煙霧檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)電子電路設(shè)計(jì)

1、. 煙霧檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)電子電路設(shè)計(jì)摘 要隨著科技的進(jìn)步，我們的日常生活中出現(xiàn)了許多容易燃燒的物品，為了提前發(fā)現(xiàn)并阻止火災(zāi)的發(fā)生，防止和減少火災(zāi)引起的事故。故設(shè)計(jì)出本系統(tǒng)根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)的特征即煙和熱，利用M-Q2煙霧傳感器檢測(cè)煙霧，當(dāng)檢測(cè)到煙霧濃度較高時(shí)，通過單片機(jī)處理實(shí)現(xiàn)報(bào)警，并通過MA*485實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)下位機(jī)的分布式監(jiān)控。本系統(tǒng)下位機(jī)有信號(hào)采集模塊，報(bào)警模塊，串口通信模塊組成，上位機(jī)通過VB界面對(duì)下位機(jī)進(jìn)展監(jiān)控。整個(gè)系統(tǒng)效果還是比擬好的，反響也較快，測(cè)量結(jié)果比擬準(zhǔn)確。 以STC89C51單片機(jī)和M-Q2煙霧傳感器為核心設(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、報(bào)

2、警限設(shè)置、延時(shí)報(bào)警及與上位機(jī)串口通信等功能。是一種構(gòu)造簡(jiǎn)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)鍵字：煙霧傳感器，STC89C51單片機(jī)，報(bào)警模塊，串口通信目 錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc435868368 1 緒論 PAGEREF _Toc435868368 h 1HYPERLINK l _Toc4358683691.1 課題描述 PAGEREF _Toc435868369 h 1HYPERLINK l _Toc4358683701.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 PAGEREF _Toc435868370 h 1HYPERLIN

3、K l _Toc4358683711.3 根本工作原理及框圖 PAGEREF _Toc435868371 h 1 HYPERLINK l _Toc435868372 2 相關(guān)芯片及硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc435868372 h 2HYPERLINK l _Toc4358683732.1電路元件清單 PAGEREF _Toc435868373 h 2HYPERLINK l _Toc4358683742.2電源電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc435868374 h 3HYPERLINK l _Toc4358683752.3光電傳感器裝置的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc435868

4、375 h 4HYPERLINK l _Toc4358683762.4聲音報(bào)警電路 PAGEREF _Toc435868376 h 5HYPERLINK l _Toc4358683772.5 數(shù)碼管顯示電路 PAGEREF _Toc435868377 h 6HYPERLINK l _Toc4358683782.6煙霧檢測(cè)模塊電路 PAGEREF _Toc435868378 h 7HYPERLINK l _Toc4358683792.7單片機(jī)的最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc435868379 h 8 HYPERLINK l _Toc435868380 3 整體電路 PAGEREF _T

5、oc435868380 h 9 HYPERLINK l _Toc435868382 總結(jié) PAGEREF _Toc435868382 h 11 HYPERLINK l _Toc435868383 致 PAGEREF _Toc435868383 h12 HYPERLINK l _Toc435868384 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc435868384 h 13 HYPERLINK l _Toc435868385 附錄1 程序 PAGEREF _Toc435868385 h 14. 1緒論1.1課題描述本課題利用光電檢測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)出一套煙霧檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。光電傳感器中光發(fā)射管與光敏接收管成90排

6、列，是電路中重要環(huán)節(jié)之一。當(dāng)沒有煙霧時(shí)光發(fā)射管發(fā)出的光不會(huì)被光敏管接收到，當(dāng)有煙霧時(shí)，光被漫反射，光發(fā)射管發(fā)出的光局部會(huì)被光敏管接收到。 在保持平安監(jiān)測(cè)時(shí)，可根據(jù)光被漫反射后，光敏管接收到的光的強(qiáng)弱，通過光電轉(zhuǎn)換電路及放大電路輸出，經(jīng)數(shù)字電路，51系列單片機(jī)判斷，指令存放或驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，亦可報(bào)警。也可用接口電路，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。煙霧檢測(cè)報(bào)警裝置是能夠檢測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度并具 有報(bào)警功能的儀器。該報(bào)警裝置是石油化學(xué)工業(yè)、有氣體泄漏可能的生產(chǎn)工廠及家庭防火防爆必備的儀器1。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求為了提前發(fā)現(xiàn)和阻止火災(zāi)發(fā)生，防止和減少火災(zāi)引起的燃燒、爆炸等事故，造成社會(huì)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至危及

