基于單片機(jī)的可燃?xì)怏w報(bào)警設(shè)計(jì)

柳娜　張培法　孫莉

摘要：現(xiàn)在單片機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，電路的制作也越來越集成化智能化。本文中所論述的是以單片機(jī)技術(shù)為核心結(jié)合了A/D轉(zhuǎn)換芯片組建而成的一個(gè)可燃?xì)怏w報(bào)警檢測裝置。當(dāng)所處環(huán)境的可燃?xì)怏w濃度值較高時(shí)，該設(shè)備傳感器探頭率先工作將把信號傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)接受到指令后根據(jù)程序進(jìn)行下一步操作。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);A/D轉(zhuǎn)換;傳感器

1.總體設(shè)計(jì)方案

本次研究的內(nèi)容主要包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

（1） 隨時(shí)隨地的監(jiān)測室內(nèi)中空氣可燃?xì)怏w的濃度;

（2） 聲光報(bào)警功能：當(dāng)傳感器檢測到空氣中可燃?xì)怏w濃度值超過設(shè)定安全范圍以后進(jìn)行聲音和燈光同時(shí)報(bào)警，繼電器吸合風(fēng)扇工作將可燃?xì)怏w排出。

此次產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要有六大部分組分別是：傳感器檢測可燃?xì)怏w、單片機(jī)、聲光報(bào)警電路、負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路、程序編譯及控制組成。

2.硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體電路

如上圖2-1所示的為protel99se所畫。通過仿真圖可以看到液晶屏幕實(shí)時(shí)的檢測到當(dāng)前的可燃?xì)怏w濃度值，默認(rèn)設(shè)置的臨界報(bào)警值的數(shù)量為1個(gè)（使用者可以通過按鍵自行設(shè)定上下報(bào)警臨界點(diǎn)），產(chǎn)品開機(jī)默認(rèn)的臨界報(bào)警值為25，當(dāng)可燃?xì)怏w的濃度大于25時(shí)，紅色LED燈會(huì)進(jìn)行閃爍、蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警同時(shí)單片機(jī)會(huì)給繼電器一個(gè)工作信號使繼電器吸合從而控制電機(jī)進(jìn)行通風(fēng)換氣;當(dāng)氣體的濃度值小于25臨界報(bào)警值時(shí)綠色LED燈點(diǎn)亮，此時(shí)為正常狀態(tài)不會(huì)進(jìn)行任何報(bào)警動(dòng)作[1]。

2.2 可燃?xì)怏w檢測電路

主要分為兩大部分：一是可燃?xì)怏w傳感器檢測部分，二是ADC0809進(jìn)行信號處理部分[2]。當(dāng)工作中的傳感器檢測到可燃?xì)怏w時(shí)會(huì)將該信號傳送給ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)而將處理過的信號傳遞到單片機(jī)里，單片機(jī)根據(jù)使用者事先設(shè)定的報(bào)警臨界值進(jìn)行下一步動(dòng)作。

2.3 液晶顯示電路

LCD1602液晶在屏幕中可以同時(shí)顯示16個(gè)字符最多顯示兩行，在我們?nèi)粘Ｉ钪羞@種液晶十分常見，比如萬用表、計(jì)算器、家庭中的電子產(chǎn)品等。在電路設(shè)計(jì)當(dāng)中這種液晶顯示也是十分重要為單片機(jī)提供了人機(jī)交流[3]。

不過有一點(diǎn)需要值得注意就是，液晶模塊內(nèi)部進(jìn)行指令的識(shí)別需要一定的時(shí)間，所以單片機(jī)在對液晶模塊進(jìn)行操作指令的調(diào)用時(shí)不進(jìn)行讀忙操作，應(yīng)該用一個(gè)延時(shí)程序?qū)ζ溥M(jìn)行延時(shí)給其足夠多的反應(yīng)時(shí)間，否則會(huì)無法進(jìn)行正常工作顯示。

2.4 聲光報(bào)警提示電路

聲光報(bào)警電路顧名思義就是由聲音和發(fā)光組成的電路，之所以采取這樣的電路設(shè)計(jì)在居家領(lǐng)域中聲光報(bào)警可以在出現(xiàn)安全事故的時(shí)候及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警可以更加效的進(jìn)行警醒提示。

