家用煤氣泄漏報(bào)警器

1、課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書信息技術(shù)學(xué) 院 通信工程 專業(yè) 08 級，學(xué)號 20084074214 姓名 李建強(qiáng)一、課程設(shè)計(jì)課題：二、課程設(shè)計(jì)工作日自 2011 年 11 月 21 日至 2011 年 12 月 9日三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)行地點(diǎn)： 信息技術(shù)學(xué)院四、程設(shè)計(jì)任務(wù)要求：1. 課題來源:教師指定2. 目的意義:此次課程設(shè)計(jì)，有助于學(xué)生對電子線路知識的整合和電子線路設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練，并為后繼課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)打下一定的基礎(chǔ)。3. 基本要求:1 設(shè)計(jì)一個家用煤氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)煤氣在空氣中的濃度大到一定濃度時，觸發(fā)報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲。2 電路由氣敏傳感器、開機(jī)延時電路、報(bào)警觸發(fā)電路與輸出電路組成。3

2、氣敏元件自選；4 控制電路自行設(shè)計(jì)；5 在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，力求電路簡單，可靠，成本低廉。課程設(shè)計(jì)評審表 通信工程基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)研究報(bào)告家用煤氣泄漏報(bào)警器學(xué)生姓名：李建強(qiáng)學(xué)生學(xué)號：20084074214指導(dǎo)教師：孟艷君所在學(xué)院：信息技術(shù)學(xué)院專業(yè)班級：通信工程(1班 中國大慶2011 年 12 月摘 要隨著人們生活水平的提高，越來越多的家庭都開始使用煤氣灶。這為人民的生活提供了便利，但人們因煤氣而中毒的現(xiàn)象也屢見不鮮，為人們的安全埋下了隱患。為了更放心的使用煤氣，設(shè)計(jì)了一個以AT89C2051為系統(tǒng)核心，利用MQ-5電阻式半導(dǎo)體傳感器采集煤氣信息的家用煤氣報(bào)警器。將MQ-5采集的煤氣濃度模擬量

3、送入到ADC0832中，通過與設(shè)定值比較并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到煤氣偏差量的數(shù)字值，將此值送入到單片機(jī)中進(jìn)行處理分析，判斷是否報(bào)警并通過二極管的亮滅情況得出煤氣濃度的高低或直接從顯示器中讀出煤氣的濃度值，從而實(shí)現(xiàn)對家用煤氣漏氣的監(jiān)控。整個系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)簡單合理，性能安全可靠，成本低廉。關(guān)鍵詞： AT89C2051 MQ-5煤氣傳感器 ADC0832Abstract With the improvement of peoples living conditions, more and more families are beginning to use gas burner. This has

4、offered the facility for the peoples life, but the phenomenon that people are poisoned because of coal gas is of common occurrence too, bury the hidden danger for peoples security. In order to feel relieved the use coal gas, has designed one take AT89C2051 as the system core, uses the MQ-5 resistanc

5、e type semiconductor sensor gathering coal gas information the domestic gas alarm apparatus. The MQ-5 gas collected fed into the ADC0832 analog concentration in comparison with the set value and the analog to digital conversion, digital gas deviation value, this value is sent to a microcontroller fo

6、r processing and analysis, to determine whether Alarm and through the diode light come off of the gas concentration level or reading directly from the display of gas concentration, in order to achieve the monitoring of household gas leak .The whole system hardware circuit design is simple and reason

7、able and reliable performance, low cost.Keyword : MSP430F149 MQ-5 Gas sensors ADC0832目 錄1緒論 . 11.1課題研究的背景 . . 11.2課題研究的目的 . . 11.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本內(nèi)容 . . 22系統(tǒng)設(shè)計(jì). 22.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案與選擇 . . 22.1.1基于單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案 . . 22.1.2基于AT89C2051的方案的實(shí)現(xiàn) . 32.1.3方案選擇 . . 32.2 處理器的選擇與應(yīng)用 . . 42.2.1 AT89C2051介紹 . 42.2.2選擇AT89C2051的優(yōu)點(diǎn) . 42.3煤氣

