【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(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。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)。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(hào)輸入、人機(jī)交互操作,伺服驅(qū)動(dòng)等。 首先，傳感器送來(lái)的煙霧濃度對(duì)應(yīng)的微小的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)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(xiàn)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(zhǎng)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。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(pán)、顯小器、打印機(jī)等)和串行通信口(RS232)以及應(yīng)用程序等。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(kāi)。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。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(xiàn)性化曲線(xiàn)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)。AT89S51單片機(jī)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(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，它分時(shí)提供低8位地址和8位雙向數(shù)據(jù)，故這些I/O線(xiàn)有地址線(xiàn)/數(shù)據(jù)線(xiàn)之稱(chēng)，簡(jiǎn)寫(xiě)為AD0～AD7。在整個(gè)系統(tǒng)中，這8個(gè)引腳還具有專(zhuān)門(mén)的第二功能，在此，對(duì)P3口相應(yīng)引腳用于控制信號(hào)時(shí)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(jī)時(shí)，此引腳接成高電平使程序運(yùn)行時(shí)訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，當(dāng)程序指針PC值超過(guò)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址(如8051/8751/89C51的PC超過(guò)0FFFH)時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器繼續(xù)運(yùn)行。復(fù)位以后，內(nèi)部各寄存器狀態(tài)見(jiàn)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(jì)數(shù)器PC的值是0000H說(shuō)明：AT89S51單片機(jī)的程序起始位置是在內(nèi)存的0000H，也就是說(shuō)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(yùn)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(gè)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(lái)，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(jìn)入無(wú)效狀態(tài)[11][13]。當(dāng)然，在硬件電路里一些芯片是必不可少的，軟件設(shè)計(jì)也需要對(duì)芯片進(jìn)行編程序。當(dāng)輸入電壓Vi、輸出電流Io或溫度變化時(shí)，輸出電壓Vo可保持不變；另外當(dāng)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(guò)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(guò)負(fù)載時(shí)穩(wěn)壓器也不會(huì)遭到損壞。2%、177。另外三端穩(wěn)壓器的工作速度不太高，對(duì)輸入電壓或負(fù)載電流急劇變化的響應(yīng)比較慢。LM324是單片高增益四運(yùn)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(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。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、停控制端。 ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0－5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)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(hào)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(dāng)單片機(jī)的22腳()置1時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，當(dāng)單片機(jī)的24腳()置1時(shí)，三極管Q2導(dǎo)通，當(dāng)單片機(jī)的26腳()置1時(shí)，三極管Q3導(dǎo)通，Q3中任意一個(gè)導(dǎo)通都會(huì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警[15][16]。RS232標(biāo)準(zhǔn)RS232C標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱(chēng)是EIARS232C標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)，RS（remended standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)號(hào)，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(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在EIARS232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。電纜長(zhǎng)度：在通信速率低于20kb/s時(shí)，RS232C所直接連接的最大物理距離為15m（50英尺）。請(qǐng)求發(fā)送(Request to sendRTS)——用來(lái)表示DTE請(qǐng)求DCE發(fā)送數(shù)據(jù)，即當(dāng)終端要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，使該信號(hào)有效（ON狀態(tài)），向MODEM請(qǐng)求發(fā)送。當(dāng)本地的MODEM收到由通信鏈路另一端（遠(yuǎn)地）的MODEM送來(lái)的載波信號(hào)時(shí)，使RLSD信號(hào)有效，通知終端準(zhǔn)備接收，并且由MODEM將接收下來(lái)的載波信號(hào)解調(diào)成數(shù)字量數(shù)據(jù)后，沿接收數(shù)據(jù)線(xiàn)RxD送到終端。若DTE要發(fā)送數(shù)據(jù)，則預(yù)先將DTR線(xiàn)置成有效(ON)狀態(tài)，等CTS線(xiàn)上收到有效(ON)狀態(tài)的回答后，才能在TxD線(xiàn)上發(fā)送串行數(shù)據(jù)[23]。C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。當(dāng)檢測(cè)到的濃度小于設(shè)定值時(shí)，等待定時(shí)器中斷；當(dāng)檢測(cè)到的濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，執(zhí)行中斷程序進(jìn)行報(bào)警處理，顯示濃度。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì) 目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫(xiě)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(jī)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(biāo)文件(.OBJ)。兩部分信號(hào)的處理都是采用查詢(xún)方式。C語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能。上述控制信號(hào)線(xiàn)何時(shí)有效，何時(shí)無(wú)效的順序表示了接口信號(hào)的傳送過(guò)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(hào)，使其變高[24]。這兩個(gè)信號(hào)有時(shí)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(hào)完全不同。(3～15)V之間[7]。