【文章內(nèi)容簡介】 根據(jù)報警器檢測煙霧種類的不同要求，很多場合都會選擇使用半導(dǎo)體煙霧傳感器。經(jīng)過對比眾多煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點更加突出。半導(dǎo)體煙霧傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護成本較低，因而得到廣泛應(yīng)用。因此，本設(shè)計中的煙霧傳感器選用 MQ2 半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器。 MQ2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器 MQ2 半導(dǎo)體傳感器是以清潔空氣中電導(dǎo)率較低的金屬氧化物二氧化錫 (SnO2)為主體的 N 型半導(dǎo)體氣敏元件 。當傳感器所處環(huán)境中存在煙霧氣體時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中煙霧氣體濃度的增加而增大。在設(shè)計報警器時只有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。該傳感器具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度高、電導(dǎo)率變化大、響應(yīng)和恢復(fù)時間短、抗干擾能力強、輸出信號大、壽命長和工作穩(wěn)定等優(yōu)點，在市面上應(yīng)用十分廣泛。 二氧化錫 (SnO2)半導(dǎo)體氣敏元件特點： (a)SnO2 材料的物理、化學(xué)穩(wěn)定性較好，與其他類型氣敏元件相比， SnO2 氣敏元件壽命長、穩(wěn)定性好、耐腐蝕性強。 (b)SnO2 氣敏元件對氣體檢測是可逆 的，而且吸附、脫離時間短，可連續(xù)長時間宿州學(xué)院畢業(yè)論文 設(shè)計 基于單片機的防火防 盜報警系統(tǒng) 14 使用。 (c)SnO2 氣敏元件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠行較高，機械性能良好。 MQ2 氣敏元件 的結(jié)構(gòu) 如圖 2 所示， 由微型 AL2O3 陶瓷管、 SnO2 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個用于信號取出，２個用于提供加熱電流。 MQ2 半導(dǎo)體 氣體 煙霧 傳感器 適用于煙霧、天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣等的檢測，對可燃性氣體的（ CH C4H H2 等）的檢測很理想。這種傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對煙霧氣體有良好的靈敏度，能夠檢測多種可燃性氣體，十分適合應(yīng)用在家庭的氣體泄漏報警器中。是一款便攜式氣體檢測器，非常適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。其技術(shù)指標表 1。 表 1 MQ2的技術(shù)指標 由于物理量和測量范圍的不同，傳感器的工作機理和結(jié)構(gòu)就不同。通常煙霧傳感器輸出的電信號是模擬信號（已有許多新型傳感器采用數(shù)字量輸出）。當信號的數(shù)值符合 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入等級時，可以不用放大器放大；當信號的數(shù)值不符合 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入等級時，就需要放大器放大。所以MQ2 半導(dǎo)體 氣體 煙霧 傳感器 要想把采集到的煙霧濃度模擬信號傳送給單片機控制器就必須經(jīng)過將模擬信號經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)化為可以識別的電信號給單片機。 設(shè)計時應(yīng)注意，氣敏元件開機通電時，其內(nèi)阻很小，但經(jīng)過一段時間后，才能恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。因此， QM2 氣體傳感器需開機預(yù)熱幾分鐘，才可投入使用，以免造成誤報。 單片機選型 單片機 是 煙霧 自動報警系統(tǒng)的心臟，用來接收火災(zāi)信號并啟動 報警裝置顯示和執(zhí)行相應(yīng)的報警。在單片機實現(xiàn)的控制功能中，需要單片機有較快的運算速度，使檢測加熱電壓（ Vh） AC 或 DC 5177。 回路電壓（ Vc） 負載電陰（ Rl） 清潔空氣中電阻 （ Ra） 靈敏度（ S=Ra/Rdg） 響應(yīng)時間 (trec) 恢復(fù)時間 (trec) 元件功耗 檢測范圍 使用壽命 最大 DC 24V 2KΩ ≤ 2021 KΩ ≥ 4(在 1000ppmC4H10 中 ) ≤ 10S ≤ 30S ≤ 50— 10000ppm 2 年 宿州學(xué)院畢業(yè)論文 設(shè)計 基于單片機的防火防 盜報警系統(tǒng) 15 人員和用戶在報警器系統(tǒng)正常工作時能夠及時地觀測到實時的煙霧濃度等級，并進行相應(yīng)處理。