【文章內(nèi)容簡介】 】 。 系統(tǒng)利用 P1口的 4個獨立按鍵 S2～ S5，當(dāng)鍵按下時， P1口相應(yīng)的引腳置為低電平，且與此鍵相連的發(fā)光二極管點亮。 智能火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計 6 時鐘電路是單片機(jī)的內(nèi)臟，它掌握著單片機(jī)工作節(jié)奏，時鐘電路相當(dāng)于振蕩電路。 XTAL1和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。因為一個機(jī)器周期含有 6 個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為 2 個振蕩周期，所以一個機(jī)器周期共有 12 個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為 12MHZ，一個振蕩周期 為 1/12us。 本系統(tǒng)采用 STC 系統(tǒng)列單片機(jī)，相比其他系列單片機(jī)具有很多優(yōu)點。一般 STC 單片機(jī)資源比其他單片機(jī)要多，而且執(zhí)行速度快； STC 系列單片機(jī)使用串口對單片機(jī)進(jìn)行燒寫 ,下載程序較為方便； STC89C52 單片機(jī)內(nèi)部集成了看門狗電路；且具有很強(qiáng)抗干擾能力 【 6】 。 本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式的時鐘電路和加電自復(fù)位的復(fù)位電路，如下圖 和圖 所示： 12XTAL30pFC130pFC2GND10uFCRST10KR1VCC GNDResX1X2 圖 時鐘電路圖 圖 復(fù)位電路圖 由于單片機(jī) P0 口內(nèi)部不含上拉電阻，為高阻態(tài)，不能正常地輸出高 /低電平，因而該組 I/O 口在使用時必須外接上 拉電阻。 檢測電路設(shè)計 煙霧檢測電路 （ 1）傳感 器介紹 煙霧傳感器是測量裝置和控制系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié) 【 7】 。而煙霧報警器的信號采集由煙霧傳感器負(fù)責(zé)。煙霧傳感器能夠?qū)怏w的種類及其濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換為電信號，根據(jù)這些電信號的強(qiáng)弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中存在的情況有關(guān)的信息，從而達(dá)到檢測、監(jiān)控、報警的功能。可以說，沒有精確可靠的傳感器，就沒有精確可靠的自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。煙霧傳感器作為報警器中不可缺少的核心器件，它決定了所采集的煙霧濃度信號的準(zhǔn)確性和可靠性。煙霧傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。 智能火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計 7 圖 煙霧 傳感器及其結(jié)構(gòu)圖 煙霧傳感器是模擬傳感器，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(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度 處理及報警控制等工作。它能將空氣中的煙霧的濃度的變量轉(zhuǎn)換成有一定對應(yīng)關(guān)系的輸出信號的裝置。煙霧型傳感器就是通過監(jiān)測環(huán)境中煙霧濃度來實現(xiàn)火災(zāi)防范的。在煙霧探頭要碰到煙霧時，煙霧探頭的內(nèi)部阻值會發(fā)生變化時，會產(chǎn)生一個模擬值，從而感受到。在國內(nèi)的產(chǎn)品中， 無論哪家生產(chǎn)的煙霧型探測器，都可以探測到火災(zāi)的發(fā)生，都具有比較高的靈敏度，而且在安裝中都比較簡單。但是，由于各生產(chǎn)的設(shè)備不可通用，獨立為正，不但不可彼此互相代替，更不可以互相通訊。使得用戶面對眾多廠家生產(chǎn)的煙霧探測器感到不知所措。而這也正是國內(nèi)產(chǎn)品市場的一個重大缺陷。 煙霧傳感器的分類從構(gòu)成氣體的傳感器材料的形態(tài)上，通常將它們分為干式、濕式氣體傳感器，下面就對一些常用的煙霧傳感器進(jìn)行介紹： ①半導(dǎo)體煙霧傳感器（半導(dǎo)體氣敏傳感器） 半導(dǎo)體煙霧傳感器包 括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器，以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器。半導(dǎo)體煙霧傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化而制成的。按照敏感機(jī)理分類，半導(dǎo)體煙霧傳感器可分為電阻式和非電阻式。當(dāng)半導(dǎo)體接觸到氣體時，半導(dǎo)體的電阻值將發(fā)生變化，利用傳感器輸出端阻值的變化來測定或控制氣體的有關(guān)參數(shù)，這種類型的傳感器稱為電阻 智能火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計 8 式半導(dǎo)體氣敏傳感器；當(dāng) MOS 場效應(yīng)管在接觸到氣體時，場效應(yīng)管的電壓將隨周圍氣體狀態(tài)的不同而發(fā)生變化，利用這種原理制成的傳感器被稱為非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器 【 8】 。 自 1962 年半導(dǎo)體金屬氧化物煙霧傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、輸出信號強(qiáng)、耐久性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、維修方便、價格便宜等諸多優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。