基于单片机的多功能冰箱监测系统设计论文

基于安保的多功能冰箱监测系统设计

3 冰箱安保系统整体设计

3.1 安保系统总体设计

安保系统总体设计包括各硬件的选型、设备连接和总体的电路设计。安保系统组成图如图2所示。

图2 系统运行流程图 Fig2 The system operation flow chart

3.2 单片机最小系统设计

3.2.1 单片机最小系统电路

经过前期对监测系统的研究和分析，考虑到成本因素，采用以52单片机为核心开发了本课题的监测系统，其电路连接原理图如图3所示。

图3 电路连接原理图 Fig3 Schematic circuit link

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3.2.2 STC89C52单片机

该芯片是8位微处理器，具有能耗小，抗干扰强。优异的性能等特点。指令代码完全兼容传统的8051单片机，单芯片拥有8位CPU和在系统可编程Flash，为很多的嵌入式系统提供了可靠地方案。

3.3 CO检测系统设计

3.3.1 检测系统硬件设计

本课题选用一氧化碳半导体传感器MQ-7作为试验中衡量一氧化碳浓度的检测元件。如图4所示为所选一氧化碳传感器的特性曲线，由图中可知随着空气中被检测气体浓度的增加，该传感器的电阻在不断地减小，这样电路中的负载的两端电压就会变大，与测量系统连接后就可以转变成我们需要的电压信号。

Rs/kΩ605040302010010203040506070C/ppm 图4 气敏传感器的特性曲线

Fig4Characteristic curve of gas sensitive sensor

该气敏传感器的主要性能参数如下： （1）电阻R0和RS：

气敏元件在正常环境情况下的固有电阻用R0表示；气敏元件在具有不同浓度的被检测气体中的阻值用Rs表示。通过实验了解到，电阻Rs与不同被检测气体的浓度C有如下的函数关系：

logRS=mlogC+n (3-1)

式中，m、n是常数，由被检测气体的类别和传感器本身传感器等不同要素影响的，且m=1。

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（2）灵敏度：

在特定浓度的被测量气体中，气敏元件的此时的阻值与在正常坏境空气中的阻值之比即为该气敏元件的灵敏度k，表示如下：

k=RS/R0 (3-2)

（3）响应时间tres：

响应时间即气敏元件与特定浓度的检测气体接触时到该器件的阻值在该气体中趋于稳定的时间。

（4）恢复时间trec：

恢复时间既气敏元件从特定气体浓度的检测中离开到该器件的阻值在正常坏境中趋于稳定的时间。

如图5所示为气敏元件MQ-N7的供电电路，其采用的是单电源供电。其中，

Vd是加热丝加热电压，Vh是工作电压，Rs是气敏元件的体电阻，R1是负载电阻，V1是传感器的输出电压。

VhRsVdV1R1 图5 单电源供电电路图

Fig5 Single power supply circuit diagram

由于MQ-N7型气敏元件输出的电压信号非常下，且该电压信号值与被检测气体浓度并非呈现出线性关系，仅仅只有上述的简单电路时完全不够的，所以，应对采集到的电压信号进行放大和补偿线性化处理，利用常用的放大电路和补偿线性化电路来实现处理。

设线性化电路的输出电压为V2，整机灵敏度为S，则根据线性化要求，气体浓度C与输出电压V2的关系为：

V2=S′C (3-3)

式（3-1）也可以转化为下式：

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10nR5=m (3-4)

C设RL<

mV1=VhR1/(R1+RS)?VhRC/10n (3-5) 1由式（3-3）和（3-5）可以得到线性化电路的输入-输出关系为：

V2=aV1b (3-6)

上式为乘方运算关系，也就是说，若线性化电路具有上式的传递函数即可获得浓度与电压的线性关系。

本电路测得的实际输出值V2如图6、7所示。

R247kKa6VzV14302Vy13Vcc+15V1Rw25kVx=1V7R124kKb11Kc122V2=SC 图6 气敏传感器的线性化电路 Fig6 Linearization circuit of gas sensor

V0.050.04V20.030.02V10.01C/ppm102030405060708090 图7 V2与气体浓度的关系

Fig7 The relationship between V2 and concentration of gas