【正文】 3所示，下面分別介紹其引腳。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。圖31 MQ2型氣體傳感器單片機(jī)采集電壓值與煙霧濃度百分比線性化曲線圖32 用變阻器模擬的MQ2型半導(dǎo)體煙霧傳感器系統(tǒng)選用單片機(jī)控制，采用AT89S51單片機(jī)。火災(zāi)煙霧故障監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)采用三路不同地點(diǎn)煙霧檢測的方法，檢測器件采用MQ2型氣體傳感器檢測氣體濃度，檢測結(jié)果送入模/數(shù)芯片ADC0809中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。因?yàn)槿藢?duì)聲光信號(hào)更為敏感，所以聲光變化更容易引起工作人員的注意。 可燃性氣體檢測報(bào)警器結(jié)構(gòu)框圖，系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，配合外圍電路共同完成信號(hào)采集、濃度顯示、狀態(tài)顯示、聲音報(bào)警等功能。為了保證整個(gè)系統(tǒng)可靠的運(yùn)行，設(shè)計(jì)中必須明確三大部分的實(shí)際聯(lián)系：以單片機(jī)為中心，其他各大模塊一一展開。在此系統(tǒng)中，檢測信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理，控制外圍電路。在單片機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上面向?qū)ο蟮慕涌陔娐?，如前向通道、后向通道、人機(jī)交互通道(鍵盤、顯小器、打印機(jī)等)和串行通信口(RS232)以及應(yīng)用程序等。單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)人機(jī)交互通道應(yīng)用程序串行通信口后向通道前向通道圖23 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)三個(gè)層次的關(guān)系單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分三個(gè)層次。 首先，傳感器送來的煙霧濃度對(duì)應(yīng)的微小的電壓信號(hào)經(jīng)過放大，轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號(hào)送入ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后再送入單片機(jī)；在8051單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行濃度比較，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理，最后，將實(shí)際可燃性氣體濃度送入液晶，并判斷濃度值是否超出報(bào)警限，當(dāng)濃度處于正常狀態(tài)綠燈長亮，當(dāng)煙霧濃度超出設(shè)定的限定值時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)警并伴隨紅燈亮。如對(duì)外部信息的捕捉、對(duì)控制對(duì)象實(shí)時(shí)控制和有突出控制功能的指令系統(tǒng)(I/O控制、位操作和轉(zhuǎn)移指令等)。如傳感信號(hào)輸入、人機(jī)交互操作,伺服驅(qū)動(dòng)等。它是單片機(jī)在系統(tǒng)檢測方面的應(yīng)用，是典型的嵌入式系統(tǒng)。Rs表示在含1000ppm 丙烷、不同溫/濕度下傳感器的電阻值，Ro表示在含1000ppm 丙烷、20℃/65%RH環(huán)境條件下傳感器的電阻值。圖中縱坐標(biāo)為傳感器的電阻比（Rs/Ro），橫坐標(biāo)為氣體濃度。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(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。而在眾多半導(dǎo)體氣體傳感器中，本設(shè)計(jì)選用MQ2型煙霧傳感器，這種型號(hào)的傳感器不但具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，還有足夠的耐高溫，耐高濕的特性。半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器，它具有靈敏度高，響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時(shí)，則傳感器將使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以致靈敏度很快就喪失。傳感器種類C0CO2 H2S NH3 HCNHCICOCI2CI2 NOX SO2O2CH4C3H2H2H2O半導(dǎo)體氣體傳感器○○○○○○○○○○固體電解質(zhì)傳感器○○○○○接觸燃燒式傳感器◎○○○電化學(xué)式傳感器○○○○○○○○高分子電解質(zhì)氣體傳感器◎○○○○ 注：○好 ◎不太好煙霧檢測報(bào)警器主要應(yīng)用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、變電站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃煙霧泄漏的場所，根據(jù)報(bào)警器檢測煙霧種類的要求，一般選用接觸燃燒式煙霧傳感器和半導(dǎo)體煙霧傳感器。 (4)常見煙霧傳感器可檢測煙霧種類[３]：由于煙霧的種類繁多，一種類型的煙霧傳感器不可能檢測所有的氣體，通常只能檢測某一種或兩種特定性質(zhì)的煙霧。未吸收的紅外光由光電探測器測量，產(chǎn)生一個(gè)正比于目標(biāo)煙霧濃度的差分信號(hào)。它的測量原理是：將加熱后的鉑電阻線圈置于目標(biāo)煙霧中，由于向目標(biāo)煙霧傳送熱量造成溫度降低，引起電阻值變化，傳感器即測量電阻 值的變化情況。它的優(yōu)點(diǎn)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)。高分子氣敏材料由于具有易操 作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價(jià)格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性煙霧和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。C~400176。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣 泛的應(yīng)用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，其產(chǎn)量僅次于半導(dǎo)體煙霧傳感器的一類傳感器。自1962年半導(dǎo)體金屬氧化物煙霧傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、輸出信號(hào)強(qiáng)、耐久性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。 (2) 煙霧傳感器應(yīng)滿足的基本條件：一個(gè)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(shí)體，也可以是由多個(gè)不同功能傳感器組成的陣列。由此可見，傳感器的選型是非常重要的。在下節(jié)將具體介紹煙霧傳感器的選型問題現(xiàn)今半導(dǎo)體氣體傳感器技術(shù)的不斷提高，使得在應(yīng)用此類傳感器時(shí)不必采用溫度、濕度補(bǔ)償，極大的簡化了電路和降低了成本。由于采用此方案制作硬件極其復(fù)雜，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)體積過大、功耗高、成本太高，所以不予采納。分析：此設(shè)計(jì)方法雖然解決了傳感器檢測氣體濃度時(shí)溫度和濕度對(duì)測量值的影響，但是，在實(shí)際制作的過程中，需要利用的核心控制芯片必須最少具有4路8位A/D口，氣體和溫度敏感信號(hào)直接由A/D口采集后，進(jìn)行一定的算法修正和軟件補(bǔ)償。為了解決這個(gè)問題，提出采用雙傳感器補(bǔ)償方式，具體來說就是選用兩個(gè)特性一致（實(shí)際上只能做到非常接近）的氣體傳感器來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，把其中一個(gè)氣體傳感器A密封代替溫度傳感器，對(duì)另一氣體傳感器B進(jìn)行補(bǔ)償。傳統(tǒng)補(bǔ)償方式一般有硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償兩種。通常應(yīng)用時(shí)，都忽略煙霧傳感器的動(dòng)態(tài)特性，根據(jù)其靜態(tài)溫度響應(yīng)靈敏度，采取一定的措施對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。如式（1）： （1）動(dòng)態(tài)特性是煙霧傳感器的特有問題，反映煙霧傳感器對(duì)隨時(shí)間變化的輸入響應(yīng)特性。在一段短時(shí)間內(nèi)可能很穩(wěn)定，而在一段較長時(shí)間內(nèi)則可能有緩慢起伏，或呈周期性的脈動(dòng)變化，甚至出現(xiàn)突變的尖峰。 設(shè)計(jì)方案采用單個(gè)普通傳感器檢測煙霧濃度，將檢測的到濃度信號(hào)送入A/D芯片中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用AT89S51單片機(jī)控制蜂鳴器進(jìn)行聲音報(bào)警以及將氣體傳感器檢測到的濃度值在液晶顯示器上顯示出來。為方便檢測與監(jiān)控，使儀器測試人員能夠直觀地觀察到環(huán)境中的煙霧濃度值，可將濃度值送到顯示屏中。將模擬信號(hào)送A/D模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后送到單片機(jī)，經(jīng)過處理后送顯示器顯示。②信號(hào)處理部分是將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送入控制器進(jìn)行處理，并將處理過的信號(hào)送顯示器顯示。軟件設(shè)計(jì)是分析設(shè)計(jì)的硬件用程序?qū)崿F(xiàn)其功能，并且調(diào)試優(yōu)化產(chǎn)品功能。2 變電站煙霧檢測報(bào)警器的方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是根據(jù)題目的要求而對(duì)硬件和軟件進(jìn)行規(guī)劃，并選擇最合適的硬件電路和軟件程序來達(dá)到目的。（2）軟件任務(wù)它的軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序和中斷處理兩大部分：主程序要完成I/O口，定時(shí)器的初始化及對(duì)中斷輸入的設(shè)定，然后延時(shí)使傳感器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，等待定時(shí)器的中斷；中斷處理程序根據(jù)具體情況需要有相應(yīng)的子程序。