智能火災(zāi)報警系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)“智能測控系統(tǒng)”課程設(shè)計報告題 目 智能火災(zāi)報警系統(tǒng) 姓 名 俞明強 班 級 機制0613 學(xué) 號 2 考試成績 二九年十二月 智能火災(zāi)報警系統(tǒng) 選題的背景和意義：火災(zāi)，是指在時間或空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害。在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會發(fā)展的主要災(zāi)害之一。人類能夠?qū)疬M(jìn)行利用和控制，是文明進(jìn)步的一個重要標(biāo)志。火，給人類帶來文明進(jìn)步、光明和溫暖。但是，失去控制的火，就會給人類造成巨大的災(zāi)難。對于火災(zāi)，在我國古代，人們就總結(jié)出“防為上，救次

2、之，戒為下”的經(jīng)驗。隨著社會的不斷發(fā)展，在社會財富日益增多的同時，導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)的危險性也在增多， 火災(zāi)的危害性也越來越大。據(jù)統(tǒng)計， 我國 70 年代火災(zāi)年平均損失不到 2 5 億元， 80 年代火災(zāi)年平均損失不到 3.2 億元。進(jìn)入 90 年代， 特別是 1993 年以來，火災(zāi)造成的直接財產(chǎn)損失上升到年均十幾億元，年均死亡 2000 多人。 實踐證明，隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，消防工作的重要性就越來越突出。由此，火災(zāi)報警器在消防工作就的作用也尤為突出了。我國的火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有、從簡單到復(fù)雜的發(fā)展過程，其智能化程度也越來越高。但目前國內(nèi)廠家多偏重用于大型倉庫、商場、高級寫字樓、賓館

3、等場所大型火災(zāi)報警系統(tǒng)的研發(fā)，他們采用集中區(qū)域報警控制方式，其系統(tǒng)復(fù)雜、成本較高。而在居民住宅區(qū)、機房、辦公室等小型防火單位，需要設(shè)置一種單一或區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、廉價實用的火災(zāi)自動探測報警裝置，因此，研制一種結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的語音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)火災(zāi)報警器是非常必要的。 系統(tǒng)描述 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，一般由火災(zāi)探測器、區(qū)域報警器和集中報警器組成；也可以根據(jù)工程的要求同各種滅火設(shè)施和通訊裝置聯(lián)動，以形成中心控制系統(tǒng)。即由自動報警、自動滅火、安全疏散誘導(dǎo)、系統(tǒng)過程顯示、消防檔案管理等組成一個完整的消防控制系統(tǒng)。 火災(zāi)探測器是探測火災(zāi)的儀器，由于在火災(zāi)發(fā)生的階段，將伴隨產(chǎn)生煙霧、高溫格火光。這些煙、熱和光可以通過探

4、測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枅缶蚴棺詣訙缁鹣到y(tǒng)啟動，及時撲滅火災(zāi)。 區(qū)域報警器能將所在樓層之探測器發(fā)出的信號轉(zhuǎn)換為聲光報警，并在屏幕上顯示出火災(zāi)的房間號；同時還能監(jiān)視若干樓層的集中報警器（如果監(jiān)視整個大樓的則設(shè)于消防控制中心）輸出信號或控制自動滅火系統(tǒng)。 集中報警是將接收到的信號以聲光方式顯示出來，其屏幕上也具體顯示出著火的樓層和房間號，機上停走的時鐘記錄下首次報警時間性，利用本機專用電話，還可迅速發(fā)出指示和向消防隊報警。此外，也可以控制有關(guān)的滅火系統(tǒng)或?qū)⒒馂?zāi)信號傳輸給消防控制室。發(fā)展趨勢 二十多年前，中國的消防報警產(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，還是社會影響程度都是相當(dāng)?shù)偷?。?/p>

5、外的產(chǎn)品和品牌一統(tǒng)天下，占領(lǐng)中國的大部分市場。由于中國的建設(shè)正在飛速發(fā)展，市場大的驚人，難道這由中國發(fā)展帶來的成果只能由外國企業(yè)來瓜分？可幸的是中國企業(yè)抓住了機遇，頂住了挑戰(zhàn)，先是一批國家的科研院所，后是一批國營企業(yè)、民營企業(yè)，業(yè)內(nèi)也吸引和凝聚一大批國內(nèi)的技術(shù)和管理精英，花了十多年時間，通過幾次產(chǎn)品更新?lián)Q代，就使自己的產(chǎn)品緊緊跟上了國際水平，并且奪回了大部分國內(nèi)市場，使得現(xiàn)在大多國外產(chǎn)品只有招架之功，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)的是國內(nèi)市場，對外還剛啟動。中國企業(yè)正虎視眈眈，準(zhǔn)備進(jìn)軍海外市場?，F(xiàn)狀及特點消防報警產(chǎn)品是一個系列產(chǎn)品，包括火災(zāi)探測設(shè)備、信息傳輸設(shè)備、報

