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1、本科毕业设计说明书有毒可燃气体报警器的研究Toxic and combustible gas alarm学 院 ： 专业班级： 学生姓名： 指导老师：年月日1有毒可燃气体报警器的研究随着科技的发展，越来越多的有毒可燃气体出现在工业生产和人们的日常生活中。很多有毒可燃气体可以应用于生产和生活，但也有许多是工业和产品的伴随物，有毒可燃气体在给我们甚或带来便利的同时也存在巨大隐患。因此，必须对这些有毒可燃气体进行现场实时检测，及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保工业安全和家庭生活安全。因此，研究有毒可燃气体的检测方法与有毒可燃气体报警器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题。本论文
2、在参考国内外产品及设计思想的基础上，对有毒可燃气体报警器设计进行了深入的研究，比较合理地选择了系统的设计方案。并对仪器的设计和各个组成部分进行了详细的分析和介绍。本论文设计的有毒可燃气体报警器由气体信号采集电路与单片机控制电路 两大部分构成。传感器选用MQ135 型气体传感器，这种型号的传感器不但具备一般半导体气体传感器灵敏度高、响应快、抗干扰等优点，而且价格低廉，使用寿命较一般的半导体气体传感器长，至少可以达到3 年。核心芯片采用STC89C52 单片机。具有高速、低功耗、超强抗干扰等优点，在提高了报警器的准确性、可靠性及抗干扰性且不提高成本的同时，缩小了报警器的体积。在本论文研制的报警器的
3、基础上，可以再做适当的功能扩展，使有毒可燃性气体报警器的功能更加完善，安全性更高，使用更加方便等。为了能够进一步提高安全性，可以在自动声光报警的基础上，用单片机驱动继电器，带动有毒可燃性气体管道阀门或者其他关闭气体泄漏源的装置。该报警器可以实时、准确检测有毒可燃气体，并且可以长时间可靠无误的报警，具有很广泛的应用前景和推广价值。关键词： 报警器；有毒可燃气体；单片机；气体传感器2AbstractWith the development of science and technology, more and more toxic and flammable gas in the industri
4、al production and peoples daily lives.A lot of toxic and combustible gas can be used in the production and life, but there are many of the accompaniment of industrial and product, there are huge hidden dangers of toxic and combustible gas to us or even convenience. Therefore, we must conduct on-site
5、 real-time detection of these toxic and flammable gas, early detection of potential accidents, and take effective measures to avoid the accident in order to ensure the security of industrial safety and family life. Therefore, toxic and flammable gas detection and toxic and combustible gas alarm has
6、become an important topic in the field of sensor technology development.In reference to domestic and foreign products and design ideas on thebasis of this paper, the design of the toxic and combustible gas alarm in-depth study, a reasonable choice of system design. And instrument design and the vari
