co气体浓度监测仪设计_单片机原理及接口技术课程设计(编辑修改稿)

co气体浓度监测仪设计_单片机原理及接口技术课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

单片机的复位形式：上电复位、按键复位。 本课题采用按键复位。 在单片机启动 后，电容 C 两 端的电压持续充电为 5V，这是时候 10K 电阻两端的电压接近于 0V， RST 处于低电平所以系统正常工作。 当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。 随着时间的推移，电容的电压在 内，从 5V释放到变为了 ，甚至更小。 根据串联电路电压为各处之和，这个时候 10K 电阻两端的电压为 ，甚至更大，所以 RST 引脚又接收到高电平。 单片机系统自动复位。 图 24 复位电路原理图 单片机最小系统设计 单片 机的最小系统是由组成单片机系统必需的一些元件构成的，除了单片机R21 00+ 5VC21 ufBR11k 本科生课程设计（论文） 8 之外，还需要包括电源供电电路、时钟电路、复位电路。 图 25 单片机最小系统原理图 第 3章 CO 浓度监测仪输入输出 电路 设计 CO 传感器的选择 选择一氧化碳传感器主要考虑以下的性能指标： (1)输入和输出之间成比例，直线性好、灵敏度高、分辨力强、测量范围宽。 (2)滞后、漂移误差小 (3)动态特性好 (4)功耗小 (5)时间老化特性优良 (6)与被测体匹配良好，既不因接入传感器而使得被测对象受到影响，受被测量之外 的影响小。 (7)体积小、重量轻、价格低廉。 (8)故障率低，易于校准和维护。 (9)由于传感元件的输出信号一边比 较小，为了便于能够驱动控制电路，在传E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16IN T 012IN T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10U18 9 C 5 1C13 3 pC23 3 pX1C R Y S T A LR21 0 0+ 5 VC21 u fBR11k+ 5 V 本科生课程设计（论文） 9 感器电路中还应该包括放大器。 鉴于以上选择要点，本文中用到的传感器必须具备良好的测量效果、功耗小、动态特性良好和体积小、重量轻、价格低廉等几个主要特性。 为此我们选择了MQ7 系列传感器。 半导体一氧化碳传感器 MQ7 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 ( 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 ( 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。 MQ7 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。 主要特点及应用：  对一氧化碳的高灵敏度。  长寿命，低成本。  简单的驱动电路即可  家用气体泄漏报警器  工业用一氧化碳报警器  便携式气体检测器 MQ7 气敏元件的结构和外形如图 31 所示，由微型 Al2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感层，测量电极和加热器构成的敏感元件固定 在塑料或不锈钢制成的腔体内，为了改善传感器的选择性，传感器气室用活性炭过滤层与外界隔开。 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 6 只针状管脚，其中 4 个用于信号取出， 2 个用于提供加热电流。 图 31 MQ7 实物图 本科生课程设计（论文） 10 运算放大器选择 由于气体传感器输出的电压值过低，无法直接使用 A/D 读取，必须要加入放大电路，对电压放大然后再经过 A/D 读取。 在此，选择 LM358 作为运算放大器。 LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的 双运算放大器 ，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。 它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 LM358具备以下特性： 内部频率补偿 ； 直流电压增益高 (约 100dB)； 单位增益频带宽 (约 1MHz)； 电源电压范围宽：单电源 (330V)、 双电源 (177。 177。 