基于單片機的液化氣檢測報警器設計畢業論文-資料下載頁

【導讀】重于大型場所的火災報警。因此，我們就有必要研制一種結構簡單、經濟實用的家。庭液化氣報警器以適應市場的需求。基于供家庭使用的液化氣報警器應該具備的基。本要求和功能，文章設計了一種比較適合的液化氣報警器。質烴類在常溫、常壓下呈氣體狀態，在加壓和降溫的條件下，可凝成液體狀態。處理后，直接讀入單片機中，單片機對檢測的信號進行判斷。如果質量濃度超過預。如果檢測的信號濃度沒有達到預定值，綠燈亮。系統采用交流電源或電池供。該系統電路操作方便，體積小，成本低，功耗低，等特點。

　　

【正文】 把 MCLR 引腳直接（或通過電阻）連接到 VDD。這將簡化要形成一個上電復位所需的外部 RC 元件。 時鐘電路和復位電路的電路圖如圖 33所示。 24 基于單片機的液化氣檢測報警器設計 R 13470 ΩR 141K Ω+ C322u FS1手動復位C130p FC230p FY12M H z5VX1X2R E S E T 圖 33 時鐘電路和復位電路圖 液化氣傳感器模塊 本設計采用的液化氣傳感器模塊主要由 MQN5 氣體傳感器、 LM393 芯片構成。工作電壓：直流 5 伏具有以下特點： （ 1）具有信號輸出指示。 （ 2）雙路信號輸出（模擬量輸出及 TTL 電平輸出） （ 3） TTL 輸出有效信號為低電平。（當輸出低電平時信號燈亮，可直接接單片機） （ 4）模擬量輸出 0~5V 電壓，濃度越高電壓越高。 （ 5）對液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度。 （ 6）具有長期的使用壽命和可靠的穩定性 （ 7）快速的響應恢復特性 適用于家庭或工廠的氣體泄漏監測裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣等監測裝置。 由于液化氣傳感器 MQN5 不能自行人工設計，本人目前還不具備這樣的能力， 25 信息科學與技術學院學士學位論文 所以只好從實物店購買一個來，購買的 MQN5 傳感器功能穩定，性價比不錯，里面還自帶放大電路，液化氣傳感器的木塊實物圖如圖 34所示。 圖 34 液化氣 傳感器模塊實物圖 信號采集及前置放大電路 在許多檢測技術的應用場合，傳感器輸出的信號比較弱，而且其中還包括了工頻、靜電和電磁耦合等共模干擾，對這種信號的放大就需要放大電路具有很好的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗。只有傳感器輸出的信號經過前置放大電路對其進行的放大、濾波、電平調整，才能滿足單片機對輸入信號的要求。 設計中采用 LM393 作為電路的運算放大器。 LM393 是價格便宜的帶差動輸入功能的 高增益四運算放大器。 LM393 的 靜態功耗小 、 價格低廉 ，可在較寬電壓范圍內的單電源或雙電源下工作，其 電源電流很小且與電源電壓無關，四個運放一致性好；其輸入偏流電阻是溫度補償的，也不需外接頻率補償，可做到輸出電平與數字電路兼容。 IC2A 作為電壓跟隨器，通過滑動變阻器 Rp2 產生的參考電壓 Vref 接入 IC2B 的反相輸入端，從傳感器輸出的信號經過運算放大器 LM393 的同相輸入端，為保證電路引入負反饋，在 IC2B 中，輸出電壓 Vo 通過電阻 R22 接到反相輸入端，由此組成差分比例運算電路。該電路的反饋組態為電壓串聯負反饋。信號采集及前置放大電路的電路圖如果 35所示。 26 基于單片機的液化氣檢測報警器設計 圖 35 信號采集及前置放大電路圖 設計中采用的信號放大電路有以下幾個特點： （ 1）由于電路不存在“虛地”現象，所以其兩個輸入端都有較高的共模輸入電壓，這對放大電路的穩定性和運算的精度都有影響。 （ 2）電電路中 IC2A 構成了的“電壓跟隨器”可以減少電路模塊間由于阻抗引起的干擾。用來匹配阻抗用的，防止滑動變阻器輸出電壓受到影響。 （ 3）由于引入了深度電壓串聯負反饋，因此電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。