標(biāo)題: 煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置設(shè)計(jì)論文 [打印本頁(yè)]
作者: wanghanxiao    時(shí)間: 2018-1-2 01:17
標(biāo)題: 煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置設(shè)計(jì)論文
第一章 緒論        4
1.1、課題研究的背景        4
1.2煤氣泄露檢測(cè)報(bào)警裝置意義        5
第二章  煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)        6
2.1設(shè)計(jì)要求        6
2.2方案的選擇        7
2.3 一氧化碳報(bào)警器系統(tǒng)的三大部分        9
第三章 硬件電路設(shè)計(jì)        10
3.1 傳感器部分電路設(shè)計(jì)        10
3.2報(bào)警電路的設(shè)計(jì)        16
3.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分電路設(shè)計(jì)        17
第四章 軟件設(shè)計(jì)        20
4.1 單片機(jī)編程        20
4.2 匯編語(yǔ)言概況        21
4.3 源程序        23
第一章 緒論1.1、課題研究的背景
人的生存離不開(kāi)空氣，人的一生大約有80%的時(shí)間是在室內(nèi)度過(guò)的，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的好壞影響著人們的身心健康。室內(nèi)的有害氣體來(lái)源有來(lái)自裝修不當(dāng)造成的甲醛、氨氣、氡氣、苯、放射性物質(zhì)的釋放，而這些氣體在裝修時(shí)加以注意，完全可以減少其排放量，從而不至于影響人的健康狀況。室內(nèi)存在的有害氣體的另一主要來(lái)源為可燃性氣體的泄漏，主要可分為天然氣泄漏、液化氣泄漏和煤氣泄漏。
煤氣泄漏的主要成分是一氧化碳與氫氣，一氧化碳中毒原因是一氧化碳進(jìn)入人體后會(huì)和血液中的血紅蛋白結(jié)合，從而出現(xiàn)缺氧。常見(jiàn)于家庭居室內(nèi)通風(fēng)差得情況下，煤爐產(chǎn)生的煤氣或液化氣管道泄漏氣中的一氧化碳吸入會(huì)導(dǎo)致一氧化碳中毒。
液化氣泄漏危害也不易小視，液化石油氣是石油產(chǎn)品之一。是由煉廠氣或天然氣(包括油田伴生氣)加壓、降溫、液化得到的一種無(wú)色、揮發(fā)性氣體。由煉廠氣所得的液化石油氣，主要成分為丙烷、丙烯、丁烷、丁烯，同時(shí)含有少量戊烷、戊烯和微量硫化合物雜質(zhì)。由天然氣所得的液化氣的成分基本不含烯烴。液化石油氣主要用作石油化工原料，用于烴類(lèi)裂解制乙烯或蒸氣轉(zhuǎn)化制合成氣，可作為工業(yè)、民用、內(nèi)燃機(jī)燃料。其主要質(zhì)量控制指標(biāo)為蒸發(fā)殘余物和硫含量等，有時(shí)也控制烯烴含量。液化石油氣是一種易燃物質(zhì)，空氣中含量達(dá)到一定濃度范圍時(shí)，遇明火即爆炸。
天然氣主要成分是烷烴，其中甲烷含量在95%以上。人所賴(lài)以生存的空氣中有大約20%的氧氣，如果人的生活空間是封閉空間，氧氣稀薄，人會(huì)因氧氣不足，導(dǎo)致窒息、昏迷，有心腦血管疾病的人將會(huì)危及生命。室內(nèi)天然氣泄漏會(huì)使室內(nèi)空氣中的氧氣相對(duì)稀薄，由于天然氣是無(wú)色無(wú)味，人很難察覺(jué)到，尤其當(dāng)人處于睡眠狀態(tài)時(shí)，天然氣的泄漏就更加危險(xiǎn)，甚至?xí)谷酥舷ⅰＬ烊粴獾牧硪晃ｋU(xiǎn)是當(dāng)空氣中的天然氣含量達(dá)到一定含量時(shí)，遇到明火就會(huì)產(chǎn)生爆炸，危及人的生命。
1.2煤氣泄露檢測(cè)報(bào)警裝置意義
（1）成本低廉并能對(duì)一氧化碳準(zhǔn)確報(bào)警。
（2）該產(chǎn)品不需專(zhuān)業(yè)人員操作，只要放在合適位置，通電即可，連續(xù)使用方便，操作簡(jiǎn)單。
（3）能起到預(yù)防一氧化碳中毒的效果，使人們安全放心的工作。
（4）出現(xiàn)一氧化碳漏或者著火時(shí)，報(bào)警器能夠立即鳴笛報(bào)警，告之工作人員及時(shí)采取措施。
人們面對(duì)可燃性氣體泄漏而危及生命，可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警器是對(duì)付燃?xì)庑孤┑闹匾A(yù)防手段之一。為防止中毒事件發(fā)生，現(xiàn)提出利用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行有效的預(yù)防措施。所以怎樣預(yù)防燃?xì)庵卸九c爆炸已成為人們的迫切需要。基于此現(xiàn)實(shí)，本設(shè)計(jì)宗旨是為家庭用戶設(shè)計(jì)一種能夠?qū)μ烊粴猓夯瘹夂汀⒚簹庑孤┑难b置，從于減少不必要的事故，進(jìn)于保證人民的生命健康，減少不必要的損失。
