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1、中原工学院信息商务学院摘 要随着“信息时代”的到来，传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。它在各个领域都有着举足轻重的作用，所以传感器不断向高精度，高可靠性，微型化，微功耗无源化和智能化数字化发展，以便更好的服务于我们的生产和生活。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温湿度、烟雾、酒精传感器的深入研究及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了发设计了这一多传感器仪器检测报警系统。 本文运用以单片机作为主控制器，DHT11、MQ-2、MQ-3分别作为温湿度、烟雾浓度、酒精浓度传感器并与其他电子元件相结合的方法，提出了采集温度、湿度、酒精浓度
2、和烟雾浓度值并实时显示，认为按键可以调节报警参数值，采集值超出设定报警值时实现声光报警。构建了一系列的框图，原理图，程序，得出了当前的温湿度，烟雾浓度，酒精浓度，并且能够正确调节及实现报警。 单片机和温湿度、烟雾、酒精传感器为核心设计的多传感器检测报警系统可实现浓度显示、按键调节、报警限设置等功能。具有一定的实用价值。关键字：单片机STC89C52，传感器，AD转换The temperature and humidity, alcohol concentration, smog density detection alarm systemAbstractWith the arrival of
3、the information age, the sensor technology had been significant progress, its application field, more and more widely, the demand is higher and higher, demand more and more urgent. It in every field has a pivotal role, so the sensor to keep the high accuracy, high reliability, miniaturization, the p
4、ower consumption passification-oriented and intelligent digital development, in order to better service to our production and life.In order to improve the sensor to know and understand, especially to the temperature and humidity, smoke, alcohol sensor research and its usage and use, based on practic
5、al, widely and typical principle and design the hair design the multi-sensor instrument detection alarm system.This paper with the single chip processor as the main controller, DHT11, MQ-2, MQ-3 respectively, smoke concentration, temperature and humidity as alcohol concentration sensor with other el
6、ectronic components and the method of combining the proposed acquisition temperature, humidity, alcohol concentration and smoke density and real-time display that can adjust the alarm button parameter value, the collection value beyond set alarm value achieve sound and light alarm. Building a series
7、 of block diagram, diagram, procedures, and draw the conclusion that the temperature and humidity of the current, the smoke concentration, alcohol concentration, and can adjust the correct and realize the alarm.Single-chip microcomputer and the temperature and humidity, smoke, alcohol sensor as the
8、core design of multisensor detection alarm system can realize concentration display, button, the alarm limit regulation set etc. Function. Has certain practical value.Keywords：STC89C52 Microcontroller Sensor AD Transform 目 录摘 要1Abstract2目 录31 绪论41.1课题研究的背景及意义41.2多传感器检测报警系统的现状及发展前景42 硬件电路设计52.1 单片机52
