1 緒論

1.1 選題背景與意義

近些年來隨著我國各類能源的綜合開發(fā)與利用，家用煤氣的普及率逐年上升，但隨之而來的煤氣泄漏所引發(fā)的火災(zāi)、中毒、爆炸事故時(shí)有發(fā)生，這也在某種程度上增加了城市的不和諧和不安全因素。面對(duì)如此之多的煤氣安全事故，從根源上解決實(shí)不可行，唯有建立一種準(zhǔn)確有效的預(yù)防機(jī)制，在煤氣泄漏還未造成危害時(shí)發(fā)出預(yù)警，給人們提供時(shí)間和相關(guān)措施去避免事故的發(fā)生，由此，煤氣報(bào)警器應(yīng)運(yùn)而生。它能有效地對(duì)周圍煤氣泄漏及時(shí)預(yù)警，防止釀成煤氣事故，保障人民生命和財(cái)產(chǎn)的安全。目前，市面上的該類產(chǎn)品大多只提供報(bào)警功能，當(dāng)人們不在家時(shí)仍會(huì)造成很大隱患，考慮到此種因素，設(shè)計(jì)一種能夠在泄漏發(fā)生時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)排氣扇并關(guān)閉煤氣通道的報(bào)警裝置，能更大程度上地提供安全保障。有關(guān)資料顯示，煤氣報(bào)警器對(duì)CO事故發(fā)生避免率達(dá)到95%以上[1]。所以在此設(shè)計(jì)一種合適的家用煤氣泄露報(bào)警器切實(shí)必要。

盡管在一般條件下，煤氣是一種安全性高的燃?xì)猓�但如果其在空氣中含量達(dá)到特定濃度時(shí)，就會(huì)發(fā)生燃爆，煤氣報(bào)警器就是在發(fā)生燃爆前提醒人們盡早的發(fā)現(xiàn)隱患，解決隱患[1]。在具體報(bào)警器設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)對(duì)元器件的選擇嚴(yán)格把關(guān)，保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，才有可能投入到居民的日常使用中。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及人們對(duì)高功能產(chǎn)品的日益青睞，一種具備高度集成化、智能化的單片機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，它的發(fā)展前景是巨大的，無論在商業(yè)運(yùn)營還是工業(yè)生產(chǎn)中，單片機(jī)可謂是無處不在，他的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過世界范圍內(nèi)計(jì)算機(jī)總和，甚至要比世界人口數(shù)還多。本設(shè)計(jì)是單片機(jī)聯(lián)系實(shí)際的一個(gè)典型應(yīng)用，基于單片機(jī)的煤氣報(bào)警器是通過檢測管道泄漏的CO濃度作為條件判斷報(bào)警的[2]；若這類氣體泄漏達(dá)到爆炸極限時(shí)，可讓單片機(jī)處理發(fā)出事故聲光警報(bào)，同時(shí)起動(dòng)排氣扇或油煙機(jī)等通風(fēng)設(shè)備，以免爆炸，造成巨大傷害。

1.2 家用煤氣報(bào)警器整體方案設(shè)計(jì)與選定

為了實(shí)現(xiàn)煤氣報(bào)警器所具備的各項(xiàng)功能，首先應(yīng)制定一個(gè)充分又切合實(shí)際的設(shè)計(jì)方案，該方案要能考慮到設(shè)計(jì)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，將自動(dòng)化、智能化綜合運(yùn)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中，發(fā)揮該設(shè)計(jì)的實(shí)際意義[3]。以下是兩類比較典型的煤氣報(bào)警器設(shè)計(jì)方案：

方案1：經(jīng)由氣敏傳感器將采集的濃度模擬信號(hào)v送入比較器中，與其內(nèi)部參考電壓vr進(jìn)行比對(duì)，在兩者電壓幅值相等的附近，輸出電壓會(huì)產(chǎn)生躍變，對(duì)應(yīng)輸出1或0，由電平來控制報(bào)警電路的運(yùn)作。而比較器負(fù)端也可接電位器來調(diào)節(jié)參考電壓vr，用于報(bào)警靈敏度的調(diào)節(jié)。