第二章  煤氣泄漏檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求
報(bào)警器需在一氧化碳濃度達(dá)到100ppm時(shí)啟動(dòng)報(bào)警。
具體實(shí)現(xiàn)如下功能：
（1）系統(tǒng)要求設(shè)置正常工作狀態(tài)除正常工作狀態(tài)外,LED紅燈處于熄滅狀態(tài)，蜂鳴器處于關(guān)閉狀態(tài)。
（2）在正常工作狀態(tài)下，綠燈應(yīng)長(zhǎng)亮。當(dāng)室內(nèi)一氧化碳濃度達(dá)到100ppm時(shí)系統(tǒng)應(yīng)啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，紅燈閃爍。
設(shè)計(jì)思路：采用單個(gè)傳感器檢測(cè)氣體濃度，將檢測(cè)結(jié)果通過(guò)高精度運(yùn)算放大器放大后送入模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，傳給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理后的信息將通過(guò)單片機(jī)控制，驅(qū)動(dòng)報(bào)警。
2.2方案的選擇
方案一，通過(guò)傳感器感受到可燃性氣體，降低自身的阻值，來(lái)增大電流，并且驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。電路簡(jiǎn)單、可靠但是靈活性和實(shí)用性差。
方案二，可以通過(guò)傳感器感知信號(hào)多級(jí)放大電路，并用電位器調(diào)節(jié)得到固定的電壓值，當(dāng)?shù)玫娇扇夹詺怏w信號(hào)時(shí)，電阻值立刻變小，放大器的放大倍數(shù)增加，電壓也就隨著增加，驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通報(bào)警電路。該方案有一定的靈活性和可執(zhí)性，但是電路比較復(fù)雜，智能性差。
方案三，通過(guò)51系列單片機(jī)作為主控單元，并且能夠通過(guò)傳感器把模擬信號(hào)通過(guò)A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并且讀取和顯示出來(lái)。鍵盤(pán)可以通過(guò)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和針對(duì)不同氣體做出不同的濃度設(shè)定，并且儲(chǔ)存報(bào)警的上限和報(bào)警時(shí)間，方便查詢和日后的工作調(diào)查。
（1）初始設(shè)計(jì)以設(shè)計(jì)思路展開(kāi)研究：
根據(jù)該設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的基本功能，設(shè)計(jì)大概應(yīng)該分為信號(hào)接收，信號(hào)處理，信號(hào)控制和信號(hào)響應(yīng)四個(gè)部分。
  a.信號(hào)采集接收部分即通過(guò)檢測(cè)一氧化碳?xì)怏w濃度，并將這種變化量轉(zhuǎn)換成電壓或者電流等模擬量的變化
        b.信號(hào)處理部分是將接收部分得到的電壓或電流等變化進(jìn)行必要放大，為后一部分信號(hào)控制提供準(zhǔn)備。
  c.信號(hào)控制部分是通過(guò)預(yù)定控制方式等實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)要求的準(zhǔn)確操作。
  d.信號(hào)響應(yīng)是通過(guò)事故處理部分和顯示部分實(shí)現(xiàn)控制部分的要求。   
（2）對(duì)上述四個(gè)部分進(jìn)行分析，得到如下一些基本的結(jié)論：
  a.信號(hào)接收部分為了能準(zhǔn)且采集到氣體濃度的變化應(yīng)選用傳感器敏感器件，為使其有效部分的檢測(cè)房間中氣體濃度，必須選用高溫一氧化碳傳感器。
  b.信號(hào)處理部分應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選用電荷放大，或比較器等裝置，這部分電路將包含在傳感器接口電路中。
  c.控制部分為了實(shí)現(xiàn)精確控制，采用單片機(jī)較為合適。
  d.信號(hào)響應(yīng)及報(bào)警部分，用蜂鳴器和LED燈即可。
根據(jù)對(duì)上面設(shè)計(jì)系統(tǒng)的分析，我們得到該設(shè)計(jì)思想框圖如下圖2.1所示：
  
圖2.1  設(shè)計(jì)思想框圖
（3）方案確定
經(jīng)過(guò)分析采用初始方案設(shè)計(jì)，即用單個(gè)傳感器檢測(cè)一氧化碳?xì)怏w濃度，將檢測(cè)到的濃度結(jié)果通過(guò)運(yùn)算放大器放大后送入模/數(shù)芯片ADC0809中進(jìn)行�！獢�(shù)轉(zhuǎn)換，傳入單片機(jī)中，由AT89C51單片機(jī)處理數(shù)據(jù)，并利用單片機(jī)控制報(bào)警器進(jìn)行聲音報(bào)警。
