【正文】 個(gè)特點(diǎn)： (1)同相比例運(yùn)算放大電路是一個(gè)深度的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。 同相比例運(yùn)算電路中反饋的組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，同樣可以利用理 想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的兩個(gè)特點(diǎn)來分析其電壓放大倍數(shù)。 LM324是單片高增益四運(yùn)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(gè)運(yùn)放一致性好；其輸入偏流電阻是溫度補(bǔ)償?shù)模膊恍柰饨宇l率補(bǔ)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(gè)負(fù)壓，這顯然 會(huì)造成浪費(fèi)。 （二）煙霧檢測報(bào)警器硬件電路設(shè)計(jì) 1．信號采集及前置放大電路 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(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足單片機(jī)對輸入信號的要求。仿真器與 STC12C5410AD 經(jīng)串口連接。同時(shí)， STC12C5410AD 的片內(nèi)已集成了程序斷點(diǎn)控制等邏輯功能。 (3)有配套的 仿真開發(fā)工具 STC12C5410AD 的 Flash 存儲(chǔ)器給用戶的開發(fā)帶來方便。上電復(fù)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。 (2) A/D 模數(shù) 轉(zhuǎn)換寄存器 STC12C5410AD 單片機(jī)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(dá)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(dòng)能力，對于一般的液晶顯示屏、蜂鳴器可以直接驅(qū)動(dòng)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(fù)雜的工作。 4 種類型分別為：準(zhǔn)雙向口 (標(biāo)準(zhǔn) 8051 輸出模式 )、推挽輸出、僅為輸入 (高阻 )和開漏輸出功能。 STC12C5410AD單片機(jī)的管 腳結(jié)構(gòu)如圖 所示。 2． STC12C5410AD 單片機(jī)的特點(diǎn) STC12C5410AD 單片機(jī)較以往的單片機(jī)提高了工作效率，使系統(tǒng)的可靠性、抗干擾能力得到了顯著改善，而且進(jìn)一步小型化和便攜化。而且 STC12 系列下屬的STC12C54xxAD 系 列單片機(jī)是低功耗 Flash 單片機(jī)，它的 高效尋址方式、大容量 Flash、 EEPROM、 A/D 轉(zhuǎn)換、硬件乘法器、硬件脈寬調(diào)制器 (PWM)等功能特點(diǎn)， 較好的實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的功能與超低功耗的結(jié)合。 為適用于本論文設(shè)計(jì)的煙霧檢測報(bào)警器，應(yīng)選擇一種比 8051 系列速度快，功耗低，抗干擾性好，而又避免 C 語言編程溢出問題的單 片機(jī)。而 STC 單片機(jī)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(jī)雖然應(yīng)用普遍，工具多，易上手，片源廣，價(jià)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(shí)，在能夠滿足報(bào)警器設(shè)計(jì)的計(jì)算速度及接口數(shù)的要求的 同類型單片機(jī)中，要考慮選擇 價(jià)格低廉且體積輕巧的機(jī)型，在保證了報(bào)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。 （一）單片機(jī)的選型 1．單片機(jī)的選擇 畢業(yè)論文 7 單片機(jī)是煙霧檢測報(bào)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(jìn)行處理，控制后續(xù)電路的相應(yīng)工作；同時(shí)，查詢是否有鍵按下的命令。并且也要考慮選擇低價(jià)實(shí)用的機(jī)型，并為研制同一系列的低功 耗產(chǎn)品做準(zhǔn)備。它一方面要接收來自傳感 器送來的煙霧濃度對應(yīng)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(jìn)行處理，控制后續(xù)電路進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作；與此同時(shí)查詢是否 有鍵按下的請求。 (3)防止報(bào)警器誤報(bào)功能 快速重復(fù)檢測及延時(shí)報(bào)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(shí)的微量煙霧的散失。 (2)煙霧報(bào)警功能 當(dāng)煙霧濃度連續(xù) 20 秒取值都在報(bào)警限值之上，蜂鳴器開始報(bào)警，且聲音越來越急促，并且伴隨紅燈閃爍。系統(tǒng)應(yīng)采用高性能的單片機(jī)，要求工作穩(wěn)定、測量精度高、通用性強(qiáng)、功耗低，保證報(bào)警器的精確性及可 靠性，而且最好體積小，成本低，有利于減少報(bào)警器的體積，降低報(bào)警器 的成本。 報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示，系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，配合外圍電路共同完成信號采集、濃度顯示、時(shí)間顯示、狀態(tài)顯示、聲音及閃爍報(bào)警、按鍵輸入、故障自檢等功能。 2．