【正文】 為MQ2。當(dāng)溫度在200～300℃時(shí)半導(dǎo)體氣敏元件讓空氣中的氧吸附在元件表面，當(dāng)氧負(fù)離子吸附在半導(dǎo)體氣敏元件表面可以形成氧負(fù)離子吸附，氧負(fù)離子的減少就會使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。（3）氣敏式煙霧傳感器：該煙霧傳感器是一種檢測特定氣體的傳感器。振蕩器的頻率主要取決于晶體的振蕩頻率，；電容CC3的值則有微調(diào)作用，通常取30pF左右的瓷片電容。在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大處理速度越快。當(dāng)電容C1放電結(jié)束后，RST端的電位由R1與R2分壓比決定。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。特別注意：31腳(/EA/Vpp)是選擇片內(nèi)外存儲器的引腳，當(dāng)/EA/Vpp接高電平時(shí)，單片機(jī)在復(fù)位后從內(nèi)部ROM的0000H開始執(zhí)行；當(dāng)/EA/Vpp接低電平時(shí)，復(fù)位后直接從外部ROM的0000H開始執(zhí)行。AT89S51具有的特點(diǎn)為：40個(gè)引腳，4KB片內(nèi)程序存儲器，128 比特的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級，2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。因此，綜合考慮成本、易操作性、系統(tǒng)性能等因素，最終選擇方案三。方案三：基于氣敏傳感器設(shè)計(jì)的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路，首先傳感器選用MQ2型半導(dǎo)體煙霧氣敏傳感器，其在常溫條件工作時(shí)不需要溫度補(bǔ)償電路，因此選此傳感器省去了設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償電路的麻煩。待測氣體的交叉影響使檢測結(jié)果不能反映檢測氣體的實(shí)際含量，檢測結(jié)果就會失去科學(xué)價(jià)值和原有的合理性。當(dāng)檢測的氣體濃度處在這個(gè)范圍之中時(shí)，檢測到的氣體濃度的可靠性最高。由于可能會有因某種特定原因產(chǎn)生的類似火災(zāi)的干擾源觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)。再用模數(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)。整體方案設(shè)計(jì)：首先需要把煙霧信號轉(zhuǎn)化成單片機(jī)[9]（AT89S52）可識別的數(shù)字信號，這部分電路就需要煙霧檢測電路、放大電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路組成。由于電化學(xué)傳感器在進(jìn)行濃度監(jiān)測的過程中會產(chǎn)生一定大小的電流，所以電化學(xué)傳感器又被稱為電流氣體傳感器?？諝庵械拇龣z測氣體透過網(wǎng)孔與傳感電極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生傳感電極，這種電化學(xué)傳感電極主要是應(yīng)用的氧化機(jī)理和還原機(jī)理。傳感電極和反向電極中有一層薄的電解層，這層薄的電解層將傳感電極和反電極隔開。系統(tǒng)的其它部分均安裝在主板上，SOPC控制器接受到來自傳感器的數(shù)據(jù)后將數(shù)值顯示，并根據(jù)事先定制好的規(guī)則判斷煙霧是否超標(biāo)，如果有煙霧超標(biāo)則將發(fā)出報(bào)警信息，并驅(qū)動(dòng)語音報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警，同時(shí)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)排氣電路開始工作。Quartus Ⅱ可編程邏輯軟件屬于第四代PLD開發(fā)平臺。 SOPC是在一塊硅片上利用可編程邏輯技術(shù)來設(shè)計(jì)和開發(fā)一個(gè)完整的可編程片上系統(tǒng)。最后對全文進(jìn)行概括的總結(jié)，并提出相關(guān)擴(kuò)展功能，有待進(jìn)一步完善。硬件電路設(shè)計(jì)主要是針對選擇的方案進(jìn)行具體的電路設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在家具產(chǎn)品多種多樣，智能化、小型化的節(jié)能、綠色、安全產(chǎn)品越來越受到普通大眾的青睞。如適用范圍過小、智能化程度低、網(wǎng)絡(luò)化程度低、組件連接方式有待改善、煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣系統(tǒng)誤報(bào)、漏報(bào)問題較多、超早期煙霧探測報(bào)警技術(shù)應(yīng)用還幾乎處于空白。