主控模塊由單片機(jī)及其相關(guān)軟件組成，由程序?qū)纹瑱C(jī)進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)過程中關(guān)鍵的兩個(gè)部分：系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)和控制軟件的編寫。由于中國的建設(shè)正在飛速發(fā)展，市場大的驚人，難道這由中國發(fā)展帶來的成果只能由外國企業(yè)來瓜分？可幸的是中國企業(yè)抓住了機(jī)遇，頂住了挑戰(zhàn)，先是一批國家的科研院所，后是一批國營企業(yè)、民營企業(yè)，業(yè)內(nèi)也吸引和凝聚一大批國內(nèi)的技術(shù)和管理精英，花了十多年時(shí)間，通過幾次產(chǎn)品更新?lián)Q代，就使自己的產(chǎn)品緊緊跟上了國際水平，并且奪回了大部分國內(nèi)市場，使得現(xiàn)在大多國外產(chǎn)品只有招架之功，這是典型的自力更生，走自己的路。在目前中國許多冠名以高新技術(shù)的行業(yè)中，中國企業(yè)大多做的是下游的制造和服務(wù)，分取極少一部分的利潤，象消防報(bào)警產(chǎn)品那樣又擁有自我知識(shí)產(chǎn)權(quán)，又擁有大量市場的行業(yè)其實(shí)是很少的。（5）聲光報(bào)警，更能引起人們的注意，觀察直觀。目前，現(xiàn)有煙霧檢測儀器主要是面對(duì)工礦企業(yè)或公共場所的檢測，價(jià)格高昂，本次設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）成本低廉并能對(duì)煙霧準(zhǔn)確報(bào)警。報(bào)警器都存在著檢測誤差，只有誤差降低在5%以內(nèi)這個(gè)報(bào)警器才符合使用要求。經(jīng)過電子線路處理變成濃度成比例變化的電壓信號(hào)，由線性電路加以補(bǔ)償，使信號(hào)線性化，經(jīng)微機(jī)處理、邏輯分析，輸出各種控制信號(hào)，即當(dāng)煙霧濃度達(dá)到報(bào)警設(shè)定值時(shí)，煙霧報(bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并可顯示煙霧濃度或啟動(dòng)外部聯(lián)運(yùn)設(shè)備（如排風(fēng)扇、電磁閥）。煙霧報(bào)警器可分為可燃?xì)怏w檢漏儀（簡稱“檢漏儀”）,可燃?xì)怏w報(bào)警控制器（簡稱“控制器”）、可燃?xì)怏w探測器（簡稱“探測器”）、家用可燃?xì)怏w報(bào)警器（簡稱“報(bào)警器”）四大系列產(chǎn)品。區(qū)域報(bào)警器能將所在樓層之探測器發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲光報(bào)警，并在屏幕上顯示出火災(zāi)的房間號(hào)；同時(shí)還能監(jiān)視若干樓層的集中報(bào)警器（如果監(jiān)視整個(gè)大樓的則設(shè)于消防控制中心）輸出信號(hào)或控制自動(dòng)滅火系統(tǒng)。 煙霧報(bào)警器的概述火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，一般由火災(zāi)探測器、區(qū)域報(bào)警器和集中報(bào)警器組成；也可以根據(jù)工程的要求同各種滅火設(shè)施和通訊裝置聯(lián)動(dòng)，以形成中心控制系統(tǒng)。煙霧檢測報(bào)警裝置就是通過監(jiān)測煙霧的濃度來實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范的。隨著電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，面對(duì)各種檢測對(duì)象和大量的測試點(diǎn)，需要利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測。此次設(shè)計(jì)中所利用到的氣體傳感器就是要測量煙霧濃度的動(dòng)態(tài)信號(hào)，并且利用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片將濃度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的檢測與報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)智能控制。實(shí)現(xiàn)氣體濃度檢測離不開高性能的氣體傳感器。只有系統(tǒng)硬件和軟件緊密配合、協(xié)調(diào)一致，才可能組成高性能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 1 頁 共2頁 目 錄引言 11 緒論 1 課題背景 1 煙霧報(bào)警器的概述 2 課題研究的目的及意義 3 現(xiàn)狀及特點(diǎn) 3 發(fā)展趨勢 3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù) 42 變電站煙霧檢測報(bào)警器的方案設(shè)計(jì) 4 設(shè)計(jì)要求 4 煙霧檢測報(bào)警器設(shè)計(jì)思路 4 設(shè)計(jì)方案 5 6 7 7 7 煙霧傳感器的選型 8 8 10 MQ2型煙霧傳感器的相關(guān)介紹 11 煙霧檢測報(bào)警器具體設(shè)計(jì)方案 13 14 15 163 煙霧檢測報(bào)警器的硬件模塊設(shè)計(jì) 16 