【正文】 。當(dāng)傳感器正常連接時，電阻和傳感器分壓，此時電阻兩端有微弱的電壓，單片機可以通過 ADC0809 的 IN2 口檢測到； 如果傳感器電源連接不正常，則會產(chǎn)生斷路，檢測到電阻兩端電壓為 0。 所以 在 設(shè)計 中， 單片機 驅(qū)動繼電器時， 需要 并聯(lián)一個二極管 ，利用二極管的反向擊穿能力， 來消除自激電壓 ，達(dá)到穩(wěn)定線圈電壓和保護(hù)晶體管的目的。當(dāng)被檢測到的現(xiàn)場煙霧濃度達(dá)到 給定裝置所設(shè)定的報警預(yù)設(shè)值 時，繼電器 KA1 動作，自動換氣風(fēng)扇啟動 。 8 段 LED 數(shù)碼管字符顯示與比劃編碼對應(yīng)關(guān)系如表 31所示。 2Ω 重 量 ： 系統(tǒng)設(shè)有一個消音按鍵， 當(dāng)報警器發(fā)出鳴叫時，用戶到達(dá)現(xiàn)場，可按下消音按鍵停止報警器鳴叫。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 EOC經(jīng)反向后送到單片機的 /INT0 引腳，單片機讀取 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果并將結(jié)果送 P1 端口顯示。由于 ADC0809 具有輸出三態(tài)鎖存器，因此其 8位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。 其主要特點在于：控制端 G 為高電平時，輸出 Q0～ Q7 跟 17 隨輸入信號 D0～ D7 的狀態(tài) 。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn) A/D 轉(zhuǎn)換的完成，因為只有確認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。 (4)Vref(+)和 Vref()為參考電壓輸入端。 D0～ D7是 8位數(shù)字量輸出端。ADC0809 的轉(zhuǎn)換速度較快， 完成一次的轉(zhuǎn)換時間為 100μ s 左右，可對 05V的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 由于放 大電路還 增加入 了參考電壓，引入了零點調(diào)節(jié)功能，這樣可以更方便地 調(diào)整由于不同傳感器導(dǎo)致的零點變化問題。 (2)電 電路中 IC2A 構(gòu) 成了 的“電壓跟隨器” 可以減少電路模塊間由于阻抗引起的干擾。 LM324 的 靜態(tài)功耗小 、 價格低廉 ，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。 信號采集及前置放大電路 在許多檢測技術(shù)的應(yīng)用場合，傳感器輸出的信號比較弱，而且其中還包括了工頻、靜電和電磁耦合等共模干擾，對這種信號的放大就需要放大電路具有很好的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗。晶振頻率選擇 12MHZ， CC2的電容值取 30pF，電容的大小起頻率微調(diào)的作用 。然后利用二極管的單向?qū)ㄐ?，將交流電壓變換為單方向的脈沖直流電壓，再利用電容儲能元件組成的濾波電路 ，將脈動大的直流電壓處理成平滑的脈動小的直流電壓，即將整流電路輸出的脈動直流電壓中的交流成分濾掉，只留下比較平滑的直流電壓 ，最后利用集成穩(wěn)壓器 W7805，讓電源電路的輸出電壓穩(wěn)定為 5V，以此作為系統(tǒng)各個部分 電路 的電源。 13 3 系統(tǒng)的硬件電路 系統(tǒng)電源電路 任何電子設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流電源供電，直流穩(wěn)壓電源是將交流電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓的設(shè)備。 為了區(qū)別正常的工作的報警，在誤報警和不正常的工作狀態(tài)警報時， LED 數(shù)碼管顯示符號“ 0”， 蜂鳴器聲音報警持續(xù) 30min，同時 LED 黃燈點亮且閃爍 30min，以提醒用戶檢查傳感器或者電路連線情況， 及時排除故障，保證安全。報警時，LED紅燈點亮并持續(xù)閃爍 60min，蜂鳴器啟動并持續(xù) 鳴叫 60min， LED 數(shù)碼管顯示符號“ 1” ，并且換氣扇自動運行，以 達(dá)到改善環(huán)境中的空氣質(zhì)量的目的。 外部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） 64K 字節(jié)。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù) 11 位。 AT89C51 是美國ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 由于單片機技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機，在單片機家族的眾多成員中， MCS 系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。同時，在能夠滿足報警器系統(tǒng)設(shè)計的計算速度及接口功能要求的同類型單片機中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧的機型，在保證了報警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。 