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1、煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路的設(shè)計(jì)與制作 摘要 為了有效的降低火災(zāi)帶來(lái)的損失,利用單片機(jī)at89s51設(shè)計(jì)了一種煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路。它主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、煙霧檢測(cè)電路、語(yǔ)音報(bào)警電路、自動(dòng)排氣電路等組成。軟件用c語(yǔ)言編寫(xiě)程序,在keil中進(jìn)行程序的編譯并下載到at89s51芯片中。先用proteus進(jìn)行硬件仿真,通過(guò)后將下載的單片機(jī)和相關(guān)元器件焊接在pcb板上,上電后可以實(shí)現(xiàn)煙霧檢測(cè),語(yǔ)音報(bào)警和自動(dòng)排氣控制等功能。關(guān)鍵詞單片機(jī);煙霧檢測(cè)電路;語(yǔ)音報(bào)警電路;自動(dòng)排氣電路design and production of excessive smoke alarm and automatic ex
2、haust circuit abstract in order to reduce fire losses, the excessive smoke alarm and automatic exhaust circuit is designed using mcu at89s51, which is mainly composed of mcu minimum system, smoke detection circuit, a voice alarm circuit, automatic exhaust circuit. etc. the software was written in c
3、language , the program is compiled on the keil environment and downloaded to at89s51 chip. the hardware part is simulation in the proteus environment , when passing through ,the mcu which are downloaded and some related components are welded in the pcb board ,on electrifying it can be achieved that
4、the smoke detection,the voice alarm circuit and the automatic exhaust control fuctions ,etc.keywords mcu , smoke detection circuit,voice alarm circuit,automatic exhaust circuit畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾:所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知,除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外,不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果,也不包含我為獲
5、得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體,均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名: 日 期: 指導(dǎo)教師簽名: 日期: 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的規(guī)定,即:按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的印刷本和電子版本;學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的印刷本和電子版,并提供目錄檢索與閱覽服務(wù);學(xué)??梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文;在不以贏利為目的前提下,學(xué)??梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名: 日 期: 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的
6、研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外,本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體,均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名: 日期: 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名:日期: 年 月 日導(dǎo)師簽名: 日期: 年 月
7、 日目 錄1引言12方案論證及選擇32.1方案一:基于sopc設(shè)計(jì)的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路32.2方案二:基于放大器和比較器的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路32.3方案三:基于氣敏傳感器設(shè)計(jì)的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路42.4方案選擇53硬件電路的設(shè)計(jì)63.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)63.2 煙霧檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)73.2.1煙霧傳感器的選擇73.2.2煙霧傳感器電路83.3 語(yǔ)音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)93.3.1語(yǔ)音錄放音電路93.3.2音頻放大電路103.4 自動(dòng)排氣電路的設(shè)計(jì)114系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)134.1程序設(shè)計(jì)134.2 編譯及下載145裝配與調(diào)試165.1 proteus仿真165.2 硬件制作175
8、.3 系統(tǒng)調(diào)試175.3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的調(diào)試175.3.2 煙霧檢測(cè)電路的調(diào)試185.3.3 語(yǔ)音報(bào)警電路的調(diào)試19結(jié)束語(yǔ)20致 謝21參考文獻(xiàn)22附錄a 英文文獻(xiàn)原文23附錄b 英文文獻(xiàn)譯文31附錄c 整體電路圖38附錄d 元器件清單391.引言隨著現(xiàn)在家庭中家用電器的使用量逐漸增加,用電量也隨之增加。而用電量的大幅增加也會(huì)增高火災(zāi)發(fā)生的頻率。如果在一般家庭中發(fā)生火災(zāi),就會(huì)很大程度上出現(xiàn)撲救不及時(shí)的情況。由于許多場(chǎng)合缺乏滅火器材以及人們?cè)谔由鷷r(shí)的驚慌失措,和外界逃生環(huán)境遲緩等不利因素,最終就會(huì)給人們的生活和財(cái)產(chǎn)帶來(lái)重大的損失。美國(guó)消防協(xié)會(huì)(nfpa)強(qiáng)調(diào)煙霧報(bào)警器在拯救生命方面發(fā)揮
