基于單片機(jī)的煙霧報警器的設(shè)計-資料下載頁
2025-06-07 06:44本頁面
【正文】 14 圖 鍵盤處理子程序 實(shí)驗(yàn) 檢定及誤差分析 本論文設(shè)計的煙霧檢測報警器選用“ LEL”作為煙霧的測量單位及衡量標(biāo)準(zhǔn)，下面介紹關(guān)于 LEL 的相關(guān)概念。“ LEL”是指爆炸下限?？扇紵熿F在空氣中遇明火種爆炸的最低濃度，稱為爆炸下限，簡稱 LEL?？扇紵熿F在空氣中遇明火種爆炸的最高濃度，稱為爆炸上限 , 簡稱 UEL。煙霧的濃度過低或過高時是沒有危險的，只有與空氣混合形成混合氣或更確切地說遇到氧氣形成一定比例的混合氣才會發(fā)生燃燒或爆炸。燃燒是伴有發(fā)光發(fā)熱的激烈氧化反應(yīng)，它必須具備三個要素：可燃物；助燃物；點(diǎn)火源。 爆炸極限 是爆炸下限、爆炸上限的總稱，可燃煙霧在空氣中的濃度只有在爆炸下限、爆炸上限之間才會發(fā)生爆炸。低于爆炸下限或高于爆炸上限都不會發(fā)生爆炸。因此，在進(jìn)行爆炸測量時，報警濃度一般設(shè)定在爆炸下限的 25%LEL 以下。一般可燃煙霧檢測儀的測量范圍為 0100%LEL。甲烷在空氣濃度為 9%11%時遇明火爆炸 ,高于 11%或低于 9%都不爆炸。本設(shè)計中設(shè)定甲烷的爆炸下限為 10%體積比，對應(yīng)的報警限設(shè)在 20%LEL，也就是甲烷含量為 2%體積比時報警器報警。 15 在測量儀器的實(shí)際使用中，造成誤差的來源很多，通常是 多種誤差源綜合作用的結(jié)果。就本儀器而言，誤差來源主要有軟件和硬件兩個方面。 軟件誤差主要來自以下兩個方面： (1)A/D 轉(zhuǎn)換量化誤差 STC12C5410AD 單片機(jī)的內(nèi)部 A/D轉(zhuǎn)換器為 12 bit，輸入單片機(jī)模擬電壓信號 ，參考電壓 。 (2) 數(shù)字濾波過程中的有限字長效應(yīng)在中位值平均濾波法數(shù)字濾波過程中，用到了乘法和除法運(yùn)算，因此在運(yùn)算過程中，由于字長有限而不能保留原有數(shù)據(jù)的有效位數(shù)會出現(xiàn)舍入誤差，由于累計計算會造成計算誤差。 硬件誤差主要來自以下四個方面： (1)傳感器非線性誤差 ， 本系統(tǒng) 選用 MQ2型半導(dǎo)體陶瓷式煙霧傳感器，煙霧濃度與輸出電壓存在一定的非線性，使用折線插值方法進(jìn)行線性化 處理 。 (2)電子元器件參數(shù)的離散性、溫度不穩(wěn)定性造成的誤差 ， 傳感器輸出信號一般比較微弱，需要過數(shù)據(jù)采集前置電路對其進(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足單片機(jī)對輸入信號的要求。運(yùn)放誤差是造成前置放大誤差的主要原因，運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓，輸入失調(diào)電流是影響電路精度的重要因素。 本設(shè)計選用高輸入阻抗、低噪聲的放大器，可以滿足要求。另外所選的阻容器件都是經(jīng)過精確測量后再焊接上去的，并經(jīng)過仔細(xì)調(diào)試以獲得最佳性能。 (3)電源造成 的誤差 ， 雖然系統(tǒng)采用直流電源供電，但電源不可避免地殘留一定的交流成分而形成噪聲信號 ， 它們對測控系統(tǒng)的正常運(yùn)行危害很大。本系統(tǒng)選用 ACDC 電源模塊，將 220V 電轉(zhuǎn)化為 5V 直流電 ，分別給模擬電路和數(shù)字電路供電。 (4)環(huán)境、外部噪聲引起的誤差 ， 環(huán)境因素包括環(huán)境溫度、濕度、空氣中的塵埃等。對本系統(tǒng)來說，空氣中的成分對系統(tǒng)的探頭和單片機(jī)及其外圍電路影響很小，在進(jìn)行測量時不用進(jìn)行補(bǔ)償。但環(huán)境溫度、濕度對傳感器有一定的影響。但是溫濕度的影響相對于系統(tǒng) 5%LEL 的精度要求，可以忽略不計。另外，系統(tǒng)還受到各種外部電磁噪聲的干 擾，設(shè)計上，把探測器與控制器之間的信號線用屏蔽電纜連接。在電路板布線時，注意抗干擾設(shè)計。 結(jié)論 煙霧檢測報警器可保障生產(chǎn)與生活的安全，避免火災(zāi)和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和安全生產(chǎn)所必備的儀器，具有廣闊的市場空間與發(fā)展前景。 本論文在對煙霧傳感器和報警技術(shù)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，全面比較國內(nèi)外同類產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)，合理地確定系統(tǒng)的設(shè)計方案 ， 并對儀器的整體設(shè)計和各個組成部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計。本論文設(shè)計的煙霧報警器由煙霧信號采集電路與單片機(jī)控制電路兩大部分構(gòu)成。根據(jù)設(shè)計要求、使用環(huán)境、 成本等因素，選 16 用 MQ2 型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器 ， 該傳感器是對以烷類煙霧為主的多種煙霧有良好敏感特性的廣譜型半導(dǎo)體敏感器件 ， 它的靈敏度適中，具有響應(yīng)與恢復(fù)特性好，長期工作穩(wěn)定性、重現(xiàn)性、不易受環(huán)境影響及抗溫濕度影響等優(yōu)點(diǎn)。 在本論文研制的報警器的基礎(chǔ)上，可以再做適當(dāng)?shù)墓δ軘U(kuò)展，使可燃性煙霧報警器的功能更加完善，安全性更高，使用更加方便等。為了能夠進(jìn)一步提高安全性，可以在自動聲光報警的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)帶動煙霧管道關(guān)斷等功能。應(yīng)用程序以 C 語言編寫，充分利用芯片資源，提高了測量精度和代碼執(zhí)行效率，減小了代碼容量，采 用中位值平均數(shù)字濾波算法對經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行濾波處理。這種方法既可濾去脈沖干擾又可濾去小的隨機(jī)干擾，不但最大限度地排除現(xiàn)場噪聲干擾，降低煙霧報警器誤報概率，而且易于在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)。 17 參考文獻(xiàn) ： [1]陳連生 . 可燃煙霧探測器及其設(shè)置安裝要領(lǐng) . 石油工程建設(shè) . 1996(1) [2]張保衛(wèi) , 尚家峰 , 趙金水 . 燃?xì)鈭缶鞯姆诸惻c選擇 . 山東消防 , 2021(8) [3]彭軍 . 傳感器與檢測技術(shù) . 西安電子科技大學(xué)出版社 , 2021 [4]李永生 , 楊 莉玲 . 半導(dǎo)體氣敏元件的選擇性研究 . 傳感器技術(shù) , 2021(3) [5]謝望 . 煙霧傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 . 儀器儀表用戶 , 2021, 13(5) [6]蔡文齋 . 專業(yè)級串口調(diào)試器設(shè)計 . 現(xiàn)代電子技術(shù) , 2021(23)
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