【正文】 傳感器輸出信號(hào)一般比較微弱，需要經(jīng)過(guò)前置電路對(duì)其進(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足ADC0809對(duì)輸入信號(hào)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(méi)有特地限制，但I(xiàn)o的電流很小時(shí)，精度會(huì)降低，Io在1～5mA時(shí)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(jìn)行自然散熱，當(dāng)發(fā)熱量較大時(shí)，必須安裝適當(dāng)?shù)纳崞鳌?8XX系列為正電壓輸出，79XX為負(fù)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(jì)以及分析。 煙霧檢測(cè)報(bào)警器硬件電路的設(shè)計(jì)與分析每一個(gè)設(shè)計(jì)都要以一定的知識(shí)為基礎(chǔ)，知識(shí)的多少在一定程度上決定了設(shè)計(jì)出來(lái)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(jī)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(shí)放在內(nèi)外ROM中。在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器指令時(shí)，不產(chǎn)生PSEN信號(hào)，在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)，亦不產(chǎn)生PSEN信號(hào)[12]。在非訪問(wèn)外部存儲(chǔ)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(lái)驅(qū)動(dòng)其他外圍芯片的時(shí)鐘輸入?！?21～28腳):P2是一個(gè)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(shí)，此引腳應(yīng)接地。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次?；馂?zāi)煙霧故障監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)采用三路不同地點(diǎn)煙霧檢測(cè)的方法，檢測(cè)器件采用MQ2型氣體傳感器檢測(cè)氣體濃度，檢測(cè)結(jié)果送入模/數(shù)芯片ADC0809中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器結(jié)構(gòu)框圖，系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，配合外圍電路共同完成信號(hào)采集、濃度顯示、狀態(tài)顯示、聲音報(bào)警等功能。在此系統(tǒng)中，檢測(cè)信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理，控制外圍電路。單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)人機(jī)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)三個(gè)層次的關(guān)系單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分三個(gè)層次。如對(duì)外部信息的捕捉、對(duì)控制對(duì)象實(shí)時(shí)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(jī)在系統(tǒng)檢測(cè)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(jì)選用MQ2型煙霧傳感器，這種型號(hào)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(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，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(lèi)的物質(zhì)時(shí)，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(jiàn)煙霧傳感器可檢測(cè)煙霧種類(lèi)[３]：由于煙霧的種類(lèi)繁多，一種類(lèi)型的煙霧傳感器不可能檢測(cè)所有的氣體，通常只能檢測(cè)某一種或兩種特定性質(zhì)的煙霧。它的測(cè)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(cè)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(jiǎn)單、常溫選擇性好、價(jià)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(cè)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(gè)領(lǐng)域，其產(chǎn)量?jī)H次于半導(dǎo)體煙霧傳感器的一類(lèi)傳感器。 (2) 煙霧傳感器應(yīng)滿足的基本條件：一個(gè)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(shí)體，也可以是由多個(gè)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(wèn)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(lèi)傳感器時(shí)不必采用溫度、濕度補(bǔ)償，極大的簡(jiǎn)化了電路和降低了成本。分析：此設(shè)計(jì)方法雖然解決了傳感器檢測(cè)氣體濃度時(shí)溫度和濕度對(duì)測(cè)量值的影響，但是，在實(shí)際制作的過(guò)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(hào)直接由A/D口采集后，進(jìn)行一定的算法修正和軟件補(bǔ)償。傳統(tǒng)補(bǔ)償方式一般有硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償兩種。如式（1）： （1）動(dòng)態(tài)特性是煙霧傳感器的特有問(wèn)題，反映煙霧傳感器對(duì)隨時(shí)間變化的輸入響應(yīng)特性。 設(shè)計(jì)方案采用單個(gè)普通傳感器檢測(cè)煙霧濃度，將檢測(cè)的到濃度信號(hào)送入A/D芯片中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用AT89S51單片機(jī)控制蜂鳴器進(jìn)行聲音報(bào)警以及將氣體傳感器檢測(cè)到的濃度值在液晶顯示器上顯示出來(lái)。將模擬信號(hào)送A/D模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后送到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)處理后送顯示器顯示。