基于单片机的仓库火灾预警系统的设计毕业设计1.doc

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1、 毕 业 设 计 （论 文）设计（论文）题目: 基于单片机的仓库火灾预警系统的设计 重庆邮电大学移通学院毕业设计(论文)任务书设计(论文)题目 基于单片机的仓库火灾预警系统的设计 学生姓名 系别 通信工程系 专业 通信工程 班级 01111008 指导教师 王玮 职称 讲师 联系电话 13452955413 教师单位 通信工程系 下任务日期 2014 年 月 日 主 要 研 究 内 容 、 方 法 和 要 求研究内容：详细研究单片机原理，认真学习单片机开发过程中要用到的相关软件（KeilC51，Proteus），设计一个火灾预警控制系统，该系统在单片机的控制下，并借助于烟雾传感器，能够在检测到

2、环境有烟雾时，鸣笛报警。设计要求：深入研究单片机原理，详细论述系统设计过程，画出系统原理图,写出全部代码，利用KeilC51调试代码，最后利用Proteus仿真软件仿真证明系统功能的正确性。如果做实物，可不做Proteus仿真，需展示功能正确的实物。研究方法：查阅资料，上网学习单片机有关文本资料和视频，借助于电脑编写代码，调试程序，并进行功能仿真。有条件的，可制作实物。 进 度 计 划2014年3月10日前，完成开题报告。2014年5月10日前，完成论文第一稿。2014年5月20日前，完成论文第二稿。2014年5月30日前，完成答辩。 主 要 参 考 文 献1 张毅刚单片机原理M哈尔滨：哈尔滨

3、工业大学出版社20082 张毅刚单片机原理及接口技术（C51）编程M北京：人民邮电出版社20113 张毅刚基于Proteus的单片机课程的基础实验与课程设计M.北京：人民邮电出版社20124 楼然苗，李光飞单片机课程设计指导（第2版）M北京：北京航空航天大学出版社2012指导教师签字： 年 月 日教研室主任签字： 年 月 日备注：此任务书由指导教师填写，并于毕业设计(论文)开始前下达给学生。摘 要仓库是一个物资集中储存的重要场所，仓库火灾预警是仓库管理的重要组成部分，仓库安全又是仓库管理中的重要目标，而对仓库安全的威胁主要来自于人为破坏和仓库物资因为存储环境或物资本身的变化，其中人为的引起火灾

4、是仓库安全威胁最主要的因素，本文将详细研究单片机的仓库火灾预警系统，尽量将损失降到最低。火灾报警系统的种类繁多，常见的有单片机控制的、PLC控制的、数据融合技术控制的、模糊遗传神经网络的等等。由于单片机有小巧、价格便宜、控制方便、可靠性高等特点，要比其他控制方式更优越，所以本系统的设计是基于单片机控制的，以烟雾传感MQ-2、ADC0809以及AT89S52单片机为核心器件并与其他电子技术相结合，通过AT89S52单片机控制传感器对监测地点的烟雾信息进行实时监测，并把监测结果进行数据信息处理，若是超过预设的烟雾浓度警戒值，则通过单片机驱动蜂鸣器响达到报警效果。本文也全面阐述了火灾自动预警系统的硬

5、件电路和软件设计方案，利用keilC51进行代码调试和Proteus仿真测试，最后设计出一套结构简单、使用方便、具有一定实用价值的火灾自动预警系统。【关键词】AT89S52单片机 MQ-2型烟雾传感器 ADC0809 ProteusAbstract The warehouse is an important place for a material centralized storage,warehouse fire alarm is an important part of warehouse management,warehouse safety is an important goal

6、in warehouse management, thewarehouse security threat came mainly from man-made destruction andwarehouse material because of changes in storage environment or the material itself, in which human caused fires are factors of warehouse the main threat of security, the warehouse fire warning system deta

7、iled study of SCM, as far as possible to minimize losses. Fire alarm system of various kinds, common MCU control, PLC control,data fusion of fuzzy genetic neural network control technology, etc. As the microcontroller is small, cheap, convenient control, high reliability, is better than other contro

