(nèi)震蕩器和時(shí)鐘電路。另外， 可以進(jìn)行 0靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。閑散方式停止中央處理器的工作，能夠允許隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一個(gè)復(fù)位。 引腳描述 源電壓 ： 是一組 8 位漏極開路雙向 I/O 口，即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口時(shí)，每一個(gè)管腳都能夠驅(qū)動 8 個(gè) 路。 當(dāng) “1”被寫入 時(shí)，每個(gè)管腳都能夠作為高阻抗輸入端。 還能夠在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時(shí)，轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，并在這時(shí)激活內(nèi)部的上拉電阻。 在閃爍編程時(shí)， 接收指令，在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令，需要接電阻。 ： - 2 - 一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， 輸出緩沖級可驅(qū)動 4 個(gè) 端口寫 “1”，通過內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。因?yàn)閮?nèi)部有電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)輸出一個(gè)電流。閃爍編程時(shí)和程序校驗(yàn)時(shí)，接收低 8 位地址。 ： 是一 個(gè)內(nèi)部帶有上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， 輸出緩沖級可驅(qū)動 4 個(gè)路。對端口寫 “1”，通過內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時(shí)，可作為輸入口。因?yàn)閮?nèi)部有電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流。在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， 送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， 線上的內(nèi)容在整個(gè)運(yùn)行期間不變。閃爍編程或校驗(yàn)時(shí)， ： 是一組帶有內(nèi)部電阻的 8 位雙向 I/O 口， 輸出緩沖故可驅(qū)動 4 個(gè) 寫如 “1”時(shí)，它們被內(nèi)部電阻拉到高電平并可作為輸入端時(shí)，被外部拉低的 將用電阻輸出電流。 除了作為一般的 I/O 口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： 端口引腳 第二功能 0 1 R D 還接收一些用于閃爍存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。 - 3 - 復(fù)位輸入。當(dāng)震蕩器工作時(shí)， 腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， 出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器， 時(shí)鐘震蕩頻率的 1/16 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)將跳過一個(gè) 沖時(shí)，閃爍存儲器編程時(shí)，這個(gè)引腳還用于輸入編程脈沖。如果必要，可對特殊寄存器區(qū)中的 8元的 置禁止 作。這個(gè)位置后只有一條 令 會被應(yīng)用。此外，這個(gè)引腳會微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 效 。 程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) 外部程序存儲器讀取指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的 號不出現(xiàn)。 外部訪問允許。欲使中央處理器僅訪問外部程序存儲器， 必須保持低電平。需要注意的是：如果加密位 編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會鎖存 狀態(tài)。如 為高電平， 執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。閃爍存儲器編程時(shí)，該引腳加上 +12然這必須是該器件是 使用 12V 編程電壓 蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 蕩器反相放大器的輸出端。 時(shí)鐘震蕩器 有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反相放大器，引腳 別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自然震蕩器。 外接石英晶體及電容 在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路。對外接電容 然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響震蕩頻率的高低、震蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易 程序 - 4 - 及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 300如果使用陶瓷振蕩器建議選擇 400戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到 ，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端， 懸空。由于外部時(shí)鐘信號是通過一個(gè) 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號的，所以對外部時(shí)鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 內(nèi)部振蕩電路 外部振蕩電路 閑散節(jié)電模式 兩種可用軟件編程的省電模式，它們是閑散模式和掉電工作模式。這兩種方式是控制專用寄存器 的 來實(shí)現(xiàn)的。 掉電模式，當(dāng) 時(shí)，激活掉電工作模式，單片機(jī)進(jìn)入掉電工作狀態(tài)。 閑散等待方式，當(dāng) ，激活閑散工作狀態(tài)，單片機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。如需要同時(shí)進(jìn)入兩種工作模式，即 時(shí)為 1，則先激活掉電模式。在閑散工作模式狀態(tài)，中央處理器 所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時(shí)，片內(nèi)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存 儲器和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變。閑散模式可由任何允許的中斷請求或硬件復(fù)位終止。終止閑散工作模式的方法有兩種，一是任何一條被允許中斷的事件被激活， 硬件清除，即刻終止閑散工作模式。程序會首先影響中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序，并緊隨 令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機(jī)進(jìn)入閑散工作模式，那條指令后面的一條指令。二是通過硬件復(fù) - 5 - 位也可將閑散工作模式終止。需要注意的是：當(dāng)由硬件復(fù)位來終止閑散工作模式時(shí)，中央處理器 常是從激活空閑模式那條指令的下一條開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi) 部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周期有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止中央處理器 問片內(nèi) 允許訪問其他端口，為了避免可能對端口產(chǎn)生的意外寫入：激活閑散模式的那條指令后面的一條指令不應(yīng)是一條對端口或外部存儲器的寫入指令。 掉電模式 在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi) 特殊功能寄存器的內(nèi)容在中指掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將從新定義全部特殊功能寄存器但不改變 的內(nèi)容，在 復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無效切必須 保持一定時(shí)間以使振蕩器從新啟動并穩(wěn)定工作。 閑散和掉電模式外部引腳狀態(tài)。 模式 程序存儲器 1 3 閑散模式 內(nèi)部 1 1 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 閑散模式 內(nèi)部 1 1 浮空 數(shù)據(jù) 地址 數(shù)據(jù) 掉電模式 外部 0 0 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 掉電模式 外部 0 0 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 程序存儲器的加密 使用對芯片上的三個(gè)加密位 行編程（ P）或不編程（ U）得到如下表所示的功能： 程序 加密位 保護(hù)類型 1 U U U 沒有程序保護(hù)功能 2 P U U 禁止從外部程序存儲器中執(zhí)行 3 P P U 除上表功能外，還禁止程序校驗(yàn) 4 P P P 除以上功能外，同時(shí)禁止外部執(zhí)行 - 6 - 當(dāng) 編程時(shí)，在復(fù)位期間， 的電平被鎖存，如果單片機(jī)上電后一直沒有復(fù)位，鎖存起來的初始值是一個(gè)不確定數(shù)，這個(gè)不確定數(shù)會一直保存到真正復(fù)位位置。