基于AT89C51的燃?xì)庑孤﹫?bào)警與應(yīng)急處理器

1．1 系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)主要由單片機(jī)電路、檢測(cè)電路、報(bào)警電路和應(yīng)急處理電路組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

當(dāng)有燃?xì)庑孤r(shí)，檢測(cè)電路產(chǎn)生“氣——電”信號(hào)送單片機(jī)，單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)出預(yù)報(bào)警信號(hào)，經(jīng)延時(shí)、判斷，確認(rèn)為事故泄漏后，發(fā)出紅光報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急處理程序，關(guān)閉閥門，切斷氣源，并開啟排風(fēng)扇排除室內(nèi)被污染的空氣；若檢測(cè)到氣敏元件損壞，系統(tǒng)關(guān)閉閥門并點(diǎn)亮黃色報(bào)警燈，提示用戶更換氣敏傳感器。

1．2 單片機(jī)電路

單片機(jī)電路是系統(tǒng)控制的核心。單片機(jī)選用Atmel公司的AT89C51，其引腳分配如圖2所示?；就庠O(shè)有晶振電路（18、19腳）和上電復(fù)位電路（9腳），氣敏元件損壞信號(hào)和燃?xì)庑孤┬盘?hào)分別從P3.2（INT0）、P3.3（INT1）輸入，作為AT89C51的兩個(gè)中斷觸發(fā)信號(hào)，下降沿觸發(fā)方式。P1.0、P1.1分別接開關(guān)SD1和SD2，用于手動(dòng)控制排氣扇和燃?xì)忾y門，報(bào)警與應(yīng)急處理驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別從P2.0～P2.4輸出。

1．3 檢測(cè)電路

檢測(cè)電路包括燃?xì)庑孤z測(cè)和氣敏元件損壞檢測(cè)兩部分，原理電路如圖3所示。氣敏傳感器選用QM型，這是由金屬氧化物半導(dǎo)體材料制成的“氣——電”轉(zhuǎn)換器件。當(dāng)有燃?xì)庑孤r(shí)，其表面會(huì)發(fā)生化學(xué)吸附，使本身電阻（圖中AA’間的電阻）下降，且燃?xì)鉂舛仍礁?，電阻下降越多[1]，利用該特性并通過VT1等元件組成的開關(guān)電路即可獲得“氣——電”信號(hào)，完成燃?xì)庑孤┑臋z測(cè)，調(diào)節(jié)RP 1可設(shè)置不同燃?xì)獾膱?bào)警限，C2為延時(shí)電容，用于減小傳感器初始穩(wěn)態(tài)的影響。

氣敏傳感器在使用中，其熱絲可能燒斷，但難以發(fā)現(xiàn)，致使用戶在毫不知情的情況下繼續(xù)使用已失效的燃?xì)鈭?bào)警器。為能及時(shí)發(fā)現(xiàn)傳感器的損壞，本系統(tǒng)特別設(shè)計(jì)了氣敏元件自檢電路（由R3～R7、VT2、VT3等組成）[2]，元件正常時(shí)，R3上有電壓信號(hào)，如熱絲燒斷，該信號(hào)為0，VT3集電極輸出低電平至單片機(jī)，點(diǎn)亮黃燈報(bào)警，能使用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，氣敏傳感器不直接焊入電路，而是通過七腳電子管座與電路連接，若損壞可方便地從管座中撥出換新，從而解決了更換難的問題。      

1．4 聲光報(bào)警電路

聲光報(bào)警分別由蜂鳴器和紅、黃發(fā)光二極管完成。燃?xì)鉂舛却笥陬A(yù)報(bào)警限時(shí)蜂鳴器由單片機(jī)輸出低電平，經(jīng)三極管驅(qū)動(dòng)報(bào)警，發(fā)光二極管則由單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，當(dāng)確認(rèn)為事故泄漏時(shí)，紅色LED點(diǎn)亮，當(dāng)氣敏元件損壞時(shí)，黃色LED工作。