8、l methods, so the design of this system is based on single chip microcomputer control, smoke sensor, ADC0809 and MQ-2 to AT89S52 microcontroller as the core device and electronic technology, real-time monitoring by AT89S52 microcomputer controlinformation to smoke monitoring location sensor, and the

9、 monitoring results are data information processing, if it exceeds the preset warning value, the microprocessor buzzer to alarm effect.This paper alsoexpounds the hardware circuit and software design of automatic firealarm system, code debugging and Simulation of Proteus was tested by keilC51, and f

10、inally designs a set of simple structure, convenient operation, and has certain practical value of automatic fire alarm system.【keyword】AT89S52 microcontroller MQ-2type smokesensor ADC0809 Proteus目 录前 言 1第一章 概述 2第一节 研究背景 2第二节 火灾自动报警系统的发展历史 2第三节 根据应用类型分类 3一、多线型火灾报警系统3二、总线型火灾报警系统4三、智能复合型火灾报警系统4第四节 火灾预

11、警系统的国内外现状 4第二章 烟雾检测报警器的方案设计 6第一节 烟雾检查报警器的设计思路 6第二节 烟雾传感器的选型 6一、烟雾传感器的介绍6二、烟雾传感器的选定9三、MQ-2型烟雾传感器的工作原理9四、MQ-2型烟雾传感器的特性及重要指标10第三章 系统的整体设计 12第一节 单片机的选泽 12一、单片机的介绍12二、AT89S52的功能14第二节 单片机外围接口电路 17一、AT89S52单片机外围接口电路17第三节 A/D转换模块 18一、ADC0809的简介18二、A/D转换电路19第四节 声音报警电路 20第五节 LCD1602显示 21一、LCD1602简介21二、管脚功能21三

12、、操作控制22第六节 系统框架图 22第四章 系统的软件设计 23第一节 主程序流程 23第二节 烟雾浓度采集子程序流程 24第三节 报警流程 24第五章 系统的仿真 25第一节 仿真软件的介绍 25一、Proteus的简介25二、KeilC51的简介26第二节 总仿真 26第三节 仿真结果和结论 27结 论 29致 谢 30参考文献 31附 录 33一、英文原文33二、英文翻译37三、Keil C51调试代码图41四、源程序42（一）主程序42（二）1602控制程序43 前 言随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，由此引起的火灾也越来越多，在我们生活的四周到处潜伏着火灾隐患。但是，随着经

13、济的高速发展，社会上对火灾自动报警系统的需求不断加大，对其要求也越来越高，同时计算机技术和控制检测技术的高速发展也促进了火灾自动报警控制系统的发展，特别是近年来兴起的各类新方法、新技术又使火灾自动预警技术上了一个新台阶。火灾自动报警系统的智能化水平越来越受到人们的关注。我们国家的火灾报警器经历了一个复杂的发展过程，简单至复杂。随着信息化发展程度的加深，火灾预警系统的智能化也普遍受到重视，并开发了相应的各种各样的产品。应用到了各个行业，起到了非常主要的作用。在我们国家，经济发展和生活水平不断提高，很多集团公司的仓库都朝着大型化，多样化，现代化发展，这就使得仓库的物品繁多，如果一旦发生火灾，特别是

14、对于易燃物品，不容易及时控制住火势，给抢灾人员的作业带来很大的困难，同时也容易造成重大的财产损失和人员伤亡，这显得是不满足人民日益增长的物质文化需要。所以我们要在这些重要的场合合理的应用火灾预警器。本文先阐述了火灾预警的背景、发展历史和国内外现状，然后拟定了一份烟雾检测报警器的方案设计以及系统的整体设计，利用keilC51进行代码调试和Proteus仿真测试，最后设计出一套结构简单、使用方便、具有一定实用价值的火灾自动预警系统。第一章 概述第一节 研究背景 仓库安全是仓库管理中的重要目标，而对仓库安全的威胁主要来自于人为破坏和仓库物资因为存储环境或物资本身的变化，其中人为的引起火灾是仓库安全威