9、著越來(lái)越重要的作用,nfpa指出美國(guó)家庭火災(zāi)死亡人數(shù)的40是由于未安裝報(bào)警器造成的4。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、大量樓宇的建成與使用,用于保障人身和財(cái)產(chǎn)安全的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)顯得越來(lái)越必要。但火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置后,往往會(huì)發(fā)覺(jué)系統(tǒng)有些不盡如人意的地方。如:探測(cè)器經(jīng)常誤報(bào)警,經(jīng)常演繹“狼來(lái)了”的故事,使得消防值班人員飽受困擾。排除了設(shè)備質(zhì)量不過(guò)關(guān)等情況后,我們發(fā)現(xiàn)這些情況往往是由于探測(cè)設(shè)備受到干擾而造成的。下面將從火災(zāi)探測(cè)器的工作原理和結(jié)構(gòu)入手,逐步分析探測(cè)器的部分和主要干擾來(lái)源,并對(duì)由此產(chǎn)生的誤報(bào)警提出一些改進(jìn)的方法?;馂?zāi)探測(cè)器的工作原理火災(zāi)探測(cè)器顧名思義就是探測(cè)是否有火災(zāi)可能或火災(zāi)正在發(fā)生的設(shè)備,根據(jù)火災(zāi)的特
10、點(diǎn)及其產(chǎn)生物(例如:煙、熱、火焰等)的特性,可分為:煙霧探測(cè)器、溫度探測(cè)器及火焰探測(cè)器三類(lèi)。其中煙霧探測(cè)器和溫度探測(cè)器用的地方占絕大部分8。研究煙霧超標(biāo)報(bào)警和自動(dòng)排氣電路對(duì)減低火災(zāi)損失有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前,火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于商場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)、賓館等場(chǎng)所,采用集中報(bào)警控制方式的總線控制系統(tǒng)。隨著人們生活水平及家居環(huán)境的提高,廉價(jià)實(shí)用的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警器將進(jìn)入家庭,而且需求量很大3。(1)研究現(xiàn)狀隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、大量樓宇的建成與使用,用于保障人身和財(cái)產(chǎn)安全的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)顯得越來(lái)越必要。但火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置后,往往會(huì)發(fā)覺(jué)系統(tǒng)有些不盡如人意的地方。如:探測(cè)器經(jīng)常誤報(bào)警,經(jīng)常演繹“狼來(lái)了”的故
11、事,使得消防值班人員飽受困擾。排除了設(shè)備質(zhì)量不過(guò)關(guān)等情況后,我們發(fā)現(xiàn)這些情況往往是由于探測(cè)設(shè)備受到干擾而造成的。下面將從火災(zāi)探測(cè)器的工作原理和結(jié)構(gòu)入手,逐步分析探測(cè)器的部分和主要干擾來(lái)源,并對(duì)由此產(chǎn)生的誤報(bào)警提出一些改進(jìn)的方法。火災(zāi)探測(cè)器的工作原理火災(zāi)探測(cè)器顧名思義就是探測(cè)是否有火災(zāi)可能或火災(zāi)正在發(fā)生的設(shè)備,根據(jù)火災(zāi)的特點(diǎn)及其產(chǎn)生物(例如:煙、熱、火焰等)的特性,可分為:感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器及火焰探測(cè)器三類(lèi)。其中感煙探測(cè)器和感溫探測(cè)器用到的地方占絕大部分8。我國(guó)煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣工程應(yīng)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)了較快發(fā)展,但由于在實(shí)際應(yīng)用中,煙霧超標(biāo)報(bào)警系統(tǒng)的通訊協(xié)議不一致,煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣工程技術(shù)水
12、平還相對(duì)落后,還存在著一些比較突出的問(wèn)題。如適用范圍過(guò)小、智能化程度低、網(wǎng)絡(luò)化程度低、組件連接方式有待改善、煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣系統(tǒng)誤報(bào)、漏報(bào)問(wèn)題較多、超早期煙霧探測(cè)報(bào)警技術(shù)應(yīng)用還幾乎處于空白。(2)發(fā)展趨勢(shì)針對(duì)當(dāng)前煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣系統(tǒng)存在的誤報(bào)漏報(bào)頻繁、智能化和網(wǎng)絡(luò)化程度低、特殊惡劣條件下煙霧探測(cè)報(bào)警抗干擾能力弱等問(wèn)題,煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)應(yīng)進(jìn)一步著眼于當(dāng)前國(guó)際發(fā)展的新形勢(shì),加快更新改造進(jìn)程,加強(qiáng)對(duì)數(shù)字技術(shù)和新工藝、新材料的應(yīng)用,改進(jìn)系統(tǒng)能力,使煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)向著高可靠、低誤報(bào)和網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。新技術(shù)、新工藝、新材料和新設(shè)備的應(yīng)用研究勢(shì)在必行7。 (
13、3) 課題研究意義煙霧超標(biāo)報(bào)警器的意義在于可以實(shí)現(xiàn)對(duì)普通環(huán)境中煙霧濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),以減少煙霧有毒氣體對(duì)人體的傷害,通過(guò)報(bào)警來(lái)警示人們所處環(huán)境的煙霧濃度過(guò)高,并通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制環(huán)境的有毒氣體濃度,如完成開(kāi)風(fēng)扇通風(fēng)、切斷有毒氣體來(lái)源等由單片機(jī)控制的部分。現(xiàn)在家具產(chǎn)品多種多樣,智能化、小型化的節(jié)能、綠色、安全產(chǎn)品越來(lái)越受到普通大眾的青睞。該設(shè)計(jì)以其小型化、智能化并且設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)簡(jiǎn)潔明了、電路構(gòu)成簡(jiǎn)單、易于維護(hù)、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)能夠廣泛的應(yīng)用于居民、企事業(yè)單位等多方面的安全防范。(4)論文結(jié)構(gòu)論文主要從方案論證及選擇、硬件電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試等幾大方面來(lái)介紹煙霧超標(biāo)報(bào)警點(diǎn)的設(shè)計(jì)和制作過(guò)
