本科毕业论文---长隧道定时通风控制系统设计与实现.doc

本科毕业设计题 目长隧道定时通风控制系统的设计与实现学 院专 业班 级学 号学生姓名指导教师完成日期诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业设计长隧道定时通风控制系统设计与实现均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 2005年 5 月 日杭州电子科技大学本科毕业设计摘 要 随着科学技术水平的不断提高，现在的汽车数量飞速增长。为了方便同行，政府建造了长隧道方便通车，因为隧道比较密闭，空间狭小，随之而来的就是要解决隧道通风排污的问题，所谓隧道的通风，也就是要排除汽车尾气和汽油蒸汽，送入新鲜空气。以便有害物的含量稀释到国家规定的卫生标准要求。本毕业设计主要设计一种能定时的通风系统，该系统主要包括定时通风与一氧化碳采集两个基本功能。通过单片机对继电器的控制，完成对风扇的控制实现通风功能，同时对一氧化碳采集器对空气中一氧化碳的测量与预设值的比较，从而实现对单片机的控制。关键字：轴流风机；STC89C51；mq-5传感器。Abstract. As science and technology continues to improve, the current rapid growth in the number of cars. In order to facilitate peer, the Government built a long tunnel to facilitate the opening of the tunnel because relatively confined space is small, the attendant is to solve the problem of sewage tunnel ventilation,. The ventilation of the garage, which is to exclude the automobile exhaust and gasoline vapors, into the fresh air. The content of harmful substances diluted to state health standards requireThis graduation project to design a ventilation system timing，The system mainly consists of two basic functions of timing ventilation and carbon monoxide acquisition。Fan control ventilation function microcontroller control relay to complete the acquisition of carbon monoxide on the measurement of carbon monoxide in air at the same time with the default values for comparison, in order to achieve control of the microcontroller.Keyword：Intelligent ventilation system ；STC89S51；mq-5 Sensor.杭州电子科技大学本科毕业设计目 录1、引 言12、概 述22.1.长隧道定时通风系统介绍32.2.单片机选择42.3本方案设计思路52.4研发方向和技术关键63、总体设计74、硬件部分8硬件总图84.1单片机介绍84.2液晶LCD1602显示模块124.3传感器134.4.A/D转化电路模块174.5风扇控制电路195、软件设计215.1软件流程图215.2模块说明216、制作与调试276.1硬件的布线与焊接276.2焊接276.3调试276.4实物图287、结论29致谢30参考文献31附录321引 言近年来，随着中国科学技术的不断发展，导致机动车数量高速增长，车辆通行问题变成了城市交通的一大困难。