15V) ； 低功耗电流 ， 适合于电池供电 ；低输入偏流，低输入失调电压和失调电流；共模输入电 压范围宽，包括接地；差模输入电压范围宽，等于电源电压范围；输出电压摆幅大（ 0 至 ）。 图 32 运算放大器电路原理图 A/D 转换电路 为了方便与 AT89C5 单片机的链接，本系统采用 AD0809 模数转换芯片对采集到的气体信息进行数模转换。 其分辨率为 8 位，不必进行零点和满度调整，且具有高阻抗斩波稳定比较器， 8 个通道的多路开关可直接存取 8 个单端模拟信号中的一个。 利用单片机启动 AD0809 转换器，转换结束后再由 AD0809 向 AT89C51 发出中断请求信号， CPU 响应中断请求。 通过对译码器的读 操作，读取转换结果并 本科生课程设计（论文） 11 送到被测量的响应存储区。 再重新选择被测量，并再次启动 AD0809 转换器转换后中断返回。 AD0809 与单片机 AT89C51 连线线路如图 33 所示。 图 33 AD0809与单片机 AT89C51连线线路 声光报警电路 系统的声，光报警电路由发光二极管和低电压蜂鸣器构成，分别由 PIC 单片机的 2 个端口控制。 发光二极管 LED 具有体积小，抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长，工作电压低，功耗小，响应速度快等优点，常用于显示系统的工作状态，有益于控制系统的设计 和维护。 当该部分工作时，整机的工作电流将增加为未报警状态时的电流的数倍，消耗的功率会比较大，因此采用了分时供电的方法，通过单片机控制该部分电源的通断，即质量浓度达到报警时才给其供电；另外，用单片机输出的周期脉冲报警信号控制振荡器的启停，用振荡器输出信号控制蜂鸣器和发光二极管，振荡器可以用 TTL 门电路构成的多谐振荡器。 采用这 2种方法可降低该部分的电路的功耗。 设计中， LED 发光二极管的工作电流为520mA，最大不超过 50mA，否则会烧坏器件。 为了获得良好的发光效果， LED 工作电流控制在 1015mA 较为合理。 在图 34 中所示电路中， D 口得 RD4,RD5， RD6，RD7，接声，光报警电路，其中 D 口的 RD5RD7 分别接质量浓度过高，相等，过低的 LED。 当气体检测仪检测质量浓度低于设定值时，绿灯亮；当气体质量浓度达到某一定值时，黄灯亮；当高于设定值时，红灯亮并发出警报信号。 本科生课程设计（论文） 12 图 34 声光报警电路原理图 显示 电路 在该设计中， LED 显示器的显示方法采用动态显示。 LED 动态显示的基本做法在于分时轮流选通数码管的公共端，使得各数码管轮流导通，在选通相应的 LED 后，即在显示字段上得到显示字形码。 这种方式不但能提高数码 管的发光效率，并且由于各个数码管的字段线是并联使用的，从而大大简化了硬件线路。 本设计中处理结果采用 4 位 LED 显示，首次显示气体类别，后 3 位显示气体浓度。 逐位轮流点亮各个 LED，每一位保持 1ms，在1020ms 之内再一次点亮，重复不止。 这样利用人的视觉停留，好像 4 位 LED同时点亮一样。 图 35 显示电路原理图 本科生课程设计（论文） 13 第 4章 软件 设计 流程图设计 图 41 软件流程图 本科生课程设计（论文） 14 程序编写 主程序 整个程序一共使用了两个中断 ,一个外部中断即 INT0 中断 ,一个定时 /计数器中断即 IT0 中断 .这两个中断各有其作用 ,INT0 中断是用来判断 A/D 转换器ADC0809 对模拟信号的转换是否完成 ,当 A/D 转换结束后 ,ADC0809 发出结束EOC(高电平 )信号 ,该信号可供单片机查询 ,也可反相后作为向单片机发出中断信号 ,而本设计正是用的这个方法 ,使得程序进入中断取值程序 .而程序中所用到的IT0 中断 ,是为产生一个周期为 2S 的方波而设计的 ,其作用是为看门狗产生喂狗子信号 .具体程序如下： ORG 00H JMP START。 主程序入口地址 ORG 03H JMP INTO。 外中断 INTO 入口 ORG 0BH JMP ITOP。 定时器 0 中断入口 ORG 0100H START: MOV IE,10000001B。 INT0 中断使能 MOV IP,00000001B。 INT0 中断优先 MOV TCON,00000000B。 设置 INT0 为电平触发 MOV SCON,00000000B。 串行口发送 ,接收标志位请 0 MOV SP,60H。 设堆栈指针 MOV TMOD,01H。 设置 T0 为方式 1 CALL PT0M0 HERE: AJMP HERE。 自身跳转 PT0M0: MOV TL0,0CH。 T0 中断服务程序， T0 重新置初值 MOV TH0,0FEH SETB TR0。 启动 T0。