【正文】 品只有招架之功，這是典型的自力更生，走自己的路。中國企業(yè)正虎視眈眈，準(zhǔn)備進(jìn)軍海外市場。是物理傳感技術(shù)、自動控制、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸和管理、智能樓宇等技術(shù)的綜合集成，屬于高新技術(shù)。在目前中國許多冠名以高新技術(shù)的行業(yè)中，中國企業(yè)大多做的是下游的制造和服務(wù)，分取極少一部分的利潤，象消防報警產(chǎn)品那樣又擁有自我知識產(chǎn)權(quán)，又 擁有大量市場的行業(yè)其實是很少的。 2 煙霧檢測報警器的方案設(shè)計 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，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、單片機(jī)控制電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 ADC0832將從煙霧檢測電路送出的模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識別的數(shù)字信號后送入單片機(jī)。 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 處理及報警控制等工作。由此可見，傳感器的選型是非常重要的。 (b)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。 2022 級電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） III (2) 煙霧傳感器應(yīng)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。 (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。自 1962年半導(dǎo)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(yīng)快、輸出信號強(qiáng)、耐久性強(qiáng)、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。按照敏感機(jī)理分類，可分為電阻型和非電阻型。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣 泛的應(yīng)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(dǎo)體煙霧傳感器的一類傳感器。 (c) 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。 C~400176。 (d) 高分子煙霧傳感器 電子電器工程學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 目錄 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。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。 (e) 電化學(xué)傳感器 電化學(xué)傳感器由膜電極和電解液封裝而成。它的優(yōu)點是：反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測，但壽命較短 (大約兩年 )。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。它的測量原理是：將加熱后的鉑電阻線圈置于目標(biāo)煙霧中，由于向目標(biāo)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。 (g)紅外傳感器 紅外傳感器通常用兩束紅外光進(jìn)行煙霧測量，主光束通過測量元件內(nèi)的目標(biāo)煙霧，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考煙霧。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(biāo)煙霧濃度的差分信號。 不同的煙霧吸收不同波長的 IR，所以傳感器根據(jù)目標(biāo)煙霧而調(diào)整，典型應(yīng)用包括測量 CO和 CO冷凍劑煙霧和一些易燃?xì)狻? (4) 常見煙霧傳感器可檢測煙霧種類 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。固體電解質(zhì)煙霧傳感器主要用于檢測無機(jī)煙霧，如O CO H Cl SO2等。 傳感器種類 C0 CO2 H2S NH3 HCN HCI COCI2 CI2 NOX SO2 O2 CH4 C3H2 H2 H2O 半導(dǎo)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(xué)式傳感器 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 高分子電解質(zhì)氣體傳感器 ◎ ○ ○ ○ ○ 注：○好 ◎不太好 表 煙霧傳感器的選定 煙霧檢測報警器主要應(yīng)用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、噴漆作業(yè)等易發(fā) 電子電器工程學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 目錄 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(dǎo)體煙霧傳感器。 阻緩是當(dāng)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(yīng)緩慢反應(yīng)滯緩，靈敏度降低。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。 因此，經(jīng)常對傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是保證其準(zhǔn)確性的必要的途徑。 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(hù)成本較低等。而在眾多半導(dǎo)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(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度 高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長等優(yōu)點 。按敏感機(jī)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小； P型阻值隨煙霧濃度的增大而增大。 2022 級電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） III 表 半導(dǎo)體氣敏傳感器的分類 所利用的特性工作溫度表面電阻控制器 300~450176。 C 可燃性氣體 體電阻控制器 300～ 450176。 C 以上 乙醇、可燃性氣體 非電阻型 二極管整流特性 室溫～ 200176。 C H H2S 本設(shè)計中采用的 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。 C 溫度時，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。利用這一點就可以 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(fù)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 所示，其外觀如 所示。 (b)MQ2 型傳感器具有良好的重復(fù)性和長期的穩(wěn)定性。 2022 級電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） III 169。 (d)電路設(shè)計電壓范圍寬， 24V 以下均可；加熱電壓 5177。 (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。 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。 (b) 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(dá)到穩(wěn)定時所需要的時間，定義為初期穩(wěn)定時間。 (c) 加熱特性 半導(dǎo)體煙霧傳感器一般要在較高的溫度 (200~450176。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(dāng)加熱絲局部短路造成器件過熱或放電時，可能引發(fā)事故。 MQ2 型煙霧傳感器加熱電壓為 5177。 3?。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) 電子電器工程學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 目錄 計加熱絲故障診斷報警電路。 (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(yīng)時間： Tres＜ 10 秒 (g)恢復(fù)時間： Trec＜ 30 秒 煙霧檢測報警器整體設(shè)計方案 3 煙霧檢測報警器整體設(shè)計方案 煙霧檢測報警器原理圖 本論文中的煙霧檢測報警器以 STC89C52RC 單片機(jī)為控制核心，采用 MQ2型電阻式半導(dǎo)體傳感器采集煙霧信息。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(yīng)越 快，響應(yīng)時間和恢復(fù)時間就越快。 報警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 ，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、狀態(tài)顯示、報警、按鍵輸入等功能。因此， AT89C52 是一種功能強(qiáng)，靈活性高且價格合理的單片機(jī)，可方便的應(yīng)用在各個控制領(lǐng)域 [1]。 電子電器工程學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 目錄 圖 22 STC89C52RC 引腳說明 引腳功能說明如下： VCC：電源電壓。 P0口： P0口是一組 8位漏極開路型雙向 I/O 口，也 即地址 /數(shù)據(jù)線復(fù)用口。 在訪問外部數(shù)據(jù)儲存器或程序儲存器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 P1 口： P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。作為 輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 P2 口： P2 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。作為輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)儲存器（例如執(zhí)行 MOVXRI指令）時， P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中 R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。 P3 口： P3 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。作為輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 P3口還接收一些用于 FLASH閃速存儲器編程和程序校的控制信號。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 表 21 P3口的第二功能表 即使不訪問外部存儲器， ALE 仍以是時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此他可對外輸出時鐘或用于定時目的。對 FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會被激活。 PSEN：程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT80C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN有效，即輸出兩個脈沖。 EA/VPP：外部訪問允許。需要注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA端狀態(tài)。 FLASH 儲存器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12v編程電壓。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端 ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 ADC0832 簡介： ADC0832是 NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的串行接口 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器，通過三線接口與單片機(jī)連接，功耗低，性能價格比較高，適宜在袖珍式的智能儀器儀表中使用。芯片具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能 的選擇。 ADC0832有 DIP 和 SOIC兩種封裝， DIP封裝的 ADC0832引腳排列如圖 。 ● CH0， CH1—— 兩路模擬信號輸入端。 ● DO—— 模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端。 ● Vcc/REF—— 正電源端和基準(zhǔn)電壓輸入端。 ADC0832 的控制原理 一般情況下 ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為 4條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、 DO、 DI。當(dāng) ADC0832未工作時其 CS輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任