城南学院 室内煤气和天然气泄漏报警器的设计
3 硬件电路设计
3.1 气体检测模块的设计
敏感元件 传感元件 信号调节与转换
辅助电源 图 3.1传感器工作原理图
（1）气体检测模块电路
由于Protues软件元件库中没有MQ-7气体传感器，由于MQ-7气体传感器两信号输出端为电阻信号，由附录A中的MQ-7灵敏度特殊性可得Rs阻值范围为2-20KΩ，所以仿真时MQ-7气体传感器由20KΩ滑动变阻器代替。当没有煤气、天然气泄漏时，Rs的阻值应该在20KΩ左右，此时该气体检测模块的输出端为高电平，此时LED发光。当有煤气、天然气泄漏时，Rs的阻值应该在2KΩ左右，此时该气体检测模块的输出端为低电平，此时LED熄灭。
图3.2 气体检测模块原理图
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（2）气体检测模块调试
按照电路图在面板上搭接气体检测模块电路，该模块输出通过100KΩ限流电阻接LED正端，该LED负责拼接接地。当MQ-7传感器端不加气体时，此时LED点亮，说明此时输出为高电平；当MQ-7传感器端加气体时，此时LED熄灭，说明此时输出为低电平。刚上电时就在MQ-7端加气体，此时LED不熄灭，原因是RC延时电路起作用，防止误报现象的发生；在1min左右之后，在MQ-7传感器端加气体，此时LED熄灭，开机延迟时间约为1min，该调试结果符合设计要求。
3.2 温度检测与显示模块的设计
DS18B20在编程时有严格的时序要求，因些在编程过程中要多加注意，以下为DS18B20典型工作时序简介。 （1）复位时序
使用DS18B20时，首先需将其复位，然后才能执行其他指令。复位时，主机将数据线激发为低电平并保持480～960μs，然后释放数据线，再由上拉电阻将数据线拉升15～60μs。然后再由DS18B20发出响应信号，以将数据线激发成低电平60～240μs，这样，就完成了复位操作。其复位时序如图3.3所示。
图3.3 DS18B20复位时序图
（2）写时序
在主机对DS18B20时，主机对DS18B20发送各种命令时，先将数据线激发为低电平，该低电平应大于1μs。然后根据写“1”或者“0”来使数据线变高或继续为低。DS18B20将在数据线变成低电平后15～60μs对数据线进行采样。要求写入DS18B20的数据持续时间应大于60μs而小于120μs，两次写数据之间的
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时间间隔应大于1μs。写时隙的时序如图3.4所示。
图3.4 写时序图
（3）读时序
当主机从DS18B20读数据时，高机先向数据线激发出低电平，然后释放，以使数据线再升为高电平。DS18B20在数据线从高电平变为低电平的15μs内将数据传送到数据线上，主机可在15μs后读数据线以获得数据其时序图如图3.5所示。
图3.5 读时序图
选用DS18B20温度传感器。DS18B20可以把温度直接转化为串行数字信号，使用不不需要附加电路，但与主机通信有严格的时序要求。温度检测模块原理图如图所示，DS18B20选 用默认的12位精度的分辨率，此时输出羰DQ输出的温度值为16位二进制补码的表达形式，DS18B20输出端DQ输出的温度值为16位二进制补码的表达形式，DS18B20输出端DQ与单片机引脚P1.0相接，将数据传入单片机进行处理。 温度显示设计如下：
如图3.6所示，74LS245的工作状态为数据由B向A传送。七段数码管段选位通过限流电阻接到74LS245的A总线，74LS245的B总线接到单片机的P2口。由于室内温度不会超过100℃，因此显示时百位不加以显示。而北方有些地区冬天会比较冷，室内温度有可能达到0℃以下，因此显示符号位。因此用4位
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七段数码管显示温度，4个位分别显示符号位、十位、个位、一个位小数位。数码管的4位位选接晶体管集电极，失眠晶体管的基极B1～B4分别接单片机的P3.1～P3.4。
图3.6 温度显示模块原理图
当温度为正值时，此时仿真如图3.7所示，此时DS18B20设定温度为15.5℃，经4位七段数码管显示为15.5℃，显示结果正确。
当温度为正值时，此时仿真如图3.8所示，此时DS18B20设定温度为-25.5℃，经4位七段数码管显示为-25.5℃，显示结果正确。
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图3.7 温度为正值的仿真图
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