【正文】 ，將煙霧信號轉(zhuǎn)化為模擬的電信號。③系統(tǒng)報警部分是通過預定控制方式并利用蜂鳴器和發(fā)光二極管報警實現(xiàn)系統(tǒng)的準確操作。 設(shè)計要求設(shè)計的監(jiān)測報警系統(tǒng)應實現(xiàn)如下功能：系統(tǒng)能檢測三個不同位置的煙霧濃度，把檢測到的信號送單片機處理，處理過的數(shù)據(jù)送顯示器顯示，在煙霧濃度達到設(shè)置值時系統(tǒng)啟動聲光報警，實現(xiàn)串口通信功能。硬件設(shè)計是通過對設(shè)計要求的分析，對各種元器件的了解，而得出分立元件與集成塊的某些連接方法，以達到設(shè)計的功能要求。要對程序進行多次調(diào)試，分塊編程。報警模塊主要由發(fā)光二極管和蜂鳴器等組成，這個模塊是在濃度超過報警限的時候進行報警處理。這也是在設(shè)計過程中需要解決的關(guān)鍵的問題。當然目前而言，我們基本占據(jù)的是國內(nèi)市場，對外還剛啟動。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)?；纳a(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)重的大型企業(yè)和集團，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。 現(xiàn)狀及特點消防報警產(chǎn)品是一個系列產(chǎn)品，包括火災探測設(shè)備、信息傳輸設(shè)備、報警分析控制器、消防控制聯(lián)動。（2）該產(chǎn)品無需專業(yè)人員操作，只要放在合適位置，通電即可，連續(xù)使用、方便簡捷。這就要求了煙霧傳感器性能必須符合這個條件，高精度的傳感器是系統(tǒng)的靈魂。選擇一款優(yōu)質(zhì)的煙霧報警器，首先要選擇質(zhì)量過關(guān)的傳感器。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(shè)備。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。即由自動報警、自動滅火、安全疏散誘導、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)。我國的火災自動報警控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有、從簡單到復雜的發(fā)展過程，其智能化程度也越來越高。而此時采用單片機來實現(xiàn)煙霧監(jiān)測報警系統(tǒng)不僅具有采集控制方便、簡單、靈活等優(yōu)點，而且可以大幅度提高采集點的技術(shù)指標，從而大大提高系統(tǒng)的可利用性。本文的變電站煙霧監(jiān)測報警系統(tǒng)就是單片機應用系統(tǒng)的一種典型應用，要求能夠檢測煙霧濃度，并且在氣體濃度超過給定值時能實時報警。從廣義上講，傳感器就是能感受外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號的裝置；狹義上講，傳感器就是能將外界信息轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。在單片機應用系統(tǒng)開發(fā)的過程中，應不斷調(diào)整軟、硬件，協(xié)調(diào)地進行軟、硬件設(shè)計，以提高工作效率。而在變電站的火災煙霧故障監(jiān)測報警系統(tǒng)正是單片機應用系統(tǒng)中的一種。單片機應用系統(tǒng)由硬件和軟件組成。單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)過程一般包括系統(tǒng)的總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和系統(tǒng)調(diào)試幾個階段。隨著新技術(shù)和自動化的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來越大，一切現(xiàn)代化儀器、設(shè)備幾乎都離不開傳感器。由于火災是變電站以及礦工企業(yè)常見事故，給人們生命財產(chǎn)安全帶來了極大的危害。此次三路檢測系統(tǒng)正是把ADC0809與AT89S51單片機有機的結(jié)合起來，也符合了本設(shè)計的要求。目前國內(nèi)廠家多偏重用于大型倉庫、商場、高級寫字樓、賓館等場所大型火災報警系統(tǒng)的研發(fā)。火災探測器是探測火災的儀器，由于在火災發(fā)生的階段，將伴隨產(chǎn)生煙霧、高溫度火光。此外，也可以控制有關(guān)的滅火系統(tǒng)或?qū)⒒馂男盘杺鬏斀o消防控制室。煙霧報警器的核心是氣體傳感器，俗稱“電子鼻”。質(zhì)量不過關(guān)的傳感器，一般16個月性能就下降，因而失去報警器的安全性，出現(xiàn)不報警或誤報警現(xiàn)象，而一種好的傳感器可連續(xù)使用十幾年，特性也不會有什么變化。氣體傳感器受濕度、溫度的影響較大，在條件需要的時候應該采用溫度、濕度補償來提高測量精度[１]。（3）能有效檢測煙霧濃度，觀察更加直觀，控制更加方便。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)。 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?shù)偷?。中國企業(yè)正虎視眈眈，準備進軍海外市場[6]。（1）硬件任務(wù)單片機變電站火災煙霧故障監(jiān)測報警系統(tǒng)的硬件主要有3大部分，即濃度檢測和顯示模塊、主控模塊和報警模塊。硬件的設(shè)計需要單片機、模電及其數(shù)電的相關(guān)知識。對各個子程序塊所解決的問題要相當明確。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。 