綜合考慮，由于使用單片機(jī)設(shè)計(jì)靈活性更強(qiáng)、用途更寬廣，所以本設(shè)計(jì)采用方案三。
2.3 一氧化碳報(bào)警器系統(tǒng)的三大部分
整個(gè)報(bào)警器由三個(gè)部分組成，分為三大模塊：濃度檢測(cè)模塊、主控模塊和報(bào)警模塊。
在本次設(shè)計(jì)中，使用的核心器件是單片機(jī)和一氧化碳傳感器。為了保重整個(gè)系統(tǒng)可靠的運(yùn)行，設(shè)計(jì)中必須明確三大部分的實(shí)際聯(lián)系：以單片機(jī)為中心，其他各大模塊一一展開(kāi)。其中，濃度檢測(cè)及顯示模塊所實(shí)現(xiàn)的功能是將房間中的一氧化碳濃度值轉(zhuǎn)換成為單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)，并且濃度值顯示出來(lái)：主控模塊以單片機(jī)為主，對(duì)其他模塊的運(yùn)行進(jìn)行控制；報(bào)警模塊是此系統(tǒng)的外部電路，它的功能是實(shí)現(xiàn)報(bào)警。系統(tǒng)框圖如圖2.3所示。
下面就對(duì)各個(gè)模塊的功能和實(shí)現(xiàn)形式做簡(jiǎn)單介紹
（1）氣體濃度檢測(cè)模塊
一氧化碳報(bào)警器主要采用高穩(wěn)定一氧化碳?xì)怏w傳感器MQ-7檢測(cè)房間氣體濃度，檢測(cè)結(jié)果通過(guò)高精度運(yùn)算放大器放大后送入模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
（2）主控模塊
系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，用的是AT89C51單片機(jī)，AT89C51單片機(jī)是美國(guó)Intel公司推出的一種4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器，低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次，數(shù)據(jù)可保留10年。它的主要功能既是和ADC0809芯片一起共同接受檢測(cè)信號(hào)，又可以通過(guò)對(duì)數(shù)字型號(hào)的處理來(lái)控制外圍電路以及顯示電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采用ADC0809，接收經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器處理后的一氧化碳傳感器的檢測(cè)值，檢測(cè)結(jié)果通過(guò)ADC0809處理后才傳給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理后的信息將通過(guò)單片機(jī)控制，以驅(qū)動(dòng)報(bào)警。
（3）報(bào)警模塊
此模塊主要有蜂鳴器、LED燈組成，在氣體濃度過(guò)大，超過(guò)安全值時(shí)，蜂鳴器工作，提供報(bào)警服務(wù)。
至此，本系統(tǒng)的三大模塊功能和設(shè)計(jì)思路已經(jīng)確立，下文將介紹整個(gè)系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程。并且給出設(shè)計(jì)電路。
第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 傳感器部分電路設(shè)計(jì)
（1）傳感器的定義
人們通常將能把非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件稱(chēng)為傳感器，傳感器實(shí)質(zhì)是一種功能模塊，起作用是將來(lái)之外界的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)：它是實(shí)現(xiàn)測(cè)試與自動(dòng)控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。
（2）傳感器的作用
傳感器是又稱(chēng)之為電五官，是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來(lái)，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱(chēng)的新水平。
（3）傳感器的組成
  傳感器一般由敏感元件、傳感元件和測(cè)量電路三部分組成有時(shí)還加上輔助電源。通常可用方框圖表示，如下圖3.4所示：
被測(cè)量
      
敏感元件——直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的其他量的元件。
傳感元件——又稱(chēng)變換器，傳感元件可以直接感受被測(cè)量而輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的電量，也可以不直接感受被測(cè)量，而只感受與被測(cè)量成確定關(guān)系的其他非電量。
