【精選】基于單片機的煙霧報警器設(shè)計與實現(xiàn)可行性研究報告

1、基于單片機的煙霧報警器設(shè)計與實現(xiàn)可行性研究報告摘要隨著“信息時代”的到來，作為獲取信息的手段傳感器技術(shù)得到了顯 著的進步 ,應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器 技術(shù)已成為衡量一個國家科學(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。本論文以 MQ-2 半導(dǎo)體傳感器和單片機技術(shù)為核心設(shè)計的氣體報警器可實 現(xiàn)聲光報警功能，是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的 煙霧報警器，具有一定的實用價值。其中選用 MQ-2 傳感器實現(xiàn)對氣體的檢測，具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干 擾能力強等優(yōu)點，而且價格低廉，使用壽命長。

2、經(jīng) AT89C51 單片機處理，并對 處理后的數(shù)據(jù)進行分析，是否大于或等于某個預(yù)設(shè)值 （也就是報警限 ），如果大于 則會自動啟動報警電路發(fā)出報警聲音， 反之則為正常狀態(tài)， 而且在此設(shè)計中我們 通過 ADS1286 和 AT89C51 單片機進行連接，將煙霧信號轉(zhuǎn)換成單片機可識別 的數(shù)字信號，經(jīng)過單片機處理并對其進行分析，最終將煙霧的濃度顯示在 LED 的顯示管中。目錄 TOC o 1-5 h z 緒 論 1論文研究來源、目的和意義 1論文研究來源 1論文研究目的和意義 1煙霧報警器的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2煙霧報警器的國內(nèi)外現(xiàn)狀 2煙霧報警器的發(fā)展趨勢 41.3 本論文主要任務(wù) 5煙霧檢測報警

3、器的方案設(shè)計 5煙霧報警器設(shè)計思路 5煙霧傳感器的選型 6煙霧傳感器介紹 7煙霧傳感器的選定 1.2MQ-2 型煙霧傳感器的工作原理 1.3.MQ-2 型傳感器的特性及主要技術(shù)指標(biāo) 1.5.2.3 煙霧檢測報警器整體設(shè)計方案 1.7.煙霧檢測報警器工作原理 1.7.煙霧報警器的工作結(jié)構(gòu)和原理 1.8.煙霧檢測報警器的功能 2.0.本章小結(jié) 2.1煙霧檢測報警器的硬件設(shè)計 2.2.單片機的選型 2.2單片機的選擇 2.2AT89C51 單片機的介紹 2.3.AT89C51 單片機的時鐘電路 2.8.AT89C51 單片機的復(fù)位電路 2.9.煙霧檢測報警器硬件電路設(shè)計 3.0.信號采集及前置放大電

4、路 3.0.ADS1286 與單片機的連接電路 3.1.聲音報警電路 3.2數(shù)碼管顯示電路 3.3狀態(tài)指示燈及控制鍵電路 3.4.MQ-2 的連接方式 3.5本章小結(jié) 3.6煙霧檢測報警器的軟件設(shè)計 3.7.AT89C51 系列單片機調(diào)試及開發(fā)工具 3.7.煙霧檢測報警器軟件流程及設(shè)計 3.8.結(jié) 論 3.9參考文獻 4.3附 錄 4.6致 謝 錯誤. ！未定義書簽外文資料 錯.誤. ！未定義書簽中文翻譯 錯.誤. ！未定義書簽緒論論文研究來源、目的和意義論文研究來源隨著現(xiàn)代家庭用火、 用電量的增加， 家庭火災(zāi)發(fā)生的頻率越來越高。 家庭火 災(zāi)一旦發(fā)生， 很容易出現(xiàn)撲救不及時、 滅火器材缺乏及在

5、場人驚慌失措、 逃生遲 緩等不利因素，最終導(dǎo)致重大生命財產(chǎn)損失。家庭火災(zāi)的主要原因是麻痹大意， 沒有及時采取預(yù)防措施。 煙霧報警器是一種用于檢測煙霧的感應(yīng)傳感器， 一旦發(fā) 生火災(zāi)危險，其內(nèi)部的電子揚聲器便會及時警醒人們。在我國的一些大中城市，幾乎每天都發(fā)生家庭火災(zāi)，所以防火是每個家庭 必須時刻注意的問題。 假如能根據(jù)每家的實際情況預(yù)先采取簡單的防火措施， 一 些悲劇是完全可以避免的。消防部門的統(tǒng)計顯示，在所有的火災(zāi)比例中，家庭火災(zāi)已經(jīng)占到了全國火 災(zāi)的 30% 左右。家庭起火的原因林林種種，可能在我們注意得到的地方，也可 能就隱藏在我們根本就注意不到的地方。若在民用住宅中廣泛使用煙霧報警器，

6、便可有效減少火災(zāi)所造成的嚴(yán)重損失。因此，研究煙霧的檢測方法與研制煙霧報警器就成為傳感器技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的 一個重要課題。論文研究目的和意義眾多數(shù)據(jù)表明，采用家用煙霧報警器的好處有： 1.可以再著火是迅速發(fā)現(xiàn)火災(zāi) ;2.減少人員傷亡率 ;3.減少火災(zāi)損失，火災(zāi)損失往往僅限于首先著火的物質(zhì)。 各項火災(zāi)統(tǒng)計還表明， 著火與發(fā)現(xiàn)火災(zāi)之間的間隔時間越短， 火災(zāi)死亡率就越低。 事實上，受煙霧報警器保護的家庭火災(zāi)死亡率低于那些沒有這種保護的家庭火災(zāi) 死亡率。綜上情況可知， 在民用住宅中使用煙霧報警器是必不可少的。 現(xiàn)針對我國民 用住宅缺乏使用煙感器意識的現(xiàn)象提出以下建議：一、國家立法部門可制定相應(yīng)法規(guī)，強制民用