15、胁最主要的因素。火灾是指在空间和时间上造成一定程度上损失的燃烧过程，是危害人类生命财产安全、直接影响经济发展和社会稳定的一种常见灾害，它也是世界上发生频率很高的灾害之一，在地球上每天都有火灾发生，据联合国“世界火灾统计中心(WFSC)2000统计资料”，全世界每年的发生600万至700万次火灾，每年至少有6-7万人死于火灾。火灾是全世界各国人民所面临的一个共同的灾难性问题，它给人类社会造成了生命，财产的严重损失。在我国，随着经济的发展和生活水平的提高，火灾的危害也随之大幅升高。我国物资仓库正朝着大型化、现代化、多功能化的方向发展，由于现代化仓库功能较复杂，设备物资繁多，一旦发生火灾，不能同一般

16、建筑那样从外部进行灭火，给人员疏散和扑救工作带来了很大困难，很容易造成重大的经济损失甚至人员伤亡。因此，在现代化的仓库，还有酒店、大型宾馆、办公楼、博物馆、图书馆和商场等公共场所，对火灾预警系统提出了更高的要求。 要想有效的防止火灾，一方面要减少引起火灾的因素；另一方面要在发生火灾时，及时报警，并采取有效措施控制火情的发展，将火灾消灭在初期阶段。为了确保人身安全，最大限度地减少社会财富的损失。为此，火灾自动报警系统作为预防火灾的一个很重要的措施已经作为建筑设计的强制性要求进入到了每一座具有火灾隐患的建筑内。第二节 火灾自动报警系统的发展历史火灾自动报警系统的诞生已有100多年历史。纵观100多

17、年人类开发火灾自动报警系统的过程，我们可以把这一段历史分为三个阶段： 初期阶段是用一些简单的分立元件构成的火灾自动报警系统，从十九世纪四十年代一直延续到本世纪四十年代，这期间感温探测器占主导地位，火灾自动报警系统的发展处于初级阶段。20世纪初，定温探测器渐渐得到改进和发展，同时采用低熔金属的新型探测器也被研制出来，随后人们相继研制出了双金属差温火灾探测器、热熔电阻差温探测器，膜盒差温火灾探测器、半导体差温火灾探测器和兼有差温、定温两种功能的差定温火灾探测器等。 第二阶段是从二十世纪五十年代到七十年代，在这期间大力发展了感烟探测器，感温火灾探测器则处于次要位置。用感烟的方法来探测火灾使人类在实现

18、火灾早期报警方面迈出了一大步，此时的系统一般是多线制，其特点是稳定性，但是其可靠性差，线路复杂，调试难度大。从四十年代末期开始，研究者开始研究离子式感烟探测器，并获得成功。由于离子式探测器探测火灾比感温探测器快得多。它的出现很快达到了广泛应用。随着电子工业的发展，场效应晶体管代替了阴极射线管，探测器的供电电压也从220V降到了24V，甚至9V，用9V叠层电池可以为离子感烟探测器供电，它为进入家用市场创造了有利的条件。 第三阶段是从八十年代开始至今。总线制火灾自动报警系统蓬勃兴起，它同以前的产品相比有了很大的飞跃，布线工作变的减少，安装调试变的容易，降低了安装和维修费用，其最大优点是施工简单并能

19、精确定位报警部位，因而得到了较广泛的应用。人们为每个探测点设置了单独的地址编码。火灾报警控制器通过巡检方式，分别采集各探测点的数据，并发出火警及故障等具体信息。随着技术的不断进步，智能系统已突破了传统的火灾探测报警范畴，它与建筑物内的防盗报警系统，电视监控系统，信息交换系统，公共安全系统等组成楼宇自动系统而成智能大厦。误报的严重程度，用误报率大小来衡量，误报率越小越好。第三节 根据应用类型分类一、多线型火灾报警系统多线型火灾报警系统的探测器除了需要提供两根电源线外，还需要一根报警信号线，探测器的信号线连接在报警显示盘上，报警时点亮相应的指示灯。此类系统的功能一般以报警为主，辅以简单的联动功能，