測(cè)量電路——能把傳感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、控制和處理的有用電信號(hào)的電路。使用較多的是電橋電路，也是用其他特殊電路，如高阻抗輸入電路、脈沖調(diào)寬電路、維持震蕩的激振電路等。由于傳感元件的輸出信號(hào)一般比較小，為了便于與顯示和記錄，大多數(shù)測(cè)量電路還包括了放大器。
（4）傳感器的分類(lèi)
1).半導(dǎo)氣體傳感器
這種類(lèi)型的傳感器在氣體傳感器中約占60%，根據(jù)其機(jī)理分為電導(dǎo)型和非電導(dǎo)型，電導(dǎo)型中又分為表面型和容積控制型.
2).固體電解質(zhì)氣體傳感器
　  固體電解質(zhì)氣體傳感器固體電解質(zhì)氣體傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料做氣敏元件。其原理是氣敏材料在通過(guò)氣體時(shí)產(chǎn)生離子，從而形成電動(dòng)勢(shì)，測(cè)量電動(dòng)勢(shì)從而測(cè)量氣體濃度。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，僅次于金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器。如測(cè)量H2S的YST-Au-WO3、測(cè)量NH3的NH+4CaCO3等。 開(kāi)發(fā)新的氣體傳感器，特別是開(kāi)發(fā)和完善智能氣體傳感系統(tǒng)，使之可以在氣體泄漏事故中起到報(bào)警、檢測(cè)、識(shí)別、智能決策等方面的作用。大大提高氣體泄漏事故處置的工作效率和安全性，對(duì)于控制事故損失具有重要的作用。
3).接觸燒式氣體傳感器
接觸燃燒式氣體傳感器 可分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式兩種。其工作原理是：氣敏材料在通電狀態(tài)下，可燃性氣體氧化燃燒或在催化劑作用下氧化燃燒，產(chǎn)生的熱量使電熱絲升溫，從而使其電阻值發(fā)生變化，測(cè)量電阻變化從而測(cè)量氣體濃度。這種傳感器只能測(cè)量可燃?xì)怏w，對(duì)不燃性氣體不敏感。例如，在Pt絲上涂敷活性催化劑Rh和Pd等制成的傳感器，具有廣譜特性，即可以檢測(cè)各種可燃?xì)怏w。接觸燃燒式氣體傳感器在環(huán)境溫度下非常穩(wěn)定，并能對(duì)爆炸下限的絕大多數(shù)可燃性氣體進(jìn)行檢測(cè)，普遍應(yīng)用于石油化工廠、造船廠、礦井隧道、浴室、廚房等處的可燃性氣體的監(jiān)測(cè)和報(bào)警。
4).高分子氣體傳感器
國(guó)外在高分子氣敏材料的研究和開(kāi)發(fā)上有了很大的進(jìn)展，高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡(jiǎn)單、常溫選擇性好、價(jià)格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合等特點(diǎn)，在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測(cè)具有重要作用。高分子氣體傳感器根據(jù)氣敏特性主要可分為下列幾種：　　
a.高分子電阻式氣體傳感器
該類(lèi)傳感器是通過(guò)測(cè)量高分子氣敏材料的電阻來(lái)測(cè)量氣體的體積分?jǐn)?shù)，目前的材料主要有歐菁聚合物、LB膜、聚毗咯等。其主要優(yōu)點(diǎn)是制作工藝簡(jiǎn)單、成本低廉。但這種氣體傳感器要通過(guò)電聚合過(guò)程來(lái)激活，這既耗費(fèi)時(shí)間，又會(huì)引起各批次產(chǎn)品之間的性能差異。
b.濃差電池式氣體傳感器
　　濃差電池式氣體傳感器的工作原理是：氣敏材料吸收氣體時(shí)形成濃差電池，測(cè)量輸出的電動(dòng)勢(shì)就可測(cè)量氣體體積分?jǐn)?shù)，目前主要有聚乙烯醇-磷酸等材料。
c.聲表面波(SAW)式氣體傳感器
SAW氣體傳感器制作在壓電材料的襯底上，一端的表面為輸入傳感器，另一端為輸出傳感器。兩者之間的區(qū)域淀積了能吸附VOC的聚合物膜。被吸附的分子增加了傳感器的質(zhì)量，使得聲波在材料表面上的傳播速度或頻率發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量聲波的速度或頻率來(lái)測(cè)量氣體體積分?jǐn)?shù)。主要?dú)饷舨牧嫌芯郛惗∠�、氟聚多元醇等，用�?lái)測(cè)量苯乙烯和甲苯等有機(jī)蒸汽。其優(yōu)勢(shì)在于選擇性高、靈敏度高、在很寬的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定、對(duì)濕度響應(yīng)低和良好的可重復(fù)性。SAW傳感器輸出為準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)，因此可簡(jiǎn)便地與微處理器接口。此外，SAW傳感器采用半導(dǎo)體平面工藝，易于將敏感器與相配的電子器件結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)微型化、集成化，從而降低測(cè)量成本。
