作品基于單片機(jī)煙霧報警器64130

1、 DI 、RLED R 1.0 F1 r 1 Pl 尸* _卻 r* i .6 pt _丁 1-tEST Ftxro 尸3口 CTXID F 3. I 尸3 (Tl PS.S (WR F3.B CR.O F3_T XTAL2 ：TA1_1 GFJ U LMU匚二二iu匚1 560 vcc HR2 3K Rl 匸 9K * CM 三22uF Cl 30pF 士齊Y1 1 C2 30pF U1 1 3 4 5 6 7 9 10 1T 12 L： TJ 15 Te 17 18 19 20 PIO Fl.l 4. - p Pl 5 RST CRXD) P3 0 (TXD) P3.1 UNTO) P3

2、2 (1NT1)P3.3 (TO) P3 4 (T1)P3.5 (WR)P3.6 (RD) P3.7 XTAI XTAL1 GHD vac PO.G (ADGJ PO 1 (ADI) P0 2(AD25 P0.3 (ADS) P0.4(AD4J P0.5 (AD習(xí) P0.6(AD6) P0.7 (AD7) EA/VPP ALEJPROG PSEN P2.7(A15) F2.6 (A14J P2.5 (A13) P2.4(A12) P2.3 (All) P22 (AID) P2.1 (A?) P2.0 (朋) VCC 40T 39 38 37 36 35 34 33 32 3T 30 29 28

3、 27 26 25 24 23 22 21 vcc AT89S51 d:oI:蕓u-leb務(wù) 0 3 43333333333222222223 nnnnJnJ il 1=0 a 14 口口 (AO1 FO 2 F=O.3 (AD3 F*O. 5QU 尸O S F=O.S (ZD5 -*0. 7 (AL7 個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用 目錄 摘要 Abstract 1緒論1 1.1概述1 1.2設(shè)計(jì)煙霧報警器地目地及意義1 1.3火災(zāi)報警器地現(xiàn)狀及特點(diǎn)2 1.4火災(zāi)報警器地發(fā)展趨勢3 2系統(tǒng)地總體方案設(shè)計(jì)4 2.1煙霧報警器地工作結(jié)構(gòu)和原理4 2.2煙霧傳感器地選型5 2.2.1煙霧傳感器地介紹5

4、2.2.2 QM-N5半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器8 2.3單片機(jī)地選型9 2.4煙霧報警器地主要功能設(shè)計(jì)12 3系統(tǒng)地硬件電路13 3.1系統(tǒng)電源電路13 3.2 AT89C51地時鐘電路和復(fù)位電路13 3.3信號采集及前置放大電路14 3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路16 3.5聲音報警及消音鍵電路17 3.6字符顯示電路18 3.7狀態(tài)指示燈電路19 3.8安全保護(hù)電路20 3.9報警器故障自診斷電路21 3.10煙霧報警器硬件總電路21 4系統(tǒng)地軟件地設(shè)計(jì)23 4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)及流程圖23 4.2主程序初始化流程圖24 4.3報警子程序設(shè)計(jì)及流程圖24 4.4按鍵輸入設(shè)計(jì)子程序流程圖26 5結(jié)論27

5、 參考文獻(xiàn) 致謝 摘要 隨著社會和經(jīng)濟(jì)地發(fā)展，防火工作越來越重要，但是目前國內(nèi)地許多研發(fā)都 側(cè)重于大型場所地火災(zāi)報警.因此,我們就有必要研制一種結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用 地家庭煙霧報警器以適應(yīng)市場地需求.基于供家庭使用地?zé)熿F報警器應(yīng)該具備地 基本要求和功能,文章設(shè)計(jì)了一種比較適合地?zé)熿F報警器.b5E2RGbCAP 本設(shè)計(jì)以傳感器和單片機(jī)作為煙霧報警器設(shè)計(jì)地核心器件，配合其它器件即 可實(shí)現(xiàn)聲光報警、自動排煙換氣和消防滅火等功能.設(shè)計(jì)中單片機(jī)選用AT89C51 作為控制器件，傳感器選用QM-N5型氣體傳感器實(shí)現(xiàn)對煙霧地檢測.煙霧報警器 主要由煙霧信號采集及前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、顯示

6、 電路、聲光報警電路和安全保護(hù)電路構(gòu)成，設(shè)計(jì)合理、簡單易懂、價格低廉，使 單片機(jī)在煙霧報警系統(tǒng)地控制中得到充分應(yīng)用，具有一定地實(shí)用價值.論文主要 針對煙霧報警系統(tǒng)中地各個組成部分及功能進(jìn)行了詳細(xì)地介紹和說明，并對其主 控電路和外圍設(shè)備電路之間地接口連接方式，以及系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了重點(diǎn)地分 析和講解.plEanqFDPw 關(guān)鍵詞：煙霧報警器；單片機(jī)；傳感器 基于單片機(jī)地?zé)熿F報警器設(shè)計(jì) ht t p: / / www. doci n. com/ p- 218063308. ht ml 基于單片機(jī)地?zé)熿F報警器設(shè)計(jì) 1緒論 1.1概述 單片機(jī)及煙霧傳感器是煙霧報警器系統(tǒng)地兩大核心單片機(jī)好比一個橋梁，

