【正文】 導(dǎo)體煙霧傳感器。 煙霧傳感器的選定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。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。 （4） 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。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)，使用時鉑絲通電，保持300℃～400℃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。按照敏感機理分類，可分為電阻型和非電阻型。由于具有靈敏度高、響應(yīng)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(yīng)用。 下面對工業(yè)上常用的幾種煙霧傳感器作簡單介紹。 （2）利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導(dǎo)煙霧傳感器、光干涉煙霧傳感器、紅外傳感器等。由此可見，煙霧傳感器的選型是非常重要的。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。可以說，沒有精確可靠的傳感器，就沒有精確可靠的自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。而煙霧報警器的信號采集由煙霧傳感器負責(zé)。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。煙霧報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示。 第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 煙霧檢測報警器設(shè)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器。以AT89S52單片機作為中央處理器，對硬件電路進行設(shè)計和驅(qū)動。報警系統(tǒng)由硬件和軟件兩個部分組成。近年來，在煙霧選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大進步。我國在70年代初期開始研制煙霧報警器，生產(chǎn)型號多樣、品種較齊全，應(yīng)用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴展到幾乎所有危險作業(yè)環(huán)境的各種類型報警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得煙霧檢測儀器的體積也逐漸變小，提高了煙霧檢測儀器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運輸及市場推廣。 煙霧報警器的國內(nèi)外現(xiàn)狀國外從20世紀30年代開始研究及開發(fā)煙霧傳感器，且發(fā)展迅速，這是因為人們安全意識增強，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高。隨著全社會對防火防爆及人身安全的重視程度的提高，這個數(shù)字會繼續(xù)增長。目前我國已有許多城市鋪設(shè)了煤氣管道，使用人口約達二億人，煤氣發(fā)生基地及中轉(zhuǎn)站也達幾千家。據(jù)美國國家消防協(xié)會報告表明，安裝了推薦數(shù)目的煙感報警器的住宅一旦發(fā)生火災(zāi)，住宅內(nèi)人員的逃生機會將比未安裝的住宅多出50%。2003年12月，國家執(zhí)行新的煙霧探測器標準(GB 153222003)《可燃煙霧探測器》，2004年10月國家頒布《可燃煙霧檢測報警器規(guī)程JJG6932004》，研究新型、性能穩(wěn)定、準確監(jiān)測可燃性氣體，并合乎國家相關(guān)規(guī)定的報警器具有極其重要的意義。煙霧報警器屬于《中華人民共和國強制檢定的工作計量器具目錄》中第46項，它歸類于物理化學(xué)計量器具。煙霧檢測報警裝置是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度并具有報警功能的儀器。因此，研究煙霧的檢測方法與研制煙霧報警器就成為傳感器技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的一個重要課題。家庭起火的種種原因，很多都隱藏在人們根本就注意不到的地方。假如能根據(jù)家庭的實際情況預(yù)先采取簡單的防火措施，一些悲劇是完全可以避免的。所以說,人們應(yīng)該積極了解家庭火災(zāi)的主要起因，還要預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。基于單片機的煙霧檢測報警系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計目 錄第1章 概述 1 論文選題背景、目的和意義 1 煙霧報警器的國內(nèi)外現(xiàn)狀 2 本論文研究的主要內(nèi)容 2第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 3 煙霧檢測報警器設(shè)計思路 3 煙霧傳感器的選型 3 單片機的選型 8 DS18B20溫度傳感器的介紹 12 本章小結(jié) 16第3章 系統(tǒng)的硬件電路 17 AT89S52單片機最小系統(tǒng)電路 17 煙霧信號采集及A/D轉(zhuǎn)換電路 18 溫度采集電路 20 LCD顯示電路 20 蜂鳴器報警電路 22 繼電器控制電路 23 按鍵電路 23 本章小結(jié) 24第4章 軟件設(shè)計 25 主程序初始化流程圖 25 按鍵控制子程序流程圖 25 報警子程序流程圖 26 主程序設(shè)計及流程圖 27 本章小結(jié) 28結(jié) 論 29參考文獻 30致 謝 31附 錄 32附錄1：程序: 32附錄2：電路圖 44II大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）第1章 概述 論文選題背景、目的和意義 論文選題背景隨著人類文明的進步和科技的發(fā)展，人們的生活越來越好。