【文章內(nèi)容簡介】 片機實現(xiàn)的功能中，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號做數(shù)字濾波，再進行線性化處理，然后送顯示，這一過程的軟件實現(xiàn)，需要單片機有較快的運算速度，使儀表監(jiān)測人員能夠觀測到實時的煙霧濃度，并進行相應(yīng)處理。同時，在能 夠滿足報警器設(shè)計的計算速度及接口數(shù)的要求的同類型單片機中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧的機型，在保證了報警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。 根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度分析，系統(tǒng)最終實現(xiàn)的是對六路信號的處理的分析，因此所使用的單片機也不會需要很多的引腳，再從經(jīng)濟價格上分析，縱觀所有的單片機控制芯片， 51 單片機是比較便宜的一類，另一方面， 51 單片機也有 40 個引腳，完全能夠滿足系統(tǒng)的需要，所以在控制芯片的選擇上采用 AT89C52 作為系統(tǒng)的主控芯片。 傳感器的選擇 對各類火災(zāi)檢測傳 感器進行比較后，根據(jù)設(shè)計本系統(tǒng)的實際情況出發(fā)，系統(tǒng)采用離子感煙傳感器和溫度傳感器。離子感煙傳感器是一種室內(nèi)安裝的探測器，可以探測可見和不可見的煙霧，具有對火災(zāi)進行早期預(yù)報功能 [8]。在火災(zāi)發(fā)生初期，當(dāng)進入離子感煙探頭中采樣室的煙濃度超過由參考室的門限值時，離子感煙探頭底座上的指示燈將點亮，同時送出報警電壓信號。在輸入回路中，離子感煙探測器內(nèi)的接口電路十分關(guān)鍵。通過探測器接口電路可以將探頭報警電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌l率的電信號傳送到控制器，由控制器判別處理，確定火災(zāi)位置報警 [9]。 12 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。傳感器作為煙霧檢測報警器的信號采集部分，是檢測電路的核心組成部分之一。由此可見，傳感器的選型是非常重要的。 在火災(zāi)發(fā)生前往往伴隨著煙霧的產(chǎn)生，因此，我們就需要選擇一種能夠及時檢測空氣中煙霧含量的傳感器來進行火災(zāi)發(fā)生的預(yù)警。根據(jù)設(shè)計要求和查閱相關(guān)資料，煙霧傳感器選擇為 MQ2 型普通氣敏煙霧傳感器。 MQ2 在較寬的濃度范圍內(nèi)對可燃氣體 有良好的靈敏度，對液化氣、丙烷、氫氣 的靈敏度較高，長壽命、低成本，簡單的驅(qū)動電路即可?？捎糜诩彝ビ脷怏w泄漏報警器，工業(yè)用可燃氣體報警器，便攜式氣體檢測器。 表 MQ2的標準工作條件 MQ2 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖 所示 (結(jié)構(gòu) A 或 B), 由微型 Al2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感層 ,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有 6 只針狀管腳，其中 4 個用于信號取出， 2 個用于提供加熱電流。 符號 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Vc 回路電壓 ≤ 24V DC VH 加熱電壓 177。0. 2V ACorDC RL 負載電阻 可調(diào) RH 加熱電阻 31Ω177。 3Ω 室溫 PH 加熱功耗 ≤ 900mW 13 圖 溫度傳感器的選擇 系統(tǒng)中的溫度傳感器采用的是 DS18B20 芯片，其特點是采用獨特的單總線接口方式，只需要一條總線接口就可以實現(xiàn)多點通信，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用。該器件無需外部元件，可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范 圍為 至 ，無需備用電源，測量溫度范圍為 55℃至 +125℃。精度為177。 ℃。 DS18B20 的方框圖如圖 所示 [15]。圖 的方框圖示出了 DS1820 的主要部件。 DS18B20 有三個主要數(shù)字部件： 1） 64位激光 ROM， 2）溫度傳感器， 3）非易失性溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL。器件用如下方式從單線通訊線上汲取能量：在信號線處于高電平期間把能量儲存在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。 DS18B20 也可用外部 5V 電源供電。 圖 的方框圖 顯示器件的選擇 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的 部件 材料 1 氣體敏感層 二氧化錫 2 電極 金（ Au） 3 測量電極引線 鉑（ Pt） 4 加熱器 鎳鉻合金（ NiCr） 5 陶瓷管 三氧化二鋁 6 防爆網(wǎng) 100目雙層不銹鋼（ SUB316） 7 卡環(huán) 鍍鎳銅材（ NiCu） 8 基座 膠木或尼龍 9 針狀管腳 鍍鎳銅材（ NiCu） 14 點陣 型液晶模塊，它有若干個 5X7 或者 5X11 等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。本設(shè)計的顯示器件采用 1602 液晶 . 1602 采用標準的 16 腳接口，其中：第 1 腳： VSS 為電源地 。第 2 腳： VDD 接 5V電源正極 。第 3 腳： V0 為液晶顯示器 對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度） 。第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平 1 時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時選擇指令寄存器 。