7、聯(lián)系著傳感器和報警電路設(shè)備近幾年來,單片機(jī)已逐步深入應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 各部門及人們生活地各個方面各種類型地單片機(jī)也根據(jù)社會地需求而開發(fā)出來 單片機(jī)是器件級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)際上它是一個微控制器或微處理器由于它功能 齊全,體積小,成本低，因此它可以應(yīng)用到所有電子系統(tǒng)中.同樣,它也可以廣泛應(yīng) 用于報警技術(shù)領(lǐng)域,使各類報警裝置地功能更加完善，可靠性大大提高，以滿足社 會發(fā)展地需要而傳感器作為信息技術(shù)系統(tǒng)地“感官”器件，如果沒有“感官” 感受信息，或者“感官”遲鈍，都難以形成高精度、高速度地控制系統(tǒng)美國曾把 二十世紀(jì)八十年代稱為傳感技術(shù)時代，日本更是把傳感技術(shù)列為十大技術(shù)之首 所以,根據(jù)報警器功能地需要，

8、選擇合適、精確、經(jīng)濟(jì)地?zé)熿F傳感器和單片機(jī)芯 片是至關(guān)重要地.在本論文中地最主要地設(shè)計(jì)是選 AT89C51單片機(jī)和QM-N5半導(dǎo) 體氣體煙霧傳感器為核心器件 DXDiTa9E3d AT89C51單片機(jī)兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng),功能強(qiáng)大,可供許多高性價比地 場合應(yīng)用,能夠靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域.QM-N5半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器在較寬 地濃度范圍內(nèi)對可燃?xì)怏w有良好地靈敏度，壽命長,成本低,非常適用于家庭使用 地氣體泄漏報警器由這兩個核心器件設(shè)計(jì)而成地整個煙霧報警器系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)聲 光報警、報警狀態(tài)字符顯示、換氣扇排煙和噴水滅火等煙霧報警器應(yīng)有地功能， 是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能

9、化地?zé)熿F報警器，具有 一定地實(shí)用價值 RTCrpUDGiT 目前,現(xiàn)代建筑都會有選擇地安裝不同功能地火災(zāi)自動報警系統(tǒng)因?yàn)榛馂?zāi) 自動報警系統(tǒng)是建筑物地神經(jīng)系統(tǒng)，它能夠感受、接收著發(fā)生火災(zāi)地早期信號并 及時報警,發(fā)出警報同時告知用戶和周邊居民它就像是一個個稱職地更夫，給居 住、忙碌或是休息在家庭中地人們以極大地安全感.在火災(zāi)地早期階段，準(zhǔn)確地 探測到火情并迅速報警，對于及時組織有序快速疏散、積極有效地控制火災(zāi)地蔓 延、快速滅火和減少火災(zāi)對居住人群地?fù)p失都具有重要地意義 5PCzVD7HxA 2系統(tǒng)地總體方案設(shè)計(jì) 2.1煙霧報警器地工作結(jié)構(gòu)和原理 煙霧報警器是能夠檢測環(huán)境中地?zé)熿F濃度 ，并具有報警功

10、能地儀器該報警 系統(tǒng)地最基本組成部分應(yīng)包括：信號采集及前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單 片機(jī)控制電路、字 符顯示電路、聲 光報警電路和安全保護(hù) 電路等部分組 成.jLBHrnAlLg 為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場所對可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計(jì)地?zé)熿F報警器 具有顯示報警狀態(tài)、故障自檢、換氣排煙和自動滅火等功能 報警器采用延時地 工作方式,煙霧檢測報警器以AT89S51單片機(jī)為控制核心,選用QM-N5半導(dǎo)體氣 體煙霧傳感器采集煙霧濃度信息，配合外圍電路構(gòu)成煙霧報警系統(tǒng)報警器系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)如圖 2-1. XHAQX74J0X 調(diào)節(jié)閥 A/ D 轉(zhuǎn) 換 煙霧傳感器 換氣扇 數(shù)碼管字符顯示 蜂鳴器 LED狀態(tài)指示

11、燈 圖2-1可燃煙霧報警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 該系統(tǒng)地工作由煙霧信號采集及放大電路將采集到地?zé)熿F濃度信息轉(zhuǎn)化為 放大地模擬電信號.模數(shù)轉(zhuǎn)換電路再將該模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識別地數(shù)字信 號后送入單片機(jī).單片機(jī)對該數(shù)字信號進(jìn)行處理，并對處理后地數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.當(dāng) 輸入A/D轉(zhuǎn)換器地放大信號不為零時 ，啟動報警電路.反之則為正常工作狀 態(tài).LDAYtRyKfE 設(shè)計(jì)中為了方便檢測與監(jiān)控，使儀器測試人員及用戶能夠間接知道環(huán)境中地 煙霧濃度，所以用數(shù)碼管顯示字符來指示報警狀態(tài).系統(tǒng)采用蜂鳴器聲音報警和 LED閃爍狀態(tài)作為警報信號.這種報警方法是在聲音報警基礎(chǔ)上，加入光閃報警. 因?yàn)樽兓毓庑盘柨梢砸鹩脩艉图彝?/p>

12、鄰居地注意，彌補(bǔ)了在嘈雜環(huán)境中聲音報 警地局限,使得報警裝置更加完善.在報警啟動地同時，單片機(jī)控制器還可以控制 調(diào)節(jié)閥噴水滅火和換氣扇排煙動作.Zzz6ZB2Ltk 系統(tǒng)留有繼電器接口 ，使單片機(jī)能夠控制換氣風(fēng)扇和調(diào)節(jié)閥地工作狀態(tài)，讓 系統(tǒng)在報警地同時自動啟動相關(guān)安全裝置.另外由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài) 下工作,溫度越高，反應(yīng)越快，響應(yīng)時間和恢復(fù)時間就越快.為提高響應(yīng)時間，保證 傳感器準(zhǔn)確地、穩(wěn)定地工作，報警器需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個5V地電壓. 為了保證其可靠性，在輸出5V地電壓地同時，進(jìn)行故障監(jiān)測.當(dāng)傳感器加熱絲或 電纜線和傳感器斷線或接觸不良時，進(jìn)行故障報警.以上是根據(jù)報警器應(yīng)具備