軟件設(shè)計(jì)是分析設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)器的初始化及對(duì)中斷輸入的設(shè)定，然后延時(shí)使傳感器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，等待定時(shí)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(jì)過(guò)程中關(guān)鍵的兩個(gè)部分：系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)和控制軟件的編寫(xiě)。在目前中國(guó)許多冠名以高新技術(shù)的行業(yè)中，中國(guó)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(rùn)，象消防報(bào)警產(chǎn)品那樣又擁有自我知識(shí)產(chǎn)權(quán)，又擁有大量市場(chǎng)的行業(yè)其實(shí)是很少的。目前，現(xiàn)有煙霧檢測(cè)儀器主要是面對(duì)工礦企業(yè)或公共場(chǎng)所的檢測(cè)，價(jià)格高昂，本次設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）成本低廉并能對(duì)煙霧準(zhǔn)確報(bào)警。經(jīng)過(guò)電子線路處理變成濃度成比例變化的電壓信號(hào)，由線性電路加以補(bǔ)償，使信號(hào)線性化，經(jīng)微機(jī)處理、邏輯分析，輸出各種控制信號(hào)，即當(dāng)煙霧濃度達(dá)到報(bào)警設(shè)定值時(shí)，煙霧報(bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并可顯示煙霧濃度或啟動(dòng)外部聯(lián)運(yùn)設(shè)備（如排風(fēng)扇、電磁閥）。區(qū)域報(bào)警器能將所在樓層之探測(cè)器發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲光報(bào)警，并在屏幕上顯示出火災(zāi)的房間號(hào)；同時(shí)還能監(jiān)視若干樓層的集中報(bào)警器（如果監(jiān)視整個(gè)大樓的則設(shè)于消防控制中心）輸出信號(hào)或控制自動(dòng)滅火系統(tǒng)。煙霧檢測(cè)報(bào)警裝置就是通過(guò)監(jiān)測(cè)煙霧的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范的。此次設(shè)計(jì)中所利用到的氣體傳感器就是要測(cè)量煙霧濃度的動(dòng)態(tài)信號(hào)，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(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)與報(bào)警功能，實(shí)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。硬件是指單片機(jī)擴(kuò)展的存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備以及各種實(shí)現(xiàn)單片機(jī)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)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(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，用各種傳感器來(lái)檢測(cè)和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)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(dá)到最好的質(zhì)量。1 緒論 課題背景隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力應(yīng)用更加普遍，變電站在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著不可或缺的作用，因此變電站的火災(zāi)報(bào)警防范系統(tǒng)顯得尤為重要，現(xiàn)代火災(zāi)報(bào)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(guò)探測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)報(bào)警或使自動(dòng)滅火系統(tǒng)啟動(dòng)，及時(shí)撲滅火災(zāi)。當(dāng)氣體傳感器遇到煙霧時(shí)，傳感器電阻隨燃?xì)鉂舛榷兓?，隨之產(chǎn)生電信號(hào)，供煙霧報(bào)警器后級(jí)線路處理。 課題研究的目的及意義火災(zāi)對(duì)變電站的影響很大，因此設(shè)計(jì)出性能更加可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的變電站煙霧監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)已成為市場(chǎng)的需要。依托中國(guó)多年的基本建設(shè)的發(fā)展，這個(gè)行業(yè)也得到發(fā)展，具備了和國(guó)外知名企業(yè)抗衡的能力。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)本文利用單片機(jī)電路制作變電轉(zhuǎn)火災(zāi)煙霧故障監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。在解決這一問(wèn)題的過(guò)程中，需要查閱大量資料，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，向老師獲取幫助。它包括對(duì)各種元器件的功能和接法的了解，以及對(duì)各種元器件的選擇和設(shè)計(jì)方案的選擇。②信號(hào)處理部分為了實(shí)現(xiàn)精確控制，采用單片機(jī)較為合適。煙霧傳感器及單片機(jī)是可燃煙霧檢測(cè)報(bào)警器的兩大核心，根據(jù)報(bào)警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟(jì)的煙霧傳感器及單片機(jī)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(jì)主要考慮如何有效實(shí)現(xiàn)傳感器的溫度補(bǔ)償。采用普通雙傳感器，采用相互補(bǔ)償?shù)姆椒z測(cè)房間氣體濃度，將檢測(cè)的到濃度信號(hào)送入A/D芯片中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用AT89S51單片機(jī)控制聲音報(bào)警以及將氣體傳感器檢測(cè)到的濃度值在顯示器顯示出來(lái)。具體電路設(shè)計(jì)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(shì)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(guò)煙霧時(shí)產(chǎn)生電阻，測(cè)量其形成電動(dòng)勢(shì)從而測(cè)量氣體濃度。高分子氣敏材料在遇到特定煙霧時(shí)，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(lèi)似的結(jié)構(gòu)形式，但是測(cè)量原理不同。