7、人的生命平安。因此，研究煙霧的檢測(cè)方法與煙霧報(bào)警器就成為傳感器技術(shù)開展領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。本設(shè)計(jì)中的煙霧報(bào)警電路是能夠檢測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度并具有聲光報(bào)警功能的電路。該報(bào)警電路是石油化學(xué)工業(yè)、有氣體泄漏可能的生產(chǎn)工廠及家庭防火防爆必備的儀器。因此研究新型、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)可燃性氣體，并符合國(guó)家相關(guān)規(guī)定的報(bào)警器具有極其重要得意義2。設(shè)計(jì)任務(wù)：1設(shè)計(jì)一個(gè)光電傳感器裝置，當(dāng)有煙霧時(shí)，光被漫反射，光發(fā)射管發(fā)出的光局部會(huì)被光敏管接收到，根據(jù)光電信號(hào)強(qiáng)弱，經(jīng)數(shù)字電路、單片機(jī)數(shù)字被送至顯示電路顯示，或被報(bào)警。 2設(shè)計(jì)要求畫出電路原理圖或仿真電路圖；元器件及參數(shù)選擇；電路仿真與調(diào)試。 3制作要求自行裝配和調(diào)試

8、，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。 4編寫設(shè)計(jì)報(bào)告，寫出設(shè)計(jì)與制作過程，附上資料和圖紙，有心得體會(huì)。 1.3 根本工作原理及框圖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(hào)，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(cè)報(bào)警器的信號(hào)采集局部，是儀表的核心組成局部之一。由此可見，傳感器的選型是非常重要的3。半導(dǎo)體煙霧傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)格廉價(jià)，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)本錢較低等。因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體煙霧傳感器作為報(bào)警器

9、煙霧信息采集局部的核心。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(hào)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(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)4。煙霧檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)電子電路框圖如圖1所示。傳感器放大電路A/D轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)串行口平安控制裝置狀態(tài)指示燈聲音報(bào)警器濃度顯示四個(gè)按鍵圖1 煙霧檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)電子電路框圖2 相關(guān)芯片及硬件電路設(shè)計(jì)2.1電路元件清單煙霧檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)元件清單如表1所示。表SEQ 表格 * ARABIC1元件清單序號(hào)元器件類型元器件規(guī)格數(shù)量備注1電源12V蓄電池12變壓器單相變壓器100KVA13定值電阻金屬膜電阻134可變電阻滑動(dòng)變阻器25極性電

10、容電解電容56二極管二極管IN14867固定電容瓷片電容28穩(wěn)壓器可調(diào)式三端穩(wěn)壓器CW31719開關(guān)閘刀開關(guān)110晶振石英晶體諧振器211報(bào)警器蜂鳴器112煙霧傳感器M-Q2型傳感器113多諧振蕩器555定時(shí)器114單片機(jī)STC89C51115運(yùn)算放大器LM324高增益四運(yùn)算放大器216數(shù)碼管SMS0403四位段式液晶117開關(guān)按鍵開關(guān)418發(fā)光二極管磷砷化鎵發(fā)光二極管32.2電源電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)使用外部220V交流供電，經(jīng)過變壓器變壓，橋式整流和電容濾波以及可調(diào)試三端穩(wěn)壓器CW317調(diào)節(jié)后，可以輸出連續(xù)可調(diào)的直流電壓，可輸出9V?？烧{(diào)式三端穩(wěn)壓器CW317，其特征參數(shù)Vo =1.2V3.7V