这就需要政府工程更注重车辆道路发展，所以就开山辟石，大量长隧道建造起来了。长隧道是可以很方便车辆通行，大大减轻了城市交通拥堵的压力，但另一方面，它的通风问题也是一大麻烦。因为隧道是一个相对密闭的空间，所以通风换气的处理显得非常重要，2003年4月，于都县，江西省，一个隧道里，因为交通拥堵导致长龙在隧道里，持续长达四个小时，一个司机因心肌梗塞而死亡，后来查出是因为长隧道里空气质量差，一氧化碳严重超标导致病情发作，酿成了恶果。类似事件，在河北石家庄一个高速路隧道里也同样发生过，因车祸造成交通拥堵在隧道里长达3小时，三人在隧道里中毒死亡；红谷滩新区，南昌市的一工地，民工在隧道里洗涤，在下井的时候，一氧化碳中毒坠井，后来施救人员下去，也死亡了；景德镇市隧道空气检验人员对南德高速长隧道通风情况进行检测时，违规操作，在没有使用防护设施的情况下，一人进去隧道检测，由于一氧化碳中毒晕倒，后经抢救无效身亡。2012年4月2日，北京市三环区晏安镇，两人施工人员在长隧道里清渣时，没有采取任何防范措施，中毒晕倒在隧道里，虽然120急救人员奋力营救，不幸的是，由于两人中毒太深，仍不治身亡。这些全都是因为没有处理好密闭空间通风问题导致的悲剧。所以如何处理好长隧道的通风问题，提升空气质量就尤为重要。对于长隧道，衡量长隧道空气环境质量好坏的两个重要指标就是温度和一氧化碳浓度。由于长隧道在水泥地的包围之中，而水泥地的热稳定性比较好，不太容易受大气温度的影响，我国的大部分区域，都能够达到这个温度。汽车在长隧道内行驶时，都要排出尾气，主要有害气体是一氧化碳。所以 ，应该严格控制长隧道里一氧化碳的浓度。我们国家最近从国外引进了蛮多的的现代化长隧道通风控制系统，但是基本都是现成的产品，它的控制方法对于我国目前的具体条件并不一定适用。怎么合理利用先进的长隧道“绿色”通风控制系统，让它起一定的示范作用以及推广现代化智能通风控制系统任重而道远。因此，本毕业设计使用单片机控制地下长隧道通风系统，利用单片机系统简单高效的特点，一方面能在常规下进行定时通风，另一方面在长隧道一氧化碳浓度超标时，通过对通风设备的控制使一氧化碳浓度降低，保证空气质量。372概 述当代世界, 新技术革命主要以信息、能源以及材料为三大组成部分,这在世界范围内已经达成共识。人类历史进程正慢慢由工业化时代朝信息化时代走进。而传感器，因为拥有感知、收集、变换、传输以及处理各种信息等重要的功能,使其成为和微电子计算机相同重要的技术工具,赢得了世人高度的重视和飞速的发展。传感器是收集信息系统最重要的部件,也是电子计算机的“五官”,属于当代测量和控制系统(包含遥感、遥测、遥控)的重要关节。可以这么说, 传感器不仅是当代社会赖以生存和发展的技术基础，更是当代产业信息的源泉。现在,传感器技术已经成为现代信息产业的三大支撑之一, 和通讯技术、计算机技术一起成为支持整个并变成现代测量技艺和自动化技术的主要基础。可以想象,假如传感器没有高度的保真以及可靠的性能,技术如果不先进的话,那么就无法获得准确的信息，也无法进行精密的检测,通讯技艺以及计算机技艺就无法有效的融合,继而发挥出作用，当代测量和自动化技术也会无法有机融合，发挥它们最大的效用。现代社会,传感器技术作用越来越大，从宇宙搜索、海洋开采,到防御建设、以及工农业发展;从研究现代生命科学的每一个部分，包括环境保护和困情预报在内;从人民大众的起居饮食和生产期间的检测和把控,方方面面 ,传感器都在里面发挥了重要作用。目前在各个领域,比如国防科技、工农业生产、环境维护、交通运输、智能控制以及家用电器等传感器己经得到了广泛的应用。所以传感器的分类大致可以,分为产业用、农业用、民用、科技用、医疗用、军事用、环保用和家电用等方面。如果要从不同的场合来分的话,还可以分为汽车、舰船、机器、宇宙飞船、防灾等用途传感器。另外,因为传感器使用目的的不同,分为测量、视觉、检查、诊断、控制和分析等用途传感器。我这个作品选用的是简单而且操作容易的气体传感器对空气中一氧化碳气体进行采集测量。一般长隧道的通风系统为贯穿通风方式，就是根据按防火区域的不同，分成好几个送、排风系统。当火灾出现时，这些系统也可以作为排烟系统，即所谓的“一系两用”，为了确保排风效率排风口必须布置均匀。但是这些排风系统因为排风量比较大，它们的排风管都很庞大，这些复杂硕大的排气管道，不仅占用了隧道里很大一部分空间，使隧道的使用率下降，还提高了长隧道地基的开挖成本、土地投资以及设备投资，系统复杂，安装工程浩大，有可能引起风管和其他管线的交错问题。