1929_基于單片機(jī)的煙霧檢測(cè)系統(tǒng),基于,單片機(jī),煙霧,檢測(cè),系統(tǒng) 單位代碼 02 學(xué) 號(hào) 080105026 分 類(lèi) 號(hào) TH6 密 級(jí) 畢 業(yè) 論 文基于單片機(jī)的煙霧檢測(cè)系統(tǒng)院 （ 系 ） 名 稱 工 學(xué) 院 機(jī) 械 系專(zhuān) 業(yè) 名 稱 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其 自 動(dòng) 化學(xué) 生 姓 名 胡 新 新指 導(dǎo) 教 師 蔡 超 峰2012 年 5 月 15 日 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 頁(yè)基于單片機(jī)的煙霧檢測(cè)系統(tǒng)摘要吸煙有害健康。尤其，在一些公共場(chǎng)所，個(gè)別人的吸煙所產(chǎn)生的煙霧也會(huì)危害到周?chē)晃鼰熑说慕】担梢?jiàn)，這是一種不道德的行為。隨著“室內(nèi)公共場(chǎng)所禁煙”等規(guī)定的正式生效，在公共場(chǎng)所禁煙已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，公共場(chǎng)所的煙草影響著人們的健康，因此在公共場(chǎng)所的煙霧報(bào)警也成為了一種需要。論文介紹了煙霧報(bào)警器的發(fā)展前景，研究了煙霧傳感器和單片機(jī)的選擇，分析了硬件部分的電路和作用，給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案與系統(tǒng)軟件的程序流程。采用 MQ-7 型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器和 AT89C2051 單片機(jī)為核心技術(shù)設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警器，實(shí)現(xiàn)了煙霧報(bào)警、報(bào)警限設(shè)置、延時(shí)報(bào)警及與上位機(jī)串口通信等功能，對(duì)煙霧檢測(cè)報(bào)警的實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了的有意義的探索與研究，在有害氣體監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)方面有一定的參考價(jià)值。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，可燃性報(bào)警器滿足檢測(cè)要求。 關(guān)鍵詞：煙霧，報(bào)警器，AT89C2051，傳感器 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 I 頁(yè)SMOKE DETECTION SYSTEM BASEDON SINGLE CHIPAbstractSmoking is harmful to health. In particular, in some public places, some individuals smoke generated by smoking may endanger the health of people around non-smokers, we can see, this is an immoral act. With the "smoking ban in indoor public places" and other rules come into effect, smoking in public places has become a trend growing in today's society, so the smoke alarms in public places has become a need. This paper introduces the development prospects of smoke alarms, the smoke sensor and microcontroller of choice, analyzes the role of the hardware part of the circuit and the given hardware design and software program flow. With MQ-7-type semiconductor resistance sensor and smoke AT89C2051 MCU core technology smoke alarm designed to achieve a smoke alarm, alarm limit settings, delay alarm and serial communication with the host computer and other functions, the implementation of the smoke detection alarm technology conducted a meaningful exploration and research, monitoring the achievement of the harmful gas have some reference value. In the experiment, flammability alarm to meet the testing requirements, the design scheme is reasonable.Key words: smoke alarm, AT89C2051, sensor 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 II 頁(yè) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 頁(yè)目 錄1 緒論 ............................................................................................................................11.1 問(wèn)題由來(lái) ........................................................................................................11.2 課題現(xiàn)狀 ........................................................................................................21.3 論文的主要任務(wù) ............................................................................................32 系統(tǒng)原理概述 ............................................................................................................42.1 煙霧檢測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)思路 ........................................................................42.2 系統(tǒng)硬件組成原理 ........................................................................................42.3 軟件系統(tǒng)工作流程 ........................................................................................52.3.1 系統(tǒng)應(yīng)用情況分析 .............................................................................52.3.2 工作過(guò)程及程序設(shè)計(jì) ........................................................................53 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ............................................................................................................63.1 煙霧傳感器的選擇 .........................................................................................73.2 運(yùn)放與 A/D 的選擇 ......................................................................................83.3 單片機(jī)系統(tǒng)部分 ........................................................................................113.3.1 AT89C51 單片機(jī)介紹 .....................................................................113.3.2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及控制 ..........................................................123.3.3 中斷控制 ......................................................................................143.4 單片機(jī)外圍電路介紹 ................................................................................143.4.1 復(fù)位電路 ........................................................................................143.4.2 晶振電路 ........................................................................................153.5 報(bào)警部分 .......................................................................................................164 軟件設(shè)計(jì) ...................................................................................................................194.1A/D 采樣雙通道流程 .....................................................................................204.2 報(bào)警流程設(shè)計(jì) ...............................................................................................215 設(shè)計(jì)總結(jié) ..................................................................................................................235.1 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)與特點(diǎn) ..........................................................................................235.2 結(jié)論及不足 ..................................................................................................24致謝 ..............................................................................................................................26 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 0 頁(yè)1 緒論1.1 問(wèn)題由來(lái)隨著社會(huì)的發(fā)展，吸煙的人群越來(lái)越多，吸煙的危害，吸煙不僅危害自己的身體，也會(huì)對(duì)他人造成傷害，也會(huì)產(chǎn)生不良社會(huì)影響。吸 煙 有 一 定 的 社 會(huì) 性 ，在 社 交 中 具 有 一 定 的 社 會(huì) 功 能 ， 但 同 時(shí) 又 可 能 誘 發(fā) 多 種 疾 病 ， 對(duì) 個(gè) 體 健 康 危害 極 大 。 吸煙可以致癌，提高心 、 腦 血 管 疾 病 的 發(fā) 病 率 ， 引 起 呼 吸 道 疾 病 等多 種 危 害 。2007 年 5 月 29 日 ， 衛(wèi) 生 部 發(fā) 布 《 2007 年 中 國(guó) 控 制 吸 煙 報(bào) 告 》 。 報(bào) 告 指出 ， 我 國(guó) 有 5.4 億 人 遭 受 被 動(dòng) 吸 煙 之 害 ， 其 中 15 歲 以 下 兒 童 有 1.8 億 ， 每年 死 于 被 動(dòng) 吸 煙 的 人 數(shù) 超 過(guò) 10 萬(wàn) ， 而 被 動(dòng) 吸 煙 危 害 的 知 曉 率 卻 只 有 35%。二 手 煙 既 包 括 吸 煙 者 吐 出 來(lái) 的 主 流 煙 霧 ， 也 包 括 從 紙 煙 、 雪 茄 或 煙 斗 中 直 接冒 出 來(lái) 的 側(cè) 流 煙 。 二 手 煙 中 包 含 4000 多 種 物 質(zhì) ， 其 中 包 括 40 多 種 與 癌 癥有 關(guān) 的 有 毒 物 質(zhì) 。 在 二 手 煙 中 ， 許 多 化 合 物 在 側(cè) 流 煙 中 的 釋 放 率 往 往 高 于 主流 煙 。 世 界 衛(wèi) 生 組 織 的 報(bào) 告 表 明 ， 吸 煙 對(duì) 人 類(lèi) 的 危 害 是 多 方 面 的 ， 主 要 導(dǎo) 致哮 喘 、 肺 炎 、 肺 癌 、 高 血 壓 、 心 臟 病 和 生 殖 發(fā) 育 等 。 其 中 ， 二 手 煙 對(duì) 被 動(dòng) 吸煙 者 的 危 害 一 點(diǎn) 也 不 比 主 動(dòng) 吸 煙 者 輕 ， 特 別 是 對(duì) 少 年 兒 童 的 危 害 尤 其 嚴(yán) 重 。調(diào) 查 顯 示 ， 在 我 國(guó) ， 被 動(dòng) 吸 煙 的 主 要 受 害 者 是 婦 女 和 兒 童 ， 盡 管 她 們 自 己 并不 吸 煙 ， 但 經(jīng) 常 在 家 庭 、 公 共 場(chǎng) 所 遭 受 他 人 的 二 手 煙 。 除 此 之 外 ， 職 場(chǎng) 、 會(huì)場(chǎng) 等 ， 也 經(jīng) 常 會(huì) 成 為 二 手 煙 泛 濫 的 場(chǎng) 所 。 雖 然 沒(méi) 有 直 接 吸 食 香 煙 ， 可 是 呼 入體 內(nèi) ， 仍 能 對(duì) 身 體 造 成 危 害 ， 甚 至 比 吸 煙 者 的 危 害 更 大 。 