6、警分析控制器、消防控制聯(lián)動。是物理傳感技術(shù)、自動控制、計算機技術(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)。依托中國多年的基本建設(shè)的發(fā)展，這個行業(yè)也得到發(fā)展，具備了和國外知名企業(yè)抗衡的能力。在目前中國許多冠名以高新技術(shù)的行業(yè)中，中國企業(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，象消防報警產(chǎn)品那樣又擁有自我知識產(chǎn)權(quán)，又擁有大量市場的行業(yè)其實是很少的。在消防報警產(chǎn)品的技術(shù)含量上，國內(nèi)產(chǎn)品和國外產(chǎn)品差距不是很大，許多指標(biāo)已經(jīng)超越，存在的問題是：類似于國外消防報警產(chǎn)品的大批量規(guī)模化的生產(chǎn)才剛起步，有待于積累經(jīng)驗和技術(shù)；也因此在產(chǎn)品一致性和長期穩(wěn)定性上有一些差距；國內(nèi)正在形成權(quán)重的

7、大型企業(yè)和集團(tuán)，這樣可以帶領(lǐng)國內(nèi)的各家企業(yè)去沖擊海外市場，并最終占領(lǐng)海外的消防報警市場。功能需求分析主要技術(shù)指標(biāo)：傳感器類型：半導(dǎo)體電阻式 檢測范圍：0100%LEL 報警準(zhǔn)確度:：5%LEL 報警點設(shè)置：達(dá)到20%LEL開始報警 報警器工作方式：現(xiàn)場固定安裝，自然擴(kuò)散進(jìn)行采樣，長年連續(xù)運行 工作環(huán)境溫度：檢測器 -50C50C；報警器0C500C 工作環(huán)境濕度：85%RH 報警方式：煙霧泄漏聲光報警、自診斷故障報警 指示方式：數(shù)字顯示，可顯示被測煙霧LEL%及設(shè)定報警限值 響應(yīng)時間：30S (11) 輸出信號：可輸出與煙霧濃度對應(yīng)的05V DC標(biāo)準(zhǔn)信號 工作電壓：AC220V15%，50lH

8、z 具備快速重復(fù)檢測和延時報警功能，可區(qū)別煙霧的泄漏 和短時間的微量散失，防止誤報。 煙霧檢測報警器的方案設(shè)計煙霧檢測報警器設(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，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。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(jìn)行 濾波處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)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)

9、。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(jì)的煙霧傳感器及單片機芯片是 至關(guān)重要的。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

10、成數(shù)字量后送到單片機，進(jìn)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

11、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(jìn)行標(biāo)定，是必須且有效的辦法。 因此，經(jīng)常對傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是保證其準(zhǔn)確性的必要的途徑。一般連續(xù)使用兩個月后應(yīng)對傳感器進(jìn)行量程校準(zhǔn)，這種經(jīng)常性對傳感器的維護(hù)，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(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

12、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(hù)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、壽命長等優(yōu)點。 煙霧檢測報警

13、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STC12C5410AD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STC12C5410AD單片機；然后，在STC12C5410AD單片機內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換、濃度比較，對數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)制濃度值；最后，將實際可燃性氣 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

14、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(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，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。 煙霧檢測報警器的結(jié)構(gòu) 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)計的可燃性煙霧報警儀應(yīng)不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應(yīng)具有顯示可燃煙霧濃度、故障自檢、延時報警功能及可接計算機進(jìn)行現(xiàn)場遠(yuǎn)測和實時控制等功能。其目標(biāo)是在傳統(tǒng)的煙霧報警儀的基礎(chǔ)上，盡量提高準(zhǔn)確性，降低成本，縮小體

