煙霧實(shí)時(shí)檢測及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、煙霧實(shí)時(shí)檢測及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)總說明隨著“信息時(shí)代”的到來，作為獲取信息的手段一一傳感器技術(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。傳 感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。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。為了提高對傳感器的認(rèn)識和了解，尤其是對煙霧傳感器的深入研究以及其 用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。本文利用單片機(jī) 結(jié)合傳感器技術(shù)而開發(fā)設(shè)計(jì)了這一煙霧監(jiān)控系統(tǒng)。本論文以電阻式煙霧傳感器和單片機(jī)技術(shù)為核心并與其他電子技術(shù)相結(jié) 合，設(shè)計(jì)出一種技術(shù)水平較好的煙霧報(bào)警器。其中選用MQ-2型

2、半導(dǎo)體可燃?xì)怏w敏感元件煙霧傳感器實(shí)現(xiàn)煙霧的檢測，DS18B2C實(shí)現(xiàn)溫度顯示，具有靈敏度高、 響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格低廉，使用壽命長。選用的89C51單片機(jī)，其整合了 A/D轉(zhuǎn)換、硬件乘法器、硬件脈寬調(diào)制器等資源，具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，是目前同類技術(shù)中性價(jià)比較高的產(chǎn)品。以89c51單片機(jī)和MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器 DS18B2C為核心設(shè)計(jì)的 煙霧報(bào)警器可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、故障自診斷、濃度顯示、溫度顯示，報(bào)警限設(shè)置、 延時(shí)報(bào)警及與上位機(jī)串口通信等功能。是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、 價(jià)格低廉、智能化的煙霧報(bào)警器。具有一定的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：煙霧，報(bào)警器，89C

3、51，傳感器1Smoke detection fire alarm systemDesign DescriptionWhile “ in formatio n age” the arrival, obta ined the remarkable progress as the gain in formati on method - - sen sor tech no logy, its applicati on doma in is more and more widespread, is more and more high to its request, the dema nd is mo

4、re and more urge nt.The sen sor tech no logy has become weighs one of n ati onal scie nee and tech no logy level of developme nt importa nt symbols.Therefore, un derstood and grasps each kind of sensor the basic structure, the principle of work and the characteristic is extremely importa nt.In order

5、 to enhance to the sensor understanding and the understanding, in particular to the smog sensor thorough research as well as its usage and the use, based on practical, widespread and the model prin ciple has desig ned this system.This article used the mono lithic in tegrated circuit union sen sor te

6、ch no logy to develop has desig ned this smog supervisory system.The prese nt paper take leaves the minor smog sen sor and the mono lithic in tegrated circuit tech no logy un ifies as the core and with other electr onic tech no logy, desig ns one kind of tech ni cal level good smog alarm apparatus .

7、In which selects the 2M007 semic on ductor resista nee type smog sen sor realizati on smog the exam in atio n, has the sen sitivity high, resp on ds, the an tijammi ng ability quickly stro ng and so on the merits, moreover the price is inexpensive, the service life is Iong.Selects the at89c52AD mono

8、 lithic in tegrated circuit, its con formity A/D tran sformed, the hardware multiplier, resources and so on hardware PDM keyer, has high speed, low merits and so on power loss, ultra strong antijamming, is the present similar tech no logy n eutral price quite high product.May realize the acousto-opt

9、ics take the at89c51AD mono lithic in tegrated circuit and the 2M007 semic on ductor resista nee type gas sen sor as the core desig n smog alarm apparatus to report to the police, the breakdow n from the diag no sis, the den sity dem on strated, reports to the police limits the establishme nt, the t

10、ime delay reports to the police and with functions and so in position machine serial port corresp ondences one ki nd of structure simple, the performa nee stable, the easy to operate, the price in expe nsive, the in tellectualized smog alarm apparatus.Has certa in practical value.Key word: Smog, ala

11、rm apparatus, at89c51, sensor31緒論 11.1概述 11.2設(shè)計(jì)內(nèi)容 11.3工作內(nèi)容和要求 11.4發(fā)展趨勢 21.5現(xiàn)狀及特點(diǎn) 32煙霧檢測報(bào)警器的方案設(shè)計(jì) 42.1煙霧檢測報(bào)警器設(shè)計(jì)思路 42.2煙霧傳感器的選型 42.2.1煙霧傳感器介紹 42.2.2煙霧傳感器的選定 72.3煙霧檢測報(bào)警器整體設(shè)計(jì)方案 72.3.1煙霧檢測報(bào)警器工作原理 72.3.2煙霧檢測報(bào)警器的結(jié)構(gòu) 82.3.3煙霧檢測報(bào)警器的功能 82.4溫度傳感器介紹 93煙霧溫度檢測報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì) 113.1單片機(jī)的選型 113.1.1單片機(jī)的選擇 113.12 80C51 單片機(jī) 123.

