可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 測(cè)中具有重要作用。高分子氣體傳感器具有對(duì)特定氣體分子靈敏度高 ,選擇性好 ,且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,能在常溫下使用 ,可以彌補(bǔ)其它氣體傳感器的不足。 5 電化學(xué)傳感器 這類傳感器由膜電極和電解液灌封而成。氣體濃度信號(hào)將電解液分解成陰陽(yáng)帶電離子 ,通過(guò)電極將信號(hào)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(cè) ,但壽命較短大于等于兩年。它主要適用于毒性氣體的檢測(cè)。目前國(guó)際上絕大部分毒氣檢測(cè)采用該類型傳感器。 MQ2 傳感器簡(jiǎn)介 MQ2 傳感器概述 MQ2 是鄭州煒盛電子科技有限公司生產(chǎn)的可燃?xì)怏w傳感器 ,對(duì)一氧化碳、甲烷 ,液化石油氣具有很高的靈敏度和良好的選擇性。具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 ,驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單 ,較大的電信號(hào)輸出。應(yīng)用于家庭和生產(chǎn)環(huán)境下的一氧化碳探測(cè)裝置 ,適宜于一氧化碳、煤氣 ,液化石油氣等的探測(cè)。 MQ2 傳感器詳細(xì)說(shuō)明 MQ2 型氣敏元件的敏感層是用非常穩(wěn)定的二氧化錫制成的。因此 ,它具有優(yōu)秀的長(zhǎng)期穩(wěn)定性 ,在正常使用條件下 ,其使用壽命可達(dá) 5 年。 圖 21 給出了 MQ2 元件對(duì)不同氣體的靈敏度特性。溫度為 20 攝氏度 ,濕度為 65%,氧氣濃度為 21%,RLl0k,Ro為 1000ppmLPG(液化石油氣 )中氣敏元件電阻 ,Rs 為不同氣體不同濃度下氣敏元件電阻。 圖 21 MQ2 靈敏度特性曲線 MQ2 工作原理 : 傳感器的表面電阻 Rs 是通過(guò)與其串聯(lián)的負(fù)載電阻 RL 上的有效電壓信號(hào)VRL 輸出而獲得的。二者之間的關(guān)系為 : 公式 (31) 圖 22 為負(fù)載測(cè)試曲線圖 ,是利用測(cè)試回路測(cè)得在傳感器由潔凈空氣轉(zhuǎn)移至一氧化碳或甲烷氣氛中時(shí) ,RL 上的信號(hào)輸 出變化情況 ,輸出信號(hào)的測(cè)定是在一個(gè)完整的加熱周期或在兩個(gè)完整的加熱周期內(nèi)測(cè)得。 圖 22 負(fù)載測(cè)試曲線圖 第 3 章 可燃性氣體報(bào)警控制器的硬件設(shè)計(jì) 可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì) 在可燃性氣體報(bào)警控制器的設(shè)計(jì)中 ,單片機(jī)是儀表的核心部件。它一方面接收傳感器檢測(cè)到的可燃性氣體濃度所對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào) ,另一方面要對(duì)這一信號(hào)進(jìn)行處理 ,控制報(bào)警、控制電路進(jìn)行相應(yīng)操作 ,與此同時(shí)判斷是否收到外部中斷請(qǐng)求。在單片機(jī)所實(shí)現(xiàn)的這些功能中 ,特別是信號(hào)處理部分 ,需要單片機(jī)有較快的運(yùn)行速度 ,才能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)氣體濃度做出快速、準(zhǔn)確 的檢測(cè) ,進(jìn)行相應(yīng)的處理。同時(shí)考慮選擇低價(jià)實(shí)用的機(jī)型 ,并為制同一系列的低功耗產(chǎn)品做準(zhǔn)備。根據(jù)多方面的比較 ,本設(shè)計(jì)選用生產(chǎn)的 STC89C52 系列單片機(jī)作為報(bào)警器的核心控制器。 首先 ,可燃性氣體濃度信號(hào)通過(guò) MQ2 氣體傳感器將可燃性氣體濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào) ,經(jīng)過(guò)前置放大電路后 ,經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換 ,輸出一個(gè)適合單片機(jī)接收的電壓信號(hào) ,然后 ,送入 STC89C52 中 ,線性化數(shù)據(jù)處理后 ,將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制濃度值。最后 ,將濃度值送入 LED 數(shù)碼管顯示。當(dāng)檢測(cè)到的可燃性氣體濃度超出上限報(bào)警設(shè)定值時(shí) ,報(bào)警器發(fā)出聲音 報(bào)警 ,同時(shí)繼電器啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)排氣裝置 ,實(shí)現(xiàn)排氣系統(tǒng)的自動(dòng)控制。 可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器的結(jié)構(gòu) 可燃性氣體報(bào)警控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 31 所示 ,系統(tǒng)以 STC89C52 單片機(jī)為核心 ,配合外圍電路共同完成信號(hào)采集、濃度顯示、聲音報(bào)警、自動(dòng)控制等功能。 通過(guò)預(yù)設(shè)氣體濃度 ,MQ2 傳感器進(jìn)行檢測(cè)氣體濃度 ,假如超過(guò)預(yù)設(shè)氣體濃度時(shí) ,將發(fā)出聲音報(bào)警 ,并自動(dòng)啟動(dòng)排氣裝置。 圖 31 可燃性氣體報(bào)警控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu) STC89C52 系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位 微控制器 ,具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造 ,與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程 ,亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上 ,擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash,使得 STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案 [2]。 STC89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能 :8k 字節(jié) Flash,256 字節(jié) RAM,32 位 I/O 口線 ,看門狗定時(shí)器 ,2 個(gè)數(shù)據(jù)指針 ,三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ,一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu) ,全雙工串行 口 ,片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外 ,STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作 ,支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下 ,CPU 停止工作 ,允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下 ,RAM 內(nèi)容被保存 ,振蕩器被凍結(jié) ,單片機(jī)一切工作停止 ,直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。