15、積。 報警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，系統(tǒng)以單片機為核心，配合外圍電路共同完成信號采集、濃度顯示、時間顯示、狀態(tài)顯示、聲音及閃爍報警、按鍵輸入、故障自檢等功能。報警器采用巡檢的工作方式，進(jìn)行兩級 報警值設(shè)定，并發(fā)出不同的光、聲信號。系統(tǒng)應(yīng)采用高性能的單片機，要求工作穩(wěn)定、測量精度高、通用性強、功耗低，保證報警器的精確性及可 靠性，而且最好體積小，成本低，有利于減少報警器的體積，降低報警器 的成本。圖1 可燃性氣體檢測報警器結(jié)構(gòu)框圖煙霧檢測報警器的功能 (1)自診斷故障報警功能 當(dāng)傳感器加熱絲或者電纜線發(fā)生斷線或者接觸不良的情況時，報警器發(fā)出警報，并且黃色指示燈閃爍，提醒用戶檢查傳感器或者電路線接

16、觸情況，及時排除故障，保證安全。 (2)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。(3)煙霧報警功能 當(dāng)煙霧濃度連續(xù)20秒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。 (4)防止報警器誤報功能 快速重復(fù)檢測及延時報警可以區(qū)別出是管道中可燃煙霧的泄漏，還是由于打開閥門時的微量煙霧的散失。 (5)看門狗自檢單片機狀態(tài)功能 調(diào)用單片機中的看門狗程序，定時檢查單片機工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)單片機出現(xiàn)死循

17、環(huán)狀態(tài)，立即復(fù)位，保證報警器工作正常。 (6)與上位機通訊功能 可以實現(xiàn)與計算機串口通訊，對報警器采取統(tǒng)一控制，以及便于采集 和處理數(shù)據(jù)，也可以在計算機上更改報警限值等。 (7)自動控制相關(guān)安全裝置的擴(kuò)展功能 留有繼電器接口，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。 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(jìn)行處理，控制后續(xù)電路進(jìn)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

18、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，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(jìn)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STC12系列單片機。 單片機的選型 單片機的選擇 單片機是煙霧檢測報警器的核心部件，一方面它要接收來自傳 感器的煙霧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(jìn)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(jìn)行 線性化處理，然后送LCD顯示，這一過程的軟件實現(xiàn)，需要單片

19、機有較 快的運算速度，使儀表監(jiān)測人員能夠觀測到實時的煙霧濃度，并進(jìn) 行相應(yīng)處理。同時，在能夠滿足報警器設(shè)計的計算速度及接口數(shù)的要求的 同類型單片機中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧的機型，在保證了報警 器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。 為適用于本論文設(shè)計的煙霧檢測報警器，應(yīng)選擇一種比8051系列速度快，功耗低，抗干擾性好，而又避免C語言編程溢出問題的單 片機。 宏晶科技新推出的STC12系列單片機具有高速、低功耗、超強抗干擾等優(yōu)點，是的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度 卻比8051單片機快812倍。而且STC12系列下屬的STC12C54x

20、xAD系 列單片機是低功耗Flash單片機，它的高效尋址方式、大容量Flash、 EEPROM、A/D轉(zhuǎn)換、硬件乘法器、硬件脈寬調(diào)制器(PWM)等功能特點， 較好的實現(xiàn)了強大的功能與超低功耗的結(jié)合。而且在功能同樣的情況下， 管腳較少封裝體積小，價格比其他型號便宜，因此具有很好的性價比和應(yīng) 用適應(yīng)性。 煙霧檢測報警器硬件電路設(shè)計 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(jìn)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。由于系統(tǒng)采用的是單極性供電，所以采用

21、同相比例 放大電路，可以減少硬件開銷；反之，如果采用反相放大，則一般需要利 用雙極性供電，這就需要系統(tǒng)額外的利用變壓芯片產(chǎn)生一個負(fù)壓，這顯然 會造成浪費。常見的運算放大器中，LM324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LM324作為電路的運算放大器。 LM324是單片高增益四運算放大器，可在較寬電壓范圍內(nèi)的單電源 或雙電源下工作，其電源電流很小且與電源電壓無關(guān)，四個運放一致性好； 其輸入偏流電阻是溫度補償?shù)?，也不需外接頻率補償，可做到輸出電平與 數(shù)字電路兼容。 下面詳細(xì)介紹運算放大電路： 如圖2所示，從傳感器的上端出來的信號Vi經(jīng)過運算放大器的同相 輸入端，但是

22、為保證引入的是負(fù)反饋，輸出電壓Vo通過電阻R4接到反相輸入端，同時，反相輸入端通過電阻R3接到參考電壓Vref。 同相比例運算電路中反饋的組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，同樣可以利用理 想運放工作在線性區(qū)時的兩個特點來分析其電壓放大倍數(shù)。 在圖3.2中，根據(jù)運放的“虛短”和“虛斷”的特點可知，I- = I+ = 0，所以V- = Vo*R3/R3 + R4 +Vref*R4/R3 + R4 (3-1)而且V- = V+ = ViVo = Vi*（R3 + R4）/R3 (3-2)由以上兩式可求出Vo=Vref-R4/R3 (3-3)所以本放大電路的放大倍數(shù)A =1+ R4 R3 ，此放大電路為同相比例放

