【正文】 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、價格便宜等優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用。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。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。如傳感信號輸入、人機交互操作,伺服驅(qū)動等。 首先，傳感器送來的煙霧濃度對應(yīng)的微小的電壓信號經(jīng)過放大，轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號送入ADC0809進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后再送入單片機；在8051單片機內(nèi)進行濃度比較，對數(shù)據(jù)進行線性化處理，最后，將實際可燃性氣體濃度送入液晶，并判斷濃度值是否超出報警限，當濃度處于正常狀態(tài)綠燈長亮，當煙霧濃度超出設(shè)定的限定值時，發(fā)出聲音報警并伴隨紅燈亮。在單片機系統(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、人機交互通道(鍵盤、顯小器、打印機等)和串行通信口(RS232)以及應(yīng)用程序等。為了保證整個系統(tǒng)可靠的運行，設(shè)計中必須明確三大部分的實際聯(lián)系：以單片機為中心，其他各大模塊一一展開。因為人對聲光信號更為敏感，所以聲光變化更容易引起工作人員的注意。圖31 MQ2型氣體傳感器單片機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)選用單片機控制，采用AT89S51單片機。AT89S51單片機的引腳定義及功能AT89S51引腳圖如圖33所示，下面分別介紹其引腳。在訪問片外存儲器時，它分時提供低8位地址和8位雙向數(shù)據(jù)，故這些I/O線有地址線/數(shù)據(jù)線之稱，簡寫為AD0～AD7。在整個系統(tǒng)中，這8個引腳還具有專門的第二功能，在此，對P3口相應(yīng)引腳用于控制信號時的情況如表31所示。如果是使用AT89S51或其它內(nèi)部有程序空間的單片機時，此引腳接成高電平使程序運行時訪問內(nèi)部程序存儲器，當程序指針PC值超過片內(nèi)程序存儲器地址(如8051/8751/89C51的PC超過0FFFH)時，將自動轉(zhuǎn)向外部程序存儲器繼續(xù)運行。復(fù)位以后，內(nèi)部各寄存器狀態(tài)見表32:表32 內(nèi)部寄存器復(fù)位后狀態(tài)表寄存器復(fù)位后狀態(tài)寄存器復(fù)位后狀態(tài)PC 0000HTCON00HACC 00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL1 00HDPTR0000HTH100HP0～P3FFHSCON00HIP**000000BSBUF不定IE0*000000BPCON 0***0000BTMOD00H復(fù)位后，程序計數(shù)器PC的值是0000H說明：AT89S51單片機的程序起始位置是在內(nèi)存的0000H，也就是說程序的第一條指令必須存入內(nèi)存的0000H單元，程序才可能在復(fù)位后，直接運行。（3）單步執(zhí)行方式 單步執(zhí)行方式是使程序的執(zhí)行處在外加脈沖（通常用一個按鍵產(chǎn)生）的控制下，一條指令一條指令地執(zhí)行，即按一次鍵，執(zhí)行一條指令。CPU的狀態(tài)被完整地保持起來，如PC,SP,PSW,ACC等都保持節(jié)電前地狀態(tài)，各I/O口也保持節(jié)電前地邏輯值，ALE和PSEN均進入無效狀態(tài)[11][13]。當然，在硬件電路里一些芯片是必不可少的，軟件設(shè)計也需要對芯片進行編程序。當輸入電壓Vi、輸出電流Io或溫度變化時，輸出電壓Vo可保持不變；另外當輸出短路，可使輸出電流Io現(xiàn)在為一定值；若集成穩(wěn)壓器過熱，則穩(wěn)壓器停止工作，也避免穩(wěn)壓器遭到損壞。圖36 三端固定式集成穩(wěn)壓器三端穩(wěn)壓器為了使電路能穩(wěn)定工作，在輸入端和輸出端分別接入電容。因此過負載時穩(wěn)壓器也不會遭到損壞。2%、177。另外三端穩(wěn)壓器的工作速度不太高，對輸入電壓或負載電流急劇變化的響應(yīng)比較慢。LM324是單片高增益四運算放大器，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。電路還可以轉(zhuǎn)化成“電壓跟隨器”，可以減少電路模塊間由于阻抗引起的干擾。（2）具有轉(zhuǎn)換起、?？刂贫?。 ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。（4）START（6腳）：A/D轉(zhuǎn)換信號輸入端。（7）D0～D7：數(shù)字量輸出端。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。圖312 74LS74的內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳圖圖313 狀態(tài)指示燈電路。為1：讀狀態(tài)。、當單片機的22腳()置1時，三極管Q1導(dǎo)通，當單片機的24腳()置1時，三極管Q2導(dǎo)通，當單片機的26腳()置1時，三極管Q3導(dǎo)通，Q3中任意一個導(dǎo)通都會驅(qū)動蜂鳴器報警[15][16]。RS232標準RS232C標準（協(xié)議）的全稱是EIARS232C標準，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業(yè)協(xié)會，RS（remended standard）代表推薦標準，232是標識號，C代表RS232的最新一次修改（1969），在這之前，有RS232B、RS232A。