所以眼下首要考虑的就是怎么降低能耗，同时提升随道通风效率。随着科学技术水平的不断提高,单片机无疑是人们的重要选择之一，因为它的效能能给人们带来很大的方便，比如智能通风系统，就是一个很好的例子，随着单片机技术的发展,人们对单片机的要求也越来越高，我们需要它为现代社会包括人们的工作和生活以及科研提供更好更便利的设施，现代社会向着数字化，智能化控制方向发展就需要不断提高单片机技术。 本设计所介绍的定时通风控制与传统自然通风及中央空调控制系统相比，具有系统结构简单，读数方便，显示的信息比较多，实现了智能化，反馈行输出，其输出测量值采用液晶显示，易于观察。单片机技术现在发展得比较成熟，已经普遍应用到我们生活、工作、科研等各个领域,单片机是一种电压低、性能高的CMOS 8位微处理器，比如AT89C51，它带有4K字节，属于FLASH存储器，还有AT89C2051，它带2K字节，具有闪存可编程可擦除等功能。单片机运用ATMOL高密度易保留存储器制造技术，造就了其可擦除只读存储器能重复擦除1000多次。和单片机相兼容的是具有工业标准的MCS-51指令集和输出管脚。ATMEL的AT89C51是一种效能很高的微控制器，它的一种简要版本就是AT89C2051，它可以将多功能8位CPI和闪存储器组合在单个芯片中。AT89C51单片机为好多嵌入式系统提供了一种较灵活且价格实惠的。同时也为本文设计提供了现实的条件支持。我写的这篇论文主要介绍了C89S51单片机的定时控制风扇系统，详细介绍了利用气体传感器mq-5开发检测气体系统的过程其中部分电路也进行了介绍,这系统可以方便实现气体的采集以及显示。2.1.长隧道定时通风系统介绍2.11.工作原理单片机现在和我们生活的息息相关，几乎没有什么地方不会用到单片机的。例如计算机网络通信和数据传送，航天仪器上的各种仪表控制，重型武器上的导航装置，录像机、摄像机、遥控电视机的控制，工业智能化过程的有效控制和数据处理，现在被广泛使用的智能IC卡，私人轿车的安保系统，以及机器人，遥控玩具等等，这些都离不开单片机。更不用说智能控制领域的机器人、智能防爆、医疗器械等了。所以现在好多工程师，科学家们都致力于学习、开发单片机，希望能实现单片机最大智能化。长隧道定时通风系统的工作原理是用传感器采集空气中的气体浓度信息，交由单片机处理后显示，并在浓度超过设定的阀值时启动通风反馈系统，是风扇能持续运作使空气中有害气体降低。该系统一般包括浓度采集部分、A/D转换部分、显示部分以及定时通风系统部分。2.12系统原理传感器在空气中接收气体的浓度信息，随着气体浓度的不同，A/D转换电路得到不同的输入电压，并输出不同的数字信号，单片机会对这些数字信号进行处理，并在LCD显示屏上显示对应的浓度值。一旦单片机发现输入过来的值超过了规定的阀值，便会启动风扇使其持续运作，实现反馈功能，在传感器浓度低于限定值时，通过单片机对键盘扫描控制风扇按照设定的通风时间运作。单片机是一种集成电路芯片，具有超强的处理功能，采用大规模集成电路技术，它的的中央处理器CPU和随机存储器ROM、只读存储器RAM，还有多种I/O口以及中断的系统、计时器等功能，把这些器件集成到一块芯片上，组成一个很小的计算机系统，继而在工业控制领域内大量使用，使其功能最大化。可以追溯到30年前，当时的单片机只有4到8位，然而现在却有32位，可见其发展速度之快。 一氧化碳传感器是统称，所有可以检测一氧化碳浓度的传感器都可以称为一氧化碳传感器。一氧化碳传感器按原理可分为红外一氧化碳传感器（红外光原理）可达高精确度，激光一氧化碳传感器（二极管激光原理）量程可达百分级别，光干涉式CO传感器（差不多也是光学原理），催化燃烧式CO传感器（力学原理），电催化式CO传感器（物理学原理）。A/D转换器，也就是模数转换器，通常称为ADC，是将一个模拟信号转变为数字信号的电子元件件。在实际应用中，通常用模数转换器把一个输出数字信号转换成一个输入电压信号。可是数字信号没有太大的用处和意义，它只是表示一个量词。所以每一个模数转换器都需要用一个参照物来作为衡量标准，一般比较常用的是可转换信号大小，因为它很有参考标准价值。可是输出的数字数量就表示输入信号和参考信号的差值大小。