7、ous components of the detailed analysis and presentation.This thesis is a toxic flammable gas alarm gas signal acquisition circuit and MCU control circuit, two major parts. Selection of sensor the MQ135 type gas sensor, the sensor of this model not only has the advantages of semiconductor gas sensor
8、 with high sensitivity, fast response, and interference, and low-cost, long service life than the average of semiconductor gas sensor, at least three years. Core chip with STC89C52 SCM. Has the advantage of high-speed, low power, super-interference, improve alarm accuracy, reliability, and anti-jamm
9、ing and does not increase costs at the same time, reducing the volume of the alarm.Developed in this paper the basis of the alarm, you can do the appropriate functional expansion, toxic and combustible gas alarm3function more perfect, more secure, easier to use. In order to further improve security,
10、 automatic audible and visual alarm on the basis of using a microcontroller to drive a relay to drive the toxic and flammable gas pipeline valves or other closing gas leak source device.The alarm in real time, accurate detection of combustible gases, and can be a long time reliable and correct alarm
11、, has a very broad application prospects and promotional value.Keywords: alarm; toxic flammable gas; microcontroller; gas sensor4第 1 章 绪论1.1 课题研究的目的和意义随着石油化学工业的发展，易燃、易爆、有毒气体的种类和应用范围都得到了增加。这些气体在生产、运输、使用过程中一旦发生泄漏，将会引发中毒、火灾甚至爆炸事故，严重危害人民的生命和财产安全。由于气体本身存在的扩散性， 发生泄漏之后，在外部风力和内部浓度梯度的作用下，气体会沿地表面扩散，在事故现场形成燃烧爆
12、炸或毒害危险区，扩大危害区域。例如，1995 年 7 月，四川省成都市化工总厂液氯车间发生氯气泄漏，当场造成 3 人死亡，6 人受伤， 仅约一小时左右，市区范围数十平方公里范围内都能闻到刺激性的氯气味。因此， 这类事故具有突发性强、扩散迅速、救援难度大、危害范围广等特点。一旦发生气体泄漏事故，必须尽快采取相应措施进行处置，才能将事故损失降低到最低水平。及时可靠地探测空气中某些气体的含量，及时采取有效措施进行补救，采取正确的处置方法，减少泄漏引发的事故，是避免造成重大财产和人员伤亡的必要条件。这就对气体的检测和监测设备提出了较高的要求。作为一种重要的气体探测器，气体传感器近年来得到了很大的发展。
13、气体传感器的发展使得其应用越来越广泛。危险化学品和可燃性气体要加强安全管理，完善安全措施、控制事故隐患。但是，不可能达到绝对安全，仍然会出现万有一失的情况。因此，事故隐患的检测报警，在危险化学品和可燃性气体场所有害可燃性气体或液体（蒸汽）检测报警，是非常必要的。对避免和控制事故具有重要意义。随着人类社会的进步、生产的发展，人们的生活水平不断提高，随之带来了环境空气污染问题。工厂排放的废气、烟道氧、汽车排放废气、内燃机等排放气体对空气环境造成的污染日益严重。一氧化碳虽然不会使酸雨现象严重，但是对人们的身体健康有影响。一氧化碳是一种无色、无味的气体，它与血液中的血红素结合的能力是氧的 240 倍，
