毕业设计论文--基于单片机的粉尘检测仪控制电路

毕业设计论文--基于单片机的粉尘检测仪控制电路 I 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 摘 要 随着现代工业的发展，工业化水平的提高，人们的生活和工作有了很多便利。然而我们的环境污染越来越严重，尤其是空气质量日益下降。除废气、废水外，颗粒状粉尘、烟尘向大气排放所造成的污染已成为一个十分突出的问题。粉尘是空气质量的重要指标，粉尘的检测就愈重要。粉尘检测仪主要用于检测环境中的粉尘浓度，适用于工矿企业劳动部门生产现场粉尘浓度的测定、环境环保监测部门大气飘尘检测和污染源调查等。本课题以光散射原理为基础，围绕单片机为核心，完成检测仪数据采集、显示等电路的设计。开发完整的具有成本低、运行稳定可靠、开发周期短等优点的高性能控制系统，并熟练掌握单片机系统及其相关的软件调试工具的使用。 关键词:粉尘，光散射，空气采样，A/D转换，显示 II The Dust Detector Based on Single Chip Control Circuit ABSTRACT With modern industrial development, industrialization level, people's life and work have a lot of convenience. However, we more and more serious environmental pollution, especially air quality has declined. In addition to emissions, waste water, the particles of dust, smoke and dust emissions to the air pollution has become a very prominent issue. Dust is an important indicator of air quality, dust, the more important test. Dust detector is mainly used for detection of dust concentration in the environment, the labor department for industrial and mining production site determination of dust concentration, the environment department of environmental monitoring of airborne particulate pollution detection and investigation. The topics to light scattering theory, based around the MCU core, complete detector data acquisition and display circuit. Development of a complete low cost, stable and reliable operation, the advantages of short development cycle, high-performance control systems, and master microcontroller system and related software debugging tools. dust, light scattering, air sampling, A / D converter, display KEY WORDS: III 目 录 摘 要 .................................................................... I ABSTRACT ................................................................ II 1 绪论 ................................................................... 1 1.1 前言 ............................................................. 1 1.2 选题背景及研究意义 ............................................... 1 1.2.1 选题背景 ................................................... 1 1.2.2 研究意义 ................................................... 1 1.3 国内外相关发展情况 ............................................... 2 1.3.1 粉尘测量方法 ............................................... 2 1.3.2粉尘检测仪的性能与优点 ...................................... 3 1.4 本文主要研究内容 ................................................... 3 1.4.1 硬件电路 ................................................... 3 1.4.2 系统联调 ................................................... 4 2 基于单片机的粉尘检测仪硬件设计 ......................................... 5 2.1 系统的功能和技术指标 ............................................. 5 2.1.1 系统功能功能 ............................................... 5 2.1.2 主要技术指标 ............................................... 5 2.2 粉尘检测原理 ..................................................... 5 2.3 系统硬件设计框图 ................................................. 6 2.4 软件程序流图 ..................................................... 7 2.5 工作原理 ......................................................... 7 3 粉尘测试仪硬件设计 ..................................................... 9 3.1单片机部分 ........................................................ 9 3.1.1 系统CPU 器件选择 ........................................... 9 3.1.2 单片机引脚分配及连接 ...................................... 12 3.2 信号采集电路 .................................................... 13 3.2.1 敏感元件 .................................................. 13 3.2.2 A/D转换电路 ............................................... 14 3.2.3 ADC0809的主要特性 ......................................... 14 3.2.4 ADC0809 芯片的引脚图及引脚功能 ............................ 15 3.2.5 ADC0809对输入模拟量要求及通道选择 ......................... 16 3.2.6ADC0809的应用说明 .......................................... 17 IV 3.2.7 ADC0809数据采集时序图 ..................................... 