【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 這些過程是通過軟件實(shí)現(xiàn)的。這對(duì)單片機(jī)的要求是計(jì)算速度較快。這樣儀表檢測(cè)人員才能夠正確的觀察到事實(shí)的煙霧濃度。并作出相應(yīng)的處理。但是在滿足系統(tǒng)的計(jì)算速度的同時(shí)還要考慮到他的價(jià)格和體積。在保證系統(tǒng)能夠可靠的性能和精確性能的同時(shí)不提高成本，縮小體積。在實(shí)際應(yīng)用之中 AT89C51 單片機(jī)應(yīng)用的很廣泛，開發(fā)的工具和多，容易學(xué)習(xí)，價(jià)格低，這樣是最適合民用，商用，用途是十分的廣泛的，根據(jù)以上優(yōu)點(diǎn)，本篇論文用 AT89C51 作為報(bào)警器的核心部件。 （ 2）關(guān)于 AT89C51 本論文的控制芯片是 AT89C51，它是由 ATMEL 公 司生產(chǎn)的， AT89C51 是一種含有 4K 字節(jié)的可擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器，還有 128 字節(jié)的隨機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器的高性能、低電壓 CMOS8 位的微處理器的單芯片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。這款單片機(jī)是一種高性能低功耗的芯片。片內(nèi)有八位的中央處理器，和 Flash 存儲(chǔ)單元，可以在各個(gè)系統(tǒng)之中靈活的運(yùn)用。它本身有四十個(gè)引腳，三十二個(gè)外部 I/O端口，有兩個(gè)外部中斷，兩個(gè)十六位的可編程的定時(shí) /計(jì)數(shù)器。兩個(gè)全雙工串行通信端口。 AT89C51 的引腳圖如圖 31 所示。芯片能用常規(guī)方法進(jìn)行編程，同樣也可以在線編寫。尤其是反復(fù)擦寫的存儲(chǔ)器 能夠有效的降低成本。 10 圖 31 單片機(jī) 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來分，有 8 位、 10 位、 12 位、 16 位等。位數(shù)越高，其分辨率也越高，但價(jià)格也越貴。而就其結(jié)構(gòu)而言，有單一的 A/D 轉(zhuǎn)換器，有內(nèi)含多路開關(guān)的 A/D 轉(zhuǎn)換器。本次論文選用的是 ADC0832 芯片。 圖 32 ADC0832 芯片的引腳圖 ADC0832 具有以下特點(diǎn)： 芯片的分辨率是八位的； 有兩個(gè)輸入模擬量的通道； 芯片的輸入輸出的電平和 TTL、 COMS 是通用的； 電源的供電范圍也比較廣泛，五伏電源供電，輸入的 電壓在零到五伏之間； 工作頻率是 250KHZ，轉(zhuǎn)換的時(shí)間是 32us； 芯片的功耗很小，大約是 15mw； 封裝類型比較多如雙列直插、 PICC 等多種封裝； 商用的芯片溫度范圍是比較寬泛的在零到七十?dāng)z氏度之間，工業(yè)用芯片的溫度是零下 40 攝氏度到 85 攝氏度。 11 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá) 256 級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為 32μ S，芯片有兩個(gè)數(shù)據(jù)的輸出能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，這樣能把轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)誤差率降低 。芯片的轉(zhuǎn)換速度也比較快而且穩(wěn)定。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端， 能夠很方便的選擇通道。 傳感器的選擇 煙霧傳感器的選擇 （ 1） 煙霧傳感器的比較 ①．離子式煙霧傳感器 這種煙霧傳感器是用一種技術(shù)比較良好，工作性能比較穩(wěn)定的的傳感器它的用途也比較廣泛，現(xiàn)在已經(jīng)被應(yīng)用到各種消防報(bào)警系統(tǒng)中，性能十分的優(yōu)越，比氣敏電阻類的傳感器要好很多。 ②．