报警器工作原理.

报警器工作原理 1.1 工作原理

随着超大规模数字集成电路、单片机技术的飞速发展，利用单片机及其它外围芯片实现对瓦斯的监测成为一种可能，并且成为一种发展趋势。它具有体积小、操作简单、携带方便、功能较齐全等优点，而且性能价格比也很高，应用前景非常广泛。因此此次设计整体上是基于AT89C51单片机来实现煤矿瓦斯浓度监测报警。在这里我们运用到的气敏传感器是MQ-4，它是用来检测外部瓦斯的浓度（其检测到的浓度值为模拟量），并将检测到的模拟信号转化为电压信号输出出来。然后再将电压信号输入ADC0809进行A/D 转换变换成数字信号，并在51单片机的控制下将其输入，然后在内部软件编程下进行数值变换处理。在单片机进行完数据处理后就将其结果输出显示，从而显示出瓦斯气体的浓度，其中显示部分我们采用LCD 显示，用于显示瓦斯浓度值。若实际瓦斯浓度超限（浓度超限预警值可键盘控制输入）则在单片机的控制下进行报警。 1.2系统框图

此次设计的煤矿瓦斯监测报警器的系统框图如下所示：主要由气体传感器MQ-4、A/D 转换器ADC0809、单片机AT89C51、LCD 显示电路、键盘控制电路、报警装置和附件电路组成。

图1-1 系统框图

由图可以看出煤矿瓦斯监测报警器的硬件部分设计是以单片机系统为核心，用于整个设计的数据处理、声光报警电路等正常工作。在这里我们选用ATMEL 公司生产的8位单片机AT89C51。

甲烷传感器采用MQ -4气敏传感器，用于探测采集瓦斯的浓度。由于该传感器的输出信号为模拟电压信号，要想将采集到的数据送至单片机系统进行数据处理则需要将模拟信号转换成数字信号，我们采用ADC0809.瓦斯浓度显示部分采用LCD 显示，在这里我们采用动态扫描方法来显示各种参数。

1.3单片机的选择

AT89C51

LCD 显示

瓦斯探测器

电 源

ADC0809

报 警

1.3.1 单片机简介及发展趋势

在一块芯片上集成由运算器、控制器、储存器、输入/输出接口5个基本部分，则这种芯片为单片微型计算机，简称单片机。以单片机为核心的硬件系统称为单片机系统。

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A T89C51

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，A T89C51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1-1 P3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