優(yōu)點(diǎn)：電路簡易。

缺點(diǎn)：可擴(kuò)展性不足，實(shí)現(xiàn)的功能有限。

方案2：以單片機(jī)為控制核心，將氣敏傳感器采集的濃度模擬信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換后輸出8位數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由單片機(jī)I/O輸入并與程序預(yù)設(shè)警戒值比對(duì)，根據(jù)比對(duì)結(jié)果發(fā)出多個(gè)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)一系列的聯(lián)動(dòng)措施。例如環(huán)境濃度顯示，燈光指示，電磁閥控制等。

優(yōu)點(diǎn)：高度可靠性、可控性、智能性。

缺點(diǎn)：相比方案1電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

就當(dāng)前發(fā)展的趨勢來看，傳感器的應(yīng)用愈來愈偏向智能化，可控化。方案1中采用純模擬電路，結(jié)構(gòu)簡單，但可控性差，所采用的運(yùn)放比較器涉及到精度及穩(wěn)定性，所以對(duì)預(yù)警濃度的控制不宜用在事故報(bào)警中。方案2中以單片機(jī)作為控制核心，對(duì)送入其內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)通過編寫程序進(jìn)行分析比較，具有深度的可調(diào)性，可控性，靈活性。且穩(wěn)定性高。

1.3 總體設(shè)計(jì)思路

1.3.1煤氣報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)方案2的設(shè)計(jì)思路，首先明確該報(bào)警器由三部分組成：濃度檢測電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)、報(bào)警電路。分析后擬定的該煤氣報(bào)警器的工作結(jié)構(gòu)如圖1-1：

其中以單片機(jī)為核心，濃度檢測為輸入，報(bào)警電路為輸出，只有三部分協(xié)同工作才能組成完整的煤氣報(bào)警器系統(tǒng)。在具體的單元電路設(shè)計(jì)中，也要遵循布局合理，結(jié)構(gòu)清晰的基本要求。

1.3.2煤氣報(bào)警器設(shè)計(jì)流程

從初期制定煤氣報(bào)警器的設(shè)計(jì)方案直到最后的實(shí)物成型，一般需要經(jīng)歷四個(gè)階段：

1.硬件電路設(shè)計(jì)

在明確設(shè)計(jì)目標(biāo)后，需要運(yùn)用專業(yè)知識(shí)對(duì)家用型煤氣報(bào)警器的各項(xiàng)功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，了解每項(xiàng)功能所對(duì)應(yīng)的單元電路的組成[4]。由于現(xiàn)今計(jì)算機(jī)的大量普及，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化類別的軟件在相關(guān)行業(yè)中的應(yīng)用愈加廣泛，作為一種模擬環(huán)境下的電路設(shè)計(jì)，它發(fā)揮著十分重要的作用，本設(shè)計(jì)的第一部分也就是基于計(jì)算機(jī)下的煤氣報(bào)警器電路的模擬。

2.元器件的選擇

在模擬電路搭建過程中，考慮各單元電路所要用到的電子元器件的選擇，對(duì)所選的芯片應(yīng)掌握它各個(gè)引腳的功能，在實(shí)現(xiàn)同樣功能的條件下，應(yīng)盡量選取常用的、結(jié)構(gòu)簡單的、成本較低的元件，對(duì)于一件產(chǎn)品的接受程度一方面取決于功能，而另一方面往往取決于價(jià)格，綜合考慮以上因素，完成模擬電路的設(shè)計(jì)，

3.MCU程序編寫

要使模擬的煤氣報(bào)警器電路在計(jì)算機(jī)環(huán)境中運(yùn)行，需要設(shè)計(jì)單片機(jī)主程序來驅(qū)動(dòng)仿真電路中的MCU，單片機(jī)通過設(shè)定的程序來實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入輸出口的信息交互和控制，傳感器采集到的信息才能送入，報(bào)警控制電路才能正常運(yùn)行。將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)后進(jìn)行電路仿真模擬，通過觀察各單元電路的工作情況進(jìn)行硬件調(diào)試和程序修改。

