【正文】 tware 公司出品的Keil C51，是 51系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢。 本章 闡述了煙霧報警器的硬件設(shè)計。 圖 狀態(tài)指示燈電路圖 圖 控制按鍵連接示意圖 (1)判斷傳感器電源連接情況 在傳感器的地端串聯(lián)一個電阻 R6。黃燈閃亮表示傳 感器加熱 絲或者電纜發(fā)生斷線或者接觸不良。 C 顯示方式：反射式正顯示存儲溫度： 20～ +60176。當(dāng)單片機(jī) STC12C5410AD的 17 腳 ()置 1時，三極 管 Q1導(dǎo)通，蜂鳴器報警。所以調(diào)節(jié)滑動變阻器，就可以直接改變放大電路的參考電壓。 (3)由于引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，因此電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。同相比例運算電路有以下幾個特點： (1)同相比例運算放大電路是一個深度的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。 LM324是單片高增益四運算放大器，可在較寬電壓范圍內(nèi)的單電源 或雙電源下工作，其電源電流很小且與電源電壓無關(guān)，四個運放一致性好 ； 其輸入偏流電阻是溫度補償?shù)?，也不需外接頻率補償，可做到輸出電平與 數(shù)字電路兼容。 傳感器輸出信號一般比較微弱，需要經(jīng)過前置電路對其進(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足單片機(jī)對輸入信號的要求。同時， STC12C5410AD的片內(nèi)已集成了程序斷點控制等邏輯功能。上電復(fù)位后 P1 口是弱上拉 型的 I/O 口，可以通過軟件設(shè)置將 8路中的任何一路設(shè)置為 A/D轉(zhuǎn)換，不需作為 A/D使用的口可繼續(xù)作為 I/O 口使用。此外，STC12C5410AD的 I/O 端口電氣特性也十分突出，幾乎所有的 I/O口都有 20mA 的驅(qū)動能力，對于一般的液晶顯示屏、蜂鳴器可以直接驅(qū)動而無需 輔助電路。 4 種類型分別為：準(zhǔn)雙向口 (標(biāo)準(zhǔn) 8051輸出模式 )、推挽輸出、僅為輸入 (高阻 )和開漏輸出功能。當(dāng) CL的值由 FF 變?yōu)?0溢出時， {EPCnH， CCAPnH}的內(nèi)容裝載到 {EPCnL， CCAPnL}中。輸出頻率取決于 PCA定時器的 時鐘源。 圖 STC12C5410AD單片機(jī)管腳圖 STC12C5410AD單片機(jī)具有以下特點： (1) Flash 存儲器 STC12C5410AD Flash 存儲器為 10KB。它體積小，價格低，非常適用于本設(shè)計，下面介紹 STC12C5410AD的自身 特點。而且在功能同樣的情況下， 管腳較少封裝體積小，價格比其他型號便宜， 因此具有很好的性價比和應(yīng) 用適應(yīng)性。鑒于 C語言的易讀性和普遍性，本論文的軟件設(shè)計選擇 C語言編程，所以 STC系列單片機(jī)在此處不是非常適合。而 STC單片機(jī)程序嵌套包括中斷最多不能超過 8層。 8051 單片機(jī)雖然應(yīng)用普遍，工具多，易上手，片源廣，價格低，但 是速度慢，功耗大，適合民用，商用，不適合工業(yè)用途。 單片機(jī)是煙霧檢測報警器的核心部件，一方面它要接收來自傳 感器的煙霧濃度的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對兩種信 號分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路的相應(yīng)工作；同時，查詢是否有鍵按下的 命令。它一方面要接收來自傳感 器送來的煙霧濃度對應(yīng)的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對 兩種信號分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路進(jìn)行相應(yīng)動作；與此同時查詢是否 有鍵按下的請求。 該報警器將空氣中煙霧或可燃性液體蒸汽的濃度顯示在儀表盤上，當(dāng)空氣中的煙霧或可燃性液體蒸汽的濃度達(dá)到一定濃度時， 則啟動快速重復(fù)檢測和延時報警，以區(qū)別出是管道中煙霧的泄漏， 還是由于短暫打開閥門產(chǎn)生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報。 本章主要闡述了煙霧報警儀的設(shè)計方案，即傳感器的選型和報警器的設(shè)計。C~500176。 (1) 傳感器類型：半導(dǎo)體電阻式 (2) 檢測范圍： 0~100%LEL (3) 報警準(zhǔn)確度 :：177。 (4)防止報警器誤報功能 快速 重復(fù)檢測及延時報警可以區(qū)別出是管道中可燃煙霧的泄漏，還是由于打開閥門時的微量煙霧的散失。 圖 可燃性氣體檢測報警器結(jié)構(gòu)框圖 (1)自診斷故障報警功能 當(dāng)傳感器加熱絲或者電纜線發(fā)生 斷線或者接觸不良的情況時，報警器發(fā)出警報，并且黃色指示燈閃爍，提醒用戶檢查傳感器或者電路線接觸情況，及時排除故障，保證安全。其目標(biāo)是在傳統(tǒng)的煙霧報警儀的基礎(chǔ)上，盡量提高準(zhǔn)確性，降低成本，縮小體積。為了保 證其可靠性，在輸出 5V 的電壓的同時，進(jìn)行故障監(jiān)測。 (d)加熱功率： (P)約 750mW (e)靈 敏 度：以甲烷為例 R0(air)/RS (%CH4)＞ 5 (f)響應(yīng)時間： Tres＜ 10秒 (g)恢復(fù)時間： Trec＜ 30秒 本論文中的煙霧檢測報警器以 STC12C5410AD 單片機(jī)為控制核心，采用 MQ2型電阻式半導(dǎo)體傳感器采集煙霧信息。 3?。由于傳感器一般工作在易燃易爆環(huán)境下，若加熱絲直接與電源相接，當(dāng)加熱絲局部短路造成器件過熱或放電時，可能引發(fā)事故。再通電工作時氣敏電阻值達(dá)到穩(wěn)定時所需要的時間，定義為初期穩(wěn)定時間。 雖然對于不同的煙霧，器件靈敏度特性 K 的值也會各有差異，但是它們都遵循同一規(guī)律， log RS = m logC + n (22) 式中， m 為器件相對煙霧濃度變化的敏感性，又稱煙霧分離能，對于 煙霧， m 值為 1/2~1/3； C為檢測煙霧的濃度。 (d)電路設(shè)計電壓范圍寬， 24V以下均可；加熱電壓 5177。 (b)MQ2 型傳感器具有良好的重復(fù)性和長期的穩(wěn)定性。而當(dāng)空氣中沒有煙霧時，二氧化錫半導(dǎo)體又會自 動恢復(fù)氧的負(fù)離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。 C 溫度時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少， 從而使其電阻值增加。 C以上 乙醇、可燃性氣體 非電阻型 二極管整流特性 室溫～200176。 表 所利用的特性工作溫度表面電阻控制器 300~450176。按敏感機(jī)理分類，可分為電阻型和非電阻型。 經(jīng)過對比上述兩種煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點更加突出：靈敏度高、響應(yīng)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(hù)成本較低等。 因此，經(jīng)常對傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是保證其準(zhǔn)確性的必要的途徑。 阻緩是當(dāng)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(yīng)緩慢反應(yīng)滯緩，靈敏度降低。固體電解質(zhì)煙霧傳感器主要用于檢測無機(jī)煙霧，如 O CO H Cl SO2等。 不同的煙霧吸收不同波長的 IR，所以傳感器根據(jù)目標(biāo)煙霧而調(diào)整，典型應(yīng)用包括測量 CO 和 CO冷凍劑煙霧和一些易燃?xì)狻? 紅外傳感器 紅外傳感器通常用兩束紅外光進(jìn)行煙霧測量，主光束通過測量元件內(nèi)的目標(biāo)煙霧，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考煙霧。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。 (e) 電化學(xué)傳感器 電化學(xué)傳感器由膜電極和電解液封裝而成。 (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。 (c) 接觸燃燒式傳感器 當(dāng)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(yīng)而燃燒，故得名接觸燃燒式傳感器。按照敏感機(jī)理分類，可分為電阻型和非電阻型。 (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。 (b)利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導(dǎo)煙霧傳感器、光干涉煙霧傳 感器、紅外傳感器等。 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(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度 處理及報警控制等工作。以上 是根據(jù)報警器應(yīng)具備的功能，提出的整體設(shè)計思路。單片機(jī)對該數(shù)字信號進(jìn)行 濾波處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是否大于或等于某個預(yù)設(shè)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)。 (2)擴(kuò)展部分 (a) 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(jìn)行修正主傳感器，以提高精度和可靠性。 (c)系統(tǒng)的軟件編制。此種儀器廣泛應(yīng)用于液化氣站、汽車加油站、鍋爐房等工業(yè)場所。若有燃?xì)庑孤?，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。 (1) 民用火災(zāi)煙霧報警器 民用火災(zāi)煙霧報警器為居民家庭用的火災(zāi)報警器 ,一般安裝在廚房，遇到火災(zāi)產(chǎn)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(shè)備。 我國在 70年代初期開始研制煙霧報警器，生產(chǎn)型號多樣、品種較齊全，應(yīng)用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴(kuò)展到幾乎所有危險作業(yè)環(huán)境的各種類型報警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。 