【正文】 傳感器輸出信號一般比較微弱，需要經(jīng)過前置電路對其進行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足ADC0809對輸入信號的要求。8%，高精度為177。三端穩(wěn)壓器有規(guī)定的額定電流，輸出Io的下限沒有特地限制，但Io的電流很小時，精度會降低，Io在1～5mA時輸出精度得到保證。三端集成穩(wěn)壓器的功耗幾乎全部變成熱，使穩(wěn)壓器的溫度升高，若發(fā)熱量小，可以依靠穩(wěn)壓器的封裝進行自然散熱，當(dāng)發(fā)熱量較大時，必須安裝適當(dāng)?shù)纳崞鳌?8XX系列為正電壓輸出，79XX為負電壓輸出，各自有100mA、。為此，本章將著重介紹硬件電路的設(shè)計以及分析。 煙霧檢測報警器硬件電路的設(shè)計與分析每一個設(shè)計都要以一定的知識為基礎(chǔ)，知識的多少在一定程度上決定了設(shè)計出來的東西的好壞程度。在中斷服務(wù)程序中要安排這樣的指令：JNB ,$ ；若INT0=0,不往下執(zhí)行JB ,$ ；若INT0=1,不往下執(zhí)行RETI 返回主程序執(zhí)行一條指令[10]（4）掉電和節(jié)電方式 在掉電方式下，單片機的耗電降至最小。所執(zhí)行的程序可以放在內(nèi)部ROM、外部ROM或者同時放在內(nèi)外ROM中。在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令時，不產(chǎn)生PSEN信號，在訪問外部數(shù)據(jù)時，亦不產(chǎn)生PSEN信號[12]。在非訪問外部存儲器期間，ALE引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作頻率的1/16，因此可以用來驅(qū)動其他外圍芯片的時鐘輸入?！?21～28腳):P2是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。它采用外部振蕩器時，此引腳應(yīng)接地。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次?；馂?zāi)煙霧故障監(jiān)測報警系統(tǒng)采用三路不同地點煙霧檢測的方法，檢測器件采用MQ2型氣體傳感器檢測氣體濃度，檢測結(jié)果送入模/數(shù)芯片ADC0809中進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 可燃性氣體檢測報警器結(jié)構(gòu)框圖，系統(tǒng)以單片機為核心，配合外圍電路共同完成信號采集、濃度顯示、狀態(tài)顯示、聲音報警等功能。在此系統(tǒng)中，檢測信號進入單片機進行運算處理，控制外圍電路。單片機系統(tǒng)單片機單片機應(yīng)用系統(tǒng)人機交互通道應(yīng)用程序串行通信口后向通道前向通道圖23 單片機應(yīng)用系統(tǒng)三個層次的關(guān)系單片機應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分三個層次。如對外部信息的捕捉、對控制對象實時控制和有突出控制功能的指令系統(tǒng)(I/O控制、位操作和轉(zhuǎn)移指令等)。它是單片機在系統(tǒng)檢測方面的應(yīng)用，是典型的嵌入式系統(tǒng)。圖中縱坐標(biāo)為傳感器的電阻比（Rs/Ro），橫坐標(biāo)為氣體濃度。而在眾多半導(dǎo)體氣體傳感器中，本設(shè)計選用MQ2型煙霧傳感器，這種型號的傳感器不但具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強、壽命長等優(yōu)點，還有足夠的耐高溫，耐高濕的特性。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時，則傳感器將使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以致靈敏度很快就喪失。 (4)常見煙霧傳感器可檢測煙霧種類[３]：由于煙霧的種類繁多，一種類型的煙霧傳感器不可能檢測所有的氣體，通常只能檢測某一種或兩種特定性質(zhì)的煙霧。它的測量原理是：將加熱后的鉑電阻線圈置于目標(biāo)煙霧中，由于向目標(biāo)煙霧傳送熱量造成溫度降低，引起電阻值變化，傳感器即測量電阻 值的變化情況。高分子氣敏材料由于具有易操 作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性煙霧和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣 泛的應(yīng)用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個領(lǐng)域，其產(chǎn)量僅次于半導(dǎo)體煙霧傳感器的一類傳感器。 (2) 煙霧傳感器應(yīng)滿足的基本條件：一個煙霧傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實體，也可以是由多個不同功能傳感器組成的陣列。在下節(jié)將具體介紹煙霧傳感器的選型問題現(xiàn)今半導(dǎo)體氣體傳感器技術(shù)的不斷提高，使得在應(yīng)用此類傳感器時不必采用溫度、濕度補償，極大的簡化了電路和降低了成本。分析：此設(shè)計方法雖然解決了傳感器檢測氣體濃度時溫度和濕度對測量值的影響，但是，在實際制作的過程中，需要利用的核心控制芯片必須最少具有4路8位A/D口，氣體和溫度敏感信號直接由A/D口采集后，進行一定的算法修正和軟件補償。傳統(tǒng)補償方式一般有硬件補償和軟件補償兩種。如式（1）： （1）動態(tài)特性是煙霧傳感器的特有問題，反映煙霧傳感器對隨時間變化的輸入響應(yīng)特性。 設(shè)計方案采用單個普通傳感器檢測煙霧濃度，將檢測的到濃度信號送入A/D芯片中進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用AT89S51單片機控制蜂鳴器進行聲音報警以及將氣體傳感器檢測到的濃度值在液晶顯示器上顯示出來。將模擬信號送A/D模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后送到單片機，經(jīng)過處理后送顯示器顯示。軟件設(shè)計是分析設(shè)計的硬件用程序?qū)崿F(xiàn)其功能，并且調(diào)試優(yōu)化產(chǎn)品功能。（2）軟件任務(wù)它的軟件設(shè)計主要包括主程序和中斷處理兩大部分：主程序要完成I/O口，定時器的初始化及對中斷輸入的設(shè)定，然后延時使傳感器進入穩(wěn)定工作狀態(tài)，等待定時器的中斷；中斷處理程序根據(jù)具體情況需要有相應(yīng)的子程序。設(shè)計過程中關(guān)鍵的兩個部分：系統(tǒng)硬件的設(shè)計和控制軟件的編寫。在目前中國許多冠名以高新技術(shù)的行業(yè)中，中國企業(yè)大多做的是下游的制造和服務(wù)，分取極少一部分的利潤，象消防報警產(chǎn)品那樣又擁有自我知識產(chǎn)權(quán)，又擁有大量市場的行業(yè)其實是很少的。目前，現(xiàn)有煙霧檢測儀器主要是面對工礦企業(yè)或公共場所的檢測，價格高昂，本次設(shè)計的優(yōu)點在于：（1）成本低廉并能對煙霧準(zhǔn)確報警。經(jīng)過電子線路處理變成濃度成比例變化的電壓信號，由線性電路加以補償，使信號線性化，經(jīng)微機處理、邏輯分析，輸出各種控制信號，即當(dāng)煙霧濃度達到報警設(shè)定值時，煙霧報警器發(fā)出聲光報警信號并可顯示煙霧濃度或啟動外部聯(lián)運設(shè)備（如排風(fēng)扇、電磁閥）。區(qū)域報警器能將所在樓層之探測器發(fā)出的信號轉(zhuǎn)換為聲光報警，并在屏幕上顯示出火災(zāi)的房間號；同時還能監(jiān)視若干樓層的集中報警器（如果監(jiān)視整個大樓的則設(shè)于消防控制中心）輸出信號或控制自動滅火系統(tǒng)。煙霧檢測報警裝置就是通過監(jiān)測煙霧的濃度來實現(xiàn)火災(zāi)防范的。此次設(shè)計中所利用到的氣體傳感器就是要測量煙霧濃度的動態(tài)信號，并且利用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片將濃度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的檢測與報警功能，實現(xiàn)智能控制。只有系統(tǒng)硬件和軟件緊密配合、協(xié)調(diào)一致，才可能組成高性能的單片機應(yīng)用系統(tǒng)。硬件是指單片機擴展的存儲器、輸入輸出設(shè)備以及各種實現(xiàn)單片機系統(tǒng)控制要求的接口電路和有關(guān)的外圍電路芯片或部件；軟件是指單片機應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)其特定控制功能的各種工作程序和管理程序。在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是自動化生產(chǎn)過程中，用各種傳感器來檢測和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，如溫度、壓力、流量、PH值等，以便使設(shè)備工作在最佳狀態(tài)，產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量。1 緒論 課題背景隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，電力應(yīng)用更加普遍，變電站在國民經(jīng)濟發(fā)展中起著不可或缺的作用，因此變電站的火災(zāi)報警防范系統(tǒng)顯得尤為重要，現(xiàn)代火災(zāi)報警系統(tǒng)向著更加智能化的方向發(fā)展。