13、地 功能，提出地整體設(shè)計(jì)思路.dvzfvkwMI1 2.2煙霧傳感器地選型 煙霧傳感器是測量裝置和控制系統(tǒng)地首要環(huán)節(jié).而煙霧報警器地信號采集由 煙霧傳感器負(fù)責(zé).煙霧傳感器能夠?qū)怏w地種類及其濃度有關(guān)地信息轉(zhuǎn)換為電信 號,根據(jù)這些電信號地強(qiáng)弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中存在地情況有關(guān)地信 息,從而達(dá)到檢測、監(jiān)控、報警地功能.可以說,沒有精確可靠地傳感器，就沒有 精確可靠地自動檢測、控制和報警系統(tǒng).煙霧傳感器作為報警器中不可缺少地核 心器件，它決定了所采集地?zé)熿F濃度信號地準(zhǔn)確性和可靠性.rqyn14ZNXI 圖2-2煙霧傳感器及其結(jié)構(gòu)圖 2.2.1煙霧傳感器地介紹 煙霧傳感器是模擬傳感器.它能將空

14、氣中地?zé)熿F濃度變量轉(zhuǎn)換成有一定對應(yīng) 關(guān)系地輸出信號地裝置.煙霧傳感器就是通過監(jiān)測環(huán)境中煙霧地濃度來實(shí)現(xiàn)火災(zāi) 防范地.當(dāng)煙霧探頭碰到煙霧或某些特定地氣體，煙霧探頭內(nèi)部阻值發(fā)生變化，產(chǎn) 生一個模擬值，從而對其進(jìn)行控制.煙霧傳感器利用煙霧敏感元件地電阻受煙霧 主要是可燃顆粒)濃度影響阻值變化地原理向單片機(jī)發(fā)送煙霧濃度相應(yīng)地模擬 信號.EmxvxOtOco 在智能建筑中對火災(zāi)探測器地應(yīng)用主要以感煙火災(zāi)探測器選用為主.隨著傳 感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得煙霧探 測器地體積也逐漸變小，提高了煙霧探測器地便攜性，更加利于生產(chǎn)、運(yùn)輸和市 場推廣.目前,煙霧傳感器廣泛應(yīng)用在城

15、市安防、小區(qū)、工廠、公司、學(xué)校、家 庭、別墅、倉庫、資源、石油、化工、燃?xì)廨斉涞缺姸囝I(lǐng)域.SixE2yXPq5 在國內(nèi)地產(chǎn)品中，無論哪家生產(chǎn)地?zé)熿F探測器，都可以探測到火災(zāi)地發(fā)生，都 具有比較高地靈敏度，而且在安裝中都比較簡單.但是，由于各生產(chǎn)地設(shè)備不可通 用,獨(dú)立為正，不但不可彼此互相代替，更不可以互相通訊.使得用戶面對眾多廠 家生產(chǎn)地?zé)熿F探測器感到不知所措.而這也正是國內(nèi)產(chǎn)品市場地一個重大缺 陷.6ewMyirQFL 1)煙霧傳感器地分類 從構(gòu)成氣體傳感器材料地形態(tài)上通常將它們分為干式和濕式氣體傳感器.由 于對不同氣體地檢測方法不盡相同，目前主要地方法有：利用半導(dǎo)體氣體器件檢 測地電氣法；使

16、用電極和電解液對氣體進(jìn)行檢測地電化學(xué)法；利用氣體對光地 折射率或光吸收等特性來檢測氣體地光學(xué)法.kavU42VRUs 2)煙霧傳感器應(yīng)滿足地基本條件 一個煙霧傳感器可以是單功能地，也可以是多功能地；可以是單一地實(shí)體， 也可以是由多個不同功能傳感器組成地陣列.但是,任何一個完整地?zé)熿F傳感器 都必須具備以下條件：y6v3ALoS89 (a能選擇性地檢測某種單一煙霧，而對共存地其它煙霧不響應(yīng)或低響應(yīng)； (b對被測煙霧具有較高地靈敏度，能有效地檢測允許范圍內(nèi)地?zé)熿F濃度； (c對檢測信號響應(yīng)速度快，重復(fù)性好； (d長期工作穩(wěn)定性好； (e使用壽命長； （f制造成本低,使用與維護(hù)方便 3）常見地?zé)熿F探測器

17、種類及工作原理 為了確保家庭環(huán)境地安全，需要對各種可燃性氣體、有毒性氣體進(jìn)行檢測但 是,由于煙霧地種類繁多，一種類型地?zé)熿F傳感器不可能檢測所有地氣體，通常只 能檢測某一種或兩種特定性質(zhì)地?zé)熿F例如氧化物半導(dǎo)體煙霧傳感器主要檢測各 種還原性煙霧,如CO、H2、C2H5OH、CH3OH等.固體電解質(zhì)煙霧傳感器主要 用于檢測無機(jī)煙霧，如02、CO2、H2、CI2、SO2等.因此目前使用地?zé)熿F傳感器 有很多種，各自地檢測原理也各不相同，下面就對一些常用地?zé)熿F傳感器進(jìn)行介 紹.M2ub6vSTnP （a半導(dǎo)體煙霧傳感器 半導(dǎo)體氣敏傳感器） 半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作地?zé)熿F傳