8、傳感器的選擇 . . 52.4 A/D轉(zhuǎn)換器選擇 . . 63基于A T89C2051系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) . 73.1系統(tǒng)硬件總電路設(shè)計(jì) . . 73.2系統(tǒng)硬件電路 . . 73.3信號采集轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) . . 83.4電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) . . 93.5本章小結(jié) . . 94系統(tǒng)電路調(diào)試 . . 94.1模塊的連通性調(diào)試 . . 104.2系統(tǒng)各硬件的檢測及控制性 . . 104.3系統(tǒng)主控硬件的通信性能調(diào)試 . . 104.4系統(tǒng)軟硬件綜合性能測試 . . 105器件清單. 116心得體會. 11參考文獻(xiàn). 111緒論1.1課題研究的背景近年來，我國燃?xì)庑袠I(yè)發(fā)展迅猛，液化氣，天然氣、煤制氣等新

9、式能源作為清潔能源已在工商業(yè)中和城鎮(zhèn)居民用戶中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是隨著我國燃?xì)獾淖兏锛啊拔鳉鈻|輸”工程的進(jìn)行，燃?xì)庑袠I(yè)發(fā)展?jié)摿薮蟆３鞘腥細(xì)獾钠占昂蛻?yīng)用無疑對改善城鎮(zhèn)的環(huán)境質(zhì)量和人民的生活質(zhì)量發(fā)揮著巨大的作用。但隨著燃?xì)獾膹V泛應(yīng)用，家用煤氣有時會因各種原因發(fā)生泄漏，煤氣的主要成分是CO 、氫和烷烴、烯烴、芳烴等的混合物，他們是一種可燃性氣體，遇到明火會發(fā)生燃燒甚至爆炸，所以如果在煤氣泄漏時打電話，使用家用電器的話，煤氣遇到電火花可能會發(fā)生爆炸事故。人呆在煤氣泄漏的空間內(nèi)，甲烷的不完全燃燒可能會生成一氧化碳，人體吸入有毒氣體一氧化碳后，一氧化碳將會迅速與血液中的紅細(xì)胞結(jié)合導(dǎo)致人體中毒昏迷，如

10、果長時間吸入泄露的煤氣甚至?xí)l(fā)生中毒死亡。一氧化碳中毒屬內(nèi)科急癥，如不及時發(fā)現(xiàn)及治療，將會危及生命。由于燃?xì)庑孤端斐傻谋?、煤氣中毒、火?zāi)等事故時有發(fā)生，這在某種程度上增加了城鎮(zhèn)的不安全和不穩(wěn)定因素。為了使燃?xì)飧玫脑旄Ｓ诿瘢旄Ｅc社會，減少因燃?xì)庑孤抖斐杀?、煤氣中毒、火?zāi)等事故，各燃?xì)馐褂脝挝患熬用裼脩暨x擇一種實(shí)用的煤氣報(bào)警器實(shí)為必要之舉。1.2課題研究的目的計(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。即要求家庭及住宅

11、小區(qū)智能化，一般認(rèn)為，在現(xiàn)代化的城鄉(xiāng)住宅小區(qū)內(nèi)綜合采用微型計(jì)算機(jī)、自動控制、通信與網(wǎng)絡(luò)及智能卡等技術(shù)，建立一個由住宅小區(qū)綜合物業(yè)管理中心與安防系統(tǒng)、信息通信服務(wù)與管理系統(tǒng)和家庭智能化系統(tǒng)組成的“三合一”住宅小區(qū)服務(wù)與管理集成系統(tǒng)，最終目的是使每一住戶得到滿足其要求的最佳方案。國家建設(shè)部規(guī)定，目前住宅小區(qū)應(yīng)實(shí)現(xiàn)六項(xiàng)智能化要求，其中包括實(shí)行安全防范系統(tǒng)自動化監(jiān)控管理; 防盜報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)安裝紅外或微波與煤氣泄漏報(bào)警器等各種類型報(bào)警探測器?；诖隧?xiàng)規(guī)定，煤氣泄漏自動報(bào)警實(shí)現(xiàn)智能化勢在必行。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、活動的各個領(lǐng)域，在建筑領(lǐng)域，人們的現(xiàn)代生活、工作對居住

