【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 敏式傳感器除了對(duì)煙霧敏感外還對(duì)可燃?xì)怏w敏感，可以對(duì)很多特定的可燃?xì)怏w進(jìn)行探測(cè)，因?yàn)槠浜苋菀缀蛦纹瑱C(jī)等計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，所以在單片機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常使用。本設(shè)計(jì)使用了氣敏式傳感器 ， 在 單純對(duì)煙霧的 探測(cè)方面，氣敏式傳感器性能并不如離子式傳感器 ，但它卻可以 探測(cè)空氣中可燃?xì)怏w ?？梢?有效地探測(cè) 一氧化碳 、 氫氣、 液化氣、甲烷、丙烷等 易燃易爆氣體 等多種可燃性氣體的微量泄漏 ，所以還 是有著大量的應(yīng)用。 在本設(shè)計(jì)中使用了 MQ2煙霧傳感器。 MQ2型煙霧傳感器 由 二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料 做成 ， 煙霧傳感器中有個(gè)加熱絲，通電后煙霧傳感器會(huì)加熱，當(dāng)加熱到 200~300攝氏度 時(shí) 時(shí)候 ，空氣中的氧 會(huì)被 煙霧傳感器 9 中的 二氧化錫 （ SnO?）吸附 ， 氧中的負(fù)離子會(huì)導(dǎo)致 半導(dǎo)體中的電子密度減少，電阻值增加。當(dāng) 傳感器 與煙霧接觸時(shí)， 吸附的氧減少，電子密度增加， 從而 導(dǎo)致 電阻值 的改變 ， 利用這一點(diǎn)就可以 很方便的檢測(cè)煙霧的存在 。 封裝好的 MQ2有 6個(gè)引腳，其中 2個(gè)是加熱用的，其他 4個(gè)是數(shù)據(jù)流出引腳。 煙霧傳感器 MQ2是電阻類元件 ，當(dāng) 檢測(cè)到 煙霧的時(shí)候， MQ2內(nèi)部 的 電阻值變化，從而導(dǎo)致 6腳輸出電壓變化， 電壓大小為 05V，通過 ADC0832的轉(zhuǎn)換，將電壓模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量 送 給單片機(jī) 處理 。 圖 36 煙霧傳感器和 A/D 模塊 溫度傳感器 本設(shè)計(jì)使用的 溫度探測(cè)器 是 DS18B20數(shù)字溫度傳感器。 它的為 測(cè)溫范圍－ 55℃～ +125℃ ， 特別值得注意的是其有 ℃ 的 固 有測(cè)溫誤差 ，測(cè)量誤差還是很大的，但作為火災(zāi)報(bào)警器來(lái)說(shuō)并不要求太高的精度。這種傳感器具有 價(jià)格低廉，體積小，結(jié)實(shí)耐用 等優(yōu)點(diǎn) ， 特別是 DS18B20在與 單片機(jī) 連接時(shí) 不需要任何外圍部 件，只要 要一條線即可實(shí)現(xiàn) 單片機(jī) 與 DS18B20的 連接，使用十分簡(jiǎn)單，因此在單片機(jī)系統(tǒng)中的使用十分廣泛。 DS18B20 有三只引腳， GND， DQ， 和 VDD。 封裝后的結(jié)構(gòu)圖如圖 37所示。 圖 37 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器 10 DS18B20的 三個(gè)引腳功能如表 4所示，其中 GND引腳 接地， VDD為可選的 177。 5V 引 腳 ，在實(shí)際中一般接VCC， DQ引 腳 也就是數(shù)據(jù)輸出引腳可以直接和單片機(jī)連接。具體結(jié)構(gòu)仿真如圖 38。 表 4 DS18B20 詳細(xì)引腳功能描述 圖 38 DS18B20 模塊結(jié)構(gòu)圖 LED 數(shù)碼管 本設(shè)計(jì)的顯示系統(tǒng)使用的是發(fā)光二極管顯示器（ LED)，又稱數(shù)碼管，價(jià) 格 低廉 和使用方便是其最大的優(yōu)點(diǎn)，使用方便主要表現(xiàn)為其自身 結(jié)構(gòu) 十分 簡(jiǎn)單 而且 與單片機(jī) 連接方式也很簡(jiǎn)單，控制起來(lái)也十分方便，因此其 在單片機(jī) 開發(fā) 中十分 受歡迎。 LED 數(shù)碼管顯示器由 7段條形的發(fā)光二極管組成 ，這些二極管組成了“ 8”字形 。例 如，要顯示“ 1”則點(diǎn)亮 b、 c段 的二極管 ， 顯示“ 2”就點(diǎn)亮“ abged”段的數(shù)碼管。 