4.實(shí)物的焊接

在確保仿真電路工作符合設(shè)計(jì)要求后，需要進(jìn)行元器件的實(shí)物收集和焊接，元件的焊接平臺(tái)選用15X9洞焊接板，它的優(yōu)點(diǎn)是布線自由度高，但是焊點(diǎn)過多過于雜亂，主要用于實(shí)驗(yàn)階段的實(shí)物設(shè)計(jì)，待實(shí)物通過各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際測試穩(wěn)定后，可考慮用軟件對(duì)設(shè)計(jì)原理圖PCB封裝后進(jìn)行自動(dòng)布線，制作特定的PCB焊接板。它的集成度高，布局清晰，安全性、穩(wěn)定性優(yōu)良，主要用于電子產(chǎn)品的量產(chǎn)化。

2 設(shè)計(jì)分析

2.1 功能要求

家用煤氣報(bào)警器從檢測到的濃度信號(hào)送入單片機(jī)控制芯片，到單片器同時(shí)發(fā)出若干條控制指令，各個(gè)單元電路協(xié)同配合，首先是氣敏傳感器通過對(duì)周圍環(huán)境中co濃度進(jìn)行實(shí)施檢測，將輸出的濃度信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換芯片完成對(duì)信號(hào)的數(shù)字化處理，再送入單片機(jī)I/O口完成數(shù)據(jù)交換和判斷，此時(shí)根據(jù)判斷結(jié)果單片機(jī)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生不同的輸出控制信號(hào)，決定煤氣報(bào)警器處于安全工作狀態(tài)還是告警情況，并將濃度信息實(shí)時(shí)顯示到LED數(shù)碼管中，當(dāng)處于一般的正常工作狀態(tài)時(shí)，電磁閥默認(rèn)由控制器信號(hào)控制繼電器來驅(qū)動(dòng)打開，使煤氣在管道內(nèi)流通，若需要手動(dòng)控制電磁閥開合，可以通過撥動(dòng)開關(guān)來控制電磁閥狀態(tài)；當(dāng)處于報(bào)警狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行聲光報(bào)警并啟動(dòng)排氣裝置，將周圍空氣中的CO排出室外，同時(shí)通過控制器讓繼電器驅(qū)動(dòng)電磁閥閉合，阻斷煤氣泄漏的根源，避免危險(xiǎn)事故的發(fā)生[5-6]。

報(bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警提示，一方面燈光提示可以讓人們更直觀的察覺到煤氣泄漏，給人們發(fā)出一種危險(xiǎn)信號(hào)，同時(shí)聲音報(bào)警傳播的空間范圍比較大，能有效地對(duì)室內(nèi)人員傳達(dá)信息，常用的蜂鳴器，集成了音樂芯片的音樂報(bào)警器等，本系統(tǒng)采用的是蜂鳴器報(bào)警。

系統(tǒng)報(bào)警功能模塊如圖2-1所示：

2.2 硬件選擇

2.2.1AT89C52單片機(jī)說明

AT89C52是51系列中常用的單片機(jī)，作為AT89C51的升級(jí)版，它的片內(nèi)集成8kb的可重復(fù)擦寫的FLASH Memory型程序存儲(chǔ)器只讀程序存儲(chǔ)器，是一種低壓、高能的CMOS型8位微處理器，壽命高于1000寫/擦循環(huán)，通稱單片機(jī)（MCU）。它具有3個(gè)十六位的可編程計(jì)數(shù)（Counter）/定時(shí)器（Timer）中斷，三十二條可編程的I/O線路，八個(gè)中斷源，并集成了片內(nèi)震蕩器及時(shí)鐘電路，與其他MCS-51相兼容[7-10]。它的常用封裝形式如圖2-2。

2.2.2氣敏傳感器

傳感器（Sensor）是一種具備檢測功能的集成器件，它能夠感知周圍所測量的信息，并能把此類信息依據(jù)特定的規(guī)則轉(zhuǎn)化為電相關(guān)信號(hào)或其它要求形式的信息量，來提供信息的傳送、處理、記載、控制、顯示等要求。所以它作為實(shí)現(xiàn)自檢功能及自控功能的重要環(huán)節(jié)。目前的傳感器按輸入量、原理、結(jié)構(gòu)不同分為數(shù)十種，各類傳感器廣泛地用于工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)運(yùn)營中[11]。

