【文章內(nèi)容簡介】 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(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，主要檢測各種還原性煙霧，如、等。因而得到廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體氣體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)。而設(shè)計(jì)中MQ2/MQ2S氣敏傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫()。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃性氣體時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃性氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號(hào)。 MQ2型傳感器的外觀如下圖所示。 MQ2型傳感器的外觀MQ2氣敏元件由微型陶瓷管、 敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個(gè)用于信號(hào)取出，2個(gè)用于提供加熱電流。 MQ2氣敏傳感器電路圖2. MQ2氣敏傳感器的特性及主要技術(shù)指標(biāo) (1)MQ2氣敏傳感器的基本特性 ①靈敏度特性 氣敏傳感器在最佳工作條件下，接觸同一種氣體或煙霧，其電阻值隨氣體濃度變化的特性稱之為靈敏度特性，用表示。 (31) 式中，為氣敏傳感器潔凈空氣條件下的電阻值，為氣敏傳感器在一定濃度的檢測氣體或煙霧中的電阻值。 雖然對于不同的氣體或煙霧，器件靈敏度特性的值也會(huì)各有差異，但是它們都遵循同一規(guī)律， (32)式中，為器件相對氣體或煙霧濃度變化的敏感性，又稱煙霧分離能，對于煙霧，值為1/2~1/3；為檢測煙霧的濃度。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。②初期穩(wěn)定特性 半導(dǎo)體氣敏傳感器在不通電狀態(tài)存放一段時(shí)間后，再通電時(shí)，器件并不能立即投入正常工作。這是因?yàn)闅饷魝鞲衅髦械亩趸a在不通電的狀態(tài)下會(huì)吸附空氣中的水蒸氣，當(dāng)再次通電時(shí)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(shí)氣敏電阻值達(dá)到穩(wěn)定時(shí)所需要的時(shí)間，定義為初期穩(wěn)定時(shí)間。③加熱特性 半導(dǎo)體氣敏傳感器一般要在較高的溫度(200~450℃)下工作，所以需要對其加熱。(2) MQ2型傳感器的特性參數(shù) ①回路電壓：() 5~24V ②取樣電阻：() ~20K③加熱電壓：()5177。④加熱功率：(P)約750mW ⑤靈 敏 度：以甲烷為例(air)/(%)＞5 ⑥響應(yīng)時(shí)間：Tres＜10秒 ⑦恢復(fù)時(shí)間：Trec＜30秒顯示電路中直接用單片機(jī)的8位數(shù)據(jù)口作為數(shù)碼管的8段顯示驅(qū)動(dòng)口。這種顯示方式雖然簡便，電路也最簡單，但顯示的位數(shù)很少（最多四位）。但已經(jīng)滿足了此次設(shè)計(jì)要求，所以選用此種方式。1. LED的結(jié)構(gòu)原理發(fā)光二極管是一種將電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。簡稱LED(Light Emitting Diode)。LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜。LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的廉價(jià)輸出設(shè)備。它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一段筆畫發(fā)亮?？刂撇煌M合的二級管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。使用LED顯示器的時(shí)候，為了顯示數(shù)字或是字符，要為LED顯示器提供代碼，因?yàn)檫@些代碼是通過各個(gè)段的亮與滅來顯示不同字符的，因此稱之為段碼。 顯示器工作原理由N個(gè)LED顯示塊可以接成N位LED顯示器。N個(gè)LED顯示塊有N根位選線和8*N根段選線。根據(jù)顯示方式的不同，位選線和段選線的連接方法也各不同。段選線控制顯示字符的字型，而位選線為各個(gè)LED顯示塊的公共端，它控制該LED顯示位的亮暗。（1）LED靜態(tài)顯示方式LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極或是共陽極連接在一起并接地（或是+5V）；每段的段選線（a～dp）分別與一個(gè)8位的鎖存器輸出連接。所以稱為靜態(tài)顯示。LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個(gè)字符為止。也正是因?yàn)槿绱?，靜態(tài)顯示的亮度都較高。（2）LED動(dòng)態(tài)顯示方式在多位LED顯示時(shí)，為了簡化硬件電路，通常將所有位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位的共陰極或是共陽極分別由相應(yīng)的I/O線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。