18、感器,以及用單晶半導(dǎo)體器件制作地?zé)熿F傳感器半導(dǎo)體煙霧傳感器是利用氣體在 半導(dǎo)體表面地氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化而制成地.按照敏感機(jī)理分 類，半導(dǎo)體煙霧傳感器可分為電阻式和非電阻式當(dāng)半導(dǎo)體接觸到氣體時，半導(dǎo)體 地電阻值將發(fā)生變化，利用傳感器輸出端阻值地變化來測定或控制氣體地有關(guān)參 數(shù)，這種類型地傳感器稱為電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器；當(dāng)MOS場效應(yīng)管在接觸 到氣體時，場效應(yīng)管地電壓將隨周圍氣體狀態(tài)地不同而發(fā)生變化，利用這種原理制 成地傳感器被稱為非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器.OYujCfmUCw 自1962年半導(dǎo)體金屬氧化物煙霧傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響 應(yīng)快、輸出信號強(qiáng)、耐久性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)

19、簡單、體積小、維修方便、價格便宜等諸 多優(yōu)點(diǎn),得到了廣泛地應(yīng)用但是其最大地缺點(diǎn)就是選擇性較差該傳感器己成為 世界上產(chǎn)量最大、使用最廣地?zé)熿F傳感器之一.eUts8ZQVRd （b接觸燃燒式傳感器 當(dāng)易燃煙霧接觸這種被催化物覆蓋地傳感器表面時會發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒 接觸燃燒式氣體傳感器地檢測元件一般為鉑金屬絲也可表面涂鉑、鈀等稀有金 屬催化層），使用時對鉑絲通以電流，保持300T400C地高溫，此時若與可燃性 氣體接觸，可燃性氣體就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲地溫度會上升，鉑 絲地電阻值也上升；通過測量鉑絲地電阻值變化地大小，就知道可燃性氣體地濃 度.使用接觸燃燒式傳感器，其最大地缺點(diǎn)是探頭很

20、容易發(fā)生阻緩和中毒現(xiàn)象一 般在連續(xù)使用兩個月后應(yīng)對該傳感器進(jìn)行維護(hù)這無形中加大了工作人員地工作 量，同時增加了報警器地維護(hù)成本.sQsAEJkW5T （c電化學(xué)傳感器 電化學(xué)傳感器由膜電極和電解液封裝而成.電化學(xué)氣敏傳感器一般利用液體 或固體、有機(jī)凝膠等）電解質(zhì)，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還原產(chǎn)生地 電流，也可以是離子作用于離子電極產(chǎn)生地電動勢.即煙霧濃度信號將電解液分解 成陰陽帶電離子，通過電極將信號傳出.它地優(yōu)點(diǎn)是：反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性 好、能夠定量檢測，但壽命較短（大約兩年 .它主要適用于毒性煙霧檢測.目前國 際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器.GMsIasNXkA （d高分子

21、煙霧傳感器 利用高分子氣敏元件制作地?zé)熿F傳感器近年來得到很大地發(fā)展.高分子氣敏 元件在遇到特定煙霧時，其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速度和頻率、材 料重量等物理性能發(fā)生變化.高分子氣敏元件由于具有易操作性、工藝簡單、常 溫選擇性好、價格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性煙霧 和食品鮮度等方面地檢測中具有重要作用.高分子煙霧傳感器具有對特定煙霧分 子靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)簡單，能在常溫下使用，可以彌補(bǔ)其它煙霧傳感器地 不足.TlrRGchYzg 是其中地一種, 所有地未吸收光全部以最小地擴(kuò)散和損耗被記錄下來.7EqZcWLZNX 由于不同地?zé)熿F吸收不同波長地IR,所以傳感

22、器根據(jù)目標(biāo)煙霧而調(diào)整，典型 應(yīng)用包括測量CO和C02、冷凍劑煙霧和一些易燃?xì)庥捎诜翘細(xì)浠衔镆兹紵?霧（如氫不吸收電磁譜中IR部分地能量，所以這種傳感器可以精確地測量碳?xì)浠?合物，并具有最小地交叉靈敏度，而且不受其它煙霧地腐蝕以及高濃度目標(biāo)煙霧地 影響.lzq7IGfO2E f）離子感煙傳感器 離子感煙傳感器對于火災(zāi)初起和陰燃階段地?zé)熿F氣溶膠檢測非常有效，可測 煙霧粒徑范圍為0.03um-10um.它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅241.由于它能使 兩極板間空氣分子電離為正、負(fù)離子，使電極之間原來不導(dǎo)電地空氣具有導(dǎo)電性 在正常地情況下，內(nèi)外電離室地電流、電壓都是穩(wěn)定地當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，煙霧粒子 進(jìn)入電

23、離室后，電力部分 區(qū)域）地正離子和負(fù)離子被吸附到煙霧粒子上，使正、 負(fù)離子相互中和地概率增加，從而將煙霧粒子濃度大小以電流變化量大小表示出 來，實(shí)現(xiàn)對火災(zāi)參數(shù)地檢測.zvpgeqJ1hk 導(dǎo)體氣敏元件特點(diǎn)： (aSnO2材料地物理、化學(xué)穩(wěn)定性較好，與其他類型氣敏元件相比，SnO2氣 敏元件壽命長、穩(wěn)定性好、耐腐蝕性強(qiáng).HbmVN777sL (bSnO2氣敏元件對氣體檢測是可逆地，而且吸附、脫離時間短，可連續(xù)長 時間使用. (cSnO2氣敏元件結(jié)構(gòu)簡單,成本低,可靠行較高,機(jī)械性能良好. QM-N5氣敏元件地結(jié)構(gòu)和外形如圖2-3所示,由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感層，測量電極和加熱器構(gòu)成

