基于單片機(jī)的煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)(文件)
【正文】 可按下按鍵停止報(bào)警器鳴叫。判斷傳感器信號端連接 情況 ， 另一種情況是判斷傳感器信號端是否連接正確，此時(shí)不需要外加電路，在傳感器預(yù)熱 2 分鐘后，測量傳感器信號的輸出電壓，如果電壓為 5V，則說明傳感器的信號端連接不正常。 STC12 系列單片機(jī)下載程序使用的是 STC 單片機(jī) ISP 下載編程軟件。用戶可以通過調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對話界面，在程序中設(shè)置斷點(diǎn)，在STC12C5410AD 中，可以同時(shí)設(shè)置 3 個(gè)硬件斷點(diǎn)，它是經(jīng)過串口的傳輸，由芯片中的幾組斷點(diǎn)條件寄存器實(shí)現(xiàn)的。首先要給傳感器預(yù)熱三分鐘，因?yàn)?MQ2 型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時(shí)間后，再次通電時(shí)，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時(shí)間預(yù)熱。同時(shí)送入段 式液晶顯示煙霧濃度值。首先設(shè)定定時(shí)初值 50ms，利用 IAP 寫入 EEPROM，作為取值間隔。 中位值平均濾波法數(shù)字濾波子程序設(shè)計(jì)及流程圖 在煙霧傳感器對煙霧濃度采樣時(shí)，可能會遇到尖脈沖干擾的現(xiàn)象。這種方法既可濾去脈沖干擾又可濾去小的隨機(jī)干擾。中位值平均濾波法的程序流程圖如圖 所示。 本論文報(bào)警器使用的 MQ2 型傳感器的電阻是隨著煙霧濃的升高而降低的，因此輸入單片機(jī)的電 壓也是隨之降低的。為防止誤報(bào)，在程序設(shè)計(jì)上，對煙霧濃度進(jìn)行快速重復(fù)檢測和延時(shí)報(bào)警，以區(qū)別出是管道中煙霧的泄漏，還是由于暫短打開閥門產(chǎn)生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報(bào)。 圖 報(bào)警子程序流程圖 14 圖 鍵盤處理子程序 實(shí)驗(yàn) 檢定及誤差分析 本論文設(shè)計(jì)的煙霧檢測報(bào)警器選用“ LEL”作為煙霧的測量單位及衡量標(biāo)準(zhǔn)，下面介紹關(guān)于 LEL 的相關(guān)概念。煙霧的濃度過低或過高時(shí)是沒有危險(xiǎn)的，只有與空氣混合形成混合氣或更確切地說遇到氧氣形成一定比例的混合氣才會發(fā)生燃燒或爆炸。因此，在進(jìn)行爆炸測量時(shí)，報(bào)警濃度一般設(shè)定在爆炸下限的 25%LEL 以下。 15 在測量儀器的實(shí)際使用中，造成誤差的來源很多，通常是 多種誤差源綜合作用的結(jié)果。 硬件誤差主要來自以下四個(gè)方面： (1)傳感器非線性誤差 ， 本系統(tǒng) 選用 MQ2型半導(dǎo)體陶瓷式煙霧傳感器，煙霧濃度與輸出電壓存在一定的非線性，使用折線插值方法進(jìn)行線性化 處理 。另外所選的阻容器件都是經(jīng)過精確測量后再焊接上去的，并經(jīng)過仔細(xì)調(diào)試以獲得最佳性能。對本系統(tǒng)來說，空氣中的成分對系統(tǒng)的探頭和單片機(jī)及其外圍電路影響很小，在進(jìn)行測量時(shí)不用進(jìn)行補(bǔ)償。在電路板布線時(shí)，注意抗干擾設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求、使用環(huán)境、 成本等因素，選 16 用 MQ2 型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器 ， 該傳感器是對以烷類煙霧為主的多種煙霧有良好敏感特性的廣譜型半導(dǎo)體敏感器件 ， 它的靈敏度適中，具有響應(yīng)與恢復(fù)特性好，長期工作穩(wěn)定性、重現(xiàn)性、不易受環(huán)境影響及抗溫濕度影響等優(yōu)點(diǎn)。