ADC0833 是美国墨尔本半导体公司生产的一种芯片，它有8 位分辨率、可以进行双通道A/D转换。但它让单片机爱好者欢迎的是因为它体积小，价格优惠而且兼容性好，性价比很高，目前已经得到广泛应用。对本设计来说价格方面也能承受，故选择该款芯片。我的设计将采用AT89B51单片机和,MQ-5传感器和ADB8032A/D转换芯片5。2.2.单片机选择89C51单片机电压低，性能高，带有4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的CMOS8位微处理器。各个领域,单片机是一种电压低、性能高的CMOS 8位微处理器，比如AT89C51，它带有4K字节，属于FLASH存储器，还有AT89C2051，它带2K字节，具有闪存可编程可擦除等功能。单片机运用ATMOL高密度易保留存储器制造技术，造就了其可擦除只读存储器能重复擦除1000多次。和单片机相兼容的是具有工业标准的MCS-51指令集和输出管脚。89C单片机价格实惠，所以很多嵌入式控制系统方案中都会用到它。同时，在现代教学中51单片机是被提到次数最多，使用最广的单片机系统，编程等方面已经十分成熟与完善，因此我选择51单片机作为我系统的核心控制器6。2.3本方案设计思路2.3.1风扇控制 方案1：继电器控制风扇。首先考虑单片机输出电流较弱，无法控制风扇运作的情况下，引入继电器系统。单片机属于用电较低的器件,它们的工作电压一般只在5V左右甚至更低。驱动电流甚至在mA级别以下。所以如果把它们用在大功率的器件,比如控制电动机,明显是不可以的，很可能造成事故.所以,就需要有一个环节来作铺垫,这个铺垫便是所谓的“功率驱动”。继电器驱动便是一个简单高效率的功率驱动铺垫。在这个实验中,继电器驱动包含两部分:一是对继电器进行驱动,因为继电器在对单片机应用中需要提供功率;第二是用继电器去驱动另外的负载,例如继电器能够驱动中间继电器,也能够直接驱动接触器,因而,继电器驱动被看做是单片机和其他大功率负载的接口。图2-1 继电器控制风扇电路图这里我采用的是用S8050三极管来驱动相应的继电器，当开机后，单片机初始化后的P2.3/P2.4为高电平，5伏电源经过电阻使三极管导通，所以开机后继电器一直处于吸合状态，如果要使相应三极管的基极被拉低到零伏左右，我们就只需在程序中给单片机一条：CLR P2.3或者CLR P2.4的指令，这样相应的三极管截至，从而使继电器断电释放，因为所有继电器都有一个常开常闭的截点，为了在其他电路中可以方便使用，继电器线圈两头反相串联的二极管的功能是吸收反向电动势，保护对应的驱动三极管，但比较简单的是这种继电器驱动方式的硬件结构。不过在实际操作中，发现该系统的耗电十分严重，在使用电池输入的情况下，并不适合，所以经过考虑放弃。 方案2：由于从单片机输出信号的功率很弱，即使电机驱动在无其它外在负载时也不能带动电机，所以为了提高输出电机信号的功率，实际电路中我们加入了电机驱动芯片，所以从图中可以看出这样我们能根据实际需要来控制电机转动，一块ULN2003芯片可以驱动两个电机转动，它的使能端能够接高低电平，要进行软件控制的话也可以利用单片机来控制，很符合各种复杂电路的需要。另外，ULN2003的驱动功率较大，能够根据输入电压的大小输出不同的电压和功率，解决负载能力不足的问题。电机驱动电路如下图2-8所示图2-2电机驱动电路图 但是在实际的运作中，这个方案所需要的代码过于繁琐所以放弃。 方案3：用三极管来控制。半导体三极管人称“晶体三极管”简称“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。基区在中间的N区（或者叫P区），发射区和集电区在两边，这三部电极引分都由一条线引导， 基极叫B、发射极叫E和集电极叫C，它们的作用是能放大、振荡或开关等，属于半导体电子器件。当三极管发射结的电压比PN结的导通电压大时，基极电流为0，集电极电流以及发射极电流都为0，这时集电极就像是开关的断开状态，导致三极管失去了放大电流的作用，即三极管处于截止状态。在实际操作中发现可控制并且风扇能良好的运作，因此选择该系统。2.3.2显示控制 方案1：用四位七段数码管，对于数码显示，显示的数据信息比较有限，而且显示的控制比较繁琐，因此我们放弃了这种方案。