12、13 80C51單片機(jī)主要功能 123.14 80C51單片機(jī)的基本組成 133.16 80C51單片機(jī)引腳及功能說明 133.17 80C51單片機(jī)的時(shí)鐘 153.18 80C51單片機(jī)的復(fù)位 163.2煙霧檢測報(bào)警器硬件電路設(shè)計(jì) 183.2.1信號采集及前置放大電路 183.2.2聲音報(bào)警電路 203.2.3數(shù)碼管顯示電路 213.2.4狀態(tài)指示燈及控制鍵電路 223.2.5報(bào)警器故障自診斷電路 233.2.6溫度顯示電路 244煙霧檢測報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì) 264.1 89C51系列單片機(jī)調(diào)試及開發(fā)工具 264.2煙霧檢測報(bào)警器軟件流程及設(shè)計(jì) 264.2.1主程序設(shè)計(jì)及流程圖 264.2.2

13、主程序初始化流程圖 284.2.3中位值平均濾波法數(shù)字濾波子程序設(shè)計(jì)及流程圖 29424插值法線性化處理子程序設(shè)計(jì)及流程圖 29425報(bào)警子程序設(shè)計(jì)及流程圖 304.2.6控制按鍵設(shè)計(jì)子程序及流程圖 304. 2.7溫度顯示程序流程圖 335設(shè)計(jì)成果 34結(jié)論 35致謝 36參考文獻(xiàn) 38附圖 40程序： 4131緒論1.1概述火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)，一般由火災(zāi)探測器、區(qū)域報(bào)警器和集中報(bào)警器組成； 也可以根據(jù)工程的要求同各種滅火設(shè)施和通訊裝置聯(lián)動，以形成中心控制系統(tǒng)。即由自動報(bào)警、自動滅火、安全疏散誘導(dǎo)、系統(tǒng)過程顯示、消防檔案管理等組 成一個(gè)完整的消防控制系統(tǒng)。火災(zāi)探測器是探測火災(zāi)的儀器，由于在火災(zāi)

14、發(fā)生的階段，將伴隨產(chǎn)生煙霧、高溫格火光。這些煙、熱和光可以通過探測器轉(zhuǎn)變 為電信號報(bào)警或使自動滅火系統(tǒng)啟動， 及時(shí)撲滅火災(zāi)。 區(qū)域報(bào)警器能將所在樓 層之探測器發(fā)出的信號轉(zhuǎn)換為聲光報(bào)警，并在屏幕上顯示出火災(zāi)的房間號；同 時(shí)還能監(jiān)視若干樓層的集中報(bào)警器(如果監(jiān)視整個(gè)大樓的則設(shè)于消防控制中心) 輸出信號或控制自動滅火系統(tǒng)。集中報(bào)警是將接收到的信號以聲光方式顯示出 來，其屏幕上也具體顯示出著火的樓層和房間號，機(jī)上停走的時(shí)鐘記錄下首次 報(bào)警時(shí)間性，利用本機(jī)專用電話，還可迅速發(fā)出指示和向消防隊(duì)報(bào)警。此外， 也可以控制有關(guān)的滅火系統(tǒng)或?qū)⒒馂?zāi)信號傳輸給消防控制室。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容工業(yè)現(xiàn)場對模擬量信號的采集與控制

15、要求較高，利用單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場 溫度煙霧的采集與顯示。(1) 掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中模擬量輸入通道的設(shè)計(jì)方法，以及程序設(shè)計(jì)方法。(2) 掌握常用接口芯片的工作原理與接口設(shè)計(jì)(3) .煙霧溫度顯示精度在5%.(4) .報(bào)警溫度值可隨需求進(jìn)行調(diào)整(按鍵電路)。(5) 完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，繪制系統(tǒng)原理圖。(6) .完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，要求采用模塊化設(shè)計(jì)方法，繪制程序流程圖，并編制用戶程序。(7) .用系統(tǒng)仿真工具(或?qū)嶒?yàn)裝置)對系統(tǒng)進(jìn)行模擬和調(diào)試，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。1.3工作內(nèi)容和要求首先，傳感器送來的煙霧濃度對應(yīng)的微小的電壓信號和溫度信號經(jīng)過放大， 轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號送入單片機(jī)；然后，在 at8

16、9c52單片機(jī)內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換、濃 度比較，對數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理，將數(shù)字化電壓信號轉(zhuǎn)化成為對應(yīng)的十進(jìn)制濃度值；最后，將實(shí)際可燃性氣 體濃度送入液晶，并判斷濃度值是否超出報(bào)警限， 當(dāng)濃度處于正常狀態(tài)綠 燈長亮，當(dāng)煙霧濃度超出設(shè)定的限定值時(shí)，發(fā)出聲音報(bào) 警并伴隨紅 燈閃亮。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(shí)間和恢復(fù)時(shí)間就越快。為提高響應(yīng)時(shí)間，保證傳感器準(zhǔn)確地、 穩(wěn)定地工作，報(bào)警器需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個(gè)5V的電壓。為了保 證其可靠性，在輸出5V的電壓的同時(shí)，進(jìn)行故障監(jiān)測。當(dāng)傳感器加熱絲或電纜線和傳感器斷線或接觸不良時(shí)，進(jìn)行故障報(bào)警，發(fā)出聲光報(bào)警信號。當(dāng)然幾種狀態(tài)的

