可燃性氣體探測警報控制器設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 和XTAL2兩端跨接晶體振蕩器（簡稱晶振），就構成了穩定的自激振蕩器，發出的脈沖直接送入內部時鐘電路。外接晶振時，Cl和C2的值通常選擇為30pF左右；Cl、C2對頻率有微調作用，～12MHz之間選擇。為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩定、可靠地工作，振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機引腳XTALl和XTAL2靠近。 圖33 80C51時鐘電路接線方法b 外部時鐘方式此方式是利用外部振蕩脈沖接入XTALl或XTAL2。HMOS和CHMOS單片機外時鐘信號接入方式不同。 80C51單片機的復位 在整個聲光報警系統中，要進行實驗，必須對整個系統先復位。復位是單片機的初始化操作。單片機系統在上電啟動運行時，都需要先復位。其作用是使CPU和系統中其他部件都處于一個確定的初始狀態，并從這個狀態開始工作，因而，復位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部復位電路才能實現。復位電路設計單片機的外部復位電路有上電復位和上電和按鍵均有效的復位兩種。我們在設計單片機復位時，選用上電復位。上電復位上電復位利用電容器的充電實現，圖34是80C51單片機的上電+按鍵復位電路。上電要求接通電源后，單片機實現自動復位操作。上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。RST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進行復位操作。該電路典型的電阻值和我電容參數為：晶振為12MHZ，電容值為10uF。 圖34上電+按鍵復位電路復位狀態： 初始復位不改變RAM（包括工作寄存器R0～R7）的狀態，復位后80C51片內各特殊功能寄存器的狀態如表所示，表中“x”為不定數。 寄存器復位狀態寄存器復位狀態PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HBSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL000HP0～P3FFHSCON00HIPxx000000BSBUFxxxxxxxxBIE0x000000BPCON0xxx0000B 復位時，ALE和成輸入狀態，即ALE== 1，片內RAM不受復位影響。復位后，P0～P3口輸出高電平且使這些雙向口皆處于輸入狀態，并將07H寫入堆棧指針SP，同時將PC和其余專用寄存器清0。此時，單片機從起始地址0000H開始重新執行程序。所以，單片機運行出錯或進入死循環時，可使其復位后重新運行。 可燃性氣體報警控制器的電路設計 A/D轉換電路ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝。對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下：IN7～IN0——模擬量輸入通道ALE——地址鎖存允許信號。對應ALE上跳沿，A、B、C地址狀態送入地址鎖存器中。START——轉換啟動信號。START上升沿時，復位ADC0809；START下降沿時啟動芯片，開始進行A/D轉換；在A/D轉換期間，START應保持 低電平。本信號有時簡寫為ST.A、B、C——地址線。 通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態與通道對應關系見表91。CLK——時鐘信號。ADC0809的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號EOC——轉換結束信號。EOC=0,正在進行轉換；EOC=1,轉換結束。使用中該狀態信號即可作為查詢的狀態標志，又可作為中斷請求信號使用。D7～D0——數據輸出線。為三態緩沖輸出形式，可以和單片機的數據線直接相連。D0為最低位，D7為最高 OE——輸出允許信號。用于控制三態輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。OE=0，輸出數據線呈高阻；OE=1，輸出轉換得到的數據。Vcc—— +5V電源。 Vref——參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V). 