因此，為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接，必須在EIARS232C與TTL電路之間進行電平和邏輯關(guān)系的變換。電纜長度：在通信速率低于20kb/s時，RS232C所直接連接的最大物理距離為15m（50英尺）。請求發(fā)送(Request to sendRTS)——用來表示DTE請求DCE發(fā)送數(shù)據(jù)，即當終端要發(fā)送數(shù)據(jù)時，使該信號有效（ON狀態(tài)），向MODEM請求發(fā)送。當本地的MODEM收到由通信鏈路另一端（遠地）的MODEM送來的載波信號時，使RLSD信號有效，通知終端準備接收，并且由MODEM將接收下來的載波信號解調(diào)成數(shù)字量數(shù)據(jù)后，沿接收數(shù)據(jù)線RxD送到終端。若DTE要發(fā)送數(shù)據(jù)，則預(yù)先將DTR線置成有效(ON)狀態(tài)，等CTS線上收到有效(ON)狀態(tài)的回答后，才能在TxD線上發(fā)送串行數(shù)據(jù)[23]。C語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，它支持當前程序設(shè)計中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計技術(shù)。當檢測到的濃度小于設(shè)定值時，等待定時器中斷；當檢測到的濃度超過設(shè)定值時，執(zhí)行中斷程序進行報警處理，顯示濃度。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標準的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對 目標板進行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中[19]。 TMOD |= 0x20。 while (!TI)。}然后就是發(fā)送0809讀取到的數(shù)據(jù)到PC機顯示：void UART_Send(unsigned char ucData){ TI = 0。 TMOD amp。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。兩部分信號的處理都是采用查詢方式。C語言是一種編譯型程序設(shè)計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。上述控制信號線何時有效，何時無效的順序表示了接口信號的傳送過程。在全雙工系統(tǒng)中，因配置雙向通道，故不需要RTS/CTS聯(lián)絡(luò)信號，使其變高[24]。這兩個信號有時連到電源上，一上電就立即有效。DB25型連接器的引腳分配與DB25型引腳信號完全不同。(3～15)V之間[7]。這個標準對串行通信接口的有關(guān)問題，如信號線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。圖315聲音報警電路圖蜂鳴器報警電路圖如圖315所示。(1)LCD1602模塊驅(qū)動：通常不接LCD的背光,因為采用背光的話,需要的電流太大,從而會造成穩(wěn)壓管發(fā)熱特別厲害。引出端符號1CP、2CP 時鐘輸入端1D、2D 數(shù)據(jù)輸入端1Q、2Q、1Q、2Q ＿輸出端CLRCLR2 直接復(fù)位端（低電平有效）PRPR2 直接置位端（低電平有效）74LS74的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見圖314，74LS74的引腳圖見圖315。ADC0809的工作過程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。（6）OE（9腳）：輸出允許信號。時鐘頻率典型值為640KHZ，允許范圍為10KHZ到1280KHZ。上圖為ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖（圖39）： 圖310 ADC0809的引腳圖 圖311 ADC0809實物圖ADC0809的引腳功能ADC0809的引腳圖如圖310，ADC0809實物如圖311，則ADC0809的引腳功能：（1） IN0～IN7：8路模擬量輸入通道。內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)框圖如圖，由多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、D/A轉(zhuǎn)換電路、三態(tài)輸出鎖存器、地址鎖存器及譯碼器等組成。因為不存在“虛地”現(xiàn)象，所以其輸入端有較高的共模輸入電壓。由于系統(tǒng)采用的是單極性供電，所以采用同相比例放大電路，可以減少硬件開銷；反之，如果采用反相放大，則一般需要利用雙極性供電，這就需要系統(tǒng)額外的利用變壓芯片產(chǎn)生一個負壓，這顯然會造成浪費。4%，高精度為177。三端穩(wěn)壓器的輸出電壓的精度包括內(nèi)部基準電壓的精度，以及對于輸入與負載變動的穩(wěn)定性。另外，穩(wěn)壓器內(nèi)部有輸出短路的保護功能，即過電流保護電路，限制輸出電流不會很大；過熱保護電路，過熱時切斷輸出使內(nèi)部電路不會過熱。如下圖所示，三端穩(wěn)壓器的三端是輸入端Vi、輸出端VO和公共端COM，使用公共端通常接地。下面簡單介紹本設(shè)計使用到的電源器件：三端固定式集成穩(wěn)壓器。硬件知識用來設(shè)計硬件電路，以實現(xiàn)信號的采集、放大、轉(zhuǎn)換和顯示等功能。在掉電方式下，CPU暫時不工作，但也隨時準備恢復(fù)工作。由于復(fù)位后PC=0000H,所以程序的執(zhí)行總是從地址0000H開始的。（1） 復(fù)位方式 RST引腳時復(fù)位信號的輸入端。