【正文】 越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術已成為衡量一個國家科學技術發(fā)展水平的重要標志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結構、工作原理及特性是非常重要的。 為了提高對傳感器的認識和 了解，尤其是對煙霧傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實用、廣泛和典型的原則而設計了本系統(tǒng)。 本文利用單片機結合 傳感器 技術而開發(fā)設計了這一 煙霧監(jiān)控系統(tǒng) 。 一、 概述 （一）論文研究來源、目的和意義 隨著科技的發(fā)展，越來越多的隱患由于工業(yè)生產和人們的日常生活而產生。 為了早期發(fā)現(xiàn)和通報火災，防止和減少火災危害，保護人身和財產安全。 防止火災引起燃燒、爆炸等事故，造成嚴重的經濟損失，甚至危及生命安全。 2．論文研究目的和意義 煙霧檢測報警裝置是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度并具 有報警功 能的儀器。該報警裝置是石油化學工業(yè)、有氣體泄漏可能的生產工廠及家庭防火防爆必備的儀器。 目前我國已有許多城市鋪設了煤氣管道，使用人口約達二億人，煤氣 發(fā)生基地及中轉站也達幾千家。如果這些家用燃氣和煤氣基地及中轉站的 報警率按 10% 計算，煙霧檢測報警器的需求量就達 2021 萬臺以 上。隨著全社會對防火防爆及人身安全的重視程度的提高，這個數(shù)字會繼 續(xù)增長。 近十年來，農村的沼氣使用也得到了極大的發(fā)展。到 2021 年底，全國沼氣池數(shù)量已達近 1300 萬座，這就為檢測沼氣（主要成分是甲烷）濃度的儀器提供了市場?？梢姡瑹熿F報警器具有十分廣闊的市場前景。 （二）煙霧報警器的國內外現(xiàn)狀 國外從 20 世紀 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 一方面是因為傳感器市場增長受到政府安全法規(guī)的推動。據(jù)有關統(tǒng)計，美國 1996 年～ 2021 年煙霧傳感器年均增長率為 27%～ 30%。隨著傳感器生產 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、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 畢業(yè)論文 2 改良產品問世，改良的報警器可以檢測燃氣、一氧化碳等氣體，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，生產型號多樣、品種較齊全，應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和先進的生產工藝基礎上，進行研究與開發(fā)形成自己的特色。近年來，在煙霧選擇性和產品穩(wěn)定性上也有很大進步。 燃氣報警器可分為民用火災煙霧報警器、工業(yè)用煙霧 報警器、有毒有害煙霧報警器三大系列產品。 民用火災煙霧報警器為居民家庭用的火災報警器 ,一般安裝在廚房，遇到火災產生的煙霧時時，報警器可發(fā)出聲光報警，或同時伴有數(shù)字顯示，同時聯(lián)動 外部設備。有的報警器可自動開啟排風扇，把煙霧排出室外 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。 檢漏儀的體積較小，可隨身攜帶或手持，主 要應用于燃氣管理的查漏與巡檢。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?？刂破髋c探測器結合使用，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，二者采用屏蔽電纜線連接。當在現(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，同時啟動排風裝置或關閉電磁閥切斷氣源，以確保安全。此種儀器廣泛應用于液化氣站、汽車加油站、鍋爐房等工業(yè)場所。 （三）本論文主要任務 本篇論文 是煙霧報警器的研制，主要基本部分和擴展部分： (1)對系統(tǒng)進行整體規(guī)劃和結構設計。 (2)以 STC12C5410AD 單片機為中央處理器，對硬件電路進行設計和改進，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、串口通信電路、聲音報警電路、狀態(tài)指示燈電路、液晶顯示電路六個 部分。 (3)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、濾波子程序、線性化處理子程序、濃度顯示子程序、報警子程序、報警 畢業(yè)論文 3 限值設置子程序、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。 (4)硬件電路和軟件的綜合調試。 (1)采用 DS1302 實時時鐘芯片提供報警系統(tǒng)的時間基準。 (2)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。 二、 煙霧檢測報警器的方案設計 （一）煙霧檢測報警器設計思路 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包括：煙霧信號采集電路、模數(shù)轉換電路、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，將煙霧信號轉化為模擬的電信號。模數(shù)轉換電路將從煙霧檢測電路送出的模擬信號轉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設值 (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。 （二）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 )轉化成電壓或者電流信號，通過 A/D 轉換電路 將模擬量轉換成數(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。 半導體煙霧傳感器的突出優(yōu)點：靈敏度高、響應快、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，本設計采用半導體煙霧傳感器作為報警器煙霧信息采集部分的核心。而在眾多半導體氣體傳感器中，本設計選用 MQ2 型煙霧傳感器，這種型號的傳感器不但具備一般半導體煙霧傳感器靈敏度 高、響應快、抗干擾能力強、壽命長等優(yōu)點。 半導體煙霧傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器以 畢業(yè)論文 4 及用單晶半導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。 本設計中采用的 MQ2 型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導體氣敏材料，屬于表面離子式 N 型半導體。當處于 200~300176。 C 溫度時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當與煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘受到該煙霧的調制而變化，就會引起表而電導率的變化。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 氧化錫半導體導帶電子密度增加，電阻值下降。而當空氣中沒有煙霧時，二氧化錫半導體又會自動恢復氧的負離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是 MQ2 型燃性煙霧傳感器檢測可燃煙霧的基本原理。 MQ2 型傳感器的結構圖如 圖 所示，其外觀如 所示。 圖 MQ2 型傳感器的結構圖 畢業(yè)論文 5 圖 MQ2 型傳感器的外觀 （三）煙霧檢測報警器整體設計方案 1．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