圖35 A/D轉換電路VIN1采集傳感器輸出的信號電壓信號，即表示濃度超過約45%時，系統將發生報警。 AT89C51單片機接口電路AT89C51采用封裝形式，有40個管腳。根據單片機制作的原理以及報警器實現的功能，其接口電路主要分為五個部分。AT89C5單片機接口電路如圖36所示。 圖36 STC89C52單片機接口電路(1) 復位模塊復位操作可以使單片機初始化，也可以使死機狀態下的單片機重新啟動，因此非常重要。為可靠起見，電源上電穩定后還要經一定的延時，才能撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分一合過程中引起的抖動而影響復位。在本設計中，采用的是阻容RC上電復位電路，通過電容加到RST端上一個高電平復位信號，高電平持續時間取決于RC電路參數。為了保證系統能可靠地復位，RST端上高電平信號必須有足夠長的時間。(2) 系統時鐘模塊時鐘電路產生單片機的工作時序脈沖，是單片機正常工作的關鍵。本次設計中采用外部獨立時鐘震蕩器所產生的時鐘信號。在AT89C51的引腳XTAL1和引腳XTAL2外接12MHZ的晶體，同時并連2個22pF的電容，產生系統時鐘。(3) 顯示模塊由AT89C51的相應腳構成濃度顯示輸出信號。本次設計中采用的是動態顯示的方法進行濃度顯示。(4) 聲音報警模塊由STC89C5242的11腳(TXD)實現聲音報警控制。當可燃性氣體濃度超過限定值時，揚聲器發出鳴叫報警，同時啟動54繼電器。 聲音報警電路 當可燃性氣體濃度超過限定值時，揚聲器發出鳴叫報警。 圖37報警電路 報警電路是由555定時器組成的多諧振蕩器進行控制的，多諧振蕩器是一種在接通電源后，就能產生一定頻率和一定幅值矩形波的自激振蕩器，常作為脈沖信號源，由于555定時器內部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，用555定時器組成的多諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響較小。555定時器輸出一定頻率的矩形波，通過一個與非門，RC濾波電路控制報警器的正常工作。當可燃氣體的濃度超標時，報警器報警并且黃燈閃爍，提示存在危險，以便及時采取措施。 顯示電路 此顯示電路采共陽極數碼管，通過74F164移位寄存器控制數碼管的顯示，電阻起保護作用，顯示可燃氣體的當前濃度值，顯示電路也可以通過與74LS138譯碼器的連接來控制數碼管的顯示，74LS138譯碼器控制的顯示電路沒有考慮到進位，顯示主要通過編程來控制，而74F164移位寄存器在顯示的過程中，考慮到進位，能夠準確的顯示當前可燃氣體的濃度，程序編程控制也比較簡單，與數碼管連接也可以采用CD4511譯碼器，此連接與74LS138實現的功能差不多，因此，本設計選用移位寄存器控制數碼管的顯示，數碼管與移位寄存器的連接電路如圖38所示： 圖38顯示電路 數碼管由7個發光二極管組成,行成一個日字形,它門可以共陰極,其工作原理見圖39要使數碼管顯示0—9這10個數字，只要控制其相應的管腳所接發光二極管點亮便可完成。若要使數碼管顯示一個“3”字，只需控制其“a、b、c、d、g”這幾個發光管點亮即可。由于數碼管內是沒有限流電阻的，在實際應用時，必須對每一段發光管回路中串一限流電阻，否則極容易損壞數碼管。本設計中數碼管用于顯示當前的外界氣體濃度，看起來比較明顯，當數碼管上顯示的氣體的濃度超過50%時，報警電路工作，提醒人們采取相應的措施，防止不安全事故的發生。圖39 數碼管結構圖燈光報警電路如圖47所示，燈光報警電路由電阻、LED2（黃色、綠色）組成，電阻起限流的作用。當可燃氣體濃度小于濃度設定值時，綠燈閃爍，表示電路正常工作；當檢測可燃氣體濃度大于濃度設定值時，單片機對應引腳為低電平，進行相應的燈光報警。 圖310燈光報警控制電路 黃燈閃爍時表示當前處于初始化狀態，報警器初始化完成后。綠燈不停的進行閃爍表示當前工作正常。 電源電路由電源變壓器、橋式整流電路、濾波器、穩壓電路等四個部分組成。具體電路如圖所示圖311電源電路 本系統所需的是5V的直流電，因此要利用變壓器將220V的市電先降至合適的交流電壓（本電路需先降至15V交流電壓），然后再將變壓器次級輸出電壓去整流、濾波和穩壓，最后得到所需要的直流電壓幅值。 橋式整流電路將正負交替的正弦交流電壓整流成為單向脈動電壓。 濾波電路由電容元件組成。它的作用是盡可能地將單向脈動電壓中交流成分濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。 穩壓電路的作用是采取某些措施，使輸出的直流電壓在電網電壓或負載電流發生變化時保持穩定。