煙霧傳感器的設計畢業(yè)設計

1、<p><b>　　煙霧傳感器的設計</b></p><p>　　摘 要：本系統(tǒng)是基于STC89C52單片機的煙霧報警器，其主要模塊由單片機模塊、電源模塊、煙霧傳感器、液晶顯示、光敏傳感器、電磁閥控制、聲音報警、發(fā)光報警、外部中斷、時鐘、復位電路等模塊組成。通過單片機控制整個系統(tǒng)的正常工作，可有效地實現對火災等危險情況的檢測。其主要煙霧傳感器為MQ-2/MQ-2S氣體傳感器，所使

2、用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。MQ-2/MQ-2S氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器</p><p>　　關鍵字： STC89

3、C52單片機； 煙霧傳感器； 實時檢測</p><p><b>　　一、緒 論</b></p><p><b>　　1.1 設計背景</b></p><p>　　當今，火災是世界各國人民所面臨的一個共同的災難性問題。它給人類社會造成過不少生命、財產的嚴重損失。隨著社會生產力的發(fā)展，社會財富日益增加，火災損失上升及火災危害

4、范圍擴大的總趨勢是客觀規(guī)律。近幾年來，我國每年發(fā)生火災約4萬起，死2000多人，傷3000—4000人，每年火災造成的直接財產損失10多億元，尤其是造成幾十人、幾百人死亡的特大惡性火災時有發(fā)生，給國家和人民群眾的生命財產造成了巨大的損失。</p><p>　　火災的危害性具體體現在以下五個方面： </p><p>　　（1）火災會造成慘重的直接財產損失 </p><

5、p>　?。?）火災造成的間接財產損失更為嚴重 。現代社會各行各業(yè)密切聯系，牽一發(fā)而動全身。一旦發(fā)生重、特大火災，造成的間接財產損失之大，往往是直接財產損失的數十倍。 </p><p>　?。?）火災會造成大量的人員傷亡 。 </p><p>　　（4）火災會造成生態(tài)平衡的破壞，據資料統(tǒng)計，我國年均森林火災毀林面積達100萬公頃（我國森林覆蓋率僅為13%，日本60%），森林大面積

6、減少，造成洪水泛濫。 </p><p>　?。?）火災會造成不良的社會政治影響 。</p><p>　　然而很多火災都是由于發(fā)現不及時導致了嚴重的后果，及早發(fā)現隱患對于后期的救災具有至關重要的作用。于是煙霧傳感器就應運而生了，而煙霧傳感器以其獨特的優(yōu)勢，在火災報警和有害氣體檢測起到了至關重要的作用。而基于煙霧傳感器的火災報警器也就順應時代的要求產生了，他克服了很多的不確定性，大大減小了誤

7、報率，在實際生活中有很大的應用價值。</p><p><b>　　1.2 設計目的</b></p><p>　　為了能切實保障人們的生命安全及財產安全不受火災的影響，我們設計出一種能夠在火災剛剛發(fā)生時或者有可燃氣體堆積引起的火災隱患或人員安全時就能報警，并且自動打開噴水閥滅火的裝置，就能極大地減少不良后果的發(fā)生。做到防患于未然，使人們及早得知火情，將火災撲滅在萌芽狀態(tài)

8、。</p><p><b>　　二、方案設計</b></p><p><b>　　2.1傳感器的選擇</b></p><p>　　方案一：MP135型半導體空氣污染敏感元件，由加熱器以及微型Al2O3陶瓷基片上形成的金屬氧化物半導體材料構成，用電極引線引出，封裝在金屬管座、管帽內。當有被檢測氣體存在時，空氣中該氣體的濃度越

9、高，傳感器的電導率就越高。使用簡單的電路即可將這種電導率的變化轉換為與氣體濃度對應的輸出信號。</p><p>　　優(yōu)點：靈敏度高，對污染空氣敏感。</p><p>　　缺點：價格高，驅動電路復雜，對煙霧固體小顆粒靈敏度低。</p><p>　　圖2-1 實物圖 圖2-2 典型應用電路</p><p>　