這些煙、熱和光可以通過探測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枅缶蚴棺詣訙缁鹣到y(tǒng)啟動，及時撲滅火災(zāi)。當(dāng)氣體傳感器遇到煙霧時，傳感器電阻隨燃氣濃度而變化，隨之產(chǎn)生電信號，供煙霧報警器后級線路處理。 課題研究的目的及意義火災(zāi)對變電站的影響很大，因此設(shè)計出性能更加可靠，經(jīng)濟實惠的變電站煙霧監(jiān)測報警系統(tǒng)已成為市場的需要。依托中國多年的基本建設(shè)的發(fā)展，這個行業(yè)也得到發(fā)展，具備了和國外知名企業(yè)抗衡的能力。 系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)本文利用單片機電路制作變電轉(zhuǎn)火災(zāi)煙霧故障監(jiān)測報警系統(tǒng)。在解決這一問題的過程中，需要查閱大量資料，結(jié)合所學(xué)知識，向老師獲取幫助。它包括對各種元器件的功能和接法的了解，以及對各種元器件的選擇和設(shè)計方案的選擇。②信號處理部分為了實現(xiàn)精確控制，采用單片機較為合適。煙霧傳感器及單片機是可燃煙霧檢測報警器的兩大核心，根據(jù)報警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟的煙霧傳感器及單片機芯片是至關(guān)重要的。所謂的靈敏度，是指在靜態(tài)工作條件下，其單位輸入所產(chǎn)生的輸出，用S表示。本設(shè)計主要考慮如何有效實現(xiàn)傳感器的溫度補償。采用普通雙傳感器，采用相互補償?shù)姆椒z測房間氣體濃度，將檢測的到濃度信號送入A/D芯片中進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用AT89S51單片機控制聲音報警以及將氣體傳感器檢測到的濃度值在顯示器顯示出來。具體電路設(shè)計將在下文中給出。 (c)利用電化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如電流型煙霧傳感器、電勢型氣 體傳感器等。 (b)固體電解質(zhì)煙霧傳感器 固體電解質(zhì)煙霧傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料作為氣敏元件，其原理是利用氣敏材料在通過煙霧時產(chǎn)生電阻，測量其形成電動勢從而測量氣體濃度。高分子氣敏材料在遇到特定煙霧時，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。 (f)熱傳導(dǎo)傳感器 熱傳導(dǎo)傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結(jié)構(gòu)形式，但是測量原理不同。由于非碳氫化合物易燃煙霧(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量碳氫化合物，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其它煙霧的腐蝕以及高濃度目標(biāo)煙霧的影響。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度的恢復(fù)的可能，但是如果長期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會不斷下降，導(dǎo)致傳感器最終喪失檢測煙霧的能力。因此，本設(shè)計采用半導(dǎo)體煙霧傳感器作為報警器煙霧信息采集部分的核心。靈敏性圖22是傳感器典型的靈敏度特性曲線。圖22 MQ2/MQ2S氣體傳感器的靈敏度特性 圖23 MQ2/MQ2S氣體傳感器的溫度/濕度特性曲線圖24 MQ2/MQ2S氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形 MQ2/MQ2S氣敏元件的規(guī)格MQ2/MQ2S氣敏元件的規(guī)格如表21所示：表22 MQ2/MQ2S氣敏元件的規(guī)格 煙霧檢測報警器具體設(shè)計方案 本設(shè)計屬于單片機應(yīng)用系統(tǒng)。(4)突出控制功能。與此同時通過max232與上位機通信。其中以AT89S51單片機為核心構(gòu)成單片機系統(tǒng)。其目標(biāo)是在傳統(tǒng)的煙霧報警儀的基礎(chǔ)上，盡量提高準(zhǔn)確性，降低成本，縮小體積。3 .1 煙霧檢測報警器系統(tǒng)模塊設(shè)計整個監(jiān)測報警系統(tǒng)由三個部分組成，分為三大模塊：氣體濃度檢測模塊、主控模塊和報警模塊，下面依次介紹。