毕业设计（论文）-基于AT89C51单片机可燃气体警报器设计.doc

摘要随着石油化工行业的发展，易燃、易爆气体的种类和使用范围都随之增加。这些气体在使用过程中一旦发生泄漏，与空气混合后将会引发火灾。由于气体本身存在的扩散性，发生泄漏之后，在外部风力作用下，可燃气体会沿地表面迅速扩散，扩大危害区域。一旦发生可燃气体泄漏事故，及时可靠地探测空气中可燃气体的含量，及时采取有效措施进行补救，采取正确的处置方法，减少泄漏引发的事故，是避免造成重大财产和人员伤亡的必要条件。家庭使用液化气、燃气等可燃气体作燃料的越来越多，但是这些气体有害、易爆炸，隐患事故多，如气体泄漏时不能及时发现和处理，会给家庭及邻居带来灾难性危害。本次设计内容包括可燃气体报警电路的结构及其工作原理。此报警电路以气敏半导体传感器为主要组成部分，气敏半导体传感器检测到可燃气体时通过电导率的改变来控制多谐振荡器及正反馈振荡器间歇工作，通过报警电路从而达到报警的目的。该报警器以AT89C51单片机为核心，采用高精度敏感元件MC112，测量瓦斯浓度值，采用AD623新型集成运算放大器、ICL7109模数转换器，是一种电路设计新颖、参数测量准确、结构简单、成本低、控制能力强、操作方便的瓦斯浓度报警器。该报警器具有以下特点：测量范围宽、精度高、可检测的瓦斯浓度为0.00%2.00%；具有设定报警下限值和声、光报警功能；仪器输出为低功耗，工作电压稳定等优点。关键词：可燃气；单片机；报警器；浓度AbstractFamily use liquefied petroleum gas, such as fuel gas of flammable gas, but the more harmful gases, explosive, hidden accidents, such as gas leak cannot find and deal with family and neighbors, catastrophic damage. This design content including flammable gas alarm circuit structure and work principle. This alarm circuit with gas sensor as the main component of semiconductor, gas sensors detect flammable gas semiconductor when the change control by conductivity more harmonic oscillator and the positive feedback oscillator, through the alarming circuit intermittent and alarm.With the development of petrochemical industry, flammable, explosive gas type and scope of use are increased. These gases in the course of the event of a leak, and air mixture will cause a fire. As the gas diffusion inherent nature of the leak, the effect of external wind, gas experience can spread rapidly along the surface, expanding hazard area. Once the combustible gas leakage accident occurred, timely and reliable detection of combustible gases in air content, in time to take effective measures to remedy, to take the correct disposal methods to reduce the leakage caused by accident, is to avoid a major property and casualty essential.This alarm with AT89C51, MQ-412 sensitive components with high precision measuring gas density, use, TL062 new integrated operational amplifier, ADC0809 , is a kind of circuit design is novel, the parameter