但是其最大的缺點就是選擇性較差。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的煙霧傳感器之一。 ①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會發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲（也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時對鉑絲通以電流 ，保持 300①～ 400①的高溫，此時若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。使用接觸燃燒式傳感器，其最大的缺點是探頭很容易發(fā)生阻緩和中毒現(xiàn)象。一般在連續(xù)使用兩個月后應(yīng)對該傳感器進(jìn)行維護(hù)。這無形中加大了工作人員的工作量，同時增加了報警器的維護(hù)成本。 ①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。電化學(xué)氣敏傳感器一般利用液體（或 固體、有機(jī)凝膠等）電解質(zhì)，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還原產(chǎn)生的電流，也可以是離子作用于離子電極產(chǎn)生的電動勢。即煙霧濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號傳出。它的優(yōu)點是：反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測，但壽命較短 (大約兩年 )。它主要適用于毒性煙霧檢測。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。 ①高分子煙霧傳感器 利用高分子氣敏元件制作的煙霧傳感器近年來得到很大的發(fā)展。高分子氣敏元件在遇到特定煙霧時，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。高分子氣敏元件由于具有易操作性、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。高分子煙霧傳感器具有對特定煙霧分子靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)簡單，能在常溫下使用，可以彌補(bǔ)其它煙霧傳感器的不足。 ① 離子感煙傳感器 智能火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計 9 離子感煙傳感器對于火災(zāi)初起和陰燃階段的煙霧氣溶膠檢測非常有效，可測煙霧粒徑范圍為 。 它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅 241。由于它能使兩極板間空氣分子電離為正、負(fù)離子，使電極之間原來不導(dǎo)電的空氣具有導(dǎo)電性。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，煙霧粒子進(jìn)入電離室后，電力部分（區(qū)域）的正離子和負(fù)離子被吸附到煙霧粒子上，使正、負(fù)離子相互中和的概率增加，從而將煙霧粒子濃度大小以電流變化量大小表示出來，實現(xiàn)對火災(zāi)參數(shù)的檢測。 根據(jù)報警器檢測煙霧種類的不同要求，很多場合都會選擇使用半導(dǎo)體煙霧傳感器。經(jīng)過對比眾多煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點更加突出。半導(dǎo)體煙霧傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低，因而得到廣泛應(yīng)用。因此，本設(shè)計中的煙霧傳感器選用 半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器。 （ 2） MQ2 半導(dǎo)體煙霧傳感器 MQ2 半導(dǎo)體傳感器是以清潔空氣中電導(dǎo)率較低的金屬氧化物二氧化錫 (SnO2)為主體的 N 型半導(dǎo)體氣敏元件 【 9】 。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在煙霧氣體時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中煙霧氣體濃度的增加而增大。在設(shè)計報警器時只有使用簡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應(yīng)的輸出信 號。該傳感器具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度高、電導(dǎo)率變化大、響應(yīng)和恢復(fù)時間短、抗干擾能力強(qiáng)、輸出信號大、壽命長和工作穩(wěn)定等優(yōu)點，在市面上應(yīng)用十分廣泛。 二氧化錫 (SnO2)半導(dǎo)體氣敏元件特點： ① SnO2 材料的物理、化學(xué)穩(wěn)定性較好，與其他類型氣敏元件相比， SnO2 氣敏元件壽命長、穩(wěn)定性好、耐腐蝕性強(qiáng)。 ① SnO2 氣敏元件對氣體檢測是可逆的，而且吸附、脫離時間短，可連續(xù)長時間使用。 ① SnO2 氣敏元件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠行較高，機(jī)械性能良好。 MQ2 氣敏元件結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，由微型 AL2O3 型陶瓷管， SnO2 敏感層 ,測量電極與加熱器構(gòu)成的元件固定，加熱器就為氣敏元件，提供了工作條件。特點簡單耐用。 MQ2 半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器適用于煙霧、天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣等的檢測，對可燃性氣體的（ CH C4H H2 等）的檢測很理想 【 10】 。