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單片機實驗總結(jié)成員：張靜遠 2 08微電張卓寧 2 08微電 張繼波 2 08物基地趙永柯 2 08物基地1. 摘要：一種煤氣測量報警裝置的設計過程2．引言：這學期我們選擇了單片機這門課， 從第一節(jié)課開始， 我們就感覺到了這門課與其他的課 有一些不同。單片機課程更側(cè)重于實驗，講求從實驗中掌握知識，確實讓我們四人都受到了 很多的啟發(fā)，并學到了很多的知識。 我們國家現(xiàn)在隨著城市化程度的提高， 煤氣作為一種清潔能源， 也在普通家庭中得到了 普及。雖然作為清潔能源，煤氣有很多的優(yōu)點，但同時，它也是一種有毒的氣體，對人體有 很大的傷害，它無色無味，雖然國家在煤氣中混加了有味道的氣體，但每年因煤氣煤氣中毒 而死去的人數(shù)還是有增無減?；谶@種原因，我們決定自主設計一種煤氣感應報警裝置， 也 許和工廠化的產(chǎn)品相差很遠，但是我們認為設計這種裝置還是很有必要的。 我們給定它的功能是能檢測到空氣中異常的煤氣含量， 并能報警，報警方式有燈光與聲 音。因此我們把它分成了四個部分油漆檢測儀，一是電源部分煤氣報警器，估計有12V 的變壓器與7805芯片，接口 與散熱片：第二部分是測量部分，包括煤氣傳感器：第三部分是報警裝置，包括有源小喇叭 （蜂鳴器） ，紅色與綠色的發(fā)光二極管各一個；四是控制部分，包括 mega16A 單片機一枚 （L 型的沒貨） 。

這四部分中，最難的是測量，因為煤氣傳感器其實就是一個電阻，隨著煤 氣濃度的變化它的阻值會發(fā)生變化， 因此為了能讓它能正確的傳達測量結(jié)果， 需要確定一個 正常值的范圍與閥值，這是最耗經(jīng)歷的，還好我們成功的確定了標準。3.關鍵詞：煤氣，煤氣傳感器，mega16單片機.，報警4.系統(tǒng)硬件設計（1）電源 包括12V 變壓器一個，7805芯片一枚，散熱片若干，接口，線等。 設計思路是由外部220V 電壓供電，通過12V 變壓器接到7805變壓芯片上，給系統(tǒng)以5V 電壓 供電。 （2）測量部分 應用煤氣傳感器，進行煤氣濃度測量。 MQ-5煤氣傳感器 MQ-5型氣敏元件是以金屬氧化物 SnO2為主體材料的 N 型半導體氣敏元件，當元件接 觸還原性氣體時，其電導率隨氣體濃度的增加而迅速升高。 特點： 1、 用于可燃性氣體的檢測（CH4、C4H10、H2等）2、 靈敏度高 3、 響應速度快 4、 輸出信號大 5、 壽命長，工作穩(wěn)定可靠 技術指標： 加熱電壓（Vh） 回路電壓（Vc） 負載電陰（Rl） 靈敏度（S=Ra/Rdg） AC 或 DC 5±0.2V 最大 DC 24V 2KΩ ≥4(在1000ppmC4H10中) 響 應 時 間 (trec) 恢 復 時 間 (trec) 元件功耗 檢測范圍 使用壽命 ≤10S ≤30S ≤0.7W 50—10000ppm 2年清潔空氣中電阻 （Ra） ≤2000 KΩQM-N5型半導體氣敏元件是以金屬氧化物 SnO2為主體材料的 N 型半導體氣敏元件,當元件接 觸還原性氣體時,其電導率隨氣體濃度的增加而迅速升高. ? 特點 用于可燃性氣體的檢測(CH4,C4H10,H2等) 靈敏度高 響應速度快 輸出信號大 壽命長,工作穩(wěn)定可靠 ? 技術指標 加熱電壓(VH) AC 或 DC 5±0.5V 回路電壓(VC) 最大 DC 24V 負載電阻(RL) 2KΩ 清潔空氣中電阻(Ra) ≤4000KΩ 靈敏度(S=Ra/Rdg) ≥4(在1000ppmC4H10中) 響應時間(tres) ≤10S 恢復時間(trec) ≤30S 檢測范圍 50-10000ppm?基本測試電路VC??使用方法及注意事項 ? 元件開始通電工作時,沒有接觸可燃性氣體,其電導率也急劇增加1分鐘后達到穩(wěn)定, 這時方可正常使用,這段變化在設計電路時可采用延時處理解決. ? 加熱電壓的改變會直接影響元件的性能,所以在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)使用為佳. ? 元件在接觸標定氣體1000ppm C4H10后10秒以內(nèi)負載電阻兩端的電壓可達到(Vdg- Va) 差值的80%(即響應時間);脫離標定氣體1000ppm C4 H1030秒鐘以內(nèi)負載電阻兩端的 電壓下降到(Vdg- Va)差值的80%(即恢復時間). ? 符號說明 檢測氣體中電阻- Rdg 檢測氣體中電壓- Vdg Rdg 與 Vdg 的關系: Rdg=RL(VC/Vdg-1) ? 負載電阻可根據(jù)需要適當改動,不影響元件靈敏度. ? 使用條件:溫度-15~35℃;相對濕度45~75%RH;大氣壓力80~106KPa ? 環(huán)境溫濕度的變化會給元件電阻帶來小的影響 ,當元件在精密儀器上使用時,應進 行溫濕度補償,最簡便的方法是采用熱敏電阻補償之. ? 避免腐蝕性氣體及油污染,長期使用需防止灰塵堵塞防爆不銹鋼網(wǎng). ? 元件六腳位置可與電子管七角管座匹配使用. （3）報警部分 采用發(fā)光二極管與蜂鳴器。

