無線多功能火災(zāi)報警器的設(shè)計與實現(xiàn)

1、揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)設(shè)計（論文）無線多功能火災(zāi)報警器的設(shè)計與實現(xiàn)無線多功能火災(zāi)報警器的設(shè)計與實現(xiàn)摘要近幾十年來，作為防火工作中的重要一環(huán)，火災(zāi)報警系統(tǒng)在賓館、商場、圖書館、娛樂場所等各部門中應(yīng)用越來越廣泛，同時人們對其功能的要求也越來越高。本課題所研究的無線多功能火災(zāi)報警器采用了stc89c52為核心控制器，根據(jù)不同火情選用集成溫度傳感器ad590、氣體傳感器mq2及煙霧傳感器作為敏感元件。通過這些傳感器，當(dāng)環(huán)境中溫度、煙霧濃度、可燃?xì)怏w濃度等發(fā)生變化時系統(tǒng)會發(fā)出聲光報警信號實現(xiàn)有線報警，并在有線報警器的基礎(chǔ)上加進(jìn)無線通信模塊，從而實現(xiàn)無線報警，讓人們及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)。關(guān)鍵詞：火災(zāi)報

2、警，溫度傳感器ad590，氣體傳感器mq2，煙霧傳感器，無線數(shù)傳abstractin recent decades, as an important part of fire control work, fire alarm system is used more and more widely in hotels, malls, library, recreation in various departments,at the same time,its function demand is also more and more high.controller with a core of

3、stc89c52 is adopted for the wireless multi-function fire alarm which is researched in this topic. according to different fire situation the wireless multi-function fire alarm selects integrated temperature sensor ad590, gas sensor mq2 and smoke sensor as sensitive components. through these sensors,w

4、hen the temperature, smoke concentration, combustible gas concentration changes in the environment, system will give out sound and light alarm signal to come true lineate alarm, and on the basis of lineate alarm the system is added wireless communication module to come true wireless alarm.thus peopl

5、e can discover fire timely.key words: fire alarm，temperature sensor ad590，gas sensor mq2，smoke sensor，wireless digital transmission 目錄摘要1abstract2第一章 緒論5第一節(jié) 課題的背景5第二節(jié) 課題研究的目的與意義5第三節(jié) 火災(zāi)報警器的發(fā)展與現(xiàn)狀6第四節(jié) 主要研究內(nèi)容7第二章 無線多功能火災(zāi)報警器的總體方案設(shè)計8 第一節(jié) 系統(tǒng)的功能要求8 第二節(jié) 系統(tǒng)的技術(shù)要求8 第三節(jié) 系統(tǒng)的組成及總體方案設(shè)計9第三章 無線多功能火災(zāi)報警器的硬件設(shè)計10第一節(jié) 溫度傳感

6、器電路的設(shè)計11第二節(jié) 煙霧傳感器電路的設(shè)計14第三節(jié) 氣體傳感器電路的設(shè)計15第四節(jié) 無線發(fā)送電路的設(shè)計20第五節(jié) 無線接收電路的設(shè)計23第四章 無線多功能火災(zāi)報警器的軟件設(shè)計27第一節(jié) 控制程序的設(shè)計思路27第二節(jié) 編碼程序的設(shè)計思路28第三節(jié) 解碼程序的設(shè)計思路28第五章 無線多功能火災(zāi)報警器的測試結(jié)果及結(jié)論30第一節(jié) 調(diào)試30第二節(jié) 結(jié)論30致謝32參考文獻(xiàn)33附錄34第一章 緒論第一節(jié) 課題的背景在我國，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，工業(yè)與民用建設(shè)日趨增多，火災(zāi)發(fā)生的可能性也隨之大幅提高。另外，現(xiàn)代建筑物中塑料制品和玻璃的大量應(yīng)用使火場內(nèi)外部的求援行為困難重重。現(xiàn)代化的樓宇，尤其是

7、大型賓館、酒店、商場、圖書館、博物館、檔案館和辦公樓等公共場所，也對火災(zāi)報警系統(tǒng)提出了更高的要求。一旦發(fā)生火災(zāi)將很難及時救助，勢必要給國家和個人帶來不可估量的損失。 因此，人們從很早之前就不得不對火災(zāi)發(fā)生過程進(jìn)行專項研究，截至目前，已經(jīng)形成了較為成熟的概念?；馂?zāi)的發(fā)生和發(fā)展過程是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，而且與環(huán)境的相關(guān)性很強(qiáng)。任何火災(zāi)，在其初始發(fā)展階段，都將伴隨煙霧、熱量和火的產(chǎn)生，煙、熱、光是物質(zhì)燃繞的3大特征?；馂?zāi)早期預(yù)報的重要手段，就是通過安裝在現(xiàn)場的各類火災(zāi)探測器對火災(zāi)產(chǎn)生的煙、熱、光等火災(zāi)參量做出有效響應(yīng)，發(fā)出報警信號，呼喚工作人員采取必要的滅火措施，有效地制止火災(zāi)的發(fā)生。根據(jù)以上所