12、要求舒適健康、安全可靠、高效便利。這時候氣體燃料的應(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)等事故也時有發(fā)生。其中由于煤氣中毒死亡尤為嚴(yán)重。眾多周知由于CO 與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CO 中毒嚴(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。為

13、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。為此我們開發(fā)研制了智能煤氣報(bào)警系統(tǒng)。1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本內(nèi)容本設(shè)計(jì)主要研究并設(shè)計(jì)一個基于單片機(jī)的煤氣報(bào)警系統(tǒng)，這是一套集有毒氣體檢測、報(bào)警電路、顯示室內(nèi)空氣質(zhì)量（分優(yōu)、良、中、差4級）于一體的簡易實(shí)用的報(bào)警設(shè)備。控制系統(tǒng)主要是由MCS-52系列單片機(jī)、電源電路、AD 數(shù)據(jù)采集電路、傳感器電路、復(fù)位電路、人機(jī)接口電路、聲光報(bào)警電路等部分組成。單片機(jī)通過對AD 轉(zhuǎn)換氣敏傳感器所采集的信號進(jìn)行分析處理后，利用LED 及顯示器的顯示對室內(nèi)煤氣進(jìn)行監(jiān)控。報(bào)警系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。其中硬件部

14、分由各報(bào)警感應(yīng)器、感應(yīng)器控制器、主控器等設(shè)備組成。軟件部分主要是報(bào)警系統(tǒng)控制程序。氣敏傳感器用來檢測空氣中煤氣的濃度，當(dāng)空氣中煤氣含量超過允許標(biāo)準(zhǔn)濃度后，感應(yīng)器所獲得的感應(yīng)信號均被感應(yīng)器控制器所接收，再由感應(yīng)器控制器對各感應(yīng)信號進(jìn)行相應(yīng)識別和處理，并將處理后的感應(yīng)信號通過串口送至主控器，由主控器對其采取相應(yīng)的警報(bào)動作。報(bào)警信號加至報(bào)警聲響電路的控制端后，報(bào)警聲響電路被觸發(fā)，發(fā)出報(bào)警聲。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)微處理器的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展，提高了人們生活的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)的現(xiàn)代化和自動化。Internet 技術(shù)的飛速發(fā)展，使得基于分組交換技術(shù)的通信性能、通信質(zhì)量和可靠性得到穩(wěn)步提高?；?位和16位

15、單片機(jī)的嵌入式設(shè)備(如儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和顯示、過程控制、工業(yè)自動化等 的實(shí)時應(yīng)用、測控系統(tǒng)正在走向網(wǎng)絡(luò)智能化。這就要求企業(yè)從現(xiàn)場控制層到管理層能實(shí)現(xiàn)全方位的無縫信息集成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)、智能診斷以及遠(yuǎn)程管理功能，提供一個開放的基礎(chǔ)構(gòu)架，并具有高可靠性、分散控制、集中監(jiān)視和管理的功能。2.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案與選擇針對目前主要處理芯片的不同，本文提出了2種實(shí)現(xiàn)方案，分別為基于8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)方案以及基于MSP430F149實(shí)現(xiàn)方案。并最終選擇了一種方案進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。2.1.1基于單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案基于8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的煤氣報(bào)警器的具體方案如圖2.1所示。該方案主要包括了可燃?xì)怏w傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、

16、AT89C2051單片機(jī)電路、晶振、蜂鳴器以及LED 顯示電路?？扇?xì)怏w傳感器輸出為模擬量，需要利用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給AT89C2051單片機(jī)；晶振和復(fù)位作為AT89C2051單片機(jī)的外圍輸入電路，蜂鳴器作為報(bào)警用的AT89C2051單片機(jī)的外圍輸出電路；顯示電路采用了LED 燈顯示并通過串口顯示在上位機(jī)上。 圖1 基于8051單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)2.1.2基于MSP430的實(shí)現(xiàn)方案的實(shí)現(xiàn)方案基于MSP430實(shí)現(xiàn)的煤氣報(bào)警器的具體方案如圖2.2所示。該方案主要包括了可燃?xì)怏w傳感器、串口電路、MSP430F149模塊電路、晶振、復(fù)位、蜂鳴器以及LED 顯示電路。 可燃?xì)怏w傳感器輸出為模