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問(wèn)題，如信號(hào)線(xiàn)功能、電器特性都作了明確規(guī)定。圖315聲音報(bào)警電路圖蜂鳴器報(bào)警電路圖如圖315所示。(1)LCD1602模塊驅(qū)動(dòng)：通常不接LCD的背光,因?yàn)椴捎帽彻獾脑?huà),需要的電流太大,從而會(huì)造成穩(wěn)壓管發(fā)熱特別厲害。引出端符號(hào)1CP、2CP 時(shí)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(jiàn)圖314，74LS74的引腳圖見(jiàn)圖315。ADC0809的工作過(guò)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(hào)。時(shí)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(shí)物圖ADC0809的引腳功能ADC0809的引腳圖如圖310，ADC0809實(shí)物如圖311，則ADC0809的引腳功能：（1） IN0～I(xiàn)N7：8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(kāi)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?yàn)椴淮嬖凇疤摰亍爆F(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(kāi)銷(xiāo)；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(gè)負(fù)壓，這顯然會(huì)造成浪費(fèi)。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(zhǔn)電壓的精度，以及對(duì)于輸入與負(fù)載變動(dòng)的穩(wěn)定性。另外，穩(wěn)壓器內(nèi)部有輸出短路的保護(hù)功能，即過(guò)電流保護(hù)電路，限制輸出電流不會(huì)很大；過(guò)熱保護(hù)電路，過(guò)熱時(shí)切斷輸出使內(nèi)部電路不會(huì)過(guò)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(jiǎn)單介紹本設(shè)計(jì)使用到的電源器件：三端固定式集成穩(wěn)壓器。硬件知識(shí)用來(lái)設(shè)計(jì)硬件電路，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、放大、轉(zhuǎn)換和顯示等功能。在掉電方式下，CPU暫時(shí)不工作，但也隨時(shí)準(zhǔn)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(kāi)始的。（1） 復(fù)位方式 RST引腳時(shí)復(fù)位信號(hào)的輸入端。EA/VPP：該引腳為低電平時(shí)，則讀取外部的程序代碼(存于外部EPROM中)來(lái)執(zhí)行程序。在對(duì)EPROM編程和驗(yàn)證程序時(shí)，它輸入高8位地址。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，則此引腳接外部振蕩信號(hào)的輸入。AT89S系列單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。根據(jù)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(xiàn)性化曲線(xiàn)，當(dāng)煙霧濃度在0%到100%，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)最終由單片機(jī)處理顯示出濃度值。 (1)煙霧濃度顯示通過(guò)液晶屏顯示可燃煙霧的濃度值，便于檢測(cè)人員隨時(shí)觀測(cè)煙霧濃度。整個(gè)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)由三個(gè)部分組成，分為三大模塊：濃度檢測(cè)模塊、主控模塊和外圍報(bào)警模塊。(2)單片機(jī)系統(tǒng)：指按照單片機(jī)的技術(shù)要求和嵌入對(duì)象的資源要求而構(gòu)成的基本系統(tǒng),如時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和擴(kuò)展存儲(chǔ)器等與單片機(jī)構(gòu)成了單片機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)的單芯片形態(tài)應(yīng)用系統(tǒng)，能滿(mǎn)足面對(duì)控制對(duì)象、應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入、現(xiàn)場(chǎng)的可靠運(yùn)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(jī)，通用CPU模塊，嵌入式微機(jī)處理，單片機(jī)。溫濕度的影響圖23是傳感器典型的溫度、濕度特性曲線(xiàn)。 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(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是保證其準(zhǔn)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(cè)無(wú)機(jī)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(jìn)行煙霧測(cè)量，主光束通過(guò)測(cè)量元件內(nèi)的目標(biāo)煙霧，參考光束通過(guò)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(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，故得名接觸燃燒式傳感器。 (3)常見(jiàn)煙霧傳感器簡(jiǎn)介：下面對(duì)工業(yè)上常用的幾種煙霧傳感器作簡(jiǎn)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(hào)，通過(guò)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(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報(bào)警控制等工作。并且主控制芯片采用常規(guī)的ADC0809和單片機(jī)并不支持，且制作硬件極其復(fù)雜，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)體積過(guò)大、功耗高、成本太高。軟件補(bǔ)償方式通過(guò)傳感器的溫度特性曲線(xiàn)擬合進(jìn)行算法補(bǔ)償，這種方式是以一定的特性曲線(xiàn)作為基礎(chǔ)，對(duì)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(bǔ)償效果。動(dòng)態(tài)特性的輸入與輸出關(guān)系不是一個(gè)常數(shù)，而是時(shí)間的函數(shù)，隨時(shí)間的變化而變化，因此常用傳遞函數(shù)表征。采用單個(gè)傳感器檢測(cè)煙霧濃度是不合適的。采集到的信號(hào)送入A/D模塊，將模擬信號(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)。 煙霧檢測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)擬按以下思路展開(kāi)研究：（1）根據(jù)該設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的基本功能，設(shè)計(jì)大致應(yīng)該分為信號(hào)采集放大，信號(hào)處理控制，系統(tǒng)報(bào)警三個(gè)部分。對(duì)各個(gè)子程序塊所解決的問(wèn)題要相當(dāng)明確。（1）硬件任務(wù)單片機(jī)變電站火災(zāi)煙霧故障監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的硬件主要有3大部分，即濃度檢測(cè)和顯示模塊、主控模塊和報(bào)警模塊。 發(fā)展趨勢(shì)二十多年前，中國(guó)的消防報(bào)警產(chǎn)品剛剛起步，無(wú)論產(chǎn)品技術(shù)含量、產(chǎn)品系列完整性、使用性，還是社會(huì)影響程度都是相當(dāng)?shù)偷?。?）能有效檢測(cè)煙霧濃度，觀察更加直觀，控制更加方便。質(zhì)量不過(guò)關(guān)的傳感器，一般16個(gè)月性能就下降，因而失去報(bào)警器的安全性，出現(xiàn)不報(bào)警或誤報(bào)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(huì)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(hào)傳輸給消防控制室。目前國(guó)內(nèi)廠家多偏重用于大型倉(cāng)庫(kù)、商場(chǎng)、高級(jí)寫(xiě)字樓、賓館等場(chǎng)所大型火災(zāi)報(bào)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(jiàn)事故，給人們生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了極大的危害。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程一般包括系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試幾個(gè)階段。而在變電站的火災(zāi)煙霧故障監(jiān)測(cè)報(bào)警