【正文】 以及用單晶半導體器件制作的煙霧傳感器，它具有靈敏度高，響應快、體積小、結(jié)構簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。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)以及應用程序等。為了保證整個系統(tǒng)可靠的運行，設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)部寄存器復位后狀態(tài)表寄存器復位后狀態(tài)寄存器復位后狀態(tài)PC 0000HTCON00HACC 00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL1 00HDPTR0000HTH100HP0～P3FFHSCON00HIP**000000BSBUF不定IE0*000000BPCON 0***0000BTMOD00H復位后，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，四個運放一致性好；其輸入偏流電阻是溫度補償?shù)模膊恍柰饨宇l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、停控制端。 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位。圖312 74LS74的內(nèi)部結(jié)構引腳圖圖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導通，當單片機的24腳()置1時，三極管Q2導通，當單片機的26腳()置1時，三極管Q3導通，Q3中任意一個導通都會驅(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)構化程序設計語言，它支持當前程序設計中廣泛采用的由頂向下結(jié)構化程序設計技術。當檢測到的濃度小于設定值時，等待定時器中斷；當檢測到的濃度超過設定值時，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)構框圖如圖，由多路轉(zhuǎn)換開關、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，但也隨時準備恢復工作。由于復位后PC=0000H,所以程序的執(zhí)行總是從地址0000H開始的。（1） 復位方式 RST引腳時復位信號的輸入端。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要求和嵌入對象的資源要求而構成的基本系統(tǒng),如時鐘電路、復位電路和擴展存儲器等與單片機構成了單片機系統(tǒng)。單片機是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設計的單芯片形態(tài)應用系統(tǒng)，能滿足面對控制對象、應用系統(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)電化學傳感器 電化學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，且制作硬件極其復雜，系統(tǒng)整體設計體積過大、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，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。 煙霧檢測報警器設計思路本設計擬按以下思路展開研究：（1）根據(jù)該設計要實現(xiàn)的基本功能，設計大致應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）硬件任務單片機變電站火災煙霧故障監(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，也可以控制有關的滅火系統(tǒng)或?qū)⒒馂男盘杺鬏斀o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報警系統(tǒng)的研發(fā)。由于火災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。單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)過程一般包括系統(tǒng)的總體設計、硬件設計、軟件設計和系統(tǒng)調(diào)試幾個階段。而在變電站的火災煙霧故障監(jiān)測報警