【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件框圖 煙霧信號(hào)采集模塊 圖 31中 1， 2， 3 組成煙霧數(shù)據(jù)采集模塊，將現(xiàn)場(chǎng)煙霧濃度這一非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并以數(shù)字量的形式送給單片機(jī)。 離子感煙傳感器工作原理 離子感煙傳感器是應(yīng)用放射性同位素組成的火災(zāi)報(bào)警專用傳感器，其傳感靈1 煙 霧 傳 感 器 3 比 較 轉(zhuǎn) 換 2 信 號(hào) 處 理 4 聲 光 報(bào) 警 系 統(tǒng) 5 單片機(jī)系統(tǒng) AT89C51 6 聯(lián) 動(dòng) 消 防 裝 置 XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 16 敏度高，可靠性好，目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。 離子感煙傳感器由兩個(gè)電離室組成，外電離室有空與外界相通，煙霧可進(jìn)入電離室，而內(nèi)電離室是密封的，煙霧不能進(jìn)入。由于煙霧進(jìn)入外電離室，使內(nèi)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(hào)。 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(cè)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(jīng) B 流向 C，這時(shí)電離室是一個(gè)典型的電阻元件。初始條件下，在 B點(diǎn)的電位 Vb是相對(duì)穩(wěn)定的，煙霧進(jìn)入 AB 之間的檢測(cè)室時(shí)，電離狀態(tài)發(fā)生變化，導(dǎo)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(jù)歐姆定律，在 B 點(diǎn)上分壓值發(fā)生相應(yīng)的變化，這一變化經(jīng)過電路放大，做為火警信號(hào)輸出，從而實(shí) 現(xiàn)煙信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)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(yùn)動(dòng)，撞擊空氣分子，從而使極板間空氣分子電離為正離子和負(fù)離子 (電子 )，這樣電極之間原來不導(dǎo)電的空氣具有了導(dǎo)電性，實(shí)現(xiàn)這個(gè)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(gè)電壓 E，極板間原來做雜亂無(wú)章運(yùn)動(dòng)的正負(fù)離子，此時(shí)在電場(chǎng)的作用下，正負(fù)離子做有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。正離子向負(fù)極運(yùn)動(dòng)，負(fù)離子向正極運(yùn)動(dòng)，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(dāng)電離電流增加到一定值時(shí)，外加電壓再增高，電離電流也會(huì) 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(gè)電離室全部 α 射線所照射，電離室內(nèi)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(shù)學(xué)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(gè)電離室內(nèi)分為兩個(gè)性質(zhì)不同區(qū)域。如圖 34所示。我們把這個(gè)非電離區(qū)稱為主探測(cè)區(qū) 圖 33 電離電流和電壓的關(guān)系 圖 34 單極性電離室工作原理 一般離子感煙探測(cè)器 的電離室均設(shè)計(jì)成單極性的，因?yàn)楫?dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)煙霧進(jìn)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(shù)學(xué)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(cè)器的靈敏度 .在實(shí)際的離子感煙探測(cè)器設(shè)計(jì)中，是將兩個(gè)單極性電離室串聯(lián)起來，一個(gè)作為檢測(cè)電離室 (也叫外電離室 )，結(jié)構(gòu)上做成煙霧容易進(jìn)入的型式 。另一個(gè)作為補(bǔ)償電離室 (也叫內(nèi)電離室 )，做成煙粒子很難進(jìn)入，而空氣又能緩慢進(jìn)入的結(jié)構(gòu)型式 .電離室采用這種串聯(lián)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(duì)電離電流的影響，提高離子感煙探測(cè)器的環(huán)境使用 能力和穩(wěn)定性。 如圖 35 所示： 圖 35 檢測(cè)電離室和補(bǔ)償電離室示意圖 當(dāng)外電離室進(jìn)入燃燒生成物或者煙霧時(shí)，部分正離子和負(fù)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?cè)陔妶?chǎng)中的速度就比原來要慢的多，并且在移動(dòng)中還有部分正負(fù)離子中和，這樣到達(dá)正負(fù)極板的離子數(shù)量想對(duì)減少，即離子電流變小。煙霧數(shù)量越多，離子電流就越小。而內(nèi)電離室是封閉的，無(wú)煙塵離子進(jìn)入，離子電流是恒定的。內(nèi)電離室與外電離室是串連的，如圖 36所示。無(wú)煙霧時(shí)， A點(diǎn)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(diǎn)電位下降，其下降程度與煙霧數(shù)量成正比。有煙霧和無(wú)煙霧時(shí)其電位差可達(dá) 1V 以上。 開關(guān)電路 回路電壓 U U1 U2 補(bǔ)償電離室 檢測(cè)電離室 XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)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(biāo)準(zhǔn)等特點(diǎn)。它有兩個(gè)電子室及一個(gè)放射源（ AM241） ,對(duì)外有三個(gè)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(nèi)離子室 外電離室 內(nèi)電離室 等效電阻 R1 R +E +E A A U XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 20 UD— 02 型離子感煙傳感器主要電參數(shù)： 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(shí)，收集電極的電位變化可達(dá) ～ 。極間電容為 4PF，AM241放射源為 ～ ；器件重量為 12g,主要結(jié)構(gòu)材料為不銹鋼和塑料。 用電加熱器加熱到 440～ 480℃時(shí)，對(duì)不同材料所產(chǎn)生的煙霧，其傳感器收集電極電位變化 時(shí)的靈敏度見表 31所示： 表 31 UD— 02 型離子感煙 傳感器對(duì)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(yīng)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(nèi)部功 能框圖見圖 39 所示。 XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)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(nèi)部振蕩器的外接電容腳；7腳接定時(shí)電阻； 1 15腳為輸入保護(hù)用； 5 腳為發(fā)光管 LED； 1 與 4 腳為檢測(cè)腳； 3與 15腳為電壓與靈敏度設(shè)置腳； 10 與 11腳為報(bào)警輸出腳。 XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 22 +鎖 存+V D D鎖 存振 蕩 器定 時(shí) 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(hào)電壓比較器 圖 39 DQ295 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 DQ295 集成塊內(nèi)部設(shè)有檢測(cè)信號(hào)閥值設(shè)置（超過閥值即輸出報(bào)警聲）以及電池（或電源）低壓設(shè)置（電壓低于某值時(shí)發(fā)出報(bào)警聲）。 由圖 39 可以看出， A1 是檢測(cè)電池電壓的比較器，電池的分壓與內(nèi)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(nèi)部設(shè)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(bào)警聲（每 24 各時(shí)鐘脈沖檢測(cè)一次）。 3腳為電池電壓外部設(shè)置端，可以通過外接電阻網(wǎng)絡(luò)來改變其低電壓報(bào)警閥值。 A2 是檢測(cè)信號(hào)閥值比較器，無(wú)煙霧信號(hào)時(shí)，傳感器的輸出平衡電壓為 左右，大于 內(nèi)部設(shè)置的閥值電壓（約為 ），比較器 A2輸出低電平；當(dāng)有煙霧信號(hào)時(shí)，傳感器輸出電壓下降 1V左右，則其電壓小于內(nèi)部設(shè)置的閥值電壓，A2翻轉(zhuǎn)為輸出高電平，并發(fā)出調(diào)制報(bào)警聲。與 A1一樣，也可以通過第 13 腳的外接電阻網(wǎng)絡(luò)來改變閥值電平高低。 XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 23 離子感煙火災(zāi)報(bào)警器應(yīng)用電路 (1)電路原理： 離子感煙火災(zāi)報(bào)警器的應(yīng)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(jù)壓電晶體的不同型號(hào)而改變 圖 310 離子感煙火災(zāi)報(bào)警器 離子感煙傳感器由內(nèi)外兩個(gè)電離室組成，當(dāng)空氣中無(wú)煙霧時(shí)，輸出端 O輸出電平約等于 1/2 電源電壓即 ，這時(shí)集成塊 A 不工作，壓電陶瓷喇叭 B無(wú)聲。當(dāng)空氣中有煙霧粉塵時(shí)，煙霧顆粒進(jìn)入傳感器的外電離室，使離子電流大幅下降，相當(dāng)于等效電阻增大，所示 O 端電平下降。此電平下降的信號(hào)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(diào)制的報(bào)警信號(hào)，推動(dòng)壓電陶瓷報(bào)警喇叭發(fā)出響亮的報(bào)警聲。 途中 S是試驗(yàn)按鈕開關(guān)，離子傳感器經(jīng) R3 由 9V 電壓供電；當(dāng)按下 S 時(shí)，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(dāng)于有煙霧狀態(tài)，則 B發(fā)聲報(bào)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(shù)學(xué)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(yáng)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(guān)。 單片機(jī)控制中心 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的聲光火災(zāi)報(bào)警器，單片機(jī)是其中的核心部件，它就像大腦一樣，是設(shè)計(jì)中的樞紐。 AT89C51 是一種低功耗 /低電壓、高性能的 8位單片機(jī)、片內(nèi)帶有 4K 字節(jié)的 FLASH 可編程，可擦除只讀存儲(chǔ)器（ EPROM）， 它采用了 COMS 工藝和 ATMEL 公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)。而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS51 兼容。片內(nèi)的 FLASH 存儲(chǔ)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(chǔ)器編程器來編程。因此 AT89C51 是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)、可方便應(yīng)用在與本次設(shè)計(jì)相關(guān)的控制領(lǐng)域。 時(shí)鐘電路和工作方式 (1)時(shí)鐘電路 AT89C51 內(nèi)部有一個(gè)由反向放大器所構(gòu)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(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式時(shí)鐘電 路如圖 311 所示。在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)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(diào)作用，外部方式的時(shí)鐘電路如圖所示， XTAL1 接地 XTAL2 接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩器信號(hào)無(wú)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(hào)。 XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 25 圖 311 內(nèi)部方式和外部方式的時(shí)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(diào)制寄存器）中的 和 IDL（ ）位來控制。 PD 是掉電方式位，當(dāng) PD=1 時(shí)，激活掉電工作方式， ILD空閑方式位，當(dāng) ILD=1 時(shí)，激活空閑工作方式。若 PD和 IDL 同時(shí)為 1，則先激活掉電方式。 中斷系統(tǒng) 中斷技術(shù)是計(jì)算機(jī)一項(xiàng)很重要的技術(shù)。中斷系統(tǒng)是指能夠?qū)崿F(xiàn)中斷功能的相關(guān)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(shè)間的矛盾。有了中斷系統(tǒng)能使 計(jì)算機(jī)的功能更強(qiáng)、效率更高、使用更加方便靈活。 MCS— 51系列單片機(jī)中，不同類型的單片機(jī)，其中斷源數(shù)量不同。 8051單片機(jī)的中斷系統(tǒng)包括 5個(gè)中斷源、中斷請(qǐng)求標(biāo)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(jí)寄存器 IP及內(nèi)部硬件查詢電路等部分。 5個(gè)中斷源分為 2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)