【正文】 計也需要對芯片進行編程序。硬件知識用來設計硬件電路，以實現(xiàn)信號的采集、放大、轉(zhuǎn)換和顯示等功能。 煙霧檢測報警器硬件電路的設計與分析每一個設計都要以一定的知識為基礎(chǔ)，知識的多少在一定程度上決定了設計出來的東西的好壞程度。氣體濃度經(jīng)過設置后送單片機記錄，在采集到的氣體濃度過大，超過安全值時單片機驅(qū)動蜂鳴器和發(fā)光二極管工作，提供報警服務。CPU的狀態(tài)被完整地保持起來，如PC,SP,PSW,ACC等都保持節(jié)電前地狀態(tài)，各I/O口也保持節(jié)電前地邏輯值，ALE和PSEN均進入無效狀態(tài)[11][13]。在掉電方式下，CPU暫時不工作，但也隨時準備恢復工作。在中斷服務程序中要安排這樣的指令：JNB ,$ ；若INT0=0,不往下執(zhí)行JB ,$ ；若INT0=1,不往下執(zhí)行RETI 返回主程序執(zhí)行一條指令[10]（4）掉電和節(jié)電方式 在掉電方式下，單片機的耗電降至最小。將外加脈沖加到INT0輸入，平時為低電平。（3）單步執(zhí)行方式 單步執(zhí)行方式是使程序的執(zhí)行處在外加脈沖（通常用一個按鍵產(chǎn)生）的控制下，一條指令一條指令地執(zhí)行，即按一次鍵，執(zhí)行一條指令。由于復位后PC=0000H,所以程序的執(zhí)行總是從地址0000H開始的。所執(zhí)行的程序可以放在內(nèi)部ROM、外部ROM或者同時放在內(nèi)外ROM中。也可以進行手動復位，在Vcc和RST引腳之間接一個按鍵，即可以實現(xiàn)手動復位。復位以后，內(nèi)部各寄存器狀態(tài)見表32:表32 內(nèi)部寄存器復位后狀態(tài)表寄存器復位后狀態(tài)寄存器復位后狀態(tài)PC 0000HTCON00HACC 00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL1 00HDPTR0000HTH100HP0～P3FFHSCON00HIP**000000BSBUF不定IE0*000000BPCON 0***0000BTMOD00H復位后，程序計數(shù)器PC的值是0000H說明：AT89S51單片機的程序起始位置是在內(nèi)存的0000H，也就是說程序的第一條指令必須存入內(nèi)存的0000H單元，程序才可能在復位后，直接運行。（1） 復位方式 RST引腳時復位信號的輸入端。在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令時，不產(chǎn)生PSEN信號，在訪問外部數(shù)據(jù)時，亦不產(chǎn)生PSEN信號[12]。訪問外部程序存儲器選通信號，低電平有效。如果是使用AT89S51或其它內(nèi)部有程序空間的單片機時，此引腳接成高電平使程序運行時訪問內(nèi)部程序存儲器，當程序指針PC值超過片內(nèi)程序存儲器地址(如8051/8751/89C51的PC超過0FFFH)時，將自動轉(zhuǎn)向外部程序存儲器繼續(xù)運行。EA/VPP：該引腳為低電平時，則讀取外部的程序代碼(存于外部EPROM中)來執(zhí)行程序。在非訪問外部存儲器期間，ALE引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作頻率的1/16，因此可以用來驅(qū)動其他外圍芯片的時鐘輸入。ALE/PROG：ALE是英文ADDRESS LATCH ENABLE的縮寫，表示允許地址鎖存允許信號。在整個系統(tǒng)中，這8個引腳還具有專門的第二功能，在此，對P3口相應引腳用于控制信號時的情況如表31所示。在對EPROM編程和驗證程序時，它輸入高8位地址?！?21～28腳):P2是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。 圖33 AT89S51引腳功能圖表31 P3口的引腳功能引腳信號 控制信號說明RXD串行數(shù)據(jù)輸入TXD串行數(shù)據(jù)輸出INT0外部中斷0INT1外部中斷1T0定時器0輸入T1定時器1輸入WR寫存儲器信號RD讀存儲器信號 ～(1～8腳):Pl是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。在訪問片外存儲器時，它分時提供低8位地址和8位雙向數(shù)據(jù)，故這些I/O線有地址線/數(shù)據(jù)線之稱，簡寫為AD0～AD7。當采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩信號的輸入。它采用外部振蕩器時，此引腳應接地。Vcc(40腳):主電源+5V。AT89S51單片機的引腳定義及功能AT89S51引腳圖如圖33所示，下面分別介紹其引腳。AT89S系列單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。采集信號經(jīng)過ADC0809處理后送單片機進行數(shù)據(jù)處理，處理后的信息將通過單片機控制，在LCD顯示器上顯示出來。