7、住宅區(qū)域安裝煙感器;另外，政府參與調(diào)節(jié)煙感器的售價幅度， 適當(dāng)給予補貼政策， 讓普通家庭都能承受并愿 意去購買。二、針對居民對住宅防火如此無知，政府相關(guān)部門深入開展社會宣傳工作， 向居民廣泛宣傳住宅防火的重要性、 必要性及具體措施。 大力發(fā)動民宗安裝住宅 煙感器，直到國內(nèi)城鄉(xiāng)居民住戶全部普及使用為止。三、消防協(xié)會可協(xié)同法律和保險部門， 由家庭財產(chǎn)保險部門出資， 對每幢居 民住宅強制性安裝煙火報警器，以此減少住宅火災(zāi)危險。四、對新建的居民住宅， 相關(guān)部門應(yīng)強調(diào)必須安裝煙感器。 還應(yīng)組織檢查城 市旅館、酒店、 商場等公共場所是否合理安裝煙感器。 以確?；馂?zāi)發(fā)生后能將危 害降到最低。煙霧報警器的國內(nèi)

8、外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢煙霧報警器的國內(nèi)外現(xiàn)狀一方面是國外從 20 世紀(jì) 30 年代開始研究及開發(fā)煙霧傳感器，且發(fā)展迅速，一 方面是因為人們安全意識增強，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另1996 年因為傳感器市場增長受到政府安全法規(guī)的推動。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，美國2002 年煙霧傳感器年均增長率為 27%30% 。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，使得煙霧檢測 儀器的體積也逐漸 變小，提高了煙霧檢測儀器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運輸及市場推廣。1963 年 5 月，日本開發(fā)完成第一臺接觸燃燒式家用燃氣泄漏報警器，次年 12 月其改良產(chǎn)品問世，改良的報警器可以檢測燃氣、一氧

9、化碳等氣 體，可以安 裝在浴室或者采用集中監(jiān)視。我國在 70 年代初期開始研制煙霧報警器，生產(chǎn)型號多樣、品種較齊全，應(yīng) 用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴展到幾乎所有危險作業(yè)環(huán)境的各種類型報警器， 產(chǎn) 品數(shù)量也在不斷增加。 但主要是在引進國外先進的傳感器技術(shù)和先進的生產(chǎn)工藝 基礎(chǔ)上，進行研究與開發(fā)形成自己的特色。 近年來， 在煙霧選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性 上也有很大進步。燃氣報警器可分為民用火災(zāi)煙霧報警器、工業(yè)用煙霧報警器、 有毒有害煙 霧報警器三大系列產(chǎn)品。(1) 民用火災(zāi)煙霧報警器民用火災(zāi)煙霧報警器為居民家庭用的火災(zāi)報警器 ,一般安裝在廚房，遇到火 災(zāi)產(chǎn)生的煙霧時時， 報警器可發(fā)出聲光報警， 或同時伴有

10、數(shù)字顯示， 同時聯(lián)動 外 部設(shè)備。有的報警器可自動開啟排風(fēng)扇，把煙霧排出室外(2) 工業(yè)用煙霧報警器及有毒有害煙霧報警器工業(yè)用煙霧報警器及有毒有害煙霧報警器只是檢測探頭有差異， 而在原理和 應(yīng)用中都很相近。工業(yè)用燃氣報警器及有毒煙霧報警器根 據(jù)檢測環(huán)境的不同， 也可分為檢漏儀、控制器和探測器。與巡檢漏儀的體積較小，可隨身攜帶或手持，主要應(yīng)用于燃氣管理的查漏 檢。若有燃氣泄漏，檢漏儀便會發(fā)出聲光報警，同時數(shù)字顯示煙霧濃 度，以便 及時采取安全措施，防止爆炸等惡性事故的發(fā)生。 控制器與探測器結(jié)合使用， 可在防爆現(xiàn)場長期監(jiān)測煙霧的濃度。探測器安裝在防爆現(xiàn)場， 控制器壁掛在值班室等有人值守的地方， 二

11、者采用屏 蔽 電纜線連接。 當(dāng)在現(xiàn)場的探測器探測到燃氣泄漏之后， 通過屏蔽電纜線將信號傳 到控制器， 控制器發(fā)出聲光報警， 同時啟動排風(fēng)裝置或關(guān)閉電磁閥切斷氣源， 以 確保安全。此種儀器廣泛應(yīng)用于液化氣站、汽車加油站、鍋爐房等工業(yè)場所。煙霧報警器的發(fā)展趨勢面對人類社會經(jīng)濟與技術(shù)急速發(fā)展的時代， 伴隨這電子、 計算機、通訊和現(xiàn) 代控制技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代火災(zāi)自動報警應(yīng)用技術(shù)發(fā)展趨勢正在向著全總線 制、軟件編程、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多樣化、小型化、社區(qū)化、藍牙技術(shù)無線化、 高靈敏化、綜合化等方面發(fā)展。 針對當(dāng)前火災(zāi)自動報警系統(tǒng)存在的通訊協(xié)議不一致， 系統(tǒng)誤報、 漏報頻繁，智能 化程度低，網(wǎng)絡(luò)化程度低、