中國(guó)是世界頭號(hào)煙草生產(chǎn)與消費(fèi)大國(guó)，煙民數(shù)量居全球之冠。2011 年 5 月 1 日衛(wèi)生部公布修訂后的《公共場(chǎng)所衛(wèi)生管理?xiàng)l例實(shí)施細(xì)則》 ，其中新增加了“室內(nèi)公共場(chǎng)所禁止吸煙”等規(guī)定。這是中國(guó)為兌現(xiàn)世界衛(wèi)生組織控?zé)熆蚣芄s采取的最新舉動(dòng)。在公共場(chǎng)所中，創(chuàng)造無(wú)煙環(huán)境是一種社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)外都在不斷的制定法律條款來(lái)限制吸煙人群，以形成良好的無(wú)煙環(huán)境。同時(shí)，在各公共場(chǎng)所到處可見(jiàn)的是“禁止吸煙”的紙質(zhì)標(biāo)語(yǔ)和警示符號(hào)，但效果一般。如果 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 1 頁(yè)采取人員巡檢，則會(huì)占用大量人力資源，且許多時(shí)候會(huì)引起糾紛。通過(guò)一段時(shí)間的調(diào)查研究，我們發(fā)現(xiàn)吸煙人群對(duì)標(biāo)語(yǔ)警示很不敏感，而在此相關(guān)領(lǐng)域中，也沒(méi)有此類(lèi)電子產(chǎn)品。為此，我們提出聲光警示的吸煙警示器，可以通過(guò)對(duì)空氣中煙霧粒子濃度進(jìn)行檢測(cè)，一旦檢測(cè)到有人吸煙，則會(huì)在第一時(shí)間給吸煙者發(fā)出最為有效的語(yǔ)音警示，效果將優(yōu)越于標(biāo)語(yǔ)警示。我們相信，吸煙警示器的出現(xiàn)，將在公共場(chǎng)所對(duì)吸煙人群有很好的警示作用，同時(shí)，它還擁有廣闊的市場(chǎng)空間，可以形成良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在一定程度上，它也有著很好的可行性和必要性。如果該項(xiàng)目研究成功，可以安裝在大廳、會(huì)議室、走廊等室內(nèi)公共場(chǎng)所,當(dāng)檢測(cè)到煙霧粒子達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)出禁止吸煙的警示。如果能夠大量應(yīng)用，不僅保護(hù)了非吸煙者身體健康，而且，對(duì)吸煙者起到警示和提示"吸煙有害自己和他人健康"的作用；從心理學(xué)角度分析，這樣更便于吸煙人群接受，更有利于創(chuàng)造出良好的無(wú)煙環(huán)境，也有利于提高人們的素質(zhì)。1.2 課題現(xiàn)狀國(guó)外從 20 世紀(jì) 30 年代開(kāi)始研究及開(kāi)發(fā)煙霧傳感器，且發(fā)展迅速，一方面是因?yàn)槿藗儼踩庾R(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是因?yàn)閭鞲衅魇袌?chǎng)增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的推動(dòng) [1]。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，美國(guó) 1996 年至 2002 年煙霧傳感器年均增長(zhǎng)率為 27%~30%。隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得煙霧檢測(cè) 儀器的體積也逐漸變小，提高了煙霧檢測(cè)儀器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運(yùn)輸及市場(chǎng)推廣。1963 年 5 月，日本開(kāi)發(fā)完成第一臺(tái)接觸燃燒式家用燃?xì)庑孤﹫?bào)警器，次年12 月其改良產(chǎn)品問(wèn)世，改良的報(bào)警器可以檢測(cè)燃?xì)?、一氧化碳等氣體，可以安裝在浴室或者采用集中監(jiān)視。在很多國(guó)外家庭，國(guó)家強(qiáng)制規(guī)定必須要安裝煙霧報(bào)警器，目的就是為了防止火災(zāi)的發(fā)生，本產(chǎn)品在火災(zāi)發(fā)生的早期一旦有煙霧發(fā)生就可感應(yīng)到煙霧，同時(shí)發(fā)出 85 分貝的聲音和發(fā)出光報(bào)警告知用戶發(fā)生了火災(zāi)，應(yīng)及時(shí)采取措施。 我國(guó)在 70 年代初期開(kāi)始研制煙霧報(bào)警器，生產(chǎn)型號(hào)多樣、品種較齊全，應(yīng)用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴(kuò)展到幾乎所有危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境的各種類(lèi)型報(bào)警器， 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 2 頁(yè)產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)形成自己的特色。近年來(lái)，在煙霧選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大進(jìn)步。中國(guó)煙霧探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告闡述了世界煙霧探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，分析了中國(guó)煙霧探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與差距，開(kāi)創(chuàng)性地提出了“新型煙霧探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)” 及替代品產(chǎn)業(yè)概念，在此基礎(chǔ)上，從四個(gè)維度即“以人為本” 、 “科技創(chuàng)新” 、 “環(huán)境友好”和“面向未來(lái)”準(zhǔn)確地界定了“新型煙霧探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)” 及替代產(chǎn)品的內(nèi)涵。根據(jù)“新型煙霧探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)” 及替代品的評(píng)價(jià)體系和量化指標(biāo)體系，從全新的角度對(duì)中國(guó)煙霧探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行了推演和精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)中國(guó)的行政區(qū)劃和四大都市圈的煙霧探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行了全面的研究。1.3 論文的主要任務(wù)目前，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了許多相關(guān)知識(shí)，如單片機(jī)與單片機(jī)控制電路，傳感器與其相關(guān)電路，D/A 轉(zhuǎn)換電路，A/D 轉(zhuǎn)換電路，放大電路設(shè)計(jì)，以及語(yǔ)音芯片等，已經(jīng)具備對(duì)信號(hào)的采集、放大、傳輸控制，語(yǔ)音芯片的語(yǔ)音錄制及放音控制，微控制電路的應(yīng)用設(shè)計(jì)等能力，并具備一定的實(shí)踐創(chuàng)新能力。通過(guò)對(duì)微控制器，語(yǔ)音電路，煙霧傳感器電路以及報(bào)警電路的整合，形成一個(gè)可靠性好穩(wěn)定度高，性能優(yōu)良的電路，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)低濃度煙霧的有效檢測(cè)，并給予語(yǔ)音警示的功能。