11、， Ioma*=1.5V，最小輸入、輸出壓差Vi-Vomin=3V，最大輸入、輸出壓差Vi-Voma*= 40V。R1與RP1組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路5。電源電路圖如圖2所示：圖2 電源電路圖2.3光電傳感器裝置的設(shè)計(jì)半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體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。按敏感機(jī)理分類，可分為電阻型和非電阻型。半導(dǎo)體氣敏元件也有N型和P型之分。N型在檢測(cè)時(shí)阻值隨煙霧濃度的增大而減小；P型阻值隨煙霧濃度的增大而增大。本設(shè)計(jì)中采用的MQ-2型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料，屬于外表離子式N型半導(dǎo)體。當(dāng)處于200300C溫度時(shí)，二氧化錫吸附空氣中的

12、氧，形成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當(dāng)與煙霧接觸時(shí)，如果晶粒間界處的勢(shì)壘受到該煙霧的調(diào)制而變化，就會(huì)引起表而電導(dǎo)率的變化。利用這一點(diǎn)就可以獲得這種煙霧存在的信息6。遇到可燃煙霧如CH4等時(shí)，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)體外表；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。而當(dāng)空氣中沒有煙霧時(shí)，二氧化錫半導(dǎo)體又會(huì)自動(dòng)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MQ-2型燃性煙霧傳感器檢測(cè)可燃煙霧的根本原理。氣敏元件在常溫下干凈空氣中的電阻值，稱為氣敏元件(電阻型)的固有電

13、阻值，表示為RA。一般其固有電阻值在(103105)圍。氣敏元件一般工作在200以上高溫。為氣敏元件提供必要工作溫度的加熱電路的電阻(指加熱器的電阻值)稱為加熱電阻，用RH。直熱式的加熱電阻值一般小于5；旁熱式的加熱電阻大于20。氣敏半導(dǎo)體時(shí)在接觸不同氣體時(shí)，工作于不同溫度下產(chǎn)生的器件阻發(fā)生值變化。氣敏元件的靈敏度是表征氣敏元件對(duì)于被測(cè)氣體的敏感程度的指標(biāo)。它表示氣體敏感元件的電參量與被測(cè)氣體濃度之間的依從關(guān)系。表示方法有三種：a電阻比靈敏度K： 式中:Ra氣敏元件在干凈空氣中的電阻值； Rg氣敏元件在規(guī)定濃度的被測(cè)氣體中的電阻值。 b氣體別離度： 式中:Rc1氣敏元件在濃度為Cc的被測(cè)氣體中

14、的阻值： Rc2氣敏元件在濃度為C2的被測(cè)氣體中的阻值。通常，C1C2。 c輸出電壓比靈敏度Kv: 式中:Va氣敏元件在干凈空氣中工作時(shí)，負(fù)載電阻上的電壓輸出； Vg氣敏元件在規(guī)定濃度被測(cè)氣體中工作時(shí)，負(fù)載電阻的電壓輸出.2.4聲音報(bào)警電路聲音報(bào)警電路圖如下圖。報(bào)警裝置采用無源壓電式KM3712*型蜂鳴器，較一般的蜂鳴器體積大，聲音響亮，適用于報(bào)警器的報(bào)警聲音源。當(dāng)單片機(jī)AT89S52的P1.0腳置1時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。本報(bào)警器采用單片機(jī)P3.0功能，如果煙霧濃度到達(dá)報(bào)警限，單片機(jī)控制P1.0(PWM)口輸出占空比一定 的脈沖，報(bào)警時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)報(bào)警的聲音7。聲音報(bào)警電路如圖3所示：