這種方法既可濾去脈沖干擾又可濾去小的隨機(jī)干擾，不但最大限度地排除現(xiàn)場噪聲干擾，降低煙霧報(bào)警器誤報(bào)概率，而且易于在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)。為了能夠進(jìn)一步提高安全性，可以在自動聲光報(bào)警的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)帶動煙霧管道關(guān)斷等功能。 本論文在對煙霧傳感器和報(bào)警技術(shù)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，全面比較國內(nèi)外同類產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)，合理地確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 ， 并對儀器的整體設(shè)計(jì)和各個(gè)組成部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)。但是溫濕度的影響相對于系統(tǒng) 5%LEL 的精度要求，可以忽略不計(jì)。本系統(tǒng)選用 ACDC 電源模塊，將 220V 電轉(zhuǎn)化為 5V 直流電 ，分別給模擬電路和數(shù)字電路供電。運(yùn)放誤差是造成前置放大誤差的主要原因，運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓，輸入失調(diào)電流是影響電路精度的重要因素。 軟件誤差主要來自以下兩個(gè)方面： (1)A/D 轉(zhuǎn)換量化誤差 STC12C5410AD 單片機(jī)的內(nèi)部 A/D轉(zhuǎn)換器為 12 bit，輸入單片機(jī)模擬電壓信號 ，參考電壓 。甲烷在空氣濃度為 9%11%時(shí)遇明火爆炸 ,高于 11%或低于 9%都不爆炸。 爆炸極限 是爆炸下限、爆炸上限的總稱，可燃煙霧在空氣中的濃度只有在爆炸下限、爆炸上限之間才會發(fā)生爆炸?？扇紵熿F在空氣中遇明火種爆炸的最低濃度，稱為爆炸下限，簡稱 LEL。 控制按鍵設(shè)計(jì)子程序及流程圖 本報(bào)警器設(shè)計(jì)附加一個(gè)按鍵，功能為：確定 (消音 )。在誤差許可范圍內(nèi)，根據(jù)標(biāo)定曲線形狀，以及單片機(jī)處理能力，把曲線分成若干小段，對每小段分別線性化。但是標(biāo)定時(shí)輸出曲線往往不是一條理想的直線，所以要對標(biāo)定曲線進(jìn)行線性化處理，用一條擬合直線近似代替輸出曲線，線性化是智能儀表的典型功能之一。 在實(shí)際應(yīng)用中， N 可取任何值，但為了加快測量計(jì)算速度，本論文數(shù)字濾波的設(shè)計(jì)中 N 取 10。 如果采用一般的平均值法，則干擾將平均 到計(jì)算結(jié)果上去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾而引起的煙霧濃度采樣值的偏差。方式 1 狀態(tài)下定時(shí)器的工作寄存器 TH TL1是全 16 位參與操作。 圖 主程序流程圖 主程序初始化流程圖 主程序初始化流程圖如圖 所示。本論文的主程序設(shè)計(jì)先對傳感器預(yù)熱三分鐘， 預(yù)熱同時(shí)，對傳感器加熱絲故障檢測，采用軟件方式檢測傳感器加熱絲或 電纜線是否斷線或者接觸不良。 本論文中，軟件解決的主要問題是檢測煙霧傳感器的煙霧濃度信號，然后對 信號進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波，線性化處理，段式液晶濃度 顯示，按鍵功能設(shè)置， 10 以及報(bào)警器聲光警報(bào)。 ISP 工具的功能主要是將由 PC 機(jī)串接來的 8 位并行數(shù)據(jù)與單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)與STC12C5410AD 的 RXD 及 TXD 口通訊。 煙霧檢測報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì) STC12系列單片機(jī)調(diào)試及開發(fā)工具
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