為了使單片機(jī)正常工作，被鎖存的 平與這個(gè)引腳當(dāng)前輯電平一致。機(jī)密位只能通過整片擦除的方法清除。 - 7 - is a K is s is to be or by a By a PU on a is a a to 4K 128 32 I/O 6a a In is to PU to AM ： is , TL s to be as be to be to In 0 - 8 - is , of is , of to 6In it s. to of 2 is , of of of as - 9 - A on is of to is LE is at a , be or LE is to If be by FR is a is no if is in is to is is to EA be ND in to to 000H up if is EA be on be CC 2to to - 10 - of an be as an as a or be To an be is as no on of to is a be . . n PU to is by of AM be by or by a be is by a it up to to AM in - 11 - to is To of an to a is by be to a or to n is is AM is is a be CC is to be to to n be U) or be P) to in is at A is If is up a to a is It is A be in at in to 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 開 題 報(bào) 告 題 目 煤氣報(bào)警與自動處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)電工程 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動化 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 （論文）開題報(bào)告 1 一、 選題的背景與意義： 隨著我國燃?xì)獾淖兏锛拔鳉鈻|輸工程的進(jìn)行 ,煤氣或天燃?xì)庖殉蔀槎鄶?shù)家庭的燃料。每年 ,因煤氣泄露造成的煤氣中毒事故中 ,因使用熱水器不當(dāng)或產(chǎn)品本身的質(zhì)量問題 ,造成的一氧化碳中毒事故 ,全國均有不少事例 因室內(nèi)煤氣濃度過高 ,引起煤氣爆炸的事故也不少見 需要 理 系統(tǒng) . 在社會信息化進(jìn)程日益發(fā)展的今天，信息技術(shù)應(yīng)用己滲透到人類生存、活動的各個(gè)領(lǐng)域，在建筑領(lǐng)域，人們的現(xiàn)代生活、工作對居住要求舒適健康、安全可靠、高效便利。這時(shí)候氣體燃料的應(yīng)用也越來越廣泛。目前家用煤氣，液化器、天然氣作為氣體燃料，已用與家庭旅館，深入人民的生活之中。氣體燃料的應(yīng)用和普及，伴之而來的是氣體泄漏造成的中毒、爆炸、火災(zāi)等事故也時(shí)有發(fā)生。其中由于一氧化碳泄漏中毒死亡尤為嚴(yán)重。眾多周知由于 血液中的血紅素的結(jié)合能力是氧的 240倍 ,因此 ,當(dāng)它進(jìn)入人體血液循環(huán) 系統(tǒng)后 ,就會大量取代氧而與血紅素結(jié)合 ,抑制血液中氧氣的釋放 ,從而導(dǎo)致發(fā)生頭痛、耳鳴、嘔吐、血壓降低等不同程度的癥狀發(fā)生。如果 毒嚴(yán)重 ,輕者于康復(fù)過程中可能會頭昏眼花、喪失記憶或引起視覺及神經(jīng)上的障礙 ,嚴(yán)重者會導(dǎo)致腦部受損甚至發(fā)生死亡。這就對煤氣自動處理 的器的設(shè)計(jì)更加迫切。 2 二、 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題： 利用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)自動煤氣報(bào)警系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)以下功能：當(dāng)煤氣濃度超過設(shè)定安全值時(shí)，啟動通風(fēng)裝置；當(dāng)煤氣濃度低于設(shè)定安全值時(shí)，停止通風(fēng)裝置。 （ 1）單片機(jī)的選型：在這里我選用 列單片中的較為常用的8051 單片機(jī)。該單片機(jī)具有便宜、電路簡單、體積小、耗電量低等優(yōu)點(diǎn)。被業(yè)界廣為采用。 （ 2）煤氣濃度測定模塊的設(shè)計(jì)：采用金屬氧化物半導(dǎo)體（ 感器，這個(gè)傳感器具有高靈敏度，功耗低，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)設(shè)計(jì)電路實(shí)現(xiàn)對煤氣濃度的自動測定，同時(shí)達(dá)到精度要求。 （ 3）顯示模塊的設(shè)計(jì)：采用現(xiàn)在流行的 示技術(shù)。它具有 程序控制性能好，很容易實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)操作；動態(tài)響應(yīng)速度快（ ），能實(shí)現(xiàn)視頻級的顯示刷新速度，全屏刷新速度 72 幀／秒以上；使用壽命長（大于10 萬小時(shí)），光電 轉(zhuǎn)換效率高，省電。 （ 4）參數(shù)設(shè)定模塊的設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)鍵盤電路并實(shí)現(xiàn)對煤氣安全濃度（一氧化碳 30m）的設(shè)定。 （ 5）輸出控制模塊：采用單片機(jī)對煤氣濃度進(jìn)行判定，并將結(jié)果反饋。如果大于安全濃度就打開排風(fēng)扇。 3 三、 研究的方法與技術(shù)路線： 燃?xì)馐巧钊沼弥斜夭豢缮俚囊环N能源。但是在它方便的好處的同時(shí)它也有一定的危險(xiǎn)。在日常生活的煤氣中毒時(shí)有發(fā)生，在工業(yè)中地下礦井會發(fā)生地下瓦斯爆炸等一些我們不想看的悲劇發(fā)生。由此我們要設(shè)計(jì)一款家用的燃?xì)鈭?bào)警器。 我們的研究方向是家用燃?xì)鈭?bào)警器。通過學(xué)習(xí)各種理論知識從而建立一個(gè)橫向的多點(diǎn)理論知識平臺 ,通過各種基礎(chǔ)理論知識之間的連貫性將本課題聯(lián)系起來 ,然后再由各種理論知識的實(shí)際運(yùn)用來發(fā)散 ,從而滲透至課題的研究與設(shè)計(jì)領(lǐng)域。 本課題已有較為成熟的技術(shù)基礎(chǔ)，可行性高。 預(yù)期以畢業(yè)論文的形式并且附加實(shí)物來表現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)的成果。 四、 研究的總體安排與進(jìn)度： 1、文獻(xiàn)檢索、文獻(xiàn)綜述撰寫， 1 周 2、外文翻譯， 1 周 3、開題報(bào)告， 2 周 4、系統(tǒng)功能分析， 1 周 5、硬件設(shè)計(jì)， 3 周 6、軟件設(shè)計(jì)， 2 周 7、畢業(yè)論文撰寫， 2 周 4 五、主要 參考文獻(xiàn)： [1] 王福瑞 [M]北京 ： 北京航空航天大學(xué)出版社 ， 1998. [2] 何立民 [M]北京 ： 北京航空航天大學(xué)出版社 ， 1998. [3] 耿德根 速嵌入式單片機(jī)原理與應(yīng)用 . [M]北京：北京航空航天出版社， 2001. [4] 丁化成 片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) . [M]北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2002. [5] 金春林 羅精于等 列單片機(jī) C 語言編程與應(yīng)用實(shí)例 . [M]北京：清華大學(xué)出版社，2003. [6] 張友德 機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn) . [M]上海：復(fù)旦大學(xué)出版社， 1992. [7] 姜思明 ， 胡艷 ， 梁軍 J]黑龍 江：黑龍江電子技術(shù)， 1999年第 4期 [8] 崔學(xué)軍 王德芳 J]電氣防爆， 1999年第 3期 [9] 宋建國 [M]北京：北京航空航天出版社， 1998. [10] 徐維祥 單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用 . [M]大連：大連理工大學(xué)出版社， 2005. [11] 王遠(yuǎn) 模擬電子技術(shù) . [M]北京：機(jī)械工 業(yè)出版社， 1994. [12] 余永權(quán)，汪明慧，黃英，單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 .[M]北京：電子工業(yè)出版社 ,2003 [13] 姜思明 梁軍 [M]黑龍江電子技術(shù)， 1999 年第 4期 [14] , 009 [15] 1980 指導(dǎo)教師審核意見： 簽 名 : 年 月 日 智能型燃?xì)庑孤┛刂破鞯难芯? 目錄 ? 研究意義 ? 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r ? 設(shè)計(jì)內(nèi)容 ? 設(shè)計(jì)方案 ? 進(jìn)度安排 研究意義 隨著人民生活水平的提高，在我國燃?xì)庖哑毡閼?yīng)用到城鎮(zhèn)居民的家庭中。