measurement accuracy, simple structure, low cost, strong ability to control, convenient operation of gas concentration alarm.This alarm has the following features: wide measuring range, high precision, and can detect the gas concentration for 0.00% 2.00%, Has set alarm limit, light alarm functions, harmony, Instrument for low-power, output voltage stability, etc.Keywords: combustible gas;MCU;Alarm;Concentration目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1可燃气的性质：11.2设计目的：11.3 可燃气体报警器的工作原理：2第2章 总体设计方案32.1系统框图32.2可燃气体探测器主要功能以及技术要求：3第3章 报警器硬件设计53.1 检测电路设计53.1.1 检测电路的作用53.1.2 MQ412传感器特点53.1.3检测故障电路元件63.2 单片机及其外围电路设计73.2.1 AT89C51介绍73.2.2管脚说明：83.2.3震荡器介绍103.3A/D转换电路设计123.3.1 ADC0809主要特性123.3.2内部结构133.3.3外部特性（引脚功能）143.3.4ADC0809的工作过程153.3.5 MCS-51单片机与ADC0809的接口153.3.6 A/D转换应用举例193.4声光报警器203.5蜂鸣器介绍213.6电源部分:233.7自检电路243.8手动按钮控制：253.9继电器：253.10 报警器总体框图26第4章 报警器软件设计284.1主程序设计284.2子程序设计304.3 显示程序334.4 A/D转换及数据处理34第五章 系统调试385.1电源调试385.2电磁阀驱动调试385.3按钮误动作调试385.4气敏元件报警调试39总结40参考文献41致 谢4243第一章 绪论1.1可燃气的性质：易燃易爆气体为可燃气，可燃气分多种，例如：一氧化碳、氧气、油气、乙炔、甲烷、或乙醇等等都是可燃气。可燃气没有固定的限值，任何气体都可变成可燃气，当然都需要有氧气的存在的情况下。甲烷是天然气的主要成分，约占了87%。在标准压力的室温环境中，甲烷无色、无味；在一大气压力的环境中，甲烷的沸点是161C。空气中的瓦斯含量只要超过5%15%就十分易燃。甲烷並非毒气；然而，其具有高度的易燃性，和空气混合時也可能造成爆炸。甲烷同時也是一种窒息剂，在密闭空间内可能会取代氧气。若氧气被甲烷取代后含量低于19.5%时可能导致窒息。因此会给我们生活及生产中带来麻烦和危险，我们应提前检测和预防1.2设计目的：在人们的工业生产和日常生活中，随着生活水平的提高和经济发展迅猛的形式下，可燃气应用的范围越来越广泛，然而近几年来，关于可燃气体爆炸，泄漏窒息等事故屡见不鲜，在这些事故中80是人们的疏忽没有提前检测到造成的。即使有一定的危险性，但是人们在最近几年乃至几十年内，对可燃气的需求都会源源不断的。当然人们在工业生产和日常生活中，生命和财产才是重中之重，可燃气体报警器就是因此而设计的。顾名思义气体报警器就是气体泄露检测报警仪器。家用燃气报警器能实时监测可燃气体的泄露情况，一旦发生泄露，即空气中可燃气体达到一定浓度，则报警器立即进行声、光报警，有效防止事故的发生，满足人们对燃气安全的需要。本设计的任务就是开发一种以性能、参数稳定的气体传感器为探测器并采用89C51单片机进行控制的可燃气体探测报警器。当空气中有可燃气体在挥发且气体浓度达到或超过设定值时，探测器即产生与空气中被测气体浓度成线性关系的电压信号，该信号经过处理后传至控制器并显示气体浓度值，随即发出声、光报警信号，还可以输入相关控制信号，启动相应控制装置，避免重大事故发生。1.3 可燃气体报警器的工作原理： 报警仪选用半导体陶瓷式可燃气体敏感器件及微控制器为报警器的控制核心。半导体陶瓷式可燃性气体敏感器件对以烷类气体为主的多种可燃性气体有良好敏感特性的广谱型半导体敏感器件。该器件灵敏度适中，响应与恢复特性好，初期恢复特性快，长期工作稳定性、重现性、抗环境气氛影响及抗温湿度影响等性能均优，系高质量、高可靠性、价钱便宜的气敏器件，广泛地应用于各种报警装置。传感器送来的可燃性气体浓度对应的微小信号经过放大，送入微控制器，经A/D 转换、浓度比较，线性化数据处理，转化成相应的十进制浓度值，把实际可燃性气体浓度及各路状态送显，当可燃气体报警器浓度超出设定的限定值时，发出声光报警并锁定时间。