14、它与血红素形成稳定的络合物，使血红蛋白丧失了输送氧气的能力，从而导致组织低氧症，甚至死亡。一氧化碳浓度的高低是评价空气质量好坏的重要指标之一，也是工厂、煤矿井下是否发生自燃火灾的重要标志之一。为了保证人们身体健康和环境洁净，世界各国都纷纷致力于防止空气5污染的产 生。国 家工业卫生 标准规 定，生 产现场 一氧化碳浓 度不允 许超过50ppm 。我国环境保护大气污染监测和工厂矿井中都要求有连续、自动化的现场检测仪。我设计的是有毒可燃其他报警器，该仪器以单片机 STC89C52 为核心，包括传感器、A/D 转换、液晶显示屏、声光报警和按键模块等部分。传感器部分采用MQ135 气敏传感器，能感知环
15、境中某种气体并将与气体种类和浓度有关的信息转换成电信号。这种电信号是连续变化的模拟信号，需要经过 A/D 转换将其转化为离散的数字信号。单片机将采集的数字信号进行处理和判断，运用一定的算法计算出待检测气体成分及浓度并可以送到 LCD 显示屏显示出来。当检测气体浓度超出设定报警阀值时给出声光报警。该系统可有效的降低事故发生率，结构灵活，扩展性强，具有较高的性价比， STC89C52 单片机的应用实现了电子硬件设计的“软件化”，大大的提高了系统的可靠性和抗干扰能力，非常实用于生产生活中的有毒可燃气体的监测监控，性能优良，经久耐用，可靠性高。第2章 有毒可燃气体报警器的方案设计2.1 气体传感器的选
16、型可燃性气体传感器是一个气-电变换器，它的作用是把可燃性气体在空气中的含量(即浓度)变成电信号，进而由单片机采集信号、数据处理、浓度显示以便报警控制。传感器作为对可燃性气体的敏感元件，是各种类型(袖珍式、便携式、固定式)仪表的核心之一。因此，传感器的选型是非常重要的。2.1.1 气体传感器的种类国外从 30 年代开始研究开发气体传感器。过去气体传感器主要用于煤气、液化石油气、天然气以及矿井中的瓦斯气体的检测与报警，目前需要检测的气体种类由原来的还原性气体(H2， C4H10， CH4 等)扩展到毒性气体(CO，NO2， H2S， NO， NH3， PH3 等)。气体传感器种类繁多，从原理上可以
17、分为三大类：6(1) 利用物理化学性质的气体传感器:如半导体、催化燃烧等。(2) 利用物理性质的气体传感器:如热导、光干涉、红外吸收等。(3) 利用电化学性质的气体传感器:如电流型、电势型等。下面对工业上常用的几种气体传感器作以简单介绍。(1) 半导体气体传感器这类传感器主要使用半导体气敏材料，利用气敏元件的电阻、电流或电压随气体浓度变化的原理工作的。由于具有灵敏度高、响应快、输出信号强、耐久性强、结构简单、价格便宜等诸多优点，这类传感器得到了广泛的应用。目前，世界上许多国家开展了对半导体气敏材料的研究，其中日本、美国处十领先地位， 我国也投入大量资金和人力进行研究，并取得一定成果。该传感器己
18、成为世界上产量最大、使用最广的气体传感器之一。(2) 固体电解质气体传感器这是一种产量仅次于半导体气体传感器的一类传感器。它使用固体电解质材料作为气敏元件。其原理是气敏材料在通过气体时产生离子，形成电动势，钡U 量电动势从而测量气体浓度。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，因而得到了广泛的应用，几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域。如测量 H2S YST-Au-WO3， NH3 的 NH4CaCO3 等。但这种传感器制造成本高，检测气体范围有限，在检测环境污染领域中有优势。(3) 接触燃烧式气体传感器这类传感器可分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式气体传感器。其工作原理是：气敏材料在通电状
19、态下，可燃性气体氧化燃烧或在催化剂作用下氧化燃烧， 产生的热量使电热丝升温，从而使其电阻值发生变化，测量阻值变化从而测量气体浓度。接触燃烧式气体传感器在环境温度下非常稳定，并能对爆炸 F 限的绝大多数可燃性气体进行检测，普遍应用于石化工厂、造船厂、矿井隧道、浴室、厨房等处可燃性气体的监测和报警。这类传感器只能测量可燃性气体，对不可燃性气体不敏感。在燃气爆炸下限内输出为线性、只与燃气浓度成正比、温度和湿度的变化对其工作状态影响很小、选择性好、反映准确、精度高、再现性好。其不足的是催化剂寿命有限，当在可燃性气体与空气的混合物中有硫化氢等含硫物质的情况下，则有可能在无焰催化燃烧的同时，有些固态物质附