下面來詳細介紹一下AT89S51單片機AT89S51單片機簡介AT89S51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓,高性能CMOS8位微處理器,俗稱單片機。（2）外接晶振引腳XTAL1（19腳），XTAL2(18腳)XTAL1：在單片機內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。在EPROM編程和驗證程序時，它輸入低8位地址。當(dāng)訪問外部存儲器時，ALE信號負跳變來觸發(fā)外部的8位鎖存器(如74LS373)，將端口P0的地址總線(A0A7)鎖存進入鎖存器中。在訪問外部程序存儲器讀取指令碼時，每個機器周期產(chǎn)生二次PSEN信號。復(fù)位電路可以參考圖34：圖34 單片機復(fù)位電路（2）程序執(zhí)行方式 程序執(zhí)行方式是單片機的基本工作方式。通過編程規(guī)定INT0信號是低電平有效，因此不來脈沖時總是處于響應(yīng)中斷的狀態(tài)。至此，本系統(tǒng)三大模塊功能和設(shè)計思路已經(jīng)確立，下文將介紹整個系統(tǒng)的詳細設(shè)計過程，并且給出設(shè)計電路。理論依據(jù)的成立與否在很大程度上決定了電路設(shè)計的成功，也整個系統(tǒng)能否實現(xiàn)的根本。安裝時，兩電容應(yīng)直接與三端集成穩(wěn)壓器的引腳根部相連。輸出端電容也是穩(wěn)定電容，對于降低輸出紋波、輸出噪聲及負載電流變化的影響有很好的效果，～1uF的陶瓷電容就可以了。為了提高Vo的穩(wěn)定性，輸入Vi要采用低紋波電源。最早的精度是177。本電路工作時，先將插頭接到+5V市電上，由開關(guān)接通電源，此時，黃色發(fā)光二極管工作顯示電源接通狀態(tài)。同相比例運算電路中反饋的組態(tài)為電壓串聯(lián)負反饋，同樣可以利用理想運放工作在線性區(qū)時的兩個特點來分析其電壓放大倍數(shù)。ADC0809是美國NS公司的產(chǎn)品，其性能指標(biāo)一般，但價格低廉，便于與微機連接，應(yīng)用十分廣泛。圖39 ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點和滿刻度校準(zhǔn)。當(dāng)ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。（5）EOC（7腳）：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。基準(zhǔn)電壓的中心值（VREF（+）+VREF（））/2應(yīng)接近于Vcc/2，其偏差值不應(yīng)該超過 。當(dāng)OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。其中R3到R8為上拉電阻 。 電路設(shè)計方法圖314 LCD1602與單片機連接電路圖LCD1602的數(shù)據(jù)口與單片機通過P1口連接，使能端E、VO通過接一個10K的電位器來控制液晶屏幕的亮度。所以，以RS232C為主來討論。電氣性能與電平轉(zhuǎn)換（1）電氣性能EIARS232C對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)定。接口機械性能連接器：由于RS232C并未定義連接器的物理特性，因此，出現(xiàn)了DB2DB15DB9各種類型的連接器，其引腳的定義也各不相同。為了保證碼元畸變小于4%的要求，接口標(biāo)準(zhǔn)在電氣特性中規(guī)定，驅(qū)動器的負載電容應(yīng)小于2500pF。當(dāng)MODEM已準(zhǔn)備好接收終端傳來的數(shù)據(jù)，并向前發(fā)送時，使該信號有效，通知終端開始沿發(fā)送數(shù)據(jù)線TxD發(fā)送數(shù)據(jù)。②數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線發(fā)送數(shù)據(jù)(Transmitted dataTxD)——通過TxD終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到MODEM，(DTE→DCE)。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢。用C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進和擴充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。在開發(fā)大型軟件時更能 體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢[18]。按照以上的軟件程序設(shè)計思想，可以畫出程序的流程圖并根據(jù)流程圖寫出相應(yīng)的程序。 TL1 = 0xf9