23、大電路，它的放大倍數(shù)總是大于或等于1。同相比例運算電路有以下幾個特點： (1)同相比例運算放大電路是一個深度的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。因為不存在“虛地”現(xiàn)象，所以其輸入端有較高的共模輸入電壓。(2)電壓放大倍數(shù)A =1+ R4 R3 ，即輸出電壓與輸入電壓的幅值成正比，且相位相同，所以此電路實現(xiàn)了同相比例放大。如果不接R3和R4，則此電 路就成了“電壓跟隨器”，它可以減少電路模塊間由于阻抗引起的干擾。 (3)由于引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，因此電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。高輸入阻抗就可以減少放大電路對前端電路的影響，同時低輸出阻抗也可以提高自身的抗干擾性，這顯然有利于電路中其他模塊的設(shè) 計。

24、此放大電路還加了參考電壓，引入了零點調(diào)節(jié)功能，這樣可以更方便 的調(diào)整由于不同傳感器導(dǎo)致的零點變化問題。它利用滑動變阻器產(chǎn)生一個參考電壓Vref，再利用電壓跟隨器把電壓輸入到運算放大電路的電壓參考 端。所以調(diào)節(jié)滑動變阻器，就可以直接改變放大電路的參考電壓。而電壓 跟隨器的作用就如上面介紹的，它只是用來匹配阻抗用的，防止R3和R4對 滑動變阻器輸出電壓的影響。 圖2前置放大電路圖聲音報警電路 聲音報警電路圖如圖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STC12C5410AD的17腳(P3.7)置1時，三極

25、 管Q1導(dǎo)通，蜂鳴器報警。本報警器采用單片機STC12C5410AD的PWM功 能，如果煙霧濃度達(dá)到報警限，單片機控制P3.7(PWM)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。圖3聲音報警電路圖數(shù)碼管顯示電路 報警器濃度顯示采用共陽數(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+50C 顯示方式：反射式正顯示存儲溫度：-20+60C接口方式：8線并行接口 圖4 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖狀態(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5所示。單片機ST

26、C12C5410AD的18腳(P1.0)、12腳(P2.4)、13腳(P2.5)，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。黃燈閃亮表示傳感器加熱 絲或者電纜發(fā)生斷線或者接觸不良。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(dá)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。圖5狀態(tài)指示燈電路圖 圖6 控制按鍵連接示意圖報警器故障自診斷電路 (1)判斷傳感器電源連接情況 在傳感器的地端串聯(lián)一個電阻R6。當(dāng)傳感器正常連接時，電阻和傳感器分壓，此時電阻兩端有微

27、弱的電壓，單片機可以通過P1.1(AD)口檢測到； 如果傳感器電源連接不正常，則會產(chǎn)生斷路，檢測到電阻兩端電壓為0。 圖7 傳感器電源連接自診斷電路(2)判斷傳感器信號端連接情況 另一種情況是判斷傳感器信號端是否連接正確，此時不需要外加電路，在傳感器預(yù)熱2分鐘后，測量傳感器信號的輸出電壓，如果電壓為5V，則說明傳感器的信號端連接不正常。 當(dāng)報警器自診斷發(fā)現(xiàn)傳感器連接不正常，就會發(fā)出長鳴聲音警報，并 伴隨黃燈閃爍，提醒用戶及時排除傳感器連接問題。 煙霧檢測報警器的軟件設(shè)計煙霧檢測報警器軟件流程及設(shè)計 本論文中，軟件解決的主要問題是檢測煙霧傳感器的煙霧濃度信號，然后對信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波，線

28、性化處理，段式液晶濃度 顯示，按鍵功能設(shè)置，以及報警器聲光警報。 主程序設(shè)計及流程圖 主程序流程圖如圖8所示。首先要給傳感器預(yù)熱三分鐘，因為MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時間后，再次通電時，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時間預(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)計先對傳感器預(yù)熱三分鐘， 預(yù)熱同時，對傳感器加熱絲故障檢測，采用軟件方式檢測傳感器加熱絲或 電纜線是否斷線或者接觸不良。 STC12C5410AD單片機對傳感器檢測的煙霧濃度信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn) 換、平均值法濾波、線性化處理后，將濃度值與報警限設(shè)定值相比較，判斷是否報警。同時送入段式液晶顯示煙