這種傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對煙霧氣體有良好的靈敏度，能夠檢測多種可 燃性氣體，十分適合應(yīng)用在家庭的氣體泄漏報警器中。是一款便攜式氣體檢測器，非常適合多智能火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計 10 種應(yīng)用的低成本傳感器。其技術(shù)指標(biāo)表表 。 表 MQ2 的技術(shù)指標(biāo) 由于物理量和測量范圍的不同，傳感器的工作機(jī)理和結(jié)構(gòu)就不同。通常煙霧傳感器輸出的電信號是模擬信號（已有許多新型傳感器采用數(shù)字量輸出）。當(dāng)信號的數(shù)值符合A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入等級時，可以不用放大器放大；當(dāng)信號的數(shù)值不符合 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入等級時，就需要放大器放大。所以 半導(dǎo)體 氣體 煙霧 傳感器 要想把采集到的煙霧濃度模擬信號傳送給單片機(jī)控制器就必須經(jīng)過將模擬信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可以識別的電信號給單片機(jī) 【 11】 。 CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC81ADC0832GNDVCCP34P33P32123 456U2VCCR175GNDR141Kyinwuyinwu 圖 煙霧濃度采集電路 加熱電壓（ Vh） AC 或 DC 5177。 回路電壓（ Vc） 負(fù)載電陰（ Rl） 清潔空氣中電阻 （ Ra） 靈敏度（ S=Ra/Rdg） 響應(yīng)時間 (trec) 恢復(fù)時間 (trec) 元件功耗 檢測范圍 使用壽命 最大 DC 24V 2KΩ ≤ 2020 KΩ ≥ 4(在 1000ppmC4H10 中 ) ≤ 10S ≤ 30S ≤ 50—10000ppm 2 年 智能火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計 11 設(shè)計時應(yīng)注意，氣敏元件開機(jī)通電時， 其內(nèi)阻很小，但經(jīng)過一段時間后，才能恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。因此， QM2 氣體傳感器需開機(jī)預(yù)熱幾分鐘，才可投入使用，以免造成誤報。 ①煙 霧檢測 AD 采集電路 煙霧檢測采用 傳感器。經(jīng)過 ADC0832 采集后就可以得到各種煙霧濃度下的電壓值。從而設(shè)定出理想的煙霧強(qiáng)度報警值。電路如圖 所示 溫度檢測電路設(shè)計 溫度采集模塊主要就是選擇溫度傳感器，針對溫度傳感器，可以用 PT100，它是一種測溫電路的傳感器。 PT100 型傳感器的原理是利用溫 度與組織的變化，變化的函數(shù)關(guān)系特性來測溫的，它的抗振動性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確度、耐高壓好等優(yōu)點。但使用起來比較復(fù)雜。也可以用 DS18B20 作為測溫電路的溫度傳感器 【 12】 。 DS18B20 溫度傳感器的溫度輸出通過獨特的一線接口，只需要一條口線通信。多點能力可以使多個 DS18B20 組建成為傳感器型網(wǎng)絡(luò)，為系統(tǒng)的建立和組合提供了更大可能性。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面比其他溫度傳感器有了很大的進(jìn)步，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。通過比較， DS18B20 直接輸出數(shù)字溫度值，不需要校正。 （ 1） DS18B20 簡介 DS18B20 溫度傳感器的溫度輸出通過獨特的一線接口，只需要一條口線通信。多點能力可以使多個 DS18B20 組建成為傳感器型網(wǎng)絡(luò) 【 14】 ，為系統(tǒng)的建立和組合提供了更大可能性。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面比其他溫度傳感器有了很大的進(jìn)步，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。論文系統(tǒng)地介紹基于DS18B20 的溫度測量控制系統(tǒng)的組成、設(shè)計方案、電路原理、程序設(shè)計過程。 DS18B20多點溫度測量系統(tǒng)是以 AT89C52 單片機(jī)作為控制核心，智能溫度傳感器 DS18B20 為控制對象，用數(shù)碼管顯示，運用 C 語言實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。設(shè)計完成了冷庫溫度的監(jiān)控和報警等令人滿意的效果。 DSl8B20 采用 3 腳 PR35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如 所示： 智能火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計 12 圖 DSl8B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，主要是有四部分組成的： 64 位光刻 ROM，溫度傳感器，非揮發(fā)溫度報警的觸發(fā)器，配置寄存器。 DS18B20 的管腳排列如圖 所示： 圖 DS18B20 的管腳 DS18B20 的引腳說明如下： GND:地 DQ：數(shù)據(jù) I/O VDD :電源 64 位激光 ROM 開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號共有 48位，最后 8 位是前 56 位的 CRC 校本文系統(tǒng)地介紹了基于 DS18B20 的多點溫度測量控制系統(tǒng)的組成、設(shè)計方案、電路原理、程序設(shè)計以及系統(tǒng)仿真過程。 DS18B20 冷庫溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)是以 AT89C52 單片機(jī)作為控制核心，