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1．5 應(yīng)急處理電路與閥門開閉裝置

應(yīng)急處理包括驅(qū)動(dòng)閥門開閉裝置關(guān)閉閥門切斷氣源和打開排氣扇排風(fēng)。

閥門開閉裝置由小型交流電動(dòng)機(jī)（與減速器成一體）、托盤、支架、撥塊等組成。電動(dòng)機(jī)通過托盤及支架取與燃?xì)夤艿来怪蔽话惭b于表前閥上，并使機(jī)、閥兩軸相對(duì)，電動(dòng)機(jī)軸端上固定的撥塊套在閥門軸上，如電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)則閥門軸也隨撥塊轉(zhuǎn)動(dòng)，故可模仿人手控制閥門開閉。閥門從開位到閉位或從閉位到開位，閥門軸和電動(dòng)機(jī)軸必須旋轉(zhuǎn)1/4圈90度，采用軟件編程或通過電路均可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的這一定位。為提高適應(yīng)性，本裝置選用后者，其方法是：利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)輸出去控制電動(dòng)機(jī)的通電時(shí)間，電路如圖4所示。當(dāng)單片機(jī)P2.4發(fā)出一負(fù)脈沖，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121的3、4腳就會(huì)受到一負(fù)脈沖觸發(fā)，6腳便輸出一正單脈沖，其脈寬tｗ＝0.7R13C7，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1/4圈所需的時(shí)間為T＝1/（4n）＝15/n秒。n為電動(dòng)機(jī)減速后的轉(zhuǎn)速（單位：圈/分），調(diào)節(jié)R13使tｗ=T，則可確保閥門開或閉準(zhǔn)確到位。

閥門開閉裝置是為本系統(tǒng)開發(fā)的專用件，除具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低(遠(yuǎn)低于燃?xì)夤艿缹Ｓ秒姶砰y)，開閉動(dòng)作平穩(wěn)，易控，準(zhǔn)確等特點(diǎn)外，由于在撥塊和支架等部件上采用了一些特殊的設(shè)計(jì)，使其具有很強(qiáng)的適應(yīng)性：不論閥軸長短，管道粗細(xì)均能適應(yīng)；不論灶前閥、表前閥、耳型旋鈕閥、手柄式閥都能安裝；不論閥門或管道橫擺、豎放概能固定，尤為重要的是開閉閥門的控制就在原管道和閥門上進(jìn)行，無需改動(dòng)或重新安裝管道和閥門，而且固定、使用、維修、更換都很方便，這就克服了使用專用電磁閥時(shí)的缺點(diǎn)，因而容易被廣大新老燃?xì)庥脩羲邮堋?/p>

排風(fēng)扇也是由三極管與繼電器構(gòu)成的電路驅(qū)動(dòng)，其原理與圖4類似，不同的是，后者三極管由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)，前者則直接由單片機(jī)輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)。

2  程序設(shè)計(jì)[3]

程序主要由主程序、外部中斷0和外部中斷1服務(wù)程序組成。主程序?qū)ο到y(tǒng)狀態(tài)初始化時(shí)將兩個(gè)外部中斷都設(shè)置為下降沿觸發(fā)方式，開外部中斷后再進(jìn)入對(duì)手動(dòng)按鍵的檢測(cè)，SD1閉合時(shí)開排氣扇，斷開時(shí)關(guān)排氣扇；與之類似，SD2用來控制閥門的開閉。主程序設(shè)計(jì)成一死循環(huán)結(jié)構(gòu)，處于隨時(shí)可以響應(yīng)中斷的狀態(tài)，如圖5所示。

當(dāng)傳感器損壞時(shí)，外部中斷0有中斷請(qǐng)求信號(hào)，其服務(wù)程序完成黃光報(bào)警和關(guān)閥門功能，如圖6所示。

當(dāng)傳感器檢測(cè)到燃?xì)庑孤r(shí)，外部中斷1有中斷請(qǐng)求信號(hào)，其服務(wù)程序發(fā)出聲報(bào)警控制信號(hào)，調(diào)用延時(shí)程序后，再檢測(cè)P3.3的電平，如變?yōu)楦唠娖?，說明剛有的信號(hào)是某些干擾或短時(shí)可控泄漏（如燃?xì)庠铧c(diǎn)火時(shí)可能產(chǎn)生的瞬時(shí)泄漏）引起的，則關(guān)聲報(bào)警后返回；如仍為低電平，則判為事故泄漏，須進(jìn)行應(yīng)急處理，即刻發(fā)出紅光報(bào)警、關(guān)閉閥門切斷氣源和打開排氣扇排污。此時(shí)若房主不在，系統(tǒng)則進(jìn)入省電等待狀態(tài)，即：再次檢測(cè)P3.3，若為高電平，說明泄漏燃?xì)?/strong>已排盡，系統(tǒng)關(guān)閉聲報(bào)警和排氣扇，但表前閥仍關(guān)閉，報(bào)警紅燈仍點(diǎn)亮，等待房主回后及時(shí)檢查處理，程序流程如圖7所示。