29、霧濃度值。主程序還包括狀態(tài)指示燈及按鍵功能設(shè)置，中斷子程序等，使報警器功能更加完善，給用戶帶來便利。圖8 主程序流程圖主程序初始化流程圖主程序初始化流程圖如圖9所示。給傳感器預(yù)熱后，程序開始執(zhí)行 初始化子程序，這部分實現(xiàn)的功能包括各種I/O口輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、 寄存器初始化、中斷使能等。首先設(shè)定定時初值50ms，利用IAP寫入EEPROM，作為取值間隔。然后設(shè)置定時器0，選擇方式1。方式1狀態(tài)下定時器的工作寄存器TH1、TL1是全16位參與操作。接下來定時器0中斷允許位置1，打開定時器0，關(guān)閉蜂鳴器，開啟綠燈，設(shè)置報警限初 值。圖9主程序初始化流程圖中位值平均濾波法數(shù)字濾波子程序設(shè)計及流程圖

30、 在煙霧傳感器對煙霧濃度采樣時，可能會遇到尖脈沖干擾的現(xiàn)象。干擾通常只影響個別采樣點的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與其他采樣點的數(shù)據(jù)相差比較大。 如果采用一般的平均值法，則干擾將“平均”到計算結(jié)果上去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾而引起的煙霧濃度采樣值的偏差。 為此，可采取中位值平均濾波法(又稱防脈沖干擾平均濾波法)，先對N個采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，去掉其中的最大值和最小值，然后計算余下的N2個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。這種方法既可濾去脈沖干擾又可濾去小的隨機 干擾。保證報警器檢測煙霧濃度的準(zhǔn)確性，減小誤報、錯報的可能。 在實際應(yīng)用中，N可取任何值，但為了加快測量計算速度，本論文數(shù)字濾波的設(shè)計中N取10。即調(diào)用A/D連續(xù)

31、進(jìn)行10次采樣，去掉其中的最大值和最小值，計算其余8個值的平均值，將這個平均值送入寄存器。 中位值平均濾波法的程序流程圖如圖10所示。圖10中位值平均濾波法程序流程圖插值法線性化處理子程序設(shè)計及流程圖 在單片機測控系統(tǒng)中，使用之前必須進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定，以得到輸出信號與被測信號的關(guān)系輸出曲線，用來作為使用過程中的計量依據(jù)。但是標(biāo)定時輸出曲線往往不是一條理想的直線，所以要對標(biāo)定曲線進(jìn)行線性化處理，用一條擬合直線近似代替輸出曲線，線性化是智能儀表的典型功能之一。該報警器主要針對甲烷煙霧檢測，在軟件線性化處理時，以傳感器對甲烷的響應(yīng)曲線為依據(jù)。 本論文報警器使用的MQ-2型傳感器的電阻是隨著煙霧濃的升高而

32、降低的，因此輸入單片機的電壓也是隨之降低的。圖11為單片機采集電壓值與煙霧濃度百分比的對應(yīng)曲線，可以看出，電壓值與煙霧濃度 之間是非線性的關(guān)系，為了實時顯示煙霧濃度.需要對其進(jìn)行線性化處理。 在誤差許可范圍內(nèi)，根據(jù)標(biāo)定曲線形狀，以及單片機處理能力，把曲線分 成若干小段，對每小段分別線性化。圖11單片機采集電壓值與煙霧濃度百分比線性化曲線根據(jù)分段線性插值法求輸入單片機的某一電壓值對應(yīng)的煙霧濃度的 公式如下：f(x) = f(xi) + (x-xi)*（f(xi+1)-f(xi)）/（Xi+1-Xi）i=1,2,3N式中，N為所分區(qū)間個數(shù)， f (x)為實際煙霧檢測濃度，x為實際氣體檢測濃度對應(yīng)的電壓值，xi是區(qū)間的下限濃度對應(yīng)電壓值，xi是區(qū)間的上限濃度對應(yīng)電壓值， f (xi)為區(qū)間下限煙霧濃度值， f (xi )為區(qū)間上限煙霧濃度值。根據(jù)公式4-1設(shè)計分段插值法線性化程序流程圖如圖12所示。圖12 分段插值法線形化程序流程圖報警子程序設(shè)計及流程圖 當(dāng)煙霧濃度超過報警設(shè)定值時，報警器發(fā)出一種近似