17、擬量，需要利用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在此我們可以利用MSP430單片機(jī)自帶的12位AD 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再通過其自身對數(shù)字量進(jìn)行分析處理；晶振和復(fù)位電路作為MSP430F149模塊電路所必須的外圍輸入電路，蜂鳴器作為輸出電路用于報(bào)警；顯示電路采用了4個LED 燈進(jìn)行顯示，可顯示優(yōu)、良、中、差4個級別，由MSP430F149模塊電路控制實(shí)現(xiàn)顯示。 圖2 基于MSP430的實(shí)現(xiàn)2.1.3方案選擇方案1中采用的是8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)煤氣報(bào)警器，該方案結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)簡單，并且采用89C2051小型單片機(jī)進(jìn)行控制，大部分引腳都有其各自的用處，芯片的利用率非常高。在硬件上，器件成本低，電路設(shè)計(jì)簡單實(shí)用，性

18、能安全可靠；軟件上，我們可以采用keil c軟件進(jìn)行編程，簡單易懂，編程很方便。這是一種非常廣泛采用的實(shí)現(xiàn)方案。方案2采用的是MSP430F149模塊實(shí)現(xiàn)煤氣報(bào)警器，該方案基于 MSP430F149模塊進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，MCU 模塊用于加速嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和實(shí)施。編程開發(fā)可采用IAR 430軟件, 這是一個包括編輯器、鏈接器、裝載器和編譯器在內(nèi)的C 語言集成開發(fā)環(huán)境。從你的計(jì)算機(jī)通過并口或USB 仿真器下載程序，可立即在目標(biāo)硬件上進(jìn)行調(diào)試無需在線仿真器。這種開發(fā)環(huán)境減少了工作量，加速了軟硬件集成，是用戶選擇此方案的一大亮點(diǎn)。并且430單片機(jī)低功耗，這是他最大的優(yōu)點(diǎn)，但MSP430單片機(jī)價格較高，管

19、腳很多，更適宜應(yīng)用在比較大的項(xiàng)目之中，而非用在如此小的簡單設(shè)計(jì)中。在家用煤氣報(bào)警器的設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們只需要探測室內(nèi)煤氣的濃度并作出預(yù)警，通過上位機(jī)或其他方法顯示出煤氣的濃度，并自動或人為的對煤氣閥門做出處理。對于這些要求，AT89C20512單片機(jī)已然完全可以勝任，并能夠達(dá)到并實(shí)現(xiàn)智能化小區(qū)的理念。綜合以上兩種方案及本設(shè)計(jì)的要求，本設(shè)計(jì)選擇了方案1基于AT89C2051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)煤氣報(bào)警器的方案。這樣既是對單片機(jī)的充分利用，同時在成本上大大降低，真正的實(shí)現(xiàn)了人民群眾所希望的物美價廉的要求。在此報(bào)警系統(tǒng)中，利用可燃?xì)怏w傳感器檢測某一環(huán)境中可燃?xì)怏w含量的指標(biāo)，對于可燃?xì)怏w的檢測，由于可燃?xì)怏w傳感器輸

20、出量為模擬量，需要將其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后送給單片機(jī)，當(dāng)其含量超過設(shè)定值時，由主控芯片AT89C2051模塊控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。2.2 8051單片機(jī)的選擇與應(yīng)用2.2.1 AT89C2051單片機(jī)的介紹AT89C2051是美國ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含2k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM ）和128bytes 的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器（RAM ），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash 存儲單元，AT89C2051單片機(jī)在電子類產(chǎn)品中有廣泛的應(yīng)用。AT89C20