20、其报警器对外围探测器无故障检测功能，只会对电源线的断线做出故障反应。二、总线型火灾报警系统这种火灾报警系统中己经嵌入了微处理器，探测器和模块均采用地址编码形式，通过总线与控制器实现信号传送，灵敏度在制造时已由硬件决定，不可以再调，此类系统能够进行现场编程，并通过各种模块对各个联动设备实行比较复杂的控制，具有部分故障诊断功能，但对故障类型不能区分。三、智能复合型火灾报警系统由于采用了设有单片机的模拟量探测器，大大的提高了智能化程度，并且可以通过软件对灵敏度根据使用场合、时间进行设定和调整，提高了系统的稳定性和可靠性。还可以自动处理电磁干扰对线路分布参数的影响。这一功能可增强系统的稳定性及可靠性，

21、减少了误报。复合型智能火灾报警系统是未来火灾报警系统的主要发展方向。发生火灾的情形种类繁多，产生的原因也纷繁复杂，仅仅对某一特定的火灾参考量进行探测，难免会发生漏报或误报的现象。复合型探测技术正是降低误报漏报现象的有效途径。第四节 火灾预警系统的国内外现状发达国家普遍具有相对完善的火灾预防、报警、扑救以及善后处理等体系。国家每年都会从财政中拨付许多用于培训相关人员，更新维护预警设备。西方发达国家都把各个用户的终端传感器和信号采集设备连接起来，通过实时数据采集，从而对自动火灾报警系统进行实时操作和监控，将故障进行远程传输。目前，很多发达国家已经拥有将火灾报警系统应用于整个城市消防预警当中的成功经

22、验。多年来，这些国家已经把火灾自动报警系统与公共监控系统连接在一起，通过公共监控系统可以及时、准确发现火灾隐患和地点，判断火灾的类型，调集消防力量及时控制火情。当前，国外火灾自动报警应用技术渐渐向着网络化、智能化、多样化、和小型化发展。我国火灾报警系统起步较西方发达国家晚，90年代以后火灾报警产品才真正开始发展，随着政府的改革开放，国外企业开始大量进入中国市场，带来了先进技术，同时也促进了市场的成熟。我国火灾报警系统的相关企业也得到了快速发展，部分企业通过技术合作、合资生产，取得了较好的成绩，部分技术已接近或赶上了国际先进水平。随着经济的高速发展，社会上对火灾自动报警系统的需求不断加大，对其要

23、求也越来越高，同时计算机技术和控制检测技术的高速发展也促进了火灾自动报警控制系统的发展，特别是近年来兴起的各类新方法、新技术又使火灾自动预警技术上了一个新台阶。二十多年前，中国的消防报警产品刚刚起步无论产品技术含量、产品系列完整性、适用性，还是社会影响程度都是相当低的。国外的产品和品牌一统天下，占领中国的大部分市场。由于中国的建设正在飞速发展，市场大的惊人，难道这由中国发展带来的成果只能由外国企业来瓜分？可幸的是中国企业抓住了机遇，顶住了挑战，先是一批国家的科研院所，后是一批国营企业、民营企业，业内也吸引和凝聚一大批国内的技术和管理精英，花了十多年时间，通过几次产品更新换代，就使自己的产品紧紧

24、跟上了国际水平，并且夺回了大部分国内市场，使得现在大多国外产品只有招架之功，这是典型的自力更生，走自己的路。当然目前而言，我们基本占据的是国内市场，对外还刚启动。中国企业正虎视眈眈，准备进军海外市场。当前，国外火灾自动报警应用技术渐渐向着网络化、智能化、多样化、和小型化发展。西方发达国家都把各个用户的终端传感器和信号采集设备连接起来，通过实时数据采集，从而对自动火灾报警系统进行实时操作和监控，将故障进行远程传输，而我国火灾报警系统起步较西方发达国家晚，90年代以后火灾报警产品才真正开始发展，随着政府的改革开放，国外企业开始大量进入中国市场，带来了先进技术，同时也促进了市场的成熟。随着经济的高速