圖31 MQ2型氣體傳感器單片機采集電壓值與煙霧濃度百分比線性化曲線圖32 用變阻器模擬的MQ2型半導體煙霧傳感器系統(tǒng)選用單片機控制，采用AT89S51單片機。根據(jù)圖31，MQ2型氣體傳感器單片機采集電壓值與煙霧濃度百分比線性化曲線，當煙霧濃度在0%到100%，將電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號最終由單片機處理顯示出濃度值?；馂臒熿F故障監(jiān)測報警系統(tǒng)采用三路不同地點煙霧檢測的方法，檢測器件采用MQ2型氣體傳感器檢測氣體濃度，檢測結(jié)果送入模/數(shù)芯片ADC0809中進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 3 煙霧檢測報警器的硬件模塊設計根據(jù)第二章的介紹系統(tǒng)的硬件部分可以分成三個模塊來做，現(xiàn)在就先進行模塊設計部分，然后再具體介紹各部分硬件電路的設計。因為人對聲光信號更為敏感，所以聲光變化更容易引起工作人員的注意。 (1)煙霧濃度顯示通過液晶屏顯示可燃煙霧的濃度值，便于檢測人員隨時觀測煙霧濃度。 可燃性氣體檢測報警器結(jié)構(gòu)框圖，系統(tǒng)以單片機為核心，配合外圍電路共同完成信號采集、濃度顯示、狀態(tài)顯示、聲音報警等功能。 為適應變電站和工業(yè)等場所對可燃性易爆煙霧安全性要求，設計的可燃性煙霧報警儀應不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應具有顯示可燃煙霧濃度、延時報警功能及可接計算機進行現(xiàn)場遠測等功能。為了保證整個系統(tǒng)可靠的運行，設計中必須明確三大部分的實際聯(lián)系：以單片機為中心，其他各大模塊一一展開。整個監(jiān)測報警系統(tǒng)由三個部分組成，分為三大模塊：濃度檢測模塊、主控模塊和外圍報警模塊。在此系統(tǒng)中，檢測信號進入單片機進行運算處理，控制外圍電路。以此理解，單片機煙霧故障監(jiān)測報警系統(tǒng)同樣具有單片機應用系統(tǒng)的三個層次。在單片機系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上面向?qū)ο蟮慕涌陔娐?，如前向通道、后向通道、人機交互通道(鍵盤、顯小器、打印機等)和串行通信口(RS232)以及應用程序等。(2)單片機系統(tǒng)：指按照單片機的技術(shù)要求和嵌入對象的資源要求而構(gòu)成的基本系統(tǒng),如時鐘電路、復位電路和擴展存儲器等與單片機構(gòu)成了單片機系統(tǒng)。單片機系統(tǒng)單片機單片機應用系統(tǒng)人機交互通道應用程序串行通信口后向通道前向通道圖23 單片機應用系統(tǒng)三個層次的關(guān)系單片機應用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分三個層次。為提高響應時間，保證傳感器準確地、 穩(wěn)定地工作，報警器需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個5V的電壓。 首先，傳感器送來的煙霧濃度對應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ADC0809進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后再送入單片機；在8051單片機內(nèi)進行濃度比較，對數(shù)據(jù)進行線性化處理，最后，將實際可燃性氣體濃度送入液晶，并判斷濃度值是否超出報警限，當濃度處于正常狀態(tài)綠燈長亮，當煙霧濃度超出設定的限定值時，發(fā)出聲音報警并伴隨紅燈亮。單片機是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設計的單芯片形態(tài)應用系統(tǒng)，能滿足面對控制對象、應用系統(tǒng)的嵌入、現(xiàn)場的可靠運行及非凡的控制品質(zhì)等要求，是發(fā)展最快、品種最多、數(shù)量最大的嵌入式系統(tǒng)。如對外部信息的捕捉、對控制對象實時控制和有突出控制功能的指令系統(tǒng)(I/O控制、位操作和轉(zhuǎn)移指令等)。(3)能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中可靠運行的品質(zhì)。如傳感信號輸入、人機交互操作,伺服驅(qū)動等。嵌入式系統(tǒng)一般分為四種:工控機，通用CPU模塊，嵌入式微機處理，單片機。它是單片機在系統(tǒng)檢測方面的應用，是典型的嵌入式系統(tǒng)。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流。Rs表示在含1000ppm 丙烷、不同溫/濕度下傳感器的電阻值，Ro表示在含1000ppm 丙烷、20℃/65%RH環(huán)境條件下傳感器的電阻值。溫濕度的影響圖23是傳感器典型的溫度、濕度特性曲線。圖中縱坐標為傳感器的電阻比（Rs/Ro），橫坐標為氣體濃度。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。 