煙霧檢測(cè)報(bào)警器畢業(yè)論文

1、北京科技大學(xué)天津?qū)W院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要隨著“信息時(shí)代”的到來，作為獲取信息的手段傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對(duì)其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。 為了提高對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)和了解，尤其是對(duì)煙霧傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。本文利用單片機(jī)結(jié)合傳感器技術(shù)而開發(fā)設(shè)計(jì)了這一煙霧監(jiān)控系統(tǒng)。 本論文以電阻式煙霧傳感器和單片機(jī)技術(shù)為核心并與其他電子技術(shù)相結(jié)合， 設(shè)計(jì)出一種技術(shù)水平較好的煙霧報(bào)警器。其中選用MQ-2型

2、半導(dǎo)體可燃?xì)怏w敏感元件煙霧傳感器實(shí)現(xiàn)煙霧的檢測(cè)，具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格低廉，使用壽命長(zhǎng)。以AT89S52單片機(jī)和MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器為核心設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能 穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的煙霧報(bào)警器。具有一定的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：傳感器 ，報(bào)警器 ，單片機(jī)AbstractWhile “information age” the arrival, obtained the remarkable progress as the gain information method - - sensor technology, its applic

3、ation domain is more and more widespread, is more and more high to its request, the demand is more and more urgent.The sensor technology has become weighs one of national science and technology level of development important symbols.Therefore, understood and grasps each kind of sensor the basic stru

4、cture, the principle of work and the characteristic is extremely important.In order to enhance to the sensor understanding and the understanding, in particular to the smog sensor thorough research as well as its usage and the use, based on practical, widespread and the model principle has designed t

5、his system.This article used the monolithic integrated circuit union sensor technology to develop has designed this smog supervisory system.。The present paper take leaves the minor smog sensor and the monolithic integrated circuit technology unifies as the core and with other electronic technology,

6、designs one kind of technical level good smog alarm apparatus.In which selects the 2M007 semiconductor resistance type smog sensor realization smog the examination, has the sensitivity high, responds, the antijamming ability quickly strong and so on the merits, moreover the price is inexpensive, the

7、 service life is long.Key word: Smog, alarm apparatus, sensor-2-目錄摘要1Abstract2引 言11 概述21.1 系統(tǒng)概述21.2 發(fā)展趨勢(shì)21.3現(xiàn)狀及特點(diǎn)32 煙霧檢測(cè)報(bào)警器的方案設(shè)計(jì)32.1煙霧檢測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)思路32.2煙霧傳感器的選型32.2.1煙霧傳感器介紹42.2.2煙霧傳感器的選定62.2.3 MQ-2型煙霧傳感器的工作原理72.2.4 MQ-2型傳感器的特性及主要技術(shù)指標(biāo)103 煙霧檢測(cè)報(bào)警器整體設(shè)計(jì)方案113.1煙霧檢測(cè)報(bào)警器原理113.2單片機(jī)的選型123.2.1 AT89S52 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)123.2.

8、2 AT89S52 單片機(jī)的功能123.3 ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換電路163.4單片機(jī)外圍接口電路193.5 信號(hào)處理電路203.6 A/D轉(zhuǎn)換模塊203.7 聲音報(bào)警電路223.8 數(shù)碼管顯示電路2239 狀態(tài)指示燈電路234 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)244.1 主程序流程244.2 報(bào)警流程24結(jié) 論26參考文獻(xiàn)27附 錄A28附 錄B28附 錄C28致謝38引 言 火災(zāi)是可燃物在時(shí)間或空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害，是威脅公眾安全和社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一?；穑诮o人類帶來文明進(jìn)步、光明和溫暖的同時(shí)也在其失去控制之時(shí)給人類造成了巨大的災(zāi)難。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)70年代火災(zāi)平均損失不到2.5億元，80年代火災(zāi)

9、平均損失接近3.2億元。進(jìn)入90年代，特別是1993年以來，火災(zāi)造成的直接損失上升到年均十幾億元，年均死亡2000多人。嚴(yán)峻的事實(shí)證明，隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)財(cái)富日益增加，火災(zāi)給人類、社會(huì)和自然造成的危害范圍不斷擴(kuò)大，它不僅毀壞物質(zhì)財(cái)產(chǎn)，造成社會(huì)秩序的混亂，還直接威脅生命安全，給人們的心靈造成極大的傷害。殘酷的現(xiàn)實(shí)讓人們逐漸認(rèn)識(shí)到監(jiān)控預(yù)警和消防工作的重要性，良好的監(jiān)控系統(tǒng)和及時(shí)的報(bào)警機(jī)制可以大大降低人員的上網(wǎng)，為社會(huì)減少不必要的損失。隨著電子產(chǎn)品在人類生活中的使用越來越廣泛，由此引起的火災(zāi)也越來越多，在我們生活的四周到處潛伏著火災(zāi)隱患。智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)已并非傳統(tǒng)意義上的簡(jiǎn)單的報(bào)警設(shè)備，而