正常工作時，綠色發(fā)光二極管閃爍；當煤氣濃度達到報警值時， 進入報警工作狀態(tài)，綠燈滅，紅色發(fā)光二極管閃爍，蜂鳴器發(fā)出嘟嘟聲；當煤氣濃度降到安 全值時，重新進入正常工作狀態(tài)。?（4）控制裝置 使用 mega16單片機作為控制單元。 AVRmega16單片機是一款功能十分強大， 集成度非常高的數(shù)字處理系統(tǒng)。 它集成了 ADC與 DAC 的模塊， 因而此作品設計中可以直接將 MQ3型酒精氣敏傳感器的探測信號輸入單片 機中，然后在單片機內(nèi)進行 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理。其引腳圖如下圖:5.系統(tǒng)軟件設計編程環(huán)境：cvavr 程序： This program was produced by the CodeWizardAVR V2.04.4a Evaluation Automatic Program Generator ?Copyright 1998-2009 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l. Project : Version : Date : 2010/6/10 Author : Freeware, for evaluation and non-commercial use only Company : Comments:Chip type : ATmega16 Program type : Application AVR Core Clock frequency: 1.000000 MHz Memory model : Small External RAM size : 0 Data Stack size : 256 *****************************************************/#include #include // Declare your global variables herevoid main(void) { // Declare your local variables here// Input/Output Ports initialization // Port A initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTA=0x00; DDRA=0x00;// Port B initialization // Func7=In Func6=Out Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=Out // State7=T State6=0 State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=0 PORTB=0x00; DDRB=0x41;// Port C initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTC=0x00; DDRC=0x00;// Port D initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=Out // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=0 PORTD=0x00; DDRD=0x01;// Timer/Counter 0 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 0 Stopped // Mode: Normal top=FFh // OC0 output: Disconnected TCCR0=0x00; TCNT0=0x00; OCR0=0x00;// Timer/Counter 1 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer1 Stopped // Mode: Normal top=FFFFh // OC1A output: Discon. // OC1B output: Discon. // Noise Canceler: Off // Input Capture on Falling Edge// Timer1 Overflow Interrupt: Off // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: Off // Compare B Match Interrupt: Off TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00;// Timer/Counter 2 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer2 Stopped // Mode: Normal top=FFh // OC2 output: Disconnected ASSR=0x00; TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; OCR2=0x00;// External Interrupt(s) initialization // INT0: Off // INT1: Off // INT2: Off MCUCR=0x00;MCUCSR=0x00;// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x00;// Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off // Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x40; SFIOR=0x00;while (1) { if(ACSR.5) { PORTB.6=0; PORTD.0=1; PORTB.0=1; delay_ms(300); PORTD.0=0; PORTB.0=0; delay_ms(300); };if(~ACSR.5) { PORTB.0=0; PORTD.0=0; PORTB.6=1; delay_ms(300);PORTB.6=0; delay_ms(300); }; }; }6.調(diào)試調(diào)試分析包括硬件調(diào)試分析和軟件調(diào)試分析及軟、 硬件聯(lián)調(diào)。