下面將從火災(zāi)探測器的工作原理和結(jié)構(gòu)入手,逐步分析探測器的部分和主要干擾來源，并對由此產(chǎn)生的誤報(bào)警提出一些改進(jìn)的方法。(1)研究現(xiàn)狀隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、大量樓宇的建成與使用，用于保障人身和財(cái)產(chǎn)安全的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)顯得越來越必要。其中煙霧探測器和溫度探測器用的地方占絕大部分[8]。如:探測器經(jīng)常誤報(bào)警,經(jīng)常演繹“狼來了”的故事,使得消防值班人員飽受困擾。由于許多場合缺乏滅火器材以及人們在逃生時(shí)的驚慌失措，和外界逃生環(huán)境遲緩等不利因素，最終就會給人們的生活和財(cái)產(chǎn)帶來重大的損失。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。軟件用C語言編寫程序，在keil中進(jìn)行程序的編譯并下載到AT89S51芯片中。它主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、煙霧檢測電路、語音報(bào)警電路、自動(dòng)排氣電路等組成。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。如果在一般家庭中發(fā)生火災(zāi)，就會很大程度上出現(xiàn)撲救不及時(shí)的情況。但火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置后,往往會發(fā)覺系統(tǒng)有些不盡如人意的地方?；馂?zāi)探測器的工作原理火災(zāi)探測器顧名思義就是探測是否有火災(zāi)可能或火災(zāi)正在發(fā)生的設(shè)備,根據(jù)火災(zāi)的特點(diǎn)及其產(chǎn)生物(例如:煙、熱、火焰等)的特性，可分為：煙霧探測器、溫度探測器及火焰探測器三類。隨著人們生活水平及家居環(huán)境的提高，廉價(jià)實(shí)用的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警器將進(jìn)入家庭，而且需求量很大[3]。排除了設(shè)備質(zhì)量不過關(guān)等情況后,我們發(fā)現(xiàn)這些情況往往是由于探測設(shè)備受到干擾而造成的。我國煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣工程應(yīng)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)了較快發(fā)展，但由于在實(shí)際應(yīng)用中，煙霧超標(biāo)報(bào)警系統(tǒng)的通訊協(xié)議不一致，煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣工程技術(shù)水平還相對落后，還存在著一些比較突出的問題。 (3) 課題研究意義煙霧超標(biāo)報(bào)警器的意義在于可以實(shí)現(xiàn)對普通環(huán)境中煙霧濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，以減少煙霧有毒氣體對人體的傷害，通過報(bào)警來警示人們所處環(huán)境的煙霧濃度過高，并通過單片機(jī)來控制環(huán)境的有毒氣體濃度，如完成開風(fēng)扇通風(fēng)、切斷有毒氣體來源等由單片機(jī)控制的部分。其中方案論證及選擇主要從三種可以實(shí)現(xiàn)煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣功能的方案中選擇一個(gè)成本低、易操作、系統(tǒng)性能較高的方案。最后的制作與調(diào)試主要是進(jìn)行硬件仿真與制作，并對硬件進(jìn)行相關(guān)功能的測試，檢測是否能達(dá)到設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的功能。SOPC（SystemonaProgrammableChip）可編程片上系統(tǒng)。Quartus Ⅱ是最高級和復(fù)雜的用于SOPC的設(shè)計(jì)環(huán)境。煙霧傳感器安裝于檢測現(xiàn)場，通過導(dǎo)線連接到主板傳感器的驅(qū)動(dòng)電路，傳感器檢測的信號送到放大電路將信號進(jìn)行放大，A/D轉(zhuǎn)換電路將放大后的信號轉(zhuǎn)換為0~5V的電平信號，并由A/D轉(zhuǎn)換芯片將轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號送入SOPC控制器。電化學(xué)傳感器主要包括兩部分：傳感電極（又稱工作電極）和反向電極。電化學(xué)反應(yīng)會形成一定的電信號，這種電信號就可以防止傳感器中的電解質(zhì)泄漏出傳感器。