近年來由于日漸趨多因燃?xì)庑孤┒鸬幕馂?zāi)、爆炸和中毒事故的發(fā)生，嚴(yán)重地威脅著人們生命財(cái)產(chǎn)安全。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在過去的 10年間，每年由燃?xì)庑孤┧l(fā)的火災(zāi)事故呈逐年上升的趨勢。 2008年 12月 8日，上海普陀區(qū)一居民人家發(fā)生煤氣中毒事故，3天后被發(fā)現(xiàn)，一家 3口全部遇難。 同年 11月 17日，大連甘井子區(qū)一棟 6層家屬樓因燃?xì)庑孤┌l(fā)生爆炸，導(dǎo)致樓板坍塌， 9人死亡， 1人重傷。 2009年 1月 11日，南京一家庭因熱水器燃?xì)庑孤?，家?5口同時(shí)中毒死亡。 2010年 7月 29日，南京因燃?xì)馐鹿市孤┌l(fā)生火災(zāi)，事發(fā)地方圓 100米內(nèi)的房屋全部倒塌。造成 2人死亡， 200多人受傷。 因此，設(shè)計(jì)一種智能型燃?xì)庑孤┛刂破鳎瑫r(shí)時(shí)監(jiān)控房屋的燃?xì)鉂舛?，如有異常自動關(guān)閉氣源，為大家的身心安全做保障 國內(nèi)外發(fā)展情況 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(qiáng)；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。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，美國 19967%~30% 我國氣敏原件傳感器機(jī)器應(yīng)用技術(shù)有了較快進(jìn)展，但與國外先進(jìn)水平仍有較大的差距，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，與日本落后 10年。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 控制器監(jiān)控煤氣爐附近是否有煤氣泄漏現(xiàn)象，如有異?？勺詣雨P(guān)閉氣源。 采用單片機(jī)作為核心器件，氣敏原件檢測氣體濃度；報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲提醒；電動機(jī)及變速機(jī)構(gòu)為開關(guān)氣閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；霍爾元件作為氣閥的角度傳感器。 設(shè)計(jì)方案 基于 80方案包括了氣敏原件、 A/80鳴器、電動機(jī)等。 傳感器 放大器 A/D 聲響 其他 控制器 80度安排 收集資料，方案的設(shè)計(jì) 完成設(shè)計(jì)，撰寫畢業(yè)論文 解題答辯 謝謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 摘 要 隨著信息時(shí)代的到來，作為獲取信息的手段 —— 傳感器技術(shù)得到了 顯著 的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。 為了提高對傳感器的認(rèn)識和了解，尤其是對氣體傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。 本文利用單片機(jī)結(jié)合傳感器 技術(shù)而開發(fā)設(shè)計(jì)了這一 煙霧監(jiān)控系統(tǒng) 。 本論文以電阻式氣體傳感器和單片機(jī)技術(shù)為核心并與其他電子技術(shù)相結(jié) 合，設(shè)計(jì)出一種煙霧報(bào)警器。其中選用半導(dǎo)體 可燃?xì)怏w 敏感元件 煙霧傳感器實(shí)現(xiàn)煙霧的檢測，具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格低廉，使用壽命長。 以單片機(jī)和半導(dǎo)體電阻式氣體傳感器為核心設(shè)計(jì)的氣體報(bào)警器可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能。是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的氣體報(bào)警器。具有一定的實(shí)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞 ： 傳感器 報(bào)警器 單片機(jī) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................ 1 .........................................................................................未定義書簽。 第 1 章 緒論 .................................................................................................................. 4 庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警的概述 ..................................................................................... 4 庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警的現(xiàn)狀 ..................................................................................... 4 庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警的發(fā)展趨勢 ............................................................................. 5 氣泄漏報(bào)警研究意義與目的 ............................................................................. 5 第 2 章燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) ........................................................................ 6 氣報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 ..................................................................................... 6 體傳感器的選型 ................................................................................................. 6 體傳感器介紹 ............................................................................................ 6 體傳感器的選定 ...................................................................................... 10 氣泄露報(bào)警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案 ................................................................... 11 氣泄露報(bào)警器工作原理 .......................................................................... 11 氣泄露報(bào)警器的結(jié)構(gòu) .............................................................................. 11 體檢測報(bào)警器的功能 .............................................................................. 12 第 3 章 家庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì) .................................................... 13 控電路的設(shè)計(jì) ................................................................................................... 13 導(dǎo)體氣體傳感器簡介 .............................................................................. 13 A. 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 ........................................................................................................ 15 片機(jī)的選擇 .............................................................................................. 17 片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) ..................................................................... 