10、是融入了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器的應(yīng)用等各領(lǐng)域知識(shí)。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)必將得到更快的發(fā)展。1 概述1.1 系統(tǒng)概述隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的生活節(jié)奏越來越快，各種生活工具在中也廣泛被應(yīng)用，由此引發(fā)的火災(zāi)也越來越多，在我們生活中潛伏的火患也越來越多。為了最大限度保障生命財(cái)產(chǎn)安全，必須在火災(zāi)發(fā)生的第一時(shí)間內(nèi)滅火，所以必須嚴(yán)格按照國(guó)家要求設(shè)計(jì)和完善火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，最大限度減少社會(huì)財(cái)富得損失。本文主要介紹基于單片機(jī)原理的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組成、工作方式和簡(jiǎn)單制作方法。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠通過溫度感應(yīng)器收集現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)，傳入單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行判定，對(duì)發(fā)生火災(zāi)的地方進(jìn)行揚(yáng)聲

11、器自動(dòng)報(bào)警。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉，具有一定的實(shí)用價(jià)值 。1.2 發(fā)展趨勢(shì)二十多年前，中國(guó)的消防報(bào)警產(chǎn)品剛剛起步，無論產(chǎn)品技術(shù)含量、產(chǎn)品系列完整性、使用性，還是社會(huì)影響程度都是相當(dāng)?shù)偷?。?guó)外的產(chǎn)品和品牌一統(tǒng)天下，占領(lǐng)中國(guó)的大部分市場(chǎng)。由于中國(guó)的建設(shè)正在飛速發(fā)展，市場(chǎng)大的驚人，難道這由中國(guó)發(fā)展帶來的成果只能由外國(guó)企業(yè)來瓜分？可幸的是中國(guó)企業(yè)抓住了機(jī)遇，頂住了挑戰(zhàn)，先是一批國(guó)家的科研院所，后是一批國(guó)營(yíng)企業(yè)、民營(yíng)企業(yè)，業(yè)內(nèi)也吸引和凝聚一大批國(guó)內(nèi)的技術(shù)和管理精英，花了十多年時(shí)間，通過幾次產(chǎn)品更新?lián)Q代，就使自己的產(chǎn)品緊緊跟上了國(guó)際水平，并且奪回了大部分國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，使得現(xiàn)在大多國(guó)外產(chǎn)品只有

12、招架之功，這是典型的自力更生，走自己的路。當(dāng)然目前而言，我們基本占據(jù)的是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，對(duì)外還剛啟動(dòng)。中國(guó)企業(yè)正虎視眈眈，準(zhǔn)備進(jìn)軍海外市場(chǎng)。目前，國(guó)外準(zhǔn)備研發(fā)一個(gè)集安防、消防、醫(yī)療救護(hù)為一體的安全保障行業(yè)。其中圖像技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)、生物識(shí)別技術(shù)、國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在該系統(tǒng)中得到廣泛深入的應(yīng)用。世界各國(guó)也都在積極研發(fā)和開發(fā)能早期預(yù)報(bào)火災(zāi)的火災(zāi)探測(cè)方法和設(shè)備，如利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所具有的自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)等特點(diǎn)，來組成智能火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，大大提高火災(zāi)探測(cè)的準(zhǔn)確性，增進(jìn)系統(tǒng)的可靠性。1. 3現(xiàn)狀及特點(diǎn)消防報(bào)警產(chǎn)品是一個(gè)系列產(chǎn)品，包括火災(zāi)探測(cè)設(shè)備、信息傳輸設(shè)備、報(bào)警分析控制器、消防控制聯(lián)動(dòng)。是物理傳感技術(shù)、自動(dòng)控制、計(jì)

13、算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸和管理、智能樓宇等技術(shù)的綜合集成，屬于高新技術(shù)。依托中國(guó)多年的基本建設(shè)的發(fā)展，這個(gè)行業(yè)也得到發(fā)展，具備了和國(guó)外知名企業(yè)抗衡的能力。在目前中國(guó)許多冠名以高新技術(shù)的行業(yè)中，中國(guó)企業(yè)大多做的是下游的制造和服務(wù)，分取極少一部分的利潤(rùn)，象消防報(bào)警產(chǎn)品那樣又擁有自我知識(shí)產(chǎn)權(quán)，又擁有大量市場(chǎng)的行業(yè)其實(shí)是很少的。在消防報(bào)警產(chǎn)品的技術(shù)含量上，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品和國(guó)外產(chǎn)品差距不是很大，許多指標(biāo)已經(jīng)超越，存在的問題是：類似于國(guó)外消防報(bào)警產(chǎn)品的大批量規(guī)?；纳a(chǎn)才剛起步，有待于積累經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)；也因此在產(chǎn)品一致性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性上有一些差距；國(guó)內(nèi)正在形成權(quán)重的大型企業(yè)和集團(tuán)，這樣可以帶領(lǐng)國(guó)內(nèi)的各家企業(yè)去沖擊海外市場(chǎng)

14、，并最終占領(lǐng)海外的消防報(bào)警市場(chǎng)。-38-2煙霧檢測(cè)報(bào)警器的方案設(shè)計(jì)2.1煙霧檢測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)思路煙霧檢測(cè)報(bào)警器是能夠檢測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度，并具有報(bào)警功能的儀器，儀器的最基本組成部分應(yīng)包括：煙霧信號(hào)采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路。煙霧信號(hào)采集電路一般由煙霧傳感器，將煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路ADC0832將從煙霧檢測(cè)電路送出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行 濾波處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是否大于或等于某個(gè)預(yù)設(shè)值(也就是報(bào)警限)，如果大于則啟動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警聲音，反之則為正常狀態(tài)。2.2煙霧傳感器的選型 煙霧傳感器屬于氣敏傳感

