防抽烟报警系统设计方案.doc

防抽烟报警系统设计方案1绪论1.1课题研究的背景及意义根据联合国卫生组织（WHO）数据显示，烟草流行是这个世界迄今所面临的最大公共卫生威胁之一，每年使近600万人失去生命，其中有500多万人缘于直接使用烟草，有60多万人属于接触二手烟雾的非吸烟者。大约每六秒钟就有一人因烟草死亡，这占到了成人死亡的十分之一。多达半数的目前使用者最终将死于某种与烟草相关的疾病。烟草导致其多达半数使用者死亡。如不采取紧急行动，到2030年时，每年的死亡数字可上升到800万以上。尽管某些高收入和中上收入国家的烟草制品消费呈减少态势，但烟草制品在全球的消费却在不断增加。每个人都应有权呼吸到无烟雾的空气。从人们开始使用烟草到其健康受到损害，中间会间隔若干年，因此，烟草相关疾病和死亡的流行才刚刚开始。二十世纪中烟草导致了1亿人死亡。如果目前趋势继续下去，那么二十一世纪中烟草将导致约10亿人死亡。中国每年有超过100万人死于与烟草有关的癌症、心脏病、脑卒中、慢性肺病（如肺气肿）。平均每周10人中有7人报告暴露于二手烟，10人中有6人会看到工作场所有人吸烟。世界卫生组织表示，能轻易得到卷烟是中国年轻男性吸烟者占很高比例的主要原因之一。卫生部的数据表明，在中国约3.5亿吸烟者中，有5000万是年轻人。全球成人烟草调查结果显示，中国15岁及以上的男性吸烟率为52.9%。路透社2012年2月9日报道了一则令人震撼的新闻：美国发生第一起因吸入二手烟直接导致死亡的案例，密歇根州一名19岁的少女，在一家酒吧工作时，因吸入过量二手烟而死于急性哮喘病。2012年3月14日，世界卫生组织驻华代表蓝睿明博士在京表示，支持中国提高烟草税和烟草价格，推进控烟，改善中国人民的健康。“吸烟有害健康，尽早戒烟有益健康”这是每一盒香烟包装盒上的警示语。并且吸烟到底有哪些危害，对人类健康生活有多大影响呢？世界卫生组织的报告表明，吸烟对人类的危害是多方面的，香烟燃烧后的烟雾中含有四千多种有害物质其中主要包括一氧化碳、尼古丁、刺激性物质、致癌物质，主要导致哮喘、肺炎、肺癌、高血压、心脏病等。这些都是众所周知的。可烟民即使知道身边因为吸烟所发生的意外、病危的事件不少，但烟民还是很自然地抽起烟来，因为吸烟对某些人来说，已经是“精神的食粮”；我们的也不能阻止谁人吸烟，也不能限制某些人的人生自由，但面对吸烟这个问题，烟民又是否考虑到非吸烟人士的权利呢？据调查显示，二手烟对被动吸烟者的危害一点也不比主动吸烟者轻，每日和吸烟者在一起呆上15分钟以上，吸“二手烟”者的危害便等同于吸烟者，特别是对胎儿和少年儿童的危害尤其严重。因此非吸烟人士有权利要求吸烟者在某些公共场所禁止吸烟，如加油站等场所也十分有必要禁烟。因此，我们生活中有不少场所是有禁烟的必要的，但是哪些地方是禁烟区，哪些地方能吸烟，恐怕吸烟人士不能每次都注意，这时，防抽烟报警器的作用就显得十分有用了。我们不用太多人力在禁烟区监督吸烟人士，只要有人在安装了防抽烟报警器的地方吸烟，吸烟报警器就会发出警告，让吸烟人士停止在禁烟区吸烟。一方面，可以维护非吸烟人士要求在某些公共场所禁止吸烟的要求，另一方面也可以间接去减少吸烟人士每日的“吸烟量”，从而减少吸烟所带来的负面后果。通过研究和改良吸烟报警器，能够改进现在吸烟报警器的缺点和漏洞，研究吸烟报警器，也能对非吸烟区的智能监控，节省不少人力物力，更好地应用于人类的日常生活中。1.2监测是关键随着社会健康意识的不断提高，防抽烟工作越来越重要，但是目前国内的许多研发都侧重于大型场所的火灾报警，较少涉及家庭的防抽烟需求。因此，我们就有必要研制一种结构简单、经济实用的家庭防抽烟报警器以适应社会的需求。良好的监测可以有效防止有关人员在禁烟区域抽烟，避免无辜的人员因二手烟造成伤害 。美国曾把二十世纪八十年代称为传感技术时代，日本更是把传感技术列为十大技术之首。所以，根据报警器功能的需要，选择合适、精确、经济的烟雾传感器是至关重要的。单片机好比一个桥梁，联系着传感器和报警电路设备。近几年来，单片机已逐步深入应用到工农业生产各部门及人们生活的各个方面。各种类型的单片机也根据社会的需求而开发出来。单片机是器件级计算机系统，实际上它是一个微控制器或微处理器。由于它功能齐全，体积小，成本低，因此它可以应用到所有电子系统中。同样，它也可以广泛应用于报警技术领域，使各类报警装置的功能更加完善，可靠性大大提高，以满足社会发展的需要。而传感器作为信息技术系统的“感官”器件，如果没有“感官”感受信息，或者“感官”迟钝，都难以形成高精度、高速度的控制系统。1.3整体思路香烟的烟雾里究竟包含哪些对健康有害的东西呢？大体可以分为三个方面：烟焦油、烟碱和一氧化碳。在本论文中单片机及烟雾传感器是烟雾报警器系统的两大核心。基于供家庭使用的烟雾报警器应该具备的基本要求和功能，文章设计了一种比较适合的烟雾报警器。 本设计以传感器和单片机作为烟雾报警器设计的核心器件，配合其它器件即可实现声光报警等功能，提醒来访的客人不要抽烟。