城南学院 室内煤气和天然气泄漏报警器的设计
图3.8 温度为负值仿真图
由于DS18B20输出为16位二进制数，实验中无法测得此信号，因此仅对温度显示部分进行调试。
驱动模块选择，实验中测得74LS245输出高电平为3.8V，而74HC245输出高电平为5V。由于74HC245与74LS245相比价格较贵，而74LS245输出3.8V高电平足以驱动七段数码管，因此设计中选用74LS245。
限流电阻阻值计算，由于七段数码管工作电压为2V，而74LS245输出高电平3.8V，因此限流电阻两端电压为1.8V。而七段数码管每位正常工作的电流为2mA，而4位七段数码管的第一个相同段位又是并联的形式连接的，为了保证每位亮度相同，因此每位段位电流应该为2mA×4=8mA，即渡过限流电阻的电流为
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8mA。因此限流电阻的阻值=1.8V/8mA=225Ω，实际设计中采用220Ω的电阻作为限流电阻。
按照电路图连接温度显示部分电路图，编写程序使其显示1749，并下载该程序。通过实验验证显示结果正确，并且显示亮度比较亮，符合设计要求。
3.3 单片机模块的设计
单片机模块，完成功能是与各个功能模块连接，并通过软件编程控制各个功能模块，完成煤气、天然气检测报警及温度显示功能。
图3.9 主控制模块原理图
3.4 声光报警模块的设计
3.4.1 声光报警电路
如图所示，OUT3与单片机P1.3引脚相接，当检测到有煤气、天然气泄漏时通过单片机编程控制P1.3输出方波信号，此时LED D1闪烁，并且蜂鸣器以相同的频率发出声音，产生霞光报警信号，提醒用户煤气、天然气泄漏，采取相应的措施。
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图3.10 声光报警原理图
3.4.2 声光报警模块的调试
由于Protues软件库中蜂鸣器无法仿真，因些用LED串联电阻代替图所声光报警电路。当OUT1端为高电平时，表示此时没有煤气、天然气泄漏，OUT3为高电平5V，此时LED不发光。当OUT1端为低电平时，表示此时有煤气、天然气泄漏，通过模拟示波器测得此时OUT3输出为方波信号，其周期为2s的方波信号，此时LED每2s亮灭一次。
将编辑好的程序通过单片机下载器下载到单片机中，将单片机插入面包板，20脚、40脚分别接地和5V电源。蜂鸣器与LED串联，负端接到P1.3口，正端接5V电源。当P1.1口接5V电源时，LED熄灭，蜂鸣器不报警；当P1.1口接地时，LED闪烁，同时蜂鸣器以相同频率发声报警。此时用示波器测得P1.3口波形为周期为1.2s的方波信号，与理论值之间存在一定的误差，误差产生的原因有：
（1） 单片机使用的晶振为11.059MHz，而不是12MHz，从而使单片机机器周期大于1μs，而理论计算时按1μs计算，从而产生误差；
（2）单片机定时程序指令执行时，有一定的执行时间，而此时间与1s相比力气活，编程时将其忽略，从而导致误差的产生；
（3）同时测量信号也受实验器材、环境等诸多因素的影响。
设计中对方波信号的要求不是很高，因为方波信号的周期只影响报警的频率，并不影响报警功能，因此不需要对其进行修改。
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4 程序设计
本设计可以用C语言编程序，也可以用汇编语言编程序，本人选择了用C语言编程序。主要编程序来控制定时、计时中断、和输出等。下面介绍C语言编程的优点。
C语言是一种计算机程序设计语言。它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它由美国贝尔研究所的D.M.Ritchie于1972年推出。1978后，C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上。它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。它的应用范围广泛，具备很强的数据处理能力，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，适于编写系统软件，三维，二维图形和动画。具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。C语言有功能丰富的库函数、运箅速度快、编译效率高、有良好的可移植性，而 且可以直接实观对系统硬件的控制。C语言是一种结构化程序设计语言，它支持当前程序 设计中广泛釆用的由顶向下结构化程序设计技术。此外，C语言程序具有完善的模块程序 结构，从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保障。因此，使用C语言 进行程序设计已成为软件开发的一个主流。用C语言来编写目标系统软件，会大大缩短开 发周期而且明显地增加软件的可读性，便于改进和扩充，从而研制出规模更大、性能更完 备的系统。 C语言特点
（1）C是高级语言。它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。
（2）C是结构式语言。结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。C 语言是以函数形式提供给用户的，这些函
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数可方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。
（3）C语言功能齐全。具有各种各样的数据类型，并引入了指针概念，可使程序效率更高。而且计算功能、逻辑判断功能也比较强大，可以实现决策目的的游戏。
（4） C语言适用范围大。适合于多种操作系统，如Windows、DOS、UNIX等等；也适用于多种机型。C语言对编写需要硬件进行操作的场合，明显优于其它高级语言，有一些大型应用软件也是用C语言编写。 C语言缺点
（1） C语言的缺点主要表现在数据的封装性上，这一点使得C在数据的安全性上有很大缺陷，这也是C和C++的一大区别。
（2） C语言的语法限制不太严格，对变量的类型约束不严格，影响程序的安全性，对数组下标越界不作检查等。从应用的角度，C语言比其他高级语言较难掌握。
软件部分是用来配合硬件电路，控制后面电路的响应，以实现设计预定功能。其主要由两部分功能组成：一部分是是对传感器接受到的信号进行处理：另一部分是实行中断处 理，控制设置报警模块。两部分信号的处理都是釆用査询方式。本系统釆用网路巡回检测， 轮换选择4个传感器工作，并且在显示器上轮流显示工作传感器所检测到的浓度值。当检 测到的浓度小于设定值时，等待定时器中断：当检测到的浓度超过设定值时，执行中断程 序进行报警处理，显示浓度。
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