20、着在催化元件表面，7阻塞载体的微孔，从而引起响应缓慢，反应滞缓或中毒，使灵敏度降低。(4) 高分子气体传感器利用高分子气敏材料制作的气体传感器近年来得到很大的发展。高分子气敏材料在遇到特定气体时，其电阻、介电常数、材料表面声波传播速度和频率、材料重量等物理性能发生变化 D21 高分子气敏材料由于具有易操作性、工艺简单、常温选择性好、价格低廉、易与微结构传感器和声表面波器件相结合，在毒性气体和食品鲜度等方面的检测中具有重要作用。高分子气体传感器具有对特定气体分子灵敏度高，选择性好，且结构简单，能在常温下使用，可以弥补其它气体传感器的不足。(5) 电化学传感器这类传感器由膜电极和电解液灌封而成。气
21、体浓度信号将电解液分解成阴阳带电离子，通过电极将信号传出。它的优点是:反映速度快、准确、稳定性好、能够定量检测，但寿命较短(大于等于两年)。它主要适用于毒性气体的检测。目前国际上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。2.2 MQ135 传感器简介2.2.1 MQ135 传感器概述MQ135气体传感器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( SnO 2)。当传感器所处环境中存在污染气体时，传感器的电导率随空气中污染气体浓度的增加而增大。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。2.2.2 MQ135 传感器详细说明MQ135 气敏传感器主要做空气污染用，具体可以
22、应用于家庭用空气污染报警器、工业用空气污染控制器、便携式空气污染检测器等多种仪器。作为一种优秀的气敏传感器，它有以下优点：1. 在较宽的浓度范围内对有害气体有良好的灵敏2. 对氨、硫化物、苯系等气氛灵敏度较高83. 长寿命、低成本4. 驱动电路简单MQ135传感器对氨气、硫化物、苯系蒸汽的灵敏度高，对烟雾和其它有害的监测也很理想。这种传感器可检测多种有害气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。图1 是传感器典型的灵敏度特性曲线。图中纵坐标为传感器的电阻比（Rs/Ro），横坐标为气体浓度。Rs 表示传感器在不同浓度气体中的电阻值Ro 表示传感器在 100ppm 氨气中的电阻值图中所有测试都是在标
23、准试验条件下完成的。灵敏度特性：图2为受温度、湿度影响的典型曲线。图中纵坐标是传感器电阻比（Rs/Ro）。Rs表示在含100ppm 氨气、各种温/湿度下的电阻值Ro表示在含100ppm 氨气、20/65%RH下的电阻值温/湿度的影响：9图3是传感器的基本测试电路。该传感器需要施加2 个电压：加热器电压（VH） 和测试电压（VC）。其中VH用于为传感器提供特定的工作温度。VC 则是用于测定与传感器串联的负载电阻（RL）上的电压（VRL）。这种传感器具有轻微的极性， VC 需用直流电源。在满足传感器电性能要求的前提下，VC 和VH 可以共用同一个电源电路。为更好利用传感器的性能，需要选择恰当的RL
24、值。基本测试回路：10传感器规格参数：传感器的结构，外形：MQ135 气敏元件的结构和外形如图 4 所示(结构A 或B), 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，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只针状管脚，其中个用于信号取出，个用于提供加热电流。11图4第3章 有毒可燃气体报警器的硬件设计3.1 有毒可燃气体检测报警器的设计在有毒可燃气体报警器的设计中，单片机是仪器的核心部件。它一方面接收传感器检测到的可燃性气体浓度所对应的模拟电压信号和数字信号，另一方面要对这一信号进行处理，控制报警进行相应操作，与此
25、同时判断是否收到外部中断请求。在单片机所实现的这些功能中，特别是信号处理部分，需要单片机有较快的运行速度，才能对现场气体浓度做出快速、准确的检测，进行相应的处理。同时考虑选择低价实用的机型，并为制同一系列的低功耗产品做准备。根据多方面的比较，本设计选用生产的 STC89C52 系列单片机作为报警器的核心控制器。首先，可燃性气体浓度信号通过 MQ135 气体传感器将有毒可燃气体浓度信号转换成电压信号，经过前置放大电路后，直接输出数字信号或经过 A/D 转换输出一个适合单片机接收的电压信号，然后，送入 STC89C52 中，模拟电压信号需经线性化数据处理后，将电压信号转化成对应的十六进制浓度值。最