17 3.2.8 ADC0809与AT89C51 单片机的接口设计 ........................ 17 3.2.9 74LS74 .................................................... 18 3.2.10 74LS373 .................................................. 20 3.2.11 74LS02介绍 ............................................... 22 3.2.12 74LS04介绍 ............................................... 23 3.3 数码管显示部分 .................................................. 24 3.3.1 LED数码管概述 ............................................. 24 3.3.2 LED数码管动态显示方式 ..................................... 26 3.3.3 显示接口设计 .............................................. 28 3.4 键盘电路设计 .................................................... 29 3.5 报警电路设计(蜂鸣器) .......................................... 30 3.6 看门狗部分的设计 ................................................ 30 4 联调结果及仿真 ........................................................ 32 4.1 设计软件PROTEUS ................................................. 32 4.1.1 PROTEUS功能特点 ........................................... 32 4.1.2功能模块 ................................................... 32 4.2 系统概述 ........................................................ 33 4.3 KEIL与PROTEUS联调 ............................................. 34 5 结论 .................................................................. 36 致谢 .................................................................... 37 参考文献 ................................................................ 38 附录1 电路图 ............................................................ 39 附录2 PCB图 ............................................................ 41 1 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 1 绪论 1.1 前言 随着现代工业的发展，工业化水平的提高，人们的生活和工作有了很多便利。然而人们享有方便生活和工作的同时，不得不面对，由于对自然的不合理开发，对自然环境的污染等，使生态环境遭到严重破坏，生存环境越来越差的现实。人类必须采取相应的措施，合理利用开发自然资源，与自然和谐共生。我们的环境污染越来越严重，尤其是空气质量日益下降。维护生态环境质量越来越成为社会的迫切要求。除废气、废水外，颗粒状粉尘、烟尘向大气排放所造成的污染已成为一个十分突出的问题。粉尘是空气质量的重要指标，粉尘的检测就愈重要。已有研究表明，大气中的可吸入颗粒物对人体健康和生态环境有很大的影响。我国空气质量超标的城市中68%都存在可吸入颗粒物的问题。 我们必须要做到“知己知彼”，既要做到监控和额检测。知道病灶所在才能对症下药，从而药到病除。因此市面上出现了各种各样形形色色的环境测试仪。 1.2 选题背景及研究意义 1.2.1 选题背景 粉尘是指悬浮在空气中的固体微粒，是保持地球温度的主要因素之一，大气中过多或过少的粉尘都将对环境产生灾难性的影响。但在生活和工作中，生产性粉尘是人类健康的天敌，是诱发多种疾病的主要原因之一，特别是煤矿粉尘，一方面严重危害工人的身体健康，致使工人患尘肺病;另一方面粉尘浓度过高还潜伏着爆炸的危险。每年因为粉尘灾害而造成的人员伤亡数量极大，也给国家造成了巨大的经济损失。粉尘又称可以入颗粒物(inharable particular matter)，粉尘作为病菌的载体，一同散入空气中，极易传播疾病。生产中许多及其工作环境对粉尘浓度也有要求。目前，国家环保部和煤矿安全监察局对粉尘危害非常重视，对作业场所的粉尘排放浓度制订了相关 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，严格控制粉尘浓度，以减少粉尘危害。因此，及时有效地对作业场所的粉尘浓度进行监测，能更好地掌握粉尘浓度状况，进行有效的除尘和降尘，对确保人身安全和提高环境质量发挥着极其重要的作用。由此可以看出粉尘对人类健康和生产危害十分严重。因此，粉 [8]尘浓度测试仪意义很重大。 1.2.2 研究意义 粉尘检测仪主要用于检测环境中的粉尘浓度，适用于工矿企业劳动部门生产现场粉 【9】尘浓度的测定、环境环保监测部门大气飘尘检测和污染源调查等。 陕西科技大学毕业论文(设计 说明书 房屋状态说明书下载罗氏说明书下载焊机说明书下载罗氏说明书下载GGD说明书下载 ) 2 1.3 国内外相关发展情况 国内外有很多种粉尘检测仪。粉尘检测仪主要由信号采集，信号处理，数字显示以 及对参数的控制和设置等几部分构成。 以89S52单片机为主控制器，对粉尘传感器检测到的粉尘数据进行处理后并显示同时与PC机进行数据通信，PC机可更改用户参数完成不同情况测量同时可输出存储的数据测量方法也各不相同。 目前，世界各国对粉尘浓度的测量技术都做了大量研究，研制了一系列粉尘监测仪器，如粉尘采样器、直读式测尘仪、粉尘浓度传感器等。特别是粉尘浓度传感器的出现， [8]解决了粉尘采样器、直读式测尘仪不能实时监测作业场所粉尘浓度的问题。 国外有代表性的产品为英国的Sims lin系列监测仪以及其升级产品OSIRIS粉尘传感器和计算机粉尘监测系统;德国丁达尔公司生产的TM系列粉尘仪;俄国研制的?-101型自动测尘仪;日本柴田LV一5E、P5系列微电脑粉尘仪;美国研制的RAM系列实时粉尘监测仪、粉尘雷达和Auburn公司生产的3400型粉尘监测仪。其中Sims lin系列监测仪、TM系列粉尘仪、LV-5E、P5系列微电脑粉尘仪采用光散射法，?-101型自动测尘仪采用光吸收法，3400型粉尘监测仪采用摩擦电法测量粉尘浓度。 国内粉尘浓度在线监测技术的发展较晚，主要以采样器、直读式测尘仪为主，但最近几年，随着信息技术的发展及光电子技术、计算机技术的提高，煤炭科学研究总院重庆研究院最先在国内开发出了GCG500型粉尘浓度传感器。国内其他厂家也陆续引进、开发出了粉尘浓度传感器，其生产厂家有郑州光力科技股份有限公司、江苏三恒科技集团、南京富邺科技股份有限公司等。 国内外粉尘浓度在线监测技术大多采用光散射法原理，但在其测量误差、测量范围和工作电流上有所差别。国外仪器大多采用分段方式测量，而且工作电流较小，除Sims lin-?之外，其他测尘仪的测量准确度较高，但粉尘浓度测量范围偏小。国内仪器测量范围宽、准确度低、工作电流大，其中GC1000型粉尘浓度传感器测量误差达到了25%。 通过现场调查和查阅相关资料，国内粉尘浓度传感器主要是煤炭科学研究总院重庆研究院生产的GCG500型粉尘浓度传感器在市场上的应用较多，先后在安徽、山东、山西、甘肃、贵州、河南、辽宁、内蒙等多个省份使用。同时以该传感器为核心部件的ZPA-63S型粉尘浓度超限喷雾降尘装置，可根据作业场所粉尘浓度大小进行设限喷雾:当作业场所粉尘浓度高于设定值时开始喷雾，低于设定值时停止喷雾，从而实现了高效的喷雾降尘，节约了水、电。 