【正文】 外，現(xiàn)在的火災自動報警系統(tǒng)已達到智能型、全總線型和綜合型，系統(tǒng)一旦報警，馬上在顯示器上出現(xiàn)報警探測器的具體地址，一目了然。根據(jù)網(wǎng)絡新聞報道可知，英國每年發(fā)生50000起以上的嚴重家庭火災，其中大部分火災造成傷亡和重大的家庭財產(chǎn)損失，甚至連累左鄰右舍。如果在家庭中沒有安裝火災自動報警器，一旦在家庭中發(fā)生火災，火災容易由不被發(fā)現(xiàn)的早期火災而演變成為更大、更嚴重的大型火災。近幾年，國內主要側重于大型場所的大型火災報警系統(tǒng)的研發(fā)，而在居民住宅區(qū)等小型防火單位，卻需要安裝廉價實用的煙霧自動報警裝置。據(jù)美國消防學會統(tǒng)計，最近十多年中，安裝自動消防設施的建筑中發(fā)生火災，%，確實起到了保證建筑物消防安全的作用。因為火災自動報警系統(tǒng)是建筑物的神經(jīng)系統(tǒng)，它能夠感受、接收著發(fā)生火災的早期信號并及時報警，發(fā)出警報同時告知用戶和周邊居民。 AT89C51單片機兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，功能強大，可供許多高性價比的場合應用，能夠靈活應用于各種控制領域。而傳感器作為信息技術系統(tǒng)的“感官”器件，如果沒有“感官”感受信息，或者“感官”遲鈍，都難以形成高精度、高速度的控制系統(tǒng)。各種類型的單片機也根據(jù)社會的需求而開發(fā)出來。MCU。設計中單片機選用AT89C51作為控制器件，傳感器選用QMN5型氣體傳感器實現(xiàn)對煙霧的檢測。（3）工作量：其 中： 參考文獻篇數(shù)： 20篇以上（其中，外文資料3篇以上）； 圖 紙 張 數(shù)： 講解圖：A0圖紙1張，A1圖紙12張；說明書字數(shù)： 10000字以上 專業(yè)負責人意見簽名：年 月 日基于單片機的煙霧報警器設計摘 要隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，防火工作越來越重要，但是目前國內的許多研發(fā)都側重于大型場所的火災報警。因此，我們就有必要研制一種結構簡單、經(jīng)濟實用的家庭煙霧報警器以適應市場的需求。煙霧報警器主要由煙霧信號采集及前置放大電路、模數(shù)轉換電路、單片機控制電路、顯示電路、聲光報警電路和安全保護電路構成，設計合理、簡單易懂、價格低廉，使單片機在煙霧報警系統(tǒng)的控制中得到充分應用，具有一定的實用價值。 sensor 目 錄摘要Abstract1 緒論 1 概述 1 設計煙霧報警器的目的及意義 1 2 32 系統(tǒng)的總體方案設計 4 4 5 5 QMN5半導體氣體煙霧傳感器 8 9 123 系統(tǒng)的硬件電路 13 系統(tǒng)電源電路 13 AT89C51的時鐘電路和復位電路 13 14 A/D轉換電路 16 17 18 19 20 21 214 系統(tǒng)的軟件的設計 23 23 24 24 265 結論 27參考文獻致謝基于單片機的煙霧報警器設計1 緒論 概述單片機及煙霧傳感器是煙霧報警器系統(tǒng)的兩大核心。單片機是器件級計算機系統(tǒng)，實際上它是一個微控制器或微處理器。美國曾把二十世紀八十年代稱為傳感技術時代，日本更是把傳感技術列為十大技術之首。QMN5半導體氣體煙霧傳感器在較寬的濃度范圍內對可燃氣體有良好的靈敏度，壽命長，成本低，非常適用于家庭使用的氣體泄漏報警器。它就像是一個個稱職的更夫，給居住、忙碌或是休息在家庭中的人們以極大的安全感。這是因為火災自動報警系統(tǒng)能夠及時將火災跡象通知用戶及有關管理人員，以便他們準備疏散或組織滅火，延長了建筑物可供疏散的時間并通過聯(lián)動系統(tǒng)啟動其他消防設施。由于我國人口不斷的增長，土地也開始的稀缺，所以為了緩解城市用地的緊張，居住的樓層不斷加高，這不但便于集中供電、供熱、供氣，而且也可以集中控制和管理。結果是由于一家的起火，而火勢不能得到有效控制，使得火勢迅速蔓延并很快出現(xiàn)大面積燃燒。由此可見：家庭防火同樣是現(xiàn)今社會的重要家庭安防問題，而且刻不容緩。近年來，我國火災自動報警工程應用技術實現(xiàn)了較快發(fā)展，但由于在實際應用中，火災自動報警系統(tǒng)的通訊協(xié)議不一致，火災自動報警工程技術水平還相對落后，還存在著一些比較突出的問題。