14、程。其中方案論證及選擇主要從三種可以實(shí)現(xiàn)煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣功能的方案中選擇一個(gè)成本低、易操作、系統(tǒng)性能較高的方案。硬件電路設(shè)計(jì)主要是針對(duì)選擇的方案進(jìn)行具體的電路設(shè)計(jì)。其中主要設(shè)計(jì)的電路包括:?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)電路,煙霧檢測(cè)電路,語(yǔ)音報(bào)警電路,自動(dòng)報(bào)警電路等以及一些外圍輔助電路。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)則主要是設(shè)計(jì)單片機(jī)進(jìn)行控制所需要的相關(guān)程序,這部分程序采用c語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)。最后的制作與調(diào)試主要是進(jìn)行硬件仿真與制作,并對(duì)硬件進(jìn)行相關(guān)功能的測(cè)試,檢測(cè)是否能達(dá)到設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的功能。最后對(duì)全文進(jìn)行概括的總結(jié),并提出相關(guān)擴(kuò)展功能,有待進(jìn)一步完善。2方案論證及選擇2.1方案一:基于sopc設(shè)計(jì)的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路
15、基于sopc設(shè)計(jì)的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路原理框圖如圖2.1所示。圖2.1 基于sopc設(shè)計(jì)的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路原理框圖基于sopc的煙霧報(bào)警系統(tǒng)。sopc(system-on-a-programmable-chip)可編程片上系統(tǒng)。 sopc是在一塊硅片上利用可編程邏輯技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)一個(gè)完整的可編程片上系統(tǒng)。可編程片上系統(tǒng)(sopc)是一種特殊的嵌入式開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。sopc可編程片上系統(tǒng)其整個(gè)系統(tǒng)主要邏輯功能是由單個(gè)芯片完成之間的共同作用來(lái)完成的;sopc可編程片上系統(tǒng)是可以自主進(jìn)行編程的系統(tǒng),具有靈活的可裁減、可擴(kuò)充、可升級(jí)的自主編程設(shè)計(jì)方式,同時(shí)也可以在軟硬件方面實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可編程功能
16、。quartus 是最高級(jí)和復(fù)雜的用于sopc的設(shè)計(jì)環(huán)境。quartus 可編程邏輯軟件屬于第四代pld開(kāi)發(fā)平臺(tái)。quartus 平臺(tái)支持一個(gè)工作組環(huán)境下的設(shè)計(jì)要求,其中包括支持基于internet的協(xié)作設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)由圖中所示的幾個(gè)部分構(gòu)成。煙霧傳感器安裝于檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng),通過(guò)導(dǎo)線連接到主板傳感器的驅(qū)動(dòng)電路,傳感器檢測(cè)的信號(hào)送到放大電路將信號(hào)進(jìn)行放大,a/d轉(zhuǎn)換電路將放大后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為05v的電平信號(hào),并由a/d轉(zhuǎn)換芯片將轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)送入sopc控制器。系統(tǒng)的其它部分均安裝在主板上,sopc控制器接受到來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)后將數(shù)值顯示,并根據(jù)事先定制好的規(guī)則判斷煙霧是否超標(biāo),如果有煙霧超標(biāo)則將發(fā)出報(bào)警
17、信息,并驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警,同時(shí)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)排氣電路開(kāi)始工作。2.2方案二:基于放大器和比較器設(shè)計(jì)的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路基于放大器和比較器的設(shè)計(jì)的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路原理框圖如圖2.2所示。圖2.2 基于放大器和比較器的設(shè)計(jì)的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路原理框圖電化學(xué)傳感器的工作原理是:電化學(xué)傳感器內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)可以與被測(cè)氣體發(fā)生反應(yīng),能產(chǎn)生與檢測(cè)空氣中氣體的濃度成正比的電信號(hào)來(lái)工作。電化學(xué)傳感器主要包括兩部分:傳感電極(又稱工作電極)和反向電極。傳感電極和反向電極中有一層薄的電解層,這層薄的電解層將傳感電極和反電極隔開(kāi)??諝庵械拇龣z測(cè)氣體通過(guò)網(wǎng)孔與傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)能夠發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)反
18、應(yīng),這種反應(yīng)會(huì)形成一層憎水屏障,這層憎水屏障就會(huì)形成一種電極表面。這樣就完成了傳感器的傳感電極與空氣中某種氣體的發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。電化學(xué)反應(yīng)會(huì)形成一定的電信號(hào),這種電信號(hào)就可以防止傳感器中的電解質(zhì)泄漏出傳感器??諝庵械拇龣z測(cè)氣體透過(guò)網(wǎng)孔與傳感電極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生傳感電極,這種電化學(xué)傳感電極主要是應(yīng)用的氧化機(jī)理和還原機(jī)理。這兩種催化反應(yīng)主要是針對(duì)不同的被測(cè)氣體以及不同的電極材料反應(yīng)所生成的各種不同的電化學(xué)反應(yīng)。正負(fù)極之間通過(guò)電極間連接的電阻,產(chǎn)生的與被測(cè)氣濃度成正比的電流會(huì)在正極與負(fù)極之間流動(dòng)。如果測(cè)量該電流的大小,就可根據(jù)電流的大小與氣體濃度的換算關(guān)系來(lái)確定空氣中某種氣體濃度。由于電化學(xué)傳感
19、器在進(jìn)行濃度監(jiān)測(cè)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定大小的電流,所以電化學(xué)傳感器又被稱為電流氣體傳感器。在具體的實(shí)際應(yīng)用中,由于電化學(xué)傳感器在檢測(cè)電路中使用時(shí)電極表面會(huì)連續(xù)發(fā)生電化學(xué)發(fā)應(yīng),傳感電極電勢(shì)會(huì)處于不斷變化的狀態(tài),所以當(dāng)電化學(xué)傳感器在使用一段較長(zhǎng)時(shí)間后,傳感器的檢測(cè)性能會(huì)逐漸退化。2.3 方案三:基于氣敏傳感器設(shè)計(jì)的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路基于氣敏傳感器設(shè)計(jì)的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路原理框圖如圖2.3所示。圖2.3 基于氣敏傳感器設(shè)計(jì)的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路原理框圖采用基于單片機(jī)的煙霧報(bào)警器。整體方案設(shè)計(jì):首先需要把煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)化成單片機(jī)9(at89s52)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào),這部分電路就需要煙霧檢測(cè)電路