但在現(xiàn)代城市家庭里，許多人因不懂家庭安全常識而引起火災(zāi)事故，使幸福家庭轉(zhuǎn)眼間毀于一旦,有的甚至導(dǎo)致家破人亡,而且一旦發(fā)生居民家庭火災(zāi),處置不當(dāng),是造成人員傷亡的重要因素。在我國的一些大中城市，幾乎每天都發(fā)生家庭火災(zāi)，所以防火是每個家庭必須時刻注意的問題。消防部門的統(tǒng)計顯示，在所有的火災(zāi)比例中，家庭火災(zāi)已經(jīng)占到了全國火災(zāi)的30%左右。為了早期發(fā)現(xiàn)和通報火災(zāi)，防止和減少火災(zāi)危害，保護人身和財產(chǎn)安全，減少這類事故的發(fā)生，就必須對煙霧進行現(xiàn)場實時檢測，采用先進可靠的安全檢測儀表，嚴密監(jiān)測環(huán)境中煙霧的濃度和周圍溫度，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，防患于未然，采取有效措施，避免事故發(fā)生，才能確保工業(yè)安全和家庭生活安全。 論文選題目的和意義為了保護生命安全與財產(chǎn)安全，人們需要實時注意避免火災(zāi)的發(fā)生，利用高科技產(chǎn)品有利于人們及早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的隱含，及時的避免不必要的災(zāi)難發(fā)生。該報警裝置是石油化學(xué)工業(yè)、有氣體泄漏可能的生產(chǎn)工廠及家庭防火防爆必備的儀器。《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GBJ1687):“散發(fā)可燃煙霧、可燃蒸汽的甲類廠房和場所，應(yīng)設(shè)置煙霧濃度檢測報警裝置”。煙感報警器的使用者不斷增加，住宅失火造成的死亡人數(shù)也不斷下降。所以家庭裝有煙霧報警器災(zāi)難能夠降低，避免不必要的災(zāi)難。如果這些家用燃氣和煤氣基地及中轉(zhuǎn)站的報警率按10% 計算，煙霧檢測報警器的需求量就達2000萬臺以上?？梢?，煙霧報警器具有十分廣闊的市場前景。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，美國1996年至2002年煙霧傳感器年均增長率為27%～30%。 1963年5月，日本開發(fā)完成第一臺接觸燃燒式家用燃氣泄漏報警器，次年12月其改良產(chǎn)品問世，改良的報警器可以檢測燃氣、一氧化碳等氣體，可以安裝在浴室或者采用集中監(jiān)視。但主要是在引進國外先進的傳感器技術(shù)和先進的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，進行研究與開發(fā)形成自己的特色。 本論文研究的主要內(nèi)容本設(shè)計針對經(jīng)常發(fā)生的家庭火災(zāi)事故，主要采用MQ2煙霧傳感器、DS18B20溫度傳感器以及AT89S52單片機，設(shè)計一個具有煙霧濃度檢測及聲光報警功能的煙霧自動檢測報警系統(tǒng)。本設(shè)計在硬件設(shè)計方面主要對單片機芯片、煙霧傳感器和溫度傳感器的功能和使用方法進行研究并掌握，并且選擇合適的型號應(yīng)用在本設(shè)計中。軟件部分主要是報警系統(tǒng)控制程序，按照軟件實現(xiàn)的功能，主要分為主程序、初始化子程序、鍵盤處理子程序、報警子程序。儀器的最基本組成部分應(yīng)包括：煙霧信號采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、溫度信號采集電路、單片機控制電路、顯示電路、按鍵電路以及聲光報警電路。煙霧傳感器A/D轉(zhuǎn)換單片機LED指示燈蜂鳴器報警LCD顯示按鍵溫度傳感器繼電器LED指示燈圖21 煙霧檢測報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖為適應(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)計的可燃性煙霧報警器應(yīng)不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應(yīng)具有顯示、故障自檢、延時報警功能及可接計算機進行現(xiàn)場遠測和實時控制等功能。 煙霧傳感器的選型煙霧傳感器是測量裝置和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。煙霧傳感器能夠?qū)怏w的種類及其濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換為電信號，根據(jù)這些電信號的強弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中存在的情況有關(guān)的信息，從而達到檢測、監(jiān)控、報警的功能。煙霧傳感器作為報警器中不可缺少的核心器件，它決定了所采集的煙霧濃度信號的準確性和可靠性。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。 煙霧傳感器的分類及簡介煙霧傳感器種類繁多，從檢測原理上可以分為三大類： （1）利用物理化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如半導(dǎo)體煙霧傳感器、接觸燃燒煙霧傳感器等。 （3）利用電化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如電流型煙霧傳感器、電勢型氣體傳感器等。 （1） 半導(dǎo)體煙霧傳感器半導(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，以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的煙霧傳感器之一。 （2） 接觸燃燒式傳感器 當(dāng)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(yīng)而燃燒，故得名接觸燃燒式傳感器。 （3） 熱傳導(dǎo)傳感器 熱傳導(dǎo)傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結(jié)構(gòu)形式，但是測量原理不同。