江 麗，張娜娜

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 衡陽 421002)

1 控制器硬件電路的設(shè)計(jì)

煙霧信號(hào)采集器主要是由煙霧傳感器感應(yīng)煙霧濃度的元件，并將其收集的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)變電路會(huì)把收集的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為一種可使單片機(jī)識(shí)別的信號(hào)。最后單片機(jī) ATmega16對(duì)信號(hào)進(jìn)行整合分析處理。單片機(jī) ATmega16分析數(shù)據(jù)得出是否超過預(yù)設(shè)值，倘若超過預(yù)設(shè)值，則報(bào)警系統(tǒng)瞬間激活，如沒有超過則系統(tǒng)不會(huì)運(yùn)作?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)功能方框圖如圖1所示。

圖1 總體設(shè)計(jì)框圖

本設(shè)計(jì)所有功能實(shí)現(xiàn)的核心部分就是 ATmega16單片機(jī),而ATmega16單片機(jī)是對(duì)本次設(shè)計(jì)中整體系統(tǒng)都有著檢測和控制作用。由最新微控制器構(gòu)成的ATmega16單片機(jī)，其工作效率遠(yuǎn)超其他產(chǎn)品。ATmega16單片機(jī)處理速度如此之快是因?yàn)?ATmega16單片機(jī)有強(qiáng)大的控制系統(tǒng)及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，有效的解決了功耗與速度間的矛盾。ATmega16的代碼效率如此之快是因?yàn)槠?AVR有很完善的指令和多個(gè)寄存器，而 ALU繞開其他元件直接和這些寄存器連接，可將一個(gè)指令在同一時(shí)間里發(fā)送至多個(gè)寄存器，加速了其處理速度且相比于其他控制器速度遙遙領(lǐng)先。這種芯片用特殊的存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)，芯片內(nèi)部可通過ISP連接的方式和外部進(jìn)行連接，其外部可通過編程器與其內(nèi)部進(jìn)行編程，甚至可以用該芯片內(nèi)部的特定程序進(jìn)行編程，若想把程序放進(jìn)ApplicationFlashMemory中，可以用內(nèi)部特定程序用接口的方式實(shí)現(xiàn)。RWW的成功操作是因?yàn)槌绦蛟谏?jí)flash時(shí)，flash保證程序還可以正常運(yùn)行。

單片機(jī)ATmega16的p1.0腳實(shí)現(xiàn)了聲光報(bào)警的控制。若報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行工作則說明可燃?xì)怏w濃度或者溫度超過了系統(tǒng)的設(shè)定值。二者任意一個(gè)超過設(shè)定值時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)入工作。而報(bào)警系統(tǒng)的成功工作則需要將p1.0置于低電平，三極管導(dǎo)通運(yùn)作，此時(shí)報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)，揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲，二極管紅燈閃爍來提醒我們注意?？刂破鞯挠布O(shè)計(jì)原理圖如圖2所示。

圖2 控制器硬件設(shè)計(jì)原理圖

1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

晶振是對(duì)晶體振蕩器的另一個(gè)稱呼。晶振電路中將電容、電阻進(jìn)行簡單的組合就可以形成一個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)二端網(wǎng)絡(luò)會(huì)有一個(gè)為諧振低的晶體串聯(lián)諧振、一個(gè)為諧振高的晶體并聯(lián)諧振。這兩個(gè)諧振頻率因?yàn)槠渥陨硖攸c(diǎn)和電感原因會(huì)導(dǎo)致其電感距離極為相近，而晶振因?yàn)槠渌诳臻g的原因變換一個(gè)極小的電感。之后在該電路上添加一個(gè)負(fù)反饋諧振電路就可能形成一個(gè)正弦波晶體振蕩器的線路。因?yàn)榫д裣喈?dāng)于一個(gè)電感，所以在狹窄的空間內(nèi)縱然其它并聯(lián)諧振元件電感頻率發(fā)生極大的變化，其自身也不會(huì)有很大的變化。在單片機(jī)上負(fù)載電容諧振頻率值就是晶振電路中的諧振頻率參數(shù)。