12、特殊惡劣環(huán)境的火災(zāi)探測報警抗干擾等問題較為突出 的現(xiàn)象，提出在符合國家消防規(guī)范的基礎(chǔ)下采用統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、開放的通訊協(xié)議。 通過對新技術(shù)、新工藝、新材料和新設(shè)備的應(yīng)用研究，對系統(tǒng)方案、設(shè)備選型的 優(yōu)化組合， 改進火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的工作性能、 減少維護費用和維護要求， 向著 高可靠性、高靈敏性、低誤報率、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、技術(shù)智能化方向發(fā)展，為更好的 預(yù)防和遏制建筑火災(zāi)提供強有力的保障， 從而更好的保護國家和人民的生命、 財 產(chǎn)安全。1.3 本論文主要任務(wù)本篇論文是煙霧報警器的研制，主要基本部分和擴展部分：基本部分對系統(tǒng)進行整體規(guī)劃和結(jié)構(gòu)設(shè)計。以AT89C51單片機為中央處理器，對硬件電路進行設(shè)計和 改進

13、，使其功能更加完善。 系統(tǒng)硬件電路主要分為前置放大電路、 鍵盤電路、 聲音報警 電路、狀態(tài)指示燈電路、液晶顯示電路六個部分。系統(tǒng)的軟件編制。按照軟件實現(xiàn)的功能，主要分為主程序、初始化子程序、鍵盤處理子程序、線性化處理子程序、濃度顯示 子程序、報警子程序、報 警限值設(shè)置子程序、串口通信子程序。在程序的 編寫過程中，加入了詳細的文 字注釋，便于后期的改進與維護。硬件電路和軟件的綜合調(diào)試。擴展部分再加入一路傳感器信號采集電路，利用雙通道數(shù)據(jù)實現(xiàn)采集的優(yōu)化，主 要是利用輔助的一路進行修正主傳感器，以提高精度和可靠性。煙霧檢測報警器的方案設(shè)計煙霧報警器設(shè)計思路煙霧檢測報警器是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度，

14、并具有報警功能的儀器， 儀 器的最基本組成部分應(yīng)包括： 煙霧信號采集電路、 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、 單片機控制電 路2煙霧信號采集電路一般由煙霧傳感器和模擬放大電路組成， 將煙霧信號轉(zhuǎn)化 為模擬的電信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從煙霧檢測電路送出的模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機 可識別的數(shù)字信號后送入單片機。 單片機對該數(shù)字信號進行濾波處理， 并對處理 后的數(shù)據(jù)進行分析，是否大于或等于某個預(yù)設(shè)值 （也就是報警限 ），如果大于則啟 動報警電路發(fā)出報警聲音， 反之則為正常狀態(tài)。 為方便檢測與監(jiān)控， 使儀器測試 人員及用戶能夠直觀地觀察到環(huán)境中的可燃煙霧濃度值， 可將濃度值送到顯示屏 中。方便調(diào)節(jié)報警限，可以加入按鍵。為使報警

15、裝置更加完善，可以在聲音報警 基礎(chǔ)上， 加入光閃報警， 變化的光信號可以引起用戶注意， 彌補嘈雜環(huán)境中聲音 報警的局限。以上是根據(jù)報警器應(yīng)具備的功能，提出的整體設(shè)計思路。煙霧傳感器及單片機是可燃煙霧檢測報警器的兩大核心， 根據(jù)報警器功能的 需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟的煙霧傳感器及單片機芯片是至關(guān)重要的。 煙霧傳感器屬于氣敏傳感器， 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。通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字 量后送到單片機完成數(shù)據(jù)處理， 濃度處理及報警控制等工作。 傳感器作為煙霧檢 測報警器信號采集部分， 是儀表核心組成部分之一。 由此可見， 傳感器

16、的選型是 非常重要的。 煙霧檢測報警器主要應(yīng)用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、噴漆作業(yè)等易 發(fā)生可燃煙霧泄露的場所， 根據(jù)報警器檢測種類的要求， 一般選用接觸燃燒式傳 感器和半導(dǎo)體煙霧傳感器。煙霧傳感器的選型煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，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，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，進而由單片機完成數(shù)據(jù)處理、濃度 處理及報警控制等工作。傳感器作為煙霧檢測報警器的信號采集部分，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。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

17、，從檢測原理上可以分為三大類：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。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。利用電化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如電流型煙霧傳感器、電勢型氣體傳感器等。(2) 煙霧傳感器應(yīng)滿足的基本條件 一個煙霧傳感器可以是單功能的， 也可以 是多功能的；可以是單一的實體，也可以是由多個不同功能傳感器組成的陣列。 但是，任何一個完整的煙霧傳感器都必須具備以下條件：能選擇性地檢測某種單一煙霧，而對共存的其它煙霧不響應(yīng)或低響應(yīng)；對被測煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內(nèi)的煙霧濃度；對檢測信號響應(yīng)速度快，重復(fù)性好；

18、長期工作穩(wěn)定性好；使用壽命長；制造成本低，使用與維護方便。常見煙霧傳感器簡介 下面對工業(yè)上常用的幾種煙霧傳感器作簡單介紹。(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 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、輸出信號強、耐久性強、結(jié) 構(gòu)簡單、價格便宜等諸多優(yōu)點， 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。 按照敏感機理分類， 可分為電阻型和非電阻 型。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，

19、其原理是利 用氣敏材料在通過煙霧時產(chǎn)生電阻， 測量其形成電動勢從而測量氣體濃度。 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)等各個領(lǐng)域， 其產(chǎn)量僅次于半導(dǎo)體煙霧傳感器的一類傳感器。 但這種傳感器制造成本高，檢測煙霧范圍有限，在檢測環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢。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會發(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 )，使用時將鉑絲通電，保持 300 C400 C 的高溫，此時若與煙霧接觸，煙霧就會在稀有金屬催化層上