25、发展，社会上对火灾自动报警系统的需求不断加大，对其要求也越来越高，同时计算机技术和控制检测技术的高速发展也促进了火灾自动报警控制系统的发展，特别是近年来兴起的各类新方法、新技术又使火灾自动预警技术上了一个新台阶。火灾自动报警系统的智能化水平越来越受到人们的关注。我们国家的火灾报警器经历了一个复杂的发展过程，简单至复杂。随着信息化发展程度的加深，火灾预警系统的智能化也普遍受到重视，并开发了相应的各种各样的产品。第二章 烟雾检测报警器的方案设计第一节 烟雾检查报警器的设计思路烟雾检测报警器是能够检查环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器，仪器的最基本组成部分应包括：烟雾信号采集电路、模数转换电路、

26、单片机控制电路。烟雾信号采集电路一般由烟雾传感器，将烟雾信号转换为模拟的电信号。模数转换电路ADC0809将从烟雾检测电路送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机。单片机对该数字信号进行滤波处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或等于某个预设值（也就是报警限），如果大于则启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态。第二节 烟雾传感器的选型一、烟雾传感器的介绍烟雾传感器属于气敏传感器 ，是气-电变换器，它将可燃性气体在空气中的含量(即浓度)转化成电压或者电流信号，通过A/D转换电路将模拟量转换成数字量后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。传感器作为烟雾

27、检测报警器的信号采集部分，是仪表的核心组成部分之一。由此可见，传感器的选型时非常重要的。（一）烟雾传感器的分类烟雾传感器种类繁多，从检测原理上可以分为三大类： 利用物理化学性质的烟雾传感器：如半导体烟雾传感器、接触燃烧烟雾传感器等。 利用物理性质的烟雾传感器：如热导烟雾传感器、光干涉烟雾传感器、红外线传感器等。 利用化学性质的烟雾传感器啊：如电流型烟雾传感器、电势型气体传感器等。（二）烟雾传感器应满足的基本条件一个烟雾传感器可以是单功能的，也可以是多功能的;可以使单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。但是任何一个完整的烟雾传感器都必须具备以下条件： 能选择性地检测某种单一烟雾，面

28、对共存的其它烟雾不响应或低响应； 对被测烟雾具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的烟雾浓度； 对检测信号响应速度快，重复性好； 长期工作稳定性好； 使用寿命长； 制造成本低，使用与维护方便。（三）常见烟雾传感器简介1.半导体烟雾传感器半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器，以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器。自1962年半导体金属氧化物烟雾传感器问世以来，由于具有灵敏度高、响应快、输出信号强、耐久性强、结构简单。价格便宜等诸多优点，得到了广泛的应用。该传感器已成为世界上产量最大、使用最广的烟雾传感器之一。按照敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻型。2.固体电解

29、质烟雾传感器固体电解质烟雾传感器使用固体电解质气敏材料作为气敏元件，其原理是利用气敏材料在通过烟雾时产生电阻，测量其形成电动势从而测量气体浓度。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，因而得到了广泛地应用，几乎打入了石化、环保。矿业等各个领域，其产量仅次于半导体烟雾传感器的一类传感器。但这种传感器制造成本高，检测烟雾范围有限，在检测环境污染领域中有优势。3.接触燃烧式传感器当易燃烟雾接触这种被催化物覆盖的传感器表面时会发生氧化反应而燃烧，故得名接触燃烧式传感器。接触燃烧式烟雾传感器的检测元件一般为铂金属丝（也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时将铂丝通电，保持300400的高温，此时若与

