【正文】 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接線相對(duì)方便，有不同型式的封裝，不同的封裝可以用于多種場(chǎng)合，封裝如管道式、不銹鋼、磁鐵吸附式、螺紋式封裝，型號(hào)多種可以根據(jù)所需的場(chǎng)合選擇適合的傳感器。 F 經(jīng)濟(jì)性，元件的價(jià)格，和使用的方便性。 15 D 所測(cè)量的溫度隨時(shí)間的變化速度，由于測(cè)量元件有滯后的世間，滯后的時(shí)間是否滿足要求。 B 要求的測(cè)量的溫度大小和精度要求。 溫度探測(cè)器的選定 （ 1） 本次論文溫度傳感器的選擇要求 由于溫度檢測(cè)的參數(shù)的不同，一般情況用于民用建筑和工業(yè)上的溫度傳感器有差溫式、定溫式、差定溫式等等。 H為加熱接線段。 (g)恢復(fù)時(shí)間： Trec＜ 30秒 。 (e)靈敏 度：以甲烷為例 R0(air)/RS (%CH4)＞ 5。 。 (b)取樣電阻： (RL) ~20K。 (2)MQ2型傳感器的特性參數(shù) 。 (d)電路設(shè)計(jì)電壓范圍寬， 24V 以下均可；加熱電壓 5177。初 始 穩(wěn) 定 ，響應(yīng)時(shí)間短，長(zhǎng)時(shí)間工作性能好。 圖 33 煙霧傳感器實(shí)物圖 傳感器的特性及主要技術(shù)指標(biāo) ： (1)MQ2型傳感器的一般特點(diǎn) 14 (a)MQ2型傳感器對(duì)天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對(duì) 烷類煙霧更為敏感。當(dāng)空氣中有煙霧的時(shí)候， 晶粒間界處的勢(shì)壘受到該煙霧的調(diào)制而變化，就會(huì)使電阻值發(fā)生變化。 （ 2）關(guān)于煙霧傳感器 本論文用的是二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料的傳感器，型號(hào)為 MQ2，這種傳感器是 N 型半導(dǎo)體表面離子式。通過(guò)研究選擇 MQ2 煙霧傳感器。 通過(guò)比較分析，本設(shè)計(jì)的感煙探測(cè)器采用的是 MQ2 傳感器，因?yàn)殡x子式傳感器 NIS90 內(nèi)部有微量的放射性物質(zhì)，有可能泄漏，對(duì)人體和環(huán)境都有一定的危害。當(dāng)電離室中有煙霧時(shí)，就會(huì)改變電離室空氣的電離狀態(tài)，這是就相當(dāng)于電離室的等效電阻增大，電阻增大就會(huì)引起電離室兩端電壓的改變，從而確定空氣中的煙霧狀態(tài)情況。離子型煙霧傳感器改變電壓的變化是通過(guò)煙敏電阻的電離室引起的。這種傳感器常用與家庭和工廠的氣體泄漏裝置，適用于很多種氣體，包括液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、 13 酒精、氫氣、煙霧等的檢測(cè)。 它能將氣體的種類和氣體的濃度相關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，根據(jù)這些電信號(hào)的大小就能得到和待測(cè)氣體在空氣中的濃度大小，從而可以進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警；還可通過(guò)一些接口電路和計(jì)算機(jī)相連接形成一個(gè)系統(tǒng)，能夠自動(dòng)的檢測(cè)、控制和報(bào)警。他們主要是包括接觸燃燒式、半導(dǎo)體氣敏式和電化學(xué)式傳感器等，在這些傳感器中用的最廣泛的就是半導(dǎo)體氣敏傳感器。還有一種就是沒(méi)有明火的火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng) ,會(huì)產(chǎn)生這時(shí)粒子較大顆粒的煙霧，這種場(chǎng)合適合用光電傳感器。當(dāng)火災(zāi) 發(fā)生的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生大量的比較小的顆粒，這時(shí)候離子式傳感器會(huì)產(chǎn)生較大的電壓的變化，此時(shí)離子煙霧傳感器會(huì)先報(bào)警。 離子式與光電式的比較 離子式的煙霧傳感器對(duì)于比較微小的煙霧粒子會(huì)更加敏感，另外對(duì)于各種煙霧均有響應(yīng)；而向前式光電煙霧傳感器對(duì)于顆粒相對(duì)較大的煙霧粒子是最敏感的，但是對(duì)于黑煙和灰色的煙塵響應(yīng)能力相對(duì)較差。 傳感器的選擇 煙霧傳感器的選擇 （ 1） 煙霧傳感器的比較 ①．離子式煙霧傳感器 這種煙霧傳感器是用一種技術(shù)比較良好，工作性能比較穩(wěn)定的的傳感器它的 12 用途也比較廣泛，現(xiàn)在已經(jīng)被應(yīng)用到各種消防報(bào)警系統(tǒng)中，性能十分的優(yōu)越，比氣敏電阻類的傳感器要好很多。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為 32μ S，芯片有兩個(gè)數(shù)據(jù)的輸出能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，這樣能把轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)誤差率降 低。 