如果配以精美的外殼，則可以形成一個(gè)優(yōu)秀的有良好社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心，通過(guò)煙霧傳感器發(fā)出的信號(hào)對(duì)煙霧進(jìn)行報(bào)警，最后通過(guò)語(yǔ)音報(bào)警電路報(bào)警，達(dá)到對(duì)煙霧報(bào)警的目的。研究?jī)?nèi)容：1. 電子語(yǔ)音芯片的錄音和放音控制，以及音效的處理和信號(hào)的放大。2. 煙霧檢測(cè)裝置的選型以及在低濃度下靈敏度域有效檢測(cè)的方法與算法。3. 控制電路的實(shí)現(xiàn)方式以及 MCU 的選型。4. 電路的抗干擾能力和可靠性 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 3 頁(yè)2 系統(tǒng)原理概述2.1 煙霧檢測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)思路吸煙警示器是能夠檢測(cè)環(huán)境中的煙霧，并具有報(bào)警功能的儀器，儀器的最基本組成部分應(yīng)包括：煙霧信號(hào)采集模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、錄音報(bào)警電路。煙霧信號(hào)采集電路一般由煙霧傳感器和模擬放大電路組成，將煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從煙霧檢測(cè)電路送出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是否大于或等于某個(gè)預(yù)設(shè)值(也就是報(bào)警限)，如果大于則啟動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警聲音，反之則為正常狀態(tài)。為方便檢測(cè)與監(jiān)控為使報(bào)警裝置更加完善，可以在聲音報(bào)警基礎(chǔ)上，加入光閃報(bào)警，變化的光信號(hào)可以引起用戶注意，彌補(bǔ)嘈雜環(huán)境中聲音報(bào)警的局限。以上是根據(jù)報(bào)警器應(yīng)具備的功能，提出的整體設(shè)計(jì)思路。煙霧傳感器及單片機(jī)是可燃煙霧檢測(cè)報(bào)警器的兩大核心，根據(jù)報(bào)警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟(jì)的煙霧傳感器及單片機(jī)芯片是至關(guān)重要的。2.2 系統(tǒng)硬件組成原理本系統(tǒng)由煙霧傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換電路、MCU 控制電路、語(yǔ)音模塊及功放電路組成。系統(tǒng)組成框圖如圖 2-1 所示。與 與 與 與 與與 與A / D 與 與M C U與 與 與 與 與與 與 與 與 與 與與 與 與 與與 與 與 與L E D 與 與圖 2-1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖前向通道：煙霧傳感器電路主要負(fù)責(zé)探測(cè)空氣中 CO 的氣體濃度，能夠隨著CO 濃度的不同，體現(xiàn)出不同的變化，將變化信號(hào)轉(zhuǎn)化為易于 MCU 處理的電壓信號(hào)。由于煙霧傳感器的輸出信號(hào)不大，經(jīng)過(guò)運(yùn)放比例放大電路，適當(dāng)放大所得的電壓信號(hào)，通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)，便于 MCU 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 4 頁(yè)處理。MCU 接收前向通道輸入的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算、處理，輸出控制給后向通道(LED 顯示、語(yǔ)音芯片)等。后向通道：語(yǔ)音電路，主要負(fù)責(zé)語(yǔ)音濾波和受控放音功能，配合功放電路，放大音頻信號(hào)，輸出給喇叭，實(shí)現(xiàn)良好的放音效果。2.3 軟件系統(tǒng)工作流程在硬件設(shè)計(jì)完畢之后，接下來(lái)就是設(shè)計(jì)中最核心和最為主要的軟件部分設(shè)計(jì)。所謂軟件設(shè)計(jì)就是把軟件需求變換成軟件的具體設(shè)計(jì)方案（即模塊結(jié)構(gòu)）的過(guò)程。產(chǎn)品猶如我們?nèi)祟?lèi)一樣，硬件系統(tǒng)是整個(gè)外形，軟件系統(tǒng)則是大腦，程序猶如思維。整個(gè)系統(tǒng)的工作流程，保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行；想要充分利用好 MCU，就要將其資源按需分配，有條有理，這就需要將 MCU 的內(nèi)存詳細(xì)合理分配，各個(gè)單元各盡其責(zé)；MCU 的端口分配，不僅有助于程序控制，而且對(duì) PCB制版大有裨益。2.3.1 系統(tǒng)應(yīng)用情況分析本系統(tǒng)主要分為 2 個(gè)狀態(tài)：煙霧濃度較低時(shí)的正常狀態(tài)和煙霧濃度較高時(shí)的報(bào)警狀態(tài)。正常狀態(tài)時(shí)，為了能夠指示整個(gè)系統(tǒng)是在正常工作的，采用綠色 LED 指示此狀態(tài)，同時(shí)考慮到功耗問(wèn)題，控制綠色 LED 一秒鐘閃爍一次，定時(shí)器 T0 配合工作。報(bào)警狀態(tài)時(shí)，紅色有警示作用，所以利用紅色 LED 指示此狀態(tài)，并使其一直亮著，同時(shí)，控制語(yǔ)音芯片放音，通過(guò)喇叭音頻輸出。定時(shí)器 T0 配合工作，報(bào)警狀態(tài)時(shí)，若煙霧濃度一直較高，則只報(bào)警一次。10 秒鐘后，若煙霧濃度較低，則恢復(fù)正常狀態(tài)；若煙霧濃度仍較高，則再報(bào)警。2.3.2 工作過(guò)程及程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要分為 2 個(gè)狀態(tài)：煙霧濃度較低時(shí)的正常狀態(tài)和煙霧濃度較高時(shí)的報(bào)警狀態(tài)。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 5 頁(yè)正常狀態(tài)時(shí)，為了能夠指示整個(gè)系統(tǒng)是在正常工作的，采用綠色 LED 指示此狀態(tài)，同時(shí)考慮到功耗問(wèn)題，控制綠色 LED 一秒鐘閃爍一次，定時(shí)器 T0 配合工作。報(bào)警狀態(tài)時(shí)，紅色有警示作用，所以利用紅色 LED 指示此狀態(tài)，并使其一直亮著，同時(shí)，控制語(yǔ)音芯片放音，通過(guò)喇叭音頻輸出。定時(shí)器 T0 配合工作，報(bào)警狀態(tài)時(shí)，若煙霧濃度一直較高，則只報(bào)警一次。10 秒鐘后，若煙霧濃度較低，則恢復(fù)正常狀態(tài)；若煙霧濃度仍較高，則再報(bào)警。圖 2-2 為整個(gè)系統(tǒng)工作的主流程。MCU 初始化完成了內(nèi)存清空，端口配置，AD 配置，定時(shí)、中斷設(shè)置等操作；AD 轉(zhuǎn)換包括通道 0、通道 1 的采樣；數(shù)據(jù)處理包括報(bào)警值的滑動(dòng)濾波、煙霧濃度信號(hào)的滑動(dòng)濾波、有符號(hào)增量計(jì)算等一系列計(jì)算。放音和 LED 控制由 MCU 通過(guò) I/O 口直接控制。