高輸入阻抗就可以減少放大電路對前端電路的影響，同時低輸出阻抗也可以提高自身的抗干擾性，這顯然有利于電路中其他模塊的設計。 由于放大電路還增 加入了參考電壓，引入了零點調節功能，這樣可以更方便地調整由于不同傳感器導致的零點變化問題。它利用通過滑動變阻器 Rp2 產生的參考電壓 Vref 和傳感器的輸出電壓分別輸入到運算放大電路的兩個輸入端，由此得到的輸出電壓 Uo 與兩個輸入端之差成正比而實現差分比例電路。所以調節滑動變阻器Rp2，就可以直接改變放大電路的參考電壓值，使報警系統可以在可燃氣體的不同濃度下工作，即用氣敏傳感器實現對不同氣體濃度的測量。 A/D 轉換電路 在高精度的數字測量及輸出電路中， A/D 或 D/A 轉換器的精度都依賴于它的 27 信息科學與技術學院學士學位論文 基準參考電 壓，基準源是一類專用的芯片。選擇電壓基準源時，應當針對系統的要求，綜合考慮電壓基準源的技術指標。電壓基準源的技術指標很多，主要的指標是：初始精度、輸出電壓溫度漂移、提供電流以及吸入電流的能力、靜態電流、長期穩定性、輸出電壓溫度遲滯、噪音等。 早期的穩壓器件是齊納二極管，盡管它在電路中可以作為穩壓器件使用，但是要作為系統的基準源還是不行的，原因是它的溫漂系數過大，達到 2mV/℃ ，同時它的負載調整率也很差。通過一些補償的方法，早期的設計人員還是設計出了一些齊納式基準，比如國產的 2DW7 就是采用了雙齊納管反相串 聯的補償方法，用硅二極管的正向 2mV/℃ 的溫漂和齊納擊穿的正溫漂進行補償。還有 NSC 的 LM393，是采用了 90℃ 溫度穩定的方法來設計基準源， ADC0809 是一種逐次逼近式 8 路模擬輸入、 8 位數字量輸出的 A/D 轉換器。ADC0809 的轉換速度較快，完成一次的轉換時間為 100μs左右，可對 05V 的模擬信號進行轉換。多路開關可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用一個A/D 轉換器進行轉換，這是一種經濟的多路數據采集方法。 ADC0809 的主要引腳功能如下。 （ 1） IN0～ IN7 是 8 路模擬信號輸入端 。 D0～ D7 是 8 位數字量輸出端。 （ 2） A,B,C 分別是 ALE 控制 8 路模擬通道切換， A,B,C 分別與三根地址線或數字線相連，三者編碼對應 8 個通道地址口。 C,B,A=000～ 111 分別對應 IN0～ IN7 通道地址。 （ 3） OE,START,CLK,EOC 為控制信號端， OE為輸出允許端， START 為啟動信號端， CLOCK 為時鐘信號輸入端 , EOC 為轉換結束信號端。 （ 4） Vref(+)和 Vref()為參考電壓輸入端。 ADC0809 雖然有 8 路模擬通道可以同時輸入 8 路模擬信號，但每個瞬間只能轉換一路，各路之間的 切換由軟件變換通道地址實現。地址鎖存與譯碼電路完成對 A、B、 C 3 個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉換結果通過三態輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統數據總線相連。 ADC0809 引腳圖和內部邏輯結構圖如圖 36 所示。 28 基于單片機的液化氣檢測報警器設計 圖 36 ADC0809 引腳圖和內部邏輯結構圖 A/D 轉換后得到的數據應及時傳送給單片機進行處理。數據傳送的關鍵問題是如何確認 A/D 轉換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。設計中采用中斷方式進行數據傳送。 擴展中地址鎖存器使用 74LS373。 74LS373 是八 D 鎖存器，常應用在地址鎖存及輸出口的擴展中。 其主要特點在于：控制端 G 為高電平時，輸出 Q0～ Q7 跟隨輸入信號 D0～ D7 的狀態 。G 下跳沿時， D0～ D7 的狀態被鎖存在 Q0～ Q7 上。由于ADC0809 片內無時鐘，可利用 AT89C51 提供的地址鎖存允許信號 ALE 經 D 觸發器二分頻后獲得， ALE 腳的頻率是 AT89C51 單片機的時鐘頻率的 1/6。