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá) 256 級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。本次論文選用的是 ADC0832 芯片。位數(shù)越高，其分辨率也越高，但價(jià)格也越貴。尤其是反復(fù)擦寫的存儲(chǔ) 器能夠有效的降低成本。 AT89C51 的引腳圖如圖 31 所示。它本身有四十個(gè)引腳，三十二個(gè)外部 I/O端口，有兩個(gè)外部中斷，兩個(gè)十六位的可編程的定時(shí) /計(jì)數(shù)器。這款單片機(jī)是一種高性能低功耗的芯片。在實(shí)際應(yīng)用之中 AT89C51 單片機(jī)應(yīng)用的很廣泛，開(kāi)發(fā)的工具和多，容易學(xué)習(xí)，價(jià)格低，這樣是最適合民用，商用，用途是十分的廣泛的，根據(jù)以上優(yōu)點(diǎn)，本篇論文用 AT89C51 作為報(bào)警器的核心部件。但是在滿足系統(tǒng)的計(jì)算速度的同時(shí)還要考慮到他的價(jià)格和體積。這樣儀表檢測(cè)人員才能夠正確的觀察到事實(shí)的煙霧濃度。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的這些功能之中，對(duì)轉(zhuǎn)換好的信號(hào)做數(shù)字濾波，再對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處 理，這些過(guò)程是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的。 這個(gè)系統(tǒng)的整體方案如圖 24 所示 圖 24 自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警框圖 AT89C51 A/D轉(zhuǎn)換 信號(hào)處理 煙霧傳感器 溫度傳感器 煙霧濃度顯示 狀態(tài)指示燈 聲音報(bào)警 控制裝置 9 系統(tǒng)的硬件選擇與設(shè)計(jì) 主要芯片的選擇 單片機(jī)的選擇 （ 1）單片機(jī)的比較 單片機(jī)是本系統(tǒng)最重要的部分，它不但要接收煙霧傳感器傳來(lái)的模擬信號(hào)和溫度傳感器傳來(lái)的數(shù)字信號(hào)還有故障檢測(cè)信號(hào)，而且還有對(duì)兩種信號(hào)和記憶值對(duì)比，然后控制相應(yīng)的報(bào)警。 單片機(jī)數(shù)字信號(hào)濾波處理和數(shù)據(jù)分析之后判斷是否大于或等于預(yù)設(shè)值，即臨界溫度報(bào)警或煙塵濃度?？梢詫?duì)室內(nèi)和室外實(shí)時(shí)采集溫度和煙霧濃度，如果發(fā)現(xiàn)測(cè)量溫度或煙塵濃度高于臨界值報(bào)警。 煙霧傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 單片機(jī)系統(tǒng) 顯示部分 報(bào)警模塊 煙霧傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 單片機(jī)系統(tǒng) 顯示部分 報(bào)警模塊 信號(hào)處理模塊 溫度傳感器 8 （ 3）系統(tǒng)的整體方案 一個(gè)完整的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，必須包含以下部分：傳 感器、控制器、數(shù)據(jù)處理器和報(bào)警模塊。 圖 23 方案二 為了使系統(tǒng)能夠可靠的運(yùn)行，溫度傳感器將溫度傳遞給單片機(jī)，更準(zhǔn)確的把現(xiàn)場(chǎng)的信息傳遞給單片機(jī)，信號(hào)處理模塊能有效的提高報(bào)警的靈敏度。 圖 22 方案一 （ 2） 方案二 采用單片機(jī)為主控芯片，同樣經(jīng)過(guò)煙霧傳感器，再經(jīng)信號(hào)處理模塊，然后A/D 轉(zhuǎn)換，最后傳遞給單片機(jī)。 7 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) (1)方案一 采用單片機(jī)為主控芯片。也可以對(duì)紅外線進(jìn)行探測(cè)，紅外線的波長(zhǎng)相對(duì)較長(zhǎng)。觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警。 (2)煙霧傳感器型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 目前國(guó)內(nèi)主要有激光感煙式、光電感煙式和離子感煙式等煙霧傳感器型。而且能夠現(xiàn)場(chǎng)編程，實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的靈活運(yùn)用。提醒值班人員火災(zāi)發(fā)生的地點(diǎn)，請(qǐng)及時(shí)的滅火。 