21、51是一帶有2K 字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器（EEPROM ）的低電壓，高性能8位CMOS 微處理器。它采用ATMEL 的高密非易失存儲技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的CPLI 和閃速存儲器，ATMEL 的AT89C2051是一強(qiáng)勁的微型處理器，它對許多嵌入式控制應(yīng)用提供一定高度靈活和成本低的解決辦法。 AT89C2051提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2K 字節(jié)閃速存儲器，128字節(jié)RAM ，15根I/O口，兩個16位定時器，一個五向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行口，一個精密模擬比較器以及兩種可選 的軟件節(jié)電工作方式?？臻e方停止CPU 工作但允許RAM

22、、定時器/計(jì)數(shù)器、串行工作口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM 內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁止有其它部件的工作到下一個硬件復(fù)位。另外，AT89c2051設(shè)計(jì)有2個程序保密位，保密位1被編程之后，程序存儲器不能再被編程除非做一次擦除，保密位2被編程之后，程序不能被讀出?？梢試?yán)格保護(hù)程序開發(fā)者的利益。2.2.2 選擇AT89C2051的優(yōu)點(diǎn)在眾多51系列單片機(jī)中，幾乎每一款單片機(jī)都可以勝任此項(xiàng)設(shè)計(jì)，但此處選擇AT89c2051有其充分的理由。首先，從管腳數(shù)目上來說，AT89c2051是一般單片機(jī)引腳數(shù)目的1/2，但功能與其他單片機(jī)相同，在此設(shè)計(jì)中已完全夠用，并且這樣還減小了單片機(jī)的體積，方便封裝。

23、再有，從軟硬件的開發(fā)上來看，由于89C2051內(nèi)部程序存貯器為Flash ，所以修改它內(nèi)部的程序十分方便快捷，只要配備一個可以編程89C2051的編程器即可。調(diào)試人員可以采用程序編輯-編譯-固化-插到電路板中試驗(yàn)這樣反復(fù)循環(huán)的方法，對于熟練的MCS-51程序員來說，這種調(diào)試方法很是方便。2.3煤氣傳感器的選擇對于煤氣報(bào)警器的實(shí)現(xiàn)，感應(yīng)器的選擇也相當(dāng)?shù)闹匾?，是系統(tǒng)重要的組成部分之一，其性能對于系統(tǒng)的精確度和實(shí)現(xiàn)范圍有這相當(dāng)大的影響，也是體現(xiàn)煤氣監(jiān)控發(fā)展現(xiàn)狀的標(biāo)志。市面上的煤氣感應(yīng)器多種多樣，特性價格也各有不同。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用和成本性價比，本設(shè)計(jì)傳感器選擇了MQ-5電阻式半導(dǎo)體傳感器，其詳情如下：特

24、點(diǎn)：1、對液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度2、對乙醇，煙霧幾乎不響應(yīng)3、快速的響應(yīng)恢復(fù)特性4、長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性5、簡單的測試電路應(yīng)用：適用于家庭或工業(yè)上對液化氣，天然氣，煤氣的監(jiān)測裝置。優(yōu)良的抗乙醇，煙霧干擾能力。MQ-5氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖1 所示(結(jié)構(gòu)A 或 B,由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層, 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只針狀管腳，其中個用于信號取出，個用于提供加熱電流。它的測試電路簡單，如2所示。 圖1 MQ-5結(jié)構(gòu)和外形 圖2 MQ5測試電路原理：MQ-5傳感器對

25、在不同的氣體濃度時會有不同的電阻值，根據(jù)這個性質(zhì)我們就能夠通過它來檢測室內(nèi)煤氣的濃度。它的靈敏度曲線如圖3所示。 圖3 靈敏度曲線2.4 A/D轉(zhuǎn)換器選擇本文A/D轉(zhuǎn)換器選擇了ADC0832，該芯片是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D 轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎。ADC0832具有以下特點(diǎn)： 8位分辨率； 雙通道A/D轉(zhuǎn)換； 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容； 5V電源供電時輸入電壓在05V之間； 工作頻率為250KHZ ，轉(zhuǎn)換時間為32S ； 一般功耗僅為15mW ； 8P、14P DIP （雙列直插）、PICC 多種封裝；