1.3.1 粉尘测量方法 国外对粉尘浓度在线监测技术研究较早，主要有电容法、β射线法、光散射法、光单，但电容测量值与浓度之间并非一一对应的线性关系，电容的测量值易受相分布及流 3 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 型变化的影响，导致较大的测量误差[1];β射线法虽然测量准确，但需要对粉尘进行采样后对比测量，很难实现粉尘浓度的在线监测;超声波法、微波法测量粉尘浓度还处于试验研究阶段，市场上成型产品较少。目前市场上主要采用光散射法、光吸收法、摩擦电法进行粉尘浓度在线监测，形成的产品较多，并成功地应用于烟道粉尘浓度测量和煤矿井下粉尘浓度测量上。 按照粉尘测量方法的不同，粉尘测量方法主要有光学法、采样称重法和静电法三种。 a) 采样称重法不适合于在线测量。 b) 静电法易受干扰, 国内技术并不成熟。 c) 光学法又进一步分为浊度法和散射法, 而浊度法是目前国外普遍采用的用来测 量烟尘( 粉尘) 浓度的方法, 这种国外仪器在国内许多单位也都得到了成功应 用。光学法测量的缺点是需要保持光学镜头的相对清洁。对于烟道中烟尘的测 量,实践证明, 通过微正压的清洁保护风, 就可实现对光学镜头的可靠保护。 1.3.2 粉尘检测仪的性能与优点 1)智能采样与去噪数字滤波算法相结合, 测量和信号处理灵活性强, 因而在一套装置 可以进行不同变量和浓度的测量, 可排除个别的不正常值, 同步计算平均值。 2)采用嵌入式单片机内核技术, 将计算机嵌入到烟尘粉尘测量对象中, 实现智能化控 制, 依据烟尘粉尘测量环境要求, 充分考虑了物理环境(小型) 、电气/气氛、环境 (可靠) 、成本(价廉) 的要求; 充分考虑了最小软、硬件配置和相应的接口电路。 采用内核技术, 提供了一个裸设备与应用程序间的抽象层, 可以在更高的层次上读 写磁盘; 允许多个程序看起来在同时运行, 将处理器在其间共享。 3)可选用GPRS 网络技术, 以智能烟尘粉尘测量仪软件为平台, 通过中文短信的方式, 用自动群呼和列队接收办法, 形成了崭新的环保监测网络。 4)可远程进行参数设置及数据传输, 通过中心控制软件, 方便地输入用户参数、校准 仪器, 并可输出存储的测量数据。 1.4 本文主要研究内容 1.4.1 硬件电路 该粉尘测试仪是以采集5V的模拟信号并通过ADC0809转换成数字信号，再将比较过的数字信号动态显示在LCD上，若超过最高时报警。通过键盘来设定最高值。同时将市电转换成5V给各器件供电。我主要完成硬件电路的设计，只检测、显示分成的浓度。 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 4 1.4.2 系统联调 实现Protues和Keil的联调。在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件:*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。目标代码文件:*.HEX由Keil编译生成。最终模拟出显示结果。 5 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 2 基于单片机的粉尘检测仪硬件设计 2.1 系统的功能和技术指标 2.1.1 系统功能功能 1)数字显示当前浓度 2)超过最大值报警(实际中启动换气装置) 2.1.2 主要技术指标 ,,环境温度: ,70 0CC 测量精度:?5% 电压输入范围:0V ,5V 2.2 粉尘检测原理 吸收法、摩擦电法、超声波法、微波法等粉尘浓度在线测量方法。电容法的测量原理检测尘原理是用粉尘采样器或呼吸性粉尘采样器抽取采集一定体积的含尘空气，含尘 [10]空气通过滤膜时，粉尘被捕集在滤膜上，再利用光学原理测得粒径。 光学测粉尘用到两个原理，朗伯特-比尔(Lambert-Beer)定律和米(Mie)理论。本设计检测原理用基于光学检测法中的浊度法。基于朗伯特-比尔定律测量光透过被测物质后，由于散射吸收而使光强减弱，通过测定光束通过被测介质前后的光强比之来定量粉尘浓度。 一束强度为I的单色平行光照射在含有粉尘的检测区，由于粉尘对光的吸收和散0 射，出射光强便会衰减。根据朗伯特-比尔定律，对均匀分布的粉尘，入射光强与出射光强有关: ，，,,I,I,Q,N,A,L,I,3QWL/(2,d) (2-1) OexpOexp 式中:Q为消光系数，它与入射光波长λ、粉尘粒子直径d、粉尘物质折射率m有关，可按Mie理论和专用算法程序计算。N为粉尘密度，A是直径为d的粉尘粒子的截面积，W为粉尘的质量浓度;ρ为粉尘的质量密度。若设某种分布的粉尘尘粒直径为d1浓度为w，则: 1 M，，w (2-2) ，，,,IICQ,,m,d,Oexp1,,di,11，， 式中:,对于某种粉尘的测量系统而言，C是一常数;M为测量时粉尘C,3L/(2,) 粒子按粒径的分档数。由公式2-2得: 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 6 MIw01 (2-3) ln,Q(,,m,d),1Id,1i1 式?是在单色入射光情况下得到的。采用多波长入射时，对每一波长λ,都有对应i的一个式?，故得方程: (2-4) E,TW T式中:为消光列向量，可以通过实测各个，，，，，，E,,,lnI/I,lnI/I,.......lnI/I00012M 波长对应的及测得: II0 M,N，， (2-5) T,tij 其中:T称为消光系数矩阵。T中个元素，可由计算机预先算出。，，t,Q,,m,d/diji11 T为粉尘总的质量浓度分布列向量。求解式?便可求得W及粉尘的总，，W,W,W.......W12M 质量浓度。不难看出，多波长消光测尘中，是通过测得各种粒径粉尘的质量浓度得到总的粉尘浓度的，因而能实时地反应粉尘分布的影响，为粉尘浓度的高精度测量提供了可能。再者，测量粉尘浓度的同时，还能测粉尘的粒度分布(分散度)。 根据粉尘离子的散射特性，确定最小粒径前置输出端的信号幅值U，然后每个0.1μm定义直径档，并预先设定好各档甄别电平，用其中一种标准粒子输入粉尘测试仪。 2.3 系统硬件设计框图 本系统主要由单片机构成主控部分，进行主要的信息处理，接收外部操作指令形成各种控制信号，完成各种信息的记录。外围电路有:A/D转换、键盘输入、LCD显示电路。如2-1图所示。 图2-1模块化注释: 1) 模拟信号采集单元:敏感元件、小信号放大电路、A/D转换电路。敏感元件 测 得粉尘浓度、粒度的模拟信号;由于信号比较小，所以添加信号放大电路;ADC0809 将两路5V的模拟信号转换成数字信号，输入到单片机中。 2) 显示:显示数字化粉尘浓度。 3) 看门狗电路:使系统因故死机后能自动恢复正常。 4) 键盘电路:输入最大浓度值，当浓度超过时报警。因为环境对浓度、粒度的要 求不同，可以多次输入，设置不同的值。 5) 报警电路:报警电路是为了模拟当粉尘超出限定值时启动换气装置或启动喷雾 已将及粉尘浓度。 7 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 可编程看门狗电路LCD显示 单 小片蜂鸣器信机A/敏报警号D感89S52放元转大件换电键盘输入路 图2-1 硬件电路结构框图 2.4 软件程序流图 由硬件的设计可以画出各模块框图和流程图，如图2-2、2-3所示。 系统 看门狗部分主控部分cpu信号采集部分显示部分键盘部分 图2-2 各模块框图 系统编程分四个部分: a)信号采集程序; b)LCD显示程序; c)键盘输入程序; d)看门狗复位程序; e)主控程序。 2.5 工作原理 将电源开关打开后，当给一个0V,5V的信号(模拟检测到的粉尘浓度信号)时，通过ADC0809将模拟信号转换成数字信号，传输给单片机。上电后根据环境要求的不同，从键盘输入设定的最高粉尘浓度值。单片机将检测到的数字信号显示在LCD，并与输入设定值进行比较，当检测到的值大于设定值时单片机驱动蜂鸣器报警。蜂鸣器在实际中是步进电机驱动换气装置，但在本设计中简化为蜂鸣器报警。 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 8 开始 系统初始化 键盘设定浓度最大限 显示浓度最大限 采集当前浓度 NO A/D转换 YES 报警、显示当前浓度<浓度最大限 采取相应措施 切换显示 图2-3 软件流程图 显示当前浓度 5s间隔 9 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 3 粉尘测试仪硬件设计 3.1单片机部分 3.1.1 系统CPU 器件选择 [1]CPU是粉尘检测器的核心，完成数据采集、处理、输出、显示等功能,是整个仪器正常工作的基础，它的选择直接关系到整个系统的工作。选择通用性强、功耗小、性能稳定良好的8位CMOS微处理器芯片AT89S52以低廉的价格、强大的功能,完全符合经济的原则并且满足本系统的要求。所以,在本系统中我们选用AT89S52作为CPU 芯片。 