【導讀】基于STC12C5410AD的單片機的煙霧報警儀設計。本論文以電阻式煙霧傳感器和單片機技術為核心并與其他電子技術相結合。設計出一種技術水平較好的煙霧報警器其中選用MQ-2型半導體可燃氣體敏感元。件隨著信息時代的到來作為獲取信息的手段傳感器技術得到了的進步其應用領。域越來越廣泛對其要求越來越高需求越來越迫切傳感器技術已成為衡量一個國。家科學技術發(fā)展水平的重要標志之一因此了解并掌握各類傳感器的基本結構工。作原理及特性是非常重要的本文利用單片機結合技術而開發(fā)設計了這一。11論文研究來源目的和意義5. 第二章煙霧檢測報警器的方案設計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指標12. 32煙霧檢測報警器硬件電路設計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)字濾波子程序設計及流程圖29. 線性化處理子程序設計及流程圖31. 程序設計及流程圖35. 第五章實驗檢定及誤差分析40. 產(chǎn)生為了早期發(fā)現(xiàn)和通報火災防止和減少火災危害保護人身和財

　　

【正文】 i 在本實驗中 N 為 20 計算本報警器 顯示煙霧濃度與實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警器滿足檢測要求 52 實驗誤差分析 在測量儀器的實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 AD 轉換量化誤差 STC12C5410AD 單片機的內(nèi)部 AD 轉換器為 12 bit輸入單片機模擬 電壓信號 037V參考電壓 25VAD轉換器對輸入模擬信號的最大分辨率為 25 212 1 000061V 因此可求得 AD 轉換誤差為 000061 000016 0016 2 數(shù)字濾波過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 16 16 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(jīng)過精確測量后再焊接上去的并經(jīng)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)的正常運行危害很大本系統(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?shù)h(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) 5LEL 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 53 本章小結 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(jīng)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(chǎn)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(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進行深入研究的基礎上全面比較國內(nèi)外同類產(chǎn)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(nèi)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(jīng) AD 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)計算本報警器顯示煙霧濃度與實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 2325 [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 2020 8 2728 [3]彭軍 傳感器與檢測技術 西安電子科技大學出版社 2020 263315 [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 2020 3 13 [5]Yoon D h Yu J h Choi Gm CO Gas Sensing 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學致以誠摯的謝意另外系里的領導和老師也給了我們必要的指導我也向系和年級的領導們表示衷心的感謝最后感謝學院對我這幾年的培養(yǎng) 附 錄 1 1 本設計使用的單片機程序如下 void IntTimer0 interrupt 1 定時器中斷程序 if yure_biao 0 jia1 YS YS if jia1 200 定時 10S jia1 0 jia2 if jia2 30 定時 5 分 30 jia2 0 yure_biao 1 YS 1 if start_biao 0 over_biao 0 bao_biao 1 clear_biao 0 采集定時程序 jia3 if jia3 20 定時 1S jia3 0 start_biao 1 if clear_biao 1 清除報警顯示 jia5 xscout 0 RS 1 if jia5 200 jia5 0 jia6 if jia6 6 定時 1 分 jia6 0 clear_biao 0 else jia5 0 jia6 0 if bao_biao 1 clear_biao 0 報警 GS 1 jia4 if dengji 1 if jia4 20 jia4 0 RS RS feng