24、地敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成地腔體內(nèi)， 加熱器為氣敏元件提供了必要地工作條件.封裝好地氣敏元件有6只針狀管腳， 其中4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流.QM-N5半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器 適用于天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣、煙霧等地 檢測,對可燃性氣體地CH4 C4H10 H2等)地檢測很理想.這種傳感器在較寬 地濃度范圍內(nèi)對可燃?xì)怏w有良好地靈敏度，能夠檢測多種可燃性氣體，十分適合 應(yīng)用在家庭地氣體泄漏報警器中.是一款便攜式氣體檢測器，非常適合多種應(yīng)用 地低成本傳感器.其技術(shù)指標(biāo)表2-1. V7l4jRB8Hs 表2-1 QM-N5地技術(shù)指標(biāo) 加熱電壓 Vh )AC

25、 或 DC 5 0.2V 回路電壓Vc) 最大 DC 24V 負(fù)載電陰vRI) 2K Q 清潔空氣中電阻Ra) 2000 KQ 靈敏度 4(在 1000ppmC4H10 中 響應(yīng)時間(trec 10S 恢復(fù)時間(trec 30S 元件功耗 0.7W 檢測范圍 5010000ppm 使用壽命 2年 由于物理量和測量范圍地不同，傳感器地工作機(jī)理和結(jié)構(gòu)就不同.通常煙霧 傳感器輸出地電信號是模擬信號 已有許多新型傳感器采用數(shù)字量輸出)當(dāng)信 號地數(shù)值符合A/D轉(zhuǎn)換器地輸入等級時，可以不用放大器放大；當(dāng)信號地數(shù)值不 符合A/D轉(zhuǎn)換器地輸入等級時,就需要放大器放大所以QM-N5半導(dǎo)體氣體煙霧 傳感器要想把采

26、集到地?zé)熿F濃度模擬信號傳送給單片機(jī)控制器就必須經(jīng)過放大 器進(jìn)行放大處理，之后才能將模擬信號經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可以識別地電信號 給單片機(jī).83ICPA59W9 設(shè)計(jì)時應(yīng)注意，氣敏元件開機(jī)通電時，其內(nèi)阻很小，但經(jīng)過一段時間后，才能 恢復(fù)到原來地穩(wěn)定狀態(tài)因此,QM-N5氣體傳感器需開機(jī)預(yù)熱幾分鐘，才可投入使 用，以免造成誤報.mZkklkzaaP 2.3單片機(jī)地選型 單片機(jī)是煙霧自動報警系統(tǒng)地心臟，用來接收火災(zāi)信號并啟動報警裝置顯示 和執(zhí)行相應(yīng)地保護(hù)和消防動作在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)地控制功能中，需要單片機(jī)有較快 地運(yùn)算速度，使檢測人員和用戶在報警器系統(tǒng)正常工作時能夠及時地觀測到實(shí)時 地?zé)熿F濃度等級，并進(jìn)

27、行相應(yīng)處理同時,在能夠滿足報警器系統(tǒng)設(shè)計(jì)地計(jì)算速度 及接口功能要求地同類型單片機(jī)中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧地機(jī)型，在 保證了報警器地精確性、可靠性及抗干擾性地基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體 積.AVktR43bpw 單片機(jī)作為最典型地嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件由于其 微小地體積和極低地成本，開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開發(fā)工具和編 程語言也大大簡化，因此被廣泛應(yīng)用于家用電器、機(jī)器人、儀器儀表、工業(yè)控制 單元、辦公自動化設(shè)備以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要地智能化工 具.由于MCSS列單片機(jī)集成了幾乎完善地中央處理單元，處理功能強(qiáng)，中央處理 單元中集成了方便靈

28、活地專用寄存器，這給我們利用單片機(jī)提供了極大地便 禾. ORjBnOwcEd 由于單片機(jī)技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越廣泛地應(yīng)用，世界上許多集成電路 生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型地單片機(jī)，在單片機(jī)家族地眾多成員中,MCS系列 單片機(jī)以其優(yōu)越地性能、成熟地技術(shù)及高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工 業(yè)測控和自動化工程應(yīng)用地主要市場，成為國內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中地主流.其 中,51系列單片機(jī)地優(yōu)點(diǎn)是價錢便宜,I/O 口多，程序空間大.因此，測控系統(tǒng)中， 使用51系列單片機(jī)是最理想地選擇,因此設(shè)計(jì)采用AT89C512MiJTy0dTT 1) AT89C51功能特性概述 目前市面上使用地比較普遍地 51系列單片

29、機(jī)是 AT89C51.AT89C51是美國 ATMEL公司生產(chǎn)地低電壓,高性能CMOS位單片機(jī),片內(nèi)含4k bytes地可反復(fù)擦 寫地只讀程序存儲器vPERO)和128 bytes地隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器RAM ,器件 采用ATMEI公司地高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn),兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng),片內(nèi)置通用8位中央處理器與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 (b4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器 (c1000次擦寫周期 (d全靜態(tài)操作：0Hz 24MHz (e三級加密程序存儲器 (f128 X 8字節(jié)內(nèi)部 RAM (g32個可編程I /0口線 (h2個16位定時/計(jì)數(shù)器 (i6個中斷源 (j可編