設(shè)計時應(yīng)注意，氣敏元件開機通電時，其內(nèi)阻很小，但經(jīng)過一段時間后，才能恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。 回路電壓（ Vc） 負(fù)載電陰（ Rl） 清潔空氣中電阻 （ Ra） 靈敏度（ S=Ra/Rdg） 響應(yīng)時間 (trec) 恢復(fù)時間 (trec) 元件功耗 檢測范圍 使用壽命 最大 DC 24V 2KΩ ≤ 2020 KΩ ≥ 4(在 1000ppmC4H10 中 ) ≤ 10S ≤ 30S ≤ 50— 10000ppm 2 年 由于物理量和測量范圍的不同，傳感器的工作機理和結(jié)構(gòu)就不同。這種傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對可燃?xì)怏w有良好的靈敏度，能夠檢測多種可燃性氣體，十分適合應(yīng)用在家庭的氣體泄漏報警器中。 (c)SnO2 氣敏元件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠行較高，機械性能良好。在設(shè)計報警器時只有使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。半導(dǎo)體煙霧傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低，因而得到廣泛應(yīng)用 [17]。按照光源不同，可分為一般光電式、激光光電式、紫外光光電式和紅外光光電式等 4 種。 在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。由于非碳?xì)浠衔镆兹紵熿F (如氫 )不吸收電磁譜中 IR 部分的能量，所以這種傳感器可 以精確地測量碳?xì)浠衔?，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其它煙霧的腐蝕以及高濃度目標(biāo)煙霧的影響。在測量和比較元件中，紅外射線被煙霧有選擇地吸收了。高分子氣敏元件 在遇到特定煙霧時，其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速度和頻率、材料重量等物理性能發(fā)生變化。它的優(yōu)點是：反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測，但壽命較短 (大約兩年 )。這無形中加大了工作人員的工作量，同時增加了報警器的維護(hù)成本。 (b)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。當(dāng)半導(dǎo)體接觸到氣體時，半導(dǎo)體的電阻值將發(fā)生變化，利用傳感器輸出端阻值的變化來測定或控制氣體的有關(guān)參數(shù)，這種類型的傳感器稱為電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器；當(dāng)ＭＯＳ場效應(yīng)管在接觸到氣體時，場效應(yīng)管的電壓將隨周圍氣體狀態(tài)的不同而發(fā)生變化，利用這種原理制成的傳感器被稱為非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器。 因此目前使用的煙霧傳感器有很多種，各自的檢測原理也各不相同，下面就對一些常用的煙霧傳感器進(jìn)行介紹。 （ 3） 常見的煙霧探測器種類及工作原理 為了確保家庭環(huán)境的安全，需要對各種可燃性氣體、有毒性氣體進(jìn)行檢測。 （ 1）煙霧傳感器的分類 從構(gòu)成氣體傳感器材料的形態(tài)上通常將它們分為干式和濕式氣體傳感器。 在國內(nèi)的產(chǎn)品中， 無論 哪 家生產(chǎn)的 煙霧 探測器，都可以探測到火災(zāi)的發(fā)生，都具 有比較高的靈敏度 ，而且 在安裝中都比較簡單 。煙霧 傳感器 利用煙霧敏感 元件的電阻 受煙霧（主要是可燃顆粒）濃度影響阻值變化的原理向 單片機 發(fā)送煙霧濃度相應(yīng)的模擬信號 。 圖 22 煙霧傳感器及其結(jié)構(gòu) 圖 煙霧傳感器的介紹 煙霧傳感器是模擬傳感器 。而煙 霧報警器的信號采集由煙霧傳感器負(fù)責(zé)。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。在報警啟動的同時，單片機控制器還可以控制 調(diào)節(jié) 閥 噴水滅火和 換氣扇 排煙動作。 設(shè)計中為了方便檢測與監(jiān)控，使儀器測試人員及用戶能夠 間 接知道環(huán)境中的煙霧濃度，所以用數(shù)碼管顯示 字符 來 指示報警狀態(tài) 。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路再將該模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機可識別的數(shù)字信號后送入單片機。 為適 應(yīng)家庭和工業(yè)等場所對可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計的煙霧報警器具有顯示 報警狀態(tài) 、故 障自檢、 換氣排煙 和自動滅火等功能。 針對當(dāng)前火災(zāi)自動報警系統(tǒng)存在的通訊協(xié)議不一致，系統(tǒng)誤報、漏報頻繁，智能化程度低，網(wǎng)絡(luò)化程度低、特殊惡劣環(huán)境的火災(zāi)探測報警抗干擾等問題較為突出的現(xiàn)象，提出在符合國家消防規(guī)范的基礎(chǔ)下采用統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、開放的通訊協(xié)議 。