8、述，火災(zāi)報警技術(shù)便應(yīng)運而生，火災(zāi)報警系統(tǒng)是隨時警惕火災(zāi)、及時報警和輸出聯(lián)動滅火信號的忠實哨兵，是早期報警的有力手段第二節(jié) 課題研究的目的與意義當(dāng)今社會隨著高科技的發(fā)展，安全隱患越來越多，而火災(zāi)則是其中比較嚴(yán)重的一項。因此，國家對建筑市場進(jìn)行進(jìn)一步的規(guī)范，建筑物安全性能的優(yōu)劣受到了社會空前的重視。尤其是火災(zāi)報警器，其性能的好壞更是直接影響到用戶的經(jīng)濟(jì)利益與生命財產(chǎn)安全。近年來，電子技術(shù)和無線通信技術(shù)走進(jìn)了人們的視線，人們越來越希望火災(zāi)報警器既要美觀實用，又要節(jié)省資源。原來的多線制、總線制的火災(zāi)報警器已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶的新需求，給人們的日常生活帶來了諸多隱憂。于是，無線火災(zāi)報警器為了滿足這一需求而

9、被研制出來，并越來越被人們所接受，其自身技術(shù)水平也隨著人們需求的不斷提高，在功能、結(jié)構(gòu)、形式等方面不斷地完善。無線火災(zāi)報警系統(tǒng)是近幾年來在國外發(fā)展起來的新型火災(zāi)報警系統(tǒng)，它是利用無線火災(zāi)探測裝置發(fā)出的火警信號和故障信號，并進(jìn)行報警的火災(zāi)自動報警專用設(shè)備，無線火災(zāi)報警系統(tǒng)由無線火災(zāi)探測裝置及無線火災(zāi)報警控制器組成。無線火災(zāi)探測裝置主要由火災(zāi)探測器、無線發(fā)射模塊組成;當(dāng)無線火災(zāi)探測裝置在探測范圍內(nèi)發(fā)生火災(zāi)或內(nèi)部發(fā)生故障時，探測裝置將產(chǎn)生不同信號，同時啟動發(fā)射器，發(fā)出不同的報警信號;無線火災(zāi)報警控制器在接收到報警信號后能實現(xiàn)火災(zāi)和探測裝置故障的聲光報警功能。無線火災(zāi)探測裝置按規(guī)定可以是任何一種觸發(fā)裝

10、置，這種觸發(fā)裝置用某種無線傳輸方法組合的控制接收設(shè)備進(jìn)行通訊，對于各種形式的火災(zāi)探測裝置，其應(yīng)用無線傳輸?shù)男问揭灿胁煌囊?，無線火災(zāi)報警系統(tǒng)有它獨特的優(yōu)勢并孕育著巨大的市場潛力。無線火災(zāi)報警系統(tǒng)與傳統(tǒng)的有線系統(tǒng)的區(qū)別在于前者是通過無線電信號而不是用導(dǎo)線將各個裝置連成一個系統(tǒng)。二者的主要硬件成分幾乎是一致的，包括控制器、感煙或感溫或氣敏探測裝置及發(fā)聲器等。無線火災(zāi)報警系統(tǒng)借助于無線電信號而不是導(dǎo)線傳輸數(shù)據(jù)，當(dāng)感煙或感溫探測裝置監(jiān)測到煙霧時，短波無線電將所得數(shù)據(jù)傳送到控制器。該控制器類似于有線系統(tǒng)的控制器，有各種控制元件，包括與其他設(shè)備相聯(lián)的輸入輸出裝置，由天線完成到系統(tǒng)的主要信息輸入輸出。第三

11、節(jié) 火災(zāi)報警器的發(fā)展與現(xiàn)狀國外一些較發(fā)達(dá)的國家，具有火災(zāi)預(yù)防、報警、撲救、善后處理等比較完善的消防體系。政府每年都要撥出大筆資金用于消防設(shè)備更新、人員培訓(xùn)以及消防設(shè)施維護(hù)。德國、日本、美國等國家就采用計算機(jī)與用戶終端的傳感器或者用戶終端信號采集器相連，對火災(zāi)自動報警設(shè)備實時監(jiān)控以及故障遠(yuǎn)程傳輸。火災(zāi)探測報警系統(tǒng)可靠性的提高體現(xiàn)在用智能技術(shù)處理傳感器提供的信息上人們建立了多種火災(zāi)探測算法、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式，也有從事研究非火災(zāi)探測的模式。而各種單一傳感器提供的火災(zāi)信息均混雜非火災(zāi)信息，從而，給從傳感器提供的火災(zāi)信息上判別火災(zāi)增加了難度。于是，人們開始探索新型探測原理的傳感器件（如氣體氣味傳感

12、器等）和復(fù)合探測器，取得顯著成效的是對火災(zāi)過程多參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測的復(fù)合傳感器。它對火災(zāi)產(chǎn)生的多種參數(shù)進(jìn)行多種信息的分析，排除干擾，確定火災(zāi)，從而提高了判斷火災(zāi)的準(zhǔn)確性。而與之配套的硬件則采用復(fù)合多傳感器等傳感方式，為判斷火災(zāi)提供更加充分的火災(zāi)信息。成熟的產(chǎn)品有煙、溫復(fù)合智能火災(zāi)報警探測系統(tǒng)，并以用于實際工程。我國火災(zāi)報警系統(tǒng)起步較發(fā)達(dá)國家晚幾十年，從上世紀(jì)70年代我國才開始研制生產(chǎn)火災(zāi)報警系統(tǒng)產(chǎn)品。進(jìn)入80年代后，國內(nèi)主要廠家也多是模仿國外產(chǎn)品，或是引進(jìn)國外技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，沒有真正意義上核心技術(shù)，并且市場也剛剛開始發(fā)育?；馂?zāi)報警產(chǎn)品真正發(fā)展是在90年代以后，隨著政府逐漸開放國門，國外企業(yè)開始大量進(jìn)入