在 LED數(shù)碼管顯示器中， 為了 簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路通常 會(huì) 把 各個(gè) 發(fā)光二極管的陰極 或 陽(yáng)極邊放在一起 進(jìn)行接地或者接VCC。發(fā)光二極管的陰極一起接地的為共 陰極，陽(yáng)極一起接高電平的為共陽(yáng)極接法。 圖 39 LED 數(shù)碼管顯示器結(jié)構(gòu)和接法圖 11 根據(jù)二極管單向?qū)ǖ奶匦?從圖 310不難看出對(duì)于共陰極數(shù)碼管， 想要 點(diǎn)亮字段 就要從輸入端輸入用高電平 “ 1”； 而對(duì)于共陽(yáng)極數(shù)碼管，點(diǎn)亮字段則 要輸入 低電平 也就是“ 0” 。這樣就可以把要顯示的數(shù)字與 像表 4那樣和 二進(jìn)制代碼 一一 對(duì)應(yīng)起來(lái)， 根據(jù)需要顯示的字段是否點(diǎn)亮就能 對(duì) 7段 LED數(shù)碼顯示器實(shí)現(xiàn)編碼。 表 4 7 段數(shù)碼管顯示器編碼表 字型 g f e d c b a 共陰 共陽(yáng) 0 0 1 1 1 1 1 1 3F C0 1 0 0 0 0 1 1 0 0C F3 2 1 0 1 1 0 1 1 76 89 3 1 0 0 1 1 1 1 5E A1 4 1 1 0 0 1 1 0 4D B2 5 1 1 0 1 1 0 1 5B A4 6 1 1 1 1 1 0 1 7B 84 7 0 0 0 0 1 1 1 0E F1 8 1 1 1 1 1 1 1 7F 80 9 1 1 0 1 1 1 1 5F A0 單片機(jī)的引腳電流雖然可以直接驅(qū)動(dòng)很多原件，但是有些耗電大的原件無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)，這時(shí)就需要使用三極管進(jìn)行電流放 大，三極管分為 NPN和 PNP兩種。如圖 310所示，其中 C端 為集電極， E端 為發(fā)射極，B端 為基極。 NPN三極管 電流從發(fā)射極流出的三極管 。所以發(fā)射極會(huì)直接或間接的接地，而集電極會(huì)接 VCC。PNP三極管正好 相反，電流從發(fā)射極流入的三極管。 接法也是相反的， 發(fā)射極接 VCC，集電極接地。 圖 310 三極管結(jié)構(gòu)圖 本設(shè)計(jì)使用的是 4 位 數(shù)碼管 ，其中第一位顯示煙霧濃度，第二位為分隔符顯示“ ” ，最后兩位顯示溫度。具體接法 為共陽(yáng) 極接法 ， 因?yàn)?單片機(jī)輸出電流比較小， 所以要 用 三極管來(lái)進(jìn)行電流的放大，本設(shè)計(jì)用了 4 個(gè) PNP 型的三極管 來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 顯示器 。 在仿真中數(shù)碼管的 1234 引腳接的是三極管放大電路，功能是位選擇。而具體的亮那一條二極管組成什么數(shù)字則由 ABCDEFG引腳控制， DP引腳為小數(shù)點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)沒有用。 具體結(jié)構(gòu)仿真如圖 311。 12 311 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 報(bào)警器 本設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)使用的是蜂鳴器，蜂鳴器的工作原理 很簡(jiǎn)單，當(dāng) 電流通過電磁線圈 時(shí)會(huì) 產(chǎn)生磁場(chǎng) ，這個(gè)磁場(chǎng)會(huì) 使鼓膜震動(dòng) 從而 發(fā)聲。 和數(shù)碼管顯示器一樣 單片機(jī)輸出 的電流太小，無(wú)法直接連接蜂鳴器，因此需要一個(gè)電流放大的電路。 所以 在設(shè)計(jì)時(shí)加上了一個(gè) NPN三極管 控制 蜂鳴器 ， 將 蜂鳴器正極接電源，負(fù)極接的集電極， 三極管的 發(fā)射極接地 。 具體結(jié)構(gòu)仿真如圖 312。 圖 312 蜂鳴器 13 4 軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)程序很長(zhǎng)， 是 整個(gè)系統(tǒng)最難設(shè)計(jì)的部分。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)分成幾個(gè)部分來(lái)進(jìn)行，進(jìn)行模塊化的程序設(shè)計(jì)。