20、、放大電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路組成。其次由單片機(jī)中的程序判斷傳輸?shù)臒熿F信號(hào)是否超標(biāo),最后在超標(biāo)的情況下,由單片機(jī)控制啟動(dòng)報(bào)警和排氣電路。煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣裝置的最基本組成部分應(yīng)包括:它由光電式煙霧檢測(cè)電路、語(yǔ)音發(fā)聲電路、音頻功放電路、排氣控制電路和交流降壓整流及穩(wěn)壓電路等組成1。原理框圖說(shuō)明:煙霧信號(hào)采集電路一般由氣敏管6傳感器和模擬放大電路組成,將煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)。再用模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從煙霧檢測(cè)電路送出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,并對(duì)處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析比較,看是否大于或等于某個(gè)預(yù)設(shè)值(也就是報(bào)警限),如果大于則啟動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警
21、聲音并自動(dòng)排氣電路,反之則為正常狀態(tài)。以上是根據(jù)報(bào)警器應(yīng)具備的功能,提出的整體設(shè)計(jì)和需要解決的問(wèn)題。2.4 方案選擇方案一:基于sopc設(shè)計(jì)的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路系統(tǒng)的可靠性不高。由于可能會(huì)有因某種特定原因產(chǎn)生的類(lèi)似火災(zāi)的干擾源觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)。所以不采取此方案。方案二:基于放大器和比較器的設(shè)計(jì)的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路采用電化學(xué)傳感器。電化學(xué)傳感器有一個(gè)恒定的檢測(cè)范圍。當(dāng)檢測(cè)的氣體濃度處在這個(gè)范圍之中時(shí),檢測(cè)到的氣體濃度的可靠性最高。當(dāng)被測(cè)氣體濃度超過(guò)電化學(xué)傳感器的檢測(cè)范圍時(shí),產(chǎn)生的電流大小不能準(zhǔn)確的反應(yīng)出氣體濃度的大小,電化學(xué)傳感器這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生處于飽和狀態(tài)的電流值。當(dāng)氣體濃度低于范圍的最小
22、值時(shí),就會(huì)削弱電化學(xué)傳感器產(chǎn)生的反映信號(hào),還有一些不可避免的環(huán)境噪聲干擾,儀器的使用有誤從而使讀數(shù)不準(zhǔn)確,也會(huì)降低電化學(xué)傳感器的準(zhǔn)確性和分辨率。如果空氣中的待測(cè)氣體有交叉影響,電化學(xué)傳感器回合很多氣體都可以產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)并產(chǎn)生一定大小的電流。待測(cè)氣體的交叉影響使檢測(cè)結(jié)果不能反映檢測(cè)氣體的實(shí)際含量,檢測(cè)結(jié)果就會(huì)失去科學(xué)價(jià)值和原有的合理性。此外傳感器的零點(diǎn)漂移問(wèn)題也是影響的主要因素,傳感器的零點(diǎn)漂移是傳感器以前曝光的時(shí)間和溫度相互交叉影響的結(jié)果。零點(diǎn)漂移是二個(gè)變數(shù)交互作用的結(jié)果,所以它不能夠通過(guò)溫度補(bǔ)償來(lái)解決。綜上所述本設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性不高,存在的干擾因素較大,所以不采取此方案。方案三:基于氣敏傳感
23、器設(shè)計(jì)的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路,首先傳感器選用mq-2型半導(dǎo)體煙霧氣敏傳感器,其在常溫條件工作時(shí)不需要溫度補(bǔ)償電路,因此選此傳感器省去了設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償電路的麻煩。單片機(jī)采用at89s51單片機(jī)為控制核心,完成數(shù)據(jù)的處理工作。復(fù)位電路可以采用典型的上電復(fù)位或者是按鍵復(fù)位電路。整體電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,可靠性較高,易于實(shí)現(xiàn)。因此,綜合考慮成本、易操作性、系統(tǒng)性能等因素,最終選擇方案三。3.硬件電路的設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)的具體電路圖如圖3.1所示。電路主要包括:?jiǎn)纹瑱C(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。圖3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 (1)at89s51單片機(jī)at89s51是一個(gè)低功耗,高性
24、能的cmos 8位單片機(jī),片內(nèi)含4k bytes isp(in-system programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的flash只讀程序存儲(chǔ)器,at89s51采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造,兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和isp flash存儲(chǔ)單元,功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)at89s51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。at89s51具有的特點(diǎn)為:40個(gè)引腳,4kb片內(nèi)程序存儲(chǔ)器,128 比特的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram),32個(gè)外部雙向輸入/輸出(i/o)口,5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí),2層中斷嵌套中斷,2個(gè)16位
25、可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口,看門(mén)狗(wdt)電路,片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 at89s51可以通過(guò)硬件設(shè)置振蕩頻率可為0hz,也可通過(guò)軟件設(shè)置進(jìn)入省電模式。在空閑模式下,單片機(jī)的cpu就會(huì)停止工作而ram定時(shí)計(jì)數(shù)器、串行口以及外部中斷系統(tǒng)是繼續(xù)工作,這樣就可以在掉電的情況下使振蕩器凍結(jié),將數(shù)據(jù)保存在ram中,掉電的時(shí)候系統(tǒng)會(huì)停止芯片的其它功能,直至外部中斷響應(yīng)或硬件電路進(jìn)行復(fù)位。at89s51芯片有三種封裝形式pdip、tqfp和plcc,這三種不同的封裝形式適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。特別注意:31腳(/ea/vpp)是選擇片內(nèi)外存儲(chǔ)器的引腳,當(dāng)/ea/vpp接高電平時(shí),單片機(jī)在復(fù)位后從內(nèi)部ro