26、后，将浓度值送入 LCD 显示屏显示。当检测到的有毒可燃气体浓度超出上限报警设定值时，报警器发出声光报警，同时显示屏显示相应状态。3.1.1 可燃性气体检测报警器的结构12可燃性气体报警控制器系统结构如图 3-1 所示，系统以 STC89C52 单片机为核心，配合外围电路共同完成信号采集、浓度显示、声音报警、按键控制等功能。仪器有两种运行状态，一种直接接收传感器模块的数字信号，并控制报警电路。一种是单片机接收传感器模块的模拟电压信号，再将电压信号转化成浓度值， 然后单片机根据前置条件控制电路。电源声光电路传感器模块单片机液晶显示屏按键控制图 3-1 可燃性气体报警控制器系统结构3.2 STC8
27、9C52 系列单片机系统结构特点STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案2。 STC89C52 具有以下标准功能:8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个
28、 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机13一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。其引脚电路如图 3-2 所示，STC89C52 主要性能有以下几点：(1) 与MCS-51单片机产品兼容(2) 8K字节在系统可编程Flash存储器(3) 1000次擦写周期(4) 全静态操作：0Hz33Hz(5) 三级加密程序存储器(6) 32个可编程I/O口线(7
29、) 三个16位定时器/计数器(8) 八个中断源全双工UART串行通道(9) 低功耗空闲和掉电模式(10) 掉电后中断可唤醒(11) 看门狗定时器(12) 双数据指针(13) 掉电标识符图3-2 STC89C52引脚图143.3 可燃性气体报警控制器的电路设计3.3.1 A/D 转换电路AD7705 是AD 公司新推出的16 位S - D A / D转换器。器件包括由缓冲器和增益可编程 放大器(PGA ) 组成的前端模拟调节电路, S - D 调制器, 可编程数字滤波器等部件。能直接将传感器测量到的多路微小信号进行A /D 转换。这种器件还具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低
30、电压低功耗等特点, 非常适合仪表测量、工业控制等领域的应用。它采用三线串行接口, 有两个全差分输入通道, 能达到0.003% 非线性的16 位无误码数据输出, 其增益和数据输出更新率均可编程设定 , 还可选择输入模拟缓冲器, 以及自校准和系统校准方式。工作电压3 V 或5 V。3 V 电压时, 最大功耗为1 mW , 等待模式下电源电流仅为8 mm 。3.3.2 STC89C52单片机接口电路STC89C52 采用 PQFP 贴片式的封装形式，有 40 个管脚。根据单片机制作的原理以及报警器实现的功能，其接口电路主要分为 6 个部分。STC89C52 单片机接口电路如图 3-3 所示。15(1
31、) 复位模块图 3-3 STC89C52 单片机接口电路复位操作可以使单片机初始化，也可以使死机状态下的单片机重新启动，因此非常重要。为可靠起见，电源上电稳定后还要经一定的延时，才能撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分一合过程中引起的抖动而影响复位。在本设计中， 采用的是阻容 RC 上电复位电路，通过电容加到 RST 端上一个高电平复位信号， 高电平持续时间取决于 RC 电路参数。为了保证系统能可靠地复位，RST 端上高电平信号必须有足够长的时间，本复位操作采用按键控制操作。(2) 系统时钟模块时钟电路产生单片机的工作时序脉冲，是单片机正常工作的关键。本次设计中采用外部独立时钟震荡器所产生的
32、时钟信号。在 STC89C52 的 18 脚(XTAL1)和19 脚(XTAL2)外接 12M 的晶体，同时并连 2 个 33pF 的电容，产生系统时钟。(3) 显示模块由 STC89C52 的 3239 脚以及 1415 脚构成显示及控制信号。本次设计中采用的是动态显示的方法进行浓度显示。16(4) 声音报警模块由 STC89C52 的 24 脚实现声音报警控制。当可燃性气体浓度超过限定值时， 扬声器发出鸣叫报警。(5) 按键控制模块有两个按键分别接单片机 25、26 脚作为系统操作按键(6)LED 状态显示模块由 STC89C52 的 2123 脚构成 LED 状态显示控制，黄灯亮表示系统