傳感器通過(guò)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出的化學(xué)或物理變化（如發(fā)出的紅外線，溫度上升還有產(chǎn)生的煙霧，和一些可燃性氣體）把這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，發(fā)送到火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，使火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警消息。 圖 21 火災(zāi)發(fā)生過(guò)程 6 自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的作用和類型 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的組成是報(bào)警裝置，傳感器模塊，還有其他的輔 助功能，如噴水裝置，通風(fēng)裝置等，在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中，觸發(fā)器件就是產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)的裝置（有自動(dòng)的和手動(dòng)的兩種）。當(dāng)產(chǎn)生明火時(shí)，很快的蔓延開(kāi)來(lái)，使周圍的環(huán)境溫度和快的升高。使周圍的環(huán)境溫度迅速上升。 一般來(lái)說(shuō)，一般可燃物在燃燒時(shí)候會(huì)有一些現(xiàn)象，一開(kāi)始會(huì)出現(xiàn)可燃性的氣體，后來(lái)會(huì)出現(xiàn)煙霧，在空氣流通性比較好的情況下也就是氧氣比較多的時(shí)候才會(huì)完全的 燃燒產(chǎn)生明火。產(chǎn)生的這些氣溶膠，明火，煙霧和熱能都稱之為火災(zāi)參量，通過(guò)這些物質(zhì)能提前的發(fā)現(xiàn)火災(zāi)是否存在，由于火災(zāi)發(fā)生時(shí)有很多不同的現(xiàn)象，可將火災(zāi)分為無(wú)明火，明火和快速火焰等。在生成氣溶膠的時(shí)候，會(huì)生成一些比較大顆粒物 質(zhì)，被叫做煙霧。一般來(lái)講空氣中的氧氣被看作為助燃劑。發(fā)生火災(zāi)是指燃燒過(guò)程中失去了控制造成的災(zāi)害。由于其體積小，易操作和維護(hù)，成本低，具有廣闊的應(yīng)用前景?；鹨坏┌l(fā)生 (煙霧和溫度異常同時(shí)發(fā)生 )，聲音報(bào)警可以即時(shí)發(fā)出信號(hào)。環(huán)境異常時(shí) (如煙塵濃度太大或高溫 )，它可以發(fā)送一個(gè)警報(bào)信號(hào)異常，注意盡量避免火災(zāi)。當(dāng)發(fā)生硬件故障時(shí)，可以發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。 這個(gè)設(shè)計(jì)單片機(jī)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)為家庭防火用，有以下特點(diǎn)： 1， 能夠室內(nèi)煙霧等有害氣體和溫度的突然變化報(bào)警聲、光雙重報(bào)警功能。 單片機(jī) 監(jiān)測(cè)溫度和煙霧濃度，以及報(bào)警控 4 制器的反饋， 單片機(jī) 將接收 信號(hào)與記憶 的標(biāo)準(zhǔn)值 進(jìn)行比較，判斷是否有火災(zāi)。系統(tǒng)涉及的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)比較溫度、煙密度測(cè)試，信號(hào)，聲音報(bào)警，不同的報(bào)警顯示的不同的危險(xiǎn)。對(duì)于一些火災(zāi)發(fā)生得更快，通常只有幾秒鐘十秒鐘的時(shí)間大火將達(dá)到無(wú)法控制的狀態(tài)。例如，居民小區(qū)，各種超市百貨商店都有很多易燃的物品，有較高人員密集的火車站、商場(chǎng)、加油站、網(wǎng)吧、電影院、倉(cāng)庫(kù)等其他易燃易爆的場(chǎng)合，還有一些現(xiàn)代化手段場(chǎng)合如汽車上，飛機(jī)，船舶運(yùn)輸?shù)?，其中有些地方發(fā)生火災(zāi)是很緩慢的，漸漸的溫度升高，這樣使燃點(diǎn)很低的材料達(dá)到了燃點(diǎn)發(fā)生燃燒，如果不能得到及時(shí)的控制，火勢(shì)逐漸的變大，最后無(wú)法控制，發(fā)生火災(zāi)造成人員和財(cái)產(chǎn)的損失。應(yīng)用的范圍也會(huì)越來(lái)越廣泛，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)的更新也會(huì)不斷的發(fā)展。但是在國(guó)內(nèi)的很多的重要地方的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是從外國(guó)進(jìn)口的設(shè)備或引進(jìn)的技術(shù)，系統(tǒng)的靈敏度和環(huán)境的匹配能力有限，探測(cè)的煙霧濃度范圍，和節(jié)能設(shè)計(jì)方面還需要很大的提高。