15、器，是氣-電變換器，它將可燃性氣 體在空氣中的含量(即濃度)轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換電路 將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度 處理及報(bào)警控制等工作。傳感器作為煙霧檢測(cè)報(bào)警器的信號(hào)采集部分，是儀表的核心組成部分之一。由此可見，傳感器的選型是非常重要的。2.2.1煙霧傳感器介紹(1)煙霧傳感器的分類 煙霧傳感器種類繁多，從檢測(cè)原理上可以分為三大類： (a)利用物理化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如半導(dǎo)體煙霧傳感器、接觸燃 燒煙霧傳感器等。 (b)利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導(dǎo)煙霧傳感器、光干涉煙霧傳 感器、紅外傳感器等。 (c)利用電化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如電流

16、型煙霧傳感器、電勢(shì)型氣 體傳感器等。(2)煙霧傳感器應(yīng)滿足的基本條件 一個(gè)煙霧傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實(shí)體，也可以是由多個(gè)不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個(gè)完整的煙霧傳感器都必須具備以下條件： (a)能選擇性地檢測(cè)某種單一煙霧，而對(duì)共存的其它煙霧不響應(yīng)或低 響應(yīng)； (b)對(duì)被測(cè)煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測(cè)允許范圍內(nèi)的煙霧 濃度；(c)對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好；(d)長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性好； (e)使用壽命長(zhǎng)； (f)制造成本低，使用與維護(hù)方便。(3)常見煙霧傳感器簡(jiǎn)介 (a)半導(dǎo)體煙霧傳感器半導(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的煙霧傳

17、感器，以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器。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(hào)強(qiáng)、耐久性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的煙霧傳感器之一。按照敏感機(jī)理分類，可分為電阻型和非電阻型。 (b)固體電解質(zhì)煙霧傳感器 固體電解質(zhì)煙霧傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料作為氣敏元件，其原理是利用氣敏材料在通過煙霧時(shí)產(chǎn)生電阻，測(cè)量其形成電動(dòng)勢(shì)從而測(cè)量氣體濃度。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣 泛的應(yīng)用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，其產(chǎn)量?jī)H次于半導(dǎo)體煙霧傳感器的一類傳感器。但這種

18、傳感器制造成本高，檢測(cè)煙霧范圍有限，在檢測(cè)環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢(shì)。 (c)接觸燃燒式傳感器 當(dāng)易燃煙霧接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時(shí)會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒，故得名接觸燃燒式傳感器。接觸燃燒式煙霧傳感器的檢測(cè)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(shí)將鉑絲通電，保持300°C400°C的高溫，此時(shí)若與煙霧接觸，煙霧就會(huì)在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會(huì)上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測(cè)量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道煙霧的濃度。 (d)高分子煙霧傳感器 利用高分子氣敏材料制作的煙霧傳感器近年來得到很大的發(fā)展。高分子氣敏材料在遇到特定煙霧時(shí)，其電阻、介電

19、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。高分子氣敏材料由于具有易操 作性、工藝簡(jiǎn)單、常溫選擇性好、價(jià)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的檢測(cè)中具有重要作用。高分子煙霧傳感器具有對(duì)特定煙霧分子靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能在常溫下使用，可以彌補(bǔ)其它煙霧傳感器的不足。 (e)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。煙霧濃度信號(hào)將電解液分解成陰陽(yáng)帶電離子，通過電極將信號(hào)傳出。它的優(yōu)點(diǎn)是：反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測(cè)，但壽命較短(大約兩年)。它主要適用于毒性煙霧檢測(cè)。目前國(guó)際上絕大部分毒氣檢測(cè)采用該類型傳感器。

20、(f)熱傳導(dǎo)傳感器 熱傳導(dǎo)傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結(jié)構(gòu)形式，但是測(cè)量原理不同。它的測(cè)量原理是：將加熱后的鉑電阻線圈置于目標(biāo)煙霧中，由于向目標(biāo)煙霧傳送熱量造成溫度降低，引起電阻值變化，傳感器即測(cè)量電阻 值的變化情況。溫度的變化情況是目標(biāo)煙霧熱傳導(dǎo)率的函數(shù)，而對(duì)于一種給定的煙霧或汽化物，熱傳導(dǎo)率是它固有的物理特性。 (g) 紅外傳感器 紅外傳感器通常用兩束紅外光進(jìn)行煙霧測(cè)量，主光束通過測(cè)量元件內(nèi)的目標(biāo)煙霧，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考煙霧。在測(cè)量和比較元件中，紅外射線被煙霧有選擇地吸收了。未吸收的紅外光由光電探測(cè)器測(cè)量，產(chǎn)生一個(gè)正比于目標(biāo)煙霧濃度的差分信號(hào)。非擴(kuò)散式紅外探測(cè)器NDIR (