由于气体传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反应越快，响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时间，保证传感器准确地、稳定地工作，可燃气体报警器需要向气体传感器持续输出一个5V 的电压。为了保证其可靠性，在输出5V 的电压的同时，进行故障监测。当传感器加热丝、或电缆线和传感器断线、或接触不良时，进行故障报警。可燃气体报警器主要由探测器与报警控制器构成。探测器的主要作用是将检测到的环境中的可燃气体浓度转换为电信号。第2章 总体设计方案2.1系统框图系统主要由单片机电路、检测电路、报警电路和应急处理电路组成，其结构如图1 所示。当有燃气泄漏时，检测电路产生“气电”信号送单片机，单片机控制蜂鸣器发出预报警信号，经延时、判断，确认为事故泄漏后，发出红光报警，同时启动应急处理程序，关闭阀门，切断气源，并开启排风扇排除室内被污染的空气；若检测到气敏元件损坏，系统关闭阀门并点亮黄色报警灯，提示用户更换气敏传感器。考虑到要实现现场气体浓度显示，超限预警及自动处理等功能，确定可燃气体报警器的总体框架如图1所示。检测电路 报警电路气敏元件自检电路 手动控制电路单片机电路声报警电路光报警电路气敏元件损坏光报警电路阀门开放装置及驱动电路应急处理电路图1 系统框图2.2可燃气体探测器主要功能以及技术要求：1. 对可燃气体进行检测，可燃气体浓度达到报警设定值时，应能报警。2. 能设定可燃气体浓度报警器，范围在1%25%LEL。3. 探测器的报警动作值与可燃气体浓度报警设定值之差不应超过正负3%LEL。4. 正常工作：绿灯闪烁，蜂鸣器不报警。5. 可燃气体浓度范围报警应满足：在报警范围内，实行声和警示灯双重报警。在报警器移到干净空气区，30秒内应恢复正常显示。6. 故障报警：传感器短路，短路时应发出与可燃气体浓度超范围报警有明显区别的声，光报警。7. 声、光设置手动自检功能。8. 浓度超限报警时，应能启动输出控制功能。第3章 报警器硬件设计报警器主要芯片选用ATMEL公司生产的AT89C51。AT89C51是高性能8位单片机，是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含可反复擦写的只读Flash程序存储器和128 B的随机存取数据存储器（RAM），该器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大。A/D转换器选择了ADC0809。各部分的特性及实现方法将在以下内容详细介绍。3.1 检测电路设计3.1.1 检测电路的作用作为一款有效的安全防护用品，可燃气体报警器的作用不可置疑，甚至相比灭火器更需要进入家庭。可燃气体报警器的使用从根本上解决了煤气中毒和煤气爆炸的隐患，成为人们家庭中的“保护神”。据上海市消防部门统计，2008年因为热水器废气中毒及灶具溢熄、橡皮管老化脱落引起的燃气泄露造成中毒死亡的共计86人，占全部燃气中毒死亡人数的84%；而且据消防部门数据显示，上海市300万的燃气用户中，安装可燃气报警器和有毒气体报警器的仅占不到10%，因此家庭中安装可燃气体报警器和有毒气体报警器已经刻不容缓。如何预防，这就要靠一些技术上的手段来实现了，孕育而生了可燃气体报警器和可燃气监测系统等技术支持。本报警器中的可燃性气体传感器选择太原电子厂的可燃气体气敏元件MQ412作为本设计的气体传感器。3.1.2 MQ412传感器特点可检测天然气、煤气、液化气、氢气等多种可燃性气体。加热电压为+5V，通电电流为150mA,由7805输出直接提供，测量电压选5V。该传感器具有长期的稳定性，对可燃性气体由较高的灵敏度、良好的抗温性、良好的重复性；测量范围宽，为10010000PPM；对可燃性气体响应时间10s，从可燃性气体区移到洁净区域恢复时间30s；加热电压为5V，测量电压范围为510V；在洁净空气中的测量电阻大于50k；测量可燃性气体浓度和测量端电阻成线性变化。传感器的测量电路图如图所示，Vb为加热电压，Va为测量电压。图2 传感器的测量电路图3.1.3检测故障电路元件气敏元件发生短路时，气敏元件检测点直接连到+5V，为高电平。气敏元件发生断路时，气敏元件输出接近0V，为低电平，而正常工作及可燃气体浓度超过浓度设定值的气敏元件输出范围为0.34.0.根据这一设计要求，选择双运放TL062作为短路和断路的电压比较器。断路比较器基准电压为0.5V，短路比较器基准电压为4.9V。TL062（A）作断路比较器。2脚为基准电压输入。基准电压由+5V经电阻分压提供，取R20为10k，R21为1 k，则断路电压基准为5/（10+1）0.5V。3脚为断路检测输入点。TL062（B）作短路比较器。6脚为基准电压输入。基准电压由5V经电阻分压提供，取R23为1 k，R24为47 k，则短路电压基准为5/（47+1）*474.9V。