5).電化學(xué)傳感器
電化學(xué)傳感器通過(guò)與被測(cè)氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號(hào)來(lái)工作。典型的電化學(xué)傳感器由傳感電極（或工作電極）和反電極組成，并由一個(gè)薄電解層隔開(kāi)。氣體首先通過(guò)微小的毛管型開(kāi)孔與傳感器發(fā)生反應(yīng)，然后是憎水屏障，最終到達(dá)電極表面。采用這種方法可以允許適量氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，以形成充分的電信號(hào)，同時(shí)防止電解質(zhì)漏出傳感器。穿過(guò)屏障擴(kuò)散的氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，傳感電極可以采用氧化機(jī)理或還原機(jī)理。這些反應(yīng)由針對(duì)被測(cè)氣體而設(shè)計(jì)的電極材料進(jìn)行催化。通過(guò)電極間連接的電阻器，與被測(cè)氣濃度成正比的電流會(huì)在正極與負(fù)極間流動(dòng)。測(cè)量該電流即可確定氣體濃度。由于該過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電流，電化學(xué)傳感器又常被稱(chēng)為電流氣體傳感器或微型燃料電池。
6).熱傳導(dǎo)傳感器
熱傳導(dǎo)傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類(lèi)似的結(jié)構(gòu)形式，但是測(cè)量原理不同。它的測(cè)量原理是：將加熱后的鉑電阻線圈置于目標(biāo)煙霧中，由于向目標(biāo)氣體傳送熱量造成溫度降低，引起電阻值變化，傳感器即測(cè)量電阻值的變化情況。溫度的變化情況是目標(biāo)氣體熱傳導(dǎo)率的函數(shù)，而對(duì)于一種給定的氣體，熱傳導(dǎo)率是它固有的物理特性。
7).紅外傳感器
利用紅外線的物理性質(zhì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。紅外線又稱(chēng)紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對(duì)零度），都能輻射紅外線。紅外線傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。
  紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類(lèi)。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。光電檢測(cè)元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制成。
  紅外線傳感器常用于無(wú)接觸溫度測(cè)量，氣體成分分析和無(wú)損探傷，在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如采用紅外線傳感器遠(yuǎn)距離測(cè)量人體表面溫度的熱像圖，可以發(fā)現(xiàn)溫度異常的部位，及時(shí)對(duì)疾病進(jìn)行診斷治療（見(jiàn)熱像儀）；利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對(duì)地球云層進(jìn)行監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)大范圍的天氣預(yù)報(bào)；采用紅外線傳感器可檢測(cè)飛機(jī)上正在運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī) 的過(guò)熱情況等。
(6)傳感器與ADC0809的連接
檢測(cè)數(shù)據(jù)從IN0口輸入，轉(zhuǎn)換完畢送給單片機(jī)P1口供單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
連接電路圖如圖3.6：
圖3.6        傳感器與ADC0809連接電路
3.2報(bào)警電路的設(shè)計(jì)
報(bào)警電路采用了蜂鳴器以及發(fā)光二極管。在設(shè)計(jì)中，單片機(jī)的P2.0,P2.1,P2.2分別控制燈以及蜂鳴器，通過(guò)編程讓傳感器的數(shù)據(jù)和給定值進(jìn)行比較。如果大于則報(bào)警，即蜂鳴器鳴叫，發(fā)光二極管閃爍。如圖3.7所示：
圖3.7  報(bào)警器電路圖
3.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分電路設(shè)計(jì)
模數(shù)轉(zhuǎn)換部分采用ADC0809芯片。ADC0809是M美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片。
（1）主要特性