2智能化程度低。組件連接方式有待改善。由于火災探測器的安裝環(huán)境極其復雜，加之各種傳感器在探測火災方面存在著某些先天不足，無法準確地感應各種物質在燃燒過程中所特有的聲波、光譜、輻射、氣味等諸多方面發(fā)生的微妙變化，對火災發(fā)生過程中所產(chǎn)生的不同粒徑和顏色的煙霧存在探測“盲區(qū)”，誤報、漏報現(xiàn)象時有發(fā)生。 2 系統(tǒng)的總體方案設計 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。報警器系統(tǒng)結構如圖21。當輸入A/D轉換器的放大信號不為零時，啟動報警電路。這種報警方法是在聲音報警基礎上，加入光閃報警。另外由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應越快，響應時間和恢復時間就越快。以上是根據(jù)報警器應具備的功能，提出的整體設計思路?？梢哉f，沒有精確可靠的傳感器，就沒有精確可靠的自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。煙霧傳感器就是通過監(jiān)測環(huán)境中煙霧的濃度來實現(xiàn)火災防范的。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，使得煙霧探測器的體積也逐漸變小，提高了煙霧探測器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運輸和市場推廣。使得用戶面對眾多廠家生產(chǎn)的煙霧探測器感到不知所措。 （2）煙霧傳感器應滿足的基本條件 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。例如氧化物半導體煙霧傳感器主要檢測各種還原性煙霧，如CO、HC2H5OH、CH3OH等。半導體煙霧傳感器是利用氣體在半導體表面的氧化和還原反應導致敏感元件阻值變化而制成的。但是其最大的缺點就是選擇性較差。使用接觸燃燒式傳感器，其最大的缺點是探頭很容易發(fā)生阻緩和中毒現(xiàn)象。電化學氣敏傳感器一般利用液體（或固體、有機凝膠等）電解質，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還原產(chǎn)生的電流，也可以是離子作用于離子電極產(chǎn)生的電動勢。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。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，且結構簡單，能在常溫下使用，可以彌補其它煙霧傳感器的不足。非擴散式紅外探測器NDIR (nondispersive 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。它在內外電離室里面有放射源镅241。 （g）光電式感煙傳感器 光電式感煙傳感器由光源、光敏元件和電子開關組成。根據(jù)報警器檢測煙霧種類的不同要求，很多場合都會選擇使用半導體煙霧傳感器。 圖23 QMN5半導體氣體煙霧傳感器結構 QMN5半導體氣體煙霧傳感器QMN5半導體傳感器是以清潔空氣中電導率較低的金屬氧化物二氧化錫(SnO2)為主體的N型半導體氣敏元件。二氧化錫(SnO2)半導體氣敏元件特點：(a)SnO2材料的物理、化學穩(wěn)定性較好，與其他類型氣敏元件相比，SnO2氣敏元件壽命長、穩(wěn)定性好、耐腐蝕性強。封裝好的氣敏元件有６只針狀管腳，其中４個用于信號取出，２個用于提供加熱電流。其技術指標表21。當信號的數(shù)值符合A/D轉換器的輸入等級時，可以不用放大器放大；當信號的數(shù)值不符合A/D轉換器的輸入等級時，就需要放大器放大。單片機是煙霧自動報警系統(tǒng)的心臟，用來接收火災信號并啟動報警裝置顯示和執(zhí)行相應的保護和消防動作。由于其微小的體積和極低的成本，開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開發(fā)工具和編程語言也大大簡化，因此被廣泛應用于家用電器、機器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元、辦公自動化設備以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。