與 與 與 M C U與 與 與 與 與 與A / D 與 與與 與 與 與與 與L E D 與 與與 與 與 與 與YNS T A R T圖 2-2 系統(tǒng)工作流程圖 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 6 頁(yè)3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用的是以 mq-7 為傳感器，以 AT89C2051 作為系統(tǒng)的主控芯片，通過(guò)語(yǔ)音錄放電路報(bào)警的過(guò)程。3.1 煙霧傳感器的選擇由于本次設(shè)計(jì)的是針對(duì)公共場(chǎng)所的煙霧，而這些煙霧大多都含有一氧化碳，所以就選用對(duì)一氧化碳具有很高靈敏度的 mq-7 氣體傳感器。Mq-7 氣體傳感器特點(diǎn)：對(duì)一氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性； 具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。 傳感器的表面電阻 Rs，是通過(guò)與其串聯(lián)的負(fù)載電阻 RL上的有效電壓信號(hào)VRL 輸出而獲得的。二者之間的關(guān)系為：Rs/RL = (Vc-VRL) / VRL圖 3-1 電壓與 co 濃度的關(guān)系圖 2-3 為利用回路測(cè)得在傳感器由潔凈空氣轉(zhuǎn)移至一氧化碳?xì)夥罩袝r(shí)，R L上的信號(hào)輸出變化情況，輸出信號(hào)的測(cè)定是在一個(gè)完整的加熱周期（由高電壓至低電壓 2.5 分鐘）或在兩個(gè)完整的加熱周期內(nèi)測(cè)得。靈敏度調(diào)整：MQ-7型氣敏器件對(duì)不同種類(lèi)，不同濃度的氣體有不同的電阻值。 因此， 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 7 頁(yè)在使用此類(lèi)型氣敏器件時(shí)，靈敏度的調(diào)整是很重要的。 我們建議您用200ppmCO校正傳感器。當(dāng)精確測(cè)量時(shí)，報(bào)警點(diǎn)的設(shè)定應(yīng)考慮溫濕度的影響。靈敏度的調(diào)整程序：a. 將傳感器連接在應(yīng)用回路中。.b. 接通電源，通電老化 48 小時(shí)以上。.c. 調(diào)整負(fù)載電阻 RL至獲得對(duì)應(yīng)于某一個(gè)一氧化碳濃度時(shí)所需要的信號(hào)值。MQ-7 型氣敏元件的敏感層是用非常穩(wěn)定的二氧化錫制成的。因此，它具有優(yōu)秀的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，在正常使用條件下，其使用壽命可達(dá) 5 年。根據(jù) MQ-7 型煙霧傳感器的工作原理，煙霧濃度的變化體現(xiàn)于其自身電阻的變化，將 MQ-7 與電阻串聯(lián)構(gòu)成分壓電路?？紤]到整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度，通過(guò)多次調(diào)試和測(cè)試，得到 MQ-7 型煙霧傳感器與 20K 電阻串聯(lián)的效果較好，為了保證采樣數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性，將分壓輸出的電壓信號(hào)經(jīng)由運(yùn)放 LM358 構(gòu)成的電壓跟隨電路跟隨輸出，減小電源波動(dòng)、外界因素對(duì)采樣數(shù)據(jù)的影響。3.2 運(yùn)放與 A/D 的選擇圖 3-2 LM358 引腳圖LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。LM358 封裝有塑封 8 引線雙列直插式和貼片式兩種。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 8 頁(yè)LM358 的特點(diǎn): . 內(nèi)部頻率補(bǔ)償. 低輸入偏流. 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流. 共模輸入電壓范圍寬，包括接地. 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍. 直流電壓增益高(約 100dB) . 單位增益頻帶寬(約 1MHz) . 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?3—30V)；. 雙電源(±1.5 一±15V). 低功耗電流，適合于電池供電. 輸出電壓擺幅大(0 至 Vcc-1.5V) ? ? ò ?8? ? ? ·7V C C6ê ? 3 ?5? ? ò ?1? o ê ? è ?2? y ê ? è ?3G N D4L M 3 8 6圖3-3 LM386的管腳圖LM386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品。LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。LM386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器,主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品。為使外圍元件最少,電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容,便可將電壓增益調(diào)為任意值,直至200。輸入端以地位參考,同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半,在6V電源電壓下,它的靜態(tài)功耗僅為24mW,使得LM386 特別適用于電池供電的場(chǎng)合。LM386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。LM386的管腳說(shuō)明 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 9 頁(yè)引腳序號(hào) 符號(hào) 功能 引腳序號(hào) 符號(hào) 功能1 GAIN 增益調(diào)整 5 OUT 輸出2 N.F 負(fù)反饋 6 VCC 電源3 IN 輸入 7 FC 濾波4 GND 地 8 GAIN 增益調(diào)整A/D 轉(zhuǎn)換選用 MCP3002，MCP3002 器件提供了兩種選擇，可將模擬輸入通道配置 2 個(gè)單端輸入（由 VSS 提供參考電壓）或一個(gè)偽差分輸入對(duì)。通信配置作為串行命令的一部分在轉(zhuǎn)換開(kāi)始之前完成。當(dāng)用于偽差分模式時(shí)，通過(guò)發(fā)送給器件的命令字符串，將 CH0 和 CH1 通道配置為 IN+ 和 IN- 輸入。 IN+ 輸入的范圍從 IN- 至參考電壓 VDD。IN- 輸入被限定在 VSS 滿幅值± 100mV 的范圍內(nèi)。IN- 輸入可用于消 除 IN+ 和 IN- 輸入端都存在的小信號(hào)共模噪聲。 為了適應(yīng)不同環(huán)境及不同的報(bào)警門(mén)限要求，方便使用者自定義調(diào)節(jié)，接入一個(gè)滑動(dòng)變阻器，以簡(jiǎn)單而有效的實(shí)現(xiàn)報(bào)警門(mén)限可調(diào)功能。名稱 功能VDDCH0CH1CLKDINDOUTCS/SHDN+2.7v 至 5.5v 電源和參考電壓輸入通道 0 模擬輸入通道 1 模擬輸入串行時(shí)鐘串行數(shù)據(jù)輸入串行數(shù)據(jù)輸出片選、關(guān)斷輸入MCP3002 的特性10 位分辨率 ? ±1 LSB DNL （最大值） ? ±1 LSB INL （最大值） ? 模擬輸入可編程為單端輸入或偽差分輸入對(duì) ? 片上采樣和保持電路 ? SPI 串行接口（模式 0,0 和模式 1,1） ? 單電源供電的電壓范圍：2.7V 至 5.5V 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 10 頁(yè)? 在 VDD = 5V 時(shí)的最大采樣速率為 200 ksps ? 在 VDD = 2.7V 時(shí)的最大采樣速率為 75 ksps ? 