2.5 負(fù)載控制電路

為了保護(hù)單片機(jī)不會(huì)因?yàn)轵?qū)動(dòng)電流過大而損壞，在負(fù)載控制電路中用了電磁繼電器作為負(fù)載電路的控制器。電磁繼電器構(gòu)造較為簡單價(jià)格也相對便宜，在繼電器之前還用了一個(gè)PNP型的三極管，當(dāng)閥值過高時(shí)單片機(jī)會(huì)進(jìn)行一個(gè)高低電平的轉(zhuǎn)換那么三極管導(dǎo)通電壓會(huì)進(jìn)入繼電器的線圈那么線圈就會(huì)將銜鐵吸下使觸點(diǎn)閉合，將負(fù)載串接在兩個(gè)觸點(diǎn)之間就可以進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制[4]。觸點(diǎn)與線圈互相獨(dú)立、互不干擾可以起到保護(hù)作用。當(dāng)線圈兩端電壓消失時(shí)彈簧就會(huì)將銜鐵拉回閉合位置起到關(guān)斷作用。

2.6 按鍵控制電路

在本設(shè)計(jì)當(dāng)中采用按鍵接地的方式實(shí)現(xiàn)按鍵的功能，單片機(jī)在初始化運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的電平為高電平，這時(shí)當(dāng)我們的按鍵按下時(shí)會(huì)直接接地給單片機(jī)送入一個(gè)低電平，單片機(jī)接收這個(gè)低電平信號時(shí)會(huì)對該信號進(jìn)行處理。

單片機(jī)鍵盤分為兩種：一種為獨(dú)立式鍵盤另外一種為矩陣結(jié)構(gòu)式鍵盤，這兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。獨(dú)立式鍵盤是指按鍵的一端連接著單片機(jī)的一個(gè)I/O口，按鍵的另一端接VCC或者GND（同常接GND），采用這樣的接線方式較為簡單不會(huì)使系統(tǒng)在操作過程中不會(huì)出現(xiàn)崩潰;矩陣結(jié)構(gòu)式鍵盤的接法與獨(dú)立式鍵盤的解法相比較而言更加復(fù)雜，在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中綜合考慮為了追求系統(tǒng)穩(wěn)定性而采取了獨(dú)立式鍵盤接法。

對于單片機(jī)而言，只要涉及到按鍵的操作就離不開一個(gè)問題，那就是按鍵抖動(dòng)。所謂的按鍵抖動(dòng)就是指在按下按鍵的瞬間由于各種因素導(dǎo)致頻繁出現(xiàn)接觸與不接觸的情況，所以有了這樣的問題就要進(jìn)行消抖[5]。而消抖采用的方法有兩種：一是硬件消抖（在線路當(dāng)中并聯(lián)一個(gè)濾波電容），二是軟件消抖（利用程序檢測到按鍵按下后進(jìn)行一個(gè)延時(shí)程序的操作），如果采用硬件消抖的話會(huì)增加成本，在這里采取了軟件消抖。

3.軟件設(shè)計(jì)及開發(fā)調(diào)試

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試

在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中所用到的仿真軟件為Proteus 8 這款軟件可以比較真實(shí)的仿真出所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在真實(shí)生活中的使用情況。可以仿真51系列、AVR、PLC、ARM等常見的單片機(jī)。在仿真過程中為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題我采用的逐個(gè)調(diào)試方法即先調(diào)試其中的一個(gè)小部分，調(diào)試完成以后確認(rèn)沒有任何問題然后再去調(diào)試仿真整個(gè)電路程序，一直達(dá)到目標(biāo)為止。

在本次仿真中用一個(gè)滑動(dòng)變阻器來代替可燃?xì)怏w傳感器，通過改變滑動(dòng)變阻器的阻值大小來模擬傳感器在實(shí)際應(yīng)用中的變化。當(dāng)滑動(dòng)變阻器左移或右移時(shí)可以模擬室內(nèi)中可燃?xì)怏w濃度升高或降低，此時(shí)屏幕中會(huì)顯示可燃?xì)怏w濃度值的變化。當(dāng)濃度值超過我們設(shè)定的濃度值的范圍時(shí)，單片機(jī)會(huì)給蜂鳴器一個(gè)信號使蜂鳴器發(fā)出聲響，繼電器吸合風(fēng)扇開始工作。仿真圖右下角的三個(gè)按鍵分別是報(bào)警濃度設(shè)定鍵、設(shè)定增加、設(shè)定減少。

參考文獻(xiàn)：

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