19 片機(jī)的引腳 ............................................................................. 20 片機(jī)的時(shí)鐘電路 ..................................................................... 22 片機(jī)的復(fù)位電路 ..................................................................... 23 圍接口電路的設(shè)計(jì) ........................................................................................... 24 換器的介紹 ............................................................................ 24 換器和 片機(jī)的接口電路 ................................... 25 音報(bào)警電路 ............................................................................................. 26 光報(bào)警電路 ............................................................................................. 27 電路設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 27 第 4 章 燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計(jì) ............................................................ 28 程序設(shè)計(jì)流程圖 ..................................................................................... 28 程序的編程 ............................................................................................. 29 序調(diào)試 ............................................................................................................... 33 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 序調(diào)試的步驟 .......................................................................................... 34 序調(diào)試過程中的問題及解決 .................................................................. 35 小節(jié)與展望 .................................................................................................................. 36 致 謝 ............................................................................................未定義書簽。 參考文獻(xiàn) ........................................................................................未定義書簽。 附錄一、家庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)電路圖 ....................................未定義書簽。 附錄二、英文文獻(xiàn) ........................................................................未定義書簽。 微機(jī)發(fā)展簡史 ................................................................................未定義書簽。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 1 章 緒論 庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警的概述 燃?xì)庑孤﹫?bào)警器是非常重要的燃?xì)獍踩O(shè)備， 由 氣體傳感器 、 單片機(jī) 和報(bào)警器組成 。 它是安全使用城市燃?xì)獾淖詈笠坏辣Ｗo(hù)。燃?xì)庑孤﹫?bào)警器通過 氣體傳感器 探測周圍環(huán)境中的低濃度可燃?xì)怏w，通過采樣電路，將探測信號用模 擬量或數(shù)字量傳遞給控制器或控制電路，當(dāng)氣體濃度超過控制器或控制電路中設(shè)定值時(shí)，控制器通過執(zhí)行器或執(zhí)行電路發(fā)出報(bào)警信號或執(zhí)行關(guān)閉燃?xì)忾y門等動作。氣體報(bào)警器的探測氣體傳感器主要有氧化物半導(dǎo)體型、催化燃燒型、熱線型氣體傳感器，還有少量的其他類型，如化學(xué)電池類傳感器。這些傳感器都是通過對周圍環(huán)境中的可燃?xì)怏w的吸附，在傳感器表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，造成傳感器的電物理特性的改變 ， 經(jīng)單片機(jī)處理后 報(bào)警 。 庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警的現(xiàn)狀 氣體檢測 報(bào)警產(chǎn)品是一個(gè)系列產(chǎn)品，包括 氣體 探測設(shè)備、信息傳輸設(shè)備、報(bào)警分析控制器。 是物理傳感技術(shù)、自動控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸和管理、智能樓宇等技術(shù)的綜合集成，屬于高新技術(shù)。依托中國多年的基本建設(shè)的發(fā)展，這個(gè)行業(yè)也得到發(fā)展，具備了和國外知名企業(yè)抗衡的能力。在目前中國許多冠名以高新技術(shù)的行業(yè)中，中國企業(yè)大多做的是下游的制造和服務(wù)，分取極少一部分的利潤， 像安 防報(bào)警產(chǎn)品那樣又擁有自我知識產(chǎn)權(quán)，又擁有大量市場的行業(yè)其實(shí)是很少的。 在 安 防報(bào)警產(chǎn)品的技術(shù)含量上，國內(nèi)產(chǎn)品和國外產(chǎn)品差距不是很大，許多指標(biāo)已經(jīng)超越，存在的問題是：類似于國外 安 防報(bào)警產(chǎn)品的大批量規(guī)模化的生產(chǎn)才剛起步，有待于積累經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)； 也因此在產(chǎn)品一致性和長期穩(wěn)定性上有一些差距；國內(nèi)正在形成權(quán)重的大型企業(yè)和集團(tuán)，這樣可以帶領(lǐng)國內(nèi)的各家企業(yè)去沖擊海外市場，并最終占領(lǐng)海外的 安 防報(bào)警市場。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警的發(fā)展趨勢 二十多年前， 我 國的 安 防報(bào)警產(chǎn)品剛剛起步，無論產(chǎn)品技術(shù)含量、產(chǎn)品系列完整性、使用性，還是社會影響程度都是相當(dāng)?shù)偷?。國外的產(chǎn)品和品牌 卻 占領(lǐng) 我們 的大部分市場。由于中國的建設(shè)正在 面臨 飛速發(fā)展， 我們應(yīng)該抓住廣闊的市場空間，慶幸 的是中國企業(yè)抓住了 這次 機(jī)遇，頂住了挑戰(zhàn)，先是一批國家的科研院所，后是一批國營企業(yè)、民營企業(yè)，業(yè)內(nèi)也吸引和凝聚 一大批國內(nèi)的技術(shù)和管理精英，花了多年時(shí)間，通過幾次產(chǎn)品更新?lián)Q代，就使自己的產(chǎn)品緊緊跟上了國際水平，并且奪回了大部分國內(nèi)市場，使得現(xiàn)在大多國外產(chǎn)品只有招架之 勢 ，這是典型的自力更生，走自己的路。當(dāng)然目前而言，我們基本占據(jù)的是國內(nèi)市場，對外還剛 剛 啟動。 但是， 中國 企業(yè)已經(jīng)做好 準(zhǔn)備進(jìn)軍海外市場。 氣泄漏報(bào)警研究意義與目的 面對燃?xì)庑孤┒斐傻姆N種事故威脅，我們需要一個(gè)解決辦法。使用燃?xì)鈭?bào)警器是對付燃?xì)鉄o形殺手的重要手段之一。燃?xì)鈱＜抑赋?，燃?xì)庑孤┗驈U氣排放而大量產(chǎn)生的一氧化碳是燃?xì)庵卸臼马憫?yīng)的根源，如采有用 燃?xì)庑孤﹫?bào)警器就能得到及時(shí)的警示。有關(guān)部門經(jīng)長期測試得出結(jié)論，燃?xì)鈭?bào)警器防止一氧化碳中毒事故發(fā)生的有效率達(dá) 95%以上。 計(jì)算機(jī)的普及和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們己不滿足于傳統(tǒng)的居住環(huán)境，對家庭及住宅小區(qū)提出了更高的要求，智能化被引入家庭，并迅速在世界各地發(fā)展起來。人們對居住環(huán)境要求的日見增高，體現(xiàn)在希望住宅不僅更便利、舒適而且更安全。 