21、non-dispersive IR )是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴(kuò)散和損耗被記錄下來。 不同的煙霧吸收不同波長(zhǎng)的IR，所以傳感器根據(jù)目標(biāo)煙霧而調(diào)整，典型應(yīng)用包括測(cè)量CO和CO2、冷凍劑煙霧和一些易燃?xì)?。由于非碳?xì)浠衔镆兹紵熿F(如氫)不吸收電磁譜中IR部分的能量，所以這種傳感器可以精確地測(cè)量碳?xì)浠衔?，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其它煙霧的腐蝕以及高濃度目標(biāo)煙霧的影響。 (4)常見煙霧傳感器可檢測(cè)煙霧種類 由于煙霧的種類繁多，一種類型的煙霧傳感器不可能檢測(cè)所有的氣體，通常只能檢測(cè)某一種或兩種特定性質(zhì)的煙霧。例如氧化物半導(dǎo)體煙霧傳感器主要檢測(cè)各種還原性煙霧，如CO、H2、C2H

22、5OH、CH3OH等。固體電解質(zhì)煙霧傳感器主要用于檢測(cè)無機(jī)煙霧，如O2、CO2、H2、Cl2、SO2等。2.2.2煙霧傳感器的選定煙霧檢測(cè)報(bào)警器主要應(yīng)用在石油、化工、冶金、油庫(kù)、液化氣站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃煙霧泄漏的場(chǎng)所，根據(jù)報(bào)警器檢測(cè)煙霧種類的要求，一般選用接觸燃燒式煙 霧傳感器和半導(dǎo)體煙霧傳感器。使用接觸燃燒式傳感器，其探頭的阻緩及中毒，是不可避免的問題。 阻緩是當(dāng)在煙霧與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無焰燃燒的同時(shí)，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應(yīng)緩慢反應(yīng)滯緩，靈敏度降低。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度的恢復(fù)的可

23、能，但是如果長(zhǎng)期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會(huì)不斷下降，導(dǎo)致傳感器最終喪失檢測(cè)煙霧的能力。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時(shí)，則傳感器將 使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以致靈敏度很快就喪失。當(dāng)懷疑檢測(cè)環(huán) 境中存在這些物質(zhì)時(shí)，經(jīng)常對(duì)探頭進(jìn)行標(biāo)定，是必須且有效的辦法。因此，經(jīng)常對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是保證其準(zhǔn)確性的必要的途徑。一般連續(xù)使用兩個(gè)月后應(yīng)對(duì)傳感器進(jìn)行量程校準(zhǔn)，這種經(jīng)常性對(duì)傳感器的維護(hù)，無形中加大了工作人員的工作量，同時(shí)增加了報(bào)警器的維護(hù)成本。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的煙霧傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器，它具有靈敏度高， 響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

24、單，使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體煙霧傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性(抗干擾性)和穩(wěn) 定性(使用壽命)。 經(jīng)過對(duì)比上述兩種煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點(diǎn)更加突出：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)格便宜，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低等。因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體煙霧傳感器作為報(bào)警器煙霧信息采集部分的核心。而在眾多半導(dǎo)體氣體傳感器中，本設(shè)計(jì)選用MQ-2型煙霧傳感器，這種型號(hào)的傳感器不但具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度 高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 2.2.3 MQ-2型煙霧傳感器的工作原理 半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶

25、瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器。按敏感機(jī)理分類，可分為電阻型和非電阻型。半導(dǎo)體氣敏元件也有N型和P型之分。N型在檢測(cè)時(shí)阻值隨煙霧濃度的增大而減小；P型阻值隨煙霧濃度的增大而增大。半導(dǎo)體氣敏傳感器的分類如表2.1所示。表2.1半導(dǎo)體氣敏傳感器的分類類型所利用的特性工作溫度代表性被檢測(cè)氣體電阻型電阻表面電阻控制器300450°C可燃性氣體體電阻控制器300450°C700°C以上乙醇、可燃性氣體非電阻型二極管整流特性室溫200°CH2、CO、乙醇晶體管特性150°CH2、H2S本設(shè)計(jì)中采用的MQ-2型煙霧傳感器

26、屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導(dǎo)體。當(dāng)處于200300°C溫度時(shí)，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少， 從而使其電阻值增加。當(dāng)與煙霧接觸時(shí)，如果晶粒間界處的勢(shì)壘受 到該煙霧的調(diào)制而變化，就會(huì)引起表而電導(dǎo)率的變化。利用這一點(diǎn)就可以 獲得這種煙霧存在的信息。遇到可燃煙霧（如CH4等）時(shí)，原來吸附的氧脫附，而由可燃煙霧以正離子狀態(tài)吸附在二氧化錫半導(dǎo)體表面；氧脫附放出電子，煙霧以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使二氧化錫半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子密度增加，電阻值下降。而當(dāng)空氣中沒有煙霧時(shí)，二氧化錫半導(dǎo)體又會(huì)自 動(dòng)恢復(fù)氧的負(fù)離子吸附，使電阻值升高到初始狀

