【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 探測(cè)，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。按照光源不同，可分為一般光電式、激光光電式、紫外光光電 8 式和紅外光光電式等 4種。 不同場(chǎng)合， 報(bào)警器檢測(cè)煙霧種類的 要求不同 ， 但 很多場(chǎng)合都會(huì)選擇使用半導(dǎo)體煙霧傳感器。 因?yàn)楸容^其他 半導(dǎo)體煙霧傳感器 ，其 優(yōu)點(diǎn)更加突出。 比如 具有靈敏度高、響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本 也比較 較低。因此，本設(shè)計(jì)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(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在 煙霧 氣體時(shí)，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(jì)報(bào)警器時(shí)只有使用簡(jiǎn)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(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。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(shí)間短、抗干擾能力強(qiáng)、輸出信號(hào)大、壽命長(zhǎng)和工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)： (a)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 更 長(zhǎng)、穩(wěn)定性 更 好、耐腐蝕性 更 強(qiáng)。 (b)對(duì)氣體檢測(cè)是可逆的，而且吸附、脫離時(shí)間短，時(shí)間使用 就越長(zhǎng) 。 (c)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠行較高，機(jī)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(cè)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(cè)，對(duì)可燃性氣體的（ CH C4H H2等）的檢測(cè)很理想。這種傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì) 煙霧 氣體有良好的靈敏度，能夠檢測(cè)多種可燃性氣體，十分適合應(yīng)用在家庭的氣體泄漏報(bào)警器中。是一款便攜式氣體檢測(cè)器，非常適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。其技術(shù)指標(biāo)表 。 9 回路電壓（ Vc） 加熱電壓 負(fù)載電陰（ Rl） 清潔空氣中電阻 （ Ra） 靈敏度（ S=Ra/Rdg） 響應(yīng)時(shí)間 (trec) 恢復(fù)時(shí)間 (trec) 元件功耗 檢測(cè)范圍 使用壽命 最大 DC 24V AC 或 DC 5177。 2KΩ ≤ 2021 KΩ ≥ 4(在 1000ppmC4H10 中 ) ≤ 10S ≤ 30S ≤ 50— 10000ppm 2 年 表 MQ2的技術(shù)指標(biāo) 由于物理量和測(cè)量范圍的不同，傳感器的工作機(jī)理和結(jié)構(gòu)就不同。通常煙霧傳感器輸出的電信號(hào)是模擬信號(hào)（已有許多新型傳感器采用數(shù)字量輸出）。當(dāng)信號(hào)的數(shù)值符合 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級(jí)時(shí)，可以不用放大器放大；當(dāng)信號(hào)的數(shù)值不符合 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入等級(jí)時(shí)，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(hào)傳送給單片機(jī)控制器就必須經(jīng)過(guò)將模擬信號(hào)經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可以識(shí)別的電信號(hào)給單片機(jī)。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，氣敏元件開(kāi)機(jī)通電時(shí)，其內(nèi)阻很小，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，才能恢復(fù)到原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)。因此， QM2氣體傳感器需開(kāi)機(jī)預(yù)熱幾分鐘，才可投入使用，以免造成誤報(bào)。 單片機(jī) 選型 單片機(jī) 是 煙霧 自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的心臟，用來(lái)接收火災(zāi)信號(hào)并啟動(dòng) 報(bào)警裝置顯示和執(zhí)行相應(yīng)的 報(bào)警 。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制功能中，需要單片機(jī)有較快的運(yùn)算速度，使檢測(cè)人員和用戶在報(bào)警器系統(tǒng)正常工作時(shí)能夠及時(shí)地觀測(cè)到實(shí)時(shí)的煙 霧濃度等級(jí)，并進(jìn)行相應(yīng)處理。同時(shí)，在能夠滿足報(bào)警器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算速度及接口功能要求的同類型單片機(jī)中，要考慮選擇價(jià)格低廉且體積輕巧的機(jī)型，在保證了報(bào)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(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域正得到越來(lái)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(jī)，在單片機(jī)家族的眾多成員中， MCS 系列單片機(jī)以其優(yōu)越的 10 性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價(jià)格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測(cè)控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場(chǎng)，成為國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。 其中， 51 系列單片機(jī)的優(yōu) 點(diǎn)是價(jià)錢(qián)便宜 ,I/O口多 ,程序空間大。因此，測(cè)控系統(tǒng)中，使用 51系列單片機(jī)是最理想的選擇，因此設(shè)計(jì)采用 STC89C52。 STC89C52 單片機(jī)簡(jiǎn)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(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)功能： 256 字節(jié) RAM， 8k 字節(jié) Flash， 32 位 I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。還有， 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(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。