9、.1.1 STC89C52的主要功能特性52.1.2 STC89C52引脚功能及管脚电压52.1.3 单片机最小系统72.2 温湿度传感器82.2.1 温湿度传感器简介82.2.2 DHT11的原理和应用102.3 酒精浓度传感器122.3.1 气敏传感器简介122.3.2 酒精浓度传感器MQ-3132.4 烟雾浓度传感器152.4.1 烟雾传感器简介152.4.2 烟雾传感器分类152.4.3 烟雾传感器MQ-2172.5 AD转换电路182.5.1 TLC2543的特点182.5.2 TC2543的引脚功能192.6 前置放大电路212.7 单片机与PC机的通信接口222.8 报警电路设计
10、233 软件电路设计24结论49致谢50参考文献511 绪论 气体与人类的日常生活密切相关，检测气体是保护和改善我们居住环境的必要工作，要检测气体就少不了用到气体传感器。 1.1课题研究的背景及意义从18世纪产业革命以来，到20世纪信息技术的快速发展，传感技术逐渐走向成熟，在现实生产生活中的应用也渐渐在普及。随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注，而空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对温度、湿度的检测及控制就非常有必要了。酒精浓度探测仪在生产中也有重要的应用，比如，在一些环境要求严格的生产车间，用这种酒精浓度探测仪，可随时检测车间内的酒精气体浓度，当酒精
11、气体浓度高于允许限定值时要及时通风换气，做到安全生产。烟雾检测报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器。1.2多传感器检测报警系统的现状及发展前景 从18世纪产业革命以来，到20世纪信息技术的快速发展，传感技术逐渐走向成熟，在现实生产生活中的应用也渐渐在普及。传感器应用广泛，在各个领域都有着举足轻重的作用，所以传感器不断向高精度，高可靠性，微型化，微功耗和智能化数字化发展，以便更好的服务于我们的生产和生活。现代温湿度传感器正在朝着数字化、高精度的方向发展。酒精浓度探测仪可用来检测酒精气体浓度，最主要的用途是检测司机的酒精含量，在生产中也有重要的应用。目前而言，中国的消防报警产品占
12、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。 现代温度传感器正在朝着数字化、高精度的方向发展，现在的市场上大量存在的是新型智能型湿度传感器具备了数字校准温湿度功能，而且测量精度有了很大的提高。目前全世界绝大多数国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，以确定被测量者体内酒精含量的多少，以确保驾驶员的生命财产安全。酒精检测仪的设计与使用有着不可替代的作用，也有着相当的前景和意义。2 硬件电路设计2.1 单片机2.1.1 STC89C52的主要功能特性 8k可反复擦写(大于1000次)Flash ROM；32个双向I/O口；256x8bit内部RAM；3个16位可编程
13、定时/计数器中断；时钟频率0-24MHz；2个串行中断，可编程UART串行通道；2个外部中断源，共8个中断源；2个读写中断口线，3级加密位；2.1.2 STC89C52引脚功能及管脚电压 AT89C52为8位通用微处理器采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。引脚图如图1所示。图1PO口：是一组8 位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的
14、方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写1时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4 个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作
15、为定时/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和输入(P1.1/T2EX)，Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P2口：是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR指令)时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVX RI指令)时，P2口输出P2锁存器的内容
16、。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3口：是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O 口。P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(IIL)。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。2
17、.1.3 单片机最小系统 (1)中断AT89C52共有6个中断向量：两个外中断(INT0 和INT1)，3个定时器中断(定时器0、1、2)和串行口中断。这些中断源可通过分别设置专用寄存器IE的置位或清0来控制每一个中断的允许或禁止。IE 也有一个总禁止位EA，它能控制所有中断的允许或禁止。注意表5中的IE.6为保留位，在AT89C51中IE.5也是保留位。程序员不应将“1”写入这些位，它们是将来AT89系列产品作为扩展用的。定时器2的中断是由T2CON中的TF2和EXF2 逻辑或产生的，当转向中断服务程序时，这些标志位不能被硬件清除，事实上，服务程序需确定是TF2或EXF2产生中断，而由软件清
18、除中断标志位。定时器0和定时器1的标志位TF0和TF1在定时器溢出那个机器周期的S5P2状态置位，而会在下一个机器周期才查询到该中断标志。然而，定时器2的标志位TF2在定时器溢出的那个机器周期的S2P2状态置位，并在同一个机器周期内查询到该标志。(2)时钟振荡器AT89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，外接石英晶体(或陶瓷谐振器)及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微