10、　方案二：MQ-2煙霧傳感器，在可燃氣體或煙霧中MQ-2煙霧傳感器的電阻會有相應的變化。MQ-2 氣敏元件由微型AL2O3 陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有６只針狀管腳，其中４個用于信號取出，２個用于提供加熱電流。</p><p>　　優(yōu)點：靈敏度高，性能穩(wěn)定，對煙霧固體小顆粒靈敏度高，價格較低。而且驅

11、動電路簡單。</p><p>　　缺點：管腳較多有6個，需要電流提前加熱功能才更好。</p><p>　　圖2-3 MQ-2實物圖</p><p>　　由于當有煙霧或有害氣體產生時引起傳感器變化的是電阻所以用圖2-4 所示的驅動電路就可以將非電信號轉換成電壓。H兩端接到電源的兩端起預熱的作用。</p><p>　　圖2-4 典型應用電路

12、</p><p>　　綜上所述，我們選擇方案二為最佳方案。</p><p>　　2.2 報警系統(tǒng)功能設計</p><p>　　液晶顯示器根據smog信號和see信號，顯示白天與黑夜，安全與危險。當有火災危險時，顯示并同時聲光報警，系統(tǒng)自動打開噴水閥噴水。當按鍵按下時，外部中斷觸發(fā)，跳出報警。當按下復位時，程序重新啟動。</p><p>　　2

13、.3 報警系統(tǒng)方案選擇</p><p>　　方案一：采用純硬件電路實現報警功能，其硬件電路如圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5 系統(tǒng)電路</p><p>　　優(yōu)點：電路簡單，系統(tǒng)設計過程容易，成本較低。</p><p>　　缺點:系統(tǒng)不穩(wěn)定，無法實現液晶實時顯示和噴水自動滅火的功能。</p><p>　　方

14、案二：采用硬件和軟件相結合的方法實現火災報警。包括熱釋電紅外傳感探頭電路、報警電路、單片機控制電路及相關的控制管理軟件組成。</p><p>　　圖2-6 報警器設計框圖</p><p>　　優(yōu)點：系統(tǒng)穩(wěn)定，功能齊全，能夠實現報警、自動噴水、液晶顯示等功能。</p><p>　　缺點:電路設計較復雜，成本較高。</p><p>　　根據我們

15、的系統(tǒng)設計需要，我們選擇方案二作為最佳方案。</p><p>　　三、 各部分電路設計</p><p><b>　　3.1 單片機模塊</b></p><p>　　我們采用STC公司的STC89C52單片機，89C52機是高性能單片機，因為受引腳數目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。</p><p><b>

16、　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FLASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FLASH進行校驗時，P

17、0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，

18、P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫1時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址1時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。<

19、/p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入1后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流。</p><p>　　P3口也可作為AT89C52一些特殊功能口，如下所示：</p><p>　　P3口管腳 備選功能</p><p>　　P3

20、.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入）</p>

21、<p>　　P3.6 （外部數據存儲器寫選通）</p><p>　　P3.7 （外部數據存儲器讀選通）</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。</p><p>　　RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。</p><p>　　ALE/：當訪問外部存儲器時，地址鎖存

22、允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。</p><p>　　PSEN：外部

23、程序存儲器的選通信號端。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。</p><p>　　/VP：當保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，將內部鎖定為RESET；當端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源。</p&

24、gt;<p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：反向振蕩器的輸出,如采用外部時鐘源驅動器件，應不接。</p><p>　　圖3-1 單片機STC89C52RC</p><p>　　3.2 系統(tǒng)初始化電路</p><p>　　復位方法一般有上電自動復位和外部按鍵手動復

25、位，單片機在時鐘電路工作以后, 在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時，則復位信號持續(xù)時間應不小于2us。本報警器是外部手動按鍵復位電路。</p><p>　　圖3-2 單片機復位電路</p><p><b>　　3.3時鐘電路</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反

26、向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us，故而一個機器周期為1us。</p><p>　　圖3-3 時鐘電路</p><p>　　