方案2：用液晶LCD1602显示，可以显示的数据信息比较多，对液晶的控制写入比较简单，而且它的价格然我们接受的起，所以我们选择了方案2。2.4研发方向和技术关键（1）单片机定时通风的系统设计；（2）单片机气体采集电路、最小系统电路、电路检测的设计；（3）一氧化碳超限报警器软件设计；（4）电路的模拟仿真，并记录所要的数据。3总体设计本设计系统是集自动通风与一氧化碳浓度自动调节为一体的地下车库自动通风系统，利用市场上能买到的器件搭建的方便有效的通风系统。其工作原理是，用单片机控制继电器的通断实现对风扇运作时间的控制，从而实现控制通风时间的目的，同时，利用一氧化碳采集器，对空气中一氧化碳进行测量控制，与预设值进行比较从而使单片机控制继电器使其持续运作，从而达到对空气中一氧化碳浓度的控制。以下是系统框图MCU一氧化碳采集进行通风控制电路液晶显示预置电路图3-1 系统框图系统工作流程介绍：（1）上电，使系统进入工作。（2）MQ-4传感器采集空气中一氧化碳浓度信息。（3）ADC0832把电压信号转变为数字信号输入到单片机中。（4）51单片机将信号处理，转换为一氧化碳的浓度值显示在LCD1062上。（5）在单片机中，对当前的一氧化碳浓度与设定的阀值浓度进行比较。没超过，按照系统设定的时间间隔开始控制运作。（6）若当前甲烷浓度超过了设定的阀值，开启反馈系统，风扇持续运作。（7）按下复位键后将重新进行检测和比较。4、硬件部分STC89C51单片机是本系统的控制核心，系统的通风系统由，液晶显示系统继电器，风扇以及一氧化碳检测系统等部分组成。硬件总图图4-1总体硬件图4.1单片机介绍单片机技术现在发展得比较成熟，已经普遍应用到我们生活、工作、科研等各个领域,单片机是一种电压低、性能高的CMOS 8位微处理器，比如AT89C51，它带有4K字节，属于FLASH存储器，还有AT89C2051，它带2K字节，具有闪存可编程可擦除等功能。单片机运用ATMOL高密度易保留存储器制造技术，造就了其可擦除只读存储器能重复擦除1000多次。和单片机相兼容的是具有工业标准的MCS-51指令集和输出管脚。ATMEL的AT89C51是一种效能很高的微控制器，它的一种简要版本就是AT89C2051，它可以将多功能8位CPI和闪存储器组合在单个芯片中。AT89C51单片机为好多嵌入式系统提供了一种较灵活且价格实惠的。同时也为本文设计提供了现实的条件支持。我写的这篇论文主要介绍了C89S51单片机的定时控制风扇系统，详细介绍了利用气体传感器mq-5开发检测气体系统的过程其中部分电路也进行了介绍,这系统可以方便实现气体的采集以及显示。早期阶段: 单片机运用ATMOL高密度易保留存储器制造技术，造就了其可擦除只读存储器能重复擦除1000多次。和单片机相兼容的是具有工业标准的MCS-51指令集和输出管脚。ATMEL的AT89C51是一种效能很高的微控制器。中期发展: 单片机技术现在发展得比较成熟，已经普遍应用到我们生活、工作、科研等各个领域,单片机是一种电压低、性能高的CMOS 8位微处理器，比如AT89C51，它带有4K字节，属于FLASH存储器，还有AT89C2051，它带2K字节，具有闪存可编程可擦除等功能。单片机运用ATMOL高密度易保留存储器制造技术，造就了其可擦除只读存储器能重复擦除1000多次。当前趋势: AT89C51单片机为好多嵌入式系统提供了一种较灵活且价格实惠的。同时也为本文设计提供了现实的条件支持。我写的这篇论文主要介绍了C89S51单片机的定时控制风扇系统，详细介绍了利用气体传感器mq-5开发检测气体系统的过程其中部分电路也进行了介绍,这系统可以方便实现气体的采集以及显示。单片机是一种集成电路芯片，具有超强的处理功能，采用大规模集成电路技术，它的的中央处理器CPU和随机存储器ROM、只读存储器RAM，还有多种I/O口以及中断的系统、计时器等功能，把这些器件集成到一块芯片上，组成一个很小的计算机系统，继而在工业控制领域内大量使用，使其功能最大化。可以追溯到30年前，当时的单片机只有4到8位，然而现在却有32位，可见其发展速度之快。 一氧化碳传感器是统称，所有可以检测一氧化碳浓度的传感器都可以称为一氧化碳传感器。一氧化碳传感器按原理可分为红外一氧化碳传感器（红外光原理）可达高精确度，激光一氧化碳传感器（二极管激光原理）量程可达百分级别，光干涉式CO传感器（差不多也是光学原理），催化燃烧式CO传感器（力学原理），电催化式CO传感器（物理学原理）。