同時，銅導(dǎo)線耐 高溫性能差、易磨損，系統(tǒng)施工維修復(fù)雜，影響了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的可靠性和更廣泛的應(yīng)用。 網(wǎng)絡(luò)化程度低。 我國火災(zāi)自動報警系統(tǒng)技術(shù)比美、英等發(fā)達(dá)國家起步較晚 ，適用范圍過 有限，使得一般家庭用戶未能普及使用火災(zāi)自動報警器。 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)作為重要的建筑自動消防設(shè)施，其技術(shù)進(jìn)步性表現(xiàn)報警時間提前 、報警可靠性提高、特殊場所火災(zāi)的探測報警、報警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、消防聯(lián)動控制智能化、消防通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與計算機接警指揮管理等。 據(jù)公安部消防局 2020 統(tǒng)計，近年來， 我 國每年發(fā)生家庭火災(zāi) 5萬余起，死亡 800余人，占火災(zāi)死亡人數(shù)的 70%以上。樓層多、人員密集，一旦發(fā)生火災(zāi)，疏散困難，容易造成經(jīng)濟(jì)和人員的損失。 目前我國火災(zāi)自動報警系統(tǒng)只被安裝在重要建筑上，而在美國、日本等發(fā)達(dá)國家，包括許多居民家庭都安裝了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。 設(shè)計煙霧報警器的目的及意義 隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā) 展，家庭火災(zāi)防不勝防，防火工作也就越來越重要。 目前， 現(xiàn)代建筑 都會有選擇地 安裝 不同功能的 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。在本論文中的最主要的設(shè)計是選 AT89C51 單片機和QMN5 半導(dǎo)體 氣體 煙霧 傳感器 為核心器件。同樣，它也可以廣泛應(yīng)用于報警技術(shù)領(lǐng)域，使各類報警裝置的功能更加完善，可靠性大大提高，以滿足社會發(fā)展的需要。近幾年來，單片機已逐步深入應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各部門及人們生活的各個方面。 關(guān)鍵詞 ：煙霧報警器；單片機；傳感器 Design of Smoke Alarm Based on Microcontroller Abstract With the development of social and economic， the prevention of fire are more and more , in the present, most of research and development of fire alarm systems only focus on large sites. Therefore, it is necessary to design a simple, economical and practical family Smoke Alarm to meet the market demand. Taking both the basic requirement and the function of family Smoke Alarms should have into account, thesis designs a suitable smoke alarm for household using. Which the sensor and the microcontroller of the design is the most important part of alarm devices, with other devices can achieve alarming with sound and light, automatically reducing smoke and fighting fire ,etc. IN design, microcontroller used AT89C51 and select QMN5 Gas Sensor to detect smoke. Smoke alarm mainly by the signal acquired circuit, A/D converted circuit, MCU controlled circuit,displayed circuit and alarming with sound and light circuit,reasonable design, simple structure, easy to use, inexpensive. As a result, the microcontroller in the control of the smoke alarm system is fully applied. Therefore, this design about smoke alarm has practical value. Thesis give detailed introduction for the function and theory of the variou