20、燃燒，因此鉑絲的 溫度會上升， 鉑絲的電阻值也上升； 通過測量鉑絲的電阻值變化的大小， 就知道 煙霧的濃度。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，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。 高分子氣敏材料由于具有易操 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的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，可以彌補其它煙霧傳 感器的不足。電化學(xué)傳感器電化學(xué)傳感

21、器由膜電極和電解液封裝而成。 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。 它的優(yōu)點是：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。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，但是測量原理不 同。它的測量原理是： 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。紅外傳感器紅外傳感器

22、通常用兩束紅外光進行煙霧測量， 主光束通過測量元件內(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器測量， 產(chǎn)生一個正比于目標(biāo) 煙霧濃度的差分信號。非擴散式紅外探測器 NDIR (non-dispersive IR ) 是其中 的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴散和損耗被記錄下來。不同的煙霧吸收不同波長的IR，所以傳感器根據(jù)目標(biāo)煙霧而調(diào)整，典型應(yīng) 用包括測量 CO 和 CO2 、冷凍劑煙霧和一些易燃氣。由于非碳氫化合物易燃煙 霧(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量碳氫 化合物

23、，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。常見煙霧傳感器可檢測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所有的氣體， 通常 只能檢測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 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煙霧，如 O2、CO2、H2 、Cl2、SO2 等。表2.1簡要列舉出已經(jīng)研究、開發(fā)的各類煙霧傳感器及其可檢測的氣體種類。傳感器種類C0C02H2SNH3HCNHCICOC12CI2NOXS0202CH4C3H2H2H20半導(dǎo)體氣體OOOOOO

24、O傳感器OOO固體電解質(zhì)OOOOO傳感器接觸燃燒式OOO傳感器電化學(xué)式傳感器OOOOOOOO高分子電解質(zhì)氣體傳感器OOOO注：o好不太好222煙霧傳感器的選定煙霧檢測報警器主要應(yīng)用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣 站、噴漆作 業(yè)等易發(fā)生可燃煙霧泄漏的場所，根據(jù)報警器檢測煙霧 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，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

25、回新鮮空氣環(huán)境中有得 到某種程度的恢復(fù)的可能，但是如果長期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會不斷 下降，導(dǎo)致傳感器最終喪失檢測煙霧的能力。 中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之 類的物質(zhì)時，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)懷疑檢測環(huán) 境中存在這些物質(zhì)時，經(jīng)常對探頭進行標(biāo)定，是必須且有 效的辦法。因此，經(jīng)常對傳感器進行標(biāo)定， 是保證其準(zhǔn)確性的必要的途徑。 一般連續(xù)使 用兩個月后應(yīng)對傳感器進行量程校準(zhǔn)， 這種經(jīng)常性對傳感器的維護， 無形中加大 了工作人員的工作量，同時增加了報警器的維護成本。 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

26、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)簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，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)點更 加突出：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價格便宜，且不會發(fā)生探 頭阻緩及中毒現(xiàn)象， 維護成本較低等。 因此，本設(shè)計采用半導(dǎo)體煙霧傳感器作為 報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)計選用 MQ-2 型煙霧傳感器，這種型號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、壽

27、命長等優(yōu)點。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型在檢測時阻值隨煙霧 濃度的增大而減??； 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 2.2 所示。型傳感器的結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示，其外觀如2.2所示表2.2半導(dǎo)體氣敏傳感器的分類所利用的特性工作溫度表面電阻控制器300450 C類型所利用的特性工作溫度代表性被檢測氣體電阻表面電阻控制器300 450 C可燃性氣體電阻型體電阻控

28、制器300 450 C乙醇、可燃性氣700 C以上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)計中采用的MQ-2型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導(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，二氧化錫吸附空氣中的 氧，形成氧的負離子吸附，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，如果晶粒間界處的勢壘受到該煙霧的調(diào)制而變化，就會引起表而電導(dǎo)率的變化。利用這一點就可以 獲得這種煙霧存在的信息。遇到可燃煙霧（如CH4等）時，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

29、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，二氧化錫半導(dǎo)體又會自動恢復(fù)氧的負離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是MQ-2型燃性煙霧傳感器檢測可燃煙霧的基本原理。 MQ-2IE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224 MQ-2型傳感器的特性及主要技術(shù)指標(biāo)MQ-2型傳感器的一般特點MQ-2型傳感器對天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對烷類煙霧更為敏感MQ-2 型傳感器具有良好的重復(fù)性和長期的穩(wěn)定性。 初始穩(wěn)定， 響應(yīng)時 間短，長時間工作性能好。?MQ -2 型傳感器具有良好的抗干擾性， 可準(zhǔn)確排

30、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)計電壓范圍寬，24V以下均可；加熱電壓5 0.2V。MQ-2 型傳感器的基本特性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煙霧中 的電阻值。 雖然對于不同的煙霧，器件靈敏度特性 K 的值也會各有差異，但是 它們都遵循同一規(guī)律，log RS = m logC + n (2-2)式中， m 為器件相對煙霧濃度變化的敏感性， 又稱煙

