报警器工作原理18页文档资料Word文档格式.docx
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目前单片机正朝着高性能和多产品方向发展今后的发展趋势将进一步向低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格、高速化、高可靠行方向发展。
从生产工艺上讲，采用CMOS化工艺。
1.3.2选用单片机AT89C51
经综合分析选用单片机AT89C51适合。
AT89C51是一种低功耗高性能的8位单片机，片内带有一个4KB的Flash在线可编擦除只读存储器，它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术，而且其输出引脚和指令系统和51系列单片机兼容。
片内的存储器允许在线重新编程或用常规的非易失性存储器编程器来编程。
同时已具有三级程序存储器保密的性能。
在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司的AT89C51更实用，因为它不仅和MCU-51系列单片机指令、管脚完全兼容，而且它将通用CPU和在线可编程Flash集成在一个芯片上。
这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。
AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
图1-2AT89C51引脚图
VCC（40脚）：
供电电压。
GND（20脚）：
接地。
P0口（32脚～39脚）：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口（1脚～8脚）：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入“1”后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口（21脚～28脚）：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口（10脚～17脚）：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，P3口管脚备选功能如下表所示：
表1-1P3口第二功能
引脚
第2功能
P3.0
RXD（串行口输入端）
P3.1
TXD（串行口输出端）
P3.2
/INT0（外部中断0请求输入端，低电平有效）
P3.3
/INT1（外部中断1请求输入端，低电平有效）
P3.4
T0（定时器/计数器0计数脉冲输入端）
P3.5
T1（定时器/计数器1计数脉冲输入端）
P3.6
/WR（外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）
P3.7
/RD（外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST（9脚）：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG（30脚）：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN（29脚）：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP（31脚）：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1（19脚）：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2（18脚）：
来自反向振荡器的输出。
1.4气体传感器的选择
要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，而这需要分析多方面的因素之后才能确定。
因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：
量程的大小；
被测位置对传感器体积的要求；
测量方式为接触式还是非接触式；
信号的引出方法，有线或是非接触测量；
传感器的来源，国产还是进口，还是自行研制，价格能否承受。
在考虑上述问题之后就能大致确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标，其具体性能指标见下。
1.4.1MQ-4
瓦斯浓度测试部分电路是由气体传感器MQ-4组成的，其作用为将瓦斯气体的体积分数转化成对应的模拟电压信号并输出出来。
1.4.2MQ-4的结构外形
MQ-4气敏元件的结构和外形如图1-3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，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。
结构外形
图1-3MQ-4的结构和外形
其中
部件
材料
1
气体敏感层
二氧化锡
2
电极
金（Au）
3
测量电极引线
铂（Pt）
4
加热器
镍铬合金（Ni—Cr）
5
陶瓷管
三氧化二铝
6
防爆网
100目双层不锈钢（SUB316）
7
卡环
镀镍铜材（Ni—Cu）
8
基座
胶木
9
针状管脚
MQ-4标准工作条件
MQ-4的标准工作条件见表1-2：
表1-2MQ-4的标准工作条件
符号
参数名称
技术条件
备注
Vc
回路电压
≤15V
AcorDc
VH
加热电压
5.0V±
0.2V
RL
负载电阻
可调
RH
加热电阻
31Ω±
3Ω
室温
PH
加热功耗
≤900mw
MQ-4的环境条件
MQ-4的环境条件见表1-3：
表1-3MQ-4的环境条件
Tao
使用温度
-10℃-50℃
Tas
储存温度
-20℃-70℃
相对湿度
小于95%RH
O2
氧气浓度
21%（标准条件）
氧气浓度会影响灵敏度
最小值大于2%
1.4.3MQ-4的测试电路及灵敏度调节
（1）测试电路
我们设计的MQ-4测试电路如图3-2所示，其中可调节电阻R3是用来调整传感器的灵敏度的。
图1-4测试电路
（2）灵敏度调节
在对MQ-4的灵敏度进行调节之前首先要就要了解其灵敏度特性。
具体的灵敏度特性见表1-4及图1-5
表1-4MQ-4的灵敏度特性
技术参数
Rs
敏感体表面电阻
10—60
（5000ppmCH4）
适用范围：
300—10000ppm
甲烷，天然气
а
（1000ppm/5000ppmCH4）
浓度斜率
≤0.6
标准工作条件
温度：
20℃±
2℃Vc:
0.1V
相对湿度：
65%±
5%Vh:
预热时间
不少于24小时
图1-5MQ-4型气敏元件的灵敏度特性
其中：
温度为20℃、相对湿度为65%、氧气浓度为21%RL=20kΩRs是指元件在不同气体，不同浓度下的电阻值。
R0是指元件在洁净空气中的电阻值。
由上可得MQ-4型气敏元件对不同种类，不同浓度的气体有不同的电阻值。
因此，在使用此类型气敏元件时，灵敏度的调整是很重要的。
在这里我们用5000ppm甲烷校准传感器进行校准。
其校准过程如下：
在测试条件下对传感器进行校准时，我们进行硬件部分电路的调试。
在调节确定MQ-4的可调负载电阻值时，以空气中甲烷浓度值为5000ppm时作为校准，此时观察显示部分电路，又因为要求显示的瓦斯浓度精度要求优于5%，即准确显示的范围为5000ppm（15%）也就是4750ppm～5250ppm的范围内，若不在该范围内则说明甲烷传感器的灵敏度不够高，需要进行调节。
而灵敏度的调节是依靠调节负载电阻RL来实现的。
我们调节RL使显示的瓦斯浓度值尽可能与实际相符合。
这样确定下来的RL的阻值，换言之传感器的灵敏度也就确定下来了，此时
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