13、中國消防市場，帶來先進(jìn)技術(shù)的同時也促進(jìn)了市場的成熟。這時期，我國生產(chǎn)火災(zāi)報警產(chǎn)品的企業(yè)也得到了快速發(fā)展，部分企業(yè)進(jìn)行了合資生產(chǎn)、技術(shù)合作，取得了不菲的成績，也造就了現(xiàn)今市場上許多有實力的商家，部分技術(shù)已接近或趕上了國際水平。第四節(jié) 主要研究內(nèi)容本課題所研究的無線多功能火災(zāi)報警器由有線報警和遠(yuǎn)程報警兩部分組成。在有線部分實現(xiàn)火情探測功能和聲光報警功能的基礎(chǔ)上無線多功能火災(zāi)報警器通過無線通信模塊以及單片機(jī)的控制實現(xiàn)遠(yuǎn)程火災(zāi)報警。本課題主要完成的任務(wù)包括：(l)對控制器進(jìn)行整體規(guī)劃和結(jié)構(gòu)設(shè)計。 (2)硬件部分：以stc89c52單片機(jī)為核心部件，包括傳感器的選擇，無線模塊的選 擇，火情探測電路設(shè)計，

14、無線通訊電路設(shè)計以及報警電路設(shè)計。(3)軟件部分：包括單片機(jī)控制程序以及無線通信程序。 (4)硬件電路和軟件程序的綜合調(diào)試與分析：在軟硬件完成以后，要對系統(tǒng)進(jìn)行綜合的測試與實驗，分析系統(tǒng)的可靠性與實用性，調(diào)整系統(tǒng)的不足。第二章 無線多功能火災(zāi)報警器的總體方案設(shè)計本課題采用有線報警與無線報警可分離的方式設(shè)計火災(zāi)報警器，下面分別對系統(tǒng)功能要求、系統(tǒng)技術(shù)要求及系統(tǒng)實現(xiàn)方案總體闡述。第一節(jié) 系統(tǒng)的功能要求本系統(tǒng)的研制主要包括以下幾項功能：(1)火情探測功能：為提高火災(zāi)報警的準(zhǔn)確性和及時性，本系統(tǒng)火災(zāi)報警器需采用多種方式進(jìn)行火情的探測。在實際使用中，根據(jù)不同的防火場所，用戶可以選用溫度探測法、可燃?xì)怏w檢

15、測法及煙霧探測法等合適的火災(zāi)探測方法，來有效的探測火災(zāi)。(2)無線數(shù)傳功能：當(dāng)有火災(zāi)報警、故障等異常情況發(fā)生時，單片機(jī)要啟動無線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊將探測器自身引導(dǎo)碼、狀態(tài)碼發(fā)送給無線通信模塊的發(fā)送端，而接收端再將接收到的編碼傳遞給單片機(jī)進(jìn)行解碼，判斷是否產(chǎn)生火情，并確定是否報警。(3) 聲光報警功能：當(dāng)有火情產(chǎn)生、故障等異常情況發(fā)生時，報警器要進(jìn)行聲光報警。當(dāng)控制器處于火災(zāi)報警狀態(tài)時，火警指示燈應(yīng)點亮，并發(fā)出報警聲。第二節(jié) 系統(tǒng)的技術(shù)要求在了解本系統(tǒng)的工作原理和功能之后，我們就可以確定系統(tǒng)的技術(shù)要求。本系統(tǒng)采用了標(biāo)準(zhǔn)的無線數(shù)傳模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和通用性。系統(tǒng)采用的單片機(jī)處理器成

16、本均比較低，適合批量生產(chǎn)和各類工程的需要。對于完整的系統(tǒng)而言，為了提高市場競爭力，要求該系統(tǒng)應(yīng)符合體積小、重量輕、功耗低、數(shù)傳性能可靠和成本低廉等技術(shù)要求。具體參數(shù)和指標(biāo)如下：(1)小體積：探測器的體積要盡可能的小，這樣才能減少占用的空間，而且更便于安裝和更換。(2)低功耗：系統(tǒng)采用三節(jié)5號干電池供電，電池電量有限，并且無線發(fā)射模塊消耗電能比較大。因此要求有線部分的功耗要盡可能的低才能滿足時間工作的要求。(3)高可靠性:由于系統(tǒng)工作環(huán)境可能存在不確定的電磁干擾，為了保證系統(tǒng)長時間可靠地工作，減少誤報發(fā)生的機(jī)率，選擇的無線模塊應(yīng)具有較高的抗干擾性能。第三節(jié) 系統(tǒng)的組成及總體方案設(shè)計本無線多功能火

17、災(zāi)報警器主要由傳感器、單片機(jī)、無線通信模塊、控制電路、聲光報警電路、編碼解碼電路等組成。設(shè)計的關(guān)鍵在于三個傳感器電路的設(shè)計以及無線通信部分的程序設(shè)計。系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如下：溫度傳感器檢測電路煙霧傳感器檢測電路氣體傳感器檢測電路單片機(jī)處理電路無線收發(fā)模塊單片機(jī)控制系統(tǒng)蜂鳴器報警發(fā)光二極管顯示第三章 無線多功能火災(zāi)報警器的硬件設(shè)計總體電路 圖3.1如圖3.1，左邊的火情探測電路從上到下依次為溫度探測電路、煙霧探測電路、氣體探測電路。當(dāng)他們檢測到有異常時，就會分別通過p0.0,p0.1,p0.2口輸出高電平，高電平進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理。右上部分為單片機(jī)對信號處理后通過內(nèi)部程序控制不同的led燈亮和蜂鳴器