第 5 腳： RW 為讀寫信號線，高電平 (1)時進行讀操作，低電平 (0)時進行寫操作 。第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8位雙向數(shù)據(jù)端 。第 15～ 16 腳：空腳或背燈電源 。15 腳背光正極 。16 腳背光負極。 圖 基于單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)中單片機使用的 ATMEL 公司的 AT89C52 芯片。該芯片是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8kB 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)，采用高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元單片機小系統(tǒng)電路如圖 所示。圖中 X C1 和 C2 共同構(gòu)成單片機的時鐘電路，為單片機的工作提供精準的 的工作時鐘。 X1 為石英晶體振蕩器，振蕩器的頻率范轉(zhuǎn)通常選擇在 ~12MHz 之間。 C1 和 C2為微調(diào)電容，其典型值為 30pF。 U1（ AT89C52）內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為 19 腳（ XTAL1），輸出端為 18 腳（ XTAL2）。 圖 中 S C R9 和 R10 共同構(gòu)成單片機的復(fù)位電路，復(fù)位是單片機的初始化操作，只要給單片機的 9 腳（ RST）加上 2 個機器周期心上的高電平信號，就可以使單片機復(fù)位。復(fù)位引腳 RST 通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號 [18]。該復(fù)位電路既可完成上電自動復(fù)位，也可以完成手動復(fù)位，上電自動復(fù)位是通過電容 C3 15 的充電來實現(xiàn)的。手動復(fù)位是通過按鍵 S1 實現(xiàn)的，利用 RC 微分電路產(chǎn)生的正脈沖實現(xiàn)對單片機的手動復(fù)位。 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(T2)1(T2EX)2345678(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40U1AT89C5212X1C133pC233pS1RSTR9 1kR10 10kC3 10uFVCCR110kR210kR310kR410kR510kR610kR710kR810kVCCP0_0P0_1P0_2P0_3P0_4P0_5P0_6P0_7VCCVCC 圖 煙霧傳感器控制電路 在煙霧檢測電路中傳感器使用的是漢威電子的 MQ2 型煙霧傳感器。其基本測試電路如圖 所示。 圖 圖 中 VH為加熱器電壓， VC為測試電壓。其中 VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。 VC則是用于測定與傳感器串聯(lián)的負載電阻 RL上的電壓 VRL。這種傳感器具有輕微的極性， VC需用直流電源。在滿足傳感器電性能要求的前提下， VC和 VH可以共用同一個電源電路 [19]。為更好利用傳感器的性能，需要選擇 恰當(dāng)?shù)?RL值。 MQ2 型煙霧 16 傳感器的典型應(yīng)用電路如圖 所示。 VCCR1350kR2010kR1222kR1810kR11 1kR19510R1710kR151kR16R1412kS2TEST2311411U3ALM3245672411U3BLM324RP120kD51N4148D61N4148U2LED1預(yù)熱C647uFC4220uFMQ2Q19013P1_0C5104 圖 MQ2型煙霧傳感器的典型應(yīng)用電路 溫度傳感器的控制電路 DS18B20 是美國 Maxim 公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器，它可以把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號供單片機處理，特別適合構(gòu)成多點溫度巡回檢系統(tǒng)。由于每片DS18B20 都含有惟一的產(chǎn)品號，所以從理論上來說，在一條總線上可以掛接任意多個DS18B20 芯片。從 DS18B20 讀出或?qū)懭胄畔H需一根口線，讀 /寫及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而無需額外電源。 DS18B20提供 9 位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點溫度檢測系統(tǒng)而無需任何外圍硬件。 DS18B20 與單片機連接電路圖如圖 所示。 VCCI/OGNDU4 DS18B20R2110kVCCP1_1 圖 DS18B20 與單片機連接電路圖 系統(tǒng)總體電路主要由傳感器數(shù)據(jù)采集電路、聲光報警電路、按鍵控制電路和顯示電路等組成。基于單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)總體電路圖如圖 所示。 17 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(T2)1(T2EX)2345678(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40U1AT89C5212X1C133pC233pS1RSTR9 1kR10 10kC3 10uFVCCR110kR210kR310kR410kR510kR610kR710kR810kVCCP0_0P0_1P0_2P0_3P0_4P0_5P0_6P0_7VCCVCCVCCR1350kR2010kR1222kR1810kR11 1kR19510R1710kR151kR16R1412kS2TEST2311411U3ALM3245672411U3BLM324RP120kD51N4148D61N4148U2LED1預(yù)熱C647uFC4220uFMQ2Q19013P1_0P1_0C5104VCCI/OGNDU4 DS18B20R2110kVCCP1_1P1_112345678910111213141516J1 LCD1602LCD_RSLCD_EN