由于硬件調(diào)試分析和軟件 調(diào)試分析是獨立進行的，所以可以先調(diào)硬件再調(diào)軟件。在調(diào)試中找出錯誤、缺陷，判斷各種 故障，并做出軟硬件的修改，直至設計作品能夠正確體現(xiàn)其功能。 1、硬件調(diào)試 硬件調(diào)試包括傳感器電路、單片機外圍電路、報警電路等。下面主要介紹傳感器電路、 報警電路的調(diào)試。 首先把傳感器，接1.5v 左右電壓上由于電壓預熱3秒以上，傳感器里已經(jīng)集成了放大電路， 而用萬用表測量可證實傳感器輸入電路中輸出是一穩(wěn)定的0-5V 的電壓信號，符合單片機的 輸入條件，因此此信號可以直接接人單片機進行 A/D 轉(zhuǎn)換而不需要放大、濾波等。 其次對于聲光報警電路的調(diào)試分為蜂鳴器和 LED 的調(diào)試。經(jīng)試驗可知蜂鳴器在高電平 時正常工作，LED 為共陽極。 2、軟件調(diào)試 軟件調(diào)試為利用 ICCAVR，CVAVR，AVR Studio 軟件進行模塊化調(diào)試。調(diào)試過程中觀 察各個變量的變化，查找所寫程序的錯誤，并改正。 3、軟、硬件聯(lián)調(diào) 利用 AVR Studio 軟件和硬件電路板進行軟硬件聯(lián)合仿真， 首先將軟件程序下載到 AVR Studio 中，然后運行一下，確認無誤后，再把程序?qū)懭胗布小φ{(diào)試過程中出現(xiàn)的錯 誤要仔細分析，然后不斷修正，直至達到理想效果為止。

在軟硬件聯(lián)調(diào)時，根據(jù)在程序中設 定的閾值，用打火機中的氣體漸漸接近傳感器來模仿煤氣濃度的增大，顯示結(jié)果良好，報警 結(jié)果十分精確，在到達閾值時能夠準確發(fā)出報警聲甲苯檢測儀，紅色 LED 也能發(fā)光。6.測試情況正常工作時，綠色發(fā)光二極管閃爍；當煤氣濃度達到報警值時，進入報警工作狀態(tài)， 綠 燈滅，紅色發(fā)光二極管閃爍，蜂鳴器發(fā)出嘟嘟聲；當煤氣濃度降到安全值時，重新進入正常 工作狀態(tài)。7.所需資源AVR mega16單片機一枚，12V 變壓器，7805芯片，煤氣傳感器，LED 紅色與綠色各一個，實 驗版，印刷版，電阻，接線，各種型號的接口，焊接設備及其附屬設備等。8.成員分工張靜遠：負責程序編寫，焊接電路， 、寫論文報告； 張繼波：寫論文，做網(wǎng)頁，幫忙焊接電路； 張卓寧：電路檢測，程序調(diào)試，調(diào)試電路： 趙永柯：焊接電路，PPT煤氣報警器，購買元件，寫實驗心得。9.系統(tǒng)設計總結(jié)報告(1)團隊管理的心得體會。對于每一個小組成員，我們都應明確他所善長和能勝任的方面，并且每一成員都應自 發(fā)地承接自己所擅長的工作，遇到問題時要與大家一起商量討論，找出切實可行的方案， 這 樣才能發(fā)揮每一個成員的作用，發(fā)回出小組真正的能力，更好的完成課題。