AT89S52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Atmel 公司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，具有越低功耗、强大的LCD驱动能力等功能力，实践证明，它具有性能价格比高、外围扩展器件少、系统功耗低。使得AT89S52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 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 1)AT89S52功能特性: AT89S52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，AT89S52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，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 2)部分引脚功能: XTAL1:接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一反相放大器输入端，这个放大器构成了片内振荡器。它采用外部振荡器时，此引脚应接地。 XTAL2:接外部晶振的一个引脚。在片内接至振荡器的反相放大器输出端和内部时钟发生器输入端。当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。 RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。 ALE/:ALE表示允许地址锁存允许信号。当访问外部存储器时，ALE信号负跳PROG 变来触发外部的8位锁存器 (如74LS373)，将端口P0 的地址总线(A0-A7)锁存进入锁存器中。在非访问外部存储器期间，ALE引脚的输出频率是系统工作频率的1/16，因此可以用来驱动其他外围芯片的时钟输入。 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 10 :访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。在访问外部程序存储器读取PSEN 指令码时，每个机器周期产生二次 信号。在执行片内程序存储器指令时，不产PSEN PSEN 信号，在访问外部数据时，亦不产生信号。 生PSEN P0:P0口(P0.0,P0.7)是一个8位漏极开路双向输入输出端口，内部没有上拉电阻，所以端口要外接八个上拉电阻。当访问外部数据时，它是地址总线(低8位)和数据总线复用。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向I/O口用。P0口每一个引脚可以推动8个LSTTL负载。 P1:P1口(P1.0,P1.7)口是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行I/O口)，其输出可以推动4个LSTTL负载。仅供用户作为输入输出用的端口。 P2:P2口(P2.0,P2.7)是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行I/O口)，当访问外部程序存储器时，它是高8位地址。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向I/O口用。每一个引脚可以推动4个LSTL负载。 P3:P3口(P3.0,P3.7)口是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行I/O口)，它还提供特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部随机存储器内容的读取或写入控制等功能。其特殊功能引脚分配如下: P3.0 RXD 串行通信输入 P3.1 TXD 串行通信输出 P3.2 外部中断0输入,低电平有效 INT0 P3.3 外部中断1输入,低电平有效 INT1 P3.4 T0 计数器0 外部事件计数输入端 P3.5 T1 计数器1 外部事件计数输入端 WRP3.6 外部随机存储器的写选通，低电平有效 RDP3.7 外部随机存储器的读选通，低电平有效 引脚如图3-1所示: 11 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 图3-1 89S52单片机引脚 3)89S52单片机的基本结构 如图4-2所示它由8个部件组成，即中央处理器(CPU)，片内数据存储器(RAM)内部程序存储器，输入输出接口(Input/Output,简称I/O口，分为P0口、P1口、P2口、P3口)可编程串口，定时/计数器，中断系统及特殊功能寄存器(SFR)，各部分通过内部总线相连。基本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控制上，却采用了特殊功能寄存器(SFR)的集中控制方法。如图3-2所示: 图3-2 单片机内部结构 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 12 3.1.2 单片机引脚分配及连接 1)振荡器电路 89S52单片机它采用外部振荡器时XTAL1引脚应接地，XTAL2引脚接外部振荡信号的输入。如图3-3所示。晶振范围在0,24MHZ，本设计选择12MHZ，与值为30pF，CC21与可稳定频率并对振荡频率有微调作用。为了减少寄生电容振荡器和电容尽可能CC21 安装得与单片机芯片靠近。 图3-3振荡器电路 2)复位电路 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。单片机的复位都是靠外部复位电路来实现，在时钟电路工作后，只要单片机的RESRT引脚上出现24 个时钟振荡脉冲以上的高电平，单片机就能实现复位。 简单复位电路有上电复位、按键电平复位、按键脉冲复位，本设计采用按键电平复位。如图3-4所示。 图3-4 复位电路 I/O口功能分配: ,将经A/D转换器的8位数字信号传入单片机 PP0.00.7 ,完成数码管的段选 PP1.01.7 P,P完成数码管的位选 2.02.3 13 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 ,连接键盘电路 PP2.42.7 口主要完成外围电路的控制 P3 3.2 信号采集电路 3.2.1 敏感元件 粉尘浓度传感器的结构特征如图3-5所示，外部空气在抽风机的吸力下通过迷宫式进气口进入传感器暗室。空气中的浮游粉尘在暗室内受到激光发生器发出的平行光照射时，粉尘的散射光强度正比于质量浓度，该散射光经过光电转换器转换成光电流，经主控板的光电流积分电路转换成与散射光强成正比的光电脉冲数。计算脉冲数即可测出粉尘的相对质量浓度，通过标定在设置键盘上预设K值，工作时便可直接在数码显示屏上显示空气中的粉尘质量浓度(mg/m?)。 在本设计中利用可变电阻滑动时不同的电压模拟粉尘浓度传感器。如图3-6所示。 图3-5 粉尘浓度传感器 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 14 图3-6 模拟粉尘浓度 3.2.2 A/D转换电路 因为单片机不能直接接收模拟量信号，所以电压测量信号，必须通过A/D转换后方可以输入单片机进行处理。A/D转换器芯片有很多种,在此选择比较熟悉的ADC0809。ADC0809是8路8位逐次逼近行A/D转换CMOS器件，能对多路模拟信号进行分时采集和A/D转换，输出数字信号通过三态缓冲器，可直接与微处理器的数据总线相连接。 3.2.3 ADC0809的主要特性 ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。图3-7是ADC089的内部结构。 ADC0809的主要特性如下。 分辨率为8位 a)最大不可调误差小于?ULSB b)可锁存三态输出，能与8位微处理器接口 c)输出与TTL兼容 d)不必进行零点和满度调整 e)单电源供电，供电电压为+5V f)转换速率取决于芯片的时钟频率，时钟频率范围是:10,1280KHZ，当时钟频 率为500KHZ时，对应的转换时间为125us。 15 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 图3-7 ADC0809内部结构 3.2.4 ADC0809 芯片的引脚图及引脚功能 ADC0809引脚功能说明如图3-8所示。 图3-8 ADC0809引脚 IN0,IN7:8路模拟信号输入端 D0,D7:8位数字量输出端 START:启动控制输入端，高电平有效，用于启动ADC0809内部的A/D转换过程 ALE:地址锁存控制输入端。