【導(dǎo)讀】基于STC12C5410AD的單片機(jī)的煙霧報(bào)警儀設(shè)計(jì)。本論文以電阻式煙霧傳感器和單片機(jī)技術(shù)為核心并與其他電子技術(shù)相結(jié)合。設(shè)計(jì)出一種技術(shù)水平較好的煙霧報(bào)警器其中選用MQ-2型半導(dǎo)體可燃?xì)怏w敏感元。件隨著信息時(shí)代的到來(lái)作為獲取信息的手段傳感器技術(shù)得到了的進(jìn)步其應(yīng)用領(lǐng)。域越來(lái)越廣泛對(duì)其要求越來(lái)越高需求越來(lái)越迫切傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)。家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一因此了解并掌握各類(lèi)傳感器的基本結(jié)構(gòu)工。作原理及特性是非常重要的本文利用單片機(jī)結(jié)合技術(shù)而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了這一。11論文研究來(lái)源目的和意義5. 第二章煙霧檢測(cè)報(bào)警器的方案設(shè)計(jì)8. MQ-2型煙霧傳感器的工作原理11. MQ-2型傳感器的特性及主要技術(shù)指標(biāo)12. 32煙霧檢測(cè)報(bào)警器硬件電路設(shè)計(jì)19. 示燈及控制鍵電路23. 故障自診斷電路25. 平均濾波法數(shù)字濾波子程序設(shè)計(jì)及流程圖29. 線性化處理子程序設(shè)計(jì)及流程圖31. 程序設(shè)計(jì)及流程圖35. 第五章實(shí)驗(yàn)檢定及誤差分析40. 產(chǎn)生為了早期發(fā)現(xiàn)和通報(bào)火災(zāi)防止和減少火災(zāi)危害保護(hù)人身和財(cái)

　　

【正文】 i 在本實(shí)驗(yàn)中 N 為 20 計(jì)算本報(bào)警器 顯示煙霧濃度與實(shí)際濃度之間的誤差為 255 在所規(guī)定誤差范圍177。 5 之 內(nèi)因此本論文中的可燃性報(bào)警器滿足檢測(cè)要求 52 實(shí)驗(yàn)誤差分析 在測(cè)量?jī)x器的實(shí)際使用中造成誤差的來(lái)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(lái)源主要有軟件和硬件兩個(gè)方面 軟件誤差主要來(lái)自以下兩個(gè)方面 1 AD 轉(zhuǎn)換量化誤差 STC12C5410AD 單片機(jī)的內(nèi)部 AD 轉(zhuǎn)換器為 12 bit輸入單片機(jī)模擬 電壓信號(hào) 037V參考電壓 25VAD轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入模擬信號(hào)的最大分辨率為 25 212 1 000061V 因此可求得 AD 轉(zhuǎn)換誤差為 000061 000016 0016 2 數(shù)字濾波過(guò)程中的有限字長(zhǎng)效應(yīng) 在中位值平均濾波法數(shù)字濾波過(guò)程中用到了乘法和除法運(yùn)算因此 在運(yùn)算過(guò)程中由于字長(zhǎng)有限而不能保留原有數(shù)據(jù)的有效位數(shù) 會(huì)出現(xiàn)舍入誤差由于累計(jì)計(jì)算會(huì)造成計(jì)算誤差本儀器使用數(shù)據(jù)的計(jì)算全部是由 STC12C5410AD 完成的可以直接執(zhí)行 16 16 bit 定點(diǎn)乘法和 32247。16 bit 定點(diǎn)除法運(yùn)算所以有限字長(zhǎng)造成的誤差對(duì)于本系統(tǒng)而言可以忽略不計(jì) 硬件誤差主要來(lái)自以下四個(gè)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)行線性化處理誤差數(shù)據(jù) 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(hào)一般比較微弱需要過(guò)數(shù)據(jù)采集前置電路對(duì)其 進(jìn)行放 大濾波電平調(diào)整滿足單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)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(jì)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(guò)精確測(cè)量后再焊接上去的并經(jīng)過(guò)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(hào)它們對(duì)測(cè)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市電轉(zhuǎn)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(diǎn)接地每個(gè)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(duì)本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)空氣中的成分對(duì)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(cè)量時(shí)不用進(jìn)行補(bǔ)償?shù)h(huán)境溫度濕度對(duì)傳感器有一定的影響但是溫濕度的影響相對(duì)于系統(tǒng) 5LEL 的精度要求可以忽略不計(jì)另外系統(tǒng)還受到各種外部電磁噪聲的干擾設(shè)計(jì)上把探測(cè)器與控制器之間的信號(hào)線用屏蔽電纜連接在電路板布線時(shí)注意抗干擾設(shè)計(jì) 53 本章小結(jié) 本章介紹了煙霧報(bào)警器的誤差來(lái)源分析了系統(tǒng)中的硬件電路引入誤差和軟件所帶來(lái)的誤差給出了煙霧 濃度信號(hào)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定及測(cè)試達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果 結(jié) 論 煙霧檢測(cè)報(bào)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(chǎng)空間與發(fā)展前景 