低功耗 CMOS 技術(shù)： - 5 nA 典型待機(jī)電流，最大 2 μA - 5V 時(shí)，工作電流最大為 550 μA ? 工業(yè)級(jí)溫度范圍：-40°C 至 +85°C ? 8 引腳 MSOP、PDIP、SOIC 和 TSSOP 封裝? 傳感器接口 ? 數(shù)據(jù)采集 ? 電池供電系統(tǒng)? 過(guò)程控制MCP3002 的模擬輸入通道 CH0 接入煙霧濃度信號(hào)，模擬輸入通道 CH1 接入報(bào)警門(mén)限可調(diào)電阻。具體電路，如圖 2-2 所示。圖 3-4 傳感器連接電路3.3 單片機(jī)系統(tǒng)部分3.3.1 AT89C51 單片機(jī)介紹AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 11 頁(yè)存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 P0.732654189VCALE/ROGSNMIKTXDWUB圖 3-5AT89C51 引腳圖3.3.2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加 1 計(jì)數(shù)器（16 位） ，由高 8 位和低 8 位兩個(gè)寄存器組成。TMOD 是定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON 是控制寄存器，控制 T0、T1 的啟動(dòng)和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖 3-9 所示： 圖 3-6 定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)圖AT89S52 單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作由兩個(gè)特殊功能寄存器控制。TMOD 用于設(shè)置其工作方式；TCON 用于控制其啟動(dòng)和中斷申請(qǐng) [9]。1.工作方式寄存器 TMOD工作方式寄存器 TMOD 用于設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式，低四位用于 T0，高四位用于 T1。其格式如表 3-2： 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 12 頁(yè)表 3-2 TMOD 寄存器的格式 位號(hào) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0符號(hào) GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0GATE：門(mén)控位。GATE＝0 時(shí)，以運(yùn)行控制位 TRX(X=0，1)來(lái)啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器運(yùn)行；GATA＝1 時(shí)，要用軟件使 TR0 或 TR1 為 1，同時(shí)外部中斷引腳或也為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作；C/T 計(jì)數(shù)器模式和定時(shí)器模式選擇位C/T=1 時(shí)，選擇計(jì)數(shù)器模式，計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入引腳 T0（P3.4）或 T1（P3.5）的外部脈沖計(jì)數(shù)；C/T=0 時(shí)，選擇定時(shí)器模式。M1M0：工作方式設(shè)置位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器有四種工作方式，由 M1M0 進(jìn)行設(shè)置。表 3-3 定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式M1 M0 工作方式功能0 0 工作方式 0 13 位計(jì)數(shù)器0 1 工作方式 1 16 位計(jì)數(shù)器1 0 工作方式 2 自動(dòng)再裝入 8 位計(jì)數(shù)器定時(shí)器 0：分成兩個(gè) 8 位計(jì)數(shù)器1 1 工作方式 3定時(shí)器 1：停止計(jì)數(shù)2.控制寄存器 TCONTCON 的低 4 位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON 的高 4 位用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。其格式如下：表 3-4 TCON 的格式位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0字節(jié)地址：88HTF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0TF1（TCON.7）：T1 溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。T1 計(jì)數(shù)溢出時(shí)由硬件自動(dòng)置 TF1 為 1。CPU 響應(yīng)中斷 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 13 頁(yè)后 TF1 由硬件自動(dòng)清 0。T1 工作時(shí)，CPU 可隨時(shí)查詢 TF1 的狀態(tài)。所以，TF1 可用作查詢測(cè)試的標(biāo)志。TF1 也可以用軟件置 1 或清 0，同硬件置 1 或清 0 的效果一樣。TR1（TCON.6）：T1 運(yùn)行控制位。TR1 置 1 時(shí)，T1 開(kāi)始工作；TR1 置 0 時(shí)，T1 停止工作。TR1 由軟件置 1 或清 0。所以，用軟件可控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與停止。TF0（TCON.5）：T0 溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，其功能與 TF1 類(lèi)同。TR0（TCON.4）：T0 運(yùn)行控制位，其功能與 TR1 類(lèi)同。3.3.3 中斷控制CPU 對(duì)中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)中斷源的開(kāi)放和屏蔽是由中斷允許寄存器 IE 控制的。表 3-5 寄存器格式 位 7 6 5 4 3 2 1 0字節(jié)地址：88HEA ES ET1 EX1 ET0 EX0 IEEX0(IE.0)，外部中斷 0 允許位；ET0(IE.1)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0 中斷允許位； EX1(IE.2)，外部中斷 0 允許位；ET1(IE.3)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T1 中斷允許位；ES（IE.4)，串行口中斷允許位；EA (IE.7)， CPU 中斷允許（總允許）位。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 14 頁(yè)3.4 單片機(jī)外圍電路介紹3.4.1 復(fù)位電路AT89C51 單片機(jī)的復(fù)位輸入引腳 RST 為 AT89C51 提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開(kāi)始執(zhí)行，即從程序存儲(chǔ)器中的 0000H 地址單元開(kāi)始執(zhí)行程序。在 89C51 的時(shí)鐘電路工作后，只要在 RST 引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部則初始復(fù)位。只要 RST 保持高電平，則 89C51 循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng) RST 由高電平變成低電平以后，89C51 才從 0000H 地址開(kāi)始執(zhí)行程序。