由于非碳?xì)浠衔镆兹紵熿F(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(cè)量碳?xì)浠衔?，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(zhǎng)期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會(huì)不斷下降，導(dǎo)致傳感器最終喪失檢測(cè)煙霧的能力。因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體煙霧傳感器作為報(bào)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(cè)報(bào)警器具體設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)屬于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。(4)突出控制功能。與此同時(shí)通過(guò)max232與上位機(jī)通信。其中以AT89S51單片機(jī)為核心構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)。其目標(biāo)是在傳統(tǒng)的煙霧報(bào)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(cè)報(bào)警器系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)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：氣體濃度檢測(cè)模塊、主控模塊和報(bào)警模塊，下面依次介紹。下面來(lái)詳細(xì)介紹一下AT89S51單片機(jī)AT89S51單片機(jī)簡(jiǎn)介AT89S51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)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(jī)。（2）外接晶振引腳XTAL1（19腳），XTAL2(18腳)XTAL1：在單片機(jī)內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。在EPROM編程和驗(yàn)證程序時(shí)，它輸入低8位地址。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE信號(hào)負(fù)跳變來(lái)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(jìn)入鎖存器中。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器讀取指令碼時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生二次PSEN信號(hào)。復(fù)位電路可以參考圖34：圖34 單片機(jī)復(fù)位電路（2）程序執(zhí)行方式 程序執(zhí)行方式是單片機(jī)的基本工作方式。通過(guò)編程規(guī)定INT0信號(hào)是低電平有效，因此不來(lái)脈沖時(shí)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(jì)思路已經(jīng)確立，下文將介紹整個(gè)系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程，并且給出設(shè)計(jì)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(jì)的成功，也整個(gè)系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)的根本。安裝時(shí)，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(duì)于降低輸出紋波、輸出噪聲及負(fù)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(shí)，先將插頭接到+5V市電上，由開(kāi)關(guān)接通電源，此時(shí)，黃色發(fā)光二極管工作顯示電源接通狀態(tài)。同相比例運(yùn)算電路中反饋的組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，同樣可以利用理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的兩個(gè)特點(diǎn)來(lái)分析其電壓放大倍數(shù)。ADC0809是美國(guó)NS公司的產(chǎn)品，其性能指標(biāo)一般，但價(jià)格低廉，便于與微機(jī)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(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。（5）EOC（7腳）：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)?；鶞?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(guò) 。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，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(jì)方法圖314 LCD1602與單片機(jī)連接電路圖LCD1602的數(shù)據(jù)口與單片機(jī)通過(guò)P1口連接，使能端E、VO通過(guò)接一個(gè)10K的電位器來(lái)控制液晶屏幕的亮度。所以，以RS232C為主來(lái)討論。電氣性能與電平轉(zhuǎn)換（1）電氣性能EIARS232C對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定。接口機(jī)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(lèi)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(dòng)器的負(fù)載電容應(yīng)小于2500pF。當(dāng)MODEM已準(zhǔn)備好接收終端傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并向前發(fā)送時(shí)，使該信號(hào)有效，通知終端開(kāi)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(guò)TxD終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到MODEM，(DTE→DCE)。與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)。用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開(kāi)發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能 體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)[18]。按照以上的軟件程序設(shè)計(jì)思想，可以畫(huà)出程序的流程圖并根據(jù)流程圖寫(xiě)出相應(yīng)的程序。 TL1 = 0xf9