烟雾传感器的设计之欧阳育创编Word文档格式.docx
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而基于烟雾传感器的火灾报警器也就顺应时代的要求产生了，他克服了很多的不确定性，大大减小了误报率，在实际生活中有很大的应用价值。
1.2设计目的
为了能切实保障人们的生命安全及财产安全不受火灾的影响，我们设计出一种能够在火灾刚刚发生时或者有可燃气体堆积引起的火灾隐患或人员安全时就能报警，并且自动打开喷水阀灭火的装置，就能极大地减少不良后果的发生。
做到防患于未然，使人们及早得知火情，将火灾扑灭在萌芽状态。
二、方案设计
2.1传感器的选择
方案一：
MP135型半导体空气污染敏感元件，由加热器以及微型Al2O3陶瓷基片上形成的金属氧化物半导体材料构成，用电极引线引出，封装在金属管座、管帽内。
当有被检测气体存在时，空气中该气体的浓度越高，传感器的电导率就越高。
使用简单的电路即可将这种电导率的变化转换为与气体浓度对应的输出信号。
优点：
灵敏度高，对污染空气敏感。
缺点：
价格高，驱动电路复杂，对烟雾固体小颗粒灵敏度低。
图2-1实物图图2-2典型应用电路
方案二：
MQ-2烟雾传感器，在可燃气体或烟雾中MQ-2烟雾传感器的电阻会有相应的变化。
MQ-2气敏元件由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。
封装好的气敏元件有６只针状管脚，其中４个用于信号取出，２个用于提供加热电流。
灵敏度高，性能稳定，对烟雾固体小颗粒灵敏度高，价格较低。
而且驱动电路简单。
管脚较多有6个，需要电流提前加热功能才更好。
图2-3MQ-2实物图
由于当有烟雾或有害气体产生时引起传感器变化的是电阻所以用图2-4所示的驱动电路就可以将非电信号转换成电压。
H两端接到电源的两端起预热的作用。
图2-4典型应用电路
综上所述，我们选择方案二为最佳方案。
2.2报警系统功能设计
液晶显示器根据smog信号和see信号，显示白天与黑夜，安全与危险。
当有火灾危险时，显示并同时声光报警，系统自动打开喷水阀喷水。
当按键按下时，外部中断触发，跳出报警。
当按下复位时，程序重新启动。
2.3报警系统方案选择
采用纯硬件电路实现报警功能，其硬件电路如图2-5所示。
图2-5系统电路
电路简单，系统设计过程容易，成本较低。
缺点:
系统不稳定，无法实现液晶实时显示和喷水自动灭火的功能。
采用硬件和软件相结合的方法实现火灾报警。
包括热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机控制电路及相关的控制管理软件组成。
声、光报警执行电路
图2-6报警器设计框图
系统稳定，功能齐全，能够实现报警、自动喷水、液晶显示等功能。
缺点:
电路设计较复杂，成本较高。
根据我们的系统设计需要，我们选择方案二作为最佳方案。
三、各部分电路设计
3.1单片机模块
我们采用STC公司的STC89C52单片机，89C52机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址1时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流。
P3口也可作为AT89C52一些特殊功能口，如下所示：
P3口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2INT0（外部中断0）
P3.3INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6
（外部数据存储器写选通）
P3.7
（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/
：
当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
PSEN：
外部程序存储器的选通信号端。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/VP：
当
保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，
将内部锁定为RESET；
端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
反向振荡器的输出,如采用外部时钟源驱动器件，应不接。
图3-1单片机STC89C52RC
3.2系统初始化电路
复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后,在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。
例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。
本报警器是外部手动按键复位电路。
图3-2单片机复位电路
3.3时钟电路
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us。
图3-3时钟电路
3.4声音报警电路
用一个蜂鸣器、三极管和电阻接到单片机P2.1引脚上，当单片机的P2.1引脚被置低电平后蜂鸣器响，当单片机的P2.1引脚被置高电平后，蜂鸣器不响。
系统检测到信号时，蜂鸣器发出“滴答滴答”的声音，这样就实现了声音报警的功能。
图3-4声音报警电路
3.5发光报警电路
由2个发光二极管接上电阻后连上单片的P1引脚，外接VCC，当单片机的P2.0引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，P2.0引脚被置高电平后，发光二极管被熄灭，这样起到报警作用。
图3-5发光报警电路
3.6外部中断电路