设计中单片机选用AT89C52作为控制器件，传感器选用MQ-7型气体传感器实现对烟雾的检测。AT89C52单片机，功能强大，可供许多高性价比的场合应用，能够灵活应用于各种控制领域。MQ-7半导体气体烟雾传感器在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度，寿命长，成本低，非常适用于家庭使用的气体泄漏报警器。由这两个核心器件设计而成的整个烟雾报警器系统可实现声光报警、报警状态字符显示等烟雾报警器应有的功能，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器。烟雾报警器主要由烟雾信号采集及前置放大电路、模数转换电路、单片机控制电路、显示电路、声光报警电路构成，设计合理、简单易懂、价格低廉，使单片机在烟雾报警系统的控制中得到充分应用，具有一定的实用价值。论文主要针对烟雾报警系统中的各个组成部分及功能进行了详细的介绍和说明，并对其主控电路和外围设备电路之间的接口连接方式，以及系统软件设计进行了重点的分析和讲解。此次设计是针对于单片机原理及其应用展开的。其中包含了我们大学四年中所学到的相关知识，运用我们所学的电工技术，传感器技术，单片机技术去设计基于单片机的烟雾报警系统。80C51单片机好比一个桥梁，联系着传感器和报警电路设备。当周围的环境（温度、湿度、烟雾浓度）达到我们设定的数值时，烟雾传感器把被测的物理量（温度、湿度、烟雾浓度）作为输入参数，转换为电量（电流、电压、电阻等等）输出。物理量和测量范围的不同，传感器的工作机理和结构就不同。通常传感器输出的电信号是模拟信号（已有许多新型传感器采用数字量输出）。当信号的数值不符合A/D转换器的输入等级时，就需要放大器放大。传感器将物理信号经过A/D转换器转化为可以利用识别的电信号给单片机，这里我们选择单片机的P1为输入方式，接收到信号的单片机经过程序的设定（当烟雾浓度达到设定数值时）会由P2.7作为单片机的声音报警系统输出口。此时，扬声器将发滴滴的急促叫声，同时单片机的P3口伴随声音节奏驱动二极管发光，这就达到了声光报警的效果。2各主要元器件的介绍2.1烟雾传感器介绍 2.1.1烟雾传感器的分类 (a) 半导体烟雾传感器 半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器，以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器。自1962年半导体金属氧化物烟雾传感器问世以来，由于具有灵敏度高、响应快、输出信号强、耐久性强、结构简单、价格便宜等诸多优点，得到了广泛的应用。该传感器己成为世界上产量最大、使用最广的烟雾传感器之一。按照敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻型。 (b) 固体电解质烟雾传感器 固体电解质烟雾传感器使用固体电解质气敏材料作为气敏元件，其原理是利用气敏材料在通过烟雾时产生电阻，测量其形成电动势从而测量气体浓度。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，因而得到了广 泛的应用，几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域，其产量仅次于半导体烟雾传感器的一类传感器。但这种传感器制造成本高，检测烟雾范围有限，在检测环境污染领域中有优势。 (c) 接触燃烧式传感器 当易燃烟雾接触这种被催化物覆盖的传感器表面时会发生氧化反应而燃烧，故得名接触燃烧式传感器。接触燃烧式烟雾传感器的检测元件一般为铂金属丝(也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层)，使用时将铂丝通电，保持300C400C的高温，此时若与烟雾接触，烟雾就会在稀有金属催化层上燃烧，因此铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道烟雾的浓度。 (d) 高分子烟雾传感器 利用高分子气敏材料制作的烟雾传感器近年来得到很大的发展。高分子气敏材料在遇到特定烟雾时，其电阻、介电常数、材料表面声波传播速 度和频率、材料重量等物理性能发生变化。高分子气敏材料由于具有易操 作性、工艺简单、常温选择性好、价格低廉、易与微结构传感器和声表面波器件相结合，在毒性烟雾和食品鲜度等方面的检测中具有重要作用。高分子烟雾传感器具有对特定烟雾分子灵敏度高，选择性好，且结构简单，能在常温下使用，可以弥补其它烟雾传感器的不足。 (e) 电化学传感器 电化学传感器由膜电极和电解液封装而成。烟雾浓度信号将电解液分解成阴阳带电离子，通过电极将信号传出。