【正文】 0AD單片機對傳感器檢測的煙霧濃度信號進行A/D轉(zhuǎn) 換、平均值法濾波、線性化處理后，將濃度值與報警限設(shè)定值相比較，判斷是否報警。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進入監(jiān)控狀態(tài)。 。 用戶可以通過調(diào)試環(huán)境軟件的人機對話界面，檢查或修改Flash芯片 內(nèi)的各種存儲器、寄存器的數(shù)據(jù)。 當用戶將源程序(匯編語言或C語言)經(jīng)語法檢查無誤并生成代碼時， 就可以將程序代碼下載到Flash芯片中[31]，而用戶的系統(tǒng)可以是在線狀態(tài)。本論文程序調(diào)試過程中。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標準的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對 目標板進行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。 C51工具包的整體結(jié)構(gòu)中，μVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。另外重要的一點，Keil C51生成的目標代碼效率非常之 高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。第四章 煙霧檢測報警器的軟件設(shè)計 STC12系列單片機調(diào)試及開發(fā)工具 本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國Keil Software公司出品的Keil C51，是51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢。從設(shè)計要求及對STC12系列單 片機性能指標、價格及節(jié)省儀表空間考慮，選用STC12C5410AD單片機 作為該報警系統(tǒng)的核心控制器。 本章闡述了煙霧報警器的硬件設(shè)計。 傳感器電源連接自診斷電路(2)判斷傳感器信號端連接情況 另一種情況是判斷傳感器信號端是否連接正確，此時不需要外加電路，在傳感器預熱2分鐘后，測量傳感器信號的輸出電壓，如果電壓為5V，則說明傳感器的信號端連接不正常。 狀態(tài)指示燈電路圖 控制按鍵連接示意圖 (1)判斷傳感器電源連接情況 在傳感器的地端串聯(lián)一個電阻R6。 當煙霧濃度超過報警限，報警器發(fā)出鳴叫，用戶到達現(xiàn)場，可按下按鍵停止報警器鳴叫。黃燈閃亮表示傳感器加熱 絲或者電纜發(fā)生斷線或者接觸不良。單片機STC12C5410AD的18腳()、12腳()、13腳()，控制輸出的狀態(tài)指示燈。C 顯示方式：反射式正顯示存儲溫度：20～+60176。 報警器濃度顯示采用共陽數(shù)碼管。當單片機STC12C5410AD的17腳()置1時，三極 管Q1導通，蜂鳴器報警。 。所以調(diào)節(jié)滑動變阻器，就可以直接改變放大電路的參考電壓。 此放大電路還加了參考電壓，引入了零點調(diào)節(jié)功能，這樣可以更方便 的調(diào)整由于不同傳感器導致的零點變化問題。 (3)由于引入了深度電壓串聯(lián)負反饋，因此電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。(2)電壓放大倍數(shù)A =1+ R4 R3 ，即輸出電壓與輸入電壓的幅值成正比，且相位相同，所以此電路實現(xiàn)了同相比例放大。同相比例運算電路有以下幾個特點： (1)同相比例運算放大電路是一個深度的電壓串聯(lián)負反饋電路。 同相比例運算電路中反饋的組態(tài)為電壓串聯(lián)負反饋，同樣可以利用理 想運放工作在線性區(qū)時的兩個特點來分析其電壓放大倍數(shù)。 LM324是單片高增益四運算放大器，可在較寬電壓范圍內(nèi)的單電源 或雙電源下工作，其電源電流很小且與電源電壓無關(guān)，四個運放一致性好； 其輸入偏流電阻是溫度補償?shù)?，也不需外接頻率補償，可做到輸出電平與 數(shù)字電路兼容。由于系統(tǒng)采用的是單極性供電，所以采用同相比例 放大電路，可以減少硬件開銷；反之，如果采用反相放大，則一般需要利 用雙極性供電，這就需要系統(tǒng)額外的利用變壓芯片產(chǎn)生一個負壓，這顯然 會造成浪費。 傳感器輸出信號一般比較微弱，需要經(jīng)過前置電路對其進行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足單片機對輸入信號的要求。仿真器與STC12C5410AD經(jīng)串口連接。同時，STC12C5410AD的片內(nèi)已集成了程序斷點控制等邏輯功能。 (5)有配套的仿真開發(fā)工具 STC12C5410AD的Flash存儲器給用戶的開發(fā)帶來方便。上電復位后P1口是弱上拉 型的I/O口，可以通過軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A/D使用的口可繼續(xù)作為I/O口使用。 (4) A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換寄存器 STC12C5410AD單片機的A/D轉(zhuǎn)換口在P1口(~)，有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，STC12C5410AD系列是10位精度的A/D，速度 均可達到100KHz(10萬次/秒)。此外，STC12C5410AD的I/O端口電氣特性也十分突出，幾乎所有的I/O口都有20mA的驅(qū)動能力，對于一般的液晶顯示屏、蜂鳴器可以直接驅(qū)動而無需 輔助電路。其中一些I/O口還可以與STC12C5410AD中的特殊模塊相結(jié)合完成更為復雜的工作。 4種類型分別為：準雙向口(標準8051輸出模式)、推挽輸出、僅為輸入(高阻)和開漏輸出功能。要使能PWM模式，模 塊CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必須置位。當CL的值由FF變?yōu)?0溢出時，{EPCnH，CCAPnH}的內(nèi)容裝載到{EPCnL， CCAPnL}中。各個模塊的輸出占空比是獨立變化的，與使用的捕獲寄存器{EPCnL， CCAPnL}有關(guān)。輸出頻率取決于PCA定時器的 時鐘源。Flash存儲器的掉電保護功能 可用于程序數(shù)據(jù)保存，可以按字或字節(jié)讀寫，最小擦除單位為1段，經(jīng)過 擦除的位為“1”，寫入位為“0”。 STC12C5410AD單片機管腳圖STC12C5410AD單片機具有以下特點： (1) Flash存儲器 STC12C5410AD Flash存儲器為10KB。其 內(nèi)部集成的Flash幾乎擁有現(xiàn)代追求個性化的用戶所需要的掉電后數(shù)據(jù)不 丟失、快速的數(shù)據(jù)存取時間、電可擦除、容量大、在線可編程、足夠多的 擦寫次數(shù)、價格低廉和高可靠性等所有優(yōu)點。它體積小，價格低，非常適用于本設(shè)計，下面介紹STC12C5410AD的自身特點。 它們是以單片機內(nèi)部集成Flash的大小區(qū)分的。而且在功能同樣的情況下， 管腳較少封裝體積小，價格比其他型號便宜，因此具有很好的性價比和應 用適應性。 宏晶科技新推出的STC12系列單片機具有高速、低功耗、超強抗干擾等優(yōu)點，是的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度 卻比8051單片機快8~12倍。鑒于C語言的易讀性和普遍性，本論文的軟件設(shè)計選擇C語言編程，所以STC系列單片機在此處不是非常適合。 匯編語言對于不同的CPU，其匯編語言可能有所差異，所以不易移 植。而STC單片機程序嵌套包括中斷最多不能超過8層。8051系 列采用的是堆棧指針，STC采用硬件堆棧8級。 8051單片機雖然應用普遍，工具多，易上手，片源廣，價格低，但 是速度慢，功耗大，適合民用，商用，不適合工業(yè)用途。同時，在能夠滿足報警器設(shè)計的計算速度及接口數(shù)的要求的 同類型單片機中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧的機型，在保證了報警 器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。 單片機是煙霧檢測報警器的核心部件，一方面它要接收來自傳 感器的煙霧濃度的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對兩種信 號分別進行處理，控制后續(xù)電路的相應工作；同時，查詢是否有鍵按下的 命令。并且也要考慮選擇低價實用的機型，并為研制同一系列的低功 耗產(chǎn)品做準備。它一方面要接收來自傳感 器送來的煙霧濃度對應的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對 兩種信號分別進行處理，控制后續(xù)電路進行相應動作；與此同時查詢是否 有鍵按下的請求。此系統(tǒng)還可接計算機進行現(xiàn)場實時控制。該報警器將空氣中煙霧或可燃性液體蒸汽的濃度顯示在儀表盤上，當空氣中的煙霧或可燃性液體蒸汽的濃度達到一定濃度時， 則啟動快速重復檢測和延時報警，以區(qū)別出是管道中煙霧的泄漏， 還是由于短暫打開閥門產(chǎn)生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報。 根據(jù)本設(shè)計要求及使用環(huán)境、成本等因素選用的MQ2型半導體電阻式煙霧敏感器件。 本章主要闡述了煙霧報警儀的設(shè)計方案，即傳感器的選型和報警器的設(shè)計。15%，50177。C~500176。C~50176。 (1) 傳感器類型：半導體電阻式 (2) 檢測范圍：0~100%LEL (3) 報警準確度:：177。 (6)與上位機通訊功能 可以實現(xiàn)與計算機串口通訊，對報警器采取統(tǒng)一控制，以及便于采集 和處理數(shù)據(jù)，也可以在計算機上更改報警限值等。 (4)防止報警器誤報功能 快速重復檢測及延時報警可以區(qū)別出是管道中可燃煙霧的泄漏，還是由于打開閥門時的微量煙霧的散失。 (3)煙霧報警功能 當煙霧濃度連續(xù)20秒取值都在報警限值之上，蜂鳴器開始報警，且聲音越來越急促，并且伴隨紅燈閃爍。 