ALE端可与START端连接在一起，通过软件输入一个正脉冲，可立即启动A/D转换。 EOC:转换结束信号输出端，开始A/D转换时为低电平，转换结束时输出高电平。 OE:输出允许控制端，用于打开三态输出锁存器。当OE为高电平时，打开三台数据输出锁存器，将转换后的数据量输送到数据总线上。 CLK:时钟信号输入端。 ADDA(ADDB、ADDC):8路模拟选通开关的3位地址选通输入端。 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 16 VREF+:参考电压正端。 VREF-:参考电压负端。 VCC:+5V工作电压。 GND:地。 3.2.5 ADC0809对输入模拟量要求及通道选择 信号单极性，电压范围是0,5V，若信号太小，必须进行放大;输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址 输入和控制线:4条 ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0,IN7上的一路模拟量输入。 数字量输出及控制线:11条 ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零;下跳沿时，开始进行A/D转换;在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束;否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE,1，输出转换得到的数据;OE,0，输出数据线呈高阻状态。D7,D0为数字量输出线。 CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ 表3-1 ADC0809通道选择 C B A 选择的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 17 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 3.2.6 ADC0809的应用说明 (1) ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S52单片机直接相连。 (2) 初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 (3) 送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 (4) 在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 (5) 是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。 (6) 当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。 3.2.7 ADC0809数据采集时序图 ADC0809数据采集及输出控制信号时序如图3-9所示: 图3-9 ADC0809时序图 3.2.8 ADC0809与AT89C51 单片机的接口设计 [11]ADC0809 与AT89C51的硬件接口方式有:查询方式、中断方式和等待延时方式。采用中断方式不浪费CPU的等待时间，但如果A/D转换时间较短，也可采用程序查询方式和等待延时方式。在此采用中断方式，接口电路如图3-10所示。 74LS373为地址锁存器，控制选通那路输入本设计用IN3输入信号。P2.6与WR相或非，产生启动信号START和地址锁存控制信号ALE;P2.6与RD相或非产生输出允许控制信号OE。OE为高电平时，打开三态数据输出锁存器，将转换后的数据量输送到数据总线上。 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 18 图3-10 ADC0809与AT89C51的接口电路 单片机ALE为表示允许地址锁存的信号。当为0时74LS373选通，此时P0.0,P0.2设置为011，以确保ADC0809选IN3为输入信号端。当ALE为1时74LS373为保持状态，此时地址锁存，ADC0809将转换后的8位数字信号传给单片机。START:启动控制输入端，高电平有效，用于启动ADC0809内部的A/D转换过程 ADC0809的ALE为地址锁存控制输入端。ALE端可与START端连接在一起，通过软 WR件输入一个正脉冲，可立即启动A/D转换。所以要使ADC0809启动必须要和P2.7必须为0。 当ADC0809完成转换后EOC由0变为1，告诉单片机接收准转换结束的信号，单片 RD机开始使由1变为0使得ADC0809的OE(输出允许控制端)变为1启动ADC0809输出8位数据。 3.2.9 74LS74 因为ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ。本设计中用74LS74来提供500KHZ的时钟信号。单片机提供信号为1MHZ，将此信号分频。 [6]74LS74是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发d触发器电路。电路结构: 该触发器由6个与非门组成，其中G1和G2构成基本RS触发器。 边沿D 触发器:负跳沿触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP 高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。 工作原理: 19 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 SD 和RD 接至基本RS 触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD=0且RD=1时,不论输入端D为何种状态，都会使Q=1，Q=0，即触发器置1;当SD=1且RD=0时，触发器的状态为0,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。工作过程如下: 1)CP=0时，与非门G3和G4封锁，其输出Q3=Q4=1，触发器的状态不变。同时，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反馈信号将这两个门打开，因此可接收输入信号D，Q5=D，Q6=Q5=D。 2)当CP由0变1时触发器翻转。这时G3和G4打开，它们的输入Q3和Q4的状态由G5和G6的输出状态 决定 郑伟家庭教育讲座全集个人独资股东决定成立安全领导小组关于成立临时党支部关于注销分公司决定 。Q3=Q5=D，Q4=Q6=D。由基本RS触发器的逻辑功能可知，Q=D。 3)触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。这是因为G3和G4打开后，它们的输出Q3和Q4的状态是互补的,即必定有一个是0，若Q3为0，则经G3输出至G5输入的反馈线将G5封锁，即封锁了D通往基本RS 触发器的路径;该反馈线起到了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态的作用,故该反馈线称为置0维持线,置1阻塞线。Q4为0时，将G3和G6封锁，D端通往基本RS触发器的路径也被封锁。Q4输出端至G6反馈线起到使触发器维持在1状态的作用，称作置1维持线;Q4输出至G3输入的反馈线起到阻止触发器置0的作用,称为置0阻塞线。因此，该触发器常称为维持-阻塞触发器。总之，该触发器是在CP正跳沿前接受输入信号，正跳沿时触发翻转，正跳沿后输入即被封锁,三步都是在正跳沿后完成，所以有边沿触发器之称。与主从触发器相比,同工艺的边沿触发器有更强的抗干扰能力和更高的工作速度。 74LS74的内部结构如图3-11所示: 图3-11 74LS74内部结构 引脚说明: 1) 1CP、2CP 时钟输入端 2) 1D、2D 数据输入端 3) 1Q、2Q、1Q、2Q 输出端 4) CLR1、CLR2 直接复位端(低电平有效) 5) PR1、PR2 直接置位端(低电平有效) 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 20 74LS74功能表如表3-2所示。 表3-2 74LS74功能表 输入 输出 QPR CLR CLK D Q L H X X H L H L X X L H L L X X H H H H ? H H L H H ? L L H Q QH H L X 00 由SN74LS74连接成的2分频电路如图3-12。 