煙霧檢測報(bào)警器的結(jié)構(gòu) 為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場所對可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計(jì)的可燃性煙霧報(bào)警儀應(yīng)不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應(yīng)具有顯示可燃煙霧濃度、故障自檢、延時(shí)報(bào)警功能及可接計(jì)算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場遠(yuǎn)測和實(shí)時(shí)控制等功能。當(dāng)傳感器加熱絲或電纜線和傳感器斷線或接觸不良時(shí)，進(jìn)行故障報(bào)警，發(fā)出聲光報(bào)警信號。為提高響應(yīng)時(shí)間，保證傳感器準(zhǔn)確地 、穩(wěn)定地工作，報(bào)警器需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個(gè) 5V 的電壓。 首先，傳感器送來的煙霧濃度對應(yīng)的微小的電壓信號經(jīng)過放大，轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號送入 STC12C5410AD 單片機(jī)；然后，在 STC12C5410AD 單片機(jī)內(nèi) A/D 轉(zhuǎn)換、濃度比較，對數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理，將數(shù)字化電壓信號轉(zhuǎn)化成為對應(yīng)的十進(jìn)制濃度值；最后，將實(shí)際可燃性氣 體濃度送入液晶，并判斷濃度值是否超出報(bào)警限，當(dāng)濃度處于正常狀態(tài)綠 燈長亮，當(dāng)煙霧濃度超出設(shè)定的限定值時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)警并伴隨紅燈閃亮。 MQ2 型傳感器的結(jié)構(gòu)圖如 圖 所示，其外觀如 所示。而當(dāng)空氣中沒有煙霧時(shí)，二氧化錫半導(dǎo)體又會(huì)自動(dòng)恢復(fù)氧的負(fù)離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。利用這一點(diǎn)就可以獲得這種煙霧存在的信息。 C 溫度時(shí)，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。 本設(shè)計(jì)中采用的 MQ2 型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料，屬于表面離子式 N 型半導(dǎo)體。半導(dǎo)體氣敏元件也有 N 型和 P 型之分。 半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器以 畢業(yè)論文 4 及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器。因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體煙霧傳感器作為報(bào)警器煙霧信息采集部分的核心。由此可見，傳感器的選型是非常重要的。 （二）煙霧傳感器的選型 煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是氣 電變換器，它將可燃性氣體在空氣中的含量 (即濃度 )轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號，通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路 將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報(bào)警控制等工作。方便調(diào)節(jié)報(bào)警限，可以加入按鍵。單片機(jī)對該數(shù)字信號進(jìn)行濾波處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是否大于或等于某個(gè)預(yù)設(shè)值 (也就是報(bào)警限 )，如果大于則啟動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警聲音，反之則為正常狀態(tài)。 煙霧信號采集電路一 般由煙霧傳感器和模擬放大電路組成，將煙霧信號轉(zhuǎn)化為模擬的電信號。 (2)再加入一路傳感器信號采集電路，利用雙通道數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)采集的優(yōu)化，主要是利用輔助的一路進(jìn)行修正主傳感器，以提高精度和可靠性。 (4)硬件電路和軟件的綜合調(diào)試。按照軟件實(shí)現(xiàn)的功能，主要分為主程序、初始化子程序、鍵盤處理子程序、濾波子程序、線性化處理子程序、濃度顯示子程序、報(bào)警子程序、報(bào)警 畢業(yè)論文 3 限值設(shè)置子程序、串口通信子程序。系統(tǒng)硬件電路主要分為前置放大電路、鍵盤電路、串口通信電路、聲音報(bào)警電路、狀態(tài)指示燈電路、液晶顯示電路六個(gè) 部分。 （三）本論文主要任務(wù) 本篇論文 是煙霧報(bào)警器的研制，主要基本部分和擴(kuò)展部分： (1)對系統(tǒng)進(jìn)行整體規(guī)劃和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。當(dāng)在現(xiàn)場的探測器探測到燃?xì)庑孤┲?，通過屏蔽電纜線將信號傳到控制器，控制器發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)排風(fēng)裝置或關(guān)閉電磁閥切斷氣源，以確保安全?？刂破髋c探測器結(jié)合使用，可在防爆現(xiàn)場長期監(jiān)測煙霧的濃度。 檢漏儀的體積較小，可隨身攜帶或手持，主 要應(yīng)用于燃?xì)夤芾淼牟槁┡c巡檢。有的報(bào)警器可自動(dòng)開啟排風(fēng)扇，把煙霧排出室外 工業(yè)用煙霧報(bào)警器及有毒有害煙霧報(bào)警器只是檢測探頭有差異，而在原理和應(yīng)用中都很相近。 燃?xì)鈭?bào)警器可分為民用火災(zāi)煙霧報(bào)警器、工業(yè)用煙霧 報(bào)警器、有毒有害煙霧報(bào)警器三大系列產(chǎn)品。但主要是在引進(jìn)國外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究與開發(fā)形成自己