煙霧檢測報(bào)警器系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 16 16 17 21 煙霧檢測報(bào)警器硬件電路的設(shè)計(jì)與分析 21 22 24 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 25 30 30 32 324 變電站煙霧檢測報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì) 36 AT89S51單片機(jī)調(diào)試及開發(fā)工具 36 煙霧檢測報(bào)警器軟件流程及設(shè)計(jì) 375 實(shí)驗(yàn)誤差分析 416 實(shí)驗(yàn)調(diào)試 41 硬件調(diào)試 41 軟件調(diào)試 42 調(diào)試結(jié)果 427 結(jié) 論 42謝辭 44參考文獻(xiàn) 45附錄 46附錄1 硬件電路圖 46附錄2 PCB電路圖 47附錄3 仿真圖........................................................................................................................48附錄4 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)清單................................................................................................49 1 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 56 頁 共 55 頁 引言當(dāng)今，單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，由單片機(jī)技術(shù)開發(fā)的智能化測控設(shè)備和產(chǎn)品廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備促進(jìn)了生產(chǎn)技術(shù)水平的提高。硬件是指單片機(jī)擴(kuò)展的存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備以及各種實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)控制要求的接口電路和有關(guān)的外圍電路芯片或部件；軟件是指單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其特定控制功能的各種工作程序和管理程序。這幾個(gè)系統(tǒng)開發(fā)階段并不是相互獨(dú)立、各自進(jìn)行的，而應(yīng)根據(jù)開發(fā)的實(shí)際需要，相互協(xié)調(diào)，交叉、有機(jī)的進(jìn)行。在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，用各種傳感器來檢測和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)，如溫度、壓力、流量、PH值等，以便使設(shè)備工作在最佳狀態(tài)，產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。為了能減少事故的發(fā)生，提醒人們注意，迫切地需要煙霧監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)。1 緒論 課題背景隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力應(yīng)用更加普遍，變電站在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著不可或缺的作用，因此變電站的火災(zāi)報(bào)警防范系統(tǒng)顯得尤為重要，現(xiàn)代火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)向著更加智能化的方向發(fā)展。對(duì)于變電站的火災(zāi)報(bào)警防御系統(tǒng)要求更高，在變電站必須利用具有可靠性高、實(shí)時(shí)性好的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與消防系統(tǒng)。這些煙、熱和光可以通過探測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)報(bào)警或使自動(dòng)滅火系統(tǒng)啟動(dòng)，及時(shí)撲滅火災(zāi)。首先我們應(yīng)對(duì)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的煙霧報(bào)警器的種類有所了解。當(dāng)氣體傳感器遇到煙霧時(shí)，傳感器電阻隨燃?xì)鉂舛榷兓?，隨之產(chǎn)生電信號(hào)，供煙霧報(bào)警器后級(jí)線路處理。但是，報(bào)警器中的其它電子元件的壽命都是有限，先進(jìn)國家也規(guī)定燃?xì)鈭?bào)警器的有效期最多為五年。 課題研究的目的及意義火災(zāi)對(duì)變電站的影響很大，因此設(shè)計(jì)出性能更加可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的變電站煙霧監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)已成為市場的需要。（4）能有效防止誤動(dòng)作，可靠性強(qiáng)。依托中