18、響，實現(xiàn)聲光報警。右下部分為無線數(shù)傳部分，(1)無線發(fā)送電路：在單片機(jī)檢測到前面控制部分輸入為火災(zāi)異常情況后先進(jìn)行編碼，然后通過數(shù)據(jù)輸出口p3.1口傳給無線發(fā)送模塊f05p；(2)無線接收電路，通過無線接收模塊j04v接收到無線發(fā)送的編碼，再通過數(shù)據(jù)輸入口傳給p3.2口，再由另一塊單片機(jī)對收到的信號進(jìn)行解碼，判斷是否有火情發(fā)生，進(jìn)而決定是否報警。第一節(jié) 溫度傳感器電路的設(shè)計圖3.2工作原理：如圖3.2，集成溫度傳感器ad590和r1也組成一個分壓電路，電容的作用是濾波，濾掉電流中的交流成分。電阻r0和電位器r4組成一個分壓電路，比較器lm358的反向端(2腳)的電壓為vcc的部分電壓；比較器l

19、m358的正向端（3腳）的電壓隨ad590溫度變化而變化。在室溫下，調(diào)節(jié)電位器r4，使比較器lm358中的2腳電壓高于3腳電壓，此時比較器輸出端1腳就會輸出一個低電平；當(dāng)外界溫度達(dá)到一定的高度后，集成溫度傳感器ad590的線性輸出電流增大，3腳的電壓也就跟著增加，最后使比較器3腳電壓高于2腳電壓，1腳輸出為高電平，即為有效信號，判斷有火情發(fā)生。其中，我們可以通過調(diào)節(jié)電位器r4的阻值大小來設(shè)置整個電路輸出為高電平時所需達(dá)到的溫度。溫度傳感器ad590的介紹：溫度傳感器：產(chǎn)生火災(zāi)時會散發(fā)出大量的熱，使得環(huán)境溫度升高，用熱敏傳感器檢測環(huán)境溫度或溫升速率，探測火災(zāi)初期征兆，也是實現(xiàn)火災(zāi)早期報警功能的一

20、種重要手段。其特點是:結(jié)構(gòu)簡單，電路少，與煙霧傳感器相比可靠性高、誤報率低，且可以做成密封結(jié)構(gòu)，防潮防火防腐蝕性好，可在風(fēng)速大、灰塵多、潮濕等惡劣環(huán)境中使用。ad590是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。根據(jù)特性分析，ad590的后綴以i，j，k，l，m表示。ad590l，ad590m一般用于精密溫度測量電路，其電路外形如圖1所示，它采用金屬殼3腳封裝，其中1腳為電源正端v；2腳為電流輸出端i0；3腳為管殼，一般不用。集成溫度傳感器的電路符號如圖2所示。 ad590的主特性參數(shù)如下：工作電壓：430v；工作溫度：55150；保存溫度：65175；正向電壓：44v；反向電壓

21、：20v；焊接溫度（10秒）：300；（7）靈敏度：1ak。ad590的主要特性是：（1）流過器件的電流（ma）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即： ma/k式中：流過器件（ad590）的電流，單位為ma； t熱力學(xué)溫度，單位為k。（2）線性電路輸出：1uak，正比于絕對溫度；（3）寬溫度范圍：-55+150；（4）精度高：激光校準(zhǔn)精度到0.5(ad590m)（5）線性好：滿量程范圍0.3(ad590m)（6）電源范圍寬：+4+30vad590的用途是相當(dāng)廣泛的，除溫度測量外，還可用于分立元件的補(bǔ)償和校準(zhǔn)；正比于絕對溫度的偏置；流速測量；流體液位測量及風(fēng)速測量等。相于其它類型的光電

22、式傳感器，溫度傳感器ad590的線性輸出好，溫度范圍寬，精度高，所以我們在這個電路中選用了集成溫度傳感器ad590。雙運算放大器lm358介紹；lm358由兩個獨立、高增益和內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)倪\算放大器組成。可用一個寬范圍的單電源供電，也可用帶隙電源供電；低輸入電流不依賴供電電壓的大小。在整個頻帶增益有溫度補(bǔ)償，輸入偏置電流有溫度補(bǔ)償，兼容所有的邏輯電平，可用電池供電。lm358 的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。腳位排列圖如下圖所示：主要特點：同一增益內(nèi)部頻率補(bǔ)償大dc電壓增益，達(dá)100db同一增益帶寬：1mhz單電源供電：3v到32v雙電源供電：1.5v到16v非常低的耗電（500a）

23、不依賴電源供電低輸入偏流低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流共模輸入電壓范圍寬，包括接地差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍輸出電壓擺幅大(0 至vcc-1.5v)第二節(jié) 煙霧傳感器電路的設(shè)計圖3.3工作原理：如圖3.3，在這個電路中，有兩個分壓電路，其中電阻r6和光敏電阻g組成一個，電阻r7和電位器r8組成另外一個。發(fā)光二極管led的作用是給光敏電阻g提供光源。電阻r5的作用是保護(hù)發(fā)光二極管led，防止因為電壓過大而使led燒壞。電路中調(diào)節(jié)電位器r8，使光敏電阻g在光電阻(此時電阻很小，所以光敏電阻兩端分到的電壓就很少了)情況下，比較器lm358反向端(2腳)電壓高于同相端(3腳)電壓，使輸出端(1腳)