15、圖3 聲音報(bào)警電路2.5 數(shù)碼管顯示電路報(bào)警器濃度顯示采用共陽(yáng)數(shù)碼管。顯示濃度級(jí)別和2位溫度.數(shù)碼管實(shí)際上由7發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的.如圖其接口電路是把所有顯示器的8個(gè)筆畫段a-h同名端連在一起，而每個(gè)顯示器的公共極是各自獨(dú)立的受I/O線控制?？刂贫私釉赑2.7，字段則分別接在P0.0-P0.7口。其主要技術(shù)參數(shù)如下： 模塊工作電壓： 2.75.5V 工作電流： 80ma,每段10ma字高：11.4mm環(huán)境相對(duì)濕度：參考文獻(xiàn)1 賈秀美.數(shù)字電路實(shí)踐技術(shù)第一版.中國(guó)科學(xué)技術(shù)，2000.2 王毓銀.脈沖與數(shù)字電路第三版.高等教育，1999.3 路勇.電子電路實(shí)踐及仿真第一版.清華大學(xué)，2004.4

16、 岳怡.數(shù)字電路與數(shù)字電子技術(shù)第一版.西北工業(yè)大學(xué)，2001.5 常澍.數(shù)字邏輯電路第一版.國(guó)防工業(yè)，2002.6 蕭寶瑾.protel 99 SE操作指導(dǎo)與電路設(shè)計(jì)實(shí)例第一版.理工大學(xué)，2004.7 學(xué)良，.電源電路M.:電子工業(yè),1995.8 義申，陸坤等.電子設(shè)計(jì)技術(shù)M.: 電子科技大學(xué)出版.1996.9君華，智能傳感器系統(tǒng).：電子科技大學(xué)出版.2000.10紀(jì)樹賡，自動(dòng)顯示技術(shù)與儀表.3板.：機(jī)械工業(yè)，1996.附錄1 程序1.BIN_BCD:MOV DPTR,#TEMP_TABMOV A,TEMPER_NUMMOVC A,A+DPTRMOV TEMPER_NUM,ARETTEMP_T

17、AB:DB 00H,01H,02H,03H,04H,05H,06H,07HDB 08H,09H,10H,11H,12H,13H,14H,15HDB 16H,17H,18H,19H,20H,21H,22H,23HDB 24H,25H,26H,27H,28H,29H,30H,31HDB 32H,33H,34H,35H,36H,37H,38H,39HDB 40H,41H,42H,43H,44H,45H,46H,47HDB 48H,49H,50H,51H,52H,53H,54H,55HDB 56H,57H,58H,59H,60H,61H,62H,63HDB 64H,65H,66H,67H,68H,69

18、H,70H,71HDB 72H,73H,74H,75H,76H,77H,78H,79HDB 80H,81H,82H,83H,84H,85H,86H,87HDB 88H,89H,90H,91H,92H,93H,94H,95HDB 96H,97H,98H,99HTSR1:DJNZ R0,TSR1 ; 延時(shí)512微秒SETB DQMOV R0,#25H ;延時(shí)60微秒，判斷18B20返回信號(hào)TSR2:JNB DQ,TSR3 DJNZ R0,TSR2LJMP TSR4 ; 延時(shí)TSR3:SETB FLAG1 ; 置標(biāo)志位,表示DS18B20存在LJMP TSR5TSR4:CLR FLAG1 ; 清標(biāo)志

19、位,表示DS18B20不存在LJMP TSR7TSR5:MOV R0,#0FFH ;512USTSR6:DJNZ R0,TSR6 ; 延時(shí)TSR7:SETB DQRETDELAY:MOV R7,#00HMIN:DJNZ R7,YS500RETYS500:LCALL YS500USLJMP MINYS500US:MOV R6,#00HDJNZ R6,$RETDELAY1:MOV R7,#20HDJNZ R7,$RETEND2.VB程序： Public d As StringPrivate Sub mand1_Click()EndEnd SubPrivate Sub mand2_Click() MSm1.Output = 1 Te*t2.Te*t = 下位機(jī)1信息End SubPrivate Sub mand3_Click()MSm1.Output = 2Te*t2.Te*t = 下位機(jī)2信息End SubPrivate Sub mand4_Click()Timer1.Interval = 1000Timer1.Enabled = TrueEnd SubPrivate Sub mand5_Click()Timer1.Enab