5脚测输入点。主要器件的选择：电阻R20、R23;RJ-(0.251)k;电阻R21；RJ-(0.2510)k;电阻R24；RJ-(0.2547)k;双运放；TL062.由电阻R20R21,R23R24双运放TL062够成故障检测电路，如图所示。图3 故障检测电路3.2 单片机及其外围电路设计由集成运放7650输出的电压值就是要智能化处理的信号，将此值送入控制部分。控制部分的主要器件是AT89C51，所有的智能化处理都是基于AT89C51的控制，此处选用AT89C51,下面进行详细的说明。3.2.1 AT89C51介绍AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。同时AT89C51的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运。1.AT89C51的存储器:一般微型计算机只有一个存储空间，程序存储器和数据存储器统一编址，访问时用统一指令，这种结构称为普林斯顿型结构。AT89C51单片机的存储器的结构特点是，将程序存储器和数据存储器分开，二者有各自的存储空间和访问指令，这种结构称为哈佛型结构。AT89C51单片机内集成有一定容量的程序存储器和数据存储器，并具有较大的外部存储器扩展能力。程序存储器（ROM）是指：在写入信息后不易改写的存储器，断电后，期中的信息保留不变；用来存放固定的程序或数据，如系统监控程序、常数表格等。数据存储器（RAM）是指：CPU在运行时能随时进行数据的写入和读出，但在关闭电源时，其所存储的信息将丢失；它用来存放暂时性的输入输出数据、运放的中间结果或用做堆栈。2.AT89C51指令系统:共有指令111条，分为如下5大类：数据传送类指令（29）。算术运算类指令（24）。逻辑运算及移位类指令（24）。控制转移类指令（17）。位操作类指令（17）。3.2.2管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。如图所示图4 AT89C51引脚图P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.2.3震荡器介绍XTAL1和XTAL2分别为方向放大器的输入和输出。该方向放大器可以配置为片内振荡器。如图5所示。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不连。而应如图6所示驱动XTAL1。由于输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器。因此对外部时钟信号的工作脉冲宽无任何要求，但必须保证脉冲的宽度符合要求。图5片内振荡器图6片外振荡器74LS373是八D锁存器(3S,锁存允许输入有回环特性) ，常应用在地址锁存及输出口的扩展中。简要说明: SN74LS373, SN74LS374 常用的8d锁存器,常用作地址锁存和i/o输出. 可以用74hc373代换. 74LS373是低功耗肖特基TTL8D锁存器，74H373是高速CMOS器件，功能与74LS373相同，两者可以互换。74LS373内有8个相同的D型(三态同相)锁存器，由两个控制端(11脚G或EN；1脚OUT、CONT、OE)控制。当OE接地时，若G为高电平，74LS373接收由PPU输出的地址信号；如果G为低电平，则将地址信号锁存。工作原理：74LS373的输出端O0O7可直接与总线相连。当三态允许控制端OE为低电平时，O0O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，O0O7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，O随数据D而变。当LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平。3.3A/D转换电路设计A/D转换器（ADC）的作用就是把模拟量转换成数字量，以便于计算机进行处理。随着超大规模集成电路技术的飞速发展，A/D转换器的新设计思想和制造技术层出不穷。为了满足各种不同的检测及控制任务的需要，大量结构不同、性能各异的A/D转换器芯片应运而生。本设计采用ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。 3.3.1 ADC0809主要特性 1）8路输入通道，8位AD转换器，即分辨率为8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100s 4）单个5V电源供电 5）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-4085摄氏度 7）低功耗，约15mW。 