基于AT89C52的家庭煤氣報(bào)警器設(shè)計(jì)

摘 要：介紹了一種以MQ-7為探頭，MDLS-16265B為顯示單元，由AT89C52作為控制核心適合家庭用的煤氣報(bào)警器，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明，成本低廉，工作可靠。

關(guān)鍵詞：CO濃度；AT89C52；MQ-7；ADC08062

1 引言

煤氣的主要成分為一氧化碳、氫氣和甲烷等可燃性氣體，它們都是無色無味的氣體。家庭煤氣中毒主要指一氧化碳、液化石油氣和天然氣中毒等。液化石油氣和天然氣中毒多見于液化灶具泄漏或煤氣管道泄漏，一氧化碳中毒除見于灶具或煤氣管道泄漏外，冬天用煤爐取暖，門窗緊閉，排煙不良時(shí)，也常發(fā)生。煤氣中毒時(shí)病人最初感覺為頭痛、頭昏、惡心、嘔吐、軟弱無力，當(dāng)他意識(shí)到中毒時(shí)，常掙扎下床開門、開窗，但一般僅有少數(shù)人能打開門，大部分病人迅速發(fā)生抽痙、昏迷，如救治不及時(shí)，很快因嚴(yán)重缺氧窒息造成死亡。煤氣中毒中一氧化碳中毒最為嚴(yán)重，其表現(xiàn)依吸入空氣中所含一氧化碳的濃度、中毒時(shí)間的長(zhǎng)短而不同。當(dāng)居室內(nèi)一氧化碳體積達(dá)0.06%時(shí)，人會(huì)感到頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、四肢乏力等癥；超過0.1%時(shí)，吸入半小時(shí)，人即會(huì)昏睡，進(jìn)而昏迷；達(dá)到0.4%時(shí)，只要吸入1小時(shí)就可致人于死亡。另外，煤氣泄漏引發(fā)的火災(zāi)也屢見不鮮。雖然煤氣廠在家用水煤氣中特意摻入少量難聞氣味的氣體，目的是為了當(dāng)煤氣泄漏時(shí)能聞到并及時(shí)發(fā)現(xiàn)，但是當(dāng)家中無人值守或者晚上人們睡覺時(shí)往往不能察覺。本文介紹的報(bào)警器可以用來檢測(cè)一氧化碳在空氣中的濃度，當(dāng)它們的濃度超過設(shè)定值時(shí)會(huì)發(fā)出警報(bào)。

2 系統(tǒng)框圖

整個(gè)系統(tǒng)由氣敏傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、主控、顯示報(bào)警等單元電路組成。氣敏傳感器用于檢測(cè)一氧化碳?xì)怏w的濃度，并將檢測(cè)到的濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送給A/D轉(zhuǎn)換電路。A/D轉(zhuǎn)換電路將氣敏傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送到下一級(jí)電路。主控電路用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它輸出的數(shù)字量信號(hào)可以直接顯示，當(dāng)濃度值達(dá)到設(shè)定值并持續(xù)較短時(shí)間后發(fā)出持續(xù)的報(bào)警聲。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 氣敏傳感器采用MQ-7，它適宜檢測(cè)一氧化碳?xì)怏w的濃度。MQ-7使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫（SnO2），它的電導(dǎo)率隨空氣中一氧化碳?xì)怏w濃度增加而增大，使其表面電阻值減小。它工作時(shí)須處于200℃～300℃環(huán)境中，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個(gè)用于信號(hào)取出，2個(gè)用于提供加熱電流。其檢測(cè)CO濃度的線性范圍為10ppm～10000ppm。

測(cè)試電路如圖2所示。加熱器和敏感元件共用5V直流電源電壓。為更好利用傳感器的性能，需要選擇恰當(dāng)?shù)腞L值，此處為10KΩ。傳感器輸出的模擬電壓UAO為：

讀、寫模式通過MODE引腳控制，低電平為讀模式，高電平為寫模式。WR有效時(shí)開始A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果濾波后將存入輸出鎖存器，RD有效時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)果出現(xiàn)在DB0～DB7中。INT為轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)INT變?yōu)榈碗娖剑硎続/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，等待取用。

4 軟件部分設(shè)計(jì)

5 系統(tǒng)仿真及調(diào)試

按照?qǐng)D2和圖3所示電路在Protues軟件中設(shè)計(jì)硬件電路圖，并在Keil C51軟件中編寫程序，將生成的.hex文件裝載入Protues的AT89C52芯片中，電氣規(guī)則檢測(cè)無誤后進(jìn)行仿真和調(diào)試。圖5為常溫下正常情況下室內(nèi)的檢測(cè)結(jié)果。由于條件限制，用熱敏電阻模擬CO濃度達(dá)到100ppm的情況，當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)二極管VD1會(huì)發(fā)出紅色光，同時(shí)蜂鳴器報(bào)警聲響起。

本裝置以MQ-7為輸入探頭，經(jīng)ADC08062數(shù)模轉(zhuǎn)換后送入AT89C52中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，并用MDLS-16265B進(jìn)行夜晶顯示，濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí)聲、光報(bào)警，經(jīng)過仿真，電路實(shí)現(xiàn)了預(yù)定要求，所用分立元件很少，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔可靠，有一定的使用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：翟曉華，男，晉中學(xué)院，工學(xué)碩士。