【正文】 應(yīng)用。針對當(dāng)前火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)存在的通訊協(xié)議不一致，系統(tǒng)誤報(bào)、漏報(bào)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(bào)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。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(jì)的煙霧報(bào)警器具有顯示報(bào)警狀態(tài)、故障自檢、換氣排煙和自動滅火等功能。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路再將該模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識別的數(shù)字信號后送入單片機(jī)。設(shè)計(jì)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(bào)警狀態(tài)。在報(bào)警啟動的同時，單片機(jī)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。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。而煙霧報(bào)警器的信號采集由煙霧傳感器負(fù)責(zé)。 圖 22 煙霧傳感器及其結(jié)構(gòu)圖煙霧傳感器是模擬傳感器。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(jī)發(fā)送煙霧濃度相應(yīng)的模擬信號。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。（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。（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。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。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。(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。這無形中加大了工作人員的工作量，同時增加了報(bào)警器的維護(hù)成本。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。在測量和比較元件中，紅外射線被煙霧有選擇地吸收了。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。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。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。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(diǎn)，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]。在設(shè)計(jì)報(bào)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。(c)SnO2氣敏元件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠行較高，機(jī)械性能良好。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(bào)警器中。 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 24V2KΩ≤2000 KΩ≥4(在1000ppmC4H10中)≤10S≤30S≤50—10000ppm2年 由于物理量和測量范圍的不同，傳感器的工作機(jī)理和結(jié)構(gòu)就不同。 設(shè)計(jì)時應(yīng)注意，氣敏元件開機(jī)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)。同時，在能夠滿足報(bào)警器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算速度及接口功能要求的同類型單片機(jī)中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧的機(jī)型，在保證了報(bào)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。由于單片機(jī)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(jī)，在單片機(jī)家族的眾多成員中，MCS系列單片機(jī)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(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，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(jī)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(qiáng)大AT89C51單片機(jī)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。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)位。外部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）64K 字節(jié)。報(bào)警時，LED紅燈點(diǎn)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(yùn)行，以達(dá)到改善環(huán)境中的空氣質(zhì)量的目的。為了區(qū)別正常的工作的報(bào)警，在誤報(bào)警和不正常的工作狀態(tài)警報(bào)時，LED數(shù)碼管顯示符號“0”，蜂鳴器聲音報(bào)警持續(xù)30min，同時LED黃燈點(diǎn)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。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。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。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。 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。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(yùn)放一致性好；其輸入偏流電阻是溫度補(bǔ)償?shù)?，也不需外接頻率補(bǔ)償，可做到輸出電平與數(shù)字電路兼容。(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。由于放大電路還增加入了參考電壓，引入了零點(diǎn)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(diǎn)變化問題。ADC0809的轉(zhuǎn)換速度較快，完成一次的轉(zhuǎn)換時間為100μs左右，可對05V的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。D0～ D7是8位數(shù)字量輸出端。(4)Vref(+)和Vref()為參考電壓輸入端。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?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。其主要特點(diǎn)在于：控制端G為高電平時，輸出Q0～Q7跟隨輸入信號D0～D7的狀態(tài)。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。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC經(jīng)反向后送到單片機(jī)的/INT0引腳，單片機(jī)讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果并將結(jié)果送P1端口顯示。2Ω重 量 ：系統(tǒng)設(shè)有一個消音按鍵，當(dāng)報(bào)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(bào)警器鳴叫。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。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(bào)警預(yù)設(shè)值時，繼電器KA1動作，自動換氣風(fēng)扇啟動。所以在設(shè)計(jì)中，單片機(jī)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)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(jī)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。 圖314 煙霧報(bào)警器硬件電路設(shè)計(jì)圖4 系統(tǒng)的軟件的設(shè)計(jì) 主程序流程圖如下圖所示。 傳感器是否故障程序初始化傳感器預(yù)熱及故障檢測信號采集及放大A/D轉(zhuǎn)換放大信號是否為零進(jìn)入報(bào)警子程序開始 Y N N Y N 圖41主程序流程圖在整個報(bào)警器系統(tǒng)工作中，AT89C51單片機(jī)對傳感器檢測的煙霧濃度信號進(jìn)行信號放大、A/D轉(zhuǎn)換處理后，由單片機(jī)進(jìn)行分析處理，判斷系統(tǒng)是否啟動聲光報(bào)警。開始 設(shè)置定時器0，選擇方式1允許外部中斷0點(diǎn)亮綠燈，熄滅黃燈和紅燈關(guān)閉蜂鳴器關(guān)閉安全聯(lián)動裝置熄滅數(shù)碼管結(jié)束 圖42主程序初始化流程圖當(dāng)放大后的信號不為零時，即煙霧濃度達(dá)到系統(tǒng)的報(bào)警預(yù)設(shè)值，此時報(bào)警器發(fā)出一種近似警笛的鳴叫聲，對應(yīng)輸出通道的紅燈閃亮，換氣扇自動運(yùn)行，并且延時打開調(diào)節(jié)閥。按鍵由于彈性作用的影響，在閉合及斷開均有抖動過程，從而使電壓也出現(xiàn)抖動，所以在識別按鍵時要消除抖動的影響?，F(xiàn)代電子系統(tǒng)的基本核心是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(簡稱嵌入式系統(tǒng))，而單片機(jī)是最典型、最廣泛、最普及的嵌入式系統(tǒng)。如今，單片機(jī)構(gòu)成的現(xiàn)代電子系統(tǒng)已深入到各家各戶，并且變我們的生活，如家庭中的音響、電視機(jī)、洗衣機(jī)、微波爐、電話、空調(diào)機(jī)和安全防盜系統(tǒng)等。文章以單片機(jī)為控制主體，煙霧傳感器作為煙霧濃度探測器。設(shè)計(jì)簡單易懂，功能齊全，十分適合在家庭生活中使用。27