17、報(bào)警信號是各不相同的。要求：(1)自診斷故障報(bào)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(shí)，報(bào)警器發(fā)出警報(bào)，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(shí)排除故障，保證安全。(2) 煙霧濃度和溫度顯示通過液晶屏顯示可燃煙霧的濃度值，并且可以切換 到設(shè)置狀態(tài)，通過鍵盤設(shè)置或者更改報(bào)警限值，以便于用戶或檢測人員隨時(shí)觀 測煙霧濃度和溫度及更改報(bào)警限。(3) 煙霧報(bào)警功能當(dāng)煙霧濃度連續(xù)20秒取值都在報(bào)警限值之上，蜂鳴器開始 報(bào)警，且聲音越來越急促，并且伴隨紅燈閃爍。因?yàn)槿藢ψ兓男盘柛鼮槊?感, 所以變化的聲音及燈光更容易引起用戶的注意。(4) 防止報(bào)警器誤報(bào)功能 快

18、速重復(fù)檢測及延時(shí)報(bào)警可以區(qū)別出是管道中可 燃煙霧的泄漏，還是由于打開閥門時(shí)的微量煙霧的散失。(5) 看門狗自檢單片機(jī)狀態(tài)功能調(diào)用單片機(jī)中的看門狗程序，定時(shí)檢查單片 機(jī)工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)單片機(jī)出現(xiàn)死循環(huán)狀態(tài)，立即復(fù)位，保證報(bào)警器工作正 常。(6) 與上位機(jī)通訊功能 可以實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)串口通訊，對報(bào)警器采取統(tǒng)一控 制，以及便于采集 和處理數(shù)據(jù)，也可以在計(jì)算機(jī)上更改報(bào)警限值等。(7) 自動控制相關(guān)安全裝置的擴(kuò)展功能留有繼電器接口，可以帶動排風(fēng)扇或 大功率蜂鳴器，也可以控制管道電子閥門，可在報(bào)警的同時(shí)自動啟動相關(guān)安全 裝置。1.4發(fā)展趨勢二十多年前，中國的消防報(bào)警產(chǎn)品剛剛起步，無論產(chǎn)品技術(shù)含量、產(chǎn)品系列

19、 完整性、使用性，還是社會影響程度都是相當(dāng)?shù)偷?。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。由于中國的建設(shè)正在飛速發(fā)展，市場大的驚人，難道這由中國發(fā)展帶來的成果只能由外國企業(yè)來瓜分？可幸的是中國企業(yè)抓住 了機(jī)遇，頂住了挑戰(zhàn)，先是一批國家的科研院所，后是一批國營企業(yè)、民營企 業(yè)，業(yè)內(nèi)也吸引和凝聚一大批國內(nèi)的技術(shù)和管理精英，花了十多年時(shí)間，通過 幾次產(chǎn)品更新?lián)Q代，就使自己的產(chǎn)品緊緊跟上了國際水平，并且奪回了大部分 國內(nèi)市場，使得現(xiàn)在大多國外產(chǎn)品只有招架之功，這是典型的自力更生，走自 己的路。當(dāng)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。中國企 業(yè)正虎視眈眈，準(zhǔn)備進(jìn)軍海外市場。1.5現(xiàn)

20、狀及特點(diǎn)消防報(bào)警產(chǎn)品是一個(gè)系列產(chǎn)品，包括火災(zāi)探測設(shè)備、信息傳輸設(shè)備、報(bào)警 分析控制器、消防控制聯(lián)動。是物理傳感技術(shù)、自動控制、計(jì)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)。依托中國多年的基 本建設(shè)的發(fā)展，這個(gè)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 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(bào)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(shí)是很少的。在消防報(bào)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(biāo)已經(jīng)超越，存在的問題是：類似于國外消防報(bào)警產(chǎn)品的大批量規(guī)模化的生 產(chǎn)才剛起步

21、，有待于積累經(jīng)驗(yàn)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)重的大型企業(yè)和集團(tuán)，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(bào)警市場。32煙霧檢測報(bào)警器的方案設(shè)計(jì)2.1煙霧檢測報(bào)警器設(shè)計(jì)思路煙霧檢測報(bào)警器是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度和溫度，并具有報(bào)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。煙霧信號采集電路一般由煙霧傳感器和模擬放大電路組成，將煙 霧信 號轉(zhuǎn)化為模擬的電信號。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)。單片機(jī)對該數(shù)字信號進(jìn)行濾波 處理，并對處理后