19、影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30pF10pF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40pF10pF。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。2.2 温湿度传感器2.2.1 温湿度传感器简介1、温度传感器现代温度传感器正在朝着数字化、高精度的方向发展。而集成温度传感器是目前应用范
20、围最广、使用最普及的一种全集成化传感器。其种类很多，大致可分为以下5类：(1)模拟集成温度传感器；(2)模拟集成温度控制器；(3)智能温度传感器；(4)通用智能温度控制器；(5)微机散热保护专用的智能温度控制器。集成温度传感器的主要应用领域有以下3个方面：(1)温度测量：可以构成数字温度计、温度变送器、温度巡回检测仪、智能化温度检测系统及网络化测温系统。(2)温度控制：适用于智能化温度测控系统、工业过程控制、现场可编程温度控制系统、环境温度监测及报警系统、中央空调、风扇温控电路、微处理器及微机系统的过热保护装置、现代办公设备、电信设备、服务器中的温度测控系统、电池充电器的过热保护电路、音频功率
21、放大器的过热保护电路及家用电器。(3)特殊应用：例如，热电偶冷端温度补偿、测量温差、测量平均温度、测量温度场、电子密码锁(仅对内含64位ROM的单线总线智能温度传感器而言)及液晶显示器表面温度监测等。2、湿度传感器温度是个独立的被测量，而湿度受温度、大气压强的影响，湿度的标准是个难题。但近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得的长足进步突破了这个难题。湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要分为电阻式、电容式两大类。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电阻的优点是灵敏度高，主要缺点是
22、线性度和产品的互换性差。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。湿度传感器可分成以下三种类型：(1)线性电压输出式集成湿度传感器。其主要特点是采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈
23、比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。(2)线性频率输出集成湿度传感器。它采用模块式结构，属于频率输出式集成湿度传感器，在55%RH时的输出频率为8750Hz(型值)，当上对湿度从10%变化到95%时，输出频率就从9560Hz减小到8030Hz。这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。(3)频率/温度输出式集成湿度传感器。它除具有HF3223的功能以外，还增加了温度信号输出端，利用负温度系数(NTC)热敏电阻作为温度传感器。当环境温度变化时，其电阻值也相应改变并且从NTC端引出，配上二次仪表即可测量出温度值。2.2.2 DHT11的原
24、理和应用 DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。产品为 4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。应用领域暖通空调 测试及检测设备汽车 数据记录器消费品 自动控制气象站 家电1、接口说明 建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻
25、，如图2所示。图22、电源引脚DHT11的供电电压为35.5V。传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。4、串行接口 (单线双向)DATA 用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下:数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据 +8bit校验和数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bi
26、t湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。 用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。6、电气特性VDD=5V，T = 25，除非特殊标注（见表1）表1参数条件mintypmax单位供电 DC355.5V供电电流测量0.52.5mA平均0.21mA待机100150uA采样周期秒1
27、次注:采样周期间隔不得低于1秒钟。7、封装信息（见图3）图38、 DHT11引脚说明（见表2）表2Pin名称注释1VDD供电 35.5VDC2DATA串行数据，单总线3NC空脚，请悬空4GND接地，电源负极10、 焊接信息手动焊接，在最高260的温度条件下接触时间须少于10秒。2.3 酒精浓度传感器2.3.1 气敏传感器简介1、特性气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口
28、臭的检测等等。 它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。2、工作原理气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快速地测量。酒精传感器将检测到的酒精浓度转化为电信号，然后将电信号传送给模数转换器，经过模数转换器转换后，把