27、態(tài)。這就是MQ-2型燃性煙霧傳感器檢測(cè)可燃煙霧的基本原理。MQ-2型傳感器的結(jié)構(gòu)圖如 圖2.1所示，其外觀如2.2所示。圖2.1MQ-2型傳感器的結(jié)構(gòu)圖圖2.2 MQ-2型傳感器的外觀2.2.4 MQ-2型傳感器的特性及主要技術(shù)指標(biāo) (1)MQ-2型傳感器的一般特點(diǎn) (a)MQ-2型傳感器對(duì)天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對(duì)烷類煙霧更為敏感。 (b)MQ-2型傳感器具有良好的重復(fù)性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。初始穩(wěn)定， 響應(yīng)時(shí)間短，長(zhǎng)時(shí)間工作性能好。 (c)MQ-2型傳感器具有良好的抗干擾性，可準(zhǔn)確排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息，例如酒精和煙霧等。 (d)電路設(shè)計(jì)電壓范圍寬，24V以下均可

28、；加熱電壓5±0.2V。 (2)MQ-2型傳感器的基本特性 (a)靈敏度特性 煙霧傳感器在最佳工作條件下，接觸同一種煙霧，其電阻值RS隨氣 體濃度變化的特性稱之為靈敏度特性，用K表示。 K=RS / R0 (2-1) 式中，R0為煙霧傳感器潔凈空氣條件下的電阻值，RS為煙霧傳感器在一定濃度的檢測(cè)煙霧中的電阻值。 雖然對(duì)于不同的煙霧，器件靈敏度特性K的值也會(huì)各有差異，但是它們都遵循同一規(guī)律，log RS = m logC + n (2-2)式中，m為器件相對(duì)煙霧濃度變化的敏感性，又稱煙霧分離能，對(duì)于 煙霧，m值為1/21/3；C為檢測(cè)煙霧的濃度。n為與檢測(cè)煙霧，器件材料有關(guān)，并隨測(cè)試溫

29、度和材料中有無增感劑而有所不同。 (b)初期穩(wěn)定特性 半導(dǎo)體煙霧傳感器在不通電狀態(tài)存放一段時(shí)間后，再通電時(shí)，器件并不能立即投入正常工作。這是因?yàn)闊熿F傳感器中的二氧化錫在不通電的狀態(tài)下會(huì)吸附空氣中的水蒸氣，當(dāng)再次通電時(shí)需要預(yù)熱幾分鐘使水蒸氣蒸發(fā)后，氣敏電阻才能正常工作。再通電工作時(shí)氣敏電阻值達(dá)到穩(wěn)定時(shí)所需要的時(shí)間，定義為初期穩(wěn)定時(shí)間。一般情況下，不通電時(shí)間越長(zhǎng)，初期穩(wěn)定時(shí)間也越長(zhǎng)，當(dāng)不通電存放時(shí)間達(dá)到15天左右時(shí)，初期穩(wěn)定時(shí)間一 般需要5分鐘左右。 (c)加熱特性 半導(dǎo)體煙霧傳感器一般要在較高的溫度(200450°C)下工作，所以需要對(duì)其加熱。由于傳感器一般工作在易燃易爆環(huán)境下，若加熱

30、絲直接與電源相接，當(dāng)加熱絲局部短路造成器件過熱或放電時(shí)，可能引發(fā)事故。所以必須使用傳感器生產(chǎn)廠家推薦的加熱電壓，使其工作在較安全的范圍內(nèi)。MQ-2型煙霧傳感器加熱電壓為5±0.2V，加熱電阻為31±3?。當(dāng)加熱絲斷路時(shí)，由于熱惰性緣故，煙霧傳感器的氣敏特性并不立即消失，此時(shí)檢測(cè)必出現(xiàn)較大的誤差。為避免出現(xiàn)這種情況，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)氣敏元件的故障， 需要設(shè)計(jì)加熱絲故障診斷報(bào)警電路。 (3)MQ-2型傳感器的特性參數(shù) (a)回路電壓：(Vc) 524V (b)取樣電阻：(RL) 0.120K(c)加熱電壓：(VH)5±0.2V(d)加熱功率：(P)約750mW (e)靈 敏

31、 度：以甲烷為例R0(air)/RS (0.1%CH4)5 (f)響應(yīng)時(shí)間：Tres10秒 (g)恢復(fù)時(shí)間：Trec30秒 3 煙霧檢測(cè)報(bào)警器整體設(shè)計(jì)方案 3.1煙霧檢測(cè)報(bào)警器原理本論文中的煙霧檢測(cè)報(bào)警器以AT89S52單片機(jī)為控制核心，采用MQ-2型電阻式半導(dǎo)體傳感器采集煙霧信息。 首先，傳感器送來的煙霧濃度對(duì)應(yīng)的微小的電壓信號(hào)經(jīng)過放大，轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號(hào)送入ADC0832；然后，在ADC0832內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換、然后送入單片機(jī)進(jìn)行濃度比較，并判斷濃度值是否超出報(bào)警限，當(dāng)濃度處于正常狀態(tài)綠燈長(zhǎng)亮，當(dāng)煙霧濃度超出設(shè)定的限定值時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)警并伴隨紅燈閃亮。另外由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，

32、溫度越高，反應(yīng)越 快，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間就越快。為提高響應(yīng)時(shí)間，保證傳感器準(zhǔn)確地、 穩(wěn)定地工作，報(bào)警器需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個(gè)5V的電壓。報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示，系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，配合外圍電路共同完成信號(hào)采集、狀態(tài)顯示、報(bào)警、按鍵輸入等功能。圖3.1 煙霧傳感器檢測(cè)報(bào)警器結(jié)構(gòu)框圖3.2單片機(jī)的選型3.2.1 AT89S52單片機(jī)的結(jié)構(gòu)AT89S52單片機(jī)是一款低功耗、低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KB（可經(jīng)受1000次擦寫周期）的FLASH可編程可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM），器件采用CMOS工藝和ATMEL公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)器（NURAM）技術(shù)制