3.3.2内部结构图7 ADC0809内部逻辑结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器，内部结构如图7所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA转换器、逐次逼近 3.3.3外部特性（引脚功能）图8 ADC0809引脚图ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。下面说明各引脚功能。 IN7IN0模拟量输入通道 ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。START转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持 低电平。本信号有时简写为ST.A、B、C地址线。 通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。其地址状态与通道对应关系见表9-1。CLK时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号。EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高 OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。Vcc +5V电源。 Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V).3.3.4ADC0809的工作过程首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。3.3.5 MCS-51单片机与ADC0809的接口ADC0809与MCS-51单片机的连接如图9所示。 电路连接主要涉及两个问题。一是8路模拟信号通道的选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。1. 8路模拟通道选择图9 ADC0809与MCS-51的连接 如图10所示模拟通道选择信号A、B、C分别接最低三位地址A0、A1、A2即（P0.0、P0.1、P0.2），而地址锁存允许信号ALE由P2.0控制，则8路模拟通道的地址为0FEF8H0FEFFH.此外，通道地址选择以作写选通信号，这一部分电路连接如图11所示。 图10 ADC0809的部分信号连接 图11 信号的时间配合 从图中可以看到，把ALE信号与START信号接在一起了，这样连接使得在信号的前沿写入（锁存）通道地址，紧接着在其后沿就启动转换。图9.19是有关信号的时间配合示意图。 启动A/D转换只需要一条MOVX指令。在此之前，要将P2.0清零并将最低三位与所选择的通道好像对应的口地址送入数据指针DPTR中。例如要选择IN0通道时，可采用如下两条指令，即可启动A/D转换：MOV DPTR , #FE00H ；送入0809的口地址MOVX DPTR , A ；启动A/D转换（IN0）注意：此处的A与A/D转换无关，可为任意值。2. 转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。（1）定时传送方式 对于一种A/D转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。（2）查询方式 A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可却只转换是否完成，并接着进行数据传送。（3）中断方式 把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。不管使用上述那种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。不管使用上述那种方式，只要一旦确认转换结束，便可通过指令进行数据传送。所用的指令为MOVX 读指令，仍以图9-17所示为例，则有MOV DPTR , #FE00HMOVX A , DPTR 该指令在送出有效口地址的同时，发出有效信号，使0809的输出允许信号OE有 效，从而打开三态门输出，是转换后的数据通过数据总线送入A累加器中。这里需要说明的示，ADC0809的三个地址端A、B、C即可如前所述与地址线相连，也可与数据线相连，例如与D0D2相连。这是启动A/D转换的指令与上述类似，只不过A的内容不能为任意数，而必须和所选输入通道号IN0IN7相一致。