【文章內(nèi)容簡介】 傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器，它具有靈敏度高， 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，因而得到廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體煙霧傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性(抗干擾性)和穩(wěn) 定性(使用壽命)。 經(jīng)過對比上述兩種煙霧傳感器的應(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：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價格便宜，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護成本較低等。因此，本設(shè)計采用半導(dǎo)體煙霧傳感器作為報警器煙霧信息采集部分的核心。而在眾多半導(dǎo)體氣體傳感器中，本設(shè)計選用MQ2型煙霧傳感器，這種型號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、壽命長等優(yōu)點。 MQ2型煙霧傳感器的工作原理 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。按敏感機理分類，可分為電阻型和非電阻型。半導(dǎo)體氣敏元件也有N型和P型之分。N型在檢測時阻值隨煙霧濃度的增大而減??；P型阻值隨煙霧濃度的增大而增大。 所利用的特性工作溫度表面電阻控制器300～450176。C類型所利用的特性工作溫度代表性被檢測氣體電阻型電阻表面電阻控制器300～450176。C可燃性氣體體電阻控制器300～450176。C700176。C以上乙醇、可燃性氣體非電阻型二極管整流特性室溫～200176。CHCO、乙醇晶體管特性150176。CHH2S本設(shè)計中采用的MQ2型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導(dǎo)體。當(dāng)處于200~300176。C溫度時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少， 從而使其電阻值增加。當(dāng)與煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘受 到該煙霧的調(diào)制而變化，就會引起表而電導(dǎo)率的變化。利用這一點就可以 獲得這種煙霧存在的信息。遇到可燃煙霧（如CH4等）時，原來吸附的氧脫附，而由可燃煙霧以正離子狀態(tài)吸附在二氧化錫半導(dǎo)體表面；氧脫附放出電子，煙霧以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使二氧化錫半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子密度增加，電阻值下降。而當(dāng)空氣中沒有煙霧時，二氧化錫半導(dǎo)體又會自 動恢復(fù)氧的負離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是MQ2型燃性煙霧傳感器檢測可燃煙霧的基本原理。MQ2型傳感器的結(jié)構(gòu)圖如 。 MQ2型傳感器的外觀 MQ2型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 （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(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)計電壓范圍寬，24V以下均可；加熱電壓5177。 （2）MQ2型傳感器的基本特性 （a）靈敏度特性 煙霧傳感器在最佳工作條件下，接觸同一種煙霧，其電阻值RS隨氣 體濃度變化的特性稱之為靈敏度特性，用K表示。 K=RS / R0 (21) 式中，R0為煙霧傳感器潔凈空氣條件下的電阻值，RS為煙霧傳感器在一定濃度的檢測煙霧中的電阻值。 雖然對于不同的煙霧，器件靈敏度特性K的值也會各有差異，但是它們都遵循同一規(guī)律，log RS = m logC + n (22)式中，m為器件相對煙霧濃度變化的敏感性，又稱煙霧分離能，對于 煙霧，m值為1/2～1/3；C為檢測煙霧的濃度。n為與檢測煙霧，器件材料有關(guān)，并隨測試溫度和材料中有無增感劑而有所不同。 （b）初期穩(wěn)定特性 半導(dǎo)體煙霧傳感器在不通電狀態(tài)存放一段時間后，再通電時，器件并不能立即投入正常工作。這是因為煙霧傳感器中的二氧化錫在不通電的狀態(tài)下會吸附空氣中的水蒸氣，當(dāng)再次通電時需要預(yù)熱幾分鐘使水蒸氣蒸發(fā)后，氣敏電阻才能正常工作。再通電工作時氣敏電阻值達到穩(wěn)定時所需要的時間，定義為初期穩(wěn)定時間。一般情況下，不通電時間越長，初期穩(wěn)定時間也越長，當(dāng)不通電存放時間達到15天左右時，初期穩(wěn)定時間一 般需要5分鐘左右。 （c）加熱特性 半導(dǎo)體煙霧傳感器一般要在較高的溫度(200～450176。C)下工作，所以需要對其加熱。由于傳感器一般工作在易燃易爆環(huán)境下，若加熱絲直接與電源相接，當(dāng)加熱絲局部短路造成器件過熱或放電時，可能引發(fā)事故。所以必須使用傳感器生產(chǎn)廠家推薦的加熱電壓，使其工作在較安全的范圍內(nèi)。MQ2型煙霧傳感器加熱電壓為5177。，加熱電阻為31177。3?。當(dāng)加熱絲斷路時，由于熱惰性緣故，煙霧傳感器的氣敏特性并不立即消失，此時檢測必出現(xiàn)較大的誤差。為避免出現(xiàn)這種情況，并及時發(fā)現(xiàn)氣敏元件的故障， 需要設(shè)計加熱絲故障診斷報警電路。 （3）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 3． 煙霧檢測報警器整體設(shè)計方案 本論文中的煙霧檢測報警器以STC89C52RC單片機為控制核心，采用MQ2型電阻式半導(dǎo)體傳感器采集煙霧信息。 首先，傳感器送來的煙霧濃度對應(yīng)的微小的電壓信號經(jīng)過放大，轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號送入ADC0832；然后，在ADC0832內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換、然后送入單片機進行濃度比較，并判斷濃度值是否超出報警限，當(dāng)濃度處于正常狀態(tài)綠燈長亮，當(dāng)煙霧濃度超出設(shè)定的限定值時，發(fā)出聲音報警并伴隨紅燈閃亮。另外由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)越 快，響應(yīng)時間和恢復(fù)時間就越快。為提高響應(yīng)時間，保證傳感器準(zhǔn)確地、 穩(wěn)定地工作，報警器需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個5V的電壓。，系統(tǒng)以單片機為核心，配合外圍電路共同完成信號采集、狀態(tài)顯示、報警、按鍵輸入等功能。 煙霧傳感器檢測報警器結(jié)構(gòu)框圖 STC89C52RC單片機的結(jié)構(gòu)STC89C52RC單片機是一款低功耗、低電壓、高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8KB（可經(jīng)受1000次擦寫周期）的FLASH可編程可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（EPROM），器件采用CMOS工藝和ATMEL公司的高密度，非易失性存儲器（NURAM）技術(shù)制造，其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS51兼容，片內(nèi)的FLASH存儲器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲編程器來編程。因此，STC89C52RC是一種功能強，靈活性高且價格合理的單片機，可方便的應(yīng)用在各個控制領(lǐng)域[1]。STC89C52RC具有以下主要性能：； ：0～24HZ；；，輸出（I、O）口；圖22 STC89C52RC引腳說明22引腳說明如圖引腳功能說明如下：VCC：電源電壓。GND：地。P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)線復(fù)用口。作為輸出口時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端。在訪問外部數(shù)據(jù)儲存器或程序儲存器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。FLASH編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