图3-12 2分频电路图 3.2.10 74LS373 [6]74LS373是常用的地址锁存器芯片，它实质是一个是带三态缓冲输出的8D触发器，在单片机系统中为了扩展外部存储器，通常需要一块74LS373芯片。 373为三态输出的八D透明锁存器,共有54/74S373和54/74LS373两种线路结构型式。373为三态输出的8 D透明锁存器, 373的输出端O0-O7可直接与总线相连。当三态允许控制端OE为低电平时，O0-O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，O0-O7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，O随数据D而变。当LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平。当LE端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV。 373引出端符号: D0,D7-----数据输入端 OE-----三态允许控制端(低电平有效) LE-----锁存允许端 Q0-Q7-----输出端 74LS373内部结构图如图3-13所示。 21 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 图3-13 74LS373内部结构 74LS373引脚如图3-14所示。 图3-14 74ls373引脚 1) 1脚是输出使能(OE),是低电平有效,当1脚是高电平时,不管输入3、4、7、8、13、14、17、18如何,也不管11脚(锁存控制端,G)如何,输出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部呈现高阻状态(或者叫浮空状态); 2)当1脚是低电平时,只要11脚(锁存控制端,G)上出现一个下降沿,输出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)立即呈现输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的状态。 锁存端LE 由高变低时，输出端8 位信息被锁存，直到LE 端再次有效。 当三态门使能信号OE为低电平时，三态门导通，允许Q0-Q7输出，OE为高电平时，输出悬空。当74LS373用作地址锁存器时，应使OE为低电平，此时锁存使能端C为高电平时，输出Q0-Q7 状态与输入端D1~D7状态相同;当C发生负的跳变时，输入端D0~D7 数据锁入Q0-Q7。51单片机的ALE信号可以直接与74LS373的C连接。 74LS373与单片机接口: 1D-8D为8个输入端。 1Q-8Q为8个输出端。 G是数据锁存控制端;当G=1时，锁存器输出端同输入端;当G由“1”变为“0”时，数据输入锁存器中。 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 22 OE为输出允许端;当OE=“0”时，三态门打开;当OE=“1”时，三态门关闭，输出呈高阻状态。 在MCS-51单片机系统中，常采用74LS373作为地址锁存器使用，其连接方法如上图所示。其中输入端1D~8D接至单片机的P0口，输出端提供的是低8位地址，G端接至单片机的地址锁存允许信号ALE。输出允许端OE接地，表示输出三态门一直打开。 在不同方式下控制引脚电平的状态如表3-3所示。 表3-3 74ls373状态表 I/O引脚 模式 电源 WECSOE H X X 高阻状态 未选 备用 L H H 高阻状态 输出禁止 激活 L L H Dout 读 激活 L X L Din 写 激活 74LS373锁存器功能如表3-4所示。 表3-4 74LS373锁存器功能 OE C 功能 0 0 直通Q=Dii 0 1 保持(Q保持不变) i 1 X 输出高阻 3.2.11 74LS02介绍 【6】74LS02为四组2输入或非门(正逻辑)，内部结构如图3-15所示，引出端符号: 1A,4A 输入端 1B,4B 输入端 1Y,4Y 输出端 23 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 图3-15 74LS02内部结构 功能:，功能表如表3-5所示。 Y,A，B 表3-5 74LS02功能表 输入 输出 A B Y L L H L H L H L L H H L 3.2.12 74LS04介绍 [6]74LS04为六组反相器，内部结构如图3-16所示引出端符号: 1A,6A 输入端 1Y,6Y 输出端 图3-16 74LS04内部结构 Y,A功能:，功能表如表3-6所示。 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 24 表3-6 74LS04功能表 输入 输出 A Y L H H L 3.3 数码管显示部分 对于人机交互式单片机系统来说，不仅需要响应用户输入，同时也需要将一些测控信息输出显示。这些显示信息可以提供实时的数据或图形结果，以便于掌握系统的状态并进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 处理。目前，在单片机中最常用的是LED数码管显示。其成本低廉、使用简便，可以显示数字或几个特定的字符。 3.3.1 LED数码管概述 LED数码管是由若干个发光二极管组成的显示字段的显示器件，一般简称为数码管。当数码管中的某个发光二极管导通的时候，相应的一个字段便发光，不导通的则不发光。LED数码管可以根据控制不同组合的二极管导通，来显示各种数据和字符。 LED显示器又称为数码管，LED显示器由8个发光二极管组成。中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个贺点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。LED显示器有两种不同的形式:一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED显示器;另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，即把8个发光二极管阴极连在一起。这时如果需要点亮a到g中的任何一盏灯，只需要在相应的端口输入高电平即可;输入低电平则截止。称之为共阴极LED显示器。如图3-17所示。 图3-17 共阴与共阳极LED显示器 25 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 共阴和共阳结构的LED显示器各笔划段名和安排位置是相同的。当二极管导通时，相应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而显示的各种字符。 8个笔划段hgfedcba对应于一个字节(8位)的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用8位二进制码就可以表示欲显示字符的字形代码。例如，对于共阴LED显示器，当公共阴极接地(为零电平)，而阳极hgfedcba各段为0111011时，显示器显示"P"字符，即对于共阴极LED显示器，“P”字符的字形码是73H。如果是共阳LED显示器，公共阳极接高电平，显示“P”字符的字形代码应为10001100(8CH)。 表3-7列出了共阳极与共阴极LED显示器显示数字、字母与显示代码之间的对应关系。 表3-7 代码对应表 显示字符 共阴极段码 共阳极段码 显示字符 共阴极段码 共阳极段码 0 3FH C0 8 7FH 80H 1 06H F9 9 6FH 90H 2 5BH A4 A 77H 88H 3 4FH B0 B 7CH 83H 4 66H 99H C 39H C6H 5 6DH 92H D 5EH A1H 6 7DH 82H E 79H 86H 7 07H F8H F 71H 8EH 本设计用如图3-18所示的4联共阳LED数码管显示，P1口接段选，P2.0,P2.3接位选。采用动态显示方式。 图3-18 4联共阳LED数码管 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 26 3.3.2 LED数码管动态显示方式 点亮LED显示器有两种方式:一是静态显示;二是动态显示。在本次设计中，采用的是静态显示。 所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片机中CPU的开销小。 这种电路的优点在于:在同一时间可以显示不同的字符;但缺点就是占用端口资源较多。从下图可以看出，每位LED显示器需要单独占用8根端口线，因此，在数据较多的时候，往往不采用这种设计，而是采用动态显示方式。