隨著科技發(fā)展的日新月異，應(yīng)用于家用設(shè)備的傳感器也開始普及。煤氣報(bào)警器就是一種利用傳感器來監(jiān)測一氧化碳有無泄漏，以預(yù)防煤氣泄漏引發(fā)的爆炸和不完全燃燒所引起的煤氣中毒，它屬于氣敏傳感器的一種。從作用機(jī)理上，氣敏型傳感器主要分為兩種：接觸點(diǎn)燃式傳感器以及半導(dǎo)體式氣體傳感器。

半導(dǎo)體氣體傳感器主要是通過把白金或鈀等貴金屬添加在SnO2等N型氧化物半導(dǎo)體上構(gòu)成的。可燃性待測氣體在它的表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)改變金屬氧化物的電導(dǎo)率，繼而感知可燃性氣體濃度變化。由于在特定的溫度范圍內(nèi)才可以發(fā)生所需的此類反應(yīng)，因此，傳感器的電阻絲需加熱[12-13]。

接觸點(diǎn)燃式傳感器是通過燃?xì)夂痛呋瘎┙佑|并發(fā)生燃燒，使敏感材料線圈的阻值產(chǎn)生變化繼而感測燃?xì)鉂舛取４祟悅鞲衅鳎�是由貴金屬催化劑的多孔隙氧化鋁貼附于白金線圈表面組成的。

本設(shè)計(jì)采用MQ-2型半導(dǎo)體氣敏傳感器， 它的探測區(qū)間廣、靈敏系數(shù)高、響應(yīng)迅速、穩(wěn)定性優(yōu)異、壽命久，適用于對(duì)液化氣、煙霧、甲烷、氫氣、酒精等的檢測。可用于對(duì)本設(shè)計(jì)中煤氣濃度的探測。

MQ-2型半導(dǎo)體氣敏傳感器的規(guī)格如下表2-1：

                    

MQ-2在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下測試的靈敏度特性曲線如圖2-5所示：

它的溫濕度特性如圖2-6所示：

它的基本電路如圖2-6所示，由H-H組成加熱電路，A和B為傳感器提供了工作電壓并且B作為信號(hào)輸出。VRL 即為輸出電壓，可通過調(diào)節(jié)RL的阻值還進(jìn)行濃度的動(dòng)靜態(tài)校準(zhǔn)，在煤氣報(bào)警值的設(shè)定方面，應(yīng)嚴(yán)格按照煤氣濃度爆炸下限的25% LEL進(jìn)行設(shè)定，家用的煤氣主要為焦?fàn)t煤氣，據(jù)表2-2知：焦?fàn)t煤氣的爆炸下限是4.5% VOL，所以報(bào)警器的設(shè)定值應(yīng)為它的25% LEL[14]。

根據(jù)計(jì)算：

         

由傳感器MQ2的參數(shù)可得煤氣爆炸濃度設(shè)定值：

故煤氣報(bào)警器的報(bào)警值應(yīng)設(shè)定為2800ppm。

2.2.3A/D轉(zhuǎn)換器

A/D轉(zhuǎn)換器是一種能將輸入模擬電壓（電流）轉(zhuǎn)換成與它成正比的數(shù)字信號(hào)。即把被控對(duì)象的各類模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，從原理上大致可分為四類：計(jì)數(shù)器式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器、并行A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器。

作為計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器，它的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡易，但由于轉(zhuǎn)換的速率過慢而很少采用，而并行A/D轉(zhuǎn)換器，它的轉(zhuǎn)換速度雖然很快但由于構(gòu)造復(fù)雜價(jià)格較高，一般只適用在要求很高的場合，雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度高，但是速度仍不夠理想，多用于數(shù)字測量儀表中。本設(shè)計(jì)采用的ADC-0832型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器精度較高，轉(zhuǎn)換速度快，結(jié)構(gòu)也比較簡單[15]。