31、霧分離能， 對于 煙霧， m 值為 1/21/3 ； C 為檢測煙霧的濃度。 n 為與檢測煙霧，器件材料有關(guān)，并 隨測試溫度和材料中有無增感劑而有所不同。初期穩(wěn)定特性半導(dǎo)體煙霧傳感器在不通電狀態(tài)存放一段時間后， 再通電時， 器件并不能立 即投入正常工作。 這是因為煙霧傳感器中的二氧化錫在不通電的狀態(tài)下會吸附空 氣中的水蒸氣， 當(dāng)再次通電時需要預(yù)熱幾分鐘使水蒸氣蒸發(fā)后， 氣敏電阻才能正 常工作。再通電工作時氣敏電阻值達到穩(wěn)定時所需要的時間， 定義為初期穩(wěn)定時 間。一般情況下，不通電時間越長，初期穩(wěn)定時間也越長，當(dāng)不通電存放時間達 到 15 天左右時，初期穩(wěn)定時間一 般需要 5 分鐘左右。加熱特性

32、半導(dǎo)體煙霧傳感器一般要在較高的溫度(200450 C)下工作，所以需要對其 加熱。由于傳感器一般工作在易燃易爆環(huán)境下， 若加熱絲直接與電源相接， 當(dāng)加 熱絲局部短路造成器件過熱或放電時， 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 50.2V ，加熱電阻為 31 3? 。當(dāng)加熱絲斷路時，由于熱惰性緣故，煙霧傳 感器的氣敏特性并不立即消失， 此時檢測必出現(xiàn)較大的誤差。 為避免出現(xiàn)這種情 況，并及時發(fā)現(xiàn)氣敏元件的故障， 需要設(shè)計加熱絲故障診斷報警電路。MQ-2 型傳感器的特性參數(shù)回路電壓：(Vc) 524V取樣電阻：

33、(RL) 0.120K加熱電壓：(VH)5 0.2V加熱功率：(P)約750mW靈 敏 度：以甲烷為例 R0(air)/RS (0.1%CH4) 5響應(yīng)時間：Tresv 10秒恢復(fù)時間：Trec v 30秒煙霧檢測報警器整體設(shè)計方案煙霧檢測報警器工作原理本論文中的煙霧檢測報警器以 STC12 單片機為控制核心， 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應(yīng)的微小的電壓信號經(jīng)過放大，轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號送入ADS1286 ;然后，在ADS1286內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換、濃度比較，對數(shù) 據(jù)進行線性化處理， 將數(shù)字化電壓信號轉(zhuǎn)化成為對應(yīng)的十進制濃度值；最后， 將實際可燃性氣

34、 體濃度送入液晶，并判斷濃度值是否超出報警限，當(dāng)濃度處于 正常狀態(tài)綠 燈長亮，當(dāng)煙霧濃度超出設(shè)定的限定值時，發(fā)出聲音報警并伴隨紅 燈閃亮。另外由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，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的電壓。為了保 證其可靠性，在輸出5V的電壓的同時，進行故障監(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，進行故障報警，發(fā)出聲光報警信號。當(dāng)然幾種狀態(tài)的報警信號是各不相同的。232煙霧報警器的工作結(jié)構(gòu)和原理煙霧報警器是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度，并具有報警功能的儀器。該報警 系統(tǒng)的最基

35、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 機控制電路、字符顯示電路、聲光報警電路和安全保護電路等部分組成。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)計的煙霧報警器具有 顯示報警狀態(tài)、故障自檢、換氣排煙和自動滅火等功能。報警器采用延時的工作 方式，煙霧檢測報警器以AT89C51單片機為控制核心，選用MQ-2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。煙霧信號放hA/D轉(zhuǎn)換傳感器大電路卜電路/VL丿1 丿圖 2-3 煙霧報警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 該系統(tǒng)的工作由煙霧信號采集及放大電路將采集到的煙霧濃度信息轉(zhuǎn)化為 放大的模擬

36、電信號。 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路再將該模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機可識別的數(shù)字信 號后送入單片機。單片機對該數(shù)字信號進行處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進行分析。 當(dāng)輸入 A/D 轉(zhuǎn)換器的放大信號不為零時，啟動報警電路。反之則為正常工作狀 態(tài)。設(shè)計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)境中的 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 因為變化的光信號可以引起用戶和家庭鄰居的注意， 彌補了在嘈雜環(huán)境中聲音報 警的局限， 使得報警裝置更加完善。 在報警啟動的同時， 單片機控制器還可以控 制調(diào)節(jié)閥

37、噴水滅火和換氣扇排煙動作。系統(tǒng)留有繼電器接口， 使單片機能夠控制換氣風(fēng)扇和調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)， 讓 系統(tǒng)在報警的同時自動啟動相關(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 的 電壓。為了保證其可靠性，在輸出 5V 的電壓的同時，進行故障監(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， 進行故障報警。 以上是根據(jù)報警器 應(yīng)具備的功能，提出的整體設(shè)計思路。煙霧檢測報警器的功能狀態(tài)顯示功能控制輸出的狀態(tài)指示燈 ,綠燈常亮表示正常狀態(tài)， 環(huán)境中可燃煙霧

38、濃度極低 . 紅燈閃亮表示環(huán)境中可燃煙霧濃度超過報警限值，提醒用戶盡快作相應(yīng)安全措 施。 當(dāng)煙霧濃度超過報警限，報警器發(fā)出鳴叫，用戶到達現(xiàn)場，可按下按鍵停 止報警器鳴叫。若過一點時間濃度仍超出報警限，報警器會再次鳴叫提醒用戶。煙霧濃度顯示通過液晶屏顯示可燃煙霧的濃度值， 并且可以切換到設(shè)置狀態(tài)， 通過鍵盤設(shè) 置或者更改報警限值，以便于用戶或檢測人員隨時觀測煙霧濃度及更改報警限。煙霧報警功能當(dāng)煙霧濃度連續(xù)一段時間取值都在報警限值之上， 蜂鳴器開始報警， 且聲音 越來越急促，并且伴隨紅燈閃爍。因為人對變化的信號更為敏 感，所以變化的 聲音及燈光更容易引起用戶的注意。自動控制相關(guān)安全裝置的擴展功能留