26、m的0000h開(kāi)始執(zhí)行;當(dāng)/ea/vpp接低電平時(shí),復(fù)位后直接從外部rom的0000h開(kāi)始執(zhí)行。(2) 復(fù)位電路:?jiǎn)纹瑱C(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位,以使cpu及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài),并從初態(tài)開(kāi)始工作,復(fù)位后pc0000h,使單片機(jī)從第個(gè)單元取指令。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從rst引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí),且振蕩器穩(wěn)定后,如果rst引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上,則cpu就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有:手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。根據(jù)實(shí)際情況選擇如圖3.1所示的復(fù)位電路,該電路在最簡(jiǎn)單的復(fù)位電路下增加了手動(dòng)復(fù)位按鍵,在
27、接通電源瞬間,電容c1上的電壓很小,復(fù)位下拉電阻r2上的電壓接近電源電壓,即rst為高電平,在電容充電的過(guò)程中rst端電壓逐漸下降,當(dāng)rst端的電壓小于某一數(shù)值后,cpu脫離復(fù)位狀態(tài),由于電容c1足夠大,可以保證rst高電平有效時(shí)間大于10ms,cpu能夠可靠復(fù)位。增加手動(dòng)復(fù)位按鍵是為了避免死機(jī)時(shí)無(wú)法可靠復(fù)位。當(dāng)復(fù)位按鍵按下后電容c1通過(guò)r1放電。當(dāng)電容c1放電結(jié)束后,rst端的電位由r1與r2分壓比決定。由于r1<<r2 因此rst為高電平,cpu處于復(fù)位狀態(tài),松手后,電容c1充電,rst端電位下降,cpu脫離復(fù)位狀態(tài)。r1的作用在于限制按鍵按下瞬間電容c1的放電電流,避免產(chǎn)生火
28、花,以保護(hù)按鍵觸電。最小系統(tǒng)中復(fù)位電路的電容c1的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間,一般采用10uf左右極性電容,單片機(jī)最小系統(tǒng)的電容值越大復(fù)位的時(shí)間越短。在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振,單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度,頻率越大處理速度越快。(3) 時(shí)鐘電路:?jiǎn)纹瑱C(jī)的定時(shí)控制功能是由片內(nèi)的時(shí)鐘電路和定時(shí)電路來(lái)完成的,而片內(nèi)的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種:內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本文就采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式片內(nèi)高增益反相放大器通過(guò)xtal1和xtal2外接作為反饋元件的晶體與電容組成的并聯(lián)諧振回路,構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器向內(nèi)部時(shí)鐘電路提供振蕩時(shí)鐘。振蕩器的頻率主要取決于
29、晶體的振蕩頻率,晶體選擇11.0592mhz;電容c2、c3的值則有微調(diào)作用,通常取30pf左右的瓷片電容。3.2 煙霧檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)3.2.1煙霧傳感器的選擇煙霧傳感器的主要分為離子式煙霧傳感器、光電式煙霧傳感和氣敏式煙霧傳感器。(1)離子式煙霧傳感器:離子式煙霧傳感器是一種先進(jìn)的技術(shù),是一種工作穩(wěn)定可靠的傳感器,被廣泛運(yùn)用到各種消防報(bào)警系統(tǒng)中,它的性能遠(yuǎn)優(yōu)于由光電式煙霧傳感器構(gòu)成的火災(zāi)報(bào)警器。(2)光電式煙霧傳感:該煙霧傳感器內(nèi)部有一個(gè)光學(xué)迷宮,安裝有紅外對(duì)管,沒(méi)有煙霧時(shí)紅外接收管接收不到紅外發(fā)射管發(fā)射出來(lái)的紅外光線,當(dāng)煙霧進(jìn)入光學(xué)迷宮時(shí),通過(guò)折射、反射后,接收管將接收到紅外光線,報(bào)警電路
30、判斷是否超過(guò)閾值,超過(guò)則發(fā)出警報(bào),反之則不然。(3)氣敏式煙霧傳感器:該煙霧傳感器是一種檢測(cè)特定氣體的傳感器。它主要包括半導(dǎo)體氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學(xué)氣敏傳感器等,其中用的最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器。半導(dǎo)體氣敏元件有n型和p型之分。n型在檢測(cè)時(shí)阻值隨氣體濃度的增大而減小,p型阻值隨氣體濃度的增大而增大。當(dāng)溫度在200300時(shí)半導(dǎo)體氣敏元件讓空氣中的氧吸附在元件表面,當(dāng)氧負(fù)離子吸附在半導(dǎo)體氣敏元件表面可以形成氧負(fù)離子吸附,氧負(fù)離子的減少就會(huì)使半導(dǎo)體中的電子密度減少,從而使其電阻值增加。當(dāng)遇到空氣中可燃?xì)怏w時(shí),由于可燃?xì)怏w能夠提供給電子,可燃?xì)怏w中就會(huì)有正離子吸附在金屬氧化物半導(dǎo)體表
31、面,氧負(fù)離子放出電子使可燃?xì)怏w以正離子的吸附也要放出電子,電阻值下降就是因?yàn)榘雽?dǎo)體電子密度增加。當(dāng)氣體中可燃?xì)怏w的濃度減少或可燃性氣體不存在了,半導(dǎo)體氣敏元件中金屬氧化物半導(dǎo)體就能恢復(fù)氧的負(fù)離子吸附,使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是半導(dǎo)體氣敏元件檢測(cè)可燃?xì)怏w的基本原理6。此次使用的氣敏式煙霧傳感器選擇的具體型號(hào)為mq-2。該傳感器常用于家庭和工廠的氣體泄漏裝置,適宜于煙霧、液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣等的探測(cè)。本設(shè)計(jì)選用的mq-2型氣體傳感器,這種型號(hào)的傳感器的特點(diǎn)是靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。mq-2氣體傳感器是sno2(氧化錫)半導(dǎo)體氣敏傳感器屬于電阻型氣
32、敏元件。它是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化。若氣濃度發(fā)生變化,其阻值也將隨之變化。根據(jù)這一變化,可以從阻值的變化得出吸附氣體的種類(lèi)和濃度。mq-2的主要特點(diǎn):(1)具有信號(hào)輸出指示。(2)雙路信號(hào)輸出(模擬量輸出及ttl電平輸出)(3)ttl輸出有效信號(hào)為低電平。(當(dāng)輸出為低電平時(shí)信號(hào)燈亮,可直接單片機(jī))(4)模擬量輸出05v電壓,濃度越高電壓值越高。(5)快速的響應(yīng)恢復(fù)特性。(6)具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。(7)適宜于煙霧、液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣等的探測(cè)。3.2.2 煙霧傳感器電路煙霧檢測(cè)電路圖如圖3.2所示。主要由煙霧傳感器mq-2和相關(guān)元器