24、輸出低電平；當(dāng)光敏電阻g在暗電阻(此時光敏電阻電壓非常的大，其兩端分到的電壓很高)情況下，比較器lm358中2腳電壓低于3腳電壓，1腳輸出高電壓，為有效信號。自制煙霧傳感器簡介：在我們這個電路中，理想的情況下，我們應(yīng)該選用煙霧傳感器來測量煙霧的濃度；但是在我們附近的市場上，我們沒有找到煙霧傳感器，而且成本較高，不太符合本設(shè)計的要求，因而我們只有用其他方法來間接測量煙霧的濃度。所以就選用了光電材料，在這些光電材料中，光敏電阻由于它的各種性能都比較好（比如：穩(wěn)定性高，靈敏度高）而突穎而出，因此我們就采用了光敏電阻來間接的測量煙霧濃度。光敏電阻：光敏電阻是用光電導(dǎo)體制成的光電器件，又稱為光導(dǎo)管，它是

25、基于半導(dǎo)體光電效應(yīng)工作的。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時可加直流偏壓，也可以加交流電壓。 工作原理如下：當(dāng)無光照時，光敏電阻（暗電阻)很大（大約有幾m歐姆)，電路中的電流很?。▋H僅幾k幾十k歐姆）。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值（亮電阻)急劇減少，因此電路中的電流迅速增加。光敏電阻的靈敏度容易受潮濕的影響，因此要將光敏電阻嚴(yán)密封裝在帶有玻璃的殼體中。光敏電阻具有很高的靈敏度，很好的光譜特性，光譜響應(yīng)從紫外區(qū)一直到紅外區(qū)。而且體積小、重量輕、性能穩(wěn)定。第三節(jié) 氣體傳感器電路的設(shè)計圖3.4工作原理：如圖3.4，在這個電路中，氣體傳感器mq2和電位器r10組成一個分壓電路

26、，電位器r11和電阻r12組成一個分壓電路，比較器3腳電壓隨環(huán)境中可燃?xì)怏w含量而變化。發(fā)光二極管led的作用是檢查電路是否接通了電源，當(dāng)led發(fā)光后說明電路兩端被加上了電壓，可以正常工作；否則就表示電源電路沒有電壓輸入。電阻r9的作用是保護(hù)發(fā)光二極管，防止因電壓過大使led燒壞。調(diào)節(jié)電位器r10和r11，在氣體傳感器沒有響應(yīng)的狀態(tài)下，使lm358的反向端(2腳)的電壓高于同相端（3腳）的電壓，輸出端（1腳）輸出低電平；在氣體傳感器有響應(yīng)的狀態(tài)下，就會使2腳電壓低于3腳電壓，1腳輸出高電平，為有效信號。mq-2簡介：mq-2型氣體傳感器用于以氫氣為主要成分的城市煤氣、天然氣、液化石油的測量，而且

27、它抗干擾能力強(qiáng)，水蒸氣、煙等干擾氣體對它的影響小。mq-2型氣敏元件具有以下特點：(1)采用燒結(jié)半導(dǎo)體所形成的敏感燒結(jié)體，具有穩(wěn)定的r (即器件在純潔空氣中的阻抗)阻值，從而保證了長期工作的穩(wěn)定性。(2)單電源供電，其功耗僅0.7w左右。(3)對所測試的氣體有極高的靈敏度和信噪比。mq-2型氣敏元件有兩種型號。mq-2a型適用于天然氣、城市煤氣、石油液化氣、丙丁烷及氫氣等;mq-2型適用于煙霧等減光型有害氣體。器件的靈敏度：s=ro/rx為1030。常見為qm系列的s值僅8左右。rx為器件在丁烷濃度為0.2%時的阻抗。電路如右圖所示：器件的主要參數(shù)如下:響應(yīng)時間：tr10s恢復(fù)時間：tn60s

28、加熱電壓：v=5+0.2v加熱功率：:約0.7w抗干擾能力：丁烷濃度在0.2%時在濕度小于85%rh，在-10+40溫度下不會引起誤報。工作環(huán)境：溫度-10+50濕度85%rh下圖是元件外形結(jié)構(gòu)圖，基座采用耐高溫酚醛塑料壓制，引腳為鍍鎳銅絲，上罩采用雙層密紋不銹鋼網(wǎng)壓制，有較高的強(qiáng)度和防爆能力。mqk-2型元件外形結(jié)構(gòu)圖mq-2氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如上圖所示, 由微型al2o3陶瓷管、sno2 敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有只針狀管腳，其中個用于信號取出，個用于提供加熱電流。上圖是mq-2型元件典型

29、氣體濃度測試特性曲線，在丁烷濃度0.6%以下有極高的靈敏度。上圖是mq-2型元件通電時間特性曲線?？煽闯?，通電后6090s，元件即進(jìn)入穩(wěn)定待測工作狀態(tài)。mq-2的特點和工作參數(shù)如下：特點： 廣泛的探測范同 高靈敏度快速響應(yīng)恢復(fù) 優(yōu)異的穩(wěn)定性長壽命 簡單的驅(qū)動電路 下面是mq-2的規(guī)格 a. 標(biāo)準(zhǔn)工作條件符號參數(shù)名稱技術(shù)條件備注 vc 回路電壓15vac or dc vh加熱電壓5.0v0.2 vac or dc rl負(fù)載電阻可調(diào) rh加熱電阻313室溫 ph加熱功耗900mw b. 環(huán)境條件符號參數(shù)名稱技術(shù)條件備注 tao使用溫度-10-50 tas儲存溫度-20-70 rh相對濕度小于95%