本論文在對(duì)煙霧傳感器和報(bào)警技術(shù)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上全面比較國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)合理地確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案并對(duì)儀 器的整體設(shè)計(jì)和各個(gè)組成部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì) 本論文設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警器由煙霧信號(hào)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(jì)要求使用環(huán)境成本等因素選用 MQ2 型半導(dǎo)體電阻式煙霧 傳感器該傳感器是對(duì)以烷類(lèi)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(zhǎng)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) 在系統(tǒng)單片機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)上采用了高性能高整合度的 STC12C5410AD 單片機(jī)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(nèi)外設(shè)實(shí)現(xiàn)了儀器的小型化和智能化使儀器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性能穩(wěn)定體積小成本低等優(yōu)點(diǎn)由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作溫度越高反應(yīng)越快響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間就越快為提高響應(yīng)時(shí)伺保證傳感器準(zhǔn)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(dāng)傳感器加熱絲斷線或傳感器接觸不良時(shí)能夠進(jìn)行故障報(bào) 警 煙霧報(bào)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(dāng)煙霧的濃度達(dá)到設(shè)定的濃度時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警還具有故障自診斷功能快速重復(fù)檢測(cè)和延時(shí)報(bào)警功能報(bào)警器還可以與上位機(jī) PC 進(jìn)行通信實(shí)時(shí)傳輸煙霧濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)由上位機(jī)記錄保存也可以利用上位機(jī)完成實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制等功能 在本論文研制的報(bào)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(bào)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(dòng)聲光報(bào)警的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)帶動(dòng)煙霧 管道關(guān)斷等功能 應(yīng)用程序以 C 語(yǔ)言編寫(xiě)充分利用芯片資源提高了測(cè)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(duì)經(jīng) AD 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)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(chǎng)噪聲干擾降低煙霧報(bào)警器誤報(bào)概率而且易于在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn) 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定及測(cè)試分析煙霧濃度信號(hào)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算本報(bào)警器顯示煙霧濃度與實(shí)際濃度之間的誤差為 255LEL在所規(guī)定誤差范圍177。 5LEL之內(nèi)滿足檢測(cè)要求達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果的結(jié)論 參考文獻(xiàn) [1]陳連生 可燃煙霧探測(cè)器及其設(shè)置安裝要領(lǐng) 石油工程建設(shè) 1996 1 2325 [2]張保衛(wèi) 尚家峰 趙金水 燃?xì)鈭?bào)警器的分類(lèi)與選擇 山東消防 2020 8 2728 [3]彭軍 傳感器與檢測(cè)技術(shù) 西安電子科技大學(xué)出版社 2020 263315 [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) 2020 3 13 [5]Yoon D h Yu J h Choi Gm CO Gas Sensing Properties of Zn0CuO Composite Sensors and Actuators 1998 46 1523 [6]謝望 煙霧傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 儀器儀表用戶 2020 13 5 12 [7]蔡文齋 專(zhuān)業(yè)級(jí)串口調(diào)試器設(shè)計(jì) 現(xiàn)代電子技術(shù) 2020 23 6972 [8]Wang Xi huaiXiao Jian meiBao Minzhong Multisensor Fire Detection Algorithm for Ship Fire Alarm System Using Neural Fuzzy Network Signal Processing Proceedings 2020 3 16021605 [9]張鵬翼 羅衛(wèi)兵 樓超英 基于 