30、程串行UART通道 (k低功耗空閑和掉電模式 P1.0IZ 1 40 P1J匚 2 39 P12IZ 3 3S 円3匚 4 37 P1.4C 5 36 P1.5L 6 35 P1JB 匚 7 34 P1.7E 3 33 RST匚 0 32 |F?XD)r3.0L W 31 (TXD) P3.1 匚 11 30 l 12 加 (NTi)P3.3C 13 28 (TO IP3.4 匚 14 27 (T1JP3j5E 15 26 (WRhP3.6 匚 1fi 35 (更FP3H匚 17 24 XTA匚 W 33 XTAL1 匚 10 22 GN D匚 20 21 JVCC hi n氈叫 P0 1 P

31、O.2D2 PO.3AD3) HP0.4 WD對 PD.5 JEA/VPP ALDPRtJG jPsEh P2 7(A15) P2.0 (A14) P2.5(A13) JP2.A (A12) P2.3(A11) P2.2A1D) P? I (A&j P2.n fAB) 圖2-4AT89C51地引腳排列圖 AT89C51單片機(jī)提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器,128字節(jié) 內(nèi)部RAM,32個I /O 口線,兩個16位定時/計(jì)數(shù)器,一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu), 一個全雙工串行通信口 ,片內(nèi)振蕩器及時鐘電路.同時,AT89C51可降至0Hz地靜 態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選地節(jié)電工作模式空

32、閑方式停止CPU地工作,但 允許RAM定時/計(jì)數(shù)器,串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作.掉電方式保存RAM中 地內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù) 位.uEh0U1Yfmh IAg9qLsgBX 時鐘源 2) AT89C51地內(nèi)存空間 )4K字節(jié) 64K8字節(jié). 2S3字節(jié). 64K字節(jié). 1、 內(nèi)部程序存儲器 外咅震序存儲器R 3、內(nèi)部數(shù)電路儲器 外部數(shù)據(jù)存儲器 2、 4、 圖2-5AT89C51單片機(jī)地基本組成圖 FLASH OM ) RAM ) RAM ) 表 CPU T0 T1 128B RAM 4 KB ROM 兩個16位 定時0計(jì)數(shù) 器 2程序 存儲器地 6*

33、J 系統(tǒng)總線 d 8 / 25 u1 r 總線控制并行端口串行端口 ft 0 0 0 0000H 上電或復(fù)位入口地址 0003H 外部中斷0入口地址 000BH 定時器T0中斷入口地址 0013H 外部中斷1入口地址 001BH 0023H 定時器T1中斷入口地址 串口中斷入口地址 FFH 80H 7FH 0011 FFFFH“ 內(nèi)胡28BytelLM 欝竦功能寄存器 個SFR) 000叫 外部RAM 64 KB) 在上述事件發(fā)生時，PC指針獲得固定地地址，然后CPU執(zhí)行PC指針?biāo)傅?址單元內(nèi)地程序 圖2-6AT89C51地存儲器結(jié)構(gòu) 2.4煙霧報警器地主要功能設(shè)計(jì) 報警器正常工作時，傳感器

34、送來地?zé)熿F濃度對應(yīng)地微小地電壓信號經(jīng)過放大 電路放大,轉(zhuǎn)化成較大地模擬電壓信號后送入A/D轉(zhuǎn)換器,然后再送給AT89C51 單片機(jī)處理.WwghWvVhPE 當(dāng)單片機(jī)檢測到輸入ADC0809地放大信號不為零時,系統(tǒng)啟動報警報警 時丄ED紅燈點(diǎn)亮并持續(xù)閃爍60min,蜂鳴器啟動并持續(xù)鳴叫60min,LED數(shù)碼管顯 示符號“ T ,并且換氣扇自動運(yùn)行，以達(dá)到改善環(huán)境中地空氣質(zhì)量地目地同時， 若自來水或家庭儲水管道有水，則單片機(jī)調(diào)用延時子程序，經(jīng)延時600s由單片機(jī) 通過繼電器控制調(diào)節(jié)閥進(jìn)行噴水滅火動作否則,報警系統(tǒng)只能啟動聲光報警和 換氣扇自動排煙功能而無法進(jìn)行滅火動作反之，報警器不發(fā)出警報丄ED

35、狀態(tài)指 示燈綠燈常亮且不閃爍，數(shù)碼管不顯示字符，蜂鳴器不發(fā)出聲響.asfpsfpi4k 為了區(qū)別正常地工作地報警，在誤報警和不正常地工作狀態(tài)警報時丄ED數(shù) 碼管顯示符號“ 0”，蜂鳴器聲音報警持續(xù)30min,同時LED黃燈點(diǎn)亮且閃爍 30min,以提醒用戶檢查傳感器或者電路連線情況，及時排除故障，保證安全.另外, 系統(tǒng)還設(shè)有一個消音功能地按鍵，當(dāng)報警器發(fā)出鳴叫時，用戶到達(dá)現(xiàn)場，可按下按 鍵消音鍵)停止報警器鳴叫若過一點(diǎn)時間濃度仍超出報警限，報警器會再次鳴 叫提醒用戶.ooeyYZTjj1 上述中地聲光警報、顯示和執(zhí)行動作能夠根據(jù)煙霧檢傳感器所檢測到地?zé)?霧濃度地信號變化,隨單片機(jī)控制電路及時地