30、rh o2氧氣濃度21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)氧氣濃度會影響靈敏度特性最小值大于 c. 靈敏度特性符號參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù)備注rs敏感體表面電阻 3k-30k (1000ppm 異丁烷 )探測濃度范圍100ppm-10000ppm 液化氣和丙烷300ppm-5000ppm 丁烷5000ppm-20000ppm 甲烷300ppm-5000ppm 氫氣100ppm-2000ppm 酒精 (3000/1000) 異丁烷濃度斜率 0.6標(biāo)準(zhǔn)工作條件 溫度： 202 vc:5.0v0.1v 相對濕度： 65%5% vh: 5.0v0.1v預(yù)熱時間 不少于24小時左圖給出了mq-2型氣敏元件的靈敏度特性。其中：溫度：

31、20、相對濕度：65%、氧氣濃度：21% rl=5k rs：元件在不同氣體，不同濃度下的電阻值。r0: 元件在潔凈空氣中的電阻值。第四節(jié) 無線發(fā)送電路的設(shè)計 圖3.5工作原理：如圖3.5，該圖為無線發(fā)送電路，主要由單片機(jī)和發(fā)送模塊f05p組成。單片機(jī)正常工作需要起振電路(xtal)和復(fù)位電路(rst)；另外單片機(jī)的串口輸出端txd（p3.1口）和f05p的數(shù)據(jù)輸入端相連，用來傳送編碼數(shù)據(jù)。發(fā)送模塊f05p 簡介：f05p 是一款低成本、小體積、低功耗 ask 無線發(fā)射模塊；采用 smt 工藝，聲表穩(wěn)頻，內(nèi)部具有一級調(diào)制電路及限流電阻，無數(shù)據(jù)時休眠，并具有較寬的工作電壓范圍。 適合短距離無線遙控

32、報警及單片機(jī)無 線數(shù)據(jù)傳輸。f05p 在無數(shù)據(jù)輸入時單片機(jī)必須為低電平狀態(tài)（對應(yīng)的接收電路 j04v、j04t 為第 2 腳）；（1）性能參數(shù) ： 工作電壓： dc + 3v -12v 發(fā)射電流： 2- 10ma 發(fā)射功率： 10 m w 傳輸速率： 10 kbps 發(fā)射頻率： 315mhz 433mhz 頻率穩(wěn)定度： 10 -5 聲表穩(wěn)頻 調(diào)制方式： ask 外形尺寸： 9 2 1 5 mm ( 寬 x 長 x 厚） 工作溫度： -40 -+ 60 （2）引腳功能 ： 1 - 正電源 3-12v2 - 地3 - 數(shù)據(jù)信號輸入 平時為低電平 4 - 外接天線 （3）應(yīng)用說明 ： f05p 采用

33、 smt 工藝，樹脂封裝，小體積，聲表穩(wěn)頻，內(nèi)部具有一級調(diào)制電路及限流電阻，適合短距離無線遙控報警及單片機(jī)無線數(shù)據(jù)傳輸。 f05p 具有較寬的工作電壓范圍及低功耗特性， ask 方式調(diào)制。f05不能任意調(diào)整發(fā)射電流，單片機(jī)的數(shù)據(jù)可直接通過串口進(jìn)入 f05p 的數(shù)據(jù)輸入端。 f05p 在無數(shù)據(jù)輸入時單片機(jī)必須為低電平狀態(tài)（對應(yīng)的接收電路 j04v 、 j04t 為第 2 腳）； f05p+ 在無數(shù)據(jù)輸入時單片機(jī)必須為高電平狀態(tài)（對應(yīng)的接收電路 j04v 、 j04t 為第 3 腳）。 f05p 需要輸入數(shù)據(jù)才能發(fā)射，數(shù)據(jù)信號停止，發(fā)射電流為零。f05p 對 0.1-1ms 的數(shù)據(jù)脈沖發(fā)射效果較理

34、想，過寬過窄的脈沖會引起調(diào)制效率下降，過調(diào)制或調(diào)制不足使收發(fā)距離變近。 f05p 對直流電平及模擬信號不能發(fā)射。如在數(shù)據(jù)位前加一些亂碼可以抑制接收機(jī)的零電平燥聲干擾。若采用通用編碼器 2262 ，發(fā)射效果比單片機(jī)好，因為 2262 的數(shù)據(jù)無論怎么變但脈寬是不變的，即使出現(xiàn)一點突發(fā)性的外界干擾，解碼器的寬容性也會解碼輸出高電平。而單片機(jī)則會出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤。所以單片機(jī)必須要工作在可靠的收發(fā)區(qū)域才能保證較低的誤碼率。 f05p 有 4 個功能引腳，因為體積小，功耗底無天線只能滿足短距離使用，而天線對距離起著很大的作用，線能否匹配也是很關(guān)鍵，匹配良好的天線能增加幾倍的距離，匹配不好的天線效果很差甚至?xí)?/p>

35、起頻率漂移。天線的長度應(yīng)取發(fā)射頻率的 1/4 波長，可以用一根直徑 0.5-1 毫米，長度（ 433m ） 18 厘米；（ 315m ）24 厘米的漆包線代替。但天線必須拉直，指向無所謂。短于 1/4 波長或彎曲的天線效果會很差。 f05p 應(yīng)垂直安裝在印板邊部，應(yīng)離開周圍器件 5mm 以上，以免受分布參數(shù)影響而停振。fo5p 發(fā)射距離與輸入信號，發(fā)射電壓，電池容量，發(fā)射天線及發(fā)射環(huán)境有關(guān)。在障礙區(qū)由于折射反射會形成一些死區(qū)及不穩(wěn)定區(qū)域，不同的收發(fā)環(huán)境會有不同的收發(fā)距離， f05p 最佳有效工作距離為 100m 左右。 f05p 對應(yīng)接收電路根據(jù)需求可選用 j04v、j05r、j05p、340