STC 單片機(jī)的無(wú)人飛機(jī)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參考 2020 18 2325 [10]求是科技 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例導(dǎo)航 人民郵電出版社 2020 [11]何衍慶 控制系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)和應(yīng)用 化學(xué)工業(yè)出版社 2020 [12]宏晶科技 深圳 STC12C5410AD 系列單片機(jī)器件手冊(cè) [13]鄭郁正 單片機(jī)原理及應(yīng)用 四川大學(xué)出版社 2020 2556 [14]成偉 郝躍 馬曉華 劉紅俠 EEPROM 單元的電荷保持特性 電子學(xué)報(bào) 2020 27 7 12901293 [15]N kansah F D Technology and reliability of submicron 1 T2 flash EEPROM UMI Number 9995534 Bell Howell Information and Learning Company 2020 2 [16]De Salvo B Ghibaudo G Pananakak is Getal Experimental and theoretical investigation of nonvolatile memory dataretention IEEE Trans Electron Devices 1999 46 7 1518 [17]黃再銀 帶看門(mén)狗和電源監(jiān)控功能的復(fù)位芯 813L 電子世界 2020 3 3940 [18]黃新友 高春華 燒結(jié)溫度對(duì)大功率超薄型壓電蜂鳴器用壓電陶瓷結(jié)構(gòu)和性能 的影響 中國(guó)陶瓷工業(yè) 202020 2 2224 [19]于冶會(huì) 對(duì)調(diào)整儀表用蜂鳴器振動(dòng)規(guī)范的探討 傳感器世界 2020 1 3538 [20]邵子揚(yáng) 黃保明 劉海濤 Keil 軟件仿真的串口調(diào)試技巧 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng) 應(yīng)用 2020 7 7678 [21]Keil Software Cx51 Complier Users Guide Keil Software 2020 [22]Keil Software Macro Assembler and Utilities Users Guide Keil Software 2020 [23]陳曉莉 張俊濤 KEIL C51 單片機(jī)仿真器的設(shè)計(jì)微計(jì)算機(jī)信息 嵌入式與 SOC 20202 2 1920 [24]魏東 Keil C51 總線外設(shè)操作問(wèn)題的深入分析 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 2020 2 7879 [25]曹珍貫 在單片機(jī)中用插值法實(shí)現(xiàn)線性化器 工礦自動(dòng)化 2020 6 4445 [26]王勇 冷劍青 徐健健 基于單片機(jī)的室內(nèi)一氧化碳安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工業(yè)儀 表與自動(dòng)化裝置 2020 4 1922 [27]許貴橋 李同勝 分段線性插值收斂速度的一種估計(jì)大學(xué)數(shù)學(xué) 202022 5 6466 [28]曹樂(lè)南 霍大勇 單片機(jī)與 PC機(jī)串行通信的實(shí)現(xiàn) 中國(guó)科技信息 2020 11 192 203 [29]江峰 劉高嵩 串口通訊中系統(tǒng)資源分配問(wèn)題的研究 計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展 2020 16 11 6466 致 謝 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我得到了指導(dǎo)老師毛建軍老師的熱心指導(dǎo)自始至終關(guān)心督促畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程和進(jìn)度幫助解決畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的許多問(wèn)題還不斷向我傳授分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的辦法并指出了正確的努力方向使我在畢設(shè)過(guò)程中少走很多彎路同時(shí)他還提供給我們專(zhuān)門(mén)的各種設(shè)備及場(chǎng)所使我在調(diào)試過(guò)程中能夠有充足的時(shí)間在這里非常感謝毛老師的指導(dǎo)和幫助并致以誠(chéng)摯的謝意 同時(shí)身邊的同學(xué)給了我許多的幫助在此我向身邊關(guān)心我的同 學(xué)致以誠(chéng)摯的謝意另外系里的領(lǐng)導(dǎo)和老師也給了我們必要的指導(dǎo)我也向系和年級(jí)的領(lǐng)導(dǎo)們表示衷心的感謝最后感謝學(xué)院對(duì)我這幾年的培養(yǎng) 附 錄 1 1 本設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)程序如下 void IntTimer0 interrupt 1 定時(shí)器中斷程序 if yure_biao 0 jia1 YS YS if jia1 200 定時(shí) 10S jia1 0 jia2 if jia2 30 定時(shí) 5 分 30 jia2 0 yure_biao 1 YS 1 if start_biao 0 over_biao 0 bao_biao 1 clear_biao 0 采集定時(shí)程序 jia3 if jia3 20 定時(shí) 1S jia3 0 start_biao 1 if clear_biao 1 清除報(bào)警顯示 jia5 xscout 0 RS 1 if jia5 200 jia5 0 jia6 if jia6 6 定時(shí) 1 分 jia6 0 clear_biao 0 else jia5 0 jia6 0 if bao_biao 1 clear_biao 0 報(bào)警 GS 1 jia4 if dengji 1 if jia4 20 jia4 0 RS RS feng