ADC-0832 是一種雙通道、八位分辨率A/D轉(zhuǎn)換模塊,它的工作頻率是250 千赫茲，轉(zhuǎn)換時(shí)間是32微秒，因?yàn)樗�體積小，兼容性好，功耗低，總功耗僅為15mW，所以深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，它的封裝及引腳圖如圖2-8所示：

ADC-0832的工作原理是：

將傳感器采集到模擬電壓Vin信號(hào)送入Ch0通道，A/D轉(zhuǎn)換器片內(nèi)有一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，首先向片內(nèi)D/A轉(zhuǎn)換器輸入10000000，如果電壓比較器：Vin > Vn( Vn為片內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換輸出，Vin為A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓)，則N位寄存器的第一位置1；(若Vin < Vn，則寄存器首位寫0)；再向D/A轉(zhuǎn)換輸入1100 0000(首位寫0時(shí)，輸入0111 1111)，若Vin > Vn則寄存器第二位置1(若Vin < Vn，則寫0)；再向D/A轉(zhuǎn)換輸入1110 0000(或0011 1111)，若Vin > Vn則寄存器第三位置1(若小于，則寫0)；順次執(zhí)行，直至寄存器第8位賦值結(jié)束，控制邏輯監(jiān)測到比較放大器進(jìn)行8次后，Eoc輸入信號(hào)，讓A/D轉(zhuǎn)換器將結(jié)果通過鎖存緩存器輸出至D0~D9。

2.2.4LED數(shù)碼管

LED數(shù)碼顯示管是由若干個(gè)獨(dú)立的發(fā)光二極管構(gòu)成，它的內(nèi)部進(jìn)行封裝后組成一位形如“8”的元件，當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，一般條件下，單一的發(fā)光二極管的電流低于30mA。將發(fā)光二極管的陽極并聯(lián)，將并聯(lián)端接到電源正極，此接法叫做共陽極數(shù)碼管，相反地，發(fā)光二極管的陰極并聯(lián)，將并聯(lián)端接到電源負(fù)極，即為共陰數(shù)碼管。四位數(shù)碼管是由4個(gè)單數(shù)碼管內(nèi)部封裝后顯示4位數(shù)字，它的應(yīng)用極其廣泛，本設(shè)計(jì)選用3461AS四位數(shù)碼管，用于實(shí)時(shí)顯示周圍環(huán)境中煤氣濃度，它的引腳結(jié)構(gòu)如下圖2-9：   

2.2.5繼電器

繼電器作為一類電子控制元件，它包括控制系統(tǒng)（輸入回路）、被控系統(tǒng)（輸出回路），廣泛地在自控電路中應(yīng)用，它實(shí)際上是用“一個(gè)較小的電流控制大電流的開關(guān)”，起到安全保護(hù)功能，并能進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，轉(zhuǎn)換電路。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，繼電器裝置作為單片機(jī)與其它高功率負(fù)載的中介，發(fā)揮控制作用。三極管起到放大作用。

本設(shè)計(jì)采用的是電磁式繼電器，它是一種利用輸入回路中電磁鐵芯與銜鐵之間的吸合作用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)控制，它的平面結(jié)構(gòu)如圖，單片機(jī)對(duì)氣敏傳感器傳入的值進(jìn)行分析判斷，依據(jù)結(jié)果來控制對(duì)應(yīng)的引腳輸出高低電平，決定繼電器的電磁線圈內(nèi)是否有電流流通，若有電流流通，銜鐵吸合并驅(qū)動(dòng)負(fù)載電路運(yùn)行。

2.3 軟件選擇

2.3.1 搭建電路仿真環(huán)境

目前市場上的電路原理圖繪制類軟件有很多種，比較常用的有Protel99se、Multism、Proteus、DXP2000等。

Protel軟件能夠?qū)崿F(xiàn)簡易的模擬和數(shù)字電路的設(shè)計(jì)與仿真，擁有完善的PCB封裝設(shè)計(jì)功能。Proteus軟件能夠進(jìn)行直觀的模擬、數(shù)字電路還有單片機(jī)仿真，更高級(jí)的ARM仿真，功能更加完善，并能勝任一般的PCB封裝板設(shè)計(jì)。