33、处于非工作状态，绿灯亮表示系统处于正常工作状态，红灯亮表示系统处于非正常工作状态。3.3.3 声音报警电路当可燃性气体浓度超过限定值时，扬声器发出鸣叫报警。图 3-7 声音报警控制电路173.3.4 显示电路显示电路采用 LCD1602 显示，相较其他显示方式液晶屏显示优点突出，具有以下特点：显示质量高由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。数字式接口液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。体积小、重量轻液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状
34、态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多功耗低相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动 IC 上，因而耗电量比其它显示器要少得多。下图为 LCD1602 尺寸图图 3-3-4 LCD1602 尺寸图LCD1602 的主要技术参数如下：显示容量：162 个字符18芯片工作电压：4.5-5.5V工作电流：2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压：5.0V字符尺寸：2.954.35(WH)mm由 STC89C52 的 3239 脚以及 1415 脚接 LCD1602 构成显示及控制信号。接口电路如下图 3-3-4-1 所示：图 3-3-4-1 LCD1602 接口电
35、路图3.3.5 LED 状态显示灯光报警电路如图 3-10 所示，灯光报警电路由D1、D2、D3 组成，电阻起限流的作用。系统处于非工作状态的时，单片机黄灯对应引脚输出低电平，黄灯亮； 工作状态时，没有中断产生表示系统工作正常，则单片机绿灯对应引脚输出低电平，绿灯亮，如果产生外部中断0，单片机黄灯对应引脚间隔输出低电平，红灯闪烁；工作状态时，系统工作正常则如同工作状态，如果气体浓度超过报警限，报警也如工作状态。193.3.6 按键控制电路图 3-10 LED 状态显示电路本系统按键控制电路由两个按键组成，作用是选择工作模式、查看报警次数、退出当前工作模式等。接口电路图如下图 3-11 所示：第
36、4章 有毒可燃气体报警器的软件设计4.1 STC89C52 单片机调试及开发工具嵌入式系统的开发往往借助于开发系统工具，而各种开发系统一般都比待开发调试的嵌入式系统要复杂得多。STC89C52系列单片机的调试、开发工具由硬件20和软件两部分组成，硬件只需一台PC机、目标板和一个称为FET(FlashEmulation Tool)的JTAG控制器。STC89C52FET仿真工具的功能主要是将由PC机打印机接口来的8位并行数据与来自JTAG接口的串行数据进行相互转换，以实现PC机与STC89C52芯片中的JTAG 接口的通讯。具体包括：(1) 程序下载当用户将源程序（C语言）经keil软件语法检查
37、无误并生成代码时，就可以将程序代码在如图的环境中下载到Flash芯片中，而用户的系统可以是在线状态。(2) 设置断点用户可以通过调试环境软件的人机对话界面。在程序中设置断点。在STC89C52 中，可以同时设置4个硬件断点，它是经过JTAG接口的传输，由芯片中的几组断点条件寄存器实现的。(3) 现场观察与修改用户可以通过调试环境软件的人机对话界面，检查或修改Flash芯片内的各种存储器、寄存器的数据。在调试过程中，根据需要可以进行软件模拟仿真和硬件仿真。4.2 有毒可燃气体报警器软件流程及设计本设计中，软件要解决的主要问题是检测传感器送来的有毒可燃气体浓度信号或数字电压信号，根据工作模式不同，
38、程序处理不同的信号。数字电压信号可产生外部中断，程序依此进行报警；浓度信号进行线性化处理，用 LCD1602 显示浓度，若浓度值超出限定值，报警器发出声音报警。因此分为主程序、线性化处理子程序、十六进制转化十进制子程序，浓度显示子程序、键扫描处理子程序、声光控制子程序六个部分。在程序的编写过程中，加入了详细的文字注释，以便于后期的改进与维护。4.2.1 主程序流程图及设计主程序流程图如图 4-1 所示，由于 MQ135 型气体传感器在不通电状态下存放一段时间后，再通电时，器件并不能立即投入正常工作，需要一定的时间预热。21开始工作模式选择Mode_aMode_d数据处理是否需要报警状态显示报警
39、4.2.2 线性化处理子程序设计在单片机测控系统中，使用之前必须进行静态标定(校准)，以得到输出信号与被测信号的关系-输出曲线，用来作为使用过程中的计量依据。但是标定时输出曲线往往不是一条理想的直线，所以要对标定曲线进行线性化处理，用一条拟合直线近似代替输出曲线，线性化是智能仪表的典型功能之一。由于电压值与气体浓度之间是非线性的关系，为了实时显示气体浓度，需要对其进行线性化处理。在误差许可范围内，根据标定曲线形状，以及单片机处理能力，把曲线分成 8 段，对每小段分别线性化。浓度 0%LEL-99%LEL 分成 8 段如下：0%LEL10%LEL10%LEL20%LEL20%LEL28%LEL2