同時，在能夠滿足報警器系統(tǒng)設(shè)計的計算速度及接口功能要求的同類型單片機中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧的機型，在保證了報警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。 由于單片機技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機，在單片機家族的眾多成員中， MCS 系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。 其中， 51 系列單片機的優(yōu)點是價錢便宜 ,I/O 口多 ,程序空間大。因此，測控系統(tǒng)中，使用 51 系列單片機是最理想的選擇，因 此設(shè)計采用 STC89C52。 STC89C52 單片機簡介 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 可編程 Flash 存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在線可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 STC89C52 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié)RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。這一模塊以單片機為中心把程序代碼燒進去然后外圍接上復(fù)位電路、振蕩電路、鍵盤控制、LCD1602 液晶顯示電路、報警電路等子模 塊。 單片機的引腳功能描述 下面對 STC89C52 各引腳的功能進行較為詳細的介紹： 1)電源引腳 Vcc 和 Vss Vcc(40 腳 )：電源端為 +5V Vss(20 腳 )：接地端。 2)時鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL2(18 腳 )：接外部晶體和微調(diào)電容的一端。在單片機內(nèi)部它是振蕩電路反向放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時針電路時，該引腳輸入外時鐘脈沖。要檢查 STC89C52 的振蕩電 路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2 端是否有脈沖信號輸出。 XTAL1(19 腳 )：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在片內(nèi)，它是振蕩電路反向放宿州學(xué)院畢業(yè)論文 設(shè)計 基于單片機的防火防 盜報警系統(tǒng) 16 大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。 3)控制信號腳 RST ALE PSEN 和 EA。 RST(9 腳 )： RST 是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。在此輸入端保持兩個機器周期(24個時鐘振蕩周期 )的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。 ALE/PROG（ 30 引腳）：地址鎖存允許信號端。當 STC89C52 上電正常工作后， ALE引腳不斷 向外輸出正脈沖信號。此頻率為振蕩器頻率 fosc 的 1/6，當 CPU 訪問片外存儲器時， ALE 輸出信號作為鎖存低 8 位地址的控制信號。在 CPU 訪問片外數(shù)據(jù)存儲時，每取值一次（一個機器周期）會丟失一個脈沖。平時不訪問片外存儲時， ALE 端也以 1/6 的振蕩頻率固定輸出正脈沖，因而 ALE 信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號。如果你想看一下 STC89C52 芯片的好壞，可用示波器查看 ALE 端是否有脈沖信號輸出，如有脈沖信號輸出，則 STC89C52 基本上是好的。 ALE 的負載驅(qū)動能力為 8 個LS型 TTL（低功耗高速 TTL）。 PSEN（ 29 腳）；程序存儲允許輸出信號引腳，在訪問片外程序存儲器時，此端定時輸出負脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。此引腳接 ERROM 的 OE 端。 PSEN 端有效，即允許讀出 ERROM/ROM 中的指令碼。 CPU 在從外部 ERROM/ROM 取指令期間，每個周期PSEN 兩次有效。不過，在訪問片外 RAM 時，要少產(chǎn)生兩次 PSEN 負脈沖信號。要檢查一個 AT89C52 小系統(tǒng)上電后 CPU能否正常到 ERROM/ROM 中讀取指令碼，也可用于示波器看 PSEN 端有無脈沖輸出。如有，說明基本上工作正常。 EA/VPP（ 31 腳）：外部程序存儲器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端。