因此，測控系統(tǒng)中，使用51系列單片機是最理想的選擇，因此設計采用AT89C51。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。外部程序存儲器（ROM）64K 字節(jié)。圖26 AT89C51的存儲器結構報警器正常工作時，傳感器送來的煙霧濃度對應的微小的電壓信號經(jīng)過放大電路放大，轉化成較大的模擬電壓信號后送入A/D轉換器，然后再送給AT89C51單片機處理。否則，報警系統(tǒng)只能啟動聲光報警和換氣扇自動排煙功能而無法進行滅火動作。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。其組成方框圖如圖31所示。 圖32系統(tǒng)電源電路圖 AT89C51的時鐘電路和復位電路（1）時鐘電路：AT89C51單片機芯片內部設有一個由反向放大器構成的振蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入端和輸出端，時鐘可由內部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引腳上外接晶體振蕩器Y，內部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。 圖33 時鐘電路和復位電路圖（2）復位電路：單片機有多種復位電路，本系統(tǒng)采用自動復位（上電復位）與手動復位方式，電路如圖33。圖34 LM324四運放引腳圖和結構圖 設計中采用LM324作為電路的運算放大器。該電路的反饋組態(tài)為電壓串聯(lián)負反饋。(3)由于引入了深度電壓串聯(lián)負反饋，因此電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。所以調節(jié)滑動變阻器Rp2，就可以直接改變放大電路的參考電壓值，使報警系統(tǒng)可以在可燃煙霧氣體的不同濃度下工作，即用氣敏傳感器實現(xiàn)對不同煙霧濃度的測量。如圖36所示，ADC0809的主要引腳功能如下。C,B,A=000～111分別對應IN0～IN7通道地址。地址鎖存與譯碼電路完成對 A、B、C 3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉換結果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。擴展中地址鎖存器使用74LS373。由于ADC0809片內無時鐘，可利用AT89C51提供的地址鎖存允許信號ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得，ALE腳的頻率是AT89C51單片機的時鐘頻率的1/6。（地址總線A15）作為片選信號，在啟動A/D轉換時，由于ALE和START連在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時，啟動轉換。報警裝置采用電磁式無源蜂鳴器 HC12075B其參數(shù)特點如下：額定電壓：額定電流：=10mA～=70Ma聲壓電平：=75～=85諧振頻率：2048Hz線圈電阻：177。 圖38 聲音報警電路圖 圖39 消音按鍵連接電路圖 報警器濃度等級顯示采用一個八段共陽極數(shù)碼管顯示。其參數(shù)特點如下:大 小 : 顯示方式： 靜態(tài)顯示顯示顏色： 紅色顯示位數(shù)： 1位 圖310 數(shù)碼管字符顯示電路圖 圖311 指示燈電路圖綠燈常亮表示正常狀態(tài)，環(huán)境中可燃煙霧濃度極低；黃燈閃爍表示傳感器連接故障或是線路接觸不良；紅燈閃爍表示環(huán)境中煙霧濃度超過報警最低預設值，提醒用戶盡快做出相應安全防范措施。 圖312 繼電器連接及控制電路圖繼電器的工作原理是利用低壓控制電路來控制高壓工作電路。并聯(lián)二極管時一定要注意二極管的極性不可接反，否則容易損壞晶體管等驅動元器件。把上述各個部分電路結合到一起，就是所設計的可燃煙霧報警器總電路。程序初始化結束后，系統(tǒng)進入監(jiān)控狀態(tài)。主程序初始化流程圖如圖42所示。報警子程序流程圖如圖43所示。開始按鍵是否閉合