如果測量該電流的大小，就可根據(jù)電流的大小與氣體濃度的換算關(guān)系來確定空氣中某種氣體濃度。 基于氣敏傳感器設(shè)計(jì)的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路原理框圖采用基于單片機(jī)的煙霧報(bào)警器。原理框圖說明：煙霧信號采集電路一般由氣敏管[6]傳感器和模擬放大電路組成，將煙霧信號轉(zhuǎn)化為模擬的電信號。 方案選擇方案一：基于SOPC設(shè)計(jì)的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路系統(tǒng)的可靠性不高。電化學(xué)傳感器有一個(gè)恒定的檢測范圍。如果空氣中的待測氣體有交叉影響，電化學(xué)傳感器回合很多氣體都可以產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)并產(chǎn)生一定大小的電流。綜上所述本設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性不高，存在的干擾因素較大，所以不采取此方案。整體電路設(shè)計(jì)簡單，可靠性較高，易于實(shí)現(xiàn)。 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 (1)AT89S51單片機(jī)AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能的CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，AT89S51采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S51芯片有三種封裝形式PDIP、TQFP和PLCC，這三種不同的封裝形式適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)復(fù)位按鍵按下后電容C1通過R1放電。最小系統(tǒng)中復(fù)位電路的電容C1的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一般采用10uF左右極性電容，單片機(jī)最小系統(tǒng)的電容值越大復(fù)位的時(shí)間越短。內(nèi)部時(shí)鐘方式片內(nèi)高增益反相放大器通過XTAL1和XTAL2外接作為反饋元件的晶體與電容組成的并聯(lián)諧振回路，構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器向內(nèi)部時(shí)鐘電路提供振蕩時(shí)鐘。（2）光電式煙霧傳感：該煙霧傳感器內(nèi)部有一個(gè)光學(xué)迷宮，安裝有紅外對管，沒有煙霧時(shí)紅外接收管接收不到紅外發(fā)射管發(fā)射出來的紅外光線，當(dāng)煙霧進(jìn)入光學(xué)迷宮時(shí)，通過折射、反射后，接收管將接收到紅外光線，報(bào)警電路判斷是否超過閾值，超過則發(fā)出警報(bào)，反之則不然。N型在檢測時(shí)阻值隨氣體濃度的增大而減小，P型阻值隨氣體濃度的增大而增大。這就是半導(dǎo)體氣敏元件檢測可燃?xì)怏w的基本原理[6]。MQ2氣體傳感器是SnO2(氧化錫)半導(dǎo)體氣敏傳感器屬于電阻型氣敏元件。MQ2的主要特點(diǎn)：(1)具有信號輸出指示。(6)具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。 煙霧檢測電路圖傳感器的電導(dǎo)率是隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增大而增大，再使用相應(yīng)的外圍電路就可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)變成與該氣體濃度變化相對應(yīng)的電信號。一個(gè)煙霧傳感器既可以只實(shí)現(xiàn)單個(gè)功能，也可以實(shí)現(xiàn)多種功能的。 語音報(bào)警電路 語音錄放音電路語音錄放音電路主要由語音芯片以及一些外圍電路組成。模擬電路和數(shù)字電路分別使用了不同電源線，兩路電路的電源總線在此引腳匯合。Vssd是芯片內(nèi)部的數(shù)字電路的地線匯接引腳。注：REC的上升沿有84毫秒防顫，防止按鍵誤觸發(fā)。電平觸發(fā)放音(PLAYL)：此端從低變高時(shí)，芯片開始放音。此脈沖可用來觸發(fā)PLAYE，實(shí)現(xiàn)循環(huán)放音。耦合電容值和此端的10KΩ輸入阻抗決定了芯片頻帶的低頻截止點(diǎn)。喇叭輸出(SP+，SP)：輸出端可以直接驅(qū)動(dòng)8Ω以上的喇叭。直通模式(FT)：此端允許接在MIC輸入端的外部語音信號經(jīng)過芯片內(nèi)部的AGC電路、濾波器和喇叭驅(qū)動(dòng)器后直接到達(dá)喇叭輸出端。沿觸發(fā)放音，按S2(PE)鍵一下即將全段放音，除非斷電或放音結(jié)束，否則不停止放音；電平觸發(fā)放音，按住S3(PL)鍵時(shí)即放音，松開按鍵即停止。