它的优点是：反映速度快、准确、稳定性好、能够定量检测，但寿命较短(大约两年)。它主要适用于毒性烟雾检测。目前国际上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。 (f) 热传导传感器 热传导传感器与接触燃烧式传感器具有类似的结构形式，但是测量原理不同。它的测量原理是：将加热后的铂电阻线圈置于目标烟雾中，由于向目标烟雾传送热量造成温度降低，引起电阻值变化，传感器即测量电阻 值的变化情况。温度的变化情况是目标烟雾热传导率的函数，而对于一种给定的烟雾或汽化物，热传导率是它固有的物理特性。 红外传感器 红外传感器通常用两束红外光进行烟雾测量，主光束通过测量元件内的目标烟雾，参考光束通过比较元件内的参考烟雾。在测量和比较元件中，红外射线被烟雾有选择地吸收了。未吸收的红外光由光电探测器测量，产生一个正比于目标烟雾浓度的差分信号。非扩散式红外探测器NDIR (non-dispersive IR )是其中的一种，所有的未吸收光全部以最小的扩散和损耗被记录下来。 不同的烟雾吸收不同波长的IR，所以传感器根据目标烟雾而调整，典型应用包括测量CO和CO2、冷冻剂烟雾和一些易燃气。由于非碳氢化合物易燃烟雾(如氢)不吸收电磁谱中IR部分的能量，所以这种传感器可以精确地测量碳氢化合物，并具有最小的交叉灵敏度，而且不受其它烟雾的腐蚀以及高浓度目标烟雾的影响。2.1.2 烟雾传感器应满足的基本条件 一个烟雾传感器可以是单功能的，也可以是多功能的；可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。但是，任何一个完整的烟雾传感器都必须具备以下条件： 能选择性地检测某种单一烟雾，而对共存的其它烟雾不响应或低响应； (a)对被测烟雾具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的烟雾浓度； (b)对检测信号响应速度快，重复性好； (c)长期工作稳定性好； （d）使用寿命长； (e)制造成本低，使用与维护方便。 2.1.3 MQ-7介绍 MQ-7气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。采用高低温循环检测方式低温（1.5V加热）检测一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温（5.0V加热）清洗低温时吸附的杂散气体。使用简单的电路即可将电导率的变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-7气体传感器对一氧化碳的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。图2-1及2-2所示为元器件外形尺寸图，图2-3为实物图图2-1图2-2 图2-3 元器件主要参数：产品型号MQ-7产品类型半导体气敏元件标准封装塑封检测气体一氧化碳检测浓度10-1000ppmCO回路电压（ Vc）10V DC加热电压（ VH）5.0V0.2V AcorDC 1.5V0.1V ACorDC（低）负载电阻（ RL）可调加热电阻（ RH）313（室温）加热功耗（ PH）350mW敏感体表面电阻（ Rs）2K-20K(in100ppmCO)灵敏度（ S）Rs(in air)/Rs(100ppmCO)5浓度斜率（）0.6(R300ppm/R100ppmCO)温度、湿度202；65%5%RH标准测试电路Vc:5.0V0.1V； VH（高）: 5.0V0.1V； VH（低）: 1.5V0.1V预热时间不少于48小时图2-4基本测试回路：VcVHGNDRLVRL图2-4图2-4是传感器的基本测试电路。该传感器需要施加2个电压：加热器电压（VH）和测试电压（VC）。其中 VH用于为传感器提供特定的工作温度。VC 则是用于测定与传感器串联的负载电阻（RL）上的电压（VRL）。这种传感器具有轻微的极性， VC需用直流电源。在满足传感器电性能要求的前提下，VC和VH可以共用同一个电源电路。为更好利用传感器的 性能，需要选择恰当的RL值。敏感体功耗（Ps）值可用计算下式：Ps=Vc2Rs/(Rs+RL)2传感器电阻（Rs），可用下式计算： Rs=(Vc/VR加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有只针状管脚，其中个 别用于信号取出，个用于提供加热电流。2.2 AT89C52 AT89C52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89C51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外，AT89C51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。