33、件構(gòu)成。圖3.2 煙霧檢測(cè)電路圖傳感器的電導(dǎo)率是隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增大而增大,再使用相應(yīng)的外圍電路就可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)變成與該氣體濃度變化相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。一般情況下,傳感器輸出的信號(hào)會(huì)比較弱,而且其中還包括了一些避免不了的干擾,對(duì)這種信號(hào)的放大就需要有很好的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗的放大電路。當(dāng)傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大電路對(duì)其進(jìn)行的放大、濾波、電平調(diào)整后,輸出的信號(hào)才能滿足單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)的要求。煙霧傳感器是氣-電變換器,它屬于氣敏傳感器,它將空氣中煙霧或可燃性氣體的含量(即濃度)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的電壓或者電流信號(hào),傳感器作為煙霧報(bào)警器的信號(hào)采集部分,是整個(gè)系統(tǒng)的核心組成部分
34、之一。一個(gè)煙霧傳感器既可以只實(shí)現(xiàn)單個(gè)功能,也可以實(shí)現(xiàn)多種功能的。一個(gè)完整的煙霧傳感器都必須具備:(a)能夠檢測(cè)某種單一煙霧,而對(duì)共存的其它煙霧不響應(yīng)或低響應(yīng); (b)對(duì)被測(cè)煙霧具有較高的靈敏度,能有效地檢測(cè)允許范圍內(nèi)的煙霧濃度;(c)對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快,重復(fù)性好;(d)長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性好,制造成本低,使用與維護(hù)方便等條件。3.3 語(yǔ)音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的語(yǔ)音報(bào)警電路如圖3.3所示。語(yǔ)音報(bào)警電路主要由語(yǔ)音錄放音電路和音頻放大電路組成。圖3.3 語(yǔ)音報(bào)警電路3.3.1 語(yǔ)音錄放音電路語(yǔ)音錄放音電路主要由語(yǔ)音芯片以及一些外圍電路組成。語(yǔ)音報(bào)警電路中采用的語(yǔ)音芯片為isd1820py。其中語(yǔ)音芯片is
35、d1820py是美國(guó)isd公司于2001年最新推出一種可錄放一段820秒的語(yǔ)音的芯片,它的基本結(jié)構(gòu)與isd1110、1420完全相同,采用cmos技術(shù),內(nèi)含振蕩器,話筒前置放大,自動(dòng)增益控制,防混淆濾波器,揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)及flash陣列。語(yǔ)音芯片isd1820py管腳功能為:電源(vcc):芯片內(nèi)部的有兩路電路分別是:模擬電路和數(shù)字電路。模擬電路和數(shù)字電路分別使用了不同電源線,兩路電路的電源總線在此引腳匯合。電源線的匯合這樣接法會(huì)使得噪聲的影響減少到最小。電源端的去耦電容回路應(yīng)該盡量靠近芯片,從而有效的減少電源中的各種干擾。地線(vssa,vssd):vssa是芯片內(nèi)部的模擬電路的地線匯接引腳。v
36、ssd是芯片內(nèi)部的數(shù)字電路的地線匯接引腳。錄音 (rec):rec高電平有效,不管芯片處在節(jié)電狀態(tài)還是正在放音的狀態(tài)只要rec變?yōu)楦唠娖?,芯片就開(kāi)始錄音。整個(gè)錄音期間,rec要一直保持為高電平。直到rec變低或芯片內(nèi)存錄滿后,錄音結(jié)束,芯片自動(dòng)寫(xiě)入一個(gè)信息結(jié)束標(biāo)志(eom),以后的放音操作當(dāng)遇到結(jié)束標(biāo)志(eom)就會(huì)停止,芯片進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。注:rec的上升沿有84毫秒防顫,防止按鍵誤觸發(fā)。邊沿觸發(fā)放音(playe):當(dāng)此管腳有一個(gè)上升沿時(shí),可以驅(qū)動(dòng)芯片開(kāi)始進(jìn)行放音。放音一直持續(xù)到eom標(biāo)志,放音結(jié)束后芯片自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。放音后,可自動(dòng)釋放playe。電平觸發(fā)放音(playl):此端從低變高時(shí)
37、,芯片開(kāi)始放音。持續(xù)至此端回到低電平,或遇到eom標(biāo)志,或內(nèi)存結(jié)束,放音結(jié)束后自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。錄音指示(/recled):當(dāng)芯片處于錄音狀態(tài)時(shí),此端為低電平,可驅(qū)動(dòng)led發(fā)光。此外,放音遇到eom標(biāo)志時(shí),此端輸出一個(gè)低電平脈沖。此脈沖可用來(lái)觸發(fā)playe,實(shí)現(xiàn)循環(huán)放音。話筒輸入(mic):此端連至片內(nèi)前置放大器。片內(nèi)自動(dòng)增益控制電路(agc)控制前置放大器的增益。外接話筒應(yīng)通過(guò)串聯(lián)電容耦合到此端。耦合電容值和此端的10k輸入阻抗決定了芯片頻帶的低頻截止點(diǎn)。話筒參考(mic ref):此端是前置放大器的反向輸入。當(dāng)以差分形式連接話筒時(shí),可減小噪聲,提高共模抑制比。自動(dòng)增益控制(agc):agc
38、動(dòng)態(tài)調(diào)整前置增益以補(bǔ)償話筒輸入電平的寬幅變化,使得錄制變化范圍很大的音量(從耳語(yǔ)到喧囂聲)時(shí)失真都能保持最小。通常4.7uf的電容器在多數(shù)場(chǎng)合下可獲得滿意的效果。喇叭輸出(sp+,sp-):輸出端可以直接驅(qū)動(dòng)8以上的喇叭。單端使用必須在輸出端和喇叭之間接耦合電容,而雙端輸出既不用電容又能將功率提高至4倍。sp+和sp-之間通過(guò)內(nèi)部的50k的電阻連接,不放音時(shí)為懸空狀態(tài)。振蕩電阻(rosc):此端接振蕩電阻至vss,由振蕩電阻的阻值決定錄放音的時(shí)間。直通模式(ft):此端允許接在mic輸入端的外部語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)芯片內(nèi)部的agc電路、濾波器和喇叭驅(qū)動(dòng)器后直接到達(dá)喇叭輸出端。平時(shí)ft端為低,要實(shí)現(xiàn)直通
39、功能,需將ft端接高電平,同時(shí)rec、playe和playl保持低。圖3.3中的三個(gè)按鍵s1、s2、s3分別是錄音鍵、邊沿觸發(fā)放音、電平觸發(fā)放音。按住s1(rec)錄音按鍵不放即錄音,recled燈會(huì)亮起,松開(kāi)按鍵錄音停止。沿觸發(fā)放音,按s2(pe)鍵一下即將全段放音,除非斷電或放音結(jié)束,否則不停止放音;電平觸發(fā)放音,按住s3(pl)鍵時(shí)即放音,松開(kāi)按鍵即停止。在直通模式下,直通開(kāi)關(guān)閉合,對(duì)話筒說(shuō)話會(huì)從喇叭里擴(kuò)音播放出來(lái),構(gòu)成喊話器功能,由于該模式下的話筒放大同時(shí)經(jīng)過(guò)agc自動(dòng)增益調(diào)節(jié)和帶通濾波器,其音質(zhì)比通常的話筒放大器要好很多,而且不會(huì)出現(xiàn)喇叭過(guò)載的情況。3.3.2 音頻放大電路音頻放大電
