【正文】 .. 15 狀態(tài)指示燈及控制鍵電路 .................................................................... 15 4 煙霧檢測報警器的軟件設計 ........................................................... 16 AT89S52 單片機調(diào)試及開發(fā)工具 ............................................................ 16 煙霧檢測報警器軟件流程及設計 ............................................................ 16 主程序設計及流程圖 ..................................................................... 17 5 結(jié)論 ................................................................................................. 17 參考文獻 ............................................................................................ 19 致謝 .................................................................................................... 20 20xx 級電子信息科學與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文（設計） III 單片機火災報警系統(tǒng)設計 電子信息科學與技術(shù)（職教師資） 專業(yè) 1 班 陳元龍 指導教師 鄧 于 摘要 ： 隨著“信息時代”的到來，作為 獲取信息的手段 —— 傳感器技術(shù)得到了顯著的進步，其應用領(lǐng)域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。其中選用 MQ2型半導體可燃氣體敏感元件煙霧傳感器實現(xiàn)煙霧的檢測，具有靈敏度高、 結(jié)構(gòu)簡單、 響應快、抗干擾能力強 、性能穩(wěn)定、智能化、實用價值高 等優(yōu)點，而且價格低廉，使用壽命長。 professional class 1) Author: Chen Yuanlong Supervisor: Deng Yu Abstract: with the advent of information times, as a means of accessing information sensor technology has been significant progress, its application field is more and more extensive, the requirement is more and more high, more and more urgent need. The sensor technology has bee a national science and technology development level of one of the important symbols. Therefore, understanding and mastering of sensor39。即由自動報警、自動滅火、安全疏散誘導、系統(tǒng)過程顯示、消防檔案管理等組成一個完整的消防控制系統(tǒng)。這些煙、熱和光可以通過探測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枅缶蚴棺詣訙缁鹣到y(tǒng)啟動，及時撲滅火災。國外的產(chǎn)品和品牌一統(tǒng)天下，占領(lǐng)中國的大部分市場。當然目前而言，我們基本占據(jù) 的是國內(nèi)市場，對外還剛啟動。 火災報警器的現(xiàn)狀及特點 消防報警產(chǎn)品是一個系列產(chǎn)品，包括火災探測設備、信息傳輸設備、報警分析控制器、消防控制聯(lián)動。依托中國多年的基本建設的發(fā)展，這個行業(yè)也得到發(fā)展，具備了和國外知名企業(yè)抗衡的能力。 在消防報警產(chǎn)品的技術(shù)含量上，國內(nèi)產(chǎn)品和國外產(chǎn)品差距不是很大，許多指標已經(jīng)超越，存在的問題是：類似于國外消防報警產(chǎn)品的大批量規(guī)?；纳a(chǎn)才剛起步，有待于積累經(jīng)驗和技術(shù)；也因此在產(chǎn)品一致性和長期穩(wěn)定性上有一些差距；國內(nèi)正在形成權(quán)陳元龍：基于單片機火災報警器的設計 2 重的大型企業(yè)和集團，這樣可以帶領(lǐng)國內(nèi)的各家企業(yè)去沖擊海外市場，并最終占領(lǐng)海外的消防報警市場。 煙霧信號采集電路一般由煙霧傳感器，將煙霧信號轉(zhuǎn)化為模擬的電信號。單片機對該數(shù)字信號進行 濾波處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進行分析，是否大于或等于某個預設值 (也就是報警限 )，如果大于則啟動報警電路發(fā)出報警聲音，反之則為正常狀態(tài)。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(zhì)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。 (c)利用電化學性質(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。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(nèi)的煙霧 濃度； (c)對檢測信號響應速度快，重復性好； 20xx 級電子信息科學與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 3 (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。 (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。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。 (b) 固體電解質(zhì)煙霧傳感器 固體電解質(zhì)煙霧傳感器使用 固體電解質(zhì)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(chǎn)生電阻，測量其形成電動勢從而測量氣體濃度。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(lǐng)域中有優(yōu)勢。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。 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。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。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(jié)構(gòu)簡單，能在常溫下使用，可以彌補其它煙霧傳感器的不足。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。它主要適用于毒性煙霧檢測。 陳元龍：基于單片機火災報警器的設計 4 (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(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。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 NDIR (nondispersive IR )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。由于非碳氫化合物易燃煙霧 (如氫 )不吸收電磁譜中 IR 部分的能量，所以這種傳感器可以精確地測量碳氫化合物，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其它煙霧的腐蝕以及高濃度目標煙霧的影響。例如氧化物半導體煙霧傳感器主要檢測各種還原性煙霧，如 CO、 H C2H5OH、 CH3OH 等。 表 簡要列舉出已經(jīng)研究、開發(fā)的各類煙霧傳感器及其可檢測的氣體種類。 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，導致傳感器最終喪失檢測煙霧的能力。當懷疑檢測環(huán) 境中存在這些物質(zhì)時，經(jīng)常對探頭進行 標定，是必須且有效的辦法。一般連續(xù)使用兩個月后應對傳感器進行量程校準，這種經(jīng)常性對傳感器的維護，無形中加大了工作人員的工作量，同時增加了報警器的維護成本。半導體煙霧傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性 (抗干擾性 )和穩(wěn) 定性 (使用壽命 )。因此，本設計采用半導體煙霧傳感器作為報警器煙霧信息采集部分的核心。 陳元龍：基于單片機火災報警器的設計 6 MQ2 型煙霧傳感器的工作原理 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。半導體氣敏元件也有 N 型和 P 型之分。半導體氣敏傳感器的分類如表 所示。 C 類型 所利用的特性 工作溫度 代表性被檢測氣體 電阻型 電阻 表面電阻控制器 300～ 450176。 C 700176。 C H CO、乙醇 晶體管特性 150176。當處于 200~300176。當與煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘受 到該煙霧的調(diào)制而變化，就會引起表而電導率的變化。 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。這就是 MQ2 型燃性煙霧傳感器檢測可燃煙霧的基本原理。 20xx 級電子信息科學與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文（設計） 7 圖 型傳感器的結(jié)構(gòu)圖 圖 MQ2 型傳感器的外觀 MQ2 型傳感器的特性及主要技術(shù)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。初始穩(wěn)定， 響應時間短，長時間工作性能好。 陳元龍：基于單片機火災報警器的設計 8 （ d）電路設計電壓范圍寬， 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。 （ c）加熱特性 半導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