29、转换后得到的数字信号传给单片机，单片机对所输入的数字信号进行分析处理，最后将分析处理的结果通过显示器显示出来。声表面波器件之波速和频率会随外界环境的变化而发生漂移。气敏传感器就是利用这种性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜，当该气敏薄膜与待测气体相互作用（化学作用或生物作用，或者是物理吸附），使得气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化时，引起压电晶体的声表面波频率发生漂移；气体浓度不同，膜层质量和导电率变化程度亦不同，即引起声表面波频率的变化也不同。通过测量声表面波频率的变化就可以准确的反应气体浓度的变化。2.3.2 酒精浓度传感器MQ-3一个新型的气体检测系统应该包括：（1）基于
30、一种或几种传感技术的气体传感器。（2）组合了气体传感器和采样调理电路的探头。（3）配有人机接口软件的中心监测和控制系统。（4）在一些应用中，与其它安全系统和仪器的接口。1、MQ-3基本组成在选择传感器的时候，一定要考虑到稳定性、灵敏度、选择性和抗腐蚀性，本系统选择MQ3 型酒精传感器。 MQ3酒精传感器是气敏传感器，其具有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。MQ3 型气敏传感器由微型Al2O3、陶瓷管和SnO2 敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或者不锈钢的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。传感器的标准回路有两部分组成：其一为加热回路；其二
31、为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻的变化。2、MQ-3的特性MQ-3属于MQ系列气敏元件的一种。如图4所示：图4 MQ-3特点:检测范围为10ppm2000ppm ；灵敏度高，输出信号为伏特级；响应速度快，小于10秒；功耗小于0.75W，尺寸：D17*H10。MQ-3型气敏传感器的敏感部分是由金属氧化物（二氧化锡）的N型半导体微晶烧结层构成。当其表面吸附有被测气体酒精分子时，表面导电电子比例就会发生变化，从而其表面电阻会随着被测气体浓度的变化而变化。由于这种变化是可逆的，所以能重复使用。当气敏传感器的敏感体电阻阻值发生改变时，对应的电位器的分压值也会发生相应的变化，即一个电压值对应着
32、一个被测酒精气体浓度。对酒精气体浓度的采样就可以转化为对电位器分压的采样。MQ-3的灵敏度特性曲线如 图5所示。图5 MQ-3灵敏度特性曲线检测电路如图6所示，当电源开关S断开时，传感器加热电流为零，实测A，B之间电阻大于20M。S接通，则f，f之间电流由开始时155mA降至153mA而稳定。加热开始几秒钟后A，B之间电阻迅速下降至10K以下，然后又逐渐上升至120K以上后并保持着。此时如果将酒精溶液样品靠近MQ-3传感器，我们立即可以看到数字万用表显示值马上由原来大于120K降至10K以下。移开小瓶过1分钟左右后，A，B之间电阻恢复至大于120K。这种反应可以重复试验，但要注意使空气恢复到洁
33、净状态。经实验的反复检测，MQ-3传感器可以正常工作使用，对不同浓度的酒精溶液有不同的变化，响应时间和恢复时间都正常，可以开始作信号采样模块电路的设计。图6 MQ-3检测电路2.4 烟雾浓度传感器2.4.1 烟雾传感器简介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，传感器的选型是非常重要的。2.4.2 烟雾传感器分类（1）烟雾传感器种类繁多，从检测原理
34、上可以分为三大类： (a)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。 (b)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、红外传感器等。 (c)利用电化学性质的烟雾传感器：如电流型烟雾传感器、电势型气 体传感器等。 (2)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；可以是单一的实体，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： (a)能选择性地检测某种单一烟雾，而对共存的其它烟雾不响应或低 响应； (b)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；
35、(c)对检测信号响应速度快，重复性好；(d)长期工作稳定性好； (e)使用寿命长； (f)制造成本低，使用与维护方便。 (3)常见烟雾传感器简介 下面对工业上常用的几种烟雾传感器作简单介绍。 (a) 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。（b）固体电解质烟雾传感器 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，因而得到了广泛的应用，几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域，其产量仅次于半
36、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。 (c) 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300C400C的高温，此时若与烟雾接触，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。 (d) 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
37、，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 作性、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检测中具有重要作用。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足。 (e) 电化学传感器 电化学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