例如当A、B、C分别与D0、D1、D2相连时，启动IN7的A/D转换指令如下：MOV DPTR， #FE00H ；送入0809的口地址MOV A ，#07H ；D2D1D0=111选择IN7通道MOVX DPTR， A ；启动A/D转换3.3.6 A/D转换应用举例设有一个8路模拟量输入的巡回监测系统，采样数据依次存放在外部RAM 0A0H0A7H单元中,按图9.10所示的接口电路，ADC0809的8个通道地址为0FEF8H0FEFFH.其数据采样的初始化程序和中断服务程序（假定只采样一次）如下：（1）初始化程序：LOOP:MOV R0, #0A0H；数据存储区首地址MOV R2, #08H；8路计数器SETB IT1；边沿触发方式SETB EA ；中断允许SETB EX1；允许外部中断1中断MOV DPTR, #0FEF8H；D/A转换器地址MOVX DPTR, A；启动A/D转换HERE:CJNE R2,#0，HERE；等待中断CLR EX1；8通道采样结束，禁止外部中断1SJMP $；落入陷阱（2）中断服务程序：ADINT:MOVX A,DPTR;数据采样MOVX R0, A;保存数据INC DPTR;指向下一模拟通道INC R0;指向数据存储区下一单元DEC R2;通道数1MOVX DPTR, A;启动下一次转换RETI3.4声光报警器：单片机AT89C2051的P1口、P3口低电平时的吸收电流可达20mA，不需要外接驱动电路，可直接驱动发光二极管，所以选用LED双色（红、绿）共阳极发光二极管BT311057，经限流电阻直接连到单片机引脚；LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。LED显示器采用发光二极管显示字段。如图12所示，单片机系统经常用的是八段显示器，即LED显示器中有8个发光二极管，代表“a，b，c，d，e，f，g”七个字段和一全小数点“dp”。它有共阴和共阳两种结构。我们采用的是共阳极，即LED显示器的发光二极管正极相连，当二极管的负极为低电平时，发光二极管被点亮。（a）共阴极 (b)共阳极 图12 LED显示器3.5蜂鸣器介绍蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后（1.515V直流工作电压），多谐振荡器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。见下图图13 蜂鸣器电路图蜂鸣器用来作为报警指示，选用直流型FM125V型号。蜂鸣器工作电压为+5V，工作电流在20mA以上。单片机的驱动电流不够，不能直接驱动，必须外接功率驱动。因此，选用PNP型三极管9012作为蜂鸣器的功率驱动，与基极相连的电阻取2k，保证三极管工作在饱和状态。声光报警电路如图13所示，工作指示灯为绿灯闪烁，其工作状态的控制由P1.1来完成。通过软件的设置，从P1.1输出一方波来控制三极管VT1的通断，从而控制工作指示灯的闪烁。当泄漏气体的浓度达到某一值时，由软件将P1.3置1，此时三极管VT3导通，绿色报警灯灭，同时蜂鸣器发出报警声。红灯亮蜂鸣器响表示断路；黄灯亮蜂鸣器响表示短路。图13 声光报警电路由于对发光颜色有不同要求，所以选择LED双色共阳极发光二极管作为光源。绿色指示灯点亮，表明智能可燃气体探测控制器正常工作。当检测到可燃气体浓度大于浓度设定值时，单片机对应引脚输出低电平，绿灯灭，报警。当气敏元件发生短路或断路故障时，单片机对应引脚全部输出低电平，黄灯或红灯常亮，发出有明显区别的声光报警。如下图：声、光工作状态表类型指示灯继电器蜂鸣器正常工作绿灯亮不动作不报警短路故障黄灯常亮不动作报警浓度超限绿灯灭动作报警断路故障红灯常亮不动作报警图14 声光工作状态图表3.6电源部分: 本设计是在传统的可燃气体报警器基础上进行技术革新的，因此采用原有的开关电源。本设计单片机部分负载电流约100mA,气敏元件负载电流约150mA,开关电源供电，经整流滤波后，LM7805输入电压为+8V，输出为+5V支流电压。考虑余量，设总的工作电流为300mA，则总的功率约为3W，LM7805的功耗为300mA3V1 W。因此LM7805必须加散热器。开关电源的稳压原理均采用脉冲调宽式的稳压方式，开关电源效率高、电压适应范围宽本设计电路中加入了开关回路、电感、压敏电阻等以提高电源的抗干扰能力。即通过自动改变开关功率管的关闭和导通时间的比例，或通过改变振荡器输出脉冲的占空比来达到稳压的目的。本设计采用了原设计中成熟的开关电源电路。电路中加入了吸收电路、电感、压敏电阻、等以提高电源的抗干扰和耐冲击性能。 整流二极管流过的电流约0.3mA，直流电压约300V，工作频率大约50KHz，所以选用市场上通用的IN4007整流二极管、LM7805等器件。考虑功耗，R3、R4、R6、R7选用0.5W的电阻，其余电阻选用0.25W。C19、C20电容：CBB-400-100N-I。见下图图15 LM7805电路图3.7自检电路：自检电路通过按钮触点的闭合和松开来实现的，按钮选用不互锁的KA8型号。