30、烟雾接触，烟雾就会在稀有金属催化层上燃烧，因此铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升，通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道烟雾的浓度。4.高分子烟雾传感器利用高分子气敏材料制作的烟雾传感器近年来得到很大的发展。高分子气敏材料在遇到特定烟雾时，其电阻、介电常数、材料表面声波传播速度和频率、材料重量等物理性能发生变化。高分子气敏材料由于具有易操作、工艺简单、常温选择性好、价格低廉、易与微结构传感器和声表面波器件相结合，在毒性烟雾和食品鲜度等方面的监测中具有重要作用。高分子烟雾传感器具有对特定烟雾分子灵敏度高，选择性好，且结构简单，能在常温下使用，可以弥补其它烟雾传感器的不知。5.电化学传感器电化学

31、传感器由膜电极和电解液封装而成。烟雾浓度信号将电解液分解成阴阳带电离子，通过电极将信号传出。它的优点是：反映速度快、准确、稳定性好、能够定量检测，但寿命较短（大约两年）。它主要适用于毒性烟雾检测。目前国际上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。6.热传导传感器热传导传感器与接触燃烧式传感器具有类似的结构形式，但是测量原理不同。它的测量原理是：将加热后的铂电阻线置于目标烟雾中，由于向目标烟雾传送热量造成温度降低，引起电阻值变化，传感器即测量电阻值的变化情况。温度的变化情况是目标烟雾热传导率的函数，而对于一种给定的烟雾或汽化物，热传导率是它固有的物理特性。7.红外传感器红外传感器通常用两束红外光进行烟

32、雾测量，主光束通过测量元件内的目标烟雾，参考光束通过比较元件内的参考烟雾。在测量和比较元件中，红外射线被烟雾有选择地吸收了。未吸收的红外探测器NDIR（non-dispersive IR）是其中的一种，所有的未吸收光全部以最小的扩散和损耗被记录下来。不同的烟雾吸收不同波长的IR，所以传感器根据目标烟雾而调整，典型应用包括测量CO和CO2、冷冻剂烟雾和一些易燃气。由于非碳氢化合物易燃烟雾（如氢）不吸收电磁谱中IR部分的能量，所以这种传感器可以精确地测量碳氢化合物，并具有最小的交叉灵敏度，而且不受其它烟雾的腐蚀以及高浓度目标烟雾的影响。（四）常见烟雾传感器可检测烟雾种类由于烟雾的种类繁多，一种类型

33、的烟雾传感器不可能检测所有的气体，通常只能检测某一种或两种特定性质的烟雾。例如氧化物半导体烟雾传感器主要检测各种还原性烟雾，如CO、H2、C2H5OH、CH3OH等。固体电解质烟雾传感器主要用于检测无机烟雾，如O2、H2、Cl2、SO2等。二、烟雾传感器的选定烟雾检测报警器主要应用在石油、化工、冶金、油库、液化气站、喷漆作业等易发生可燃烟雾泄漏的场所，根据报警器检测烟雾种类的要求，一般选用接触燃烧式烟雾传感器和半导体烟雾传感器。使用接触燃烧式传感器，其探头的阻缓及中毒，是不可避免的问题。阻缓在当在烟雾与空气的混合物中含有硫化氢等含硫物质的情况下，则有可能在无焰燃烧的同时，有些固态物质附着在催化

34、元件表面，阻塞载体的微孔，从而引起响应缓慢反应滞缓，灵敏度降低。虽然将阻缓的传感器再放回新鲜空气环境中有得到某种程度的恢复的可能，但是如果长期暴露在这样的环境中，其灵敏度会不断下降，导致传感器最终丧失检测烟雾的能力。中毒是如果环境空气中含有硅烷之类的物质时，则传感器将使催化元件产生不可逆的中毒，以致灵敏度很快就丧失。当怀疑检测环境中存在这些物质时，经常对探头进行标定，是必须且有效的办法。因此，经常对传感器进行标定，是保证其准确性的必要的途径。一般连续使用两个月后应对传感器进行量程校准，这种经常性对传感器的维护，无形中加大了工作人员的工作量，同时增加了报警器的维护成本。 半导体烟雾传感器包括用氧