静态显示电路如图3-19所示。 图3-19 静态显示图 所谓动态显示，就是将要显示的多位LED显示器采用一个8位的段选端口，然后采用动态扫描一位一位地轮流点亮各位显示器。下图3-20为4位LED显示器动态显示电路。 27 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 图3-20 动态显示图 在此电路中，单片机的P1口用于控制4位LCD的段选码:P2口的P2.0~~P2.3用于控制4位LED位选码。 由于所有的段选码连在一起，所以同一瞬间只能显示同一种字符。但如果要显示不同字符，则要借助位选码来控制。(如果LED为共阴则P2.0~~P2.3输出为高电平，如果LED为共阳则P2.0~~P2.3输出为低电平。) 例如，现在要显示5678四个数字，则首先应该将“5”的显示代码(共阴LED显示器的显示代码为6DH，共阳LED显示器的显示代码为92H)由P1.0送出，然后P2.0~~P2.3输出相应位码(LED为共阴则P2.0~~P2.3输出1000，) LED为共阴则P2.0~~P2.3输出0111)时，则可以看到在数码管1上显示的数字为“5”。再将显示的数字“5”延时5~10ms，以造成视觉暂留效果;同时代码由P1.0送出。 用同样的方法将其余3个数字“678”送数码管2，3，4显示，于是最后则可以在4位LED显示器上看到“5678”四个数字。为了使显示效果更加稳定，可以使每个数码管显示的数字不断的重复，但其中重复频率达到了一定的程度的时候，加之人眼睛本身的视觉暂留效果的作用，便可以看到相当稳定的“5678”四个数字。 如下表3-8所示，即为模拟以上的过程表(以共阴LED设置显示代码，共阳与此相反)。 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 28 表3-8 模拟过程表 3.3.3 显示接口设计 由LED的结构及工作原理可知，要想在LED上显示数据或者字母，则首先必须要把待显示的数据或者字母转换成LED的7位显示代码，方可显示相应的数字或者字母。通过实现这种转换有两种方法:一种是专用硬件译码器，另一种是专用软件译码器。 本模块采用“单片机软件译码”来实现数码管的动态显示，因为本设计采集的粉尘浓度经模数转换和单片机处理是以三位的十进制数表示的，所以四个LED数码管足以显示粉尘浓度，本模块采用的4个共阳LED数码管，因为I/O口输出驱动电流过小，所以每个数码管的控制端接一个三极管对电流进行放大而使LED工作，而控制各个数码管的位选转为控制4个三极管的基极使三极管导通时数码管工作。 其中P1口控制数码管的段选，P2.0、P2.1、P2.2、P2.3控制四个LED数码管的位选。 表3-9列出了数码管显示数字与P1口输出段码之间的对应关系。 表3-9 数码显示数字与段码之间关系 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 显示数字 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 输出段码 本设计中采用4联共阳LED数码显示管P0口连接段选，P2.0,P2.3连接位选。电路连接如图3-21所示。 29 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 图3-21 显示电路 3.4 键盘电路设计 因为不同环境中粉尘浓度不同，粉尘流动量也不一样，人在不同环境中工作所承受的最大粉尘量也不一样，所以在更换环境时要设置不同的粉尘浓度参考值(该环境中能接受粉尘浓度最大值)，当浓度超过所设定值时，粉尘检测仪报警，我们根据报警就可以采取相应措施或使人员撤离工作现场或动力降低粉尘浓度。在实际生产生活中报警的同时还会自启动换气装置。本模块利用独立按键方式通过三个独立按键累加输入参考值，通过单片机比较采集的数据与参考值来控制蜂鸣器是否报警。同时可以通过独立按键来进行参考值和当前浓度值的显示切换。 电路中键盘驱动用P2.4,P2.7。如图3-22所示。 图3-22 键盘电路 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 30 3.5 报警电路设计(蜂鸣器) 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器。它广泛应用于计算机、打印机、报警器、电话机等电子产产品中作发生器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性的振动发声。 压电式蜂鸣器主要由多谢振荡器、压电蜂鸣器片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谢振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后(1.5V~15V直流工作电压)，多谢振荡器起振，输出1.5~2.5KHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣器片发声。 本设计中使用蜂鸣器来做提示报警，当粉尘的浓度或粒度大于设定值时蜂鸣器就会发出警报。在实际生活中并启动步进电机带动换气扇为空间通过风。 本设计中采用自激蜂鸣器，自激蜂鸣器是直流电压驱动的，不需要利用交流信号进行驱动，只需对驱动口输出驱动电平并通过放大电路放大驱动电流就能使蜂鸣器发出声音，非常简单。报警电路如图3-23所示。 图3-23 报警电路 3.6 看门狗部分的设计 看门狗就是在程序飞跑或死机时,对系统进行复位重新置位,以使系统恢复正常运行的一种专用电路。现在常用的看门狗主要有两种:软件狗和硬件狗。 (1) 软件狗实际上就是通常说的软件指令,一旦程序跑飞,只要程序指针指向这些地址,便立即被强行跳转至程序的开头或其他指定地址处,从而使程序继续正常执行。 (2) 硬件狗现在更多的被采用。所谓硬件狗，就是一个能够发送“复位”信号的计数器或定时器电路。以前常用的硬件狗由脉冲计数器和一些外围电路组成，计数清零和溢出端分别和单片机的I/O 于RST 相连接。其工作原理是:由脉冲发生电路产生脉冲，计数器对脉冲进行计数。程序正常运行时，CPU 在计数器溢出之前通过I/O 口对计数器清零，使计数器不能溢出，此时由于溢出端与CPU的RST端相连接，所以使单片机系统“复位”，使其能重新正常运行。 31 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 单片机系统的供电电源有时候因为各种不同原因而不稳定，发生电压波动或瞬时掉电的现象，从而影响系统的正常工作和数据保存。如果能对电源电压进行监视，当电源电压下降到某一特定值时，发生一个信号给单片机和电源切换电路，那么就使CPU及时进行必要的操作和维持工作电源的稳定。本设计采用软件看门狗。 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 32 4 联调结果及仿真 4.1 设计软件Proteus Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、AVR、ARM、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、8086和MSP430等。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。 4.1.1 Proteus功能特点 Proteus软件具有其它EDA工具软件(例:multisim)的功能。这些功能是: (1)原理布图 (2)PCB自动或人工布线 (3)SPICE电路仿真 革命性的特点: (1)互动的电路仿真 用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。 (2)仿真处理器及其外围电路 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。 4.1.2功能模块 (1)智能原理图设计 (2)完善的电路仿真功能 a) ProSPICE混合仿真 b) 超过27000个仿真器件 c) 多样的激励源 d) 丰富的虚拟仪器 e) 生动的仿真显示 33 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 f) 高级图形仿真功能 (3) 独特的单片机协同仿真功能 a) 支持主流的CPU类型 b) 支持通用外设模型 c) 实时仿真 d) 编译及调试 (4)实用的PCB设计平台 a) 原理图到PCB的快速通道 b) 先进的自动布局/布线功能 c) 完整的PCB设计功能 d) 多种输出格式的支持 Proteus中资源丰富。