其引脚图如图2所示。图2-5 AT89C52的引脚图2.2.1 主要特性： 8031 CPU与MCS-51 兼容 4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环) 全静态工作：0Hz-33MHz 三级程序存储器保密锁定 128*8位内部RAM 32条可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 6个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2.2.2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P0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。 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。 I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。这是由硬件自动完成的，不需要我们操心，然后再实行读引脚操作，否则就可能读入出错，如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0,Q端为0,Q为1加到场效应管栅极的信号为1，该场效应管就导通对地呈现低阻抗，此时即使引脚上输入的信号为1，也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1。若先执行置1操作，则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以这类I/O口被称为准双向口。89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口。接下来让我们再看另一个问题，这四个端口还有一个差别，除了P1口外P0P2P3口都还有其他的功能。 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低位字节。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。 2.3液晶显示简介2.3.1液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。线段的显示点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。字符的显示用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。汉字的显示汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5右边为2、4、6根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。2.3.2 1602字符型LCD简介字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。下面以长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法。一般1602字符型液晶显示器实物如图2-5及图2-6：图2-5 1602字符型液晶显示器顶部实物图图2-6 1602字符型液晶显示器底部实物图基本参数及引脚功能1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图10-54所示：图2-71602LCD尺寸图 1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm引脚功能说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极表2-1引脚接口说明表第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。1602LCD的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表10-14所示：序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址（写）9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容表2-2 控制命令表1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为8位总线，低电平时为4位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。