采用掃描顯示方式，即在某一時(shí)刻，只要讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的為選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的段碼。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符。雖然這些字符上在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而且同一時(shí)刻，只有一個(gè)位顯示，其他各位熄滅，但是LED顯示器的余輝和人眼的視覺暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多位同時(shí)亮的假象，達(dá)到同時(shí)顯示的目的。本次設(shè)計(jì)是使用了數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示方式。綜上所述，顯示電路的連接方式及工作原理都已經(jīng)清楚明了。本次設(shè)計(jì)中選用的數(shù)碼管是共陽極LED。 ，—、亮，用于顯示傳感器所檢測到的濃度值。其功能主要是通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)的。 數(shù)碼顯示管與單片機(jī)的連接圖蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。 蜂鳴器原理圖蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路一般都包含以下幾個(gè)部分：一個(gè)三極管、一個(gè)蜂鳴器、一個(gè)續(xù)流二極管和一個(gè)電源濾波電容。①蜂鳴器發(fā)聲元件，在其兩端施加直流電壓（有源蜂鳴器）或者方波（無源蜂鳴器）就可以發(fā)聲，其主要參數(shù)是外形尺寸、發(fā)聲方向、工作電壓、工作頻率、工作電流、驅(qū)動(dòng)方式（直流/方波）等。這些都可以根據(jù)需要來選擇。②續(xù)流二極管蜂鳴器本質(zhì)上是一個(gè)感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個(gè)續(xù)流二極管提供續(xù)流。否則，在蜂鳴器兩端會(huì)產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動(dòng)三極管，并干擾整個(gè)電路系統(tǒng)的其它部分。③濾波電容濾波電容C1的作用是濾波，濾除蜂鳴器電流對其它部分的影響，也可改善電源的交流阻抗，如果可能，最好是再并聯(lián)一個(gè)220uF的電解電容。④三極管三極管Q1起開關(guān)作用，其基極的高電平使三極管飽和導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲；而基極低電平則使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。 繼電器是一種電控制器件，是當(dāng)輸入量（激勵(lì)量）的變化達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。作為控制元件，概括起來，繼電器有如下幾種作用： ①擴(kuò)大控制范圍：例如，多觸點(diǎn)繼電器控制信號(hào)達(dá)到某一定值時(shí)，可以按觸點(diǎn)組的不同形式，同時(shí)換接、開斷、接通多路電路。 ②放大：例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個(gè)很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。 ③綜合信號(hào)：例如，當(dāng)多個(gè)控制信號(hào)按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時(shí)，經(jīng)過比較綜合，達(dá)到預(yù)定的控制效果。 ④自動(dòng)、遙控、監(jiān)測：例如，自動(dòng)裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。本設(shè)計(jì)中設(shè)置了3個(gè)按鍵功能KKK3，、。按下K1“設(shè)置鍵”，系統(tǒng)進(jìn)入報(bào)警值設(shè)置菜單，數(shù)碼管顯示當(dāng)前的報(bào)警閥值，此時(shí)按K2“加”鍵，報(bào)警閥值加“1”；按K3“減”鍵，報(bào)警閥值減“1”。設(shè)置好報(bào)警閥值后按下K1“設(shè)置鍵”，系統(tǒng)退出設(shè)置菜單，進(jìn)入煙霧濃度測量顯示菜單。 系統(tǒng)功能擴(kuò)展 系統(tǒng)還有可以實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)串口通訊，對報(bào)警器采取統(tǒng)一控制，以及便于采集和處理數(shù)據(jù)，也可以在計(jì)算機(jī)上更改報(bào)警限值等。本系統(tǒng)設(shè)置了按鍵功能更改報(bào)警限值。系統(tǒng)還留有繼電器接口，可以帶動(dòng)排風(fēng)扇，也可以控制管道電子閥門，可在報(bào)警的同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)安全裝置。 設(shè)計(jì)的硬件電路通過對上面各組成部分的方案的設(shè)計(jì)，分析和選用，至此，硬件部分完整的電路圖已經(jīng)定型。 設(shè)計(jì)的總體電路圖4 軟件部分裝置的硬