煙霧檢測報警器設(shè)計思路本設(shè)計擬按以下思路展開研究：（1）根據(jù)該設(shè)計要實現(xiàn)的基本功能，設(shè)計大致應該分為信號采集放大，信號處理控制，系統(tǒng)報警三個部分。（2）依據(jù)上面所說的思路，得到如下一些基本的結(jié)論：①信號采集部分為了能準確采集到氣體濃度的變化應選用半導體氣體傳感器，為使其有效的檢測煙霧濃度，采用電阻型半導體氣體傳感器；而放大部分使用運放進行放大。采集到的信號送入A/D模塊，將模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機可識別的數(shù)字信號后送入單片機。以上是根據(jù)報警器應具備的功能，提出的整體設(shè)計思路。采用單個傳感器檢測煙霧濃度是不合適的。靜態(tài)特性通常反映在靈敏度上。動態(tài)特性的輸入與輸出關(guān)系不是一個常數(shù)，而是時間的函數(shù)，隨時間的變化而變化，因此常用傳遞函數(shù)表征。煙霧傳感器特性總是會受到環(huán)境溫度、濕度的影響而變化，煙霧報警器要能夠有效實現(xiàn)對環(huán)境氣氛的監(jiān)控，有效避免誤報、漏報，提高測量的準確性，必須對煙霧傳感器進行有效的溫、濕度補償和修正。軟件補償方式通過傳感器的溫度特性曲線擬合進行算法補償，這種方式是以一定的特性曲線作為基礎(chǔ)，對不同的工作環(huán)境和不同傳感器的溫度特性，用算法處理和查表修正以得到不同的補償效果。由于方案一傳感器測量精度不高，所以不予采納。并且主控制芯片采用常規(guī)的ADC0809和單片機并不支持，且制作硬件極其復雜，系統(tǒng)整體設(shè)計體積過大、功耗高、成本太高。分析：選用此方法設(shè)計電路不僅解決了溫度、濕度的影響，并且簡化了設(shè)計電路，降低了成本，采用此種方法設(shè)計主體電路。 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。 (b)利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導煙霧傳感器、光干涉煙霧傳 感器、紅外傳感器等。 (3)常見煙霧傳感器簡介：下面對工業(yè)上常用的幾種煙霧傳感器作簡單介紹。按照敏感機理分類，可分為電阻型和非電阻型。 (c)接觸燃燒式傳感器 當易燃煙霧接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時會發(fā)生氧化反應而燃燒，故得名接觸燃燒式傳感器。 (d)高分子煙霧傳感器 利用高分子氣敏材料制作的煙霧傳感器近年來得到很大的發(fā)展。 (e)電化學傳感器 電化學傳感器由膜電極和電解液封裝而成。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。 (g)紅外傳感器 紅外傳感器通常用兩束紅外光進行煙霧測量，主光束通過測量元件內(nèi)的目標煙霧，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考煙霧。 不同的煙霧吸收不同波長的IR，所以傳感器根據(jù)目標煙霧而調(diào)整，典型應用包括測量CO和CO冷凍劑煙霧和一些易燃氣。固體電解質(zhì)煙霧傳感器主要用于檢測無機煙霧，如OCOHClSO2等。 阻緩是當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，從而引起響應緩慢反應滯緩，靈敏度降低。 因此，經(jīng)常對傳感器進行標定，是保證其準確性的必要的途徑。 經(jīng)過對比上述兩種煙霧傳感器的應用特性，發(fā)現(xiàn)半導體煙霧傳感器的優(yōu)點更加突出：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。 MQ2型煙霧傳感器的相關(guān)介紹MQ2/MQ2S氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。溫濕度的影響圖23是傳感器典型的溫度、濕度特性曲線。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。嵌入式系統(tǒng)一般分為四種:工控機，通用CPU模塊，嵌入式微機處理，單片機。(3)能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中可靠運行的品質(zhì)。單片機是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計的單芯片形態(tài)應用系統(tǒng)，能滿足面對控制對象、應用系統(tǒng)的嵌入、現(xiàn)場的可靠運行及非凡的控制品質(zhì)等要求，是發(fā)展最快、品種最多、數(shù)量最大的嵌入式系統(tǒng)。為提高響應時間，保證傳感器準確地、 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。(2)單片機系統(tǒng)：指按照單片機的技術(shù)要求和嵌入對象的資源要求而構(gòu)成的基本系統(tǒng),如時鐘電路、復位電路和擴展存儲器等與單片機構(gòu)成了單片機系統(tǒng)。以此理解，單片機煙霧故障監(jiān)測報警系統(tǒng)同樣具有單片機應用系統(tǒng)的三個層次。整個監(jiān)測報警系統(tǒng)由三個部分組成，分為三大模塊：濃度檢測模塊、主控模塊和外圍報警模塊。 為適應變電站和工業(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不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應具有顯示可燃煙霧濃度、延時報警功能及可接計算機進行現(xiàn)場遠測等功能。 (1)煙霧濃度顯示通過液晶屏顯示可燃煙霧的濃度值，便于檢測人員隨時觀測煙霧濃度。 