【正文】 16 （三） 中位值平均濾波法數(shù)字濾波子程序設(shè)計及流程圖 16 （ 四 ）報警子程序設(shè)計及流程圖 16總 結(jié) 18 參考文獻(xiàn) 19 致 謝 20 畢業(yè)論文 畢業(yè)論文 1 引 言 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(jìn)步，其應(yīng)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。 本文利用單片機(jī)結(jié)合 傳感器 技術(shù)而開發(fā)設(shè)計了這一 煙霧監(jiān)控系統(tǒng) 。 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(hù)人身和財產(chǎn)安全。 2．論文研究目的和意義 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。 目前我國已有許多城市鋪設(shè)了煤氣管道，使用人口約達(dá)二億人，煤氣 發(fā)生基地及中轉(zhuǎn)站也達(dá)幾千家。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。到 2021 年底，全國沼氣池數(shù)量已達(dá)近 1300 萬座，這就為檢測沼氣（主要成分是甲烷）濃度的儀器提供了市場。 （二）煙霧報警器的國內(nèi)外現(xiàn)狀 國外從 20 世紀(jì) 30 年代開始研究及開發(fā)煙霧傳感器，且發(fā)展迅速，一 方面是因為人們安全意識增強(qiáng)，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另 一方面是因為傳感器市場增長受到政府安全法規(guī)的推動。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。 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(kuò)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。近年來，在煙霧選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大進(jìn)步。 民用火災(zāi)煙霧報警器為居民家庭用的火災(zāi)報警器 ,一般安裝在廚房，遇到火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧時時，報警器可發(fā)出聲光報警，或同時伴有數(shù)字顯示，同時聯(lián)動 外部設(shè)備。工業(yè)用燃?xì)鈭缶骷坝卸緹熿F報警器根據(jù)檢測環(huán)境的不同，也可分為檢漏儀、控制器和探測器。若有燃?xì)庑孤?，檢漏儀便會發(fā)出聲光報警，同時數(shù)字顯示煙霧濃度，以便及時采取安全措施，防止爆炸等惡性事故的發(fā)生。 探測器安裝在防爆現(xiàn)場，控制器壁掛在值班室等有人值守的地方，二者采用屏蔽電纜線連接。此種儀器廣泛應(yīng)用于液化氣站、汽車加油站、鍋爐房等工業(yè)場所。 (2)以 STC12C5410AD 單片機(jī)為中央處理器，對硬件電路進(jìn)行設(shè)計和改進(jìn)，使其功能更加完善。 (3)系統(tǒng)的軟件編制。在程序的 編寫過程中 ，加入了詳細(xì)的文字注釋，便于后期的改進(jìn)與維護(hù)。 (1)采用 DS1302 實時時鐘芯片提供報警系統(tǒng)的時間基準(zhǔn)。 二、 煙霧檢測報警器的方案設(shè)計 （一）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)。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。為使報警裝置更加完善，可以在聲音報警基礎(chǔ)上，加入光閃報警，變化的光信號可以引起用戶注意，彌補(bǔ)嘈雜環(huán)境中聲音報警的局限。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。 半導(dǎo)體煙霧傳感器的突出優(yōu)點：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??； P型阻值隨煙霧濃 度的增大而增大。當(dāng)處于 200~300176。當(dāng)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體導(dǎo)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。 圖 MQ2 型傳感器的結(jié)構(gòu)圖 畢業(yè)論文 5 圖 MQ2 型傳感器的外觀 （三）煙霧檢測報警器整體設(shè)計方案 1．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(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。為了保 證其可靠性，在輸出 5V 的電壓的同時，進(jìn)行故障監(jiān)測。 當(dāng)然幾種狀態(tài)的報警信號是各不相同的。其目標(biāo)是在傳統(tǒng)的煙霧報警儀的基礎(chǔ)上，盡量提高準(zhǔn)確性 ，降低成本，縮小體積。報警器采用巡檢的工作方式，進(jìn)行兩級 報警值設(shè)定，并發(fā)出不同的光、聲信號。 畢業(yè)論文 6 圖 可燃性氣體檢測報警器結(jié)構(gòu)框圖 3．煙霧檢測報警器的功能 (1)自診斷故障 報警功能 當(dāng)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。因為人對變化的信號更為敏感，所以變化的聲音及燈光更容易引起用戶的注意。 第三章 煙霧檢測報警器的硬件設(shè) 計 在報警儀的設(shè)計中，單片機(jī)是其核心部件。在單片機(jī)完成這些的工作中，尤其是信號處理中，比較 濃度值后送入顯示的軟件實現(xiàn)比較復(fù)雜，要求單片機(jī)具備較快的運算速度，使檢測人員能夠較準(zhǔn)確地觀測到煙霧濃度，并根據(jù)情況做進(jìn)行 相應(yīng)處理。根據(jù)多方面的比較，本設(shè)計選用宏晶科技生產(chǎn)的 STC12 系列單片機(jī)。在單片機(jī)實現(xiàn)的功能中，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號做數(shù)字濾波，再進(jìn)行線性化處理，然后送 LCD 顯示，這一過程的軟件實現(xiàn)，需要單片機(jī)有較快的運算速度，使儀表監(jiān)測人員能夠觀測到實時的煙霧濃度，并進(jìn)行相應(yīng)處理。 如今市面上比較普遍的單片機(jī)有 8051 系列與 STC 系列。 STC 單片機(jī)是 MICROCHIP 公司的產(chǎn)品，其突出的特點是功耗低，精簡指令集，抗干擾性好，可靠性高，但是存在溢出隱患問題。當(dāng)堆棧指針設(shè)定合理，局部變量少的情況下， 8051 系列用 10層的程序嵌套不會出現(xiàn)問題。所以如果用 C語言進(jìn)行 STC 編程設(shè)計容易堆棧溢出。宏晶科技新推出的 STC12 系列單片機(jī)具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點，是的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，速度 卻比 8051 單片機(jī)快 8~12 倍。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(yīng) 用適應(yīng)性。其內(nèi)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。 畢業(yè)論文 8 圖 STC12C5410AD單片機(jī)管腳圖 STC12C5410AD 單片機(jī)具有以下特點： (1) I/O 口工作類型設(shè)置 STC12C5410AD 帶有 24 個 I/O 引腳，它的 I/O 與傳統(tǒng)的 I/O 不同，每個 I/O 口均可由軟件設(shè)置成 4