由于單片機頻率采用 6MHz,則 ALE 腳的輸出頻率為 1MHz，在經二分頻后為 500kHz，恰好符合ADC0809 對時鐘頻率的要求。由于 ADC0809 具有輸出三態鎖存器，因 此其 8 位數據輸出引腳可直接與數據總線相連。 在單片機擴展連接 ADC0809 電路中，地址譯碼引腳 A、 B、 C 分別與地址總線的低三位 A0,A1,A2 相連，以選通 IN0～ IN7 中的一路。將 （ 地址總線 A15）作為片選信號，在啟動 A/D 轉換時，由單片機的寫信號和 控制 ADC 的地址鎖存和轉換啟動，由于 ALE 和 START 連在一起，因此 ADC0809 在鎖存通道地址的同時，啟動轉換。在讀取轉換結果時，用低電平的讀信號和 腳經一級或非門后，產生的 29 信息科學與技術學院學士學位論文 正脈沖作為 OE信號，用以打開三態輸出鎖存器。轉換結束信號 EOC 經 反向后送到單片機的 /INT0 引腳，單片機讀取 A/D 轉換結果并將結果送 P1 端口顯示。 ADC0809 與單片機的接口電路圖如圖 37所示。 P 0 0P 0 1P 0 2P 0 4P 0 3P 0 5P 0 6P 0 7D22 1 M S B21A DD B24A DD A25A DD C23V RE F ( + )12V RE F ( )16I N31I N42I N53I N64I N75S T A RT62 58E O C7O UT P UT E NA B L E9CLO C K10V C C112 220G ND132 7142 6152 8 L S B172 4182 319I N228I N127I N026A L E22U4A DC 0 8 0 9液化氣報警器模塊 圖 37 ADC0809 與單片機的接口電路圖 聲音報警及消音鍵電路 電路通過三極管基極串連一個電阻與單片機 端口連接從而達到控制蜂鳴器是否報警。報警裝置采用 電磁式無源蜂鳴器 HC12075B 其參數特點如下： 額定電壓： 額定電流： =10mA～ =70Ma 聲壓電平： =75～ =85 諧振頻率： 2048Hz 線圈電阻： 177。1Ω～ 60177。2Ω 重 量 ： 30 基于單片機的液化氣檢測報警器設計 系統設有一個消音按鍵，當報警器發出鳴叫時，用戶到達現場，可按下消音按鍵停止報警器鳴叫。若過一點時間濃度仍超出報警限，報警器會再次鳴叫提醒用戶。 聲音報警電路圖如圖 38所示。 R847K蜂鳴器C 855 0P N P5VP 圖 38 聲音報警電路圖 消音按鍵電路圖如圖 39所示。 S2消音按鍵R 1 24 7 0 Ω5VP 1 .7 圖 39 消音按鍵連接電路圖 字符顯示電路 報警器濃度等級顯示采用一個八段共陰極數碼管顯示。由于不顯示小數點，所以不接 dp 段。其參數特點如下 : 大 小 : 寸 顯示方式：靜態顯示 31 信息科學與技術學院學士學位論文 顯示顏色：紅色 顯示位數： 1 位 數碼管字符顯示電路圖如圖 310 所示。 P 1 0P 1 1P 1 2P 1 3P 1 4P 1 5P 1 6R11 0 kR74 7 0 圖 310 數碼管字符顯示電路圖 32 基于單片機的液化氣檢測報警器設計 4 系統的軟件的設計 系統主程序設計及流程圖 主程序流程圖如下圖所示。首先要給傳感器預熱，因為 MQN5 型半導體電阻式氣體傳感器在不通電存放一段時間后，再次通電時，傳感器不能立即正常采集氣體信息，需要一段時間預熱。程序初始化結束后，系統進入監控狀態。主程序設計先對傳感器預熱，預熱同時，對傳感器進行故障檢測，采用軟件方式檢測傳感器加熱絲或 電纜線是否斷線或者接觸不良。 主程序硬件電路圖如圖 41所示。 P 0 0P 0 1P 0 2P 0 3P 0 4P 0 5P 0 6P 0 7P 0 0P 0 1P 0 2P 0 4P 0 3P 0 5P 0 6P 0 7P 3 . 5P 3 . 4P 2 . 7P 3 . 4P 3 . 5P 2 . 7X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3