3 煙霧檢測報警器的硬件模塊設(shè)計根據(jù)第二章的介紹系統(tǒng)的硬件部分可以分成三個模塊來做，現(xiàn)在就先進行模塊設(shè)計部分，然后再具體介紹各部分硬件電路的設(shè)計。根據(jù)圖31，MQ2型氣體傳感器單片機采集電壓值與煙霧濃度百分比線性化曲線，當煙霧濃度在0%到100%，將電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號最終由單片機處理顯示出濃度值。采集信號經(jīng)過ADC0809處理后送單片機進行數(shù)據(jù)處理，處理后的信息將通過單片機控制，在LCD顯示器上顯示出來。AT89S系列單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。Vcc(40腳):主電源+5V。當采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩信號的輸入。 圖33 AT89S51引腳功能圖表31 P3口的引腳功能引腳信號 控制信號說明RXD串行數(shù)據(jù)輸入TXD串行數(shù)據(jù)輸出INT0外部中斷0INT1外部中斷1T0定時器0輸入T1定時器1輸入WR寫存儲器信號RD讀存儲器信號 ～(1～8腳):Pl是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。在對EPROM編程和驗證程序時，它輸入高8位地址。ALE/PROG：ALE是英文ADDRESS LATCH ENABLE的縮寫，表示允許地址鎖存允許信號。EA/VPP：該引腳為低電平時，則讀取外部的程序代碼(存于外部EPROM中)來執(zhí)行程序。訪問外部程序存儲器選通信號，低電平有效。（1） 復位方式 RST引腳時復位信號的輸入端。也可以進行手動復位，在Vcc和RST引腳之間接一個按鍵，即可以實現(xiàn)手動復位。由于復位后PC=0000H,所以程序的執(zhí)行總是從地址0000H開始的。將外加脈沖加到INT0輸入，平時為低電平。在掉電方式下，CPU暫時不工作，但也隨時準備恢復工作。氣體濃度經(jīng)過設(shè)置后送單片機記錄，在采集到的氣體濃度過大，超過安全值時單片機驅(qū)動蜂鳴器和發(fā)光二極管工作，提供報警服務(wù)。硬件知識用來設(shè)計硬件電路，以實現(xiàn)信號的采集、放大、轉(zhuǎn)換和顯示等功能。電路的設(shè)計都在建立在理論的基礎(chǔ)上。下面簡單介紹本設(shè)計使用到的電源器件：三端固定式集成穩(wěn)壓器。C1，C2一般選用滌綸電容， μ F或者幾個μ F。如下圖所示，三端穩(wěn)壓器的三端是輸入端Vi、輸出端VO和公共端COM，使用公共端通常接地。當平滑電容距離穩(wěn)壓器很近時，可以省掉陶瓷電容。另外，穩(wěn)壓器內(nèi)部有輸出短路的保護功能，即過電流保護電路，限制輸出電流不會很大；過熱保護電路，過熱時切斷輸出使內(nèi)部電路不會過熱。另外輸入Vi的上限由各品種規(guī)定，對于低輸入電壓品種其上限電壓≤30V，高輸入電壓品種≤40V。三端穩(wěn)壓器的輸出電壓的精度包括內(nèi)部基準電壓的精度，以及對于輸入與負載變動的穩(wěn)定性。8%幾類。4%，高精度為177。電源電路的設(shè)計圖37 系統(tǒng)+5V電源電路輸入部分設(shè)計根據(jù)以上所介紹的參數(shù)，本系統(tǒng)所用+5V電源通過采用7805穩(wěn)壓管輸入到系統(tǒng)中，電路圖如圖37所示。由于系統(tǒng)采用的是單極性供電，所以采用同相比例放大電路，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)生一個負壓，這顯然會造成浪費。對于輸入電壓Vi也有一定的要求，因為通過前面章節(jié)對傳感器的分析得知當傳感器的煙霧濃度達到100%時對應的電壓值為0V，煙霧濃度為0%，所以模擬樣機采用兩倍放大，假使傳感器輸出電壓在0~，放大兩倍之后達到0~，所以要用一個電阻與變阻器分壓，使變阻器輸出的電壓在0~，電路采用的變阻器為1k的，在輸入電壓為5v的情況下。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。ADC0809是8位CMOS逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換集成電路，片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬多路開關(guān)，可對8路0~~5V的輸入模擬電壓信號分時進行轉(zhuǎn)換，片內(nèi)具有多路開關(guān)的地址譯碼和鎖存電路、比較器、256R電阻T型網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、逐次逼近寄存器SAR，控制與時序電路等。內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)框圖如圖，由多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、D/A轉(zhuǎn)換電路、三態(tài)輸出鎖存器、地址鎖存器及譯碼器等組成。（4）單個＋5V電源供電。上圖為ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖（圖39）： 圖310 ADC0809的引腳圖 圖311 ADC0809實物圖ADC0809的引腳功能ADC0809的引腳圖如圖310，ADC0809實物如圖311，則ADC0809的引腳功能：（1） IN0～IN7：8路模擬量輸入通道。ALE（22腳）為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。時鐘頻率典型值為640KHZ，允許范圍為10KHZ到1280KHZ。在脈沖上升沿，A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部寄存器均被清零在下降沿開始A/D轉(zhuǎn)換。（6）OE（9腳）：輸出允許信號。