單片機(jī)在日用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛，燃?xì)庑孤﹦t是人們?nèi)粘Ｉ钪谐３Ｐ枰獪y量和控制的一個(gè)問題。單片機(jī)有利于 為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施。 為了防止中毒事件再 次發(fā)生，提出利用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行有效的預(yù)防對策。所以怎樣防止煤氣中毒與爆炸已成為人們的迫切需要 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 2 章燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 氣報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng) 是能夠檢測環(huán)境中的可 燃性氣體 濃度，并具有報(bào)警功能的儀器，儀器的最基本組成部分應(yīng)包括： 氣體 信號采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路。 氣體 信號采集電路一般由 氣體 傳感器和模擬放大電路組成，將 氣體 信號轉(zhuǎn)化為模擬的電信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從 燃?xì)?檢測電路送出的模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識別的數(shù)字信號后送入單片機(jī)。單片機(jī)對該數(shù)字信號進(jìn)行處理，并對處理 后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是否大于或等于某個(gè)預(yù)設(shè)值 (也就是報(bào)警限 )，如果大于則會自動啟動報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警聲音，反之則為正常狀態(tài)。為使報(bào)警裝置更加完善，可以在聲音報(bào)警基礎(chǔ)上，加入光閃報(bào)警，變化的光信號可以引起用戶注意，彌補(bǔ)嘈雜環(huán)境中聲音報(bào)警的局限。以上是根據(jù)報(bào)警器應(yīng)具備的功能，提出的整體設(shè)計(jì)思路。 煙霧傳感器及單片機(jī)是 燃?xì)庑孤﹫?bào)警器 的兩大核心，根據(jù)報(bào)警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟(jì)的煙霧傳感器及單片機(jī)芯片是至關(guān)重要的。氣體傳感器的選型在下一節(jié)介紹。單片機(jī)作為硬件電路的核心，它的選型將在第三章詳述。 體傳 感器的選型 氣體傳感器屬于氣敏傳感器，是氣 將可燃性氣體在空氣中的含量 (即濃度 )轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號，通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路 將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度 處理及報(bào)警控制等工作。氣體傳感器作為 燃?xì)庑孤﹫?bào)警器 的信號采集部分，是儀表的核心組成部分之一。由此可見，氣體傳感器的選型是非常重要的。 體傳感器介紹 (1)氣體傳感器的分類 氣體傳感器種類繁多，從檢測原理上可以分為三大類： 1利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如半導(dǎo)體氣體傳感器、接觸燃燒氣體傳感器等。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 2利用物理性質(zhì)的氣體傳感器：如熱導(dǎo)氣體傳感器、光干涉氣體傳感器、紅外傳感器等。 3利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如電流型氣體傳感器、電勢型氣體傳感器等。 (2)氣體傳感器應(yīng)滿足的基本條件 一個(gè)氣體傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實(shí)體，也可以是由多個(gè)不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個(gè)完整的氣體傳感器都必須具備以下條件： 1能選擇性地檢測某種單一氣體，而對共存的其它氣體不響應(yīng)或低響應(yīng)； 2對被測氣體具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內(nèi)的氣體濃度； 3對檢測信號響應(yīng)速 度快，重復(fù)性好； 4長期工作穩(wěn)定性好； 5使用壽命長； 6制造成本低，使用與維護(hù)方便。 (3)常見氣體傳感器簡介 下面對常用的幾種氣體傳感器作簡單介紹。 半導(dǎo)體氣體傳感器 半導(dǎo)體氣體傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感器，以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的氣體傳感器。自 1962年半導(dǎo)體金屬氧化物氣體傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、輸出信號強(qiáng)、耐久性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的氣體傳感器之一。按照敏感機(jī)理分類， 可分為電阻型和非電阻型。 固體電解質(zhì)氣體傳感器 固體電解質(zhì)氣體傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料作為氣敏元件，其原理是利用氣敏材料在通過氣體時(shí)產(chǎn)生電阻，測量其形成電動勢從而測量氣體濃度。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣 泛的應(yīng)用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，其產(chǎn)量僅次于半導(dǎo)體氣體傳感器的一類傳感器。但這種傳感器制造成本高，檢測氣體范圍有限，在檢測環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢。 接觸燃燒式氣體傳感器 當(dāng)易燃?xì)怏w接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時(shí)會發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒，故得名接觸燃燒式傳 感器。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 (也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層 )，使用時(shí)將鉑絲通電，保持 300° C~400°時(shí)若與氣體接觸，氣體就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道氣體的濃度。 高分子氣體傳感器 利用高分子氣敏材料制作的氣體傳感器近年來得到很大的發(fā)展。高分子氣敏材料在遇到特定氣體時(shí)，其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速 度和頻率、材料重量等物理性能發(fā)生變化。高分子氣敏材料由于具有易操 作性、工藝簡單 、常溫選擇性好、價(jià)格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。高分子氣體傳感器具有對特定氣體分子靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)簡單，能在常溫下使用，可以彌補(bǔ)其它氣體傳感器的不足。 電化學(xué)傳感器 電化學(xué)傳感器由膜電極和電解液封裝而成。氣體濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號傳出。它的優(yōu)點(diǎn)是：反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測，但壽命較短 (大約兩年 )。它主要適用于毒性氣體檢測。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。 熱傳導(dǎo)傳感器 熱 傳導(dǎo)傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結(jié)構(gòu)形式，但是測量原理不同。它的測量原理是：將加熱后的鉑電阻線圈置于目標(biāo)煙霧中，由于向目標(biāo)氣體傳送熱量造成溫度降低，引起電阻值變化，傳感器即測量電阻 值的變化情況。溫度的變化情況是目標(biāo)氣體熱傳導(dǎo)率的函數(shù)，而對于一種給定的氣體，熱傳導(dǎo)率是它固有的物理特性。 紅外傳感器 紅外傳感器通常用兩束紅外光進(jìn)行氣體測量，主光束通過測量元件內(nèi)的目標(biāo)氣體，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考?xì)怏w。在測量和比較元件中，紅外射線被氣體有選擇地吸收了。未吸收的紅外光由光電探測器測量，產(chǎn)生一個(gè)正比于 目標(biāo)氣體濃度的差分信號。非擴(kuò)散式紅外探測器 R )是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴(kuò)散和損耗被記錄下來。 不同的氣體吸收不同波長的 以傳感器根據(jù)目標(biāo)氣體而調(diào)整，典型應(yīng)用包括測量 凍劑煙霧和一些易燃?xì)?。由于非碳?xì)浠衔镆兹細(xì)怏w (如 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 氫 )不吸收電磁譜中 以這種傳感器可以精確地測量碳?xì)浠衔?