【文章內容簡介】 1中 1， 2， 3 組成煙霧數據采集模塊，將現場煙霧濃度這一非電信號轉化為電信號，并以數字量的形式送給單片機。 離子感煙傳感器工作原理 離子感煙傳感器是應用放射性同位素組成的火災報警專用傳感器，其傳感靈1 煙 霧 傳 感 器 3 比 較 轉 換 2 信 號 處 理 4 聲 光 報 警 系 統(tǒng) 5 單片機系統(tǒng) AT89C51 6 聯 動 消 防 裝 置 XXXX 職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 16 敏度高，可靠性好，目前已經得到廣泛應用。 離子感煙傳感器由兩個電離室組成，外電離室有空與外界相通，煙霧可進入電離室，而內電離室是密封的，煙霧不能進入。由于煙霧進入外電離室，使內外兩電離室離子電流不 同，傳感器就輸出與煙霧成正比的傳感信號。 離子感煙傳感器的工作原理如圖 32 所示 。 圖 32 離子感煙探測器工作原理圖 在正常工作狀態(tài)下，放射源發(fā)出的射線電離了電離室的空氣，便有電流從 A經 B 流向 C，這時電離室是一個典型的電阻元件。初始條件下，在 B點的電位 Vb是相對穩(wěn)定的，煙霧進入 AB 之間的檢測室時，電離狀態(tài)發(fā)生變化，導致 AB 之間的電阻阻值變化，而 BC 間組成的參照室因不感覺煙的存在，基本保持阻值初始狀態(tài)不變，根據歐姆定律，在 B 點上分壓值發(fā)生相應的變化，這一變化經過電路放大，做為火警信號輸出，從而實 現煙信號到電信號的轉變。在電極之間放有 α放射源 241 镅，由于它持續(xù)不斷地放射出 α 射線， α 粒子以高速運動，撞擊空氣分子，從而使極板間空氣分子電離為正離子和負離子 (電子 )，這樣電極之間原來不導電的空氣具有了導電性，實現這個過程的裝置我們稱它為電離室。 如果在極板 P1 和 P2間加上一個電壓 E，極板間原來做雜亂無章運動的正負離子，此時在電場的作用下，正負離子做有規(guī)則的運動。正離子向負極運動，負離子向正極運動，從而形成了電離電流 I。施加的電壓 E 愈高，則電離電流愈大。當電離電流增加到一定值時，外加電壓再增高，電離電流也會 增加，此電流稱之為飽和電流 Is，如圖 33所示。 電離室又可分為雙極性和單極性兩種 .整個電離室全部 α 射線所照射，電離室內的空氣都被電離，我們把這種電離室稱為雙極性電離室。 XXXX 職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 17 所謂單極性電離室，是指電離室局部被 α 射線所照射，使一部分形成電離區(qū)，而未被 a 射線所照射的部分則為非電離區(qū)。這樣在同一個電離室內分為兩個性質不同區(qū)域。如圖 34所示。我們把這個非電離區(qū)稱為主探測區(qū) 圖 33 電離電流和電壓的關系 圖 34 單極性電離室工作原理 一般離子感煙探測器 的電離室均設計成單極性的，因為當發(fā)生火災時煙霧進入電離室后，單極性電離室要比雙極性電離室的電離電流變化大，也就是說可以電離電流 飽和電流 外加電壓 E I XXXX 職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 18 得到較大的電壓變化量，從而可以提高離子感煙探測器的靈敏度 .在實際的離子感煙探測器設計中，是將兩個單極性電離室串聯起來，一個作為檢測電離室 (也叫外電離室 )，結構上做成煙霧容易進入的型式 。另一個作為補償電離室 (也叫內電離室 )，做成煙粒子很難進入，而空氣又能緩慢進入的結構型式 .電離室采用這種串聯的方式，主要是為了減少環(huán)境溫度、濕度、氣壓等自然條件的變化對電離電流的影響，提高離子感煙探測器的環(huán)境使用 能力和穩(wěn)定性。 如圖 35 所示： 圖 35 檢測電離室和補償電離室示意圖 當外電離室進入燃燒生成物或者煙霧時，部分正離子和負離子被吸附到燃燒生成物和煙霧顆粒上，（燃燒生成物或者煙霧要比離子大 1000 倍左右），所以它們在電場中的速度就比原來要慢的多，并且在移動中還有部分正負離子中和，這樣到達正負極板的離子數量想對減少，即離子電流變小。煙霧數量越多，離子電流就越小。而內電離室是封閉的，無煙塵離子進入，離子電流是恒定的。內電離室與外電離室是串連的，如圖 36所示。無煙霧時， A點電位約為 1/2E。