35、化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器，它具有灵敏度高、响应快、体积小、结构简单、使用方便、价格便宜等优点，因而得到广泛应用。半导体烟雾传感器的性能主要看其灵敏度、选择性和稳定性。经过对比上述两种烟雾传感器的应用特性，发现半导体烟雾传感器的优点更加突出：灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低等。因此，本设计采用半导体烟雾传感器作为报警器烟雾信息采集部分的核心。而在众多半导体气体传感器中，本设计选用MQ-2型烟雾传感器，这种型号的传感器不但具备一般半导体烟雾传感器灵敏度高、响应快、抗干扰能力强、寿命长

36、等优点。三、MQ-2型烟雾传感器的工作原理半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器。按敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻型。半导体气敏元件也有N型和P型之分。N型在检测时阻值随烟雾浓度的增大而减小；P型阻值随烟雾浓度的增大而增大。半导体气敏传感器的分类如表2.1所示。本设计中采用的MQ-2型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体。当处于200300温度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒受到该烟雾的调制而变化，就会

37、引起表面电导率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息。遇到可燃烟雾（如CH4等）时，原来吸附的氧脱附，而由可燃烟雾以正离子状态吸附在二氧化锡半导体表面；氧脱附放出电子，烟雾以正离子状态吸附也要放出电子，从而使二氧化锡半导体带电子密度增加，电阻值下降。而当空气中没有烟雾时，二氧化锡半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值升高到初始状态,这就是MQ-2型燃烧性烟雾传感器检测可燃烟雾的基本原理。表2.1 半导体气敏传感器的分类类型所利用的特性工作温度代表性被检测气体电阻型电阻表面电阻控制器300450可燃性气体体电阻控制器700以上乙醇、可燃性气体非电阻型二极管整流特性室温200H2、CO

38、、乙醇晶体管特性150H2、H2S 四、MQ-2型烟雾传感器的特性及重要指标（一）MQ-2型传感器的一般特点 MQ-2型传感器对天然气、液化石油气等烟雾有很高的灵敏度，尤其对烷类烟雾更为敏感。 MQ-2型传感器具有良好的重复性和长期的稳定性。初始稳定，响应时间短，长时间工作性能好。 MQ-2型传感器具有良好的抗干扰性，可准确排除有刺激性非可燃性烟雾的干扰信息，例如酒精和烟雾等。 电路设计电压范围宽，24V以下均可，加热电压50.2V。（二）MQ-2型传感器的基本特性1.灵敏度特性烟雾传感器在最佳工作条件下，接触同一种烟雾，其电阻值RS随气体浓度变化的特性称之为灵敏度特性，用K表示。(1-1)式

39、中，R0为烟雾传感器洁净空气条件下的电阻值，RS为烟雾传感器在一定浓度的检测烟雾中的电阻值。虽然对于不同的烟雾，器件灵敏度特性K的值也会各有差异，但是它们都遵循同一规律。(1-2)式中，m为器件相对烟雾浓度变化的敏感性，又称烟雾分离能，对于烟雾，m值为1/21/3；C为检测烟雾的浓度。N为与检测烟雾、器件材料有关，并随测试温度和材料中有无增感剂而有所不同。2.初期稳定特性半导体烟雾传感器在不通电状态存放一段时间后，再通电时，器件并不能立即投入正常工作。这是因为烟雾传感器中的二氧化锡在不通电的状态下会吸附空气中的水蒸气。当再次通电时需要预热几分钟使水蒸气蒸发后，气敏电阻才能正常工作。再通电工作时