1）8路輸入通道，8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 　　
2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 　　
3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130μs（時(shí)鐘為500kHz時(shí)）　 　　
4）單個(gè)＋5V電源供電 　　
5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 　　
6）工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度 　　
7）低功耗，約15mW。
（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)
ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖13．22所示，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近 。
（3）外部特性（引腳功能）
ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖13．23所示。下面說(shuō)明各引腳功能。 　　
IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。 　　
2-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。 　　
ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 　　ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 　　
START： A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。 　　
EOC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 　　
OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。 　　
CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 　　
REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 　　
VCC：電源，單一＋5V。 　　
GND：地。
其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖如圖3.2所示
         
圖3.2   ADC0809內(nèi)部圖及引腳圖
（4）ADC0809的工作過(guò)程
首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖�，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 　　
轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問(wèn)題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式 ：　　
1).定時(shí)傳送方式 　　
對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換其來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128μs，相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期�？蓳�(jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 　　
2).查詢方式 　　
A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 　　
3).中斷方式 　　
把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述那種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過(guò)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)，OE信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。
（5）ADC0809與單片機(jī)連接方式如圖3.3：
圖3.3  ADC0809與單片機(jī)連接方式
第四章 軟件設(shè)計(jì)    4.1 單片機(jī)編程
本次設(shè)計(jì)用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序。由于程序十分簡(jiǎn)單，所以用匯編語(yǔ)言能夠更直觀更便于理解。
下面介紹一下匯編語(yǔ)言：