電源穩壓常采用三端集成穩壓器，本設計可以采用三端集成穩壓器W7805，它具有體積小、可靠性高以及溫度特性好等優點，而且使用靈活、價格低廉，只有三個引出端子，分別接輸入端、輸出端和公共端，基本上不需外接元件，而且內部有限流保護、過熱保護和過壓保護電路，使用方便、安全。 W7805電路內部實際上包括了串聯型直流穩壓電路的各個組成部分，另外加上保護電路和啟動電路。 圖所示的電路對于++5V供電的風扇產品很有用。當可燃氣體的濃度值低于上限值時，、使R1和R2拉高P溝道FET Q1和Q2的柵極，將它們關閉。當可燃氣體的濃度超過極限值1時，打開Q1并通過肖特基二極管D2向風扇施加大約3V的電壓。，Q2打開并向風扇施加5V的電壓。，利用二極管的單向導電性。圖312風扇電路 檢測數據從IN0口輸入，轉換完畢送給單片機供單片機進行數據處理。傳感器與模數轉換器ADC0809的連接如圖所示：圖313傳感器與ADC0809連接電路圖此設計時以MQ2型半導體電阻式煙霧傳感器為核心設霧報器。氣體檢測報警器是能夠檢測環境中的煙霧濃度，并具有報警功能的儀器，儀器的最基本組成部分應包括：煙霧信號采集電路、模數轉換電路、單片機控制電路。半導體煙霧傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器以及用單晶半導體器件制作的煙霧傳感器，它具有靈敏度高， 響應快、體積小、結構簡單，使用方便、價格便宜等優點，因而得到廣泛應用。半導體煙霧傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性(抗干擾性)和穩 定性(使用壽命)。而在眾多半導體氣體傳感器中，本設計選用MQ2型煙霧傳感器，這種型號的傳感器不但具備一般半導體煙霧傳感器靈敏度 高、響應快、抗干擾能力強、壽命長等優點。 由于CLK的時鐘脈沖選用的是1000KHz，所以需要把單片機ALE產生的2MHz的脈沖進行2分頻，接到ADC0809的CLK管腳，分頻選用的是74Ls74芯片，74ls74是一個邊沿觸發器數字電路器件，每個器件中包含兩個相同的、相互獨立的邊沿觸發d觸發器電路模塊。內部管腳連接圖如圖所示：圖314分頻電路引腳連接：CLK端為原時鐘輸入端，Q為變換后的時鐘輸出端，D端和Q端聯接，端和端聯接，與ADC0809的CLOCK端相連，分頻電路如下圖314的連接方式。采用獨立式按鍵設計，如圖315所示：每一個按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態不會影響其他輸入線上的工作狀態。軟件設計采用查詢方式和外部中斷相結合的方法來設計，低電平有效。按鍵與8255的I/O線相連接，通過讀I/O，判定各I/O口的電平狀態，即可識別出按下的按鍵。對于這種鍵各程序可以采用中斷查詢的方法，功能就是：檢測是否有鍵閉合，如有鍵閉合，則去除鍵抖動，判斷鍵號并轉入相應鍵處理。其功能鍵定義如下：A：功能轉換鍵，按此鍵開始鍵盤控制。B：B加，按此鍵則濃度設定值加1。C: C減，按此鍵則濃度設定值減1圖315 鍵盤電路 74LS373功能介紹　　八 D 鎖存器(3S,鎖存允許輸入有回環特性) 373為三態輸出的八D透明鎖存器,共有 54/74S373 和 54/74LS373 兩種線路 373 的輸出端 O0~O7可直接與總線相連。 　　當三態允許控制端OE為低電平時，O0~O7為正常邏輯狀態，可用來驅動負載或總線。當OE為高電平時，O0~O7呈高阻態，即不驅動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內部的邏輯操作不受影響。 當鎖存允許端 LE 為高電平時，O 隨數據 D 而變。當 LE 為低電平時，O 被鎖存在已建立的數據電平。 圖314 74LS163引腳圖　　當 LE 端施密特觸發器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。 　　引出端符號： 　　D0～D7 數據輸入端 　　OE 三態允許控制端（低電平有效） 　　LE 鎖存允許端 O0~O7 輸出端 ： DnLEOEOnHHLHLHLLXLLQ0XXH高阻態 74LS164功能介紹及應用、器件功能作用及概述8 位串入，并出移位寄存器，74HC1674HCT164 是高速硅門 CMOS 器件，與低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。74HC1674HCT164 是 8 位邊沿觸發式移位寄存器，串行輸入數據，然后并行輸出。數據通過兩個輸入端（DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，