36、做出相應(yīng)調(diào)整而改變.BkeGuInkxI 3系統(tǒng)地硬件電路 3.1系統(tǒng)電源電路 任何電子設(shè)備都需要穩(wěn)定地直流電源供電，直流穩(wěn)壓電源是將交流電壓轉(zhuǎn)換 成穩(wěn)定地直流電壓地設(shè)備.一般直流穩(wěn)壓電源是由電源變壓器、整流電路、濾波 電路和穩(wěn)壓電路四部分組成.其組成方框圖如圖3-1所示.PgdO0sRIMo 電源變壓器地作用是，改變電網(wǎng)地交流電壓地大小，將220V、50Hz地市電進(jìn) 行降壓，使變壓器地副邊輸出地交流電壓符合設(shè)計(jì)要求.然后利用二極管地單向?qū)?通性,將交流電壓變換為單方向地脈沖直流電壓，再利用電容儲能元件組成地濾波 電路，將脈動大地直流電壓處理成平滑地脈動小地直流電壓，即將整流電路輸出地 脈動直

37、流電壓中地交流成分濾掉，只留下比較平滑地直流電壓，最后利用集成穩(wěn)壓 器W7805，讓電源電路地輸出電壓穩(wěn)定為 5V,以此作為系統(tǒng)各個部分電路地電源 以下是本設(shè)計(jì)所米用地電源電路圖.h8c52WOngM J1 2 - 1 - C0N2 L.-:- V 20 2 pLJ- 240 R15 BRIDGE 4 00uF C4 二 Dz VINVOUT GND IC6 C5 0.33uF 3 W7805 2 5V C6 0.1uF 圖3-2系統(tǒng)電源電路圖 3.2AT89S51地時鐘電路和復(fù)位電路 1）時鐘電路： AT89S51單片機(jī)芯片內(nèi)部設(shè)有一個由反向放大器構(gòu)成地振蕩器，XTAL1和 XTAL2分別為

38、振蕩電路地輸入端和輸出端，時鐘可由內(nèi)部或外部生成,在XTAL1 和XTAL2引腳上外接晶體振蕩器 丫,內(nèi)部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩系統(tǒng)采用 地定時元件為石英晶體和電容組成地并聯(lián)諧振回路晶振頻率選擇12MHZ,C1 C2地電容值取30pF,電容地大小起頻率微調(diào)地作用.時鐘電路如圖3-3. v4bdyGious 圖3-3時鐘電路和復(fù)位電路圖 2）復(fù)位電路： 單片機(jī)有多種復(fù)位電路，本系統(tǒng)采用自動復(fù)位 IN0IN7是8路模擬信號輸入端 D曠D7是8位數(shù)字量輸出端. (2A,B,C分別是ALE控制8路模擬通道切換，A,B,C分別與三根地址線或數(shù) 字線相連,三者編碼對應(yīng)8個通道地址口 .C,B,A=000

39、111分別對應(yīng)IN0IN7 通道地址.Kp5zH46zRk (30E,START,CLK,E0(為控制信號端，0E為輸出允許端，START為啟動信號 端CLOCKS時鐘信號輸入端,EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號端.Yl4HdOAA61 (4Vref(+和Vref(-為參考電壓輸入端. ADC0809雖然有8路模擬通道可以同時輸入 8路模擬信號，但每個瞬間只能 轉(zhuǎn)換一路,各路之間地切換由軟件變換通道地址實(shí)現(xiàn)地址鎖存與譯碼電路完成 對A、B、C 3個地址位進(jìn)行鎖存和譯碼,其譯碼輸出用于通道選擇,其轉(zhuǎn)換結(jié)果 通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連.ch4PJx4BII Dn 數(shù) 字 出

40、圖3-6ADC0809引腳圖和內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖 A/D轉(zhuǎn)換后得到地數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理.數(shù)據(jù)傳送地關(guān)鍵問題 是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換地完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送.設(shè)計(jì)中采用中 斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送.qd3YfhxCzo 擴(kuò)展中地址鎖存器使用74LS373.74LS373是八D鎖存器,常應(yīng)用在地址鎖存 及輸出口地擴(kuò)展中.其主要特點(diǎn)在于：控制端 G為高電平時,輸出Q(Q7跟隨輸 入信號D(D7地狀態(tài)。G下跳沿時，D0D7地狀態(tài)被鎖存在 Q(Q7上.由于 ADC0809內(nèi)無時鐘,可利用AT89C51提供地地址鎖存允許信號 ALE經(jīng)D觸發(fā)器 二分頻后獲得,ALE腳地頻率是AT89C51單

41、片機(jī)地時鐘頻率地1/6.由于單片機(jī)頻 率采用6MHz則ALE腳地輸出頻率為1MHz在經(jīng)二分頻后為500kHz,恰好符合 ADC0809對時鐘頻率地要求.由于ADC0809具有輸出三態(tài)鎖存器,因此其8位數(shù) 據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連.E836L11DO5 如圖3-7所示,在單片機(jī)擴(kuò)展連接 ADC0809電路中,地址譯碼引腳A、B、C 分別與地址總線地低三位 A0,A1,A2相連,以選通IN0IN7中地一路.將P2.7 地址總線A15)作為片選信號,在啟動A/D轉(zhuǎn)換時,由單片機(jī)地寫信號和P2.7控 制ADC地地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動，由于ALE和START連在一起，因此ADC0809在鎖 存通道地址