A/D转换器，也就是模数转换器，通常称为ADC，是将一个模拟信号转变为数字信号的电子元件件。在实际应用中，通常用模数转换器把一个输出数字信号转换成一个输入电压信号。可是数字信号没有太大的用处和意义，它只是表示一个量词。所以每一个模数转换器都需要用一个参照物来作为衡量标准，一般比较常用的是可转换信号大小，因为它很有参考标准价值。可是输出的数字数量就表示输入信号和参考信号的差值大小。ADC0833 是美国墨尔本半导体公司生产的一种芯片，它有8 位分辨率、可以进行双通道A/D转换。但它让单片机爱好者欢迎的是因为它体积小，价格优惠而且兼容性好，性价比很高，目前已经得到广泛应用。对本设计来说价格方面也能承受，故选择该款芯片。 单片机是一种集成电路芯片，具有超强的处理功能，采用大规模集成电路技术，它的的中央处理器CPU和随机存储器ROM、只读存储器RAM，还有多种I/O口以及中断的系统、计时器等功能，把这些器件集成到一块芯片上，组成一个很小的计算机系统，继而在工业控制领域内大量使用，使其功能最大化。可以追溯到30年前，当时的单片机只有4到8位，然而现在却有32位，可见其发展速度之快。 一氧化碳传感器是统称，所有可以检测一氧化碳浓度的传感器都可以称为一氧化碳传感器。一氧化碳传感器按原理可分为红外一氧化碳传感器（红外光原理）可达高精确度，激光一氧化碳传感器（二极管激光原理）量程可达百分级别，光干涉式CO传感器（差不多也是光学原理），催化燃烧式CO传感器（力学原理），电催化式CO传感器（物理学原理）。A/D转换器，也就是模数转换器，通常称为ADC，是将一个模拟信号转变为数字信号的电子元件件。在实际应用中，通常用模数转换器把一个输出数字信号转换成一个输入电压信号。可是数字信号没有太大的用处和意义，它只是表示一个量词。所以每一个模数转换器都需要用一个参照物来作为衡量标准，一般比较常用的是可转换信号大小，因为它很有参考标准价值。可是输出的数字数量就表示输入信号和参考信号的差值大小。ADC0833 是美国墨尔本半导体公司生产的一种芯片，它有8 位分辨率、可以进行双通道A/D转换。但它让单片机爱好者欢迎的是因为它体积小，价格优惠而且兼容性好，性价比很高，目前已经得到广泛应用。对本设计来说价格方面也能承受，故选择该款芯片。4.11.STC89C51单片机硬件结构STC89C51单片机按照功能划分的话，它主要由并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统、微处理器、数据存储器、程序存储器、以及特殊功能寄存器等部分组成，是把那些控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的电路芯片上。电压低、性能高的CMOS 8位微处理器，比如AT89C51，它带有4K字节，属于FLASH存储器，还有AT89C2051，它带2K字节，具有闪存可编程可擦除等功能。单片机运用ATMOL高密度易保留存储器制造技术，造就了其可擦除只读存储器能重复擦除1000多次，它应该可以算是一个完整的微计算机，只是这个微计算机与一般的不同，它有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。在开关决策、逻辑电路仿真、过程控制等方面1位机非常有效；和1位机不同的是，8位机的长处是在数据采集和运算处理等方面。将51单片机中的8位机以及1位机的硬件资源组合在一起，让它们两个互助互利，这是单片机技术发展上的一个重大突破，单片机设计的精妙之处也在于此。 4.12.最小应用系统设计STC89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单可靠。如果STC89C51单片机组成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路就可以，如图2-3所示。受集成度的影响，最小应用系统只能运用在一些小型控制单元中。它运用特点如下：(1) 有大量I/O口线可以让用户使用。(2) 内部存储器容量有限。(3) 应用系统开发具有特殊性。图4-2 STC89C51单片机最小系统4.13时钟电路STC89C51要想形成时钟的话也不容易，虽然它内部有振荡电路，但还不够，外部必须附加电路。