40、气敏电阻值达到稳定时所需要的时间，定义为初期稳定时间。一般情况下，不通电时间越长，初期稳定时间也越长，当不通电存放时间达到15天左右时，初期稳定时间一般需要5分钟左右。3.加热特性 半导体烟雾传感器一般要在较高的温度200450下工作，所以需要对其加热。由于传感器一般工作在易燃易爆环境下，若加热丝直接与电源相接，当加热丝局部短路造成器件过热或放电时，可能引发事故。所以必须使用传感器生产厂家推荐的加热电压，使其工作在较安全的范围缘故，烟雾传感器的气敏特性并不立即消失，此时检测必出现较大的误差。为避免出现这种情内。MQ-2型烟雾传感器加热电压为50.2V，加热电阻为313。当加热丝断路时，由于热惰

41、性况，并及时发现气敏元件的故障，需要设计加热丝故障诊断报警电路。（三）MQ-2型传感器的特性参数 回路电压：（）524V 取样电阻：（）0.120K 加热电压：（）50.2V 加热功率：约750mW 灵敏度：以甲烷为例（air）/ (0.1%CH4)5 响应时间：Tres10秒 恢复时间：Trec30秒第三章 系统的整体设计第一节 单片机的选泽一、单片机的介绍单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器

42、等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。（一）单片机的分类单片机作为计算机发展的一个重要分支领域，根据发展情况，从不同角度，单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。1.通用型与专用型这是按单片机适用范围来区分的。例如，80C51是通用型单片机，它不是为某种专门用途设计的；专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的，例如为了满足电子体温计的要求，在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路。2.线型这是按照单片机是否提供并行总线来区分的。总

43、线型单片机普遍设置有并行地址总线、 数据总线、控制总线，这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接，另外，许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成在一片内，因此在许多情况下可以不要并行扩展总线，大大减省了封装成本和芯片的体积，这类单片机我们称为非总线型单片机。3.控制型这是按照单片机大致应用的领域进行区分的。一般而言，工控型寻址范围大，运算能力强；用于家电的单片机多为专用型，通常是小封装、低价格，外围器件和外设接口集成度高。 显然，上述分类并不是惟一的和严格的。例如，80C51类单片机既是通用型又是总线型，还可以作工控用。（二）单片机芯片1.STC单片机STC公司的单片机主要是

44、基于8051内核，是新一代增强型单片机，指令代码完全兼容传统8051，速度快812倍，带ADC,4路PWM，双串口，有全球唯一ID号，加密性好，抗干扰强。2.单片机PIC PIC是MICROCHIP公司的产品，其突出的特点是体积小，功耗低，精简指令集，抗干扰性好，可靠性高，有较强的模拟接口，代码保密性好，大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片。3.EMC单片机EMC是台湾义隆公司的产品，有很大一部分与PIC 8位单片机兼容，且相兼容产品的资源相对比PIC的多，价格便宜，有很多系列可选，但抗干扰较差。4.ATMEL单片机ATMEL公司的8位单片机有AT89、AT90两个系列，AT89系列

45、是8位Flash单片机，与8051系列单片机相兼容，静态时钟模式；AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、内载在线可编程Flash的单片机，也叫AVR单片机。5.PHLIPIS 51LPC系列单片机PHILIPS公司的单片机是基于80C51内核的单片机，嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能，这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求。6.HOLTEK单片机台湾盛扬半导体的单片机，价格便宜，种类较多，但抗干扰较差，适用于消费类产品。7.TI公司单片机德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机。TMS370系列单片机是8位CMOS单片机，具有多种存储模式、多种外围接口模式，适用于复杂的实时控制场合；MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机，特别适用于要求功耗低的场合。8.松翰单片机它是台湾松翰公司的单片，大多为8位机，有一部分与PIC 8位单片机兼容，价格便宜，系统时钟分频可选项较多，有PMW ADC内振内部杂讯滤波。缺点RAM空间过小，抗干扰较好。在火灾报警器的设计中，单片机是其核心部件。它一方面要接收来自传感器送来的温度、烟雾对应的模拟信号和故障检测信号，另一方面要对这两种信号分别进行处理，以控制后续电路进行相应动作；与此同时查询是否有键按