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基于stc12c5410ad單片機的煙霧報警控制系統(tǒng)設計-文庫吧資料

2024-12-15 01:04本頁面
  

【正文】 D 的片內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,可以通過軟件設置將8路中的任何一路設置為 A/D 轉換,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)轉換寄存器 STC12C5410AD 單片機的 A/D 轉換口在 P1 口 (~),有 8路 10位高速A/D 轉換器, 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 的驅動能力,對于一般的液晶顯示屏、蜂鳴器可以直接驅動而無需輔助電路。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)?00溢出時, {EPCnH, CCAPnH}的內容裝載到 {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。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,經過擦除的位為“ 1”,寫入位為“ 0”。 圖 STC12C5410AD 單片機具有以下特點: (1)Flash 存儲器 STC12C5410ADFlash 存儲器為 10KB。其內部集成的 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,非常適用于本設計,下面介紹 STC12C5410AD的自身特點。它們是以單片機內部集成 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。 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上,能夠不提高成本,縮小體積。 單片機的選型 單片機的選擇 8051 單片機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。 (12)具備快速重復檢測和延時報警功能,可區(qū)別煙霧的泄漏和短時間的微量散失,防止誤報。 15%, 50177。 (10)響應時間:≤ 30S(11)輸出信號:可輸出與 煙霧濃度對應的 0~5VDC 標準信號。 (8)報警方式:煙霧泄漏聲光報警、自診斷故障報警。 C。 C;報警器 0176。 (6)工作環(huán)境溫度:檢測器 50176。 (4)報警點設置:達到 20%LEL 開始報警。 (3)報警準確度 ::177。 煙霧檢測報警器的主要技術指標 (1)傳感器類型:半導體電阻式。 (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。 傳感器 放大電路 A/D轉換 串口通信 安全控制裝置 單片機 狀態(tài)指示燈 聲音報警 濃度顯示 四個按鍵 (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。 圖 煙霧檢測報警器的功能 (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 煙霧檢測報警器整體設計方案 煙霧檢測報警器工作原理 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, logRS=mlogC+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。 (d)電路設計電壓范圍寬, 24V以下均可;加熱電壓 5177。初始穩(wěn)定,響應時間短,長時間工作性能好。 圖 圖 MQ2 型傳感器的特性及主要技術指標 (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制而變化,就會引起表而電導率的變化。當處于 200~300176。 N型在檢測時阻值隨煙霧濃度的增大而減??; 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、結構簡單,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時,則傳感器將使催化元件產生不可逆轉的中毒,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的情況下,則有可能在無焰燃燒的同時,有些固態(tài)物質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。 煙霧傳感器的選定 煙霧檢測報警器主要應用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、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。 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,產生一個正比于目標煙霧濃度的差分信號。溫度的變化情況是目標煙霧熱傳導率的函數(shù),而對于一種給定的煙霧或汽化物,熱傳導率是它固有的物理特性 (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的目標煙霧,參考光束通過比較元件內的參考煙霧。 (f)熱傳導傳感器 熱傳導傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結構形式,但是測量原理不同。它主要適用于毒性煙霧檢測。煙霧濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子,通過電極將信號傳出。高分子煙霧傳感器具有對特定煙霧分子靈敏度高,選擇性好,且結構簡單,能在常溫下使用,可以彌補其它煙霧傳感器的不足。高分子氣敏材料在遇到特定煙霧時,其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速度和頻率、材料重量等物理性能發(fā)生變化。C的高溫,此時若與煙霧接觸,煙霧就會在稀有金屬催化層上燃燒,因此鉑絲的溫度會上升,鉑絲的電阻值也上升;通過測量鉑絲的電阻值變化的大小,就知道煙霧的濃度。接觸燃燒式煙霧傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲(也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層 ),使用時將鉑絲通電,保持 300176。但這種傳感器制造成本高,檢測煙霧范圍有限,在檢測環(huán)境污染領域中有優(yōu)勢。 (b)固體電解質煙霧傳感器 固體電解質煙霧傳感器使用固體電解質氣敏材料作為氣敏元件,其原理是利用氣敏材料在通過煙霧時產生電阻,測量其形成電動勢從而測量氣體濃度。該傳感器己成為世界上產量最大、使用最廣的煙霧傳感器之一。 (a)半導體煙霧傳感器 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。但是,任何一個完整的煙霧傳感器都必須具備以下條件: (a)能選擇性地檢測某種單一煙霧,而對共存的其它煙霧不響應或低響應; (b)對被測煙霧具有較高的靈敏度,能有效地檢測允許范圍內的煙霧濃度; (c)對檢測信號響應速度快,重復性好; (d)長期工作穩(wěn)定性好; (e)使用壽命長; (f)制造成本低,使用與維護方便。 (c)利用電化學性質的煙霧傳感器:如電 流型煙霧傳感器、電勢型氣體傳感器等。 煙霧傳感器介紹 (1)煙霧傳感器的分類 煙霧傳感器種類繁多,從檢測原理上可以分為三大類: (a)利用物理化學性質的煙霧傳感器:如半導體煙霧傳感器、接觸燃燒煙霧傳感器等。傳感器作為煙霧檢測報警器的信號采集部分,是儀表的核心組成部分之一。單片機作為硬件電路的核心,它的選型將在第三章詳述。 煙霧傳感器及單片機是可燃煙霧檢測報警器的兩大核心,根據(jù)報警器 功能的需要,選擇合適、精確、經濟的煙霧傳感器及單片機芯片是至關重要的。為使報警裝置更加完善,可以在聲音報警基礎上,加入光閃報 警,變化的光信號可以引起用戶注意,彌補嘈雜環(huán)境中聲音報警的局限。為方便檢測與監(jiān)控,使儀器測試人員及用戶能夠直觀地觀察到環(huán)境中 的可燃煙霧濃度值,可將濃度值送到顯示屏中。模數(shù)轉換電路將從煙霧檢測電路送出的模擬信號 轉換成單片機可識別的數(shù)字信號后送入單片機。 2. 煙霧檢測報警器的方案設計 煙霧檢測報警器設計思路 煙霧檢測報警器是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度,并具有報警功能的儀
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