其引腳電路如圖 32 所示 ,STC89C52 主要性能有以下幾點(diǎn) : 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作 :0Hz~33Hz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 32 個(gè)可編程 I/O 口線 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 八個(gè)中斷源全雙工 UART 串行通道 低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒 看門狗定時(shí)器 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識(shí)符 圖 32 STC89C52 引腳圖 可燃性氣體報(bào)警控制器的電路設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換電路 ADC0809 芯片為 28 引腳為雙列直插式封裝 ,其引腳排列見(jiàn)圖 。 對(duì) ADC0809 主要信號(hào)引腳的功能說(shuō)明如下 : IN7~IN0??模擬量輸入通道 ALE??地址鎖存允許信號(hào)。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??轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。 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. 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(tài)與通道對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表 91。 CLK??時(shí)鐘信號(hào)。 ADC0809 的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路 ,所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供 ,因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為 500KHz 的時(shí)鐘信號(hào) EOC??轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。 EOC0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換 。EOC1,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。 D7~D0??數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式 ,可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。 D0 為最低位 ,D7 為最高 OE??輸出允許信號(hào)。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)。 OE0,輸出數(shù)據(jù)線呈高阻 。OE1,輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 Vcc?? +5V 電源。 Vref??參考電源參考電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較 ,作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值 為 +5VVref++5V, Vref5V. 圖 35 A/D 轉(zhuǎn)換電路 VIN1 采集傳感器輸出的信號(hào)電壓信號(hào) ,當(dāng)采集的電壓超過(guò) 時(shí) ,即表示濃度超過(guò)約 45%時(shí) ,系統(tǒng)將發(fā)生報(bào)警。 STC89C52 單片機(jī)接口電路 STC89C52 采用 PQFP 貼片式的封裝形式 ,有 40 個(gè)管腳。根據(jù)單片機(jī)制作的原理以及報(bào)警器實(shí)現(xiàn)的功能 ,其接口電路主要分為五個(gè)部分。 STC89C52 單片機(jī)接口電路如圖 33 所示。 圖 36 STC89C52 單片機(jī)接口電路 1 復(fù)位模塊 復(fù)位操作可以使單片機(jī)初始化 ,也可以使死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動(dòng) ,因此非常重要。為可靠起見(jiàn) ,電源上電穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí) ,才能撤銷復(fù)位信號(hào) ,以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分一合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。在本設(shè)計(jì)中 ,采用的是阻容 RC 上電復(fù)位電路 ,通過(guò)電容加到 RST 端上一個(gè)高電平復(fù)位信號(hào) ,高電平持續(xù)時(shí)間取決于 RC 電路參數(shù)。為了保證系統(tǒng)能可靠地復(fù)位 ,RST 端上高電平信號(hào)必須有足夠長(zhǎng)的時(shí)間。 2 系統(tǒng)時(shí)鐘模塊 時(shí)鐘電路產(chǎn)生單片機(jī)的工作時(shí)序脈沖 ,是單片機(jī)正常工作的關(guān)鍵。本次設(shè)計(jì)中采用外部獨(dú)立時(shí)鐘震蕩器所產(chǎn)生的時(shí) 鐘信號(hào)。在 STC89C52 的 18 腳 XTAL1和 19 腳 XTAL2 外接 12M 的晶體 ,同時(shí)并連 2 個(gè) 22pF 的電容 ,產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘。 3 顯示模塊 由 STC89C52 的 32~39 腳以及 21~26 腳構(gòu)成濃度顯示輸出信號(hào)。本次設(shè)計(jì)中采用的是動(dòng)態(tài)顯示的方法進(jìn)行濃度顯示。 4 聲音報(bào)警模塊 由 STC89C5242 的 11 腳 TXD 實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警控制。當(dāng)可燃性氣體濃度超過(guò)限定值時(shí) ,揚(yáng)聲器發(fā)出鳴叫報(bào)警 ,同時(shí)啟動(dòng) 54 繼電器。 聲音報(bào)警電路當(dāng)可燃性氣體濃度超過(guò)限定值時(shí) ,揚(yáng)聲器發(fā)出鳴叫報(bào)警。圖 37 聲音報(bào)警控制電路 聲音報(bào)警電路如圖 37