36、0、3100 等同頻率接收模塊配套。第五節(jié) 無線接收電路的設(shè)計圖3.6工作原理：如圖3.6，接收電路主要運用了接收模塊j04v和單片機(jī)，這里需要注意的是無線接收模塊的工作電壓范圍為2.6v-3.5v，可以采用3.7k-4.7k的電阻從5v中分壓取得3-3.5v，再加220uf電解電容進(jìn)行濾波。超再生接收模塊 j04v 技術(shù)規(guī)格書：j04v 是一款低功耗小體積超再生接收模塊，采用 smt 工藝，性能穩(wěn)定具有較好的靈敏度及性價比，是電池供電產(chǎn)品的理想選擇?？梢詮V泛應(yīng)用于需要長期處于接收狀態(tài)的遙控報警及單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。（1）主要特點：（ 1 ）輸出無噪聲干擾 ( 零電平）（ 2 ）極低功耗（工作

37、狀態(tài) 3v/0.2 ma ）（ 3 ）特小體積（不需要外接天線）（2）性能參數(shù) : 接收頻率： 315mhz 433mhz 工作電壓： dc3v(2.6-3.5v) 工作 電流： 0.15-0.3ma 調(diào)制帶寬： 10k 輸出電平： ttl 電平 接收靈敏度： -90dbm 電路結(jié)構(gòu) ： 超再生 外形尺寸： 10 23 5mm ( 寬 x 長 x 厚 ) 工作溫度： -40 -+60 （3）引腳定義 : 1 - 外接天線 2- 數(shù)據(jù)輸出端 3 - 數(shù)據(jù)反向輸出端 配 f05p+ 使用 4 - 工廠測試端 懸空 5 - 地 6 - 正電源（ dc+3v ）（4）應(yīng)用說明 : j04v 工作頻率為

38、 315mhz 及 433mhz ，可以定做 300-470mhz 之間與聲表面波諧振器對應(yīng)的頻率。 j04v 性能與 j04p 及 j04e 基本相同，是 j04p 及 j04e 的改進(jìn)型低功耗產(chǎn)品，但引腳不兼容。 j04v與 j04t性能有區(qū)別但引腳兼容可直接替換。為方便后級電路的電平接口 j04v、j04t 增加了數(shù)據(jù)反相輸出端，無數(shù)據(jù)時 2 腳輸出為零電平， 3 腳為高電平 , 可輸出 2ma 的驅(qū)動電流。若驅(qū)動低阻抗負(fù)載會引起 j04v及 j04t工作電壓的不穩(wěn)定。 j04v 工作電壓范圍： 2.6-3.5v ； 2.6v 時工作電流在 0.15ma ； 3v 時約 0.2ma ；

39、3.5v 時約在 0.3ma 。 j04v 適合電池或線性電源，可采用 3.7k-4.7k 電阻從 5v 取得 3-3.5v ，再加 220uf 電解電容濾波，電解電容的接地點必須靠近 j04v 的地， j04v 輸出能力可驅(qū)動一支發(fā)光二極管。如果從 6v 以上的電壓用電阻降壓會引起工作電壓的不穩(wěn)定。也可以從 220v 用電容降壓整流濾波后用 7805 取得 5v 再用 3.7k-4.7k電阻降壓濾波取得 3.3v 。不適合用穩(wěn)壓管串聯(lián)分壓。接收模塊的電源直接影響到接收電路的穩(wěn)定性，也是接收電路的主要干擾源， j04v 不適合開關(guān)電源也不適合用實驗室大整流電源做試驗。 j04v 不適合與發(fā)射用

40、同一電源做試驗。 j04v 頂部鍍銀電感不要碰壓，否則會引起頻率偏移距離變近。 j04v 內(nèi)部具有放大整形電路，只適合數(shù)據(jù)信號的接收而不適合模擬信號。 j04v 在 a 處點可根據(jù)需要接一支 470k-1m 的電阻可使 j04v 輸出更干凈，但接收靈敏度會降低。 j04v 應(yīng)按裝在印板邊部并離開周圍器件 5mm 以上，要垂直于線路板，否則會引起頻率偏移。如果器件較多還必須注意地線布局合理，如果有晶振或其他信號源必須遠(yuǎn)離 j04v ，否則會引起很多無法排除的干擾致使接收電路無法正常工作。 j04v 可外接天線提高接收靈敏度，天線長度不限。第四章 無線多功能火災(zāi)報警器的軟件設(shè)計第一節(jié) 控制程序的設(shè)

41、計思路該控制程序主要用于有線報警部分，單片機(jī)通過判斷由三個傳感器組成的火情探測電路傳過來的輸入信號是高還是低，從而確定輸出端輸出什么電平。而這個電平將決定聲光報警電路能否運行（即led燈和蜂鳴器工作與否）；另外，當(dāng)單片機(jī)判斷到有火情發(fā)生時，還要給另一個輸出端口賦一個脈沖，這個脈沖將用于無線報警電路。開始單片機(jī)初始化傳感器檢測電路 否 輸出高電平 是 燈亮蜂鳴器響 p1.0口輸出脈沖 第二節(jié) 編碼程序的設(shè)計思路該編碼程序是當(dāng)單片機(jī)判斷到有火情之后要編一串脈沖送給無線發(fā)送模塊的發(fā)送端，這串脈沖將包含一段引導(dǎo)碼和兩個有效脈沖。開始 單片機(jī)初始化檢測p1.0口 否 p1.0口有脈沖 是串口txd編碼所