1.2 聲光報(bào)警模塊

單片機(jī)ATmega16的p1.0腳實(shí)現(xiàn)了聲光報(bào)警的控制。若報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行工作則說明可燃?xì)怏w濃度或者溫度超過了系統(tǒng)的設(shè)定值。二者任意一個(gè)超過設(shè)定值時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)入工作。而報(bào)警系統(tǒng)的成功工作則需要將p1.0置于低電平，如圖3所示，三極管導(dǎo)通運(yùn)作，此時(shí)報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)，揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲，二極管紅燈閃爍來提醒我們注意。

圖3 聲光報(bào)警與AD采集模塊

控制器采用的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片為ADC0832(圖3為ADC0832引腳圖)；模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片輸出的分辨高達(dá)256級(jí),可很好地適應(yīng)一般的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換傳感器的要求。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0832有雙線輸出功能可以有效的進(jìn)行數(shù)據(jù)校對(duì)，降低輸出誤差，提高準(zhǔn)確率，同時(shí)該芯片處理數(shù)據(jù)速度迅速且工作狀態(tài)穩(wěn)定。具有單獨(dú)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的電路會(huì)簡化其他連接器和處理器的工作。

1.3 氣體傳感器與溫度傳感器

氣體檢測傳感器要求要有穩(wěn)定的工作狀態(tài)而氣體檢測傳感器MQ-2符合這一標(biāo)準(zhǔn)，MQ-2傳感器有超高的靈敏度和優(yōu)異的穩(wěn)定性，可以準(zhǔn)確地檢測出產(chǎn)生在空氣環(huán)境中的煙霧、液化氣體、甲烷、酒精等有害的氣體,可以直接運(yùn)用該技術(shù)得到各種低成本的傳感器,可以廣泛用于識(shí)別和檢測發(fā)生火災(zāi)的情況。MQ-2氣體傳感器模塊共有6個(gè)引腳(如圖4所示):引腳2接電源VCC,給傳感器提供了加熱電流；引腳4用于控制報(bào)警信號(hào)的輸出。MQ-2控制電路主要包含驅(qū)動(dòng)控制電路,并且還引出了可直接用于溫度測量和控制并提供溫度報(bào)警的功能引腳。

圖4 氣體傳感器與溫度傳感器電路圖

溫度傳感器采用我們所熟悉的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，能夠輸出的信號(hào)是溫度數(shù)據(jù)。在 -55℃～125℃的環(huán)境下該溫度傳感器依然可以穩(wěn)定的工作，再加之其測量穩(wěn)定、 工作狀態(tài)可靠、體積小，在使用中不需要任何其他元件進(jìn)行輔助，因此用它可以組成一個(gè)獨(dú)立的測溫傳感器系統(tǒng)。

1.4 軟件設(shè)計(jì)流程

本次設(shè)計(jì)的程序流程圖如圖5所示，開始系統(tǒng)進(jìn)入初始化，初始化完成之后，溫度傳感器將會(huì)進(jìn)行自動(dòng)檢測，收集檢測環(huán)境的溫度、煙霧等數(shù)據(jù)，接著這些數(shù)據(jù)會(huì)被轉(zhuǎn)換成可識(shí)別的電信號(hào)，用于系統(tǒng)判斷是否需要進(jìn)行報(bào)警程序的啟動(dòng)。如果溫度超過傳感器預(yù)設(shè)的報(bào)警溫度值時(shí),系統(tǒng)就會(huì)立刻發(fā)出報(bào)警,并且顯示屏上也會(huì)自動(dòng)顯示傳感器的溫度和氣體的濃度值。

圖5 軟件流程圖

2 總結(jié)

該設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，分別由以下模塊組成：列車煙霧警報(bào)信號(hào)的采集控制電路、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換控制電路、單片機(jī)控制電路、溫度警報(bào)控制電路、聲光報(bào)警控制電路。本次設(shè)計(jì)的主要元器件采用傳感器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器以及主控制器單片機(jī)ATmega16，由溫度傳感器檢測各個(gè)車廂的溫度及煙霧并上傳至 ATmega16單片機(jī)進(jìn)行處理，并把傳感器監(jiān)測的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和信息處理。實(shí)踐驗(yàn)證此控制器穩(wěn)定好、可靠性高。