溫度的變化情況是目標煙霧熱傳導(dǎo)率的函數(shù)，而對于一種給定的煙霧或汽化物，熱傳導(dǎo)率是它固有的物理特性。在測量和比較元件中，紅外射線被煙霧有選擇地吸收了。非擴散式紅外探測器是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴散和損耗被記錄下來。但是，任何一個完整的煙霧傳感器都必須具備以下條件： （1）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(yīng)或低響應(yīng)； （2）對被測煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內(nèi)的煙霧濃度；（4）對檢測信號響應(yīng)速度快，重復(fù)性好；（5）長期工作穩(wěn)定性好； （6）使用壽命長； （7）制造成本低，使用與維護方便。使用接觸燃燒式傳感器，其探頭的阻緩及中毒，是不可避免的問題。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度的恢復(fù)的可能，但是如果長期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會不斷下降，導(dǎo)致傳感器最終喪失檢測煙霧的能力。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及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器，它具有靈敏度高，響應(yīng)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(yīng)用。 經(jīng)過對比上述兩種煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點更加突出：靈敏度高、響應(yīng)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。本設(shè)計選用MQ2型煙霧傳感器，這種傳感器不但具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度 高、響應(yīng)快、抗干擾能力強、壽命長等優(yōu)點。按敏感機理分類，可分為電阻型和非電阻型。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。當(dāng)處于200～300℃溫度時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。利用這一點就可獲得這種煙霧存在的信息。而當(dāng)空氣中沒有煙霧時，二氧化錫半導(dǎo)體又會自動恢復(fù)氧的負離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。MQ2型傳感器的結(jié)構(gòu)圖如圖22所示。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。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。初始穩(wěn)定，響應(yīng)時間短，長時間工作性能好。 （4）電路設(shè)計電壓范圍寬，24V以下均可；加熱電壓5177。 K=RS/RO (21)式中，RS為煙霧傳感器潔凈空氣條件下的電阻值，RS為煙霧傳感器在一定濃度的檢測煙霧中的電阻值。 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）初期穩(wěn)定特性： 半導(dǎo)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。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。 （3）加熱特性： 半導(dǎo)體煙霧傳感器一般要在較高的溫度(200～450℃)下工作，所以需要對其加熱。所以必須使用傳感器生產(chǎn)廠家推薦的加熱電壓，使其工作在較安全的范圍內(nèi)。）V，加熱電阻為（31177。當(dāng)加熱絲斷路時，由于熱惰性緣故，煙霧傳感器的氣敏特性并不立即消失，此時檢測必出現(xiàn)較大的誤差。以下是MQ2型傳感器的特性參數(shù)：（1）回路電壓：(Vc) 5～24V （2）取樣電阻：(RL) ～20K（3）加熱電壓：(VH) 5177。單片機由運算器，控制器，存儲器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個微型的計算機（最小系統(tǒng)），和計算機相比，單片機缺少了外圍設(shè)備等。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。在單片機實現(xiàn)的控制功能中，需要單片機有較快的運算速度，使檢測人員和用戶在報警器系統(tǒng)正常工作時能夠及時地觀測到實時的煙霧濃度等級，并進行相應(yīng)處理。由于其微小的體積和極低的成本，開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開發(fā)工具和編程語言也大大簡化，因此被廣泛應(yīng)用于家用電器、機器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元、辦公自動化設(shè)備以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。根據(jù)多方面的比較，本設(shè)計采用AT89S52單片機。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。AT89S52單片機具有40個引腳，包含4k bytes flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級，2級中斷優(yōu)先權(quán)，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（wdt）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。按照功能，AT89S52的引腳可分為主電源、外接晶體振蕩或振蕩器、多功能I/O口、控制和復(fù)位等。圖2