26、商用級芯片溫寬為0C to +70C，工業(yè)級芯片溫寬為40C to +85C；ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級，可以適應(yīng) 一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32S ，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)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。單片機(jī)對ADC0832的控制原理：正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS 、CLK 、DO 、DI 。但由于DO 端與DI

27、端在通信時并未同時有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時可以將DO 和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。（見圖4）當(dāng)ADC0832未工作時其CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換時，須先將CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1個時鐘脈沖的下沉之前DI 端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI 端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能項(xiàng)見表1。 圖4 AD轉(zhuǎn)換電路 表1 通道選

28、擇模式如表1所示，當(dāng)此2位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時，只對CH0進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時，只對CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。此設(shè)計(jì)中我們使ch0作為IN+，ch1作為IN-。到第3個脈沖的下沉之后DI 端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO 進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個脈沖下沉開始由DO 端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個脈沖下沉DO 端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個脈沖

29、時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個字節(jié)的下沉輸出DATD0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS 置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。3基于AT89C2051系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件總電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作原理是利用煤氣傳感器將煤氣濃度變換為V 級模擬電流信號，經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號送到A/D轉(zhuǎn)換器，變換成數(shù)字量送主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。輸出信號到顯示器，并通過LED 燈的亮滅即可顯示出“優(yōu)、良、中、差”等4個等級的空氣質(zhì)量提示。當(dāng)感應(yīng)信號達(dá)到設(shè)定的任意一

30、個危險(xiǎn)區(qū)域值時，主控芯片將輸出信號驅(qū)動報(bào)警，控制顯示器顯示出相應(yīng)空氣質(zhì)量等級即為“差”，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲響，報(bào)警LED 發(fā)光，以讓監(jiān)控人員進(jìn)行處理，以排除故障。故障排除后，報(bào)警完畢自動回到警戒狀態(tài)，等待下一次報(bào)警。 圖5 系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)。所謂模塊化設(shè)計(jì)，簡單就是程序的編寫不是開始就逐條錄入計(jì)算機(jī)語句和指令，而是首先用主程序、子程序、子過程等框架把軟件的主要結(jié)構(gòu)和流程描述出來，并定義和調(diào)試好各個框架之間的輸入、輸出鏈接關(guān)系。用戶端自動報(bào)警器內(nèi)提供備用電源，在沒有市電的情況下，交直流供電自動切換，確保系統(tǒng)在停電時能繼續(xù)工作。3.2系統(tǒng)硬件電路系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì)主要包括了AT89

31、c2051模塊電路設(shè)計(jì)、煤氣傳感器電路設(shè)計(jì)、A/D轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)以及通信接口電路設(shè)計(jì)。使用AT89C2051為系統(tǒng)核心，利用MQ-5電阻式半導(dǎo)體傳感器采集煤氣信息的家用煤氣報(bào)警器。將MQ-5采集的煤氣濃度模擬量送入到ADC0832中，通過與設(shè)定值比較并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到煤氣偏差量的數(shù)字值，將此值送入到單片機(jī)中進(jìn)行處理分析，判斷是否報(bào)警并通過二極管的亮滅情況得出煤氣濃度的高低或直接從顯示器中讀出煤氣的濃度值，從而實(shí)現(xiàn)對家用煤氣漏氣的監(jiān)控。 串口通信主要利用AT89C2051模塊端口P3.0和P3.1作為串口通信端口，分別定義為RXD 和TXD 。 蜂鳴器則有MSP430模塊P1.7輸出端口實(shí)現(xiàn)控

32、制。 系統(tǒng)總體硬件原理圖如圖6所示。 圖6系統(tǒng)總體硬件原理圖 3.3通信端口電路 RS-232C 是目前最常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，用來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通信。 在PC 機(jī)系統(tǒng)中都裝有異步通信適配器，利用它可以實(shí)現(xiàn)異步串行通信。而且51單片機(jī)本身具有一個全雙工的串行接口，因此只要配以電平轉(zhuǎn)換的驅(qū)動電路、隔離電路就可以組成一個簡單可行的通信接口。 由于MCS-51單片機(jī)的輸入和輸出電平為TTL 電平，而PC 機(jī)配置的是RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)串行接口，二者電氣規(guī)范不一致，因此要完成PC 機(jī)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。我們采用了專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換。我們采用了三