33、造，其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容，片內(nèi)的FLASH存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)編程器來編程。因此，AT89C52是一種功能強(qiáng)，靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，可方便的應(yīng)用在各個(gè)控制領(lǐng)域1。AT89S52具有以下主要性能：1.8KB可改編程序FLASH存儲(chǔ)器；2.全表態(tài)工作 ：024HZ；3.256X8字節(jié)內(nèi)部RAM；4.32個(gè)外部雙向輸入，輸出（I、O）口；圖3.2 AT89S52引腳說明引腳功能說明如下：VCC：電源電壓。GND：地。P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)線復(fù)用口。作為輸出口時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路

34、，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端。在訪問外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器或程序儲(chǔ)存器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。FLASH編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。FLASH編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。P2口：P2是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/

35、O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問外部程序儲(chǔ)存器或16位地址的外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器（例如執(zhí)行MOVXRI指令）時(shí)，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。FLASH編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和其他控制信號(hào)。P3口：P3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3的輸

36、出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。P3除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，具體功能說明如表2-1。P3口還接收一些用于FLASH閃速存儲(chǔ)器編程和程序校的控制信號(hào)。RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。表3.1 P3口的第二功能表端口引腳第二功能P3.0

37、RXD(穿行輸出口)P3.1TXD(穿行輸入口)P3.2INT0（外部中斷0）P3.3INT1（外部中斷1）P3.4T0(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)P3.5T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)讀選通)即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE仍以是時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此他可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)L

38、E才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無效。PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT80C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序儲(chǔ)存器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序儲(chǔ)存器中的指令。FLASH儲(chǔ)存器編程時(shí)，該引腳加上+

39、12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12v編程電壓。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端3.3 ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 ADC0832 簡(jiǎn)介：ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的串行接口8位A/D轉(zhuǎn)換器，通過三線接口與單片機(jī)連接，功耗低，性能價(jià)格比較高，適宜在袖珍式的智能儀器儀表中使用。ADC0832 為8位分辨率8位串行A/D轉(zhuǎn)換器ADC08321.功能特點(diǎn)A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，

40、轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件連接和處理器控制變得更加方便。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。其主要特點(diǎn)如下：(a)8位分辨率，逐次逼近型，基準(zhǔn)電壓為5V；(b)5V單電源供電；(c)輸入模擬信號(hào)電壓范圍為05V；(d)輸入和輸出電平與TTL和CMOS兼容；(e)在250KHZ時(shí)鐘頻率時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32us；(f)具有兩個(gè)可供選擇的模擬輸入通道；(g)功耗低，15mW。2.外部引腳及其說明ADC0832有DIP和SOIC兩種封裝，DIP封裝的ADC0832引腳排列如圖3.3所示。圖3.3 ADC0832引腳圖各引腳說明如下：(a)CS片選端，低電平有效。

41、(b)CH0，CH1兩路模擬信號(hào)輸入端。(c)DI兩路模擬輸入選擇輸入端。(d)DO模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端。(e)CLK串行時(shí)鐘輸入端。(f)Vcc/REF正電源端和基準(zhǔn)電壓輸入端。(g)GND電源地。3.單片機(jī)對(duì)ADC0832 的控制原理一般情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS端置于低電平并且保持低

42、電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK提供時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖到來之前DI端必須是高電平，表示啟動(dòng)位。在第2、3個(gè)時(shí)鐘脈沖到來之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能項(xiàng)見表3.2。表3.2 ADC0832配置位輸入形式 配置位選擇通道CH0CH1CHOCH1差分輸入00+-01-+單端輸入10+11+如表3.2所示，當(dāng)配置位2位數(shù)據(jù)為1、0時(shí)，只對(duì)CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)配置2位數(shù)據(jù)為1、1時(shí)，只對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)配置2位數(shù)據(jù)為0、0時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸

43、入端IN-進(jìn)行輸入。當(dāng)配置2位數(shù)據(jù)為0、1時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。到第3個(gè)時(shí)鐘脈沖到來之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)時(shí)鐘脈沖開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位D7，隨后每一個(gè)脈沖DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)D0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)時(shí)鐘脈沖輸出D0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19 個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了，圖3.4為

44、ADC0832時(shí)序圖。圖3.4 ADC0832時(shí)序圖4.ADC0832典型應(yīng)用SPI串行接口方式SPI是MOTOROLA公司推出的一種同步串行外設(shè)接口，允許MCU也各個(gè)廠家生產(chǎn)工具的標(biāo)準(zhǔn)外圍設(shè)備直接接口，以串行方式交換信息。SPI使用4條線與主機(jī)（MCU）連接：串行時(shí)鐘SCK，主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線SO，主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線SI和低電平有效的從機(jī)選擇線CS。SPI串行擴(kuò)展系統(tǒng)的主器件單片機(jī)，可以帶有SPI接口，也可以不帶SPI接口，但從器件必須具有SPI接口。圖3.5 AT89S52與ADC0832的SPI方式3.4單片機(jī)外圍接口電路圖3.6 單片機(jī)外圍接口電路AT89S52單片機(jī)外圍接