光電式煙霧傳感器 這種傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一套比較復(fù)雜的光通道，有紅外對(duì)管，當(dāng)沒有煙霧的時(shí)候接受設(shè)備是接受不到紅外發(fā)射 器發(fā)出來的紅外線，但是當(dāng)有煙霧進(jìn)入光學(xué)通道的時(shí)候，由于各種折射和反射，此時(shí)接收器就能接受到紅外線，這時(shí)控制系統(tǒng)通過和記憶值的比較來判斷是否發(fā)生火災(zāi)，如果超過了記憶的數(shù)值就發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 離子式與光電式的比較 離子式的煙霧傳感器對(duì)于比較微小的煙霧粒子會(huì)更加敏感，另外對(duì)于各種煙霧均有響應(yīng)；而向前式光電煙霧傳感器對(duì)于顆粒相對(duì)較大的煙霧粒子是最敏感的，但是對(duì)于黑煙和灰色的煙塵響應(yīng)能力相對(duì)較差。當(dāng)火災(zāi)很大，而且煙霧濃度也比較大的時(shí)候，空氣中的煙霧的微小顆粒比較多，而且當(dāng)無明火的燃燒會(huì)有更多的含有大顆粒的煙霧。當(dāng)火災(zāi)發(fā) 生的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生大量的比較小的顆粒，這時(shí)候離子式傳感器會(huì)產(chǎn)生較大的電壓的變化，此時(shí)離子煙霧傳感器會(huì)先報(bào)警。光電式的傳感器會(huì)相對(duì)慢一些，但是兩者的間隔時(shí)間不大，但是這種火災(zāi)發(fā)展的速度極快，發(fā)生后會(huì)迅速變大，這種場(chǎng)合適合安裝響應(yīng)快的傳感器，建議安裝離子傳感 12 器。還有一種就是沒有明火的火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng) ,會(huì)產(chǎn)生這時(shí)粒子較大顆粒的煙霧，這種場(chǎng)合適合用光電傳感器。 ③．氣敏式煙霧傳感器 這種傳感器是用于識(shí)別氣體的傳感器。他們主要是包括接觸燃燒式、半導(dǎo)體氣敏式和電化學(xué)式傳感器等，在這些傳感器中用的最廣泛的就是半導(dǎo)體氣敏傳感器。它 的應(yīng)用主要有：瓦斯氣體的探測(cè)、氟利昂的探測(cè)、一氧化碳?xì)怏w的探測(cè)、還有酒精的探測(cè)等等。 它能將氣體的種類和氣體的濃度相關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，根據(jù)這些電信號(hào)的大小就能得到和待測(cè)氣體在空氣中的濃度大小，從而可以進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警；還可通過一些接口電路和計(jì)算機(jī)相連接形成一個(gè)系統(tǒng)，能夠自動(dòng)的檢測(cè)、控制和報(bào)警。 氣敏式煙霧傳感器的最經(jīng)典的型號(hào)是 MQ2 氣體傳感器。這種傳感器常用與家庭和工廠的氣體泄漏裝置，適用于很多種氣體，包括液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的檢測(cè)。 火災(zāi)中的煙霧是有固體顆粒，還有可燃性 氣體混合而成的，有很多的物理特性比如體積、質(zhì)量、溫度、電荷等物理特性。離子型煙霧傳感器改變電壓的變化是通過煙敏電阻的電離室引起的。通過電壓的變化來表述火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)煙霧離子的微電流變化裝置。當(dāng)電離室中有煙霧時(shí)，就會(huì)改變電離室空氣的電離狀態(tài)，這是就相當(dāng)于電離室的等效電阻增大，電阻增大就會(huì)引起電離室兩端電壓的改變，從而確定空氣中的煙霧狀態(tài)情況。而氣體傳感器是探測(cè)空氣中可燃性氣體的含量，在家庭中能對(duì)于煤氣，一氧化碳等有害性氣體進(jìn)行探測(cè)。 通過比較分析，本設(shè)計(jì)的感煙探測(cè)器采用的是 MQ2 傳感器，因?yàn)殡x子式傳感器 NIS90 內(nèi)部有微量的放射性物質(zhì)，有可能泄漏，對(duì)人體和環(huán)境都有一定的危害。本次設(shè)計(jì)是家庭火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。通過研究選擇 MQ2 煙霧傳感器。 MQ2 型號(hào)傳感器功耗比較低，用途比較廣泛，適用于高靈敏度煙霧傳感器火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。 （ 2）關(guān)于煙霧傳感器 本論文用的是二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料的傳感器，型號(hào)為 MQ2，這種傳感器是 N 型半導(dǎo)體表面離子式。