當 EA引腳接高電平時， CPU 只訪問片內(nèi) ERROM/ROM 并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。但在PC（程序計數(shù)器）的值超過 OFFFH（對 8751/8051 為 4k）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外存儲器的程序。當出入信號 EA 引腳接低電平（接地）時， CPU 只訪問外部 ERROM/ROM并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。對于無芯片內(nèi)的ROM的 8031 或 8032，須外擴 ERROM，此時必須將 EA 引腳接地。如果使用有片內(nèi) ROM的 STC89C52，外擴 ERROM 也是可以的，但也要使 EA 接地。 4)I/O（輸入 /輸出端口， P0， P1， P2， P3） P0口： P0 口是一個漏極開路的 8 位準雙向 I/O 端口。 P1口： 8 位準雙向 I/O端口。 P2口：即可以做地址總線輸出地址高 8 位，也可以做普通 I/O 用，（此時為準雙向口）。 P3 口：雙功能口，即可以做普通 I/O 口用（此時為準向口，也可以按每位定義實現(xiàn)第二功能操作）。見表 2。 表 2 P3口的第二功能表 引腳 第二功能 RXD （串行輸入口） 宿州學(xué)院畢業(yè)論文 設(shè)計 基于單片機的防火防 盜報警系統(tǒng) 17 TXD （串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（定時器 0外部中斷） T1（定時器 1外部中斷） WR（外部存儲器寫選通） RD（外部存儲器讀寫通） 溫度采集模塊 方案 1： 采用 PT100 作為測溫電路的溫度傳感器。 PT100 傳感器是利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化、并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性來進行測溫的，具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。但使用起來比較復(fù)雜。 方案 2： 采用 DS18B20 作為測溫電路的溫度傳感器。 DS18B20 的數(shù)字溫度輸出通過 “ 一線 ” 總線（ 1Wire 是一種獨特的數(shù)字信號總線協(xié)議，它將獨特的電源線和信號線復(fù)合在一起，僅使用一條口線；每個芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址、零功耗等待等，是所需硬件連線最少的一種總線）這種獨特的方式，可以使多個 DS18B20 方便地組建成傳感器網(wǎng)絡(luò)，為整個測量系統(tǒng)的建立和組合提供了更大可能性。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面比其他溫度傳感器有了很大的進步，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 通過比較， DS18B20 直接輸出數(shù)字溫度值，不需要校正，因 此選擇方案 2。 紅外感應(yīng)部分 電源模塊 本系統(tǒng)電壓為 左右，直接接 3個 的直流干電池提供電源，然后用導(dǎo)線連接電源接口模塊。 宿州學(xué)院畢業(yè)論文 設(shè)計 基于單片機的防火防 盜報警系統(tǒng) 18 信號采集處理模塊 圖 35 信號處理模塊 本電路是將人體輻射的紅外線轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴後尲t外感應(yīng) 2 腳輸入到前置放大器 OP1 進行放大，然后由 C4 耦合給運算放大器 OP2 進行第二級放大。再經(jīng)過電壓比較器 COP1 和 COP2 構(gòu)成雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號去啟動延時 時間定時器輸出信號在經(jīng)過 R3 進入單片機部分進行處理。延時周期可通過 R12 來調(diào)節(jié)輸出，在延時時間內(nèi)只要 Vs 發(fā)生上跳變， Vo 就會從 Vs 上跳變時刻起繼續(xù)延長一個周期，而電路中的電容為了能夠更好的控制了芯片內(nèi)的定時器，若 Vs 一直保持為高電平，這樣就可以通過 P10 傳輸?shù)絾纹瑱C內(nèi)進行下一步處理。而根據(jù)不同的距離要求來調(diào)節(jié) R13，最大可以調(diào)節(jié)到 7 米左右。圖中 BISS0001 中 1 腳用跳線連連接住一個接高電平后，在延時時間段內(nèi)如果有人體在其感應(yīng)范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才將高電平變?yōu)榈碗娖剑倦娐吩O(shè)計就是 可觸發(fā)方式。 3 系統(tǒng)的硬件電路 單片機最小系統(tǒng) 要使單片機工作起來最基本的電路構(gòu)成為單片機最小系統(tǒng)如圖 3 示 。 宿州學(xué)院畢業(yè)論文 設(shè)計 基于單片機的防