22、的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是否大于或等于某個(gè)預(yù)設(shè)值（也就是報(bào)警限），如果大于則啟動報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警聲音，反之則為正常狀態(tài)。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。方便調(diào)節(jié)報(bào)警限，可以加入按鍵。為使報(bào)警裝置更加完善，可以在聲音報(bào)警基礎(chǔ)上，加入光閃報(bào)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(bào)警的局限。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)思路。煙霧傳感器及單片機(jī)是可燃煙霧檢測報(bào)警器的兩大核心，根據(jù)報(bào)警器功能的需 要，選擇合適、精確、經(jīng)濟(jì)的煙霧傳感器及單片機(jī)芯片是 至關(guān)重要的。煙霧傳 感器的選型在下一節(jié)詳細(xì)介紹。 單片機(jī)作為硬

23、件電路 的核心，它的選型將在第 三章詳述。22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(bào)警控制等工 作。傳感器作為煙霧檢測報(bào)警器的信號采集部分，是儀表的核心組成部分之一。 由此可見，傳感器的選型是非常重要的。2.2.1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:利用物理化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如半導(dǎo)體煙霧傳感器、接觸燃燒煙霧傳感器 等。利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導(dǎo)煙霧傳感器、

24、光干涉煙霧傳感器、紅外傳感器等。 利用電化學(xué)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。(2) 煙霧傳感器應(yīng)滿足的基本條件 一個(gè)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(shí)體，也可以是由多個(gè)不同功能傳感器組成的陣列。但 是，任何一個(gè)完整的煙霧傳感器都必須具備以下條件： 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(yīng)或低 響應(yīng)；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；對檢測信號響 應(yīng)速度快，重復(fù)性好。長期工作穩(wěn)定性好；使用壽命長；制造成本低，使用與維護(hù)方便。(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。 半

25、導(dǎo)體煙霧傳感器半導(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。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(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。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。按照敏感機(jī)理分類，可分為電阻型和 非電阻型。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(shí)產(chǎn)生電阻，測量其形成電動勢從而測量氣體濃度。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

26、打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個(gè)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。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(shí)會發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒，故 得名接觸燃燒式傳感器。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(shí)將鉑絲通電，保持300 ° C400 ° C的高溫，此時(shí)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。高分子煙霧傳感器利用高分子氣敏材料

27、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 料在遇到特定煙霧時(shí)，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。高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價(jià)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。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(bǔ)其它 煙霧傳感器的不足。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。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。它的優(yōu)點(diǎn)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

28、兩年）。它主要適用于毒性煙霧檢測。目前國際 上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。熱傳導(dǎo)傳感器熱傳導(dǎo)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。 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。溫度的變化情況是目標(biāo)煙霧熱傳導(dǎo)率的函數(shù)，而對于一種給定的煙霧或汽化物， 熱傳導(dǎo)率是它固有的物理特性。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。在測量和比較元件中，紅外射線被 煙霧有選擇地吸收了。未吸收的紅外光由光電探測器測量，

29、產(chǎn)生一個(gè)正比于目 標(biāo)煙霧濃度的差分信號。非擴(kuò)散式紅外探測器NDIR （non-dispersive IR ）是其中 的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴(kuò)散和損耗被記錄下來。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C02、冷凍劑煙霧和一些易燃?xì)?。由于非碳?xì)浠衔镆兹紵熿F（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?xì)浠?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(biāo)煙霧 的影響。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。

30、例如氧化物半導(dǎo)體煙霧傳感器主要檢測 各種還原性煙霧，如CO、H2、C2H5OH、CH3OH等。固體電解質(zhì)煙霧傳感 器主要用于檢測無機(jī)煙霧，如 O2、CO2、H2、CI2、SO2等。222煙霧傳感器的選定煙霧檢測報(bào)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)生可燃煙霧泄漏的場所， 根據(jù)報(bào)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。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。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(shí)，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

31、應(yīng)滯緩，靈敏度降低。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(fù)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(dǎo)致傳感器最終喪失檢測煙霧的能力。中毒是如果環(huán)境空氣中含有 硅烷之類的物質(zhì)時(shí)，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。當(dāng)懷疑檢測環(huán) 境中存在這些物質(zhì)時(shí)，經(jīng)常對探頭進(jìn)行標(biāo)定，是必 須且有效的辦法。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。一般連續(xù)使用 兩個(gè)月后應(yīng)對傳感器進(jìn)行量程校準(zhǔn)，這種經(jīng)常性對傳感器的維護(hù)，無形中加大 了工作人員的工作量，同時(shí)增加了報(bào)警器的維護(hù)成本。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

32、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(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)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）0 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(diǎn)更加 突出：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)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。因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體煙霧傳感器作 為報(bào)警器煙霧信息采集部分的核心。而在眾多半導(dǎo)體氣體傳感器中，本設(shè)計(jì)選 用MQ-2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、