我主要分了以下幾個(gè)部分來(lái)進(jìn)行：溫度讀取和部分，溫度顯示部分， A/D轉(zhuǎn)換部分， 煙霧讀取顯示部分，報(bào)警部分，按鍵設(shè)置部分等。 主程序流程圖 圖 41 主程序流程圖 初始化 開始 傳感器預(yù)熱 并故障預(yù)檢 按鍵掃描 和鍵值處理 是否按下設(shè)置鍵 進(jìn)入報(bào)警設(shè)置模式 A/D 轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)處理 是否超過報(bào)警上限 進(jìn)入報(bào)警處理程序 濃度和溫度 顯示程序 14 keil 本設(shè)計(jì) 使用的軟件設(shè)計(jì)工具為 Keil， 這款軟件可以 根據(jù)寫好的程序產(chǎn)生 C文件和 HEX文件，可以在51系列 單片機(jī) 上進(jìn)行燒寫。 圖 42 Keil 界面圖 程序編寫完畢后生成 HEX文件，將這個(gè)文件通過燒寫器燒進(jìn)單片機(jī)中即可。在對(duì)單片機(jī)進(jìn)行燒寫前最好將程序在 protues仿真中進(jìn)行仿真，修改不足和錯(cuò)誤的部分，當(dāng)在仿真中可以無(wú)誤的運(yùn)行后再進(jìn)行正式燒寫。這樣可以避免一些對(duì)單片機(jī)或者整個(gè)系統(tǒng)的損害，而且 AT89S52需要專門的 單片機(jī)燒寫器和燒寫軟件，每次燒寫都比較繁瑣。 Keil可以和 protues進(jìn)行聯(lián)調(diào)，這樣可以更方便的調(diào)試程序。 15 5 實(shí)物制作展示 實(shí)物制作注意事項(xiàng) 在仿真測(cè)試無(wú)誤后，就應(yīng)當(dāng)開始制作實(shí)物。制作實(shí)物最難的就是焊接電路，剛剛接觸焊接應(yīng)當(dāng)上網(wǎng)找一些視頻，學(xué)習(xí)視頻中焊接的姿勢(shì)、注意事項(xiàng)、流程，然后找?guī)讐K舊的板子試著練習(xí)，直到可以很熟練的焊接。焊接時(shí) 電烙鐵 應(yīng)當(dāng) 成 水平 60176。角。 這樣 便于熔化的錫流到焊點(diǎn)上。烙鐵頭在焊點(diǎn)處停留的時(shí)間控制在 2～ 3秒鐘 ，過多的話會(huì)和附近的線路焊在一起造成短路，太少又會(huì)造成虛焊產(chǎn)生斷路 。 特別注意三極管的引腳，特別是 PNP和 NPN三極管接法不一樣很 容易焊錯(cuò)，而且 溫度傳感器 DS18B20和三極管的外觀一模一樣，要仔細(xì)分辨 。還要注意焊接時(shí)線不小心連在一起或者虛焊引起的短路和斷路的問題，出現(xiàn)問題后用萬(wàn)用表仔細(xì)排查電路。 （ 1） 正常狀態(tài) 下，沒有檢測(cè)到煙霧或可燃?xì)怏w，數(shù)碼管第一位顯示煙霧濃度，顯示“ 0”，最后兩位顯示溫度。但是由于煙霧傳感器需要預(yù)熱才能正常工作，所以當(dāng)剛剛通電時(shí)煙霧濃度可能會(huì)錯(cuò)誤顯示為“ 1” 。過一段時(shí)間后，煙霧傳感器預(yù)熱完畢后會(huì)正確顯示。左下角三個(gè)按鍵從左到右依次是 設(shè)置鍵，減下鍵和增大鍵。左邊的鍵為手動(dòng)報(bào)警鍵，中間的按鍵為復(fù)位鍵。 圖 51 正常狀態(tài) 16 (2)打火機(jī)釋放出可燃?xì)怏w 丁烷 ，煙霧傳感器檢測(cè)到 后 蜂鳴器報(bào)警 ， 并顯示數(shù)值。 圖 52 檢測(cè)到可燃?xì)怏w 6 總結(jié) 火災(zāi) 報(bào)警器可 以 保障 人們 生產(chǎn)與生活的安全， 可以及早發(fā)現(xiàn) 火災(zāi)和 預(yù)防易燃易爆氣體 爆炸事故發(fā)生，因此其具有很好的實(shí)用性。 本文設(shè)計(jì) 的 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)采用了溫度傳感器 DS18B20和煙霧傳感器 MQ2相結(jié)合的多傳感器探測(cè)方法， 相比單一傳感器的火災(zāi)報(bào)警器 系統(tǒng)靈敏度 更 高、在火災(zāi)發(fā)生的早期就能準(zhǔn)確的報(bào)警， 具有 系統(tǒng)安全可靠 ，誤報(bào) 漏報(bào) 率低，操作 簡(jiǎn)單 ，成本 低廉等優(yōu)點(diǎn) 。 但同時(shí)也應(yīng)該看到正是因?yàn)槌杀締栴}，這個(gè)系統(tǒng)其實(shí)并不完美，如果使用更好的傳感器可以做的更好。 系