40、路主要有音頻放大芯片和相關(guān)元器件構(gòu)成。音頻放大電路中采用的芯片為lm386。lm386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器,是一種音頻集成功放,具有自身功耗低、更新內(nèi)鏈增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少及總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)的功率放大器。為使外圍元件最少,電壓增益內(nèi)置為20。輸入端以地位參考,同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半,在5v電源電壓下,它的靜態(tài)功耗為24mw,使得lm386特別適用于電池供電的場(chǎng)合。lm386引腳圖如圖3.4。lm386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。靜態(tài)功耗低,約為4ma,可用于電池供電;工作電壓范圍寬,4-12v或5-18v;電壓增益可調(diào),20-
41、200;失真度低;圖3.4 lm386引腳圖lm386的應(yīng)用非常簡(jiǎn)單,但是在器件上電、斷電的時(shí)候,甚至芯片工作穩(wěn)定后的一些操作(如插拔音頻插頭、旋音量調(diào)節(jié)鈕)都會(huì)帶來(lái)的瞬態(tài)沖擊,在輸出端的喇叭上能夠產(chǎn)生不理想的噪聲。通過(guò)接在1管腳和8管腳間接電解電容(1腳接電容+極)來(lái)改變?cè)鲆?,斷開(kāi)時(shí)增益為20。采用雙音頻輸入/輸出。“+”、“”輸出端可以很好地抵消共模信號(hào),有效抑制共模噪聲。bypass端外接一個(gè)電解電容到地,可以起到濾除噪聲的作用。芯片穩(wěn)定工作后,bypass的電壓值約為vcc的一半,改變bypass外接電容的容值大小,可以有效抑制噪聲。在芯片上電、掉電時(shí)產(chǎn)生的噪聲就是由該偏置電壓的瞬間跳
42、變所致,減少輸出耦合電容可以有效地降低噪聲。此電容可以有隔直(隔斷直流電壓)和耦合(耦合音頻的交流信號(hào))。如果直流電壓過(guò)大有可能會(huì)損壞喇叭線圈;耦合音頻的交流信號(hào)是它與揚(yáng)聲器負(fù)載構(gòu)成了一階高通濾波器。減小該電容值,可使噪聲能量沖擊的幅度變小、寬度變窄;故選用10uf/4.7uf。3.4 自動(dòng)排氣電路的設(shè)計(jì)自動(dòng)排氣電路圖如圖3.5所示。自動(dòng)排氣電路主要包括5v繼電器和排氣扇。圖3.5 自動(dòng)排氣電路圖排氣電路主要由三極管、繼電器、電機(jī)組成,在這部分電路中,繼電器和三極管相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān),可開(kāi)通或關(guān)斷電機(jī)連接的5伏直流電源。繼電器中開(kāi)關(guān)動(dòng)作受三極管控制,當(dāng)三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)時(shí),集電極電流驅(qū)動(dòng)繼電器
43、動(dòng)作,開(kāi)關(guān)閉合,電機(jī)回路導(dǎo)通,電機(jī)開(kāi)始工作。當(dāng)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí),繼電器中無(wú)電流通過(guò),故而繼電器開(kāi)關(guān)無(wú)法動(dòng)作,導(dǎo)致電機(jī)回路開(kāi)路,無(wú)電流通過(guò),電機(jī)不工作。三極管是處于飽和導(dǎo)通還是處于截止斷開(kāi),則由其基極b控制。當(dāng)基極b電壓處于高電平時(shí),其值高于集電極c的電壓,而且大于三極管的開(kāi)啟電壓uon,三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài),集電極上的繼電器中有電流通過(guò);當(dāng)基極b處于低電平狀態(tài)時(shí),其值小于三極管開(kāi)啟電壓uon,三極管處于截止?fàn)顟B(tài),其集電極中無(wú)電流,三極管這個(gè)“開(kāi)關(guān)”處于斷開(kāi)狀態(tài)。二極管d2的作用是保護(hù)繼電器。當(dāng)三極管t2飽和導(dǎo)通時(shí),繼電器中有電流通過(guò),此時(shí)是二極管d2相當(dāng)于開(kāi)路,對(duì)電路無(wú)影響;當(dāng)三極管在轉(zhuǎn)
44、換到截止?fàn)顟B(tài)的瞬間,由于繼電器中含有電感元件,那么必然會(huì)在此刻產(chǎn)生極大的電流,如果不加二極管d2,電路可能會(huì)因電流過(guò)大而損壞,而加上二極管后,電流改變流向,通過(guò)二極管d2和繼電器中的電感組成的回路完成放電過(guò)程,不會(huì)損壞電路。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1程序設(shè)計(jì) 程序流程圖如圖4.1所示。 圖4.1 整體軟件流程圖因?yàn)槭紫纫o傳感器預(yù)熱,qm-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時(shí)間后,再次通電時(shí),傳感器不能立即正常采集煙霧信息,需要一段時(shí)間的預(yù)熱。程序初始化結(jié)束后,系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)到煙霧時(shí),煙霧傳感器會(huì)將信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī),單片機(jī)再控制語(yǔ)音報(bào)警電路和自動(dòng)排氣電路工作。根據(jù)整體軟件流程圖用c
45、語(yǔ)言編寫(xiě)程序。編寫(xiě)的程序?yàn)椋?include<reg51.h> /包含頭文件#define uchar unsigned char /宏定義#define uint unsigned int sbit yanwu=p10; sbit yuyin=p11;sbit jidianqi=p12; void delay1(uint z) /延時(shí)子程序 1msuint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-); void main() /主函數(shù) yanwu=1; jidianqi=0; yuyin=0; while(1) if(yanwu=0) y
46、uyin=1; jidianqi=1; else yuyin=0;jidianqi=0; 4.2 編譯及下載在keil軟件中對(duì)程序進(jìn)行編譯及調(diào)試,具體編譯及調(diào)試界面如圖4.2。圖4.2 程序編譯及調(diào)試界面編譯及調(diào)試具體的步驟首先打開(kāi)keil uvision。新建工程project->new project將彈出 creat new project框,寫(xiě)入工程名稱。為了便于集中管理建議新建一個(gè)文件夾(上面第二個(gè)圖標(biāo))。點(diǎn)擊確定后 彈出一個(gè)芯片選擇項(xiàng),選atmel at89s51。彈出一個(gè)框,選擇“否”。新建文件file-new將彈出一個(gè)文本框,輸入程序。然后保存這個(gè)文件file-save彈
47、出框save as 填寫(xiě)你要保存的文件名。注意一定要帶上后綴.c。加載程序,把我們編寫(xiě)的c文件加載進(jìn)入看到左邊 source group1,點(diǎn)擊右鍵,選擇倒數(shù)第四項(xiàng) “add files.”進(jìn)入add框,選擇你剛才保存的main.c文件,然后add看到左邊source group1下面是不是加載上main.c了。編譯前要進(jìn)行一個(gè)重要的操作。生成hex文件。右邊 target 1 右鍵彈出框,找到output,再找到creat hex fi:前面復(fù)選框選中 ok。開(kāi)始編譯了,project-build target或者按f7或者看到上面圖標(biāo)(一個(gè)圖標(biāo)有兩個(gè)方向向下的箭頭)編譯的時(shí)候,你會(huì)發(fā)現(xiàn)最前