STC89C51单片机生产时钟的方法一共有两种。内部时钟方法和外部时钟方法。我的设计采用内部时钟方法，在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件，因为芯片内部有振荡电路，这时内部的振荡电路就会产生自激振荡。我本着简便的概念采用最简单的内部时钟方式，就是用外接晶体以及电容组成并联谐振回路。振荡晶体频率在11.059MHz左右。虽然大小没有严对电容格要求，但因为电容大小会对振率输出的稳定荡频性和振荡起振速度会电路有些许影响，CX1、CX2的取值在20pF-100pF之间，因为在20pF-30pF时振荡器的频率稳定性比较高。所以本设计中，电容选择22pF。4.14复位电路STC89C51想要必须实现复位通过外部电路来实现。施密器用来抑特触发制噪声，通过复位引脚RST，在每个机器周期的S5P2, 复位电过施特路通触发器的电平输出采样一次，这样就所需要得到内部位和按复位操作的信号。复种方式：上电位电路两自动复钮复位。上电自动就能够复位电简单的是路中最通过外部给电容充电复位电路来实现上电自动复位。只要电压的上升超过1毫秒,自动上时间不电复位实现。4.2液晶LCD1602显示模块图4-3 LCD电路图1602字符型液晶模块，带有背光，现在大部分制系统中都会工业控使用到它。1602的16脚接口非常标准，其引脚功能如下：第1脚：VSS为地电源，接GND。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL使能够个10K的电位通过一用的时侯整对比度，从而器来调为液晶显示对器调整比度，当接正时候对比的比较度电源弱，反之的比接地电源度较高，当对高时时候对比度太就会产生“鬼魅”。第4脚：RW是寄存器，当电平器选择高时选寄存器，当电平择数据低时选择指令寄存器。第5脚：RS是读写开始写信号线，电平高时操作，电平开始读低时操作。如低电果都是平时就指RS和RW令或能写入显示地址，如果平高电而RW是平就能RS是低电读忙信号，如果而R使能W是低电是高电平RS平就能写入数据。第6脚：E端变成低称为端，要让液执行命晶模块令，就E端必须把从高电平跳电平。第7脚： D7 D0 8位双向数据线。第15脚：BLA反光电源的正极(+5V)引脚输入。第16脚：BLK反光电源负极，接地。1602液带有标准晶模块内部字库，内部（GROM）已经存储了的存储器195个58点阵字符，34个520点阵字符。除此之外还有字符生成RAM（CGRAM）512字节，让我们自己定义字符。如表1所示，这些字符有：中文字母、英文字母的大小写字母以及常用的符号和日文字母等等，每一个字有相应的代码，例如大写 “A”的符都会代码是01000001B（40H），在显模块把地址40H中示的时候的点阵图以看到形显示出来，我们就可字母“A”。液晶模块这个效率显示显示器件比较慢，所以在每条之前一定要确指令执行认模字符的块显示为，即表示空闲，不然示字符的时指令失败。为了告诉模低电平块显示位置，在显器这个候必须要先示字输入显符地址。4.3传感器4.31气体传感器概述气体装传份和置可以将气体的成体浓度等可被人员和仪器仪表以及计算机利用的信息！气体传感器的归类一般不确定也不科学，归为化学传感器类。气体传感器有5种类型：半导传感体气感器、电化学气体传感器、催化燃烧式气体传感器、热导传感定以及器、红信式气体息变成外体传感器等，其特性有线气线气以下几个方面。稳有目标定性：稳区工是基性响移间应的稳定性，在传时间内，由零点（即没感器作气体时）决定，整个本是基本漂移构出时间内传结漂所使指感器输出响应的变化。区间漂响应理想情况下是传感变作移器连续中的输化，表现为传工整个作器输出信号在工感时间内的降低。，一个传感变化量在连器输出续工作条测输入件下，每于10%。灵敏度：置于目指传标气灵敏度是感器与被变化量之比，主于年零点漂要依赖移小传术。大多感技数气体传器用的感器的设采用要理和是种求要有特计理都足原体性电化学、物光学。首先生学、考虑的是选择一标够化感种敏物技术，它对敏性。选择目的灵性：选择通过测量由以气体要某一的干扰气体种浓度所产生的传所应来性可感体确定，也被称响为交产生器叉灵个响一定浓敏应等价于度这度的目的传器响感标气应。