39、有繼電器接口， 可以帶動排風(fēng)扇或大功率蜂鳴器， 也可以控制管道電子閥 門，可在報警的同時自動啟動相關(guān)安全裝置。2.4 本章小結(jié)本章主要闡述了煙霧報警儀的設(shè)計方案，即傳感器的選型和報警器的設(shè)計。 傳感器從種類、選定、工作原理、基本特性四個方面分別敘述。根據(jù)本設(shè)計要求及使用環(huán)境、成本等因素選用的 MQ-2 型半導(dǎo)體電阻式煙 霧敏感器件。并且從結(jié)構(gòu)、 功能、技 術(shù)指標(biāo)三方面對報警器進行了詳細地論述， 使其在較寬的溫度范圍工作，用于檢測空氣中煙霧或可燃性液體蒸汽的濃度。該報警器將空氣中煙霧或可燃性液體蒸汽的濃度顯示在儀表盤上， 當(dāng)空氣中 的煙霧或可燃性液體蒸汽的濃度達到一定濃度時， 則啟動快速重復(fù)檢測

40、和延時 報警，以區(qū)別出是管道中煙霧的泄漏， 還是由于短暫打開閥門產(chǎn)生的可燃煙霧 的微量散失，防止誤報。若判斷是 煙霧泄漏，則發(fā)出聲、光報警信號，也可在 報警的同時自動驅(qū)動相 關(guān)安全裝置而且具有故障自診斷功能。此系統(tǒng)還可接計 算機進行現(xiàn)場實時控制煙霧檢測報警器的硬件設(shè)計在報警儀的設(shè)計中，單片機是其核心部件。它一方面要接收來自傳感器送 來的煙霧濃度對應(yīng)的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對 兩種信號分別進 行處理， 控制后續(xù)電路進行相應(yīng)動作； 與此同時查詢是否有鍵按下的請求。 在單 片機完成這些的工作中，尤其是信號處理中，比較 濃度值后送入顯示的軟件實 現(xiàn)比較復(fù)雜， 要求單片機具備較快的運算速度，

41、 使檢測人員能夠較準(zhǔn)確地觀測到 煙霧濃度，并根據(jù)情況做進行 相應(yīng)處理。并且也要考慮選擇低價實用的機型， 并為研制同一系列的低功 耗產(chǎn)品做準(zhǔn)備。根據(jù)多方面的比較，本設(shè)計選用宏晶 科技生產(chǎn)的 AT89C51 系列單片機。單片機的選型單片機的選擇單片機又稱單片微控制器 ,它不是完成某一個邏輯功能的芯片 ,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。 相當(dāng)于一個微型的計算機， 和計算機相比， 單片機只缺少了 I/O 設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量 輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機是 了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智

42、能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系 統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機， 就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效， 常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型” ，如智能型洗衣機，各種警報器中的 應(yīng)用等。一方面它要接收來自傳感器的氣體濃度的模擬信號和故障檢測信號， 另一方 面要對兩種信號分別進行處理， 控制后續(xù)電路的相應(yīng)工作； 同時，查詢是否有鍵 按下的命令。 在單片機實現(xiàn)的功能中， 將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號做數(shù)字濾波， 再進行 線性化處理， 這一過程的軟件實現(xiàn)， 需要單片機有較快的運算速度， 使儀表監(jiān)測 人員能夠觀測到并進行相應(yīng)處理。根據(jù)此次的實驗要求設(shè)計我們采用的是 51 系列的單片機，根據(jù)多方面的比 較我此

43、次采用的是 AT89C51 的單片機。AT89C51 單片機的介紹AT89C51 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機帶有 4K 字節(jié)的可反復(fù) 擦寫的程序存儲器（ PENROM ）。和 128 字節(jié)的存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM ），這種 器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丟失存儲技術(shù)生產(chǎn)，并且能夠與MCS-51 系列的單片機兼容。 片內(nèi)含有 8位中央處理器和閃爍存儲單元， 有較強的功能的 AT89C51 單片機能夠被應(yīng)用到控制領(lǐng)域中。功能特性AT89C51 提供以下的功能標(biāo)準(zhǔn)： 4K 字節(jié)閃爍存儲器， 128 字節(jié)隨機存取數(shù) 據(jù)存儲器，32個I/O 口，2個16位定時/計數(shù)器，1個5

44、向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，1個串行通信口，片內(nèi)震蕩器和時鐘電路。另外，AT89C51還可以進行OHZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。閑散方式停止中央處理器的工作，能 夠允許隨機存取數(shù)據(jù)存儲器、定時/計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 掉電方式保存隨機存取數(shù)據(jù)存儲器中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一個復(fù)位。引腳描述AT89C51單片機的引腳圖如下圖3.6:卩1. QPI.I 門.2PJ.J 門.4 PJ.5P1.6PL7RST 曲恥工U 0燦 PM 17vTm?5. 2Cr!iTT)PJ+3(T0P3,4| crnpj. $| 麗町.b|(ffttlPJ. 7KTA