按钮常开触点一端接电源+5V，另一端连到单片机输入端并通过电阻接地。电阻值取100，电阻两端并联电容以保证开关信号输入的稳定。因此按钮按下时接+5V，松开时接低电平。单片机通过对应端的电平变化可检测自检电路的按键变化，通过程序实现自检功能。3.8手动按钮控制：在可燃气体浓度测量正常范围内，按一下，自检可燃气体浓度超范围故障，发出声、光报警，关闭起源阀门。再按一下，自检恢复正常绿灯闪烁。长时间按住3秒钟，自检发光二极管和蜂鸣器处于工作状态，不关闭起源阀门，正常显示，绿灯闪烁，计时5秒，可燃气体浓度超范围发出声光报警，计时5秒，气敏元件短路和断路故障发出声、光报警，计时5秒。3.9继电器：继电器是感性元件，驱动电流较大，单片机不能直接驱动，必须经过电路的转换。继电器选用SRS-05DC-SL型号，用直流+5V供电。三极管选用常用的PNP型9012、NPN型9013作为继电器的功率开关。继电器的常开触电一端接7805稳压电源的输入端+8V，另一端接电磁阀。单片机对应引脚输出低电平，三极管V3、V4导通，继电器常开触点吸合，供给外界电磁阀直流+8V电压。接着，电磁阀动作，电磁阀常开触点闭合，关闭气源。二极管D6选用IN4007型号，在电路中起续流作用，保护三极管不被继电器反电势击穿。电磁阀是感性元件，驱动电流较大，电磁阀选用ExiBIIBT3型号，采用直流+8V电压供电；D11选用IN4007型号，在电路中起续流作用。继电器控制电路如图所示，由V3、V4、D6、R11、R13和继电器组成。当检测到可燃气体浓度大于浓度设定值时，单片机对应引脚输出低电平，三极管V3、V4导通，继电器吸合，1、3脚连通，+8V电压加到电磁阀两端，电磁阀动作，关闭气源。二极管D6起续流作用，保护三极管不被继电器反电势击穿。二极管D11起续流作用。见下图图 16 继电器控制电路3.10 报警器总体框图可燃气体报警器总体连接图如下图所示：图17 可燃气体报警器总电路图第4章 报警器软件设计该报警器的单片机汇编程序采用伟福公司生产的伟福G6仿真器完成开发设计，全部采用汇编语言编写，根据设计功能要求，采用模块化结构程序设计方法将软件划分成若干个功能相对独立的模块，为每一个模块设计算法和程序流程，然后由流程图编制程序，并将各个模块程序调试成功后，再连接在一起进行总调试。软件设计要求（1）气敏元件开始工作时，在没有遇到可燃性气体时，其电阻值也会增加，经过5min左右，其电阻值下降到一个稳定值，这时才可以使用，所以，程序有一个预热过程，预热时间为5min。（2）按钮检测中采用软件延时方法执行按键的去抖动。（3）电磁阀的驱动电压取之于开关变压器二次侧整流的输出。采用脉冲驱动方式，脉冲时间为20ms。（4）正常工作绿灯闪烁时间定义如下：秒循环显示。1秒钟内，绿灯点亮600ms，熄灭400ms。（5）可燃气体浓度超限：红灯常亮，秒循环显示。1秒钟内，蜂鸣器报警750ms，不报警250ms。（6）故障报警：黄灯常亮，200ms循环。200ms内蜂鸣器报警100ms，不报警100ms。4.1主程序设计报警器上电后，开始初始化，对单片机内部寄存器初始化，中断初始化，定时器初始化，串口初始化。完成初始化后，单片机进入主程序，如有中断，则转去执行中断程序。主程序：ORG 0000HAJMP MAINORG OO23HAJMP SERVERORG 4000HMAIN:MOV 40H,#07HMOV 41H,#0BHMOV 42H,#0DHMOV 43H,#0EHMOV 44H,#4EHMOV 45H,#27HMOV 46H,#47HMOV 47H,#87HMOV 48H,#2BHMOV 49H,#4BHMOV 4AH,#8BHMOV 4BH,#2DHMOV 4CH,#4DHMOV 4DH,#8DHMOV 4EH,#2EHMOV 4FH,#8EHMOV 60H,#00HMAIN0: MOV SP,#68HMOV R0,#61HML0: MOV A,#00HMOV R0,AINA R0CJNE R0,#65H,ML0ML1: MOV R0,#64HMOV R3,#00HML2: ACALL KEYIACALL ADCACALL BCDTACALL DISPLAYAJMP ML2主程序流程图如图18所示。单片机各接口的工作方式、寄存器进行初始化。启动电源开关，传感器的电压反馈信号和单片机的调整和控制以及开关电源电路组成闭环反馈回路。程序的另一分支再执行报警器上电延时，以避开传感器的上电脉冲带来的误报警。气体传感器信号处理主要采取数字平滑滤波，以去除不合格的数值或干扰，将气体传感器的信号处理后以电压输出和转换为气体浓度输出。报警器组成网络报警系统，可以扩充气体泄漏报警器的使用范围和领域。如果环境中存在气体泄漏达到报警浓度时，气体传感器的输出将会超过报警门限设定值，单片机执行报警程序，有醒目标志显示，并有报警声响发出。图18软件设计流程图4