MQ2型煙霧傳感器的相關(guān)介紹MQ2/MQ2S氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。而在眾多半導體氣體傳感器中，本設計選用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，還有足夠的耐高溫，耐高濕的特性。 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◎○○○○ 注：○好 ◎不太好煙霧檢測報警器主要應用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、變電站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃煙霧泄漏的場所，根據(jù)報警器檢測煙霧種類的要求，一般選用接觸燃燒式煙霧傳感器和半導體煙霧傳感器。固體電解質(zhì)煙霧傳感器主要用于檢測無機煙霧，如OCOHClSO2等。 (4)常見煙霧傳感器可檢測煙霧種類[３]：由于煙霧的種類繁多，一種類型的煙霧傳感器不可能檢測所有的氣體，通常只能檢測某一種或兩種特定性質(zhì)的煙霧。 不同的煙霧吸收不同波長的IR，所以傳感器根據(jù)目標煙霧而調(diào)整，典型應用包括測量CO和CO冷凍劑煙霧和一些易燃氣。未吸收的紅外光由光電探測器測量，產(chǎn)生一個正比于目標煙霧濃度的差分信號。 (g)紅外傳感器 紅外傳感器通常用兩束紅外光進行煙霧測量，主光束通過測量元件內(nèi)的目標煙霧，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考煙霧。它的測量原理是：將加熱后的鉑電阻線圈置于目標煙霧中，由于向目標煙霧傳送熱量造成溫度降低，引起電阻值變化，傳感器即測量電阻 值的變化情況。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。它的優(yōu)點是：反映速度快、準確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測，但壽命較短(大約兩年)。 (e)電化學傳感器 電化學傳感器由膜電極和電解液封裝而成。高分子氣敏材料由于具有易操 作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性煙霧和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。 (d)高分子煙霧傳感器 利用高分子氣敏材料制作的煙霧傳感器近年來得到很大的發(fā)展。C~400176。 (c)接觸燃燒式傳感器 當易燃煙霧接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時會發(fā)生氧化反應而燃燒，故得名接觸燃燒式傳感器。由于這種傳感器電導率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣 泛的應用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個領(lǐng)域，其產(chǎn)量僅次于半導體煙霧傳感器的一類傳感器。按照敏感機理分類，可分為電阻型和非電阻型。自1962年半導體金屬氧化物煙霧傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應快、輸出信號強、耐久性強、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜等諸多優(yōu)點，得到了廣泛的應用。 (3)常見煙霧傳感器簡介：下面對工業(yè)上常用的幾種煙霧傳感器作簡單介紹。 (2) 煙霧傳感器應滿足的基本條件：一個煙霧傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實體，也可以是由多個不同功能傳感器組成的陣列。 (b)利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導煙霧傳感器、光干涉煙霧傳 感器、紅外傳感器等。由此可見，傳感器的選型是非常重要的。 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，進而由單片機完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報警控制等工作。在下節(jié)將具體介紹煙霧傳感器的選型問題現(xiàn)今半導體氣體傳感器技術(shù)的不斷提高，使得在應用此類傳感器時不必采用溫度、濕度補償，極大的簡化了電路和降低了成本。分析：選用此方法設計電路不僅解決了溫度、濕度的影響，并且簡化了設計電路，降低了成本，采用此種方法設計主體電路。由于采用此方案制作硬件極其復雜，系統(tǒng)整體設計體積過大、功耗高、成本太高，所以不予采納。并且主控制芯片采用常規(guī)的ADC0809和單片機并不支持，且制作硬件極其復雜，系統(tǒng)整體設計體積過大、功耗高、成本太高。分析：此設計方法雖然解決了傳感器檢測氣體濃度時溫度和濕度對測量值的影響，但是，在實際制作的過程中，需要利用的核心控制芯