EA/VPP：該引腳為低電平時，則讀取外部的程序代碼(存于外部EPROM中)來執(zhí)行程序。在對EPROM編程和驗證程序時，它輸入高8位地址。當采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩信號的輸入。AT89S系列單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。根據(jù)圖31，MQ2型氣體傳感器單片機采集電壓值與煙霧濃度百分比線性化曲線，當煙霧濃度在0%到100%，將電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號最終由單片機處理顯示出濃度值。 (1)煙霧濃度顯示通過液晶屏顯示可燃煙霧的濃度值，便于檢測人員隨時觀測煙霧濃度。整個監(jiān)測報警系統(tǒng)由三個部分組成，分為三大模塊：濃度檢測模塊、主控模塊和外圍報警模塊。(2)單片機系統(tǒng)：指按照單片機的技術(shù)要求和嵌入對象的資源要求而構(gòu)成的基本系統(tǒng),如時鐘電路、復(fù)位電路和擴展存儲器等與單片機構(gòu)成了單片機系統(tǒng)。單片機是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計的單芯片形態(tài)應(yīng)用系統(tǒng)，能滿足面對控制對象、應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入、現(xiàn)場的可靠運行及非凡的控制品質(zhì)等要求，是發(fā)展最快、品種最多、數(shù)量最大的嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)一般分為四種:工控機，通用CPU模塊，嵌入式微機處理，單片機。溫濕度的影響圖23是傳感器典型的溫度、濕度特性曲線。 MQ2型煙霧傳感器的相關(guān)介紹MQ2/MQ2S氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。 因此，經(jīng)常對傳感器進行標定，是保證其準確性的必要的途徑。固體電解質(zhì)煙霧傳感器主要用于檢測無機煙霧，如OCOHClSO2等。 (g)紅外傳感器 紅外傳感器通常用兩束紅外光進行煙霧測量，主光束通過測量元件內(nèi)的目標煙霧，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考煙霧。 (e)電化學(xué)傳感器 電化學(xué)傳感器由膜電極和電解液封裝而成。 (c)接觸燃燒式傳感器 當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，故得名接觸燃燒式傳感器。 (3)常見煙霧傳感器簡介：下面對工業(yè)上常用的幾種煙霧傳感器作簡單介紹。 煙霧傳感器的選型 煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是氣電變換器，它將可燃性氣體在空氣中的含量(即濃度)轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號，通過A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機，進而由單片機完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報警控制等工作。并且主控制芯片采用常規(guī)的ADC0809和單片機并不支持，且制作硬件極其復(fù)雜，系統(tǒng)整體設(shè)計體積過大、功耗高、成本太高。軟件補償方式通過傳感器的溫度特性曲線擬合進行算法補償，這種方式是以一定的特性曲線作為基礎(chǔ)，對不同的工作環(huán)境和不同傳感器的溫度特性，用算法處理和查表修正以得到不同的補償效果。動態(tài)特性的輸入與輸出關(guān)系不是一個常數(shù)，而是時間的函數(shù)，隨時間的變化而變化，因此常用傳遞函數(shù)表征。采用單個傳感器檢測煙霧濃度是不合適的。采集到的信號送入A/D模塊，將模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機可識別的數(shù)字信號后送入單片機。 煙霧檢測報警器設(shè)計思路本設(shè)計擬按以下思路展開研究：（1）根據(jù)該設(shè)計要實現(xiàn)的基本功能，設(shè)計大致應(yīng)該分為信號采集放大，信號處理控制，系統(tǒng)報警三個部分。對各個子程序塊所解決的問題要相當明確。（1）硬件任務(wù)單片機變電站火災(zāi)煙霧故障監(jiān)測報警系統(tǒng)的硬件主要有3大部分，即濃度檢測和顯示模塊、主控模塊和報警模塊。 發(fā)展趨勢二十多年前，中國的消防報警產(chǎn)品剛剛起步，無論產(chǎn)品技術(shù)含量、產(chǎn)品系列完整性、使用性，還是社會影響程度都是相當?shù)偷?。?）能有效檢測煙霧濃度，觀察更加直觀，控制更加方便。質(zhì)量不過關(guān)的傳感器，一般16個月性能就下降，因而失去報警器的安全性，出現(xiàn)不報警或誤報警現(xiàn)象，而一種好的傳感器可連續(xù)使用十幾年，特性也不會有什么變化。此外，也可以控制有關(guān)的滅火系統(tǒng)或?qū)⒒馂?zāi)信號傳輸給消防控制室。目前國內(nèi)廠家多偏重用于大型倉庫、商場、高級寫字樓、賓館等場所大型火災(zāi)報警系統(tǒng)的研發(fā)。由于火災(zāi)是變電站以及礦工企業(yè)常見事故，給人們生命財產(chǎn)安全帶來了極大的危害。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程一般包括系統(tǒng)的總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和系統(tǒng)調(diào)試幾個階段。而在變電站的火災(zāi)煙霧故障監(jiān)測報警