42、地同時，啟動轉(zhuǎn)換.在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，用低電平地讀信號和 P2.7腳 經(jīng)一級或非門后，產(chǎn)生地正脈沖作為 0E信號,用以打開三態(tài)輸出鎖存器.轉(zhuǎn)換結(jié) 束信號EOC經(jīng)反向后送到單片機(jī)地/INTO引腳,單片機(jī)讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果并將結(jié) 果送P1端口顯示.S42ehLvE3M 21 13 12 15 14 31 19 18 17 ,P10 P00 ,P11 P01 ,P12 P02 ,P13 P03 ,P14 P04 ,P15 P05 ,P16 P06 ,P17 P07 INT1 P20 INT0 P21 P22 .T1 P23 ,T0 P24 P25 ,EA/Vp P26 P27 ，X1 X2 RESET

43、 RXD TXD RD ALE/pi WR- PSEN IC1 39 36 35 21 22 23 AT89C5 1 38 37 32 | OC C 1Q 2Q 1D 3Q 2D 4Q 3D 5Q 4D 6Q 5D 7Q 6D 8Q 7D 8D IC3 2 5 3 74LS373 4 7 1 8 1 1 1 18 16 19 ,msb 2-1 IN-0 2-2 2-3 IN-1 .2-4 2-5 IN-2 2-6 .2-7 IN-3 .lsb2-8 IN-4 .EOC IN-5 ADD-A ,ADD-B IN-6 .ADD-C IN-7 .ALE ENABLE ref(-) ,START E

44、CLOCK ref(+) IC4 19 15 7 25 24 23 22 9 10 ADC0809 18 8 27 28 16 12 IC5A:1 25 26 27 28 10 11 74ALS0 2 74ALS0 2 IC5B:1 C6:1 5 D Q 1 2 b CLK Q 401 3 IC5C:1 74ALS0 2 圖3-7ADC0809與單片機(jī)地接口電路圖 3.5聲音報警及消音鍵電路 電路通過三極管基極串連一個電阻與單片機(jī) P2.3端口連接從而達(dá)到控制蜂 鳴器是否報警.報警裝置采用電磁式無源蜂鳴器 HC-12075-B其參數(shù)特點(diǎn)如下： 501nNvZFis 額定電壓 額定電流 聲壓電平

45、 諧振頻率 線圈電阻 1.5V =10mAr =75 =85 2048Hz 6.5 1Q 60 2Q 重 量：1.5g 系統(tǒng)設(shè)有一個消音按鍵，當(dāng)報警器發(fā)出鳴叫時，用戶到達(dá)現(xiàn)場，可按下消音按 鍵停止報警器鳴叫.若過一點(diǎn)時間濃度仍超出報警限，報警器會再次鳴叫提醒用 戶.jW1viftGw9 圖3-8聲音報警電路圖 圖3-9消音按鍵連接電路圖 3.6字符顯示電路 報警器濃度等級顯示采用一個八段共陽極數(shù)碼管顯示由于不顯示小數(shù)點(diǎn)， 所以不接dp段.8段LED數(shù)碼管字符顯示與比劃編碼對應(yīng)關(guān)系如表 3-1所 示.xSODOYWHLP 表3-18段共陽極LED數(shù)碼管顯示字符與比劃編碼對應(yīng)表 數(shù)字 dp g f

46、 e d c b a 編碼 0 x1000000 COH 1X 1111001 F9H 電路采用型號為CPS08011B地光普牌LED共陽極數(shù)碼管.其參數(shù)特點(diǎn)如下： 大 ?。?.8 寸 顯示方式：靜態(tài)顯示 顯示顏色：紅色 顯示位數(shù)：1位 3.7狀態(tài)指示燈電路 5V R9 -F 470 Q R10 -T 470 Q R11 4 470 Q 紅燈 LED2 黃燈 LED3 綠燈 制 LED1 P2.6 P2.5 P2.4 圖3-11指示燈電路圖 綠燈常亮表示正常狀態(tài)，環(huán)境中可燃煙霧濃度極低；黃燈閃爍表示傳感器連 接故障或是線路接觸不良；紅燈閃爍表示環(huán)境中煙霧濃度超過報警最低預(yù)設(shè)值 提醒用戶盡快做出

47、相應(yīng)安全防范措施.LOZMklqlOw 3.8安全保護(hù)電路 在安全保護(hù)電路中，繼電器 電磁繼電器）是否動作是保護(hù)動作是否執(zhí)行地 唯一條件.當(dāng)被檢測到地現(xiàn)場煙霧濃度達(dá)到給定裝置所設(shè)定地報警預(yù)設(shè)值時，繼 電器KA1動作，自動換氣風(fēng)扇啟動.此時,單片機(jī)調(diào)用延時子程序，經(jīng)延時600s后, 繼電器KA2動作，調(diào)節(jié)閥打開同時灑水滅火.ZKZUQsUJed J2 CON2 圖3-12繼電器連接及控制電路圖 繼電器地工作原理是利用低壓控制電路來控制高壓工作電路.在繼電器地輸 入回路中，當(dāng)流經(jīng)線圈地電流變化時，線圈會產(chǎn)生自激電壓來抑制電流地變化，線 圈中地電流變化越快，所產(chǎn)生地電壓越高.所以在設(shè)計(jì)中，單片機(jī)驅(qū)動繼電器時， 需要并聯(lián)一個二極管，利用二極管地反向擊穿能力，來消除自激電壓，達(dá)到穩(wěn)定線 圈電壓和保護(hù)晶體管地目地.當(dāng)晶體管C8550由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r,流經(jīng)繼電器線 圈地電流將迅速減小，這時線圈會產(chǎn)生很高地自感電動勢與電源電壓疊加后加在 晶體管地c、e兩極間,會使晶體管擊穿，繼電器并聯(lián)上二極管后，即可將線圈地 自感電動勢鉗位于二極管地正向?qū)妷?/p>