40、8%LEL36%LEL36%LEL45%LEL45%LEL61%LEL61%LEL78%LEL78%LEL99%LEL单片机经过滤波后，得到 3 个采样值的一个真值，把这个真值通过查表比较， 确定其所在区间的上下限电压值和上下限浓度值，根据公式(4-1)，计算出该电压值对应的浓度值。分段点的电压值和浓度值分别存储在两个表格中，线性化处理子程序如图 4-3 所示。22（ Y-Y）Y=Y+上下（ X-X）(4-1)滤下 （ X上-X）滤下下式中Y上-区间上限浓度值Y下-区间下限浓度值Y滤-实际气体测试浓度值X上-区间上限浓度对应电压值X下-区间下限浓度对应电压值X滤-实际气体测试浓度对应电压值23
41、开始根据滤波后的电压,通过查表比较的方法确定所在的分段区间滤波后电压值与该区间电压下限相减X2=X滤-X下区间上下限浓度值相减Y1=Y上-Y下完成1616位定点乘法求出Z=X2Y1区间上下限电压值相减X1=X上-X下完成3216位定点除法求出Y2=Z/X1求出Y滤=Y2+Y下将Y滤进行十六进制到十进制转化并送至显示子程序图4-3 线性化处理子程序流程图4.2.3 十六进制转化十进制子程序设计经过线性化处理后的浓度是十六进制的，而 LED 显示的浓度是十进制的，所24以要进行十六进制转化十进制子程序处理，再送入显示子程序。流程图如图4-4 所示。开始将24H送入AA-100C=0?Y25H+1N
42、A+100A-10C=0?Y26H+1NA+10A送入27H图4-4 十六进制转化十进制子程序流程图254.2.4 显示子程序设计本次设计采用的是LCD1602显示，程序流程图如下图4-5所示图4-5 显示子程序流程图264.2.5 数据处理模块开始气体超标信号输入报警电路工作检测浓度和按键等待操作N浓度下降或按键操作Y停止报警4-6 数据处理模块第五章 系统调试5.1 硬件的调试在单片机开发过程中，从硬件设计到软件设计都需要做到准确无误。可见调试的工作量比较大。调试部分是单片机系统设计中至关重要的部分。调试的成功与否直接关系到整个系统运行的可行性。单片机系统的硬件调试和软件调试是不能分开的，
43、许多硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的。但通常是先排除明显27的硬件故障以后，再和软件结合起来调试以进一步排除故障。可见硬件的调试是基础，如果硬件调试不通过，软件设计则是无从做起。当硬件设计从布线到焊接安装完成之后，就开始进入硬件调试阶段，调试大体可以分为以下几步。5.1.1 排除逻辑故障这类故障往往由于设计和加工制板过程中工艺性错误所造成的。主要包括错线、开路、短路。排除的方法是首先将加工的印制板认真对照原理图，看两者是否一致。应特别注意电源系统检查，以防止电源短路和极性错误，并重点检查系统总线（地址总线、数据总线和控制总线）是否存在相互之间短路或与其它信号线路短路。必要时利用数字万用表的
44、短路测试功能，可以缩短排错时间。5.1.2 排除元器件故障造成这类错误的原因有两个：一个是元器件买来时就已坏了；另一个是由于安装错误，造成器件烧坏。可以采取检查元器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致。在保证安装无误后，用替换方法排除错误。5.1.3 排除电源故障在通电前，一定要检查电源电压的幅值和极性，否则很容易造成集成块损坏。加电后检查各插件上引脚的电位，一般先检查 V与 GND 之间电位，若在 5V4.8VCC之间属正常。若有高压，联机仿真器调试时，将会损坏仿真器等，有时会使应用系统中的集成块发热损坏。5.2 软件调试软件调试主要采用keil软件调试编译单片机程序。由于由于STC89C
45、52可以擦写上千次，所以在这个调试过程中，并没有用仿真器来实践，而是直接将程序烧写进单片机来操作。将通过KEIL软件编译通过的单片机程序生成的“.hex”文件28用烧录软件通过下载线烧写进单片机中。5.3 软、硬件整体调试软、硬件联调是将已经调试通过的软件和硬件结合起来一起进行调试。这部分是单片机制作过程中最重要的调试部分。单一的软件或是硬件的调试通过了并不能验证总的方案的可行性。只有将整个系统的软件硬件相结合连接起来进行调试，也就是综合调试。如果调试成功了才能说明此系统的功能实现，系统设计已经成功。采用Keil软件和硬件电路板进行软硬件联合仿真，首先编译单片机程序，然后运行编译的程序，程序检查成功后，再把程序烧