可燃性氣體檢測報警器結(jié)構(gòu)框圖 (1)自診斷故障報警功能 當傳感器加熱絲或者電纜線發(fā)生斷線或者接觸不良的情況時，報警器發(fā)出警報，并且黃色指示燈閃爍，提醒用戶檢查傳感器或者電路線接觸情況，及時排除故障，保證安全。報警器采用巡檢的工作方式，進行兩級 報警值設(shè)定，并發(fā)出不同的光、聲信號。其目標是在傳統(tǒng)的煙霧報警儀的基礎(chǔ)上，盡量提高準確性，降低成本，縮小體積。 當然幾種狀態(tài)的報警信號是各不相同的。為了保 證其可靠性，在輸出5V的電壓的同時，進行故障監(jiān)測。另外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。(d)加熱功率：(P)約750mW (e)靈 敏 度：以甲烷為例R0(air)/RS (%CH4)＞5 (f)響應時間：Tres＜10秒 (g)恢復時間：Trec＜30秒 本論文中的煙霧檢測報警器以STC12C5410AD單片機為控制核心，采用MQ2型電阻式半導體傳感器采集煙霧信息。為避免出現(xiàn)這種情況，并及時發(fā)現(xiàn)氣敏元件的故障， 需要設(shè)計加熱絲故障診斷報警電路。3?。MQ2型煙霧傳感器加熱電壓為5177。由于傳感器一般工作在易燃易爆環(huán)境下，若加熱絲直接與電源相接，當加熱絲局部短路造成器件過熱或放電時，可能引發(fā)事故。 (c) 加熱特性 半導體煙霧傳感器一般要在較高的溫度(200~450176。再通電工作時氣敏電阻值達到穩(wěn)定時所需要的時間，定義為初期穩(wěn)定時間。 (b) 初期穩(wěn)定特性 半導體煙霧傳感器在不通電狀態(tài)存放一段時間后，再通電時，器件并不能立即投入正常工作。 雖然對于不同的煙霧，器件靈敏度特性K的值也會各有差異，但是它們都遵循同一規(guī)律，log RS = m logC + n (22)式中，m為器件相對煙霧濃度變化的敏感性，又稱煙霧分離能，對于 煙霧，m值為1/2~1/3；C為檢測煙霧的濃度。 (2) MQ2型傳感器的基本特性 (a) 靈敏度特性 煙霧傳感器在最佳工作條件下，接觸同一種煙霧，其電阻值RS隨氣 體濃度變化的特性稱之為靈敏度特性，用K表示。MQ2型傳感器具有良好的抗干擾性，可準確排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息，例如酒精和煙霧等。初始穩(wěn)定， 響應時間短，長時間工作性能好。 MQ2型傳感器的外觀 MQ2型傳感器的特性及主要技術(shù)指標 (1) MQ2型傳感器的一般特點 (a)MQ2型傳感器對天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對烷類煙霧更為敏感。這就是MQ2型燃性煙霧傳感器檢測可燃煙霧的基本原理。遇到可燃煙霧（如CH4等）時，原來吸附的氧脫附，而由可燃煙霧以正離子狀態(tài)吸附在二氧化錫半導體表面；氧脫附放出電子，煙霧以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使二氧化錫半導體導帶電子密度增加，電阻值下降。當與煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘受 到該煙霧的調(diào)制而變化，就會引起表而電導率的變化。當處于200~300176。CHCO、乙醇晶體管特性150176。C700176。C類型所利用的特性工作溫度代表性被檢測氣體電阻型電阻表面電阻控制器300～450176。N型在檢測時阻值隨煙霧濃度的增大而減小；P型阻值隨煙霧濃度的增大而增大。按敏感機理分類，可分為電阻型和非電阻型。而在眾多半導體氣體傳感器中，本設(shè)計選用MQ2型煙霧傳感器，這種型號的傳感器不但具備一般半導體煙霧傳感器靈敏度 高、響應快、抗干擾能力強、壽命長等優(yōu)點。 經(jīng)過對比上述兩種煙霧傳感器的應用特性，發(fā)現(xiàn)半導體煙霧傳感器的優(yōu)點更加突出：靈敏度高、響應快、抗干擾性好、使用方便、價格便宜，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護成本較低等。半導體煙霧傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器以及用單晶半導體器件制作的煙霧傳感器，它具有靈敏度高， 響應快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。 因此，經(jīng)常對傳感器進行標定，是保證其準確性的必要的途徑。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時，則傳感器將 使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以致靈敏度很快就喪失。 阻緩是當在煙霧與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無焰燃燒的同時，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應緩慢反應滯緩，靈敏度降低。傳感器種類C0CO2 H2S NH3 HCNHCICOCI2CI2 NOX SO2O2CH4C3H2H2H2O半導體氣體傳感器○○○○○○○○○○固體電解質(zhì)傳感器○○○○○接觸燃燒式傳感器◎○○○電化學式傳感器○○○○○○○○高分子電解質(zhì)氣體傳感器◎○