匯編語(yǔ)言是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。在匯編語(yǔ)言中，用助記符代替操作碼，用地址符號(hào)或標(biāo)號(hào)代替地址碼。這樣用符號(hào)代替機(jī)器語(yǔ)言的二進(jìn)制碼，就把機(jī)器語(yǔ)言變成了匯編語(yǔ)言。于是匯編語(yǔ)言亦稱(chēng)為符號(hào)語(yǔ)言。使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，機(jī)器不能直接識(shí)別，要由一種程序?qū)R編語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言，這種起翻譯作用的程序叫匯編程序，匯編程序是系統(tǒng)軟件中語(yǔ)言處理系統(tǒng)軟件。匯編程序把匯編語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的過(guò)程稱(chēng)為匯編。
4.2 匯編語(yǔ)言概況
匯編語(yǔ)言是一種功能很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，也是利用計(jì)算機(jī)所有硬件特性并能直接控制硬件的語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言，作為一門(mén)語(yǔ)言 ，對(duì)應(yīng)于高級(jí)語(yǔ)言的編譯器，需要一個(gè)“匯編器”來(lái)把匯編語(yǔ)言原文件匯編成機(jī)器可執(zhí)行的代碼。高級(jí)的匯編器如MASM，TASM等等為我們寫(xiě)匯編程序提供了很多類(lèi)似于高級(jí)語(yǔ)言的特征，比如結(jié)構(gòu)化、抽象等。在這樣的環(huán)境中編寫(xiě)的匯編程序，有很大一部分是面向匯編器的偽指令，已經(jīng)類(lèi)同于高級(jí)語(yǔ)言�，F(xiàn)在的匯編環(huán)境已經(jīng)如此高級(jí)，即使全部用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)windows的應(yīng)用程序也是可行的，但這不是匯編語(yǔ)言的長(zhǎng)處。匯編語(yǔ)言的長(zhǎng)處在于編寫(xiě)高效且需要對(duì)機(jī)器硬件精確控制的程序。
(1)匯編語(yǔ)言直接同計(jì)算機(jī)的底層軟件甚至硬件進(jìn)行交互，它具有如下一些優(yōu)點(diǎn)： 　　
1).能夠直接訪問(wèn)與硬件相關(guān)的存儲(chǔ)器或I/O端口； 　　
2).能夠不受編譯器的限制，對(duì)生成的二進(jìn)制代碼進(jìn)行完全的控制； 　　
3).能夠?qū)﹃P(guān)鍵代碼進(jìn)行更準(zhǔn)確的控制，避免因線程共同訪問(wèn)或者硬件設(shè)備共享引起的死鎖；
4)能夠根據(jù)特定的應(yīng)用對(duì)代碼做最佳的優(yōu)化，提高運(yùn)行速度； 　　
5).能夠最大限度地發(fā)揮硬件的功能。
（2）匯編語(yǔ)言是一種層次非常低的語(yǔ)言，它僅僅高于直接手工編寫(xiě)二進(jìn)制的機(jī)器指令碼，因此不可避免地存在一些缺點(diǎn)： 　　
1).編寫(xiě)的代碼非常難懂，不好維護(hù)； 　　
2).很容易產(chǎn)生bug，難于調(diào)試； 　　
3).只能針對(duì)特定的體系結(jié)構(gòu)和處理器進(jìn)行優(yōu)化； 　　
4).開(kāi)發(fā)效率很低，時(shí)間長(zhǎng)且單調(diào)。
（3）匯編語(yǔ)言的特點(diǎn): 　　
1).面向機(jī)器的低級(jí)語(yǔ)言，通常是為特定的計(jì)算機(jī)或系列計(jì)算機(jī)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的。 　　
2).保持了機(jī)器語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，具有直接和簡(jiǎn)捷的特點(diǎn)。 　　
3).可有效地訪問(wèn)、控制計(jì)算機(jī)的各種硬件設(shè)備，如磁盤(pán)、存儲(chǔ)器、CPU、I/O端口等。 　　
4).目標(biāo)代碼簡(jiǎn)短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。
5).經(jīng)常與高級(jí)語(yǔ)言配合使用，應(yīng)用十分廣泛。 　　
對(duì)于不同型號(hào)的計(jì)算機(jī)，有著不同的結(jié)構(gòu)的匯編語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言由于采用了助記符號(hào)來(lái)編寫(xiě)程序，比用機(jī)器語(yǔ)言的二進(jìn)制代碼編程要方便些，在一定程度上簡(jiǎn)化了編程過(guò)程。匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)是用符號(hào)代替了機(jī)器指令代碼，而且助記符與指令代碼一一對(duì)應(yīng)，基本保留了機(jī)器語(yǔ)言的靈活性。使用匯編語(yǔ)言能面向機(jī)器并較好地發(fā)揮機(jī)器的特性，得到質(zhì)量較高的程序。 　　