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。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?！督ㄖO(shè)計防火規(guī)范》 (GBJ1687)第 條明確規(guī)定 :“散發(fā)可燃煙霧、可燃蒸汽的甲類廠房和場所，應(yīng)設(shè)置煙霧濃度檢測報警裝置”。保衛(wèi)社會主義現(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。保衛(wèi) 社會主義現(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。具有一定的實用價值。其中選用 MQ2 型半導(dǎo)體 可燃?xì)怏w敏感元件 煙霧傳感器實現(xiàn)煙霧的檢測，具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強等優(yōu)點，而且價格低廉，使用壽命長。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。傳感器技術(shù)已成為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。 本論文以電阻式煙霧傳感器和單片機(jī)技術(shù)為核心并與其他電 子技術(shù)相結(jié)合， 設(shè)計出一種技術(shù)水平較好的煙霧報警器。是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能 穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的煙霧報警器。 為了早期發(fā)現(xiàn)和通報火災(zāi)，防止和減少火災(zāi)危害，保護(hù)人身和財產(chǎn)安全。 為了早期發(fā)現(xiàn)和通報火災(zāi)，防止和減少火災(zāi)危害，保護(hù)人身和財產(chǎn)安全。煙霧報警器屬于《中華人 民共和國強制檢定的工作計量器具目錄》中第 46項，它歸類于物理化學(xué) 計量器具。如果這些家用燃?xì)夂兔簹饣丶爸修D(zhuǎn)站的 報警率按 10% 計算，煙霧檢測報警器的需求量就達(dá) 2021 萬臺以 上?？梢姡瑹熿F報警器具有十分廣闊的市場前景。 1963 年 5月，日本開發(fā)完成第一臺接觸燃燒式家用燃?xì)庑孤﹫缶?，次?12 月其改良產(chǎn)品問世，改良的報警器可以檢測燃?xì)?、一氧化碳等? 體，可以安裝在浴室或者采用集中監(jiān)視。 燃?xì)鈭缶骺煞譃槊裼没馂?zāi)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(chǎn)品。 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? 與巡檢。當(dāng)在現(xiàn)場的探測器探測到燃?xì)庑孤┲螅ㄟ^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(fēng)裝置或關(guān)閉電磁閥切斷 氣源，以確保安全。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。 (d)硬件電路和軟件的綜合調(diào)試。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從煙霧檢測電路送出的模擬信號 轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識別的數(shù)字信號后送入單片機(jī)。為使報警裝置更加完善，可以在聲音報警基礎(chǔ)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。單片機(jī)作為硬件電路 的核心，它的選型將在第三章詳述。 (1) 煙霧傳感器的分類 煙霧傳感器種類繁多，從檢測原理上可以分為三大類： (a)利用物理化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如半導(dǎo)體煙霧傳感器、接觸燃 燒煙霧傳感器等。但是，任何一個完整的煙霧傳感器都必須具備以下條件： (a)能選擇性地檢測某種單一煙霧，而對共存的其它煙霧不響應(yīng)或低 響應(yīng)； (b)對被測煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內(nèi)的煙霧 濃度； (c)對檢測信號響應(yīng)速度快，重復(fù)性好； (d)長期工作穩(wěn)定性好； (e)使用壽命長； (f)制造成本低，使用與維護(hù)方便。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的煙霧傳感器之一。但這種傳感器制造成本高，檢測煙霧范圍有限，在檢測環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢。 C 的高溫，此時若與煙霧接觸，煙霧就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道煙霧的濃度。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(jié)構(gòu)簡單，能在常溫下使用，可以彌補其它煙霧傳感器的不足。它主要適用于毒性煙霧檢測。溫度的變化情況是目標(biāo)煙霧熱傳導(dǎo)率的函數(shù)，而對于一種給定的煙霧或汽化物，熱傳導(dǎo)率是