我們小組在本此 課題中正是這樣做的。我們首先共同商討，根據(jù)小組成員能力和一些技術上的問題，發(fā)揮自 己的創(chuàng)新意識和對現(xiàn)實的應用價值，一起選定了“煤氣濃度檢測及報警”這一課題，進而， 一起確定了設計思想。 小組成員根據(jù)自己能力提出自己想成接的任務， 最后再根據(jù)實際情況， 大家一起均衡分配工作任務。并在各自完成任務的同時，周期地一起討論課程的進程，并對 遇到的一些問題，提出來一起解決，這樣我們小組成員可以對整個項目有一個全面的了解， 這倒自己下一步該如何做， 最重要的是解決遇到的問題， 不致因一個小方面的問題而使整個 項目無法完成，與此同時還要善于與其他小組交流，并一起對所交流問題一起研討。這樣才 能從中找出最好的方法。 這就是我們小組在本次課題中的基本過程，雖然我們遇到了很多問題和困難，但我們 合作得很愉快，很團結(jié)，直到項目完全結(jié)束。 （2）課程設計的心得體會： 在通過本次課程中，我們遇到很多問題，但是與此同時，我們也學到了很多，對于本次課 題的心得體會，我們覺得有以下幾點: 1、 不管做什么事,計劃是很重要的。 沒有一個完好的計劃， 做事情就會沒有一個好的順序， 做事情會比較亂，很難成功。

而有一個好的計劃，不管做什么事都會事半功倍，做事心中有 數(shù)煤氣報警器，明確重點和緩急，不會有疏漏。這樣才能提高成功率。 2、做事要多動腦,選出最好的方法。一件事往往有多種解決方法，一個好的方法，不僅能 使事情事半功倍，而且往往決定最后的成與敗，所以做事時一定要多動一下腦筋，想出最好的方法。 3、要注意細節(jié)。細節(jié)決定成敗，這句話在這次課題中不僅一次得到了印證，特別是在軟 件的編程過程中， 一點點的錯誤就會使你整個程序不能運行。 因此我們不僅僅要有整體意識， 也要注意細節(jié)，不要因一個關鍵地方的一個細節(jié)而導致滿盤皆輸。 4、團隊合作很重要。團隊做一件事時，要發(fā)揮出門一個人的長處。人無完人，但一個團 隊可以互相幫助， 互相補充， 只要互相合作， 個人完成各自專長的， 離成功就只有一步之遙。 人人總是有疏漏的方面，但是只要互相合作，互相交流，就會考慮問題更全面化，在本次課 題中，我們組團結(jié)合作不僅事半功倍，而且發(fā)現(xiàn)了一些好的有趣的構(gòu)想，是我們對單片機有 了更濃的興趣。 5、最后，也是最重要的一點，通過這次課題，我們學到了很多有關單片機方面的知識， 也對單片機有了更深入的了解。使我們受益匪淺。 （3） 課程改革的建議： 1.此作品還可以加入數(shù)碼管進行濃度顯示，使之應用更廣泛。 2.還可以將煤氣傳感器換做其他氣體傳感器，檢測其他氣體濃度。

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