若有煙霧，外電離室的離子電流減小，等效電阻增加， A點電位下降，其下降程度與煙霧數量成正比。有煙霧和無煙霧時其電位差可達 1V 以上。 開關電路 回路電壓 U U1 U2 補償電離室 檢測電離室 XXXX 職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 19 圖 36 離子感煙傳感器等效電路圖 UD— 02 型離子感煙傳感器 UD— 02 型離子感煙傳感器具有靈敏度高、可靠性好，性能符合標準等特點。它有兩個電子室及一個放射源（ AM241） ,對外有三個引出腳： A電極（接電源正端 +9V）、 B電極（接地）、 C 電極（收集電極即輸出端），外形如圖 37 所示。 圖 37 UD02型傳感器 C B A A A B C 外離子室 內離子室 外電離室 內電離室 等效電阻 R1 R +E +E A A U XXXX 職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 20 UD— 02 型離子感煙傳感器主要電參數： 在 20177。 5℃近海平面清潔空氣條件下，收集電極（即 C電極）的平衡電位為～ ；有煙霧時，收集電極的電位變化可達 ～ 。極間電容為 4PF，AM241放射源為 ～ ；器件重量為 12g,主要結構材料為不銹鋼和塑料。 用電加熱器加熱到 440～ 480℃時，對不同材料所產生的煙霧，其傳感器收集電極電位變化 時的靈敏度見表 31所示： 表 31 UD— 02 型離子感煙 傳感器對煙霧靈敏度（收集電極電位變化△ V＝） 燃燒材料 煙霧含量（ mg/3m ） 陰暗度 (%) 硅橡膠 26 乙烯基材料 29 紙煙 115 3 過濾紙 40 棉花 56 離子感煙傳感器專用集成電路 DQ295 由于離子感煙傳感器的廣泛應用，與之配套的專用集成電路得到了迅速發(fā)展， DQ295 是與 UD— 02 型離子感煙傳感器相配套的專用集成電路。 DQ295 的管腳排列如圖 38 所示，其內部功 能框圖見圖 39 所示。 XXXX 職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 21 圖 38 DQ295 管腳圖 DQ295 各引腳功能如下： 第 15 腳接離子感煙傳感器的收集電極； 12 腳為內部振蕩器的外接電容腳；7腳接定時電阻； 1 15腳為輸入保護用； 5 腳為發(fā)光管 LED； 1 與 4 腳為檢測腳； 3與 15腳為電壓與靈敏度設置腳； 10 與 11腳為報警輸出腳。 XXXX 職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 22 +鎖 存+V D D鎖 存振 蕩 器定 時 器1 11 04V D DV D D8 0 K31 31 0 4 5 K1 1 2 5 K1 51 4V D D1 6V D D69A 2A 11 2785 V D D 注： A1 電池低電壓比較器 A2 信號電壓比較器 圖 39 DQ295 內部結構框圖 DQ295 集成塊內部設有檢測信號閥值設置（超過閥值即輸出報警聲）以及電池（或電源）低壓設置（電壓低于某值時發(fā)出報警聲）。 由圖 39 可以看出， A1 是檢測電池電壓的比較器，電池的分壓與內部穩(wěn)壓管相比較，若電池電壓較高，比較器 A1端輸出高電平；若電池電壓不足（內部設置的閥值電壓為 ～ ），則 A1 輸出低電平，并給出電池電壓不足的報警聲（每 24 各時鐘脈沖檢測一次）。 3腳為電池電壓外部設置端，可以通過外接電阻網絡來改變其低電壓報警閥值。 A2 是檢測信號閥值比較器，無煙霧信號時，傳感器的輸出平衡電壓為 左右，大于 內部設置的閥值電壓（約為 ），比較器 A2輸出低電平；當有煙霧信號時，傳感器輸出電壓下降 1V左右，則其電壓小于內部設置的閥值電壓，A2翻轉為輸出高電平，并發(fā)出調制報警聲。與 A1一樣，也可以通過第 13 腳的外接電阻網絡來改變閥值電平高低。 XXXX 職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 23 離子感煙火災報警器應用電路 (1)電路原理： 離子感煙火災報警器的應用電路見圖 310所示。它由離子感煙傳感器 UD02和與之配套的專用集成電路 DQ295等組成。 