42、編的脈沖為： 4 4 2 4 4 10 1 2 5 5 第三節(jié) 解碼程序的設(shè)計思路解碼程序是無線接收模塊的接收端收到發(fā)送端送過來的信號后傳給單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行解碼，判斷收到的是不是先前編的那串脈沖。這里要注意首先要判斷引導(dǎo)碼是否有效，只有引導(dǎo)碼有效時后面的脈沖才有效，進(jìn)而才能確定火情；否則，就為無效脈沖。開始單片機(jī)初始化檢測int0狀態(tài) 否 下降沿到第一次下降沿 是flag置1 否 定時器計數(shù) 是調(diào)用子程序判斷并存儲 為有效信號 報警 是結(jié)束第五章 無線多功能火災(zāi)報警器的測試結(jié)果及結(jié)論第一節(jié) 調(diào)試首先檢測硬件電路的設(shè)計原理是否正確，能否達(dá)到預(yù)期效果以及實現(xiàn)方法是否簡便；其次在焊接有線電路之后，

43、認(rèn)真檢查電路焊接情況。這里采用分塊調(diào)試的方法，分為溫度傳感器電路，煙霧傳感器電路，氣體傳感器電路以及單片機(jī)控制電路。在每個模塊的調(diào)試過程中又采用了由局部到整體，由簡單到復(fù)雜的調(diào)試方法。最后再把各個模塊連成整體。有線部分完成之后，進(jìn)行無線通信電路的焊接，主要是單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路，程序下載電路以及無線通信模塊與單片機(jī)的連接。然后將編碼程序燒進(jìn)單片機(jī)用示波器查看編碼的波形，最后再根據(jù)無線模塊接收端的波形編寫解碼程序，從而實現(xiàn)無線通信。過程中遇到的問題有：(1) 焊電路時單片機(jī)沒有連電源和接地；(2) 電位器的接法錯誤，導(dǎo)致參考電壓調(diào)節(jié)不靈敏；(3) 檢查電路時發(fā)現(xiàn)有些虛焊，還有些電源和接地搞混了；

44、(4) 在調(diào)試時帶電操作，差點產(chǎn)生危險；(5) 在程序部分也隨著調(diào)試的進(jìn)行作了相應(yīng)修改；在調(diào)試下載程序時，由于缺少at89s52芯片的數(shù)據(jù)下載裝置，而最終選擇用stc89c51芯片代替。第二節(jié) 結(jié)論火災(zāi)報警系統(tǒng)對現(xiàn)代建筑起著極其重要的安全保障作用，研制火災(zāi)報警系統(tǒng)的目的是改變我國防火報警技術(shù)的落后現(xiàn)狀，提高我國防火報警產(chǎn)品的水平。本文設(shè)計的無線火災(zāi)報警探測器由傳感器與無線通信兩大部分構(gòu)成。探測器的前置傳感器可以選擇，根據(jù)用戶的要求和監(jiān)測環(huán)境的不同，我們可以選擇感溫傳感器、感煙傳感器、氣體傳感器等多種傳感器，特殊情況下我們還可以組成多傳感器監(jiān)測系統(tǒng)。解碼器以管腳資源豐富的stc89s52為核心，

45、實現(xiàn)對探測器寫入探頭碼和信道碼等人機(jī)交互功能。應(yīng)用程序以c語言編寫，充分利用芯片內(nèi)部資源，提高了代碼執(zhí)行效率，減小代碼容量。由于該探測器具有體積小、功耗低、安裝調(diào)試簡單、可靠性高等優(yōu)點，因此，該火災(zāi)探測器有著很好的市場前景。然而，由于本人的知識不夠全面，再加上時間緊迫和實驗條件的限制，該報警器還有許多需要改進(jìn)的地方。比如：需要減少誤報警次數(shù)；需要進(jìn)一步提高無線通信的可靠性，這些都需要在后續(xù)工作中得到完善。致 謝本人在此衷心感謝我的導(dǎo)師朱金榮老師，朱老師學(xué)識淵博，盡管工作繁忙，仍對本人的學(xué)習(xí)進(jìn)行了細(xì)致、深刻的指導(dǎo)。在本人畢業(yè)設(shè)計期間，更是給予細(xì)心的指導(dǎo)和幫助，并認(rèn)真細(xì)致地審閱，提出修改意見，使本

46、人設(shè)計得以順利完成。在畢業(yè)設(shè)計階段，許多老師和同學(xué)尤其是顧海濤、王永勝等都給了我莫大的鼓勵和幫助，在此衷心感謝所有幫助過我的老師和同學(xué)們!最后，對參加本文評閱和答辯的各位老師致以誠摯的謝意!參考文獻(xiàn) 李全利編著，單片機(jī)原理及應(yīng)用。北京：清華大學(xué)出版社 2006 莊建 新型無線火災(zāi)探測器的研制 哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士論文 竇振中編著，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 江蘇：揚州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 2004 曹君 火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計 哈爾濱理工大學(xué)碩士論文 黃繼昌、喬蘇文等編著 實用報警電路 2005年2月第一版 人民郵電出版社 崔占琴,馬虎山編著，一種無線報警器的設(shè)計與實現(xiàn)j.現(xiàn)代電子技術(shù),2006,29(6):32-33,36.,2006 陳振官、陳宏威等編著 新穎高效聲光報警器 2005年4月第一版 國防工業(yè)出版社 周興華編著 單片機(jī)智能化產(chǎn)品 c語言設(shè)計實例詳解 北京航空航天大學(xué)出版社2006 馬忠梅等編著，單片機(jī)的c語言應(yīng)用