本設(shè)計(jì)采用的是Proteus軟件來進(jìn)行原理圖繪制與仿真，他能最大限度地模擬煤氣報(bào)警器各單元的功能，效果直觀，調(diào)試方便。

2.3.2 搭建單片機(jī)程序開發(fā)環(huán)境

單片機(jī)應(yīng)用程序是讓單片機(jī)完成一系列的人們行動(dòng)的程序指令，最終具有某種特定的功能。Keil C51能兼容51系列的單片機(jī)，既可以用匯編語言調(diào)試開發(fā)也可以在C語言環(huán)境開發(fā)的工具。本設(shè)計(jì)采用C語言編寫程序，結(jié)構(gòu)簡單，程序直觀、易懂，后期調(diào)試修改方便。

3 總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)總體框架

根據(jù)系統(tǒng)的需求分析，該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）濃度監(jiān)測：由傳感器來完成對(duì)周圍環(huán)境中煤氣濃度的采集并將模擬電壓轉(zhuǎn)換成8位濃度信號(hào)送入單片機(jī)分析判斷。

（2）數(shù)碼顯示：直觀地反映周圍空氣中煤氣濃度，有助于人們提前發(fā)現(xiàn)隱患。

（3）聲光報(bào)警：發(fā)出報(bào)警時(shí)，利用聲音和燈光傳達(dá)危險(xiǎn)信號(hào)。

（4）風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)：在報(bào)警發(fā)生時(shí)，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇工作將室內(nèi)煤氣濃度高的空氣排出到室外。

（5）電磁閥通斷：電磁閥門能手動(dòng)控制，且能自動(dòng)應(yīng)急關(guān)閉，防止煤氣進(jìn)一步泄漏。

該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖3-1：

程序設(shè)計(jì)的流程圖如圖3-2：

3.2 子模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

由于該設(shè)計(jì)采用的MQ-2傳感器輸出的是0-5V電壓量，不能直接與單片機(jī)I/O口進(jìn)行通信，在A / D的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成8位的數(shù)字信號(hào)后才能送入單片機(jī)內(nèi)。此外，還應(yīng)考慮到傳感器在初始工作時(shí)應(yīng)預(yù)熱一段時(shí)間后，才能正常檢測濃度，在本設(shè)計(jì)中，傳感器通過隨濃度正相關(guān)變化的電壓檢測輸出5v以內(nèi)可變電壓，送至CHO通道，待ADC0832模擬信道轉(zhuǎn)換完成后，輸出8位數(shù)字信號(hào)。

程序設(shè)計(jì)：傳感器部分，通過設(shè)定一個(gè)預(yù)熱延時(shí)顯示程序（void yure（）；），用于傳感器初始工作時(shí)穩(wěn)定濃度檢測電路。帶預(yù)熱結(jié)束后，輸出模擬信號(hào)對(duì)A/D模塊輸入通道進(jìn)行選擇：Di=0，Do=1對(duì)應(yīng)Ch0單相輸入通道，由單片機(jī)控制CS_置0驅(qū)動(dòng)ADC0832程序?qū)�Vin送入,至第19 個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)完成數(shù)據(jù)的輸出，表示一次模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束，將CS_端口置1后數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理。

為了能實(shí)時(shí)了解傳感器的工作情況，直觀地顯示周圍空氣中煤氣濃度的信息，可以在電路中加入一塊四位數(shù)碼顯示管。該設(shè)計(jì)采用了3461AS共陰4位數(shù)碼管，通過對(duì)送入單片機(jī)內(nèi)的8位數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后控制段位引腳來完成數(shù)字0-9999PPM的顯示，通過查表得到煤氣發(fā)生爆炸的濃度底限，根據(jù)底限值的25%觸發(fā)報(bào)警，計(jì)算后得，煤氣報(bào)警器的報(bào)警濃度設(shè)定為2800ppm較為合適，當(dāng)濃度值超過2800PPM時(shí)，觸發(fā)報(bào)警電路。