45、口電路如圖3.6所示，主要包括：1.晶振電路：內(nèi)部時(shí)鐘電路的晶振頻率一般選擇在4MHZ12MHZ之間（該設(shè)計(jì)選用6MHZ），外接兩個(gè)諧振電容。該電容的典型值為30pF,該設(shè)計(jì)選用33pF。2.復(fù)位電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位采用按鍵高電平復(fù)位，而單片機(jī)在平時(shí)則復(fù)位端為低電平0。3.電源模塊3.5 信號(hào)處理電路對(duì)于傳感器輸出的模擬信號(hào)，一般要用運(yùn)算放大器對(duì)其進(jìn)行調(diào)理或放大，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入模擬量幅值及極性的要求。在本報(bào)警器電路中，同樣要對(duì)兩類傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)理。電路圖如上圖3-6所示，運(yùn)算放大器接成電壓放大電路。從傳感器采集過來的微弱電壓信號(hào)，經(jīng)過電壓放大器的放大，得到較強(qiáng)的模擬電壓信號(hào)。

46、采樣時(shí)，把相應(yīng)的模擬電壓信號(hào)從Vi端送進(jìn)LM324A進(jìn)行放大處理后，從Vo端輸出送入A/D轉(zhuǎn)換電路。具體如圖3.7圖3.7 信號(hào)處理電路圖3.6 A/D轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)氣敏傳感器所檢測(cè)的電壓信號(hào)為模擬信號(hào)，無法直接被單片機(jī)所識(shí)別，所以在經(jīng)過放大電路后對(duì)信號(hào)進(jìn)行A/D裝換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)。A/D轉(zhuǎn)換電路采用了常用的8位8通道數(shù)模轉(zhuǎn)換常用芯片ADC0809，煙霧、溫度傳感器的輸出端分別接到ADC0809的IN0和IN1。 ADC0809的通道選擇地址由AT89S52的P0.0P0.2經(jīng)地址鎖存器74LS373輸出提供。當(dāng)P2.7=0時(shí)，與寫信號(hào)WR共同選通ADC0809。其中ALE信

47、號(hào)與ST信號(hào)連在一起，在WR信號(hào)的前沿寫入地址信號(hào)，在其后沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。圖中ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)EOC接到AT89S52的INT1引腳，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖?，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，產(chǎn)生中斷。在中斷服務(wù)程序中，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送到指定的存儲(chǔ)單元。由于ADC0809片內(nèi)無時(shí)鐘，故利用8051提供的地址鎖存使能信號(hào)ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得時(shí)鐘。因?yàn)锳LE信號(hào)的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6，如果時(shí)鐘頻率為6MHZ，則ALE信號(hào)的頻率為1MHZ，經(jīng)二分頻后為500KHZ，與ADC0809的典型值吻合。電路圖如圖3.8所示。圖3.8 A/D轉(zhuǎn)換電路3.7 聲音報(bào)警電路由AT89S52的2

48、1腳實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警控制。當(dāng)可燃性氣體濃度或溫度超過限定值時(shí)，將P2.0置為低電平，三極管導(dǎo)通，揚(yáng)聲器發(fā)出鳴叫報(bào)警。其電路原理圖如圖3.9所示。圖3.9 聲音報(bào)警電路圖3.8 數(shù)碼管顯示電路數(shù)據(jù)采集進(jìn)來并被成功地由模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后，就被傳送到系統(tǒng)的顯示模塊，讓人們更直接地觀察到相關(guān)數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)中，對(duì)LED進(jìn)行的是動(dòng)態(tài)掃描，除了給顯示器提供段的輸入之外，還要對(duì)顯示器進(jìn)行位控制。顯示器的第一位顯示所選擇的通道號(hào)，而后三位則顯示該通道傳送進(jìn)來的相應(yīng)的數(shù)字量。 本系統(tǒng)顯示用的4位七段數(shù)碼管由數(shù)碼管專用驅(qū)動(dòng)芯片ICM7218A驅(qū)動(dòng)，27、3、1、25、2、24、26腳分別接數(shù)碼管的a、b、c、d、e、

49、f、g，15、16、23、20腳為位選，分別控制4位數(shù)碼管的亮滅，ID07為數(shù)據(jù)線，接單片機(jī)P0口，WRITE、MODE是寫控制位和模式控制位，分別接單片機(jī)P3.6、P2.6。其電路圖如圖3.10所示。圖3.10 數(shù)碼管顯示電路圖39 狀態(tài)指示燈電路狀態(tài)指示燈及控制鍵電路圖如圖3.11所示。單片機(jī)AT89S52的21腳(P2.0)、22腳(P2.1)，控制輸出的狀態(tài)指示燈。綠燈常亮表示正常狀態(tài)，環(huán)境中可燃煙霧濃度極低。紅燈亮表示環(huán)境中可燃煙霧濃度超過報(bào)警限值，提醒用戶盡快作相應(yīng)安全措施。圖3.11 狀態(tài)指示燈電路圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序流程首先要給傳感器預(yù)熱三分鐘，因?yàn)镸Q-2型半導(dǎo)體電