与HD44780相兼容的芯片时序表如下：高脉冲：即从逻辑0变化到逻辑1再变化到逻辑0，如此便是一个高脉冲。在单片机中定义高脉冲就是让某个I/O先输出逻辑0，接着保持一定的时间（延时），再输出逻辑1，同样保持一定的时间（延时），最后再转变输出为逻辑0+延时。读状态输入RS=L，R/W=H，E=H输出D0D7=状态字写指令输入RS=L，R/W=L，D0D7=指令码，E=高脉冲输出无读数据输入RS=H，R/W=H，E=H输出D0D7=数据写数据输入RS=H，R/W=L，D0D7=数据，E=高脉冲输出无表2-3 HD44780读写指令表HD44780内置了DDRAM、CGROM和CGRAM。DDRAM就是显示数据RAM，用来寄存待显示的字符代码。共80个字节，其地址和屏幕的对应关系如表2-4： 表2-4也就是说想要在LCD1602屏幕的第一行第一列显示一个A字,就要向DDRAM的00H地址写入“A”字的代码就行了。但具体的写入是要按LCD模块的指令格式来进行的，后面我会说到的。那么一行可有40个地址呀？是的，在1602中我们就用前16个就行了。第二行也一样用前16个地址。对应如表2-5： 表2-5 DDRAM地址与显示位置的对应关系事实上我们往DDRAM里的00H地址处送一个数据，譬如0x31(数字1的代码)并不能显示1出来。这是一个令初学者很容易出错的地方，原因就是如果你要想在DDRAM的00H地址处显示数据，则必须将00H加上80H，即80H，若要在DDRAM的01H处显示数据，则必须将01H加上80H即81H。依次类推。大家看一下控制指令的的8条：DDRAM地址的设定，即可以明白是怎么样的一回事了）1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，如下表所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A” 。2.4 ADC转换芯片为了满足多种需要，目前国内外各半导体器件生产厂家设计并生产出了多种多样的ADC芯片。仅美国AD公司的ADC产品就有几十个系列、近百种型号之多。从性能上讲，它们有的精度高、速度快，有的则价格低廉。从功能上讲，有的不仅具有A/D转换的基本功能，还包括内部放大器和三态输出锁存器；有的甚至还包括多路开关、采样保持器等，已发展为一个单片的小型数据采集系统。尽管ADC芯片的品种、型号很多，其内部功能强弱、转换速度快慢、转换精度高低有很大差别，但从用户最关心的外特性看，无论哪种芯片，都必不可少地要包括以下四种基本信号引脚端：模拟信号输入端(单极性或双极性)；数字量输出端(并行或串行)；转换启动信号输入端；转换结束信号输出端。除此之外，各种不同型号的芯片可能还会有一些其他各不相同的控制信号端。选用ADC芯片时，除了必须考虑各种技术要求外，通常还需了解芯片以下两方面的特性。（1）数字输出的方式是否有可控三态输出。有可控三态输出的ADC芯片允许输出线与微机系统的数据总线直接相连，并在转换结束后利用读数信号选通三态门，将转换结果送上总线。没有可控三态输出(包括内部根本没有输出三态门和虽有三态门、但外部不可控两种情况)的ADC芯片则不允许数据输出线与系统的数据总线直接相连，而必须通过I/O接口与MPU交换信息。（2）启动转换的控制方式是脉冲控制式还是电平控制式。对脉冲启动转换的ADC芯片，只要在其启动转换引脚上施加一个宽度符合芯片要求的脉冲信号，就能启动转换并自动完成。一般能和MPU配套使用的芯片，MPU的I/O写脉冲都能满足ADC芯片对启动脉冲的要求。对电平启动转换的ADC芯片，在转换过程中启动信号必须保持规定的电平不变，否则，如中途撤消规定的电平，就会停止转换而可能得到错误的结果。为此，必须用D触发器或可编程并行I/O接口芯片的某一位来锁存这个电平，或用单稳等电路来对启动信号进行定时变换。具有上述两种数字输出方式和两种启动转换控制方式的ADC芯片都不少，在实际使用芯片时要特别注意看清芯片说明。下面介绍两种常用芯片的性能和使用方法。2.4.1 ADC 0808/0809ADC0808和ADC0809除精度略有差别外(前者精度为8位、后者精度为7位)，其余各方面完全相同。它们都是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。2.4.2 主要技术指标和特性（1）分辨率： 8位。（2）总的不可调误差： ADC0808为LSB,ADC 0809为1LSB。（3）转换时间： 取决于芯片时钟频率，如CLK=500kHz时，TCONV=128s。（4）单一电源： +5V。（5）模拟输入电压范围： 单极性05V；双极性5V,10V(需外加一定电路)。（6）具有可控三态输出缓存器。