基于STC89C52维生环境报警器的设计

江丽，邹波

（湖南高速铁路职业技术学院，湖南衡阳，421002）

1 报警器原理与电路设计

1.1 报警器的设计原理

本次设计高铁维生环境报警器是一个能精确检测高铁运行过程中其高铁车厢 中维生环境有害气体情况，同时有报警系统的检测设备。该设施有五个模板组建 分别为：列车有害气体警报信号的采集控制电路、最小单片机控制系统、CO，CO2,甲醛检测电路、声光报警控制电路。高铁中的甲醛二氧化碳、一氧化碳、湿度和 温度并不是一成不变的。因此说对于车厢内的不同空气指标进行实时的监控是非 常必要的。当车厢内温度相较于正常值较低时，会对电加热器功能进行自动开启，对室内温度进行提高。当空气中二氧化碳、一氧化碳的浓度较高时，会通过Led屏幕的方式对报警信息进行显示，然后高铁乘务人员对空气净化器进行开启。当车厢内的湿度较低时，加湿器会自动开启，对空气湿度进行增加。

本设计主要零部件包括温度传感器和测控器，温度传感器采用 DHT11 温度传 感器、MH-Z19B 二氧化碳传感器、ZE08-CH20甲烷传感器测控系统采用单片机控制器 89C52，LED显示，声光报警器采用三极管c9012驱动。

图1 系统的总体结构方案图

图2 件电路原理图

1.2 DHT11温湿度传感器

本研究中的温湿度数值采集器选择了温湿度数字型传感器dht11，它有效集 成了温湿度传感技术和数字模块采集技术。传感器的组成包括了ntc测温元件和电阻式感湿气件，能够灵活地连接到单片机上。另外也有着较高的性价比，较强的干扰抵抗能力。同时再响应方面也有着脚快的速度，这一产品的封装选择了单 排引脚，因此更加便于使用。Dht11在投放到市场之前，都需要进行非常严密的湿度校准，然后将各方面校准系数在otp内存里进行储存，当运用信号进行检测时，在调用时更加方便。单线串行接口是芯片的主要接口方式，在进行系统集成 过程中，能够更好地和单片机形成作用。另外，其有着较远的传输距离，较低的 功耗。这一传感器没有非常高的精度，相应的就会使得资源得以解省，另外不需 要太多的I/O接口，因此本设计选择了这一传感器。

1.3 气体传感器及其电路设计

ZE08-CH2O甲醛模组具备诸多的功能和优势，在线性输出方面是非常卓越的。 同时也能够补偿温度，抗干扰能力也比较出色，稳定性较强。同时，能够对电压 信号进行模拟，对UART进行提供，有较长的使用寿命，较高的分辨率。因此，在设计中检测甲醛传感器选择了这一器件。

图3 气体传感器电路设计

本研究中选择的二氧化碳传感器是bMH-Z19B串口输出型传感器。这一传感器能够检测0到1万ppm的二氧化碳浓度范围，对于设计要求能够较好的实现。本设计中的co气体传感器选择了电化学一氧化碳ZE16-CO传感器，能够检测的气体范围是0到500ppm，同时具备报警效果，可以根据环境的要求对浓度报警阀值进行设定。以报警状态引脚对高电平进行输出。这一模组能够以窗口的方式 对Co的浓度值进行输出，有着更加精准的探测结果，能够以定量的方式较好的探测一氧化碳。

1.4 单片机最小系统

单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件形成单片机。同时能够保障系统的正常运行。基于52单片机来看，其最低规格的系统通常情况下，包括晶振电路、单片机、复位电路单片机最小系统模块以STC89C52为核心，包含电源供电电路、单片机复位电路、时钟电路。电源电路为5V直流供电，同时也完成对最小系统所有模块的供电。高电平复位对于stc89c52单片机来说比较认可。当系统联通电源之后，电路由电阻r和电容c1组成，并对电流进行充放。按下按钮以后，vcc会通过AI1并到达rst这一芯片的引角，然后以手动的方式复位系统。电容c3、电容c2、晶振xtal组成了时钟电路。在系统中时钟电路所发挥的功能是对工作周期进行提供，在工作时，c2和c3这两个电容发挥的作用就是对干扰进行消除。因为本设计 中选取了12MHz晶振，因此，1/12μs为系统的振荡周期;1μs～4μs为指令周期。

系统的电源由电源电路供给，保障系统能够有效运转。系统的关键部分就是单片机，I/O接口电路、储存器以及微处理器集成了电路芯片，继而使得系统的计算和 控制要求得以满足。在运用超声波对距离进行测量模块中提供了不小于10μs的高电平，基于高电平在回波信号的反应时间，通过定时技术对声波的传播时间t进行精确计算；以温度控制和检测模块对环境温度t进行实时检测，实时补偿气体有效地计算出浓度。以LED控制显示模块对具体的时间进行显示。然后基于所得到的结果对是否需要进行声光报警进行判断，以此类推，进而就能够精确实时检测气体的浓度。

1.5 声光报警器

声光报警器（Audible and visual alarm），是为了满足用户对声光报警器的响度和报警器安装位置的安全性等特殊要求而设计安装的。同时发出了声光报警器的信号。

蜂鸣器和Led构成声光报警器。变压器温度异常时，声光报警，信号灯亮。亮度闪光、报警声音响亮、音调可选。体积小，重量轻。可长时间连续使用，工作可靠、稳定。经久耐用，音量高因此，易于远距离时传递信号音。系统中声光报警模块原理。一个蜂鸣器驱动电路、一个红灯指示电路、一个绿灯指示电路构成了声光报警模块。Vcc和红色和绿色指示灯相连接，然后蜂鸣器的另一端分别以r8电阻和r6电阻的单片机p1.2、p1.1相连，当这两个端口输出的是低电平时，则指示灯亮。一个pnp管运用于风鸣器驱动电路之中，Pnp基极和p1端口相连，当其输出的为高电瓶时，驱动电路会通过蜂鸣器发出蜂鸣声。当液位始终处于合理的范围内时，LED会将相应的数值显示出来，系统绿灯发亮。当这一值超出范围时，蜂鸣器会有声音发出，系统红色指示灯亮。气体浓度的含量会通过LED显示出来，能够对系统的运行状态进行有效指示，进而更好地检测气体的实施浓度。

图4 声光报警模块