并且也具有安裝方便，價(jià)格便宜，智能報(bào)警等諸多特點(diǎn)。它的靈敏度可以達(dá)到。比如，有我國(guó)南京消防公司生產(chǎn)的超早期火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)?？梢酝茰y(cè)自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)即將會(huì)有很廣闊的發(fā)展空間。對(duì)于環(huán)境變化不大的地方或者比較重要的地方對(duì)于火災(zāi)要求比較嚴(yán)格的場(chǎng)所，要求傳感器的靈敏度就比較高。人們可以根據(jù)不同的保護(hù)環(huán)境設(shè)置不同的火災(zāi)報(bào)警靈敏度。傳感器的報(bào)警由過(guò)去的開(kāi)關(guān)量變成了數(shù)字量。 3，自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)為智能型。這是因?yàn)檫@種系統(tǒng)有很好的自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測(cè)功能，再加上施工簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。這種系統(tǒng)能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編程，是各個(gè)模塊能較為靈活的控制聯(lián)動(dòng)裝置，這個(gè)系統(tǒng)能對(duì)自身的故障進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，對(duì)外圍的裝置的故障也能進(jìn)行排查，它的最大的缺點(diǎn)就是很難區(qū)分故障的類型。傳感器的報(bào)警形式是數(shù)字量，硬件的條件決定了它的靈敏度。各個(gè)模塊和傳感器用地址編碼形式。這種自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)使 用了功能比較全面的微型處理器。這個(gè)系統(tǒng)的缺點(diǎn)是校驗(yàn)工作量特別大，安裝也是十分的繁瑣，和容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。它的主要作用是報(bào)警，或者在聯(lián)合一些簡(jiǎn)單的聯(lián)動(dòng)裝置，例如蜂鳴器，顯示器等。報(bào)警模塊必須向傳感器提供電源，報(bào)警顯示裝置和信號(hào)線相連，當(dāng)某個(gè)傳感器發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，系統(tǒng)會(huì)相應(yīng)的點(diǎn)亮相關(guān)的燈來(lái)提示人們，有火災(zāi)發(fā)生。 2 自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，從發(fā)展歷程來(lái)看，可分為三個(gè)階段： 1，自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)為多線型。伴隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們漸漸的研制出了高科技來(lái)防范火災(zāi)的發(fā)生，省去了很多的人力物力。 隨著計(jì)算機(jī)在人民生活中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由此火災(zāi)也越來(lái)越多，我們的生活環(huán)境到處存在著火災(zāi)的隱患，自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)并不是傳統(tǒng)意義的簡(jiǎn)單報(bào)警設(shè)備，而是結(jié)合了自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技 術(shù)的應(yīng)用等各領(lǐng)域知識(shí)，隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)一定會(huì)得到更廣泛的發(fā)展。穩(wěn)定的監(jiān)控系統(tǒng)和及時(shí)的報(bào)警機(jī)制可以大大的減少人員傷亡，為人民減少不必要的損失。而且還造成了社會(huì)的不安與混 亂。 殘酷的災(zāi)難面前，使人民明白了隨著社會(huì)財(cái)富的不斷增加，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，火災(zāi)給我們帶來(lái)的危害不斷的擴(kuò)大?；馂?zāi)的隱患也伴隨著社會(huì)的發(fā)展而逐年升高。在世界上發(fā)生頻率最高的災(zāi)難就是火災(zāi)，全世界幾乎每天都有火災(zāi)發(fā)生。 關(guān)鍵詞 ： 報(bào)警器； AT89C51；傳感器