50、阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時(shí)間后，再次通電時(shí)，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時(shí)間預(yù)熱。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。本論文的主程序設(shè)計(jì)先對(duì)傳感器預(yù)熱三分鐘。 傳感器送來的煙霧濃度對(duì)應(yīng)的微小的電壓信號(hào)經(jīng)過放大，轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號(hào)送入ADC0832；然后，在ADC0832內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換、然后送入單片機(jī)進(jìn)行濃度比較，并判斷濃度值是否超出報(bào)警限，當(dāng)濃度處于正常狀態(tài)綠燈長(zhǎng)亮，當(dāng)煙霧濃度超出設(shè)定溫度時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)警并伴隨紅燈亮。主程序流程圖如圖4.1所示：圖4.1 主程序流程圖4.2 報(bào)警流程當(dāng)煙霧濃度或溫度值超過報(bào)警限設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲，對(duì)應(yīng)通道的紅燈閃亮。 具體流程如圖4.2所示

51、：圖4.1 報(bào)警流程圖結(jié) 論火災(zāi)報(bào)警器可保障生產(chǎn)與生活的安全，避免火災(zāi)和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和安全生產(chǎn)所必備的儀器，具有廣闊的市場(chǎng)空間與發(fā)展前景。本論文是在對(duì)煙霧、溫度傳感器和報(bào)警技術(shù)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，全面比較國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)，合理地確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)儀器的整體設(shè)計(jì)和各個(gè)組成部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)過努力，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)。本系統(tǒng)通過設(shè)計(jì)一個(gè)以AT89S52單片機(jī)為核心的火災(zāi)報(bào)警器可以實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、故障自診斷、濃度顯示、報(bào)警限設(shè)置、延時(shí)報(bào)警等功能。是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的火災(zāi)報(bào)警器，具有一定的實(shí)用價(jià)

52、值。本報(bào)警器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可維護(hù)性好。由于實(shí)現(xiàn)了對(duì)普通環(huán)境中煙霧濃度和溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，因此具有非常普遍的意義，能廣泛應(yīng)用于居民家庭、企事業(yè)單位等多方面的安全防范。但是也存在不少的不足。由于電源的波動(dòng)，傳感器的電氣特性等問題，使得A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果有時(shí)波動(dòng)很大，這樣就可能出現(xiàn)誤報(bào)警。由于時(shí)間的關(guān)系，系統(tǒng)中本應(yīng)具有的串行通信的功能沒有實(shí)現(xiàn)，而只是實(shí)現(xiàn)了煙霧濃度、溫度顯示及按鍵控制。由于上述缺點(diǎn)的存在,此系統(tǒng)不是很完善，還有待進(jìn)一步改進(jìn)。通過這次設(shè)計(jì)，更加深入的理解和掌握了這方面的知識(shí)，對(duì)本專業(yè)的認(rèn)識(shí)也更加深入，使自己對(duì)本專業(yè)更加的熱愛，對(duì)本科階段四年的學(xué)習(xí)做了進(jìn)一步的總結(jié)，更加明確了自己學(xué)習(xí)的目標(biāo)和方

53、向。在設(shè)計(jì)過程中，自己也學(xué)到了許多新的知識(shí)，有很多感悟和體驗(yàn)心得。而且，對(duì)工程設(shè)計(jì)的流程和步驟有了清晰的認(rèn)識(shí)，為自己日后的學(xué)習(xí)和研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1程連坤,單片機(jī)原理及接口技術(shù)（C語(yǔ)言版）M,北京,清華大學(xué)出版社,2009 2劉軍,單片機(jī)原理與接口技術(shù)M,上海,華東理工大學(xué)出版社,20083王忠民,基于單片機(jī)的語(yǔ)言數(shù)字聯(lián)網(wǎng)火災(zāi)報(bào)警器的設(shè)計(jì)M,現(xiàn)代電子技術(shù).2004.274彭軍,傳感器與檢測(cè)技術(shù)M,西安,西安電子科技大學(xué)出版社,0035李忠望,智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案M,安防科技,20086曹樂南,片機(jī)與PC機(jī)串行通信的實(shí)現(xiàn)M,國(guó)防科技信息.2006,017王慶，Protel 99

54、 SE&DXP電路設(shè)計(jì)教程M，北京，電子工業(yè)出版社，20088劉軍，單片機(jī)原理與接口技術(shù)M，上海，華東理工大學(xué)出版社，2006附 錄系統(tǒng)原理圖外文文獻(xiàn)The traditional electron safe alarm system mainly is through thesensor automatic detection, produces the alarm, sends out the alarmfrom the scene or reports to the police through the special electriccable near distance, t

55、hus causes people's vigilance. Through manyyears research and the development, the present alarm apparatus maysay is the class is multitudinous. As a result of the alarm apparatusrapid development and the social each domain anxious need, can theapplication domain be more and more many, specially

56、 is rapidlydevelops in the civil domain. In recent years, the infrared alarmapparatus already became reports to the police a domain hot spot,because it used was not the obviously infrared acquisition, thereforehad the hiding to be good, characteristic and so on security. Theinfrared sensor is different according to the mechanism may divideinto the light survey and the hot survey. The light acquisition sensor is uses the photon effect the infraredacquisition aid. This kind of sensor speed of response quick, thesensitivity high, the examination characteristic