48、面編譯結(jié)果0 errors就表示程序沒(méi)有錯(cuò)誤。最后通過(guò)progisp把編譯、調(diào)試正確的程序下載到at89s51芯片中。progisp程序下載界面如圖4.3。圖4.3 progisp程序下載界面5.裝配與調(diào)試5.1 proteus仿真 proteus軟件是英國(guó)labcenter electronics公司出版的eda工具軟件。它不僅具有其它eda工具軟件的仿真功能,還能仿真單片機(jī)及外圍器件,它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步,但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。proteus是世界上著名的eda工具(仿真軟件),從原理
49、圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真,一鍵切換到pcb設(shè)計(jì),真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、pcb設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái),其處理器模型支持8051、hc11 pic10/12/16/18/24/30/dspic33、avr、arm、8086和msp430等,2010年又增加了cortex和dsp系列處理器,并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面,它也支持iar、keil和mplab等多種編譯器。用proteus仿真的整體電路仿真圖如圖5.1所示。(由于語(yǔ)音芯片、煙霧傳感器以及風(fēng)扇等元器件在proteus元器件庫(kù)中沒(méi)有收錄,此次仿真過(guò)
50、程中用電位器表示煙霧傳感器,用蜂鳴器表示語(yǔ)音報(bào)警,用發(fā)光二極管代表風(fēng)扇。)圖5.1 整體電路仿真圖proteus仿真步驟:(1) 創(chuàng)建文件并命名“yanwubaojing.dsn”。(2) 在元器件庫(kù)中選擇需要的元器件,再擺放好元器件,設(shè)定好參數(shù),最后連接電路圖。(3) 雙擊單片機(jī)芯片,添加“.hex”文件。(4) 仿真運(yùn)行,“debug”“execute”。(5) 檢查錯(cuò)誤直至達(dá)到要求。5.2 硬件制作在proteus軟件中仿真無(wú)誤后就可以進(jìn)行安裝、焊接元器件。焊接前首先需要檢測(cè)元器件是否合格,元器件檢驗(yàn)合格后在面包板上按照整體電路圖(附錄c)連接電路圖并檢測(cè)電路是否工作。如果經(jīng)檢測(cè)沒(méi)有問(wèn)題
51、可以工作,就可以在焊接板上開(kāi)始對(duì)元器件進(jìn)行焊接。焊接一般遵循先低后高,一個(gè)方向的原則。根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況,就要先焊電阻、插槽、晶振、瓷片電容、電解電容,最后焊接煙霧傳感器和喇叭。焊接好的實(shí)物圖如圖5.2所示。圖5.2 實(shí)物圖5.3 系統(tǒng)調(diào)試5.3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的調(diào)試單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的調(diào)試需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行:(1)用萬(wàn)用表檢測(cè)電源是否接通,檢測(cè)vcc(40腳)和gnd(20腳)之間是否有5v電壓。(2) 用萬(wàn)用表檢測(cè)31引腳是否有5v電壓。目的是確保使用了片內(nèi)存儲(chǔ)器。(3)檢測(cè)p 3口或p2 口的空閑電壓是否有5v電壓,如果沒(méi)有,說(shuō)明單片機(jī)系統(tǒng)沒(méi)有工作。(4)用萬(wàn)用表檢測(cè)復(fù)位電
52、路,通過(guò)復(fù)位按鍵,檢測(cè)9引腳的電壓是否會(huì)變化,如果按鍵沒(méi)有按下,電壓為0v,按鍵按下后,電壓立刻變?yōu)?v,之后很快的降為0 v,則表示復(fù)位電路正常。(5)用示波器檢測(cè)振蕩電路,主要是檢測(cè)18、19引腳。檢測(cè)是否有振蕩波產(chǎn)生。如果有,則表示振蕩電路正常。5.3.2 煙霧檢測(cè)電路的調(diào)試煙霧檢測(cè)電路主要通過(guò)調(diào)試可變電阻 ,可以調(diào)節(jié)煙霧傳感器的靈敏度,以獲得滿意的煙霧濃度風(fēng)扇啟動(dòng)點(diǎn)。mq-2為煙霧傳感器,電路采用交流供電,220v交流市電從插頭引入電路,經(jīng)電源變壓器降壓后變?yōu)橹绷?,直流電壓直接供傳感器mq-2的加熱絲h-h工作,加熱絲給傳感器mq-2預(yù)熱一定時(shí)間后,才能正常檢測(cè)煙霧。因?yàn)榧矣妹簹庵兄饕?/p>
53、成分為甲烷,所以本實(shí)驗(yàn)在煙霧標(biāo)定時(shí),選用甲烷煙霧。實(shí)際甲烷煙霧與進(jìn)入到單片機(jī)輸入端的電壓值對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)如表5.1所示。 表5.1實(shí)際煙霧與送入單片機(jī)的電壓值對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)濃度(%)電壓(v)03.70103.65203.60303.48403.30502.98602.61702.22801.80901.201000從該表中可以看出,電壓值與煙霧濃度之間是非線性關(guān)系,為了實(shí)時(shí)顯示氣體濃度,需要對(duì)其進(jìn)行線性化處理,使顯示的煙霧濃度與實(shí)際誤差在±5%范圍內(nèi)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)的標(biāo)定,分段線性化誤差數(shù)據(jù)如表5.2所示:表5.2分段線性化誤差數(shù)據(jù)濃度(%lel)濃度誤差濃度(%lel)濃度誤差00505535531
54、0-160015465220370325-175530580-2353854402903455955經(jīng)計(jì)算煙霧濃度與實(shí)際濃度之間的誤差為2.55%,在所規(guī)定誤差范圍±5%之 內(nèi)。因此,本論文中的可燃性報(bào)警器滿足檢測(cè)要求。 5.3.3 語(yǔ)音報(bào)警電路的調(diào)試語(yǔ)音報(bào)警電路中語(yǔ)音芯片的選型很重要,不同型號(hào)的芯片功能和連接電路都不相同。語(yǔ)音報(bào)警中的退耦電容可以改變音質(zhì)。如果播放出來(lái)的聲音很小可以通過(guò)調(diào)節(jié)圖3.3中電位器r4的大小來(lái)改變聲音的大小。焊接時(shí),所有外圍元件盡可能靠近lm386;地線盡可能粗一些;輸入音頻信號(hào)通路盡可能平行走線,輸出亦如此。結(jié)束語(yǔ)設(shè)計(jì)的煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路,選用mq-
55、2煙霧傳感器,at89s51單片機(jī)、語(yǔ)音芯片isd1820py等器件,實(shí)現(xiàn)了煙霧檢測(cè)、語(yǔ)音報(bào)警、自動(dòng)排氣等功能。但未實(shí)現(xiàn)液晶顯示、遠(yuǎn)程報(bào)警等擴(kuò)展功能,有待進(jìn)一步完善。致謝致謝人: 參考文獻(xiàn)1祝敏.煙霧超標(biāo)報(bào)警自動(dòng)排氣電路j.電子制作,2007,154(1):12-12.2陸東旭.簡(jiǎn)易的煙霧報(bào)警器j.電子制作,2006,149(8):62-63. 3葉明啟.實(shí)用的火災(zāi)煙霧報(bào)警器j.家庭電子,2004,156(2):19-204趙婷. 美國(guó)煙霧報(bào)警器的統(tǒng)計(jì)報(bào)告j.消防科學(xué)與技術(shù),2010, 151(3):183-1845李增國(guó).傳感器與測(cè)試技術(shù)m.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.6李永生,
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