45、L2XTAL1 t5DATS9G51TOPft. 0； (ADO) P(k 1/UD1) 卩Q 2/ UD2) P0F 3/ U&3) PBt4/(AD4) 列.5/MP刖 刊和GUM) 也 7/ CW7I EX/VPP aLC/FW psfnP2, 7/ UU)P2.6/(A14) Pl+5/(A13Pl. 4 (All)FT 3/(All) P2t2/U10 P2_ 1/(AS) ?2. 0/(A8)圖3-1 AT89C51引腳圖vcc：電源電壓GND : 地PO 口：P0 口是一組8位漏極開路雙向I/O 口，即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出 口時，每一個管腳都能夠驅(qū)動 8個TTL電路。當(dāng)

46、“ 1 ”被寫入P0 口時，每個管 腳都能夠作為高阻抗輸入端。 P0 口還能夠在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器 時，轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，并在這時激活內(nèi)部的上拉電阻。 P0 口在閃爍編 程時， P0 口接收指令，在程序校驗時，輸出指令，需要接電阻。P1 口：P1 口一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動 4個 TTL 電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時可作為 輸入口。 因為內(nèi)部有電阻， 某個引腳被外部信號拉低時輸出一個電流。 閃爍編程 時和程序校驗時， P1 口接收低 8 位地址。P2 口：P2 口是一個內(nèi)部帶有上拉電阻的 8位雙向

47、I/O 口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL電路。對端口寫“ 1 ”，通過內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時，可作 為輸入口。 因為內(nèi)部有電阻， 某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 在訪 問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， 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)存儲器時， P2 口線上的內(nèi)容在整個運行期間不 變。閃爍編程或校驗時， P2 口接收高位地址和其它控制信號。P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 口輸出緩沖故可驅(qū)動 4 個TTL電路。對P3 口寫如“ 1”時，它們被內(nèi)部電阻拉到高電平并可作為輸入 端時，被外

48、部拉低的 P3 口將用電阻輸出電流。P3 口除了作為一般的I/O 口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表3.7 所示：表3.7 AT89C51各部分引腳的作用端口引腳第二功能P3.0RXDP3.1TXDP3.2INTOP3.3INT1P3.4TOP3.5T1P3.6WRP3.7RD表3.7 AT89C51各部分引腳的作用端口引腳第二功能P3.0 RXDP3.1 TXDP3.2 INTOP3.3 INT1P3.4 TOP3.5 T1P3.6 WRP3.7 RDP3 口還接收一些用于閃爍存儲器編程和程序校驗的控制信號RST：復(fù)位輸入。當(dāng)震蕩器工作時， RET 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平將使

49、 單片機復(fù)位。ALE/ ：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE 輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器， ALE 以時鐘震蕩頻率的 1/16 輸出固定的正脈 沖信號，因此它可對輸出時鐘或用于定時目的。 要注意的是： 每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù) 存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖時，閃爍存儲器編程時，這個引腳還用于輸入編 程脈沖。如果必要，可對特殊寄存器區(qū)中的8EH單元的DO位置禁止ALE操作。 這個位置后只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會被應(yīng)用。此外，這個引腳 會微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。PSEN：程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的

50、讀選通信號，當(dāng) AT89C51 由外部程 序存儲器讀取指令時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。在此 期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號不出現(xiàn)。EA/VPP ：外部訪問允許。欲使中央處理器僅訪問外部程序存儲器，EA端必須保持低電平。需要注意的是：如果加密位 LBI被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA端狀態(tài)。 如EA端為高電平，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。閃爍存儲器編程時， 該引腳加上+12V的編程允許電壓VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程 電壓 VPP。XTAL1 ：震蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2 :震蕩器反相放大器的輸出

51、端振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放 大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源 驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器， 因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬 度。AT89C51單片機的時鐘電路AT89C51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自然震蕩器。外接石英晶體及電容 C1，C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路。 對外接電容C

52、1，C2雖然沒有十分 嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響震蕩頻率的高低、震蕩器工作的穩(wěn)定 性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30PF 10PF,而如果使用陶瓷振蕩器建議選擇 40PF 10PF。用戶也可以采用外部時 鐘。采用外部時鐘的電路如圖示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要 求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要 求。X7AL2XTAL1GND圖3-2內(nèi)部振蕩電路NCXTAL2

53、XTAL1EXTERNALOSCILLATORSIGNALGND圖3-3外部振蕩電路時鐘電路圖如下圖3.10 :Cap 30pFIIY1XTAL16Ts TgLP3.6(WR)P3.7(RO)XTAL2 XTALLGNDP2.4ALjP2.3(A11PZ.2(A1CP2.1(ASP2 0(AS89C51圖3-4時鐘電路圖AT89C51單片機的復(fù)位電路在整個燃氣報警系統(tǒng)中，要進行實驗，必須對整個系統(tǒng)先復(fù)位。復(fù)位是單片 機的初始化操作。單片機系統(tǒng)在上電啟動運行時，都需要先復(fù)位。其作用是使 CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作， 因而，復(fù)位是一個很重要的操作方式。 但

54、單片機本身是不能自動進行復(fù)位的， 必 須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實現(xiàn)。單片機的外部復(fù)位電路有上電復(fù)位和上電和按鍵均有效的復(fù)位兩種。我們在設(shè)計 單片機復(fù)位時，選用上電復(fù)位上電要求接通電源后，單片機實現(xiàn)自動復(fù)位操作。上電瞬間RST引腳獲得高 電平，隨著電容的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。RST引腳的高電平只要 能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進行復(fù)位操作。該電路典型的電容參數(shù)為：晶振為12MHZ，電容值為1uFvccC3SW-PBCapO.luFRIOPLIPO.O(AP1.2P0.1(AP0.2(APL.4P03(AP0.4(AP1.6P0.5(APL,?PQ.6(ARST