給傳感器一個(gè)預(yù)熱電源（五伏直流電源），但溫度加熱到 200~300℃溫度時(shí)候，空氣中的氧氣被二氧化錫所吸附，氧氣變成負(fù)離子吸附在表面，這樣半導(dǎo)體中的電子就會(huì)減少，從而導(dǎo)電能力減弱，使電阻值增加。 當(dāng)空 13 氣中有煙霧的時(shí)候， 晶粒間界處的勢(shì)壘受到該煙霧的調(diào)制而變化，就會(huì)使電阻值發(fā)生變化。就是利用這一點(diǎn)把煙霧的濃度的信息轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，當(dāng)煙霧的濃度越大，電阻率就會(huì)變小電阻就減小。 圖 33 煙霧傳感器實(shí)物圖 傳感器的特性及主要技術(shù)指標(biāo) ： (1)MQ2型傳感器的一般特點(diǎn) (a)MQ2型傳感器對(duì)天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對(duì) 烷類煙霧更為敏感。 (b)MQ2型 傳 感 器具 有良 好的 重復(fù) 性和 長(zhǎng)期 的穩(wěn) 定性 。初 始穩(wěn) 定，響應(yīng)時(shí)間短，長(zhǎng)時(shí)間工作性能好。 (c)MQ2型傳感器具有良好的抗干擾性，可準(zhǔn)確排 除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息，例如酒精和煙霧等。 (d)電路設(shè)計(jì)電壓范圍寬， 24V 以下均可；加熱電壓 5177。 。 (2)MQ2型傳感器的特性參數(shù) 。 (a)回路電壓： (Vc) 5~24V。 (b)取樣電阻： (RL) ~20K。 (c)加熱電壓： (VH)5177。 。 (d)加熱功率： (P)約 750mW。 (e)靈敏 度：以甲烷為例 R0(air)/RS (%CH4)＞ 5。 (f)響應(yīng)時(shí)間： Tres＜ 10秒 。 (g)恢復(fù)時(shí)間： Trec＜ 30秒 。 引腳說明： A1或 A2為輸出的一端。 14 H為 加熱接線段。 B1或 B2為輸出另一端。 溫度探測(cè)器的選定 （ 1） 本次論文溫度傳感器的選擇要求 由于溫度檢測(cè)的參數(shù)的不同，一般情況用于民用建筑和工業(yè)上的溫度傳感器有差溫式、定溫式、差定溫式等等。 對(duì)于選擇那種溫度傳感器我們需要考慮的因素有： A 所測(cè)量的溫度是不是要求記錄并且報(bào)警和自動(dòng)控制，是不是要求遠(yuǎn)距離傳送和遠(yuǎn)距離傳輸。 B 要求的測(cè)量的溫度大小和精度要求。 C 傳感器元件的封裝是否合適。 D 所測(cè)量的溫度隨時(shí)間的變化速度，由于測(cè)量元件有滯后的世間，滯后的時(shí)間是否滿足要求。 E 所測(cè)量的場(chǎng)合對(duì)測(cè)量 的元件是不是有影響和危害。 F 經(jīng)濟(jì)性，元件的價(jià)格，和使用的方便性。 根據(jù)以上的這些因素，經(jīng)過考慮，本次論文溫度傳感器使用的是 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器。 DS18B20 的特點(diǎn) DS18B20 數(shù)字溫度傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接線相對(duì)方便，有不同型式的封裝，不同的封裝可以用于多種場(chǎng)合，封裝如管道式、不銹鋼、磁鐵吸附式、螺紋式封裝，型號(hào)多種可以根據(jù)所需的場(chǎng)合選擇適合的傳感器。 VDD3I/O2GND1DS18B20 圖 34 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器引腳圖 這種溫度傳感器的主要特點(diǎn)： 15 A 這中傳感器能實(shí)用很寬泛的電壓，使用電壓范圍是： ~，一般不用獨(dú)立的電源，可以在寄生電源上工作。 B 比較方便的數(shù)據(jù)接口方式，這種溫度傳感器和單片機(jī)相鏈接的時(shí)候只需要一條數(shù)據(jù)線就能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和傳感器的雙向通訊。 C 本傳感器支持多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的功能，幾個(gè)傳感器可以并聯(lián)在一個(gè)三條線上，能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)測(cè)試功能。 D 本傳感器使用的時(shí)候不用任何的外圍元件，所有的傳感器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路都繼承在一起。 