程序設(shè)計(jì)：

將4位共陰極數(shù)碼管的八個(gè)段引腳分別接到單片機(jī)AT89C52的P1.0-P0.7口，控制數(shù)碼管段選(sbit dled=P1^0)的9個(gè)元素?cái)?shù)組定義為uchar Display_Buffer[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};四個(gè)位引腳接到P2.0-P2.3口(sbit wled=P2^0)。

聲光報(bào)警模塊包含兩個(gè)LED和一個(gè)有源蜂鳴器，單獨(dú)綠色燈亮?xí)r表示煤氣濃度在安全范圍之內(nèi)，紅色燈點(diǎn)亮?xí)r表示煤氣濃度超過預(yù)設(shè)值，同時(shí)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行聲音報(bào)警。

程序設(shè)計(jì)：兩個(gè)工作狀態(tài)指示燈分別接入P3.7、P3.6口(ledg=P3^7,Ledr

=P3^6)，有源蜂鳴器接入P3.4口(buzzer=P3^4)，當(dāng)濃度高于設(shè)定值時(shí)有源蜂鳴器接入P3.4口(buzzer=P3^4)，當(dāng)濃度高于設(shè)定有源蜂鳴器接入P3.4口有源蜂鳴器接入P3.4口(buzzer=P3^4)，當(dāng)濃度高于設(shè)定值時(shí)，P3.7 P3.6置低電平，P3.4置高電平。濃度低于設(shè)定值時(shí)，輸出相反電平。

3.2.4 風(fēng)扇控制模塊

風(fēng)扇控制模塊主要用于警報(bào)發(fā)生時(shí)，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇將周圍中煤氣濃度含量超標(biāo)的空氣排到室外，避免隱患的發(fā)生。當(dāng)檢測濃度高于預(yù)設(shè)值時(shí)，單片機(jī)特定口產(chǎn)生低電平信號(hào)，經(jīng)過三極管放大后啟動(dòng)排氣裝置。當(dāng)濃度低于設(shè)定值時(shí)，排氣裝置關(guān)閉。            

程序設(shè)計(jì)：通過P3.2口（sbit motor=P3^2）輸出控制電平，當(dāng)濃度高于設(shè)定值時(shí)，P3.2輸出低電平，使三極管由截止區(qū)工作到飽和區(qū)，驅(qū)動(dòng)負(fù)載回路。當(dāng)濃度低于設(shè)定值時(shí)，P3.2輸出高電平。

3.2.5 電磁閥控制模塊

電磁閥裝置是本設(shè)計(jì)報(bào)警電路的重要組成部分，當(dāng)煤氣濃度在安全范圍內(nèi)時(shí)，可以通過撥動(dòng)開關(guān)手動(dòng)控制電磁閥的導(dǎo)通與關(guān)斷，當(dāng)空氣中煤氣濃度高于預(yù)設(shè)值時(shí)，便會(huì)自動(dòng)關(guān)閉電磁閥，直到濃度小于設(shè)定值，電磁閥導(dǎo)通。檢測濃度高于預(yù)設(shè)值時(shí)，單片機(jī)P3.3口發(fā)出低電平信號(hào)，經(jīng)過三極管放大后送入繼電器使得繼電器的輸入回路導(dǎo)通，銜鐵吸合，驅(qū)動(dòng)電磁閥關(guān)斷。待危險(xiǎn)解除后，P3.3引腳輸出高電平，驅(qū)動(dòng)電磁閥打開。

程序設(shè)計(jì)：通過P3.3口(sbit relay=P3^3)輸出控制電平，當(dāng)濃度高于預(yù)設(shè)值時(shí)，P3.3發(fā)出高電平信號(hào)，使電磁繼電器銜鐵彈開，無法形成輸出回路，電磁閥閉合。濃度低于設(shè)定值時(shí)，輸出低電平。