按下手动复位键后，系统进入中断程序，程序使系统停止报警。
图3-6外部中断电路
3.7供电电路
通过电脑USB供电，按下开关D9亮，则通电
图3-7电源电路
在实物产品中由于有电磁阀作为喷水阀，我们用家用电220V交流电提供总电源，通过稳压模块降压到5V为系统电路提供电源。
图3-8稳压电路
3.8液晶显示电路
我们选用的是价格便宜的1602液晶作为显示器，D0--D7输送数据，单片机通过控制RSWRLCDEN的高低电平，控制液晶的显示
图3-81602液晶电路
3.9光敏传感器电路
光敏传感器感光，则电阻变小，当可调电阻适当时，电平由高转低，为单片机所感知。
图3-9光敏电路
3.10烟雾传感器电路
当有烟雾时，smog变为高电平
图3-9烟雾电路
3.11电磁阀控制电路
我们采用工作稳定的可控硅模块，来控制电磁阀的工作。
图3-10可控硅模块
四、整体原理图
打开AltiumDesigner软件，进行原理图绘制，在绘制过程中要注意元件的封装。
五、心得体会
在本次制作传感器的过程中，感觉自己收获颇多。
首先，通过自己查找资料认识了一种用途非常广泛的传感器，即热释电红外传感器，对其原理、应用领域都有了一定的了解。
其次，在亲手制作时不仅学到了跟多东西，而且也暴露了自己的一些问题。
在确定方案是首先想到的就是用到单片机，第一，用单片机能简化电路，电路可靠性高。
第二，本学期正好在学习单片机这门课程，可以借此机会巩固这方面的知识，这样可以做到学以致用。
在绘制原理图过程中进一步熟悉了AltiumDesigner这个软件。
在编写程序的过程中遇到了很多的问题，一开始程序往往没有达到预期的效果，然后再不断的修改，最后完全符合要求。
令我印象比较深刻的是实际制作电路板的过程，包括洗板子、钻孔、焊接原件。
总之，通过制作传感器，更加了解了传感器在生活中的应用，巩固了自己的专业知识，增强了自己的动手能力。
六、附录
6.1实物照片
图5-1电路板照片
图5-2作品实物照片
6.2电路元器件明细表
序号
名称
型号规格
位号
数量
１
ＩＣ
ＮＥ５５５
２
光敏电阻
ＭＧ４５
ＲＬ
３
电阻
２ｋ
Ｒ１
４
１００ｋ
Ｒ２
５
４７０
Ｒ３
６
滑动变阻器
６.８ｋ
ＲＰ
７
电容
０.０２２μ
Ｃ１
８
０.０１μ
Ｃ２
９
１０μ
Ｃ３
１０
扬声器
８Ω ０.２５Ｗ
ＢＬ
１１
发光二极管
红
ＶＬ
１２
直流电源
６Ｖ
Ｇ
6.3参考文献
【1】徐爱钧.单片机高级语C51应用程序设计[M].北京电子工业出版社
【2】童诗白华成英.模拟电子技术基础第四版.北京高等教育出版社
【3】宏晶科技STC12C5616AD系列单片机器件手册2005:
10-06
【4】.常用电子元件及典型应用（电子工业出版社）周惠潮编著
【5】.电子技术基础[M]（第五版高等教育出版社）康华光编著
【6】.传感器原理及应用西安电子科技大学出版社主编：
刘振廷
【7】.模拟电子技术基础简明教程（第四版）主编：
童诗白华成英
6.4源程序
#include<
reg52.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitbeep=P2^0;
sbitsee=P2^2;
sbitsmog=P2^3;
sbitlcden=P3^5;
sbitlcdrs=P3^4;
sbitlcdwr=P2^4;
ucharcodetable0[]="
SIFE"
;
ucharcodetable1[]="
SOS!
"
ucharcodetable2[]="
DAY"
ucharcodetable3[]="
NIGHT"
ucharnum;
uchari,j,mu,flag=1;
voiddsp（）;
voidaction0（）;
voidaction1（）;
voiddelay（uintz）
{
uintx,y;
for（x=z;
x>
0;
x--）
for（y=110;
y>
y--）;
}
voidwrite_com（ucharcom）
lcdrs=0;
P0=com;
delay（5）;
lcden=1;
lcden=0;
voidwrite_data（uchardate）
lcdrs=1;
P0=date;
voidinit（）
lcdwr=0;
write_com（0x38）;
write_com（0x0e）;
write_com（0x06）;
write_com（0x01）;
write_com（0x80+0x10）;
voiddsp（）
init（）;
if（mu==1）
{
for（num=0;
num<
12;
num++）
{
write_data（table1[num]）;
delay（20）;
}
}
else
for（num=0;
11;
write_data（table0[num]）;
if（see==0）
write_com（0xc0+17）;
delay（50）;
10;
write_data（table2[num]）;
delay（40）;
13;
write_data（table3[num]）;
for（num=0;
16;
write_com（0x18）;
delay（20）;
voidmain（）
j=1;
EA=1;
EX0=1;
IT0=1;
while
（1）
dsp;
if（smog==1）mu=1;
if（mu==1）action1（）;
voidaction0（）
dsp（）;
for（i=0;
i<
2;
i++）
P1=0xfd;
beep=1;
if（flag==0）break;
P1=0xf7;
beep=0;
flag=1;
voidaction1（）
100;
P1=0xff;
P1=0xf0;
mu=0;
voidenter0（）interrupt0
flag=0;
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