33、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。2.3煙霧檢測報(bào)警器整體設(shè)計(jì)方案2.3.1煙霧檢測報(bào)警器工作原理本論文中的煙霧檢測報(bào)警器以 AT89C52單片機(jī)為控制核心，采用 MQ-2型 電阻式半導(dǎo)體傳感器采集煙霧信息和 DS18B20溫度傳感器采集溫度信息。 首先，傳感器送來的煙霧濃度對應(yīng)的微小的電壓信號經(jīng)過放大，轉(zhuǎn)化成較大的 電壓信號送入AT89C52單片機(jī)；然后，在AT89C52單片機(jī)內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換、濃度比較，對數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理，將數(shù)字化電壓信號轉(zhuǎn)化成為對應(yīng)的十進(jìn)制濃度值；最后，將實(shí)際可燃性氣 體濃度送入液晶，并判斷濃度值是否超出報(bào)警限， 當(dāng)濃度處于正常狀態(tài)綠 燈長亮，當(dāng)煙霧濃度超出設(shè)定的限定值時(shí)，發(fā)出聲

34、音報(bào) 警并伴隨紅 燈閃亮。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(shí)間和恢復(fù)時(shí)間就越快。為提高響應(yīng)時(shí)間，保證傳感器準(zhǔn)確地、 穩(wěn)定地工作，報(bào)警器需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個(gè) 5V的電壓。為了保 證其 可靠性，在輸出5V的電壓的同時(shí)，進(jìn)行故障監(jiān)測。當(dāng)傳感器加熱絲或電纜線和傳感器斷線或接觸不良時(shí)，進(jìn)行故障報(bào)警，發(fā)出聲光報(bào)警信號。當(dāng)然幾種狀態(tài)的報(bào)警信號是各不相同的。232煙霧檢測報(bào)警器的結(jié)構(gòu)為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場所對可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計(jì)的可燃性煙 霧報(bào)警儀應(yīng)不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應(yīng)具有顯示可燃煙霧濃度、故 障自檢、延時(shí)報(bào)警功能及可接計(jì)算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場遠(yuǎn)測和實(shí)時(shí)控

35、制等功能。其目標(biāo) 是在傳統(tǒng)的煙霧報(bào)警儀的基礎(chǔ)上，盡量提高準(zhǔn)確性，降低成本，縮小體積。報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.3所示，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、濃度顯示、時(shí)間顯示、狀態(tài)顯示、聲音及閃爍報(bào)警、按鍵 輸入、故障自檢等功能。報(bào)警器采用巡檢的工作方式，進(jìn)行兩級報(bào)警值設(shè)定，并發(fā)出不同的光、聲信號。系統(tǒng)應(yīng)采用高性能的單片機(jī)，要求工作穩(wěn)定、測量 精度高、通用性強(qiáng)、功耗低，保證報(bào)警器的精確性及可 靠性，而且最好體積小， 成本低，有利于減少報(bào)警器的體積，降低報(bào)警器的成本。2.3.3煙霧檢測報(bào)警器的功能(1) 自診斷故障報(bào)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(shí)，報(bào)警器

36、發(fā)出 警報(bào)，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(shí) 排除故障，保證安全。(2) 煙霧濃度顯示通過液晶屏顯示可燃煙霧的濃度值，并且可以切換到設(shè)置狀態(tài)，通過鍵盤 設(shè)置或者更改報(bào)警限值，以便于用戶或檢測人員隨時(shí)觀測煙霧濃度及更改報(bào)警 限。(3) 煙霧報(bào)警功能當(dāng)煙霧濃度連續(xù)20秒取值都在報(bào)警限值之上，蜂鳴器開始報(bào)警，且聲音越來越急促，并且伴隨紅燈閃爍。因?yàn)槿藢ψ兓男盘柛鼮槊舾校宰兓穆?音及燈光更容易引起用戶的注意。(4) 防止報(bào)警器誤報(bào)功能快速重復(fù)檢測及延時(shí)報(bào)警可以區(qū)別出是管道中可燃煙霧的泄漏，還是由于 打開閥門時(shí)的微量煙霧的散失。看門狗自檢單片機(jī)狀態(tài)功能調(diào)用單片機(jī)中的

37、看門狗程序，定時(shí)檢查單片機(jī)工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)單片機(jī) 出現(xiàn)死循環(huán)狀態(tài)，立即復(fù)位，保證報(bào)警器工作正常。(6) 與上位機(jī)通訊功能可以實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)串口通訊，對報(bào)警器采取統(tǒng)一控制，以及便于采集 和處 理數(shù)據(jù)，也可以在計(jì)算機(jī)上更改報(bào)警限值等。(7) 自動控制相關(guān)安全裝置的擴(kuò)展功能留有繼電器接口，可以帶動排風(fēng)扇或大功率蜂鳴器，也可以控制管道電子 閥門，可在報(bào)警的同時(shí)自動啟動相關(guān)安全裝置。2.4 溫度傳感器介紹單總線溫度傳感器DS18B20簡介DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的單總線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型 化、低功耗、高性能、搞干擾能力強(qiáng)、易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于構(gòu)成多 點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)，可直接將

