【文章內(nèi)容簡介】 這些過程是通過軟件實現(xiàn)的。這對單片機的要求是計算速度較快。這樣儀表檢測人員才能夠正確的觀察到事實的煙霧濃度。并作出相應(yīng)的處理。但是在滿足系統(tǒng)的計算速度的同時還要考慮到他的價格和體積。在保證系統(tǒng)能夠可靠的性能和精確性能的同時不提高成本，縮小體積。在實際應(yīng)用之中 AT89C51 單片機應(yīng)用的很廣泛，開發(fā)的工具和多，容易學(xué)習(xí)，價格低，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，本篇論文用 AT89C51 作為報警器的核心部件。 （ 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器，還有 128 字節(jié)的隨機存儲數(shù)據(jù)的存儲器的高性能、低電壓 CMOS8 位的微處理器的單芯片微型計算機，簡稱單片機。這款單片機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 存儲單元，可以在各個系統(tǒng)之中靈活的運用。它本身有四十個引腳，三十二個外部 I/O端口，有兩個外部中斷，兩個十六位的可編程的定時 /計數(shù)器。兩個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)方法進行編程，同樣也可以在線編寫。尤其是反復(fù)擦寫的存儲器 能夠有效的降低成本。 10 圖 31 單片機 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： 芯片的分辨率是八位的； 有兩個輸入模擬量的通道； 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攝氏度之間，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 256 級，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)換時間僅為 32μ S，芯片有兩個數(shù)據(jù)的輸出能夠?qū)?shù)據(jù)進行校驗，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，有紅外對管，當沒有煙霧的時候接受設(shè)備是接受不到紅外發(fā)射 器發(fā)出來的紅外線，但是當有煙霧進入光學(xué)通道的時候，由于各種折射和反射，此時接收器就能接受到紅外線，這時控制系統(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)出報警信號。 離子式與光電式的比較 離子式的煙霧傳感器對于比較微小的煙霧粒子會更加敏感，另外對于各種煙霧均有響應(yīng)；而向前式光電煙霧傳感器對于顆粒相對較大的煙霧粒子是最敏感的，但是對于黑煙和灰色的煙塵響應(yīng)能力相對較差。當火災(zāi)很大，而且煙霧濃度也比較大的時候，空氣中的煙霧的微小顆粒比較多，而且當無明火的燃燒會有更多的含有大顆粒的煙霧。當火災(zāi)發(fā) 生的時候，就會產(chǎn)生大量的比較小的顆粒，這時候離子式傳感器會產(chǎn)生較大的電壓的變化，此時離子煙霧傳感器會先報警。光電式的傳感器會相對慢一些，但是兩者的間隔時間不大，但是這種火災(zāi)發(fā)展的速度極快，發(fā)生后會迅速變大，這種場合適合安裝響應(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 ,會產(chǎn)生這時粒子較大顆粒的煙霧，這種場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、氟利昂的探測、一氧化碳氣體的探測、還有酒精的探測等等。 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，根據(jù)這些電信號的大小就能得到和待測氣體在空氣中的濃度大小，從而可以進行檢測、監(jiān)控、報警；還可通過一些接口電路和計算機相連接形成一個系統(tǒng)，能夠自動的檢測、控制和報警。 氣敏式煙霧傳感器的最經(jīng)典的型號是 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。 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)場煙霧離子的微電流變化裝置。當電離室中有煙霧時，就會改變電離室空氣的電離狀態(tài)，這是就相當于電離室的等效電阻增大，電阻增大就會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空氣中可燃性氣體的含量，在家庭中能對于煤氣，一氧化碳等有害性氣體進行探測。 通過比較分析，本設(shè)計的感煙探測器采用的是 MQ2 傳感器，因為離子式傳感器 NIS90 內(nèi)部有微量的放射性物質(zhì)，有可能泄漏，對人體和環(huán)境都有一定的危害。本次設(shè)計是家庭火災(zāi)報警系統(tǒng)。通過研究選擇 MQ2 煙霧傳感器。 MQ2 型號傳感器功耗比較低，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。給傳感器一個預(yù)熱電源（五伏直流電源），但溫度加熱到 200~300℃溫度時候，空氣中的氧氣被二氧化錫所吸附，氧氣變成負離子吸附在表面，這樣半導(dǎo)體中的電子就會減少，從而導(dǎo)電能力減弱，使電阻值增加。 當空 13 氣中有煙霧的時候， 晶粒間界處的勢壘受到該煙霧的調(diào)制而變化，就會使電阻值發(fā)生變化。