【正文】 傳感器，它具有靈敏度高 、 響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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、選擇性和穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)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 MQ2 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)。 本論文中的煙霧檢測(cè)報(bào)警器以 STC12C5410AD 單片機(jī)為控制核心，采用 MQ2型電阻式半導(dǎo)體傳感器采集煙霧信息。首先，傳感器送來(lái)的煙霧濃度對(duì)應(yīng)的微小的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號(hào)送入 STC12C5410AD 單片機(jī)；然后，在 STC12C5410AD 單片機(jī)內(nèi) A/D 轉(zhuǎn)換、濃度比較，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理，將數(shù)字化電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成為對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制濃 度值；最后，將實(shí)際可燃性氣 體濃度送入液晶，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，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。為了保證其可靠性，在輸出 5V 的電壓的同時(shí)，進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)。當(dāng)傳感器加熱絲或電纜線和傳感器斷線或接觸不良時(shí)，進(jìn)行故障報(bào)警，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。 當(dāng)然幾種狀態(tài)的報(bào)警信號(hào)是各不相同的。 報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 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、濃度顯示、時(shí)間顯示、狀態(tài)顯示、聲音及閃爍報(bào)警、按鍵輸入、 4 故障自檢等功能。報(bào)警器采用巡檢的工作方式，進(jìn)行兩級(jí)報(bào)警值設(shè)定，并發(fā)出不同的光、聲信號(hào)。系統(tǒng)應(yīng)采用高性能的單片機(jī)，要求工作穩(wěn)定、測(cè)量精度高、通用性強(qiáng)、功耗低，保證報(bào)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(bào)警器的體積，降低報(bào)警器的成本。 圖 可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)本設(shè)計(jì)要求及使用環(huán)境、成本等因素選用的 MQ2 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(duì)報(bào)警器進(jìn)行了詳細(xì)地論述，使其在較寬的溫度范圍工作，用于檢測(cè)空氣中煙霧或可燃性液體蒸汽的濃度。該報(bào)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(dá)到一定濃度時(shí)，則啟動(dòng)快速重復(fù)檢測(cè)和延時(shí)報(bào)警，以區(qū)別出是管道中煙霧的泄漏， 還是由于短暫打開(kāi)閥門產(chǎn)生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報(bào)。 煙霧檢測(cè)報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì) 在報(bào)警 器 的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是其核心部件。它一方面要接收來(lái)自傳感器送來(lái)的煙霧濃度對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)和故障檢測(cè)信號(hào)，另一方面要對(duì)兩種 信號(hào)分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作；與此同時(shí)查詢是否有鍵按下的請(qǐng)求。在單片機(jī)完成這些的工作中，尤其是信號(hào)處理中，比較濃度值后送入顯示的軟件實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，要求單片機(jī)具備較快的運(yùn)算速度，使檢測(cè)人員能夠較準(zhǔn)確地觀測(cè)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(jià)實(shí)用的機(jī)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(jì)選用 STC12 系列單片機(jī)。 5 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)是煙霧檢測(cè)報(bào)警器的核心部件，一方面它要接收來(lái)自傳感器的煙霧濃度的模擬信號(hào)和故障檢測(cè)信 號(hào)，另一方面要對(duì)兩種信號(hào)分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路的相應(yīng)工作；同時(shí)，查詢是否有鍵按下的命令。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能中，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)做數(shù)字濾波，再進(jìn)行線性化處理，然后送 LCD 顯示，這一過(guò)程的軟件實(shí)現(xiàn)，需要單片機(jī)有較快的運(yùn)算速度，使儀表監(jiān)測(cè)人員能夠觀測(cè)到實(shí)時(shí)的煙霧濃度，并進(jìn)行相應(yīng)處理。同時(shí)，在能夠滿足報(bào)警器設(shè)計(jì)的計(jì)算速度及接口數(shù)的要求的同類型單片機(jī)中，要考慮選擇價(jià)格低廉且體積輕巧的機(jī)型，在保證了報(bào)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。 8051單片機(jī)雖然應(yīng)用普遍，工具多，易上手，片源 廣，價(jià)格低，但是速度慢，功耗大，適合民用，商用，不適合工業(yè)用途。 匯編語(yǔ)言對(duì)于不同的 CPU，其匯編語(yǔ)言可能有所差異，所以不易移植。而 C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化的高級(jí)語(yǔ)言，雖然占用資源較匯編多，但是可讀性好，移植容易，是普遍使用的一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。鑒于 C 語(yǔ)言的易讀性和普遍性，本論文的軟件設(shè)計(jì)選擇 C 語(yǔ)言編程，所以 STC 系列單片機(jī)在此處不是非常適合。為適用于本論文設(shè)計(jì)的煙霧檢測(cè)報(bào)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(yǔ)言編程溢出問(wèn)題的單片機(jī)。 STC12 系列單片機(jī)具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等優(yōu) 點(diǎn)，是新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，速度卻比 8051 單片機(jī)快 812 倍。 STC12C5410AD 單片機(jī)的特點(diǎn) STC12C5410AD 單片機(jī)較以往的單片機(jī)提高了工作效率，使系統(tǒng)的可靠性、抗干擾能力得到了顯著改善，而且進(jìn)一步小型化和便攜化 ， 其內(nèi)部集成的 Flash幾乎擁有現(xiàn)代追求個(gè)性化的用戶所需要的掉電后數(shù)據(jù)不丟失、快速的數(shù)據(jù)存取時(shí)間、電可擦除、容量大、在線可編程、足夠多的擦寫次數(shù)、價(jià)格低廉和高可靠性等所有優(yōu)點(diǎn)。 STC12C5410AD 單片機(jī)的管腳結(jié)構(gòu)如圖 所示。 STC12C5410AD 單片機(jī)具有以下特點(diǎn)： STC12C5410ADFlash 存儲(chǔ)器為 10KB；Flash 存儲(chǔ)器主要用作程序存儲(chǔ)，可經(jīng)計(jì)算機(jī)串口接口下載程序；程序運(yùn)行