38、溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(提供9位二進(jìn)制數(shù)字)給單片機(jī)處理，且在同一總線上可以掛接多個(gè)傳感器芯片。它具有3引腳TO92小體積封裝形式，溫度測量范圍為55 C+ 125 C,可編程為9位12 位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625 C,被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù) 字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生， 多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與多個(gè) DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以 上特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)。DS18B20外形及引腳說明外形及引腳如圖2所示：D

39、ALLASDSI8B2ODSISB20 TOQlitli底現(xiàn)加nrtsJL2TNC1L3&J. Incir45GNU>SIMn?(J7 Hh'M-1 ) f V-圖2-1管腳排列圖PDF手冊，在在TO-92和S0-8的封裝中引腳有所不同，具體差別請查閱TO-92封裝中引腳分配如下:1 （GND）:地2（DQ）：單線運(yùn)用的數(shù)據(jù)輸入輸出引腳3（ VDD）:可選的電源引腳93煙霧溫度檢測報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)在報(bào)警儀的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是其核心部件。它一方面要接收來自傳感器送來的煙霧濃度對應(yīng)的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對兩種信號分別進(jìn) 行處理，控制后續(xù)電路進(jìn)行相應(yīng)動作；與此同時(shí)查

40、詢是否有鍵按下的請求。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(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，要求單片機(jī)具備較快的運(yùn)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。并且也要考慮選擇低價(jià)實(shí)用的機(jī) 型，并為研制同一系列的低功 耗產(chǎn)品做準(zhǔn)備。根據(jù)多方面的比較。3.1單片機(jī)的選型3.1.1單片機(jī)的選擇單片機(jī)是煙霧檢測報(bào)警器的核心部件， 一方面它要接收來自傳 感器的煙霧 濃度的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對兩種信 號分別進(jìn)行處理，控制 后續(xù)電路的相應(yīng)工作；同時(shí)，查詢是否有鍵按下的命令。在單片機(jī)實(shí)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

41、后送LCD顯示,這一過程的軟件實(shí)現(xiàn)，需要單片機(jī)有較快的運(yùn)算速度，使儀表監(jiān)測人員能夠觀 測到實(shí)時(shí)的煙霧濃度，并進(jìn) 行相應(yīng)處理。同時(shí)，在能夠滿足報(bào)警器設(shè)計(jì)的計(jì)算 速度及接口數(shù)的要求的同類型單片機(jī)中，要考慮選擇價(jià)格低廉且體積輕巧的機(jī) 型，在保證了報(bào)警 器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本， 縮小體積。如今市面上比較普遍的單片機(jī)有8051系列與STC系列。8051單片機(jī)雖然應(yīng)用普遍，工具多，易上手，片源廣，價(jià)格低，但是速度慢，功耗大，適合民用，商用，不適合工業(yè)用途。STC單片機(jī)是MICROCHIP公司的產(chǎn)品，其突出的特點(diǎn)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。

42、8051系 列采用的是堆棧指針，STC采用硬件堆棧8級。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。而STC單片機(jī)程序嵌套包 括中斷最多不能超過8層。所以如果用C語言進(jìn)行STC編程設(shè)計(jì)容易堆棧溢 出。匯編語言對于不同的CPU，其匯編語言可能有所差異，所以不易移植而C語言是一種結(jié)構(gòu)化的高級語言，雖然占用資源較匯編多，但是可讀性好， 移植容易，是普遍使用的一種計(jì)算機(jī)語言。鑒于 C語言的易讀性和普遍性，本 論文的軟件設(shè)計(jì)選擇C語言編程，所以8051系列單片機(jī)在此處不是非常適合。為適用于本論文設(shè)計(jì)的煙霧檢測報(bào)警器，應(yīng)選擇8051系列，功耗低，抗干擾性好，而又避

43、免C語言編程溢出問題的單 片機(jī)。89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory )的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。89C51是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存 儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸 出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL的89C52是一種高效微控制器，89C52是它的一種精簡版本。89C單

44、 片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。3.12 80C51單片機(jī)單片機(jī)是煙霧檢測報(bào)警器的核心部件，一方面它要接收來自傳感器的煙霧濃度的模擬信號，控制A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，另一方面，將采集到的數(shù)字電壓值經(jīng)計(jì)算機(jī)處理得到相應(yīng)的二進(jìn)制代碼，與設(shè)定的值作比 較，控制后續(xù)電路的相應(yīng)工作。80C51系列單片機(jī)產(chǎn)品繁多，主流地位已經(jīng)形 成。多年來的應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明，80C51的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)成熟，許多單 片機(jī)芯片傾力于提高80C51系列產(chǎn)品的綜合功能，從而形成了 80C51的主流 產(chǎn)品的地位。3.13 80C51單片機(jī)主要功能MCS是Intel公司單片機(jī)系列的符號