27、3.4 聲音報警電路</p><p>　　用一個蜂鳴器、三極管和電阻接到單片機P2.1引腳上，當單片機的P2.1引腳被置低電平后蜂鳴器響，當單片機的P2.1引腳被置高電平后，蜂鳴器不響。系統(tǒng)檢測到信號時，蜂鳴器發(fā)出“滴答滴答”的聲音，這樣就實現了聲音報警的功能。</p><p>　　圖3-4 聲音報警電路</p><p>　　3.5 發(fā)光報警電路</p&g

28、t;<p>　　由2個發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的P1引腳，外接VCC，當單片機的P2.0引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點亮，P2.0引腳被置高電平后，發(fā)光二極管被熄滅，這樣起到報警作用。</p><p>　　圖3-5 發(fā)光報警電路</p><p>　　3.6 外部中斷電路</p><p>　　按下手動復位鍵后，系統(tǒng)進入中斷程序，程序使系統(tǒng)停止報警

29、。</p><p>　　圖3-6 外部中斷電路</p><p><b>　　3.7 供電電路</b></p><p>　　通過電腦USB供電，按下開關D9亮，則通電</p><p>　　圖3-7 電源電路</p><p>　　在實物產品中由于有電磁閥作為噴水閥，我們用家用電220V交流電提供

30、總電源，通過穩(wěn)壓模塊降壓到5V為系統(tǒng)電路提供電源。</p><p>　　圖3-8 穩(wěn)壓電路</p><p>　　3.8 液晶顯示電路</p><p>　　我們選用的是價格便宜的1602液晶作為顯示器，D0--D7輸送數據，單片機通過控制RS WR LCDEN的高低電平，控制液晶的顯示</p><p>　　圖3-8 1602液晶電路<

31、;/p><p>　　3.9 光敏傳感器電路</p><p>　　光敏傳感器感光，則電阻變小，當可調電阻適當時，電平由高轉低，為單片機所感知。</p><p>　　圖3-9 光敏電路</p><p>　　3.10 煙霧傳感器電路</p><p>　　當有煙霧時，smog變?yōu)楦唠娖?lt;/p><p>　

32、　圖3-9 煙霧電路</p><p>　　3.11 電磁閥控制電路</p><p>　　我們采用工作穩(wěn)定的可控硅模塊，來控制電磁閥的工作。</p><p>　　圖3-10 可控硅模塊</p><p><b>　　四、整體原理圖</b></p><p>　　打開Altium Designer軟件

33、，進行原理圖繪制，在繪制過程中要注意元件的封裝。</p><p><b>　　五、心得體會</b></p><p>　　在本次制作傳感器的過程中，感覺自己收獲頗多。首先，通過自己查找資料認識了一種用途非常廣泛的傳感器，即熱釋電紅外傳感器，對其原理、應用領域都有了一定的了解。其次，在親手制作時不僅學到了跟多東西，而且也暴露了自己的一些問題。在確定方案是首先想到的就是用到

34、單片機，第一，用單片機能簡化電路，電路可靠性高。第二，本學期正好在學習單片機這門課程，可以借此機會鞏固這方面的知識，這樣可以做到學以致用。</p><p>　　在繪制原理圖過程中進一步熟悉了Altium Designer這個軟件。在編寫程序的過程中遇到了很多的問題，一開始程序往往沒有達到預期的效果，然后再不斷的修改，最后完全符合要求。令我印象比較深刻的是實際制作電路板的過程，包括洗板子、鉆孔、焊接原件。總之，通過

35、制作傳感器，更加了解了傳感器在生活中的應用，鞏固了自己的專業(yè)知識，增強了自己的動手能力。</p><p><b>　　六、附錄</b></p><p><b>　　6.1 實物照片</b></p><p>　　圖5-1 電路板照片</p><p>　　圖5-2 作品實物照片</p>

36、<p>　　6.2 電路元器件明細表</p><p><b>　　6.3 參考文獻</b></p><p>　　【1】 徐愛鈞.單片機高級語C51應用程序設計[M].北京電子工業(yè)出版社</p><p>　　【2】 童詩白 華成英. 模擬電子技術基礎第四版 .北京 高等教育出版社</p><p>　　【3】

