【正文】 應(yīng)用。針對(duì)當(dāng)前火災(zāi)自動(dòng)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(cè)報(bào)警抗干擾等問(wèn)題較為突出的現(xiàn)象，提出在符合國(guó)家消防規(guī)范的基礎(chǔ)下采用統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放的通訊協(xié)議。為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場(chǎng)所對(duì)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(dòng)滅火等功能。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路再將該模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)。設(shè)計(jì)中為了方便檢測(cè)與監(jiān)控，使儀器測(cè)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(lái)指示報(bào)警狀態(tài)。在報(bào)警啟動(dòng)的同時(shí)，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(dòng)作。為了保證其可靠性，在輸出5V的電壓的同時(shí)，進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)。而煙霧報(bào)警器的信號(hào)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(hào)。在國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品中，無(wú)論哪家生產(chǎn)的煙霧探測(cè)器，都可以探測(cè)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(jiǎn)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(jiàn)的煙霧探測(cè)器種類及工作原理 為了確保家庭環(huán)境的安全，需要對(duì)各種可燃性氣體、有毒性氣體進(jìn)行檢測(cè)。因此目前使用的煙霧傳感器有很多種，各自的檢測(cè)原理也各不相同，下面就對(duì)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(shí)，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(lái)測(cè)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(chǎng)效應(yīng)管在接觸到氣體時(shí)，場(chǎng)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(shí)會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒。這無(wú)形中加大了工作人員的工作量，同時(shí)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(cè)，但壽命較短(大約兩年)。高分子氣敏元件在遇到特定煙霧時(shí)，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(cè)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(cè)量碳?xì)浠衔铮⒕哂凶钚〉慕徊骒`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(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，且不會(huì)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(shí)只有使用簡(jiǎn)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)。(c)SnO2氣敏元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)可燃?xì)怏w有良好的靈敏度，能夠檢測(cè)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(shí)間(trec)恢復(fù)時(shí)間(trec)元件功耗檢測(cè)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(cè)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(shí)應(yīng)注意，氣敏元件開(kāi)機(jī)通電時(shí)，其內(nèi)阻很小，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，才能恢復(fù)到原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)。同時(shí)，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(jià)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(gè)領(lǐng)域正得到越來(lái)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(jià)格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測(cè)控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場(chǎng)，成為國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。AT89C51是美國(guó)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(chǔ)器（PEROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)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(gè)硬件復(fù)位。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）64K 字節(jié)。報(bào)警時(shí)，LED紅燈點(diǎn)亮并持續(xù)閃爍60min，蜂鳴器啟動(dòng)并持續(xù)鳴叫60min，LED數(shù)碼管顯示符號(hào)“1”，并且換氣扇自動(dòng)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(shí)，LED數(shù)碼管顯示符號(hào)“0”，蜂鳴器聲音報(bào)警持續(xù)30min，同時(shí)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(shí)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(chǔ)能元件組成的濾波電路，將脈動(dòng)大的直流電壓處理成平滑的脈動(dòng)小的直流電壓，即將整流電路輸出的脈動(dòng)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(gè)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(cè)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合，傳感器輸出的信號(hào)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(duì)這種信號(hào)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(jià)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(wú)關(guān)，四個(gè)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(wèn)題。ADC0809的轉(zhuǎn)換速度較快，完成一次的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs左右，可對(duì)05V的模擬信號(hào)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(wèn)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(shí)，輸出Q0～Q7跟隨輸入信號(hào)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(hào)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(gè)消音按鍵，當(dāng)報(bào)警器發(fā)出鳴叫時(shí)，用戶到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，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(duì)應(yīng)關(guān)系如表31所示。當(dāng)被檢測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)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(shí)，繼電器KA1動(dòng)作，自動(dòng)換氣風(fēng)扇啟動(dòng)。所以在設(shè)計(jì)中，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器時(shí)，需要并聯(lián)一個(gè)二極管，利用二極管的反向擊穿能力，來(lái)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(shí)，電阻和傳感器分壓，此時(shí)電阻兩端有微弱的電壓，單片機(jī)可以通過(guò)ADC0809的IN2口檢測(cè)到； 如果傳感器電源連接不正常，則會(huì)產(chǎn)生斷路，檢測(cè)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(cè)信號(hào)采集及放大A/D轉(zhuǎn)換放大信號(hào)是否為零進(jìn)入報(bào)警子程序開(kāi)始 Y N N Y N 圖41主程序流程圖在整個(gè)報(bào)警器系統(tǒng)工作中，AT89C51單片機(jī)對(duì)傳感器檢測(cè)的煙霧濃度信號(hào)進(jìn)行信號(hào)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(dòng)聲光報(bào)警。開(kāi)始 設(shè)置定時(shí)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(dòng)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(hào)不為零時(shí)，即煙霧濃度達(dá)到系統(tǒng)的報(bào)警預(yù)設(shè)值，此時(shí)報(bào)警器發(fā)出一種近似警笛的鳴叫聲，對(duì)應(yīng)輸出通道的紅燈閃亮，換氣扇自動(dòng)運(yùn)行，并且延時(shí)打開(kāi)調(diào)節(jié)閥。按鍵由于彈性作用的影響，在閉合及斷開(kāi)均有抖動(dòng)過(guò)程，從而使電壓也出現(xiàn)抖動(dòng)，所以在識(shí)別按鍵時(shí)要消除抖動(dòng)的影響。現(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(jiǎn)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(cè)器。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易懂，功能齊全，十分適合在家庭生活中使用。27