，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其它氣體的腐蝕以及高濃度目標(biāo)煙霧的影響。 (4)常見氣體傳感器可檢測氣體種類 由于氣體的種類繁多，一種 類型的氣體傳感器不可能檢測所有的氣體，通常只能檢測某一種或兩種特定性質(zhì)的氣體。例如氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器主要檢測各種還原性煙霧，如 。固體電解質(zhì)氣體傳感器主要用于檢測無機(jī)氣體，如 簡要列舉出已經(jīng)研究、開發(fā)的各類氣體傳感器及其可檢測的氣體種類 傳感器種類 2S O 2 32 導(dǎo)體氣體傳感器 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 固體電解質(zhì)傳感器 ○ ○ ○ ○ ○ 接觸燃燒式傳感器 ◎ ○ ○ ○ 電化學(xué)式傳感器 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 高分子電解質(zhì)氣體傳感器 ◎ ○ ○ ○ ○ 注：○好 ◎不太好 表 種氣體傳感器可檢測的氣體種類 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 體傳感器的選定 燃?xì)庑孤﹫?bào)警器 主要應(yīng)用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏的場所，根據(jù)報(bào)警器檢測氣體種類的要求，一般選用接觸燃燒式氣體傳感器和半導(dǎo) 體氣體傳感器。 使用接觸燃燒式氣體傳感器，其探頭的阻緩及中毒，是不可避免的問題。阻緩是當(dāng)在氣體與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無焰燃燒的同時(shí)，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應(yīng)緩慢反應(yīng)滯緩，靈敏度降低。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度的恢復(fù)的可能，但是如果長期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會不斷下降，導(dǎo)致該傳感器最終喪失檢測煙霧的能力。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時(shí)，則傳感器將使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以致靈敏度很快就喪失。當(dāng) 懷疑檢測環(huán)境中存在這些物質(zhì)時(shí)，經(jīng)常對探頭進(jìn)行標(biāo)定，是必須且有效的辦法。 因此，經(jīng)常對傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是保證其準(zhǔn)確性的必要的途徑。一般連續(xù)使用兩個(gè)月后應(yīng)對傳感器進(jìn)行量程校準(zhǔn)，這種經(jīng)常性對傳感器的維護(hù)，無形中加大了工作人員的工作量，同時(shí)增加了報(bào)警器的維護(hù)成本。 半導(dǎo)體氣體傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的氣體傳感器，它具有靈敏度高，響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體氣體傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性 (抗干擾性 )和穩(wěn) 定性 (使用壽命 )。 經(jīng)過對比上述兩種氣體傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體氣體傳感器的優(yōu)點(diǎn)更加突出：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)格便宜，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低等。因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體氣體傳感器作為報(bào)警器氣體信息采集部分的核心。而在眾多半導(dǎo)體氣體傳感器中，本設(shè)計(jì)選用種型號的傳感器不但具備一般半導(dǎo)體氣體傳感器靈敏度 高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長等優(yōu)點(diǎn) 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 氣泄露報(bào)警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案 氣泄露報(bào)警器工作原理 本論文中的 燃?xì)鈭?bào)警報(bào)警器 以 片 機(jī)為 控制核 心，采用 電阻式半導(dǎo)體傳感器采集氣體信息。 首先， 氣體 傳感器送來的 氣體 濃度對應(yīng)的電壓信號送入 片機(jī)；然后，在 片機(jī)內(nèi) A/D 轉(zhuǎn)換、 氣體 濃度比較，對數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理，將數(shù)字化電壓信號轉(zhuǎn)化成為對應(yīng)的十進(jìn)制濃度值；最后，并判斷 氣體 濃度值是否超出報(bào)警限，當(dāng) 氣體 濃度處于正常狀態(tài)紅燈不會閃亮，當(dāng) 氣體 濃度超出設(shè)定的限定值時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)警并伴隨紅燈閃亮。另外由于 氣體 傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)越快，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間就越快。為提高響應(yīng)時(shí)間，保證 氣體 傳感器準(zhǔn)確地、穩(wěn)定地工作，報(bào)警器需要向 氣體 傳感器持續(xù)輸出一個(gè) 5了保證其可靠性，在輸出 5V 的電壓的同時(shí)，進(jìn)行故障監(jiān)測。 氣泄露報(bào)警器的結(jié)構(gòu) 為適應(yīng)家庭對可燃性易爆氣體安全性要求，設(shè)計(jì)的可燃性氣體報(bào)警儀應(yīng)不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應(yīng)具有顯示可燃?xì)怏w濃度、可接計(jì)算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場遠(yuǎn)測和實(shí)時(shí)控制等功能。其目標(biāo)是在傳統(tǒng)的煙霧報(bào)警儀的基礎(chǔ)上，盡量提高準(zhǔn)確性，降低成本，縮小體積。 燃?xì)庑孤?報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 示，該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，配合外圍電路共同完成信號采集、聲音及閃爍報(bào)警 等功能。系統(tǒng)采用高性能的單片機(jī)，要求工作穩(wěn)定、測量精度高、通用性強(qiáng)、功耗低，保證報(bào)警器的精確性及可靠性，而且最好體積小，成本低，有利于減少報(bào)警器的體積，降低報(bào)警器的成本 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 使用 用 氣體 傳感器作為敏感元件，利用 A/D 轉(zhuǎn)換器和聲光報(bào)警電路 ，開發(fā)了可用于 家庭或 小型單位 燃?xì)庑孤?報(bào)警器。 整個(gè)設(shè)計(jì)由 4大部分構(gòu)成：氣體傳感器、 A/片機(jī)、聲光報(bào)警電路。 氣體傳 感器是將現(xiàn)場氣 體濃度 非電信號轉(zhuǎn)化為電信號；轉(zhuǎn)換電路 是將 完成將 氣體 傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。聲光報(bào)警模塊由單片機(jī)和報(bào)警電路組成，由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)不同的聲光報(bào)警功能。 體檢測報(bào)警器的功能 (1)聲光報(bào)警功能 當(dāng)氣體濃度取值處在報(bào)警限值之上，蜂鳴器開始報(bào)警，且聲音越來越急促，并且伴隨紅燈閃爍。因?yàn)槿藢ψ兓男盘柛鼮槊舾?，所以變化的聲音及燈光更容易引起用戶的注意? (2)看門狗自檢單片機(jī)狀態(tài)功能 調(diào)用單片機(jī)中的看門狗程序，定時(shí)檢查單片機(jī)工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)單片機(jī)出現(xiàn)死循環(huán)狀態(tài)，立即復(fù)位，保證報(bào)警器工 作正常。 (6)與上位機(jī)通訊功能 氣體 傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換器 片機(jī) 燈光報(bào)警 聲音報(bào)警 氣體 濃度 電源 時(shí)鐘 復(fù)位 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 可以實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)串口通訊，對報(bào)警器采取統(tǒng)一控制，以及便于采集和處理數(shù)據(jù)，也可以在計(jì)算機(jī)上更改報(bào)警限值等。 