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采用按鍵復(fù)位的電路，如圖 3-10 所示，是常用復(fù)位電路之一。單片機(jī)復(fù)位通過(guò)按動(dòng)按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱手動(dòng)復(fù)位。上電時(shí)，剛接通電源，電容 C 相當(dāng)于瞬間短路，+5V 立即加到 RESET 端，該高電平使 89C51全機(jī)自動(dòng)復(fù)位，這就是上電復(fù)位；若運(yùn)行過(guò)程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動(dòng)按鈕即可。按下按鈕，則直接把+5V 加到了 RESET 端從而復(fù)位稱為手動(dòng)復(fù)位。復(fù)位后，P0 到 P3 并行 I/O 口全為高電平，其它寄存器全部清零 。 10UFSVrestR2K圖 3-7 AT89C51 復(fù)位電路按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò) RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通而實(shí)現(xiàn)的。時(shí)鐘頻率選用 6MHZ 時(shí)，C 取 22uF,Rs 取200Ω，R K取 1KΩ。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 15 頁(yè)3.4.2 晶振電路晶振電路由晶振和兩個(gè)負(fù)載電容組成。晶振電路部分電路連接如圖 3-11 所示。 12YMHZC30pF圖 3-8 晶振電路晶振是給單片機(jī)提供工作信號(hào)脈沖的，這個(gè)脈沖就是單片機(jī)的工作速度。比如此系統(tǒng)所用的 12MHz 晶振，單片機(jī)工作速度就是每秒 12M。在調(diào)試時(shí)要注意將 PC 串口波特率設(shè)為 1200。至于兩個(gè)電容的大小，它是根據(jù)晶振廠家提供的晶振要求選值的，換句話說(shuō)，晶振的頻率就是在它提供負(fù)載電容下測(cè)得，能最大限度的保證頻率值誤差。兩個(gè)電容取值都是相同的，大部分在 20-30pF，沒(méi)有相同電容的情況下，可以用兩個(gè)相差不大電容代替，但不能相差太大，容易造成諧振不平衡，容易造成停振或者干脆不起振。晶振電路在本系統(tǒng)中是并聯(lián)方式，連接在 AT89c51 的 XTAL1 和 XTAL2 引腳。3.5 報(bào)警部分美國(guó) ISD 公司于 2001 年最新推出一種單片 8～20 秒單段語(yǔ)音錄放電路 ISD1810，它的基本 結(jié)構(gòu)與 ISD1110、1420 完全相同，采用 CMOS 技術(shù)，內(nèi)含振蕩器，話筒前置放大，自動(dòng)增益控制，防混淆濾波器，揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)及 FLASH 陣列。 一、 主要特性 （1）使用方便的單片 8 至 20 秒語(yǔ)音錄放；（2）外接電阻調(diào)整錄音時(shí)間，高質(zhì)量，自然的語(yǔ)音還原技術(shù)；（3）內(nèi)置喇叭驅(qū)動(dòng)放大電路； 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 16 頁(yè)（4）邊沿、電平觸發(fā)放音 10000 次錄音周期（典型） ；（5）自動(dòng)節(jié)電，維持電流 0.5uA，3-5v 單電源工作；（6）不耗電信息保存 100 年（典型值） ，借助專(zhuān)用設(shè)備可以批量拷貝。二、 封裝形式 現(xiàn)在有四種形式的封裝供客戶選擇: （1） 、通用的，硬包封雙列直插 14 腳的 DIP14，字符標(biāo)記為 ISD1820P； （2） 、通用的，軟包封單列直插 12 腳的 COB12，字符標(biāo)記為 1810COB； （3） 、錄音喊話器及錄音門(mén)鈴專(zhuān)用的，軟包封單列直插 10 腳的，字符標(biāo)記為 VT8375； （4） 、通用的，軟包封雙列直插 12 腳的組件板 M12，字符標(biāo)記為 ISD1810M。在此選用的是第 3 種封裝方式如下圖 3-9 元件的封裝七、使用操作 電源電壓 3-5V，在錄放模式下，按住 REC 錄音按鍵不放即錄音，RECLED 燈會(huì)亮起，錄音在該組件只需外 加電池、按鍵、喇叭、話筒即可使用。松開(kāi)按鍵時(shí)停止，放音有三種情況： 1、邊沿觸發(fā)放音，按 PE 鍵一下即將全段語(yǔ)音放出，除非斷電或語(yǔ)音結(jié)束不能停止放音； 2、電平觸發(fā)放音，按住 PL 鍵時(shí)即放音，松開(kāi)按鍵即停止； 3、循環(huán)放音，置循環(huán)放音開(kāi)關(guān)閉合，按動(dòng) PE 鍵即開(kāi)始循環(huán)放音，只能斷電才能停止。 在直通模式下，直通開(kāi)關(guān)閉合，對(duì)話筒說(shuō)話會(huì)從喇叭里擴(kuò)音播放出來(lái)，構(gòu)成喊話器功能，由于該模式下的話筒放大同時(shí)經(jīng)過(guò) AGC 自動(dòng)增益調(diào)節(jié)和帶通濾波器，其音質(zhì)比通常的話筒放大器要好很多，而且不會(huì)出現(xiàn)喇叭過(guò)載的情況。 如果用戶不需要直通模式，而且對(duì)電路的靜態(tài)耗電有要求，就可以改變?cè)捦? 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 17 頁(yè)的接入方 式，將話筒下端的偏置電阻接到 RECLED 端，這樣，在平時(shí)由于 RECLED 端為高電平話筒沒(méi)有電壓電流，整個(gè)電路的耗電幾乎為零。但這種方式下直通模式不能工作。如果用戶只需要電路做放音用，可以在芯片錄好音測(cè)試無(wú)誤后，將芯片的 REC 端長(zhǎng)期接低電平。取消 REC 按鍵，這樣可以防止意外抹音。條件 參數(shù)工作溫度 0℃~+50℃錄放音電源電壓 +2.7 ~+4.5V地電平 0V如果用戶想制作變調(diào)電路，現(xiàn)在 ISD 芯片也可以了，原來(lái)的 ISD 系列芯片的內(nèi)部時(shí)鐘固定，幾乎不能產(chǎn)生變調(diào)效果，而 ISD1820P 可以方便的實(shí)現(xiàn)，只需要錄音和放音時(shí)的外部振蕩電阻不同就能改變聲音的錄入和播放速度，詳見(jiàn)振蕩電阻和取樣率表。將 ROSC 端所接的振蕩電阻改為電位器可以無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)語(yǔ)音的快慢，錄入的時(shí)間越短音質(zhì)越好，錄入的時(shí)間越長(zhǎng)音質(zhì)越差。Rosc 錄放時(shí)間 采樣頻率 典型帶寬80KΩ 8 8.0KHZ 3.4KHZ100KΩ 10 6.4KHZ 2.6KHZ120KΩ 12 5.3KHZ 2.3KHZ160KΩ 16 4.0KHZ 1.7KHZ200KΩ 20 3.2KHZ 1.3KHZISD1820P 的批量拷貝，可以借助 ISD1425 編程拷貝機(jī)加 ISD1820P 拷貝模塊的方案。用戶可以先將需要的語(yǔ)音編程制作在 ISD2532 或 ISD2560 芯片上，然后即可向 ISD1820P 拷貝模塊上的芯片拷貝即可，時(shí)間長(zhǎng)度在模塊上事先設(shè)定。語(yǔ)音錄放電路中音頻信號(hào)由 J1 接入麥克風(fēng)，通過(guò) 1K 和 4.7K 電阻形成串聯(lián)分壓，以給音頻信號(hào)直流偏置；將振蕩電阻調(diào)整為 100K，使得錄放時(shí)間大致為 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 18 頁(yè)10 秒；AGC 端接入 22uF 的電容，動(dòng)態(tài)調(diào)整前置增益以補(bǔ)償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量時(shí)失真都能保持最小錄音時(shí)；按下開(kāi)關(guān) KEY，紅色 LED 亮，表明已進(jìn)入錄音狀態(tài)，可以語(yǔ)音輸入要錄制的音頻；放音時(shí)，按一下按鍵 AN 即可實(shí)現(xiàn)一次放音操作，在結(jié)束放音時(shí)紅色 LED 會(huì)閃爍一下，表明放音結(jié)束。