55、P0.7(AP3.0(RXD)P3.L(rXD)ALE(PRP3.2(IXT0)P?P2.7(/P3.4(T0)P2.6(/P3J(TDP2 5(?圖3-5復(fù)位電路3.2煙霧檢測報警器硬件電路設(shè)計321信號采集及前置放大電路傳感器輸出信號一般比較微弱，需要經(jīng)過前置電路對其進行放大、 濾波、電 平調(diào)整，滿足單片機對輸入信號的要求。本系統(tǒng)采用的半導(dǎo)體煙霧傳感器屬于電阻型，因此只需串聯(lián)一個參考電阻，再經(jīng)過一個放大電路即可發(fā)送給 ADC采 集。常見的運算放大器中，AD644價格低廉、使用簡單等優(yōu)點 比較突出，所以 本設(shè)計中的前置放大電路采用 AD644作為電路的運算放大器。AD644由兩個低噪聲的高速

56、電壓反饋放大器組成。它的兩個輸入端產(chǎn)生的電壓 噪聲只有2 . 5nV/VHz。同時具有帶寬寬，失真小等特性。當(dāng)驅(qū)動電容負載時， AD644具有較高的輸出電流和較好的穩(wěn)定性。它的功耗較小，在 5V到12V的電源下工作時，每個放大器僅消耗 4. OmA的靜態(tài)電流。vccGKD圖3-6前置放大電路圖322 ADS1286 與單片機的連接電路放大后的信號經(jīng)過地址選通從IN 口輸入ADC1286芯片，初始化芯片后，給START端一個不少于100 nm 的正脈沖開始模數(shù)轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換完成后，EOC端發(fā)出一個完成信號（高電平），數(shù)據(jù)通過鎖存器送給單片機P0 口單片機接口電路如圖所示。單片機的時鐘頻率為11.

57、0592 MHz，則ALE引腳的時鐘頻率約為1. 84 MHz，兩次二分頻得到的頻率差不多為450 kHz，符合頻率要求。GND單片機與ADS 1286接口電睦圖3-7 ADS1286 與單片機的連接電路323聲音報警電路聲音報警電路圖如圖3.3所示。報警裝置采用無源壓電式 KM3712X型蜂鳴 器26，較一般的蜂鳴器體積大，聲音響亮，適用于家用煤氣報警器的報警聲音源。當(dāng)單片機AT89C51的32腳(P0.7)置1時，三極管Q1導(dǎo)通，蜂鳴器報警。 本報警器采用單片機 AT89C51的功能,如果煙霧濃度達到報警限，單片機控 制P0.7 口輸出占空比一定的脈沖，報警時蜂鳴器會發(fā)出如警車警笛的聲音。

58、END整暫電路圖3-8聲音報警電路圖324數(shù)碼管顯示電路報警器濃度顯示采用數(shù)碼管。顯示濃度級別，其主要技術(shù)參數(shù)如下:模塊工作電壓：2.75.5V工作電流：80ma,每段10ma字高：11.4mm 環(huán)境相對濕度：85 % 視角：6:00工作溫度：-10+50 C顯示方式：反射式正顯示存儲溫度：-20+60 C接口方式：8線并行接口uDS IComponent _1Dpy Blue-CA數(shù)碼管顯示電路圖3-9數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖325狀態(tài)指示燈及控制鍵電路狀態(tài)指示燈及控制鍵電路圖如圖 3.5所示。單片機AT89C51 的34腳 (P0.4)、35腳(P0.5)，控制輸出的狀態(tài)指示燈。綠燈常亮表示正常狀態(tài)，

59、環(huán)境中 可燃煙霧濃度極低。紅燈閃亮表示環(huán)境中可燃煙霧濃度超過報警限值，提醒用戶盡快作相應(yīng)安全措施。當(dāng)煙霧濃度超過報警限，報警器發(fā)出鳴叫，用戶到達現(xiàn)場，可按下按鍵停止 報警器鳴叫。若過一點時間濃度仍超出報警限，報警器會再次鳴叫提醒用戶vccLEDOD2470刖REENLED1470LED-RED圖3-10狀態(tài)指示燈電路圖326 MQ-2的連接方式MQ 一 2煙霧傳感器有6個引腳，其中中間的2個為電阻絲，剩下的4個 引腳分別為2個輸入引腳和兩個輸出引腳。其中中問的兩個弓I腳為信號輸出端， 其輸出為模擬電壓量，范圍為0 I V。其連接方式如圖所示。該傳感器需要施加2個電壓VcU7ABU1R1TikQ

60、NDMQ2的連接方式圖3-11 MQ-2 的連接方式3.3本章小結(jié)本章闡述了煙霧報警器的硬件設(shè)計。首先介紹了AT89C51系列單片機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)性能特點。從設(shè)計要求及對AT89C51系列單片機性能指標(biāo)、價格及節(jié)省儀表空間考慮，選用AT89C51單片機作為該報警系統(tǒng)的核心控制器。 然后，詳細地闡述了煙霧報警器電路設(shè)計，分為信號采集及前置放大電路、AT89C51單片機接口電路、聲音報警電路、顯示電路、狀態(tài)指示燈電路。煙霧檢測報警器的軟件設(shè)計4.1 AT89C51 系列單片機調(diào)試及開發(fā)工具本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國 Keil Software 公司出品的 Keil C51 ，是 51 系列