第 3 章 家庭燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì) 控電路的設(shè)計(jì) 導(dǎo)體 氣體傳感器簡介 半導(dǎo)體氣體傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的氣體傳感器，它具有靈敏度高，響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體氣體傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性 (抗干擾性 )和穩(wěn)定性 (使用壽命 )。 圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃性氣體時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃性氣體濃度的增加而增大。使用簡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應(yīng)的輸出信號。 （ 1） 靈敏度特性： 圖 注：圖中縱坐標(biāo)為傳感器的電阻比（ o），橫坐標(biāo)為氣體濃度。 示傳感器在 不同濃度 氣體中的電阻值 示傳感器在 1000氣中的電阻值 圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 （ 2）溫 /濕度的影響 ： 圖 傳感器典型的溫度、濕度特性曲線 圖中縱坐標(biāo)是傳感器的電阻比（ o）。 1000烷、不同溫 /濕度下 傳感器 的電阻值 000 烷、 20℃ /65% 傳感器 的電阻值 （ 3）基本測試回路： 圖 該傳感器需要施加 2個(gè)電壓：加熱器電壓（ 測試電壓（ 其中 。 的電壓（ 這種傳感器具有輕微的極性， 滿足傳感器電性能要求的前提下， 更好利用傳感器的性能，需要選擇恰當(dāng)?shù)? （ 4） 規(guī)格： A. 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 10 0 10 20 30 40 50 ℃060%c L 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 B. 環(huán)境條件 C. 靈敏度特性 敏感體功耗（ ： L)2 傳感器電阻（ ： 5） 結(jié)構(gòu)，外形 結(jié)構(gòu) A 或 B), 由微型感層 ,測量電極和加熱器構(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。封裝好的氣敏元件有６只針狀管腳，其中４個(gè)用于信號取出，２個(gè)用于提供加熱電流 。 符號 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 路電壓 ≤ 24V H 加熱電壓 . 2V L 負(fù)載電阻 可調(diào) 熱電阻 31Ω± 3Ω 室溫 熱功耗 ≤ 900符號 參 數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 用溫度 ＋ 50℃ 存溫度 ＋ 70℃ 相對濕度 小于 95% 氣濃度 21%(標(biāo)準(zhǔn)條件 ) 氧氣濃度會影響靈敏度特性 最小值大于２％ 符號 參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù) 備注 感體表面電阻 220(20003 適用范圍： 300烷、丁烷、氫氣 α (3濃度斜率 ≤ 準(zhǔn)工作條件 溫度： 20℃± 2℃ 相對濕度： 65%±5% 預(yù)熱時(shí)間 不少于 48小時(shí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。 片機(jī)的選擇 單片機(jī)作為燃?xì)庑孤﹫?bào)警器的核心部件，一方面它要接收來自傳感器的氣體濃度 的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對兩種信號分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路的相應(yīng)工作；同時(shí)，查詢是否有鍵按下的命令。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能中，部件 材料 1 氣體敏感層 二氧化錫 2 電極 金（ 3 測量電極引線 鉑（ 4 加熱器 鎳鉻合金（ 5 陶瓷管 三氧化二鋁 6 防爆網(wǎng) 100目雙層不銹鋼（ 7 卡環(huán) 鍍鎳銅材（ 8 基座 膠木或尼龍 9 針狀 管腳 鍍鎳銅 材（ 圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號做數(shù)字濾波，再進(jìn)行線性化處理，這一過程的軟件實(shí)現(xiàn)，需要單片機(jī)有較快的運(yùn)算速度，使儀表監(jiān)測人員能夠觀測到并進(jìn)行相應(yīng)處理。同時(shí)，在能夠滿足報(bào)警器設(shè)計(jì)的計(jì)算速度及接口數(shù)的要求的同類型單片機(jī)中，要考慮選擇價(jià)格低廉且體積輕巧的機(jī)型，在保證了報(bào)警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。 司生產(chǎn)的 一種帶 4K 字節(jié)閃存可 編程可擦除 只讀存儲器（ 低電壓，高性能 位微處理器，俗稱 單片機(jī) 。 其中 片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。 該器件采用 密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 于將多功能 8位 片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形如圖所示 ， 本設(shè)計(jì)用的 一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)， 8位數(shù)據(jù)總線， 40個(gè)引腳， 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口， 六個(gè)中斷源，兩層中斷優(yōu)先級，同時(shí)內(nèi)含 2個(gè)外中斷口， 2個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口，可以在線編程。其將通用的微處理器和別是可反復(fù)擦寫的 另外， 以靜態(tài)邏輯運(yùn)行到零頻率的方式設(shè)計(jì)的，并且支持兩種可利用軟件選擇的掉電保護(hù)模式。休眠模式停止 允許數(shù)據(jù)存儲器、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。掉電模式保存數(shù)據(jù)存儲器的內(nèi)容，但停止了晶振，是其他所有芯片停止工作直到下一次復(fù)位為止。 工作電壓范圍為 6V（實(shí)際使用 +5） ，片內(nèi)含 4k 28器件采用 易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 內(nèi)置通用 8位中央處理器和 置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示 圖 由圖可見， 89片機(jī)主要由以下部分組成： （ 1） 8 位 閃爍存 儲器 ；時(shí)鐘電路；總線控制邏輯。 （ 2）存儲器系統(tǒng) 4 128據(jù)存儲器（ （ 3） I/4個(gè)并行 I/2 個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器； ,2 個(gè)全雙工串行通信口 ；中斷系統(tǒng)（ 5個(gè)中斷源） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 片機(jī)的引腳 （ 1）主電源及時(shí)鐘引腳： （ 2）編程電源： （ 3）控制口線： 外取指控制）、 址鎖存控制）、 外存儲器選擇 )、 位控制）。 （ 4） I/位口線， 供電電壓 ，接 +5V。 地。 ： 為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8電流。當(dāng)?shù)墓苣_第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 程時(shí)， 作為原碼輸入口，當(dāng) 行校驗(yàn)時(shí)， 出原碼，此時(shí) 部必須被拉高。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 ： 是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， 緩沖器能接收輸出 4電流。 管腳寫 入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， 輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 作為第八位地址接收。 ： 為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， 緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) 電流，當(dāng) 被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， 的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)， 輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢 ，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)， 輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。在 程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。 ： 管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) 寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。