其具體電路，如圖 2-9 所示：圖 3-10 語(yǔ)音錄放電路為了有效地抑制共模噪聲，采用雙音頻輸入輸出。通過(guò)接在 1 腳、8 腳間的電容來(lái)改變?cè)鲆?，?jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，接入大小為 10uF 的電解電容，效果較好。BYPASS 引腳接大小為 470u 的電解電容能夠起到不錯(cuò)的濾噪效果。輸出端接入耦合電容，作用之一是隔直耦合，隔斷直流電壓，直流電壓過(guò)大有可能會(huì)損壞喇叭線圈；耦合音頻的交流信號(hào)。通過(guò)電阻和電容構(gòu)成了一階高通濾波器，輸出給揚(yáng)聲器負(fù)載，能夠起到良好的濾波效果。減小電容 C14 的值，可使噪聲能量沖擊的幅度變小、寬度變窄；但調(diào)試發(fā)現(xiàn) C14 太低則會(huì)使截止頻率提高。經(jīng)反復(fù)測(cè)試發(fā)現(xiàn) 10uF 時(shí)效果較為合適。經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)試，確定 LM386 音頻功放電路設(shè)計(jì)如圖 2-3 所示。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 19 頁(yè)圖 3-11 音頻功放電路如此設(shè)計(jì)，明顯改善了音頻的輸出效果，由于錄音環(huán)境的較差，使得錄音質(zhì)量不是很好，但其放音效果已經(jīng)達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。4 軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件編程設(shè)計(jì)運(yùn)用的是匯編語(yǔ)言，因?yàn)樽约簩W(xué)過(guò)所以比較容易，匯編語(yǔ)言有一定的優(yōu)越點(diǎn)，匯 編 語(yǔ) 言 直 接 同 計(jì) 算 機(jī) 的 底 層 軟 件 甚 至 硬 件 進(jìn) 行 交互 ， 它 具 有 如 下 一 些 優(yōu) 點(diǎn)匯 編 語(yǔ) 言 比 機(jī) 器 語(yǔ) 言 易 于 讀 寫(xiě) 、 調(diào) 試 和 修 改 ， 同 時(shí) 具 有 機(jī) 器 語(yǔ) 言 全 部 優(yōu)點(diǎn) 。 但 在 編 寫(xiě) 復(fù) 雜 程 序 時(shí) ， 相 對(duì) 高 級(jí) 語(yǔ) 言 代 碼 量 較 大 ， 而 且 匯 編 語(yǔ) 言 依 賴于 具 體 的 處 理 器 體 系 結(jié) 構(gòu) ， 不 能 通 用 ， 因 此 不 能 直 接 在 不 同 處 理 器 體 系 結(jié) 構(gòu)之 間 移 植 。 匯 編 語(yǔ) 言 的 特 點(diǎn) : 1.面 向 機(jī) 器 的 低 級(jí) 語(yǔ) 言 ， 通 常 是 為 特 定 的 計(jì) 算 機(jī) 或 系 列 計(jì) 算 機(jī) 專(zhuān) 門(mén) 設(shè) 計(jì)的 。 2.保 持 了 機(jī) 器 語(yǔ) 言 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 具 有 直 接 和 簡(jiǎn) 捷 的 特 點(diǎn) 。 3.可 有 效 地 訪 問(wèn) 、 控 制 計(jì) 算 機(jī) 的 各 種 硬 件 設(shè) 備 ， 如 磁 盤(pán) 、 存 儲(chǔ) 器 、CPU、 I/O 端 口 等 。 4.目標(biāo)代碼簡(jiǎn)短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。 5.經(jīng)常與高級(jí)語(yǔ)言配合使用，應(yīng)用十分廣泛。 系統(tǒng)的電路圖用的是 protel，在有一定的基礎(chǔ)后，畫(huà)電路圖就不再那么的難。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 20 頁(yè)4.1A/D 采樣雙通道流程將模擬量或連續(xù)變化的量進(jìn)行量化（離散化） ，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量的電路。A/D 變換包含三個(gè)部分：抽樣、量化和編碼。一般情況下，量化和編碼是同時(shí)完成的。 抽樣是將模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化的過(guò)程； 量化是將模擬信號(hào)在幅度上離散化的過(guò)程； 編碼是指將每個(gè)量化后的樣值用一定的二進(jìn)制代碼來(lái)表示。圖 2-14 為 AD 采樣雙通道的流程，兩個(gè)通道要輪流切換采樣，且兩個(gè)通道的配置數(shù)據(jù)不同。與 與 與 與 0 與 與與 與 與 與 與 與 0Y與 與 與 與 1 與 與與 與 與 與N與 與與 與圖 4-1 AD 轉(zhuǎn)換流程 4.2 報(bào)警流程設(shè)計(jì)在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，使用之前必須進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定，以得到輸出信號(hào)與被測(cè)信號(hào)的關(guān)系輸出曲線，用來(lái)作為使用過(guò)程中的計(jì)量依據(jù)。但是標(biāo)定時(shí)輸出曲線往往不是一條理想的直線，所以要對(duì)標(biāo)定曲線進(jìn)行線性化處理，用一條擬合直線近似代替輸出曲線，線性化是智能儀表的典型功能之一 [19]。該報(bào)警器主要針對(duì)一氧化碳煙霧檢測(cè)，在軟件線性化處理時(shí)，以傳感器對(duì)一氧化碳的響應(yīng)曲線為依據(jù)。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 21 頁(yè)本論文報(bào)警器使用的 MQ-7 型傳感器的電阻是隨著煙霧濃的升高而降低的，因此，輸入單片機(jī)的電壓也是隨之降低的。圖 4.4 為單片機(jī)采集電壓值與煙霧濃度百分比的對(duì)應(yīng)曲線，可以看出，電壓值與煙霧濃度之間是非線性的關(guān)系，為了實(shí)時(shí)顯示煙霧濃度.需要對(duì)其進(jìn)行線性化處理。在誤差許可范圍內(nèi)，根據(jù)標(biāo)定曲線形狀，以及單片機(jī)處理能力，把曲線分成若干小段，對(duì)每小段分別線性化 [20]。圖 4-2 單片機(jī)采集電壓值與煙霧濃度百分比線性化曲線在單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，會(huì)遇到數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差，隨機(jī)誤差是由隨機(jī)干擾引起的，其特點(diǎn)是在相同條件下測(cè)量同一量時(shí)，其大小和符號(hào)會(huì)現(xiàn)無(wú)規(guī)則的變化而無(wú)法預(yù)測(cè)，但多次測(cè)量的結(jié)果符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律。為克服隨機(jī)干擾引起的誤差，硬件上可采用濾波技術(shù)，軟件上可采用軟件算法實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波。濾波算法往往是系統(tǒng)測(cè)控算法的一個(gè)重要組成部分，實(shí)時(shí)性很