（7）启动转换控制为脉冲式(正脉冲)，上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使A/D转换开始。（8）使用时不需进行零点和满刻度调节。2.4.3 内部结构和外部引脚ADC0808/0809的内部结构和外部引脚分别如图2-8和图2-9所示。内部各部分的作用和工作原理在内部结构图中已一目了然，在此就不再赘述，下面仅对各引脚定义分述如下： 图2-8 ADC0808/0809内部结构框图（1）IN0IN78路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。（2）D7D0A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。（3）ADDA、ADDB、ADDC模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。地址信号与选中通道对应关系如表11.3所示。（4）VR(+)、VR(-)正、负参考电压输入端，用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。在单极性输入时，VR(+)=5V，VR(-)=0V；双极性输入时，VR(+)、VR(-)分别接正、负极性的参考电压。 图2-9 ADC0808/0809外部引脚图地址信号与选中通道的关系地 址选中通道ADDCADDBADDA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7表2-6（5）ALE地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。在使用时，该信号常和START信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。（6）STARTA/D转换启动信号，正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始A/D转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，则原来的转换进程被中止，重新从头开始转换。（7）EOC转换结束信号，高电平有效。该信号在A/D转换过程中为低电平，其余时间为高电平。该信号可作为被CPU查询的状态信号，也可作为对CPU的中断请求信号。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到START端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。（8）OE输出允许信号，高电平有效。当微处理器送出该信号时，ADC0808/0809的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。在中断工作方式下，该信号往往是CPU发出的中断请求响应信号。3) 工作时序与使用说明ADC 0808/0809的工作时序如图2-10所示。当通道选择地址有效时，ALE信号一出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信号紧随ALE之后(或与ALE同时)出现。START的上升沿将逐次逼近寄存器SAR复位，在该上升沿之后的2s加8个时钟周期内(不定)，EOC信号将变低电平，以指示转换操作正在进行中，直到转换完成后EOC再变高电平。微处理器收到变为高电平的EOC信号后，便立即送出OE信号，打开三态门，读取转换结果。图2-10 ADC 0808/0809工作时序模拟输入通道的选择可以相对于转换开始操作独立地进行(当然，不能在转换过程中进行)，然而通常是把通道选择和启动转换结合起来完成(因为ADC0808/0809的时间特性允许这样做)。这样可以用一条写指令既选择模拟通道又启动转换。在与微机接口时，输入通道的选择可有两种方法，一种是通过地址总线选择，一种是通过数据总线选择。如用EOC信号去产生中断请求，要特别注意EOC的变低相对于启动信号有2s+8个时钟周期的延迟，要设法使它不致产生虚假的中断请求。为此，最好利用EOC上升沿产生中断请求，而不是靠高电平产生中断请求。2.5 LM324简介： 1.短跑保护输出 2.真差动输入级 3.可单电源工作：3V-32V 4.低偏置电流：最大100nA（LM324A） 5.每封装含四个运算放大器。 6.具有内部补偿的功能。 7.共模范围扩展到负电源 8.行业标准的引脚排列 9.