注：打 *的元件可根據壓電晶體的不同型號而改變 圖 310 離子感煙火災報警器 離子感煙傳感器由內外兩個電離室組成，當空氣中無煙霧時，輸出端 O輸出電平約等于 1/2 電源電壓即 ，這時集成塊 A 不工作，壓電陶瓷喇叭 B無聲。當空氣中有煙霧粉塵時，煙霧顆粒進入傳感器的外電離室，使離子電流大幅下降，相當于等效電阻增大，所示 O 端電平下降。此電平下降的信號加到集成塊的第 15 腳，使集成塊觸發(fā)工作，第 11 腳就輸出調制的報警信號，推動壓電陶瓷報警喇叭發(fā)出響亮的報警聲。 途中 S是試驗按鈕開關，離子傳感器經 R3 由 9V 電壓供電；當按下 S 時，傳感器由 R R4分壓供電，供電電壓只有 ，所以傳感器 O電輸出電平下降，相當于有煙霧狀態(tài)，則 B發(fā)聲報警。 (2)元器件選擇與制作 R1～ R6均用 RTX— 1/8W 型炭膜電阻器； C1～ C3可用 CT1 型磁介電容器； XXXX 職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 24 LED 為普通紅色二極管； B為三端壓電陶瓷揚聲器； 為保證電路可靠正常工作，電源最好采用 9V穩(wěn)壓電源供給； S為小型按鈕開關。 單片機控制中心 本設計是基于單片機的聲光火災報警器，單片機是其中的核心部件，它就像大腦一樣，是設計中的樞紐。 AT89C51 是一種低功耗 /低電壓、高性能的 8位單片機、片內帶有 4K 字節(jié)的 FLASH 可編程，可擦除只讀存儲器（ EPROM）， 它采用了 COMS 工藝和 ATMEL 公司的高密度非易失性存儲器技術。而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS51 兼容。片內的 FLASH 存儲器允許在系統(tǒng)內可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲器編程器來編程。因此 AT89C51 是一種功能強、靈活性高且價格合理的單片機、可方便應用在與本次設計相關的控制領域。 時鐘電路和工作方式 (1)時鐘電路 AT89C51 內部有一個由反向放大器所構成的振蕩電路， XTAL1 和 XTAL2 分別為振蕩電路的輸入端和輸出端，時鐘可以由內部方式產生或外部方式產生。內部方式時鐘電 路如圖 311 所示。在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接定時元件，內部振蕩電路就產生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯諧振電路。晶體可以在 到 12MHZ 之間選擇。電容值在 530PF 之間選擇。電容的大小可起頻率微調作用，外部方式的時鐘電路如圖所示， XTAL1 接地 XTAL2 接外部振蕩器。對外部振蕩器信號無特殊要求。只要保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHZ 的方波信號。 XXXX 職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 25 圖 311 內部方式和外部方式的時鐘電路 (2)省電工作 方式 AT89C51 有兩種可用軟件來選擇的省電方式 —— 空閑工作方式和掉電工作方式。這兩種方式是由專用寄存器 PCON（電源調制寄存器）中的 和 IDL（ ）位來控制。 PD 是掉電方式位，當 PD=1 時，激活掉電工作方式， ILD空閑方式位，當 ILD=1 時，激活空閑工作方式。若 PD和 IDL 同時為 1，則先激活掉電方式。 中斷系統(tǒng) 中斷技術是計算機一項很重要的技術。中斷系統(tǒng)是指能夠實現中斷功能的相關硬件電路和軟件程序。中斷系統(tǒng)的功能主要為了解決快速的 CPU與慢速的外設間的矛盾。有了中斷系統(tǒng)能使 計算機的功能更強、效率更高、使用更加方便靈活。 MCS— 51系列單片機中，不同類型的單片機，其中斷源數量不同。 8051單片機的中斷系統(tǒng)包括 5個中斷源、中斷請求標志位（分別在特殊功能寄存器 TCON和SCON中）、中斷允許控制寄存器 IE、中斷優(yōu)先級寄存器 IP及內部硬件查詢電路等部分。 5個中斷源分為 2個中斷優(yōu)先級，可實現兩級中斷嵌套， IE控制 CPU是否響應中斷請求。由 IP設置個中斷源的優(yōu)先