37、宏晶科技 STC12C5616AD系列單片機器件手冊 2005:10-06</p><p>　　【4】.常用電子元件及典型應用（電子工業(yè)出版社）周惠潮 編著</p><p>　　【5】.電子技術基礎[M]（第五版高等教育出版社） 康華光編著</p><p>　　【6】. 傳感器原理及應用 西安電子科技大學出版社 主編：劉振廷</p><p&

38、gt;　　【7】. 模擬電子技術基礎簡明教程（第四版）主編：童詩白 華成英</p><p><b>　　6.4 源程序</b></p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint u

39、nsigned int</p><p>　　sbit beep=P2^0;</p><p>　　sbit see=P2^2;</p><p>　　sbit smog=P2^3;</p><p>　　sbit lcden=P3^5;</p><p>　　sbit lcdrs=P3^4;</p><p&

40、gt;　　sbit lcdwr=P2^4;</p><p>　　uchar code table0[]=" S I F E ";</p><p>　　uchar code table1[]=" S O S ! ";</p><p>　　uchar code table2[]=" D A Y "

41、;;</p><p>　　uchar code table3[]=" N I G H T ";</p><p>　　uchar num;</p><p>　　uchar i,j,mu,flag=1;</p><p>　　void dsp();</p><p>　　void action0();&

42、lt;/p><p>　　void action1();</p><p>　　void delay(uint z)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint x,y;</b></p><p>　　for(x=z;x>0;x--)</p

43、><p>　　for(y=110;y>0;y--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void write_com(uchar com)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　lcdrs=0;</b&

44、gt;</p><p><b>　　P0=com;</b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　lcden=1;</b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><

45、p><b>　　lcden=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void write_data(uchar date)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　lcdrs=1;</b>

46、</p><p><b>　　P0=date;</b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　lcden=1;</b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p&

47、gt;<b>　　lcden=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void init()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　lcdwr=0;</b></p><p&

48、gt;<b>　　lcden=0;</b></p><p>　　write_com(0x38);</p><p>　　write_com(0x0e);</p><p>　　write_com(0x06);</p><p>　　write_com(0x01);</p><p>　　write_com

49、(0x80+0x10);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void dsp()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　init();</b></p><p><b>　　if(mu==1

50、)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(num=0;num<12;num++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_data(table1[num]);</p><p>　　dela

51、y(20);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(num=0;num<

52、;11;num++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_data(table0[num]);</p><p>　　delay(20);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b>&

53、lt;/p><p>　　if(see==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_com(0xc0+17);</p><p>　　delay(50);</p><p>　　for(num=0;num<10;num++)</p><p>

54、<b>　　{</b></p><p>　　write_data(table2[num]);</p><p>　　delay(40);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>

55、　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_com(0xc0+17);</p><p>　　delay(50);</p><p>　　for(num=0;num<13;num++)</p><p><b>　　{<

56、/b></p><p>　　write_data(table3[num]);</p><p>　　delay(40);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(num=0;num<16;num++

57、)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_com(0x18);</p><p>　　delay(20);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p&

58、gt;　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　j=1;</b></p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　EX0=1;</b></p><p>

59、;<b>　　IT0=1;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　dsp;</b></p><p>　　if(smog==1) mu=1;</p>&

60、lt;p>　　if(mu==1) action1();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void action0()</p><p><b>　　{</b></p><p>&l

61、t;b>　　dsp();</b></p><p>　　for(i=0;i<2;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P1=0xfd;</b></p><p><b>　　beep=1;</b></p>

62、<p>　　delay(50);</p><p>　　if(flag==0)break;</p><p><b>　　P1=0xf7;</b></p><p><b>　　beep=0;</b></p><p>　　delay(50);</p><p>　　if(

63、flag==0)break;</p><p><b>　　flag=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void action1()</p><p><b>　　{&

64、lt;/b></p><p><b>　　dsp();</b></p><p>　　for(i=0;i<100;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P1=0xff;</b></p><p><b

65、>　　beep=1;</b></p><p>　　delay(50);</p><p>　　if(flag==0)break;</p><p><b>　　P1=0xf0;</b></p><p><b>　　beep=0;</b></p><p>　　de

66、lay(50);</p><p>　　if(flag==0)break;</p><p><b>　　mu=0;</b></p><p><b>　　flag=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}