【正文】 程中的有限字長效應 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算，因此 在運算過程中，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。本儀器使用數(shù)據(jù)的計算全部是由STC12C5410AD完成的，可以直接執(zhí)行1616 bit定點乘法和32247。16 bit定點除法運算，所以有限字長造成的誤差對于本系統(tǒng)而言，可以忽略不計。 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行放 大、濾波、電平調整，滿足單片機對輸入信號的要求。運放誤差是造成前置放大誤差的主要原因，運放的輸入失調電壓，輸入失調電流是影響電路精度的重要因素。 本設計選用高輸入阻抗、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過精確測量后再焊接上去的，并經過仔細調試以獲得最佳性能。 (3) 電源造成的誤差 雖然系統(tǒng)采用直流電源供電。本系統(tǒng)選用ACDC電源模塊，將220V市電轉化為5V直流電壓，分別給模擬電路和數(shù)字電路供電。為了盡量減小噪聲，數(shù)字地和模擬地要一點接地，每個芯片的電源就近接退耦電容。 (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)的探頭和單片機及其外圍電路影響很小，在進行測量時不用進行補償。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，注意抗干擾設計。 本章介紹了煙霧報警器的誤差來源，分析了系統(tǒng)中的硬件電路引入誤差和軟件所帶來的誤差。給出了煙霧濃度信號的實驗數(shù)據(jù)及結果分析。經過現(xiàn)場標定及測試，達到了預期的設計效果。結 論煙霧檢測報警器可保障生產與生活的安全，避免火災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進行深入研究的基礎上，全面比較國內外同類產品的技術特點，合理地確定系統(tǒng)的設計方案。并對儀 器的整體設計和各個組成部分進行了詳細的分析和設計。 本論文設計的煙霧報警器由煙霧信號采集電路與單片機控制電路兩大部分構成。 根據(jù)設計要求、使用環(huán)境、成本等因素，選用MQ2型半導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體敏感器件。它的靈敏度適中，具有響應與恢復特性好，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。 在系統(tǒng)單片機控制電路的設計上，采用了高性能、高整合度的STC12C5410AD單片機作為核心芯片，充分利用了其高速數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內外設，實現(xiàn)了儀器的小型化和智能化。使儀器具有結構簡單、性能穩(wěn)定、體積小、成本低等優(yōu)點。由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應越快，響應時間和恢復時間就越快。為提高響應時伺，保證傳感器準確地、穩(wěn)定地工作，需要向煙霧傳感器持續(xù)供給5V的加熱電壓。為了保證傳感器加熱工作的可靠性，當傳感器加熱絲斷線或傳感器接觸不良時，能夠進行故障報 警。 煙霧報警器能在較寬的溫度范圍工作，可將煙霧濃度顯示用LCD顯示。當煙霧的濃度達到設定的濃度時，發(fā)出聲光報警。還具有故障自診斷功能快速重復檢測和延時報警功能。報警器還可以與上位機(PC)進行通信，實時傳輸煙霧濃度檢測數(shù)據(jù)，由上位機記錄保存，也可以利用上位機完成實現(xiàn)遠程實時檢測和控制等功能。 在本論文研制的報警器的基礎上，可以再做適當?shù)墓δ軘U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。為了能夠進一步提高安全性，可以在自動聲光報警的基礎上，實現(xiàn)帶動煙霧 管道關斷等功能。 應用程序以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A/D轉換后的數(shù)字信號進行濾波處理。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，而且易于在單片機中實現(xiàn)。 通過現(xiàn)場標定及測試，分析煙霧濃度信號的實驗數(shù)據(jù)，%LEL，在所規(guī)定誤差范圍177。5%LEL之內，滿足檢測要求，達到了預期的設計效果的結論。參考文獻[1]陳連生. 可燃煙霧探測器及其設置安裝要領. 石油工程建設. 1996(1): 23~25 [2]張保衛(wèi), 尚家峰, 趙金水. 燃氣報警器的分類與選擇. 山東消防, 2003(8): 27~28 [3]彭軍. 傳感器與檢測技術. 西安電子科技大學出版社, 2003: 263~315 [4]李永生, 楊莉玲. 半導體氣敏元件的選擇性研究. 傳感器技術, 2002(3): 1~3 [5]Yoon D h, Yu J h, Choi Gm. 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