45、。In tel公司推出有MCS-48、MCS-51、 MCS-96系列單片機(jī)。其中MCS-51系列單片機(jī)典型機(jī)型包括 51和52兩個(gè)子 系列。在51子系列中，主要有8031、8051、875l三種機(jī)型，它們的指令系統(tǒng)與 芯片引腳完全兼容，只是片內(nèi)程序存儲器有所不同。51子系列的主要功能為：8位CPU ;片內(nèi)帶振蕩器及時(shí)鐘電路；128B片 內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器；4KB片內(nèi)程序存儲器(8031/80C31 無)；程序存儲器的尋址范 圍為64KB ;片外數(shù)據(jù)存儲器的尋址范圍為 64KB ; 21B特殊功能寄存器；4 X 8根I/O線；1個(gè)全雙工串行I/O接口，可多機(jī)通信；2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； 中斷系統(tǒng)

46、有5個(gè)中斷源，可編程為兩個(gè)優(yōu)先級；111條指令，含乘法指令和除 法指令；布爾處理器；使用單+ 5V電源。3.14 80C51單片機(jī)的基本組成單片機(jī)是在一塊芯片上集成了 CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和I/O 口等一臺計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件。80C51單片機(jī)內(nèi)部包含部件概括如圖 2-5所示：由圖可見，80C51單片機(jī)主要由以下部分組成，各功能部件由內(nèi)部總線聯(lián) 接在一起。1) 一個(gè)8位CPU :含布爾處理器；時(shí)鐘電路；總線控制邏輯。2) 一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路3) ROM程序存儲器。4) RAM數(shù)據(jù)存儲器。5) 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。6) 可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲空間和64K外部

47、程序存儲的控制電路。7) 32條可編程的I/O 口線(4個(gè)8位并行I/O端口)。8) 個(gè)可編程全雙工串行口。9) 具有5個(gè)中斷源、2個(gè)優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)。中師幷荷IQ O中行轍入串行Sft圖3-1 80C51單片機(jī)組成框圖3.16 80C51單片機(jī)引腳及功能說明80C51系列單片機(jī)都采用雙列直插式（DIP） 40腳封裝，引腳信號完全相 同。圖2-6為引腳和封裝圖，這40根引腳大致可分為四類：電源（VCC、VSS、VPP、VPD ）、時(shí)鐘（XTAL1、XTAL2 ）、I/O 口（ P0 二P3 ）、地址總線（P0 口、P2 口）和控制總線（ALERST、PROG、PSEN、EA）。它們的功能簡述如

48、下：fl.O F1.1-F3.2 F1.3 F1.4-P1.5 F1.6 Fi.T-ESr/VmMB/P3.0 ?：P；K I moy?3.2 inT/rs.s70/P3.4-T1/P3.5 WP3.6 >P3.7- STAL1 JiTAL?亠 Vss-403938373635T34333g 80CS1 3210 ：3111 3012151618二：Ycc 一囲0 -K t -PO 2-Ffl 3-P0 4-F0.5 -PC.B-P0.7WVjtALEf麗-KEF-F2 6-F2 5-F2.4-F2.3P2-K.0Vcc 、&_KALI匚RSf/rra比闊ALE/FWlPl 口*

49、8OC51口叩地址數(shù)基總錨L.口P2地S®口F3劉詐口圖3-2 80C51引腳和封裝圖1）電源Vcc （引腳號40）,芯片電源，接+5V ; Vss （引腳號20）,電源接地端（負(fù) 端）。2）時(shí)鐘XTAL1 （引腳號18）內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶振的一 個(gè)引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。XTAL2 （引腳號19）內(nèi)部振蕩器的反相放大器輸出端，是外接晶振的另一 端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接外部振蕩源。3）控制總線ALE/PROG （引腳號30）:正常操作時(shí)為ALE功能（允許地址鎖存），用 來把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器。ALE引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的

50、1/6）周期性地發(fā)出正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時(shí)鐘信號或用于定時(shí)。但要注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）8個(gè)LSTTL電路。PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入 編程脈沖。PSEN （引腳號29）：外部程序存儲器讀選通信號。在從外部程序存儲器取 指令（或數(shù)據(jù)）期間，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。PSEN可以驅(qū)動8個(gè)LSTTL電路。RST/VPD （引腳號9）：復(fù)位/備用電源。振蕩器工作時(shí)，該引腳上持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。此引腳還可接上備用電源。在 Vcc掉電 期間，由Vpp

51、向內(nèi)部RAM提供電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。EA/Vpp （引腳號31）:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。Vpp功能：片內(nèi)EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源 Vpp。3.17 80C51單片機(jī)的時(shí)鐘1）振蕩器和時(shí)鐘電路80C51內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，但要形成時(shí)鐘脈 沖，外部還需附加電路。80C51的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有以下兩種。內(nèi)部時(shí)鐘方式：利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳XTALl和XTAL2兩端跨接晶體振蕩器 （簡稱晶振），就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路。 外接晶振時(shí)，Cl和C2的值通常選擇