在Proteus绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件:*.HEX，可以在Proteus的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能。 4.2 系统概述 Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。 Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成编译环境(uVision)将这些部分组合在一起。 C51工具包的整体结构，uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 34 4.3 keil与Proteus联调 实现Proteus和Keil的联调步骤如下: (1)首先安装好Proteus和Keil(这个驱动能驱动Proteus和keil 2或者keil 3的联调) (2)安装keil和Proteus联调驱动程序 (3)安装联调驱动程序，注意:驱动程序安装在和keil同一个文件夹下 (4)在Keil软件上单击“Project菜单/Options for Target”选项或者点击工具栏的“option for ta rget”按钮，弹出窗口，点击“Debug”按钮，出现如图4-1所示页面。 图4-1 Debug界面 在出现的对话框里在右栏上部的下拉菜单里选中“Proteus VSM Monitor-51 Driver”。并且还要点击一下“Use”前面表明选中的小圆点。再点击“Setting”按钮，设置通信接口，在“Host”后面添上“127.0.0.1”，如果使用的不是同一台电脑，则需要在这里添上另一台电脑的IP地址(另一台电脑也应安装Proteus)。在“Port”后面添加“8000”。设置好的情形如图所示，点击“OK”按钮即可。最后将工程编译，进入调试状态，并运行。 (5)Proteus的设置 进入Proteus的ISIS，鼠标左键点击菜单“Debug”，选中“use romote debuger monitor”，如图4-2所示。此后，便可实现Keil与Proteus连接调试。 35 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 图4-2 联调界面 (6)调试的使用方法 a) 在Proteus里搭建好51单片机的线路图 b) 在Keil里编译好准备下载到51单片机的Hex文件 c) 在Proteus里右键点单片机，下载hex程序 d) 在Proteus里->Debug->Start/restart debug或者下面的“|>”按钮 e) 在Keil里->Debug->Start/Stop Debug Secssion或者按快捷按钮 f) 就在Keil里调试程序，在Proteus里面看仿真现象 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 36 5 结论 通过了解粉尘检测原理、背景及发展前景，确定出方案。我主要在以下几个方面做了研究: (1) 数据的采集及实现;ADC0809如何采集模拟信号，采集的模拟信号又是怎么转换 成数字信号的，知道了单片机如何控制ADC0809进行数据的采集和转换并将转换的 数字信号如何传输给单片机进行处理。 (2) 独立按键输入数值的实现;本模块编写了键值扫描的程序，通过软件确认按键 是否真的按下或者释放，通过C语言软件编写了按键控制数字的累加，并做了硬件 的仿真。 (3) 数码管LED的显示;本模块通过单片机的I/O口软件编程控制数码管的动态显示。 (4) 蜂鸣器报警;本模块是当采集的当前浓度值大于设定的浓度限时，单片机软件 驱动蜂鸣器报警，从而采取相应措施。 在本设计中主要完成了硬件电路的设计，并通过硬件与软件的联调得出了测试结果。本文的粉尘浓度检测设计完成之后，经系统调试及实验表明，本系统工作可靠、稳定，满足使用要求。本系统可以实时检测出工矿企业、石油化工等环境的粉尘浓度，在环境监测及劳动保护等方面有着广阔的应用前景。 37 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 致 谢 值此论文完成之际，谨向给予我指导、关心和帮助的老师、同学、朋友、亲人表示最衷心的感谢。 本研究及学位论文是在我的导师郭文强老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，郭老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。 总之，本次系统的设计让我学到了很多知识，对系统控制系统的设计流程有了比较全面的了解，对很多元器件有了充分的认识和了解，会自己动手设计一个实用的系统，对我毕业以后的工作起到了巨大的作用。 在此谨向郭老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意～ 在此，我还要感谢在一起愉快的度过本科生活的电信072班各位同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意～最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们! 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 38 参 考 文 献 [1] 何立民.单片机应用技术选编[M].北京:北京航空航天大学出版社，1993:23-24 [2] 刘任庆.基于蓝牙技术的粉尘检测器的设计[J].通信技术，2009，(3):105-123 [3] 李卫东，李铁军，刘华，曹福德.HG-HC智能烟尘粉尘测量仪[J].仪器仪表学报，2004，(S2):213-216 [4] 董爱华，余琼芳.煤矿井下粉尘信号光电检测电路的研究[J] .仪器仪表学报，2003，(S2):56-67 [5] 董晓红.同步粉尘测试仪的设计与实现[D](成都:四川大学.2004 [6] 阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社，1998:45( [7] 梅丽凤，王艳秋，汪琉铎，任国臣.单片机原理及接口技术[M].北京:清华大学出版社，2009:310-321( [8] 唐娟.粉尘浓度在线监测技术的现状及发展趋势[J].矿业安全与保护，2009:69-74( [9] 吴泉英.数字式粉尘测试仪中的信号处理[J].苏州城建环保学院学报，1999:89-100 [10] 李晓帆，刘天生，王鹏飞.基于光散射测量原理的粉尘浓度检测仪设计[J].机械管理开发， 2009:58-65 [11] 袁曾民.AT89S51单片机与ADC0809数模转换器的三种典型连接[J].长沙大学学报，2005:172-185 [12] 胡汉才.单片机原理及接口技术[M].北京:清华大学出版社，1996:215-231 [13]郭勇编.电子电路EDA[M]. 成都:电子科技大学出版社.1999(3):48-50 [14] 王乃宁,虞先煌,竺晓程.烟尘和粉尘排放浓度的直接和连续测量[J].环境科学学报, 2001，(06):123-125 [15] 赵占龙.透射式光学粉尘浓度监测技术研究及应用[D](石家庄:河北大学，2004( 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OUTP12P02C22107C24PCTXD436D3D3T2 INT2 OUTP13P031UF141UF535D4D4C1+C2+P14P0435PCRXD634D5D5C1-C2-P15P0526733D6D6V+V-P16P061615832D7D7fVCCGNDC23C25P17P07VCCVCCg1UF1UF2321321eINT1P207805U81222dINT0P21+12V323+5VP221524dpC17C2C3C4C5T1P231425c2R3C160.1UC180.1UF0.1UF0.1UF0.1UFT0P2426bGNDRES247U4.7UP253127aEA/VPP26GND28AAP2719D1X1VCC18TitleX2RESET910CPURXDfLEDC8C9C10RESETRXD11CPUTXDgSizeNumberRevision0.1UF0.1UF0.1UFTXDRD1730eRDALE/PBWR1629dWRPSENDate:15-Jun-2006Sheet of 8052dpFile:G:\c123456ba 2Df3gCLKeddpc ba fgeddpcba 陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 40 41 基于单片机的粉尘检测仪控制电路 附录II PCB图