匯編語(yǔ)言是面向具體機(jī)型的，它離不開(kāi)具體計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)，因此，對(duì)于不同型號(hào)的計(jì)算機(jī)，有著不同的結(jié)構(gòu)的匯編語(yǔ)言，而且，對(duì)于同一問(wèn)題所編制的匯編語(yǔ)言程序在不同種類(lèi)的計(jì)算機(jī)間是互不相通的。 　　
匯編語(yǔ)言中由于使用了助記符號(hào)，用匯編語(yǔ)言編制的程序輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)不能象用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)的程序一樣直接識(shí)別和執(zhí)行，必須通過(guò)預(yù)先放入計(jì)算機(jī)的"匯編程序"中進(jìn)行加工和翻譯，才能變成能夠被計(jì)算機(jī)直接識(shí)別和處理的二進(jìn)制代碼程序。用匯編語(yǔ)言等非機(jī)器語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)好的符號(hào)程序稱(chēng)為源程序，運(yùn)行時(shí)匯編程序要將源程序翻譯成目標(biāo)程序。目標(biāo)程序是機(jī)器語(yǔ)言程序，當(dāng)它被安置在內(nèi)存的預(yù)定位置上，就能被計(jì)算機(jī)的CPU處理和執(zhí)行。 　　
匯編語(yǔ)言像機(jī)器指令一樣，是硬件操作的控制信息，因而仍然是面向機(jī)器的語(yǔ)言，使用起來(lái)還是比較繁瑣費(fèi)時(shí)，通用性也差。但是，匯編語(yǔ)言用來(lái)編制系統(tǒng)軟件和過(guò)程控制軟件，其目標(biāo)程序占用內(nèi)存空間少，運(yùn)行速度快，有著高級(jí)語(yǔ)言不可替代的用途。
    4.3 源程序
匯編源程序：
          ST                BIT             P3.0
          OE                BIT                    P3.1
          ORG       0000H
          LJMP          MAIN
ORG            0030H
MAIN:    CLR             P2.0
CLR             P2.2
LCALL    DELAY
CLR       ST
SETB      ST
CLR       ST
LCALL    DELAY
SETB      OE
MOV            P1,#0FFH
MOV       A,P1
CLR       OE
          CLR       C
          SUBB      A,#67H              ;報(bào)警值
          JNC       ALERM
SJMP      MAIN
ALERM:    SETB      P2.2
          SETB         P2.0
         MOV       R4,#255
         DJNZ      R4,$
         CLR       P2.0
         MOV       R5,#255
         DJNZ      R5,$
         SJMP      ALERM
DELAY:   MOV       R2,#250
AA:   MOV       R3,#255
         DJNZ            R3,$
         DJNZ      R2,AA
         RET
         END
結(jié) 論
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，就是心里老想著這樣的接法可以行得通，但實(shí)際接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間用去很多.我趁著做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)也對(duì)課本知識(shí)有了鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。
經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的設(shè)計(jì)里，過(guò)程曲折可謂一語(yǔ)難盡。在此期間我們也失落過(guò)，也曾一度熱情高漲。從開(kāi)始時(shí)的滿富激情到后來(lái)汗水背后的復(fù)雜心情，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無(wú)不令我回味無(wú)長(zhǎng)。
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。





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