【正文】 1 緒論 、目的和意義 隨著科技的發(fā)展，越來越多的巨大的隱患由于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活而產(chǎn)生。 為了早期發(fā)現(xiàn)和通報(bào)火災(zāi)，防止和減少火災(zāi)危害，保護(hù)人身和財(cái)產(chǎn)安全 ，保衛(wèi)社會(huì)主義現(xiàn)代 化 建設(shè) ，防止火災(zāi)引起燃燒、爆炸等事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至危及生命安全。為了減少這類事故的發(fā)生，就必須對(duì)煙霧進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)時(shí)檢測，采用先進(jìn)可靠的安全檢測儀表，嚴(yán)密監(jiān)測環(huán)境中煙霧的濃度，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，避免事故發(fā)生，才能確保工業(yè)安全和家庭生活安全。因此，研究煙霧的檢測方法與研制煙霧報(bào)警 器就成為傳感器技 術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。 煙霧檢測報(bào)警裝置是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度并具有報(bào)警功能的儀器。該報(bào)警裝置是石油化學(xué)工業(yè)、有 毒 氣體泄漏可能的生產(chǎn)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(shè)了煤氣管道，使用人口約達(dá)二億人，煤氣發(fā)生基地及中轉(zhuǎn)站也達(dá)幾千家。如果這些家用燃?xì)夂兔簹饣丶爸修D(zhuǎn)站的報(bào)警率按 10% 計(jì)算，煙霧檢測報(bào)警器的需求量就達(dá) 2021 萬臺(tái)以上。隨著全社會(huì)對(duì)防火防爆及人身安全的重視程度的提高，這個(gè)數(shù)字會(huì)繼續(xù)增長。近十年來，農(nóng)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?cái)?shù)量已達(dá)近 1300 萬座，這就為檢測沼氣濃度的儀器提供了市場。可見，煙霧報(bào)警器具有十分廣闊的市場前景。 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?yàn)槿藗儼踩庾R(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是因?yàn)閭鞲衅魇袌鲈鲩L受到政府安全法規(guī)的推動(dòng)。我國在 70 年代初期開始研制煙霧報(bào)警器，生產(chǎn)型號(hào)多樣、品種較齊全，應(yīng)用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴(kuò)展到幾乎所有危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境的各種類型報(bào)警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進(jìn)國外先進(jìn)的傳感器技 術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，進(jìn) 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(jìn)步。 燃?xì)鈭?bào)警器可分為民用火災(zāi)煙霧報(bào)警器、工業(yè)用煙霧報(bào)警器、 有毒有害煙霧報(bào)警器三大系列產(chǎn)品。 (1)民用火災(zāi)煙霧報(bào)警器 ： 民用火災(zāi)煙霧報(bào)警器為居民家庭用的火災(zāi)報(bào)警器 ,一般安裝在廚房，遇到火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧時(shí) ，報(bào)警器可發(fā)出聲光報(bào)警，或同時(shí)伴有數(shù)字顯示，同時(shí)聯(lián)動(dòng)外部設(shè)備 ， 有的報(bào)警器可自動(dòng)開啟排風(fēng)扇，把煙霧排出室外 。 (2)工業(yè)用煙霧報(bào)警器及有毒有害煙霧報(bào)警器 ： 工業(yè)用煙霧報(bào)警器及有毒有害煙霧報(bào)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?xì)鈭?bào) 2 警器及有毒煙霧報(bào)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(yīng)用于燃?xì)夤芾淼牟槁┡c巡檢。若有燃?xì)庑孤?，檢漏儀便會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)數(shù)字顯示煙霧濃度，以便及時(shí)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(jié)合使用，可在防爆現(xiàn)場長期監(jiān)測煙霧的濃度。 本篇論文是煙霧報(bào)警器的研制，主要基本部分和擴(kuò)展部分： (1)基本部分 ：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體規(guī)劃和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 以 STC12C5410AD 單片機(jī)為中央處理器，對(duì)硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和 改進(jìn)，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(bào)警電路、狀態(tài)指示燈電路、液晶顯示電路六個(gè) 部分； 系統(tǒng)的軟件編制 ， 按照軟件實(shí)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(bào)警子程序、報(bào)警限值設(shè)置子程序、串口通信子程序 ； 硬件電路和軟件的綜合調(diào)試。 (2)擴(kuò)展部分 ： 再加入一路傳感器信號(hào)采集電路，利用雙通道數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)采集的優(yōu)化，主要是利用輔助的一路進(jìn)行修正主傳感器，以提高精度和可靠性。 煙霧檢測報(bào)警器的方案設(shè)計(jì) 煙霧檢測報(bào)警器是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度，并具有報(bào)警功能的儀器，儀器的最基本組成部分應(yīng)包括：煙霧信號(hào)采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路。煙霧信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從煙霧檢測電路送出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是否大于或等于某個(gè)預(yù)設(shè)值，如果大于則啟動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出報(bào)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(bào)警限，可以加入按鍵。為使報(bào)警裝置更加完善，可以在聲音報(bào)警基礎(chǔ)上，加入光閃報(bào)警，變化的光信號(hào)可以引起用戶注意，彌補(bǔ)嘈雜環(huán)境中聲音報(bào)警的局限。煙霧傳感器及單片機(jī)是可燃煙霧檢測報(bào)警器的兩大核心，根據(jù)報(bào)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(jī)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 3 含量轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號(hào)，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(jī)，進(jìn) 而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報(bào)警控制等工作。傳感器作為煙霧檢測報(bào)警器的信號(hào)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。 煙霧檢測報(bào)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(bào)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。因此，經(jīng)常對(duì)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(gè)月后應(yīng)對(duì)傳感器進(jìn)行量程校準(zhǔn)，這種經(jīng)常性對(duì)傳感器的維護(hù)，無形中加大了工作人員的工作量，同時(shí)增加了報(bào)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半導(dǎo)體器件制作的煙霧