LM386是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、更新內(nèi)鏈增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少及總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)的功率放大器。靜態(tài)功耗低，約為4mA，可用于電池供電；工作電壓范圍寬，412V或518V；電壓增益可調(diào)，20200；失真度低； LM386引腳圖LM386的應(yīng)用非常簡單，但是在器件上電、斷電的時(shí)候，甚至芯片工作穩(wěn)定后的一些操作（如插拔音頻插頭、旋音量調(diào)節(jié)鈕）都會帶來的瞬態(tài)沖擊，在輸出端的喇叭上能夠產(chǎn)生不理想的噪聲。BYPASS端外接一個(gè)電解電容到地，可以起到濾除噪聲的作用。如果直流電壓過大有可能會損壞喇叭線圈；耦合音頻的交流信號是它與揚(yáng)聲器負(fù)載構(gòu)成了一階高通濾波器。 自動(dòng)排氣電路圖排氣電路主要由三極管、繼電器、電機(jī)組成，在這部分電路中，繼電器和三極管相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，可開通或關(guān)斷電機(jī)連接的5伏直流電源。當(dāng)基極B電壓處于高電平時(shí)，其值高于集電極C的電壓，而且大于三極管的開啟電壓Uon，三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，集電極上的繼電器中有電流通過；當(dāng)基極B處于低電平狀態(tài)時(shí)，其值小于三極管開啟電壓Uon，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，其集電極中無電流，三極管這個(gè)“開關(guān)”處于斷開狀態(tài)。 整體軟件流程圖因?yàn)槭紫纫o傳感器預(yù)熱，QM2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時(shí)間后，再次通電時(shí)，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時(shí)間的預(yù)熱。編寫的程序?yàn)椋篿nclude //包含頭文件define uchar unsigned char //宏定義define uint unsigned int sbit yanwu=P1^0。 for(x=z。y)。 while(1) { if(yanwu==0) {yuyin=1。} }} 編譯及下載在keil軟件中對程序進(jìn)行編譯及調(diào)試。點(diǎn)擊確定后 彈出一個(gè)芯片選擇項(xiàng)，選atmel AT89S51。加載程序，把我們編寫的c文件加載進(jìn)入看到左邊 source group1，點(diǎn)擊右鍵，選擇倒數(shù)第四項(xiàng) “add files....”進(jìn)入add框，然后add看到左邊source 。開始編譯了，projectbuild target或者按F7或者看到上面圖標(biāo)（一個(gè)圖標(biāo)有兩個(gè)方向向下的箭頭）編譯的時(shí)候，你會發(fā)現(xiàn)最前面編譯結(jié)果0 Errors就表示程序沒有錯(cuò)誤。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。(3) 雙擊單片機(jī)芯片，添加“.hex”文件。焊接前首先需要檢測元器件是否合格，元器件檢驗(yàn)合格后在面包板上按照整體電路圖（附錄C）連接電路圖并檢測電路是否工作。 實(shí)物圖 系統(tǒng)調(diào)試 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的調(diào)試單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的調(diào)試需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：(1)用萬用表檢測電源是否接通，檢測VCC(40腳)和GND(20腳)之間是否有5V電壓。(4)用萬用表檢測復(fù)位電路，通過復(fù)位按鍵，檢測9引腳的電壓是否會變化，如果按鍵沒有按下，電壓為0V，按鍵按下后，電壓立刻變?yōu)?V，之后很快的降為0 V，則表示復(fù)位電路正常。 煙霧檢測電路的調(diào)試煙霧檢測電路主要通過調(diào)試可變電阻 ，可以調(diào)節(jié)煙霧傳感器的靈敏度，以獲得滿意的煙霧濃度風(fēng)扇啟動(dòng)點(diǎn)。5%范圍內(nèi)。 語音報(bào)警電路的調(diào)試語音報(bào)警電路中語音芯片的選型很重要，不同型號的芯片功能和連接電路都不相同。但未實(shí)現(xiàn)液晶顯示、遠(yuǎn)程報(bào)警等擴(kuò)展功能，有待進(jìn)一步完善。 this reduces power consumption.(b) It has a UART on boa