為輸入，由于外部下拉為低電平， 將輸出電流（ 是由于上拉緣故。 位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字 節(jié)。在 程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， 以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè) 沖。如想禁止 輸出可在 址上置 0。此時(shí)， 有在執(zhí)行 令是 起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) 止，置位無效。 /部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 / 效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的 /號將不出現(xiàn)。 / /持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（ 0000不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時(shí)， /內(nèi)部鎖定為 /保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在 程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ 向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性 : 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。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動器件， 不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 片機(jī)的時(shí)鐘電路 采用內(nèi)部時(shí)鐘方式利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳 稱晶振），就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路。外接晶振時(shí)， 2的值通常選擇為 30右； 振或陶瓷諧 振器的頻率范圍可在 12了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)引腳 圖 片機(jī)的時(shí)鐘電路圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 片機(jī)的復(fù)位電路 在整個(gè)燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)中，要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，必須對整個(gè)系統(tǒng)先復(fù)位。 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)系統(tǒng)在上電啟動運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位。其作用是使從這個(gè)狀態(tài)開始工作，因而，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動進(jìn) 行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實(shí)現(xiàn)。 單片機(jī)的外部復(fù)位電路有上電復(fù)位和上電和按鍵均有效的復(fù)位兩種。 我們在設(shè)計(jì)單片機(jī)復(fù)位時(shí)，選用上電復(fù)位。 上電復(fù)位利用電容器的充電實(shí)現(xiàn)。圖 中給出了復(fù)位電路參數(shù)。 上電要求接通電源后，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動復(fù)位操作。上電瞬間 腳獲得高電平，隨著電容的充電， 2 個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。該電路典型的電容參數(shù)為：晶振為 12容值為 1 圖 片機(jī)復(fù)位電路圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圍接口電路的設(shè)計(jì) 換器的介紹 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模 —數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè) 8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8路模擬輸入信號中的一個(gè)進(jìn)行 A/ （ 1） 主要特性 ： 1、 8路輸入通道， 8位 A／ 分辨率為 8位。 2、 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕? 3、 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μs 4、 單個(gè)＋ 5 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 85攝氏度 7、 低功耗，約 15 （ 2） 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ： 片型逐次逼近式 A／ 由 8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8位開關(guān)樹型 D／ 次逼近 （ 3） 外部特性（引腳功能） 片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖所示。下面說 明各引腳功能。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 片 的引腳圖 8 路模擬量輸入端。 228 位數(shù)字量輸出端。 3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 A／ D 轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少 100）使其啟動（脈沖上升沿使 0809 復(fù)位，下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換）。 A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng) A／ D 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 ）。 據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于 640 +）、 -）：基準(zhǔn)電壓。 源，單一＋ 5V。 接地。 換器和 片機(jī)的接口電路 A/D 轉(zhuǎn)換器把 0壓信號轉(zhuǎn)換成 8 位的二進(jìn)制數(shù)輸入單片機(jī)，電壓信號為 0V 時(shí)轉(zhuǎn)換器為 00000000（ 00H），電壓信號為 5V 時(shí)轉(zhuǎn)換器為 1111111（ 設(shè)計(jì)仿真中電壓大于 啟動報(bào)警電路報(bào)警。 A/D 轉(zhuǎn)換器電路圖如下所示 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 接口電路圖 音報(bào)警電路 聲音報(bào)警電路圖如圖所示。報(bào)警裝置采用蜂鳴器較一般的蜂鳴器體積大，聲音響亮，適用于家用煤氣報(bào)警器的報(bào)警聲音源。當(dāng)單片機(jī) 腳 ( 1時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 光報(bào)警電路 燈光報(bào)警電路圖如圖所示。單片機(jī) 1腳 (制輸出的狀態(tài)指示燈。紅燈不亮表示正常狀態(tài) ，環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度極低。紅燈閃亮表示環(huán)境中可燃煙霧濃度超過報(bào)警限值，提醒用戶盡快采取相應(yīng)安全措施。 當(dāng)煙霧濃度超過報(bào)警限，報(bào)警器發(fā)出鳴叫，用戶到達(dá)現(xiàn)場，可進(jìn)行操作停止報(bào)警器鳴叫。若過一點(diǎn)時(shí)間濃度仍超出報(bào)警限，報(bào)警器會再次鳴叫提醒用戶。 圖 光報(bào)警電路圖 電路設(shè)計(jì) 根據(jù)要求，設(shè)計(jì)中我們選用 位電路。兩電路的接法在前面分別做了介紹，這里不再贅述。 而傳感器是將非電量需要轉(zhuǎn)換成與非電量有一定關(guān)系的電量。當(dāng)今信息時(shí)代，隨著電 子計(jì)算機(jī)技術(shù)的非速發(fā)展，自動檢測，自動控制技術(shù)顯露非凡的能力，而大多數(shù)設(shè)備只能處理電信號，也就需要把被測，被控非電量的信息通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號?？梢?，傳感器是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。沒有傳感器對原始信息進(jìn)行精確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，就沒有現(xiàn)代自動檢測和自動控制系統(tǒng)。沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展。設(shè)計(jì)中，傳感器我們選擇的是 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 接在 A/ 我們將主控電路和外圍接口電路（ 、