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正文內(nèi)容

基于單片機(jī)的自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-07-24 19:55 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(lèi)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(shuō)明: A1或A2為輸出的一端。 H為加熱接線(xiàn)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(mǎn)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(guò)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(xiàn)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。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):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(xiàn)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(xiàn)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,℃、℃、℃℃,這樣就能適應(yīng)需要高精度測(cè)量的場(chǎng)合。G ,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(xiàn)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(guò)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)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(xiàn)和傳感器的電源線(xiàn)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(mén)狗進(jìn)行自檢單片機(jī)的狀態(tài)。使用單片機(jī)的看門(mén)狗的功能,看門(mén)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)(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)于起振的難易程度和溫度的穩(wěn)定性能也是有影響的。例如使用的是石英晶體,電容的大小應(yīng)該是三十皮法左右,但是用的是陶瓷振蕩器電容的容量就應(yīng)該是四十皮法左右。本論文使用的是石英晶體,電容選擇的是三十皮法。(2)復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是:當(dāng)系統(tǒng)得電的時(shí)候提供一個(gè)復(fù)位信號(hào),當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定的時(shí)候在撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)。為了使運(yùn)行可靠,當(dāng)電源穩(wěn)定時(shí)候在經(jīng)過(guò)一段延時(shí)后再撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)。作用是為了防止當(dāng)電源開(kāi)關(guān)的瞬間有抖動(dòng)從而影響復(fù)位。復(fù)位是在單片機(jī)啟動(dòng)過(guò)程起作用的,這樣使處理器和系統(tǒng)的每個(gè)部件都處在初始的狀態(tài),然后開(kāi)始工作。單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是有復(fù)位引腳(REST)進(jìn)入到芯片里面的觸發(fā)器中的。在系統(tǒng)正常工作的時(shí)候,同時(shí)振蕩器穩(wěn)定后,如果復(fù)位引腳上有高電平信號(hào)并且持續(xù)了兩個(gè)周期以上即二十四個(gè)振蕩周期。單片機(jī)的處理器就會(huì)響應(yīng)把系統(tǒng)給復(fù)位。單片的有兩種復(fù)位方式,一種是手動(dòng)按鈕復(fù)位,另一種是上電復(fù)位,這個(gè)論文采用的是手動(dòng)復(fù)位。手動(dòng)復(fù)位是在需要復(fù)位的時(shí)候按下按鈕使復(fù)位端子加上高電平,采取的措施是在復(fù)位端和單片機(jī)的單元上接一個(gè)按鈕,當(dāng)想復(fù)位的時(shí)候,電源的電平就會(huì)接到復(fù)位端子上,則系統(tǒng)就會(huì)復(fù)位。人的動(dòng)作相對(duì)于系統(tǒng)是很慢的,按鈕的時(shí)間最快也是幾十毫秒。所以,設(shè)計(jì)完全能夠滿(mǎn)足復(fù)位的時(shí)間要求。復(fù)位電路中S1為手動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān),電容C3可避免高頻諧波對(duì)電路的干擾。AT89C51晶振電路與復(fù)位電路如圖35,圖36所示。圖35 AT89C51單片機(jī)的晶振電路圖36 AT89C51單片機(jī)的復(fù)位電路 ADC0832是的5號(hào)和6號(hào)引腳由于不同時(shí)有效,為了節(jié)省單片機(jī)的接口所以連接在一起使用,當(dāng)此引腳輸入的串行數(shù)據(jù)是0的時(shí)候則是選擇的通道0,當(dāng)輸入的是1的時(shí)候選擇的是通道1,當(dāng)輸入的是0、0的時(shí)候通道零接模擬信號(hào)的正相輸入端,通道一接輸入信號(hào)的負(fù)相。當(dāng)引腳的串行數(shù)據(jù)是0、1的時(shí)候零通道接入的是模擬信號(hào)的負(fù)相輸入端,一通道接入的是正相。本次論文只是用單相一通道,所以單片機(jī)的P37口首先個(gè)給轉(zhuǎn)換芯片一個(gè)低電平,激活芯片,然后在給芯片選中通道0。當(dāng)?shù)谌齻€(gè)時(shí)鐘脈沖下降的時(shí)候D0(6)開(kāi)始進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)工作,當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)是第四個(gè)的下降沿時(shí)候D0開(kāi)始輸出數(shù)據(jù)的高位DATA7當(dāng)像一個(gè)脈沖繼續(xù)輸出直到DATA0,然后開(kāi)始反向輸出即輸DATA0~DATA7,此次轉(zhuǎn)換結(jié)束。芯片和單片機(jī)的接口如圖37所示。 圖37ADC0832 煙霧信號(hào)調(diào)理電路 圖38煙霧信號(hào)處理模塊煙霧傳感器的處理信號(hào)圖38所示,當(dāng)煙霧濃度上升的時(shí)候,4(6)腳的電壓上升,使比較器的U電壓升高,當(dāng)電壓大于U+的時(shí)候輸出負(fù)電平,這使發(fā)光二極管發(fā)光,提醒監(jiān)視員,有異常情況發(fā)生,同時(shí)三極管的基極變?yōu)榈碗娖?,三極管由飽和區(qū)變?yōu)榻刂箙^(qū),輸出的TTL電平是低電平。同時(shí)在4(6)腳上輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器和電容的濾波,根據(jù)虛斷可知 (31) (32)虛短可知 (33)所以這將傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行了放大,可以增加報(bào)警系統(tǒng)的靈敏度。使用放大器可以是輸入的電阻增大,提高傳感器的靈敏度。 光報(bào)警電路此類(lèi)報(bào)警根據(jù)單片機(jī)所給電壓,確定LED燈中的電流流向,以驅(qū)動(dòng)燈發(fā)光。連接電路如圖39所示。圖中當(dāng)單片機(jī)為低電平時(shí),小燈是亮的;高電平時(shí),小燈滅。圖39 光報(bào)警電路 聲報(bào)警電路其電路圖如圖310所示圖310 聲報(bào)警電路 報(bào)警器故障自診斷判斷傳感器電源連接情況,在傳感器的地端串聯(lián)一個(gè)電阻R,當(dāng)傳感器正常連接時(shí),電阻和傳感器分壓,此時(shí)電阻兩端有微弱的電壓,:如果傳感器電源連接不正常,則會(huì)產(chǎn)生斷路,檢測(cè)到電阻兩端電壓為0V。LED數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體的發(fā)光器件,它的組成是發(fā)光二極管,通過(guò)點(diǎn)亮不同的二極管來(lái)顯示所需要的數(shù)字,可以顯示0~9的數(shù)字。數(shù)碼管按照發(fā)光二極管的數(shù)量可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管。八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)小數(shù)點(diǎn),按照能顯示八的個(gè)數(shù)可分為一位、兩位、四位等。按照二極管的連接方式可分為共陰極和共陽(yáng)極。其中共陰極指的是數(shù)碼管之中的發(fā)光二極管所有的陰
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