【文章內(nèi)容簡介】 敏式傳感器除了對煙霧敏感外還對可燃?xì)怏w敏感，可以對很多特定的可燃?xì)怏w進行探測，因為其很容易和單片機等計算機進行連接，所以在單片機系統(tǒng)中經(jīng)常使用。本設(shè)計使用了氣敏式傳感器 ， 在 單純對煙霧的 探測方面，氣敏式傳感器性能并不如離子式傳感器 ，但它卻可以 探測空氣中可燃?xì)怏w ?？梢?有效地探測 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 ， 煙霧傳感器中有個加熱絲，通電后煙霧傳感器會加熱，當(dāng)加熱到 200~300攝氏度 時 時候 ，空氣中的氧 會被 煙霧傳感器 9 中的 二氧化錫 （ SnO?）吸附 ， 氧中的負(fù)離子會導(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， 吸附的氧減少，電子密度增加， 從而 導(dǎo)致 電阻值 的改變 ， 利用這一點就可以 很方便的檢測煙霧的存在 。 封裝好的 MQ2有 6個引腳，其中 2個是加熱用的，其他 4個是數(shù)據(jù)流出引腳。 煙霧傳感器 MQ2是電阻類元件 ，當(dāng) 檢測到 煙霧的時候， 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 處理 。 圖 36 煙霧傳感器和 A/D 模塊 溫度傳感器 本設(shè)計使用的 溫度探測器 是 DS18B20數(shù)字溫度傳感器。 它的為 測溫范圍－ 55℃～ +125℃ ， 特別值得注意的是其有 ℃ 的 固 有測溫誤差 ，測量誤差還是很大的，但作為火災(zāi)報警器來說并不要求太高的精度。這種傳感器具有 價格低廉，體積小，結(jié)實耐用 等優(yōu)點 ， 特別是 DS18B20在與 單片機 連接時 不需要任何外圍部 件，只要 要一條線即可實現(xiàn) 單片機 與 DS18B20的 連接，使用十分簡單，因此在單片機系統(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 格 低廉 和使用方便是其最大的優(yōu)點，使用方便主要表現(xiàn)為其自身 結(jié)構(gòu) 十分 簡單 而且 與單片機 連接方式也很簡單，控制起來也十分方便，因此其 在單片機 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”則點亮 b、 c段 的二極管 ， 顯示“ 2”就點亮“ abged”段的數(shù)碼管。 在 LED數(shù)碼管顯示器中， 為了 簡化驅(qū)動電路通常 會 把 各個 發(fā)光二極管的陰極 或 陽極邊放在一起 進行接地或者接VCC。發(fā)光二極管的陰極一起接地的為共 陰極，陽極一起接高電平的為共陽極接法。 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不難看出對于共陰極數(shù)碼管， 想要 點亮字段 就要從輸入端輸入用高電平 “ 1”； 而對于共陽極數(shù)碼管，點亮字段則 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 二進制代碼 一一 對應(yīng)起來， 根據(jù)需要顯示的字段是否點亮就能 對 7段 LED數(shù)碼顯示器實現(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 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 單片機的引腳電流雖然可以直接驅(qū)動很多原件，但是有些耗電大的原件無法直接驅(qū)動，這時就需要使用三極管進行電流放 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)射極會直接或間接的接地，而集電極會接 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 極接法 ， 因為 單片機輸出電流比較小， 所以要 用 三極管來進行電流的放大，本設(shè)計用了 4 個 PNP 型的三極管 來驅(qū)動數(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，在本設(shè)計沒有用。 具體結(jié)構(gòu)仿真如圖 311。 12 311 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 報警器 本設(shè)計的報警系統(tǒng)使用的是蜂鳴器，蜂鳴器的工作原理 很簡單，當(dāng) 電流通過電磁線圈 時會 產(chǎn)生磁場 ，這個磁場會 使鼓膜震動 從而 發(fā)聲。 和數(shù)碼管顯示器一樣 單片機輸出 的電流太小，無法直接連接蜂鳴器，因此需要一個電流放大的電路。 所以 在設(shè)計時加上了一個 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 本設(shè)計程序很長， 是 整個系統(tǒng)最難設(shè)計的部分。在設(shè)計時應(yīng)當(dāng)分成幾個部分來進行，進行模塊化的程序設(shè)計。我主要分了以下幾個部分來進行：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 進入報警設(shè)置模式 A/D 轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)處理 是否超過報警上限 進入報警處理程序 濃度和溫度 顯示程序 14 keil 本設(shè)計 使用的軟件設(shè)計工具為 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 上進行燒寫。 圖 42 Keil 界面圖 程序編寫完畢后生成 HEX文件，將這個文件通過燒寫器燒進單片機中即可。在對單片機進行燒寫前最好將程序在 protues仿真中進行仿真，修改不足和錯誤的部分，當(dāng)在仿真中可以無誤的運行后再進行正式燒寫。這樣可以避免一些對單片機或者整個系統(tǒng)的損害，而且 AT89S52需要專門的 單片機燒寫器和燒寫軟件，每次燒寫都比較繁瑣。 Keil可以和 protues進行聯(lián)調(diào)，這樣可以更方便的調(diào)試程序。 15 5 實物制作展示 實物制作注意事項 在仿真測試無誤后，就應(yīng)當(dāng)開始制作實物。制作實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、注意事項、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 電烙鐵 應(yīng)當(dāng) 成 水平 60176。角。 這樣 便于熔化的錫流到焊點上。烙鐵頭在焊點處停留的時間控制在 2～ 3秒鐘 ，過多的話會和附近的線路焊在一起造成短路，太少又會造成虛焊產(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，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)問題后用萬用表仔細(xì)排查電路。 （ 1） 正常狀態(tài) 下，沒有檢測到煙霧或可燃?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)剛剛通電時煙霧濃度可能會錯誤顯示為“ 1” 。過一段時間后，煙霧傳感器預(yù)熱完畢后會正確顯示。左下角三個按鍵從左到右依次是 設(shè)置鍵，減下鍵和增大鍵。左邊的鍵為手動報警鍵，中間的按鍵為復(fù)位鍵。 圖 51 正常狀態(tài) 16 (2)打火機釋放出可燃?xì)怏w 丁烷 ，煙霧傳感器檢測到 后 蜂鳴器報警 ， 并顯示數(shù)值。 圖 52 檢測到可燃?xì)怏w 6 總結(jié) 火災(zāi) 報警器可 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用性。 本文設(shè)計 的 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)采用了溫度傳感器 DS18B20和煙霧傳感器 MQ2相結(jié)合的多傳感器探測方法， 相比單一傳感器的火災(zāi)報警器 系統(tǒng)靈敏度 更 高、在火災(zāi)發(fā)生的早期就能準(zhǔn)確的報警， 具有 系統(tǒng)安全可靠 ，誤報 漏報 率低，操作 簡單 ，成本 低廉等優(yōu)點 。 但同時也應(yīng)該看到正是因為成本問題，這個系統(tǒng)其實并不完美，如果使用更好的傳感器可以做的更好。 系