就是利用這一點把煙霧的濃度的信息轉(zhuǎn)化成電信號，當煙霧的濃度越大，電阻率就會變小電阻就減小。 圖 33 煙霧傳感器實物圖 傳感器的特性及主要技術(shù)指標 ： (1)MQ2型傳感器的一般特點 (a)MQ2型傳感器對天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對 烷類煙霧更為敏感。 (b)MQ2型 傳 感 器具 有良 好的 重復(fù) 性和 長期 的穩(wěn) 定性 。初 始穩(wěn) 定，響應(yīng)時間短，長時間工作性能好。 (c)MQ2型傳感器具有良好的抗干擾性，可準確排 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)時間： Tres＜ 10秒 。 (g)恢復(fù)時間： 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。 對于選擇那種溫度傳感器我們需要考慮的因素有： A 所測量的溫度是不是要求記錄并且報警和自動控制，是不是要求遠距離傳送和遠距離傳輸。 B 要求的測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 所測量的溫度隨時間的變化速度，由于測量元件有滯后的世間，滯后的時間是否滿足要求。 E 所測量的場合對測量 的元件是不是有影響和危害。 F 經(jīng)濟性，元件的價格，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 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器結(jié)構(gòu)簡單，接線相對方便，有不同型式的封裝，不同的封裝可以用于多種場合，封裝如管道式、不銹鋼、磁鐵吸附式、螺紋式封裝，型號多種可以根據(jù)所需的場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： 15 A 這中傳感器能實用很寬泛的電壓，使用電壓范圍是： ~，一般不用獨立的電源，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相鏈接的時候只需要一條數(shù)據(jù)線就能實現(xiàn)單片機和傳感器的雙向通訊。 C 本傳感器支持多點網(wǎng)絡(luò)的功能，幾個傳感器可以并聯(lián)在一個三條線上，能夠?qū)崿F(xiàn)多點測試功能。 D 本傳感器使用的時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 本傳感器可以測量的溫度范圍是 － 55℃ ～ +125℃ ，當溫度在 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)需要高精度測量的場合。 G 九位的分辨率轉(zhuǎn)換時間是 ，當把分辨率設(shè)置為 12 為的時候需要的時間是 750ms 速度較快。 H 測量的結(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，同時也可以傳送 CRC 校驗碼，這樣傳感器就有很強的抗干擾能力，和糾錯的能力。 I 負壓特性：當電源的極性不小心接反的時候芯片不能燒毀，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。 當火災(zāi)發(fā)生的時候，煙霧傳感器將煙霧的濃度轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后經(jīng)過放大器，把信號進行放大和濾波，把有效信號傳遞給 A/D 轉(zhuǎn)換器，把模擬信號轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號，再傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將這些數(shù)字信號進行和記憶的數(shù)值進行對比，分析是否發(fā)生火災(zāi)，然后把濃度轉(zhuǎn)換為十進制送到顯示部分進行顯示，發(fā)出聲光報警。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 16 警系統(tǒng)必須有預(yù)熱的時間，才能發(fā)揮正常的作用。報警器需要向傳感器提供一個五伏的直流電源，為了使系統(tǒng)運行可靠性增強，在提供電源的同時，進行故障檢測。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，就會發(fā)出報警信號，但是這種報警信號是和火災(zāi)的報警信號是不同的。煙霧檢測器的功能如下： 當系統(tǒng)自身發(fā)生故障的時候能夠自己排查。 單片機有看門狗進行自檢單片機的狀態(tài)。 使用單片機的看門狗的功能，看門狗定時的檢測單片機的工作狀態(tài)，如果單片機進入死循環(huán)的狀態(tài)，馬上給單片機一個復(fù)位 信號，保證系統(tǒng)的正常工作。 各電路模塊的設(shè)計 單片機外圍接口電路 （ 1）晶振電路 晶振電路是給單片機工作提供時鐘信號的，芯片內(nèi)部有一個高增益的反相放大器用于形成內(nèi)部的振蕩器。引腳 XTAL1 是這個放大器的輸入端子， XTAL2 是這個放大器的輸出端子。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自激振蕩器。系統(tǒng)的晶振如圖 37 所示，但是外接的兩個電容的容量不同會對振蕩頻率的高低有一點影響，還有工作的穩(wěn)定性，對于起振的難易程度