E 本傳感器可以測(cè)量的溫度范圍是 － 55℃ ～ +125℃ ，當(dāng)溫度在 10～ +85℃ 的范圍內(nèi)它的精度為 177?！?。 F 可編程的分辨率是 9~12 位，這樣的分辨率分別是 ℃ 、 ℃ 、 ℃和 ℃ ， 這樣就能適應(yīng)需要高精度測(cè)量的場(chǎng)合。 G 九位的分辨率轉(zhuǎn)換時(shí)間是 ，當(dāng)把分辨率設(shè)置為 12 為的時(shí)候需要的時(shí)間是 750ms 速度較快。 H 測(cè)量的結(jié)果能以數(shù)字的型式發(fā)出去。用一根線以串行的型式傳遞給 CPU，同時(shí)也可以傳送 CRC 校驗(yàn)碼，這樣傳感器就有很強(qiáng)的抗干擾能力，和糾錯(cuò)的能力。 I 負(fù)壓特性：當(dāng)電源的極性不小心接反的時(shí)候芯片不能燒毀，然而芯片也不能正常工作。 DS18B20 的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 DS18B20 的內(nèi)部主要是由四部分構(gòu)成的，包括 ROM 光刻（ 64 為）、溫度傳感器、溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL(非揮發(fā) )、和配置寄存器。 DS18B20 引腳定義： A， DQ 是數(shù)字信號(hào)的輸出 /輸入端； B， GND 是電源接地； C， VDD 是芯片電源供電的輸入端。 當(dāng)火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候，煙霧傳感器將煙霧的濃度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后經(jīng)過放大器，把信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，把有效信號(hào)傳遞給 A/D 轉(zhuǎn)換器，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號(hào)，再傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將這些數(shù)字信號(hào)進(jìn)行和記憶的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，分析是否發(fā)生火災(zāi)，然后把濃度轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制送到顯示部分進(jìn)行顯示，發(fā)出聲光報(bào)警。但是煙霧傳感器是在溫度 很高的情況才能正常的工作，所以在報(bào) 16 警系統(tǒng)必須有預(yù)熱的時(shí)間，才能發(fā)揮正常的作用。報(bào)警器需要向傳感器提供一個(gè)五伏的直流電源，為了使系統(tǒng)運(yùn)行可靠性增強(qiáng)，在提供電源的同時(shí)，進(jìn)行故障檢測(cè)。如果煙霧傳感器的加熱電阻絲或者電纜線和傳感器的電源線接觸不良，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，但是這種報(bào)警信號(hào)是和火災(zāi)的報(bào)警信號(hào)是不同的。煙霧檢測(cè)器的功能如下： 當(dāng)系統(tǒng)自身發(fā)生故障的時(shí)候能夠自己排查。 單片機(jī)有看門狗進(jìn)行自檢單片機(jī)的狀態(tài)。 使用單片機(jī)的看門狗的功能，看門狗定時(shí)的檢測(cè)單片機(jī)的工作狀態(tài)，如果單片機(jī)進(jìn)入死循環(huán)的狀態(tài)，馬上給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位 信號(hào)，保證系統(tǒng)的正常工作。 各電路模塊的設(shè)計(jì) 單片機(jī)外圍接口電路 （ 1）晶振電路 晶振電路是給單片機(jī)工作提供時(shí)鐘信號(hào)的，芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益的反相放大器用于形成內(nèi)部的振蕩器。引腳 XTAL1 是這個(gè)放大器的輸入端子， XTAL2 是這個(gè)放大器的輸出端子。在片外的陶瓷諧振器或者是石英晶體作為反饋元件和放大器形成了一個(gè)自激振蕩器。系統(tǒng)的晶振如圖 37 所示，但是外接的兩個(gè)電容的容量不同會(huì)對(duì)振蕩頻率的高低有一點(diǎn)影響，還有工作的穩(wěn)定性，對(duì)于起振的難易程度