3.2.6模擬濃度輸入模塊

    在本設(shè)計(jì)中，模擬濃度輸入量是用來檢測MCU控制模塊和報(bào)警電路的工作是否在正常狀態(tài)，通過多個(gè)按鍵將不同濃度的信號(hào)送入單片機(jī)I/O口判斷并控制報(bào)警電路。一定程度上模擬了環(huán)境中不同濃度的煤氣信號(hào)，便于進(jìn)行裝置調(diào)試。

程序設(shè)計(jì)：通過多路開關(guān)將報(bào)警器切換至測試模式，在該模式下，兩個(gè)按鈕開關(guān)（sbit key2=P1^6;sbit key3=P1^7）分別代表兩個(gè)不同的煤氣濃度值輸入當(dāng)key2閉合時(shí)，P1.6口處于低電平，MCU定義模擬量3800ppm輸入，觸發(fā)報(bào)警電路，key3閉合時(shí)，P1.7口處于低電平，MCU定義模擬量500ppm輸入，轉(zhuǎn)為安全工作狀態(tài)。

在Keil uVision4環(huán)境下完成程序編譯，并將編寫好的程序進(jìn)行調(diào)試，選擇Project-Build target,之后根據(jù)Build Output界面中的提示來完善程序，待符合要求后生成Hex文件，將Hex文件加載到Proteus仿真圖中的單片機(jī)內(nèi)，選擇Source-Add Source Files單擊New并選擇編譯完成的Hex文件并點(diǎn)擊確定。

接下來進(jìn)行Proteus仿真運(yùn)行，選擇Debug-Start Debuging，通過調(diào)節(jié)滑阻來模擬氣敏傳感器的輸出量，觀察檢測電路和控制電路是否滿足設(shè)計(jì)要求。

目前煤氣已經(jīng)成為生產(chǎn)生活中不可缺少的燃?xì)赓Y源，面對(duì)每年時(shí)有發(fā)生的煤氣安全事故，每一起事故都給人民生活、社會(huì)安全造成了極大危害，從事故中反思總結(jié)，避免類似事件的發(fā)生，也是本次設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目的。

本篇文檔對(duì)該設(shè)計(jì)的內(nèi)容做了明確的闡述，從選題背景與意義出發(fā)，擬定初步設(shè)計(jì)方案，確定設(shè)計(jì)思路來實(shí)現(xiàn)所制定的功能，從硬件選擇到軟件仿真，再到最后的實(shí)物焊接，貫徹了一個(gè)電子產(chǎn)品“構(gòu)想-設(shè)計(jì)-生產(chǎn)”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

雖然基本完成了該系統(tǒng)所要求實(shí)現(xiàn)的功能，但仍然存在著諸多不足之處，出于仿真的角度考慮，對(duì)單元電路的仿真設(shè)計(jì)與實(shí)際有一定的差別，仿真電路中主要針對(duì)的是功能的直觀表現(xiàn)，簡化了對(duì)單元電路的設(shè)計(jì)，而實(shí)物中還需要考慮電路保護(hù)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)能力等因素。

   其次，本設(shè)計(jì)只是家用煤氣報(bào)警器中一個(gè)比較典型的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)功能還有欠缺[16]，若能將小區(qū)各戶家中的煤氣報(bào)警器實(shí)現(xiàn)無線通信，將危險(xiǎn)情況第一時(shí)間傳達(dá)給專業(yè)搶修人員，為避免事故提供了更佳的途徑。

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設(shè)計(jì)實(shí)物：

本文檔是在張老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在文檔撰寫的整個(gè)過程中, 張老師都極負(fù)責(zé)任，無論從選題指導(dǎo)、文檔框架到細(xì)節(jié)修改,都給予了我細(xì)致全面的指導(dǎo),并提出了很多寶貴的意見與建議，我的文檔才能如此順利地完成。在此，我要感謝張老師。

同時(shí)，我還要感謝在一起愉快的度過大學(xué)生活的每個(gè)可愛的同學(xué)們和尊敬的老師們，正是由于你們的幫助和支持，我才得以克服重重困難和疑惑，直至本文的順利完成。

最后，我要向百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱，評(píng)議和參與本人文檔的各位老師表示感謝。

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