52、為30pF左右；Cl、C2對頻率有微調(diào)作用， 晶振或陶瓷諧振器的頻率范圍可在 1.2MHz12MHz之間選擇。為了減小寄生 電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與 單片機(jī)引腳XTALl和XTAL2靠近。Xl Al t X IM-2HI圖3-2 80C51時(shí)鐘電路接線方法外部時(shí)鐘方式：此方式是利用外部振蕩脈沖接入 XTALI或XTAL2。 HMOS和CHMOS單 片機(jī)外時(shí)鐘信號接入方式不同。表3-1 C51單片機(jī)外部時(shí)鐘接入方法芯片類型接線方法XTAL1XTAL2HMOS接地接片外時(shí)鐘脈輸入端（引腳需接 上拉電阻）CHMOS接片外時(shí)鐘脈 沖輸入端懸空3.18 80C

53、51單片機(jī)的復(fù)位在整個(gè)煙霧報(bào)警系統(tǒng)中，要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，必須對整個(gè)系統(tǒng)先復(fù)位。復(fù)位是單 片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)系統(tǒng)在上電啟動運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位。其作用是 使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工 作，因而，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動進(jìn)行復(fù)位 的，必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)的外部復(fù)位電路有上電復(fù) 位和上電按鍵復(fù)位兩種。我們在設(shè)計(jì)單片機(jī)復(fù)位時(shí)，選用上電復(fù)位。復(fù)位電路設(shè)計(jì)：上電復(fù)位利用電容器的充電實(shí)現(xiàn)。圖3-4是80C51單片機(jī)的上電復(fù)位電路 圖中給出了復(fù)位電路參數(shù)。圖3-5是80C51單片機(jī)的上電+按鍵復(fù)位電路。¥8OC5

54、I敏片飢vcf畑FS11htcZMK.-$I 甲L甘Lvex-圖3-3 (a)上電復(fù)位電路(b) 上電+按鍵復(fù)位電路上電復(fù)位是利用電容充電來實(shí)現(xiàn)的，即上電瞬間RST端的電位與VCC相同，隨著充電電流的減少，RST的電位逐漸下降。圖2-9(a)中的R是施密特觸 發(fā)器輸入端的一個(gè)10K?下拉電阻，時(shí)間常數(shù)為100ms。只要VCC的上升時(shí) 間不超過1ms，振蕩器建立時(shí)間不超過10ms，這個(gè)時(shí)間常數(shù)足以保證完成復(fù) 位操作。上電復(fù)位所需的最短時(shí)間是振蕩周期建立時(shí)間加上 2個(gè)機(jī)器周期時(shí)間， 在這個(gè)時(shí)間內(nèi)RST的電平應(yīng)維持高于施密特觸發(fā)器的下閾值。上電按鍵復(fù)位2-9b所示。當(dāng)按下復(fù)位按鍵時(shí)，RST端產(chǎn)生高電

55、平，使單片 機(jī)復(fù)位。上電要求接通電源后，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動復(fù)位操作。上電瞬間 RST引腳獲得 高電平，隨著電容的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。RST引腳的高電平 只要能保持足夠的時(shí)間(2個(gè)機(jī)器周期)，單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。該電路 典型的電阻值和我電容參數(shù)為：晶振為12MHZ，電容值為10uF，電阻值為8.2K。復(fù)位時(shí)，ALE和PSEN成輸入狀態(tài)，即 ALE=PSEN= 1，片內(nèi)RAM不受 復(fù)位影響。復(fù)位后，P0P3 口輸出高電平且使這些雙向口皆處于輸入狀態(tài)，并將07H寫入堆棧指針SP，同時(shí)將PC和其余專用寄存器清0。此時(shí)，單片機(jī)從 起始地址0000H開始重新執(zhí)行程序。所以，單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)

56、或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)， 可使其復(fù)位后重新運(yùn)行。復(fù)位后，其片內(nèi)各寄存器狀態(tài)見表 2-2，片內(nèi)RAM內(nèi)容不變表3-2復(fù)位后內(nèi)部寄存器狀態(tài)寄復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位存器狀態(tài)PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HBSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL000HP0P3FFHSCON00HIPxx000000BSBUFxxxxxxxxBIE0x000000BPCON0xxx0000B由于單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)功能部件均受特殊功能寄存器控制，程序運(yùn)行直 接受程序計(jì)數(shù)器PC指揮。表3-4中各寄存器復(fù)位時(shí)的狀態(tài)決定了單片機(jī)內(nèi)有 關(guān)功能部件的初始狀態(tài)。另外，在復(fù)位有效期間（即高電平），80C51單片機(jī)的ALE引腳和PSEN 不受復(fù)位的影響。3.2煙霧檢測報(bào)警器硬件電路設(shè)計(jì)3.2.1信號采集及前置放大電路傳感器輸出信號一般比較微弱，需要經(jīng)過前置電路對其進(jìn)行放大、濾波、 電平調(diào)整