这踪多种气体的应用中在追非常重要的，灵降低抗腐敏度会蚀性交叉量的重测因为复性靠性，理想传感器高选和可择性。抗腐应具有蚀性：是灵敏高传感度指和器暴体积分数目标气体中的能力在露于高气体时，探头和应能够器漂移承受期回正大量泄漏气体常工望体积分数1020倍，在返件下，传感作条零点校尽可正值应能小。气体传般包括，灵感器的一敏基本度、选定特征性等，为了感器的敏让气体传择特性达性和稳感到最好，可以料和开发通当的材过选材料来达择适新到目的。4.32传感器分类1.半导气体传感器这些类型的传感器比例大概是60%在气体传感器中，可分为电导型以及非电导型，根据原理,可以分为表面型以及容积控制型。(1 ) 电导型中SnO2半导体是典型的气敏元件，其传感原表面型理是型半导体材料。当SnO2为n强加电压时，半导度升高，氧气被电子元件体材科温吸附从而气体H2、CO、CH4存在时，就会让半导电阻下降，电导体表面上升，因为电导体浓度成比倒。这类变化和气传件称为电化感器元学池，可以为离解隔质进行膜传导，子对固体电分为两类阳离子选择性传导以及阴离子传导，它的较强，感器研究也比较多的是固体电解质传感器，它的人们对这类固体电氧化锆传原理是利用侧两个等于浓差电池的电势。电池之位差从而创造出铬间的电解质，现在稳定这类隔的氧化膜两传感器已成功应用于钢水及发动机空燃成分比等测量中。为了中氧的测固态电定以改变固体电解质导电不足的缺陷，近年来科学解质上通过燕镀一层气体敏膜，把家在围周环境中的及介质中可以移动的粒子数量结合起来。这类气体分子数量以传感器元件称学池，可以为电化为离子对固进行隔膜传导，分为两类体电解质离子传导以及阴离子传导，它的选择隔膜两性较强，人感器研究也比较多的电池的是氧化锆固体电解质传感器，它的原类传理是利用侧位差等们对这于浓差电势。从而创造出个电池之间的电氧化类传感铬固体电解质，现在稳定的两器已成功应用于钢水中及发动氧的测定以分比等机空燃成测量中。为了导电不足的缺陷，近年来科学家在体电解改变固质固态体敏膜，把围解质上通过燕镀一周环境中的气体分子数量以及的粒子数量结合起来。这类传介质中可以移动感器在检测可燃气体中，因为它体积小、稳定高、抗毒性强 ( 4) 非电BT场效应晶体管气体传感器，Pb FBTHz利用并分属于场效应晶体管传感器， Pd 吸收散送到半导体si，减小Pd 的功函，这类以及Pd的界面对H2、CO敏感。型FET场效应晶体管气体传感器非电导，集成便，功能化方多，体积很具有发展较小前景。2.固体电解质气体传感器件称为电为两类化学池，可以为离子对固体电隔膜解质进行传导，分阳离子传导离子传导，择性以及阴较强，人们它的选传感器研究也比较多的是氧对这类化锆固体，它的隔侧电解膜两质传化铬固体感器两个电池之间的电位差等于浓差电池的电势。从而原理是利用创造出稳定的氧电解质，现在可以移器元来科动的粒这类传感器已成功应用于钢中子数水中氧及发动机环境中的气体分子空燃成分比等测量中。为了改变燕镀一固体导电不足的缺陷，近年这的测定以类传感学家在固态电解质上通过层气体敏膜，把围周数电解质量以及介质量结合起来。3.接触燃烧式气体传感器接触燃烧式传感器可以用来检测H2、CO、CH4等气体。燃烧热和气体浓度有关，可燃气体表面接触催化剂 Pt 、Pd就会燃烧、破热。这种传感器应用广泛、而且体积不大、结构简单、稳定性较好，缺点就是选择性差。4 电化学气体传感器电化学方法一般的气体传感器有两种 ：一恒电位电解式传感器，这种传感器有较高的灵敏度，电离在特定电场下的被测气体，气体浓度是被流经的电解电流测出的，继而改变选择的检洌气体的电位，所以在毒性气体检测中发挥很大作用。二： 原电池的气体传感器：在KOH电解质溶液中，pt Pb或Ag Pb 电极构成电池，已成功用于检测O2，它的灵敏度较高，有一点不好就是容易吸潮，电极后容易中毒。5 光学气体传感器( 1 )气体直接吸收式传感器：最典型的气体直收谱从而气式传感接吸收器是红外线气体传感器，它根有各自的光变然后谱据气体吸体来检测成分，这个对SO2、CO、C O2、NO等气传感器体拥有比灵敏度。除此之外还对如NO、N O2 SO2、C H( CH4) 等气体也有比较高的灵敏度。（2）气体光反应传感器：气体受到较反应传感器影响产生色引起光高的光强度吸收等光学特性的改变，因为气体光感受到限制，即使传感器的自感元件是理想的，但传由度也会变小。( 3 )光学特性的气体新传温度传感器：光