38、该类型传感器。 2.4.3 烟雾传感器MQ-21、MQ-2的基本特性MQ-2是一种体电阻控制型的气敏器件，其阻值随被测气体的浓度（成分）而变化。气敏器件又是一种“气电”传感器件，它将被测气体的浓度（成分）信号转变成相应的电信号。气敏器件阻值与气体浓度之间一般为非线性关系，但在浓度域的气体检测时可近似认为是线性的。2、MQ-3的标准工作条件和环境条件表3 标准工作条件符号参数名称技术条件备注VC回路电压15VAC or DCVH加热电压5.0V0.2VAC or DCRL负载电阻可调RH加热电阻313室温PH加热功耗900mW表4 环境条件符号参数名称技术条件备注Tao使用温度-10-50Tas
39、储存温度-20-70RH相对湿度小于 95%RHO2氧气浓度21%（标准条件）最小值大于2%2.5 AD转换电路 TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源；且价格适中，分辨率较高，因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。 2.5.1 TLC2543的特点（1）12位分辩率A/D转换器；（2）在工作温度范围内10s转换时间；（3）11个模拟输入通道；（4）3路内置自测试方式；（5）采样率为66kbps；（6）线性误差1LSBmax；（7）有转换结束输出EOC；（8）具有单、双极性输出；（9）可编程的
40、MSB或LSB前导；（10）可编程输出数据长度。2.5.2 TC2543的引脚功能 TLC2543有两种封装形式：DB、DW或N封装以及FN封装，这两种封装的引脚排列如图7，引脚说明见表5。 表5 TLC2543引脚说明引脚号名称I/O说明19,11,12AIN0AIN10I模拟量输入端。11路输入信号由内部多路器选通。对于4.1MHz的I/OCLOCK，驱动源阻抗必须小于或等于50，而且用60pF电容来限制模拟输入电压的斜率15I片选端。在端由高变低时，内部计数器复位。由低变高时，在设定时间内禁止DATAINPUT和I/O CLOCK17DATAINPUTI串行数据输入端。由4位的串行地址输
41、入来选择模拟量输入通道16DATA OUTOA/D转换结果的三态串行输出端。为高时处于高阻抗状态，为低时处于激活状态19EOCO转换结束端。在最后的I/OCLOCK下降沿之后，EOC从高电平变为低电平并保持到转换完成和数据准备传输为止10GND地。GND是内部电路的地回路端。除另有说明外，所有电压测量都相对GND而言18I/O CLOCKI输入/输出时钟端。I/OCLOCK接收串行输入信号并完成以下四个功能：（1）在I/O CLOCK的前8个上升沿，8位输入数据存入输入数据寄存器。（2）在I/OCLOCK的第4个下降沿，被选通的模拟输入电压开始向电容器充电，直到I/OCLOCK的最后一个下降沿
42、为止。（3）将前一次转换数据的其余11位输出到DATA OUT端，在I/OCLOCK的下降沿时数据开始变化。（4）I/OCLOCK的最后一个下降沿，将转换的控制信号传送到内部状态控制位14REF+I正基准电压端。基准电压的正端（通常为Vcc）被加到REF+，最大的输入电压范围由加于本端与REF-端的电压差决定13REF-I负基准电压端。基准电压的低端（通常为地）被加到REF-20Vcc电源图7 TLC2543的封装2.6 前置放大电路传感器输出信号一般比较微弱，需要经过前置电路对其进行放大、滤波、电平调整，满足单片机对输入信号的要求。本系统采用的半导体烟雾传感器属于电阻型，因此只需串联一个参考
43、电阻，再经过一个放大电路即可发送给ADC采集。由于系统采用的是单极性供电，所以采用同相比例放大电路，可以减少硬件开销；反之，如果采用反相放大，则一般需要利用双极性供电，这就需要系统额外的利用变压芯片产生一个负压，这显然 会造成浪费。常见的运算放大器中，LM324价格低廉、使用简单等优点 比较突出，所以本设计中的前置放大电路采用LM324作为电路的运算放大器。 LM324是单片高增益四运算放大器，可在较宽电压范围内的单电源 或双电源下工作，其电源电流很小且与电源电压无关，四个运放一致性好； 其输入偏流电阻是温度补偿的，也不需外接频率补偿，可做到输出电平与 数字电路兼容。如图8所示。 图8 前置放
44、大电路图2.7 单片机与PC机的通信接口利用AT89C51单片机的标准串行接口，通过简单的外围接口电路，可以方便地实现单片机与PC机之间的数据通讯。本文对数据通讯无特殊要求，因此选择RS-232串行通讯。在接口电路和计算机接口芯片中大都为TTL或CMOS电平,所以在通信时,必须进行电平转换,以便与RS-232C标准的电平匹配 MAX232芯片可以完成电平转换这一工作。MAX232芯片是MAXIN公司生产的低功耗、单电源双RS232发送/接收器 适用于各种EIA-232E和V.28/V.24的通信接口MAX232芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源变换成RS-232C输出电平所需
45、10V电压,所以采用此芯片接口的串行通信系统只要单一的+5V电源就可以 。MAX232的管脚说明：C1+，C1-，C2+，C2-：外接电容端；R1IN，R2IN：2路RS-232电平信号接收输入端；R1OUT，R2OUT：2路转换后的TTL电平接收信号输出端，送单片机的RXD接收端；T1IN，T2IN：2路TTL电平发送输入端，接单片机的TXD发送端；T1OUT，T2OUT：2路转换后的发送RS-232电平信号输出端，接传输线；V+：经电容接+5V电源；V-：经电容接地。MAX232的芯片引脚如9图所示。接线图如10所示图9 MAX232引脚图 图10 接线图2.8 报警电路设计在微型计算机控制系统中，为了安全生产，对于一些重要的参数或系统部位，都设有紧急状态报警系统，以便提醒操作人员注意，或采取紧急措施。其方法就是把计算机采集的数据或记过计算机进行数据处理、数字滤波，标度变换之后，与该参数上下限给定值进行比较，如果高于上限值（或低于下限值）则进行报警，否则就作为采样的正