输入端具有静电保护功能 图2-11 LM324引脚图（管脚图）3系统硬件电路设计3.1 AT89C52的时钟电路和复位电路（1）时钟电路：AT89C51单片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端，时钟可由内部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引脚上外接晶体振荡器Y，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择12MHZ，C1、C2的电容值取30pF，电容的大小起频率微调的作用。时钟电路如图3-1。图3-1（2）复位电路：单片机有多种复位电路，本系统采用自动复位（上电复位）与手动复位方式，电路如图3-3。当上电时，C3充电，电源经过电容器C3加到RESET引脚，使单片机复位；在正常工作时，按下复位键时单片机复位。3.2放大器和A/D转换模块设计 LM324是单片高增益四运算放大器，可在较宽电压范围内的单电源或双电源下工作，其电源电流很小且与电源电压无关，四个运放一致性好；其输入偏流电阻是温度补偿的，也不需外接频率补偿，可做到输出电平与数字电路兼容。下面详细介绍运算放大电路：如图3-2所示，从传感器的上端出来的信号Vi经过运算放大器的同相输入端，但是为保证引入的是负反馈，输出电压Vo通过电阻R4接到反相输入端，同时，反相输入端通过电阻R3接到参考电压Vref。同相比例运算电路中反馈的组态为电压串联负反馈，同样可以利用理想运放工作在线性区时的两个特点来分析其电压放大倍数。根据运放的“虚短”和“虚断”的特点可知，I- = I+ = 0，所以 V- = Vo*R3/R3 + R4 +Vref*R4/R3 + R4 (3-1) 而且 V- = V+ = Vi Vo = Vi*（R3 + R4）/R3 (3-2)由以上两式可求出 Vo=Vref-R4/R3 (3-3) 所以本放大电路的放大倍数 A =1+ R4R3，此放大电路为同相比例放大电路，它的放大倍数总是大于或等于1。同相比例运算电路有以下几个特点： (1)同相比例运算放大电路是一个深度的电压串联负反馈电路。因为不存在“虚地”现象，所以其输入端有较高的共模输入电压。 (2)电压放大倍数A =1+ R4 R3，即输出电压与输入电压的幅值成正比，且相位相同，所以此电路实现了同相比例放大。如果不接 R3和R4，则此电路就成了“电压跟随器”，它可以减少电路模块间由于阻抗引起的干扰。 (3) 由于引入了深度电压串联负反馈，因此电路的输入阻抗很高，输出阻抗很低。高输入阻抗就可以减少放大电路对前端电路的影响，同时低输出阻抗也可以提高自身的抗干扰性，这显然有利于电路中其他模块的设计。此放大电路还加了参考电压，引入了零点调节功能，这样可以更方便 的调整由于不同传感器导致的零点变化问题。它利 用滑动变阻器产生一个参考电压 Vref，再利用电压跟随器把电压输入10到运算放大电路的电压参考端。所以调节滑动变阻器，就可以直接改变放大电路的参考电压。而电压跟随器的作用就如上面介绍的，它只是用来匹配阻抗用的，防止R3和R4对滑动变阻器输出电压的影响。图3-23.3A/D转换电路ADC0809是一种逐次逼近式8路模拟输入、8位数字量输出的A/D转换器。ADC0809的转换速度较快，完成一次的转换时间为100s左右，可对0-5V的模拟信号进行转换。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。如图3-3所示，ADC0809的主要引脚功能如下。(1)IN0IN7是8路模拟信号输入端。D0 D7是8位数字量输出端。(2)A,B,C分别是ALE控制8路模拟通道切换，A,B,C分别与三根地址线或数字线相连，三者编码对应8个通道地址口。C,B,A=000111分别对应IN0IN7通道地址。(3)OE,START,CLK,EOC为控制信号端，OE为输出允许端，START为启动信号端，CLOCK为时钟信号输入端, EOC为转换结束信号端。(4)Vref(+)和Vref(-)为参考电压输入端。ADC0809虽然有8路模拟通道可以同时输入8路模拟信号，但每个瞬间只能转换一路，各路之间的切换由软件变换通道地址实现。地址锁存与译码电路完成对 A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连。图3-33.4声音报警电路在仿真的时候，喇叭总是不发声，在网上搜搜索了一些例子，发现扬声器选择错了，选择了不能仿真的扬声器。由于担心单片机输出功率达不到，我加了一个lm324的功放电路，但声音总是断断续续，这让我百思不得其解。无奈之下，把lm324去掉，竟然发出了嘹亮清晰的报警声，这让我很是兴奋。如果不加功放就能驱动扬声器发声，既简化了电路，又达到了较好的效果，岂不美哉。于是我便采用了图3-4所示的电路，这也为下文的悲剧埋下了伏笔。图3-43.5 lcd显示电路如图3-5所示，本电路采用了典型的P0口加上拉电阻驱动lcd1602电路，P2.0、P2.1、P2.2分别接lcd的RS、RW、EN。Lcd的1脚和3脚接一个1k的可调电阻，用于调