這一模塊以單片機(jī)為中心把程序代 碼燒進(jìn)去然后外圍接上復(fù)位電路、振蕩電路、鍵盤(pán)控制、 LED 顯示電路、報(bào)警電路等子模塊 。 單片機(jī)的引腳功能描述 下面對(duì) STC89C52 各引腳的功能進(jìn)行較為詳細(xì)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(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL2(18 腳 )：接外部晶體 的另 一端 ， 在單片機(jī)內(nèi)部 接至反向放大器的輸出端。若采用外部震蕩器時(shí)，該引腳接收振蕩器的信號(hào)，即把詞信 號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)針發(fā)生器的輸入端。 XTAL1(19 腳 )：接外部晶體 的一個(gè)引腳 。在片內(nèi)，它是 一個(gè)反向放大器的輸入端 。 當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地 。 3) 控制信號(hào)腳 RST ALE PSEN 和 EA RST(9 腳 )： 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位 。 ALE/PROG（ 30 引腳）：地址鎖存允許信號(hào)端。當(dāng) STC89C52 上電正常工作后，正脈沖 11 信號(hào) 不斷從 ALE引腳傳出 。此頻率為振蕩器頻率 fosc 的 1/6，當(dāng) CPU 訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 輸出信號(hào) 作為鎖存低 8 位地址的控制信號(hào)。在 CPU 訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，每取值一次（一個(gè)機(jī)器周期）會(huì)丟失一個(gè)脈沖。平時(shí)不訪問(wèn)片外存儲(chǔ)時(shí)， 正脈沖 也以 1/6 的振蕩頻率從 ALE端 固定輸出， 于是 ALE信號(hào)可以用作對(duì)外輸出時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)。 PSEN（ 29 腳）；程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)引腳 。 在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。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(gè)周期 PSEN 兩次有效。不過(guò)，在訪問(wèn)片外 RAM 時(shí)，要少產(chǎn)生兩次 PSEN 負(fù)脈沖信號(hào)。要檢查一個(gè) 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(wú)脈沖輸出。如有，說(shuō)明基本上工作正常。 EA/VPP（ 31腳）：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端。當(dāng) EA引腳接高電平時(shí)， CPU 只訪問(wèn)片內(nèi) ERROM/ROM 并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。但在 PC（程序計(jì)數(shù)器）的值超過(guò) OFFFH（對(duì) 8751/8051 為 4k）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)出入信號(hào) EA引腳接低電平（接地）時(shí)， CPU 只訪問(wèn)外部 ERROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。對(duì)于無(wú)芯片內(nèi)的 ROM 的 8031 或 8032，須外擴(kuò) ERROM，此時(shí)必須將 EA 引腳接地。如果使用有片內(nèi) ROM 的 STC89C52，外擴(kuò) ERROM 也是可以的，但也要使 EA 接地。 引 腳 第二功能 RXD （串行輸入口） TXD （串行輸 出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（定時(shí)器 0外部中斷） T1（定時(shí)器 1外部中斷） WR（外部存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） RD（外部存儲(chǔ)器讀寫(xiě)通） 表 P3的第二功能表 4)I/O（輸入 /輸出端口， P0， P1， P2， P3） P0 口： P0 口是一個(gè)漏極開(kāi)路的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 端口。 P1 口： 8位準(zhǔn)雙向 I/O端口。 12 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(shí)為準(zhǔn)雙向口）。 P3 口：雙功能口，即可以做普通 I/O口用（此時(shí)為準(zhǔn)向口，也可以按每位定義實(shí)現(xiàn)第二功能操作）。見(jiàn) 上 表 。 溫度采集模塊 溫度傳感器是檢測(cè)溫度 的傳感器件，現(xiàn)如今市場(chǎng)上，溫度傳感器的種類繁多，應(yīng)用十分的廣泛，發(fā)展速度快。溫度傳感器大致可以分為四個(gè)類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)器 (RTD)和 IC溫度傳感器。本設(shè)計(jì)中采用 DS18B20 作為測(cè)溫的溫度傳感器。 DS18B20 簡(jiǎn)介 DSl8B20溫度傳感器 ， 是 由 美國(guó) DALLAS半導(dǎo)體公司推出的 智能 改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測(cè)溫度 ，也 可根據(jù)要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 9～l2 位的數(shù)字直讀方式。可以分別存 和 750ms 內(nèi)完成 9位和 12位的數(shù)字量， 溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接 DSl8B20 供電， 因此不需要額外 電源。因而使用 DSl8B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨 向完善和簡(jiǎn)單 ， 利用率 更高。本文系統(tǒng)地介紹了基于DS18B20 的溫度測(cè)量控制系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)方案、電路原理、程序設(shè)計(jì) 過(guò)程 。設(shè)計(jì)完成了冷庫(kù)溫度的監(jiān)控和報(bào)警等 令人滿意的效果。 DSl8B20 采用 3 腳 PR35 封裝或 8腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如 所示： 圖 DSl8B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有四部分組成： 64 位 光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器。 DS18B20 的管腳排列如圖 所示： 13 圖 DS18B20的管腳 DS18B20 的引腳說(shuō)明如下： GND :地 DQ ：數(shù)據(jù) I/O VDD :電源 NC ：空腳 64 位激光 ROM 開(kāi)始 8 位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)共有48 位，最后 8位是前 56位的 CRC 校本文系統(tǒng)地介紹了基于 DS18B20 的 多點(diǎn)溫度測(cè)量控制系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)方案、電路原理、程序設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)