33、線制連接串口，也就是說和計(jì)算機(jī)的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的GND 、第2腳的RXD 、第3腳的TXD 。電路如下圖所示，MAX232的第10腳和AT89C2051單片機(jī)的3腳連接，第9腳和單片機(jī)的2腳連接，第15腳和地連接。其典型電路連接如圖7所示。 圖7 MAX232典型電路連接3.4電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)中各個芯片主要使用5V 電源，因此本電路中電源模塊使用LM7805進(jìn)行穩(wěn)壓。LM7805是三端正電源穩(wěn)壓電路，他的封裝形式為TO-220，它輸出固定的5V 電壓，并且由于其內(nèi)部電流的限制，以及過熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使得它基本上不會損壞，如果提供足夠的散熱片，他還可以輸出大于1

34、.5A 的電流。雖然它是按照固定的電壓值設(shè)計(jì)的，但只要接入相應(yīng)的外部電路，就可以得到任意的電壓值和電流值。同時，在開關(guān)電路中加入了RC 電路，已達(dá)到開關(guān)延時的效果，通過計(jì)算可得到精確地R 值和C 值（即電阻值和電容值）。電源轉(zhuǎn)換電路如圖8所示。 圖8電源轉(zhuǎn)換電路3.5本章小結(jié)本章針對基于AT89C2051單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案，給出了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的總體硬件電路設(shè)計(jì)。并分別對氣體傳感器電路、A/D轉(zhuǎn)換器電路、開關(guān)延時電路以及通信接口電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。4系統(tǒng)電路調(diào)試在進(jìn)行硬件電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試時，首先檢測電路板各個主要模塊之間的連通 性，即保證硬件電路焊接及連接無誤，是否有短路、虛焊現(xiàn)象發(fā)生；對系統(tǒng)各硬

35、件電路進(jìn)行檢測，保證各模塊可以正常工作，同時保證各主要硬件電路可以由主控芯片AT89C2051進(jìn)行控制；對系統(tǒng)主控芯片AT89C2051模塊的通信進(jìn)行測試；結(jié)合系統(tǒng)軟件測試，利用硬件平臺進(jìn)行功能性檢測，最終驗(yàn)證系統(tǒng)軟硬件綜合功能的實(shí)現(xiàn)。4.1模塊的連通性調(diào)試該部分電路的測試主要完成各個主要模塊之間連通性測試，包括了煤氣傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器之間的連接、A/D轉(zhuǎn)換器和AT89C2051模塊之間的連接、LED 顯示電路與AT89c2051單片機(jī)之間的連接、晶振以及蜂鳴器與AT89C2051單片機(jī)之間的連接等。按照逐級檢查的方式，對各個連接電路部分進(jìn)行仔細(xì)測試檢查，保證整體系統(tǒng)的連通性正確。連通性調(diào)試期間，各模塊均以LED 代替，外接一個發(fā)光二級管，控制每個端口的連接，直到各個接口燈亮，連通性調(diào)試結(jié)束。4.2系統(tǒng)各硬件的檢測及控制性系統(tǒng)各硬件的檢測及控制性主要包括了各主要模塊的功能性驗(yàn)證，即煤氣傳感器檢測電路、LED 顯示、報(bào)警等電路各自可以正常工作。同時為了保證各硬件控制性，利用主控芯片AT89C2051模塊完成對各部分硬件電路控制性的測試，保證硬件電路各個環(huán)節(jié)工作正常且均可以由AT89c2051模塊實(shí)現(xiàn)控制。1）A/D轉(zhuǎn)換電路的調(diào)試A/D轉(zhuǎn)換電路的主要工作是對采集到的模擬輸入信號進(jìn)行正確的采樣和轉(zhuǎn)換，所得到的數(shù)字信號量應(yīng)該與原模擬信號量一致。在試驗(yàn)中采用編組器產(chǎn)生模擬