烟雾传感器的设计.doc

检测技术与仪表电气检测技术设计(论文)题 目 烟雾光敏报警器 摘 要 在现代社会中由于由于火灾和有害气体中毒而导致死亡的人越来越多，每年给社会带来了很大的财产损失和社会负担，但是由于其突发性如果发现不及时很容易造成重大损失，烟雾传感器就可以很好的解决这个问题。它具有实时性，可以在最快的时间内对火灾做出反应，而且具有很高的灵敏度，即使在很低的浓度下也可以进行探测，不仅如此它的成本还很低，容易被消费者接受，便于进行推广。MQ-2/MQ-2S气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2/MQ-2S气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器关键字： 实时性；高灵敏度；传感器20目录第1章 绪 论.1.1 设计背景.1.2 建筑物防灾现状.1.3 设计目的.第2章 原理分析.2.1原理. 2.2报警系统功能设计. 2.3报警系统设计方案.3各部分电路设计3.1单片机.3.2 系统初始化电路.3.3时钟电路.3.4 声音报警电.L.3.5 发光报警电路的设计.3.6外部中断电路. 3.7供电电路. 3.8液晶显示电路. 3.9光敏传感器电路. 3.10烟雾传感器电路.第4章 用Altium Designer软件绘制原理图.第5章 实物照片.第6章 根据报警器功能编写程序.第7章 制作实物并检测.心得体会.参考文献.第一章 绪 论1.1 设计背景当今，火灾是世界各国人民所面临的一个共同的灾难性问题。它给人类社会造成过不少生命、财产的严重损失。火灾是威胁公共安全，危害人们生命财产的灾害之一。俗话说：“水火无情”；“贼偷一半，火烧全光”。当今，火灾是世界各国人民所面临的一个共同的灾难性问题。它给人类社会造成过不少生命、财产的严重损失。随着社会生产力的发展，社会财富日益增加，火灾损失上升及火灾危害范围扩大的总趋势是客观规律。随着社会生产力的发展，社会财富日益增加，火灾损失上升及火灾危害范围扩大的总趋势是客观规律。据联合国“世界火灾统计中心”提供的资料介绍，发生火灾的损失，美国不到7年翻一番，日本平均16年翻一番，中国平均12年翻一番。全世界每天发生火灾1万多起，造成数百人死亡。近几年来，我国每年发生火灾约4万起，死2000多人，伤30004000人，每年火灾造成的直接财产损失10多亿元，尤其是造成几十人、几百人死亡的特大恶性火灾时有发生，给国家和人民群众的生命财产造成了巨大的损失。严峻的现实证明，火灾是当今世界上多发性灾害中发生频率较高的一种灾害，也是时空跨度最大的一种灾害。火灾的危害性具体体现在以下五个方面。 （1）火灾会造成惨重的直接财产损失 （2）火灾造成的间接财产损失更为严重 。现代社会各行各业密切联系，牵一发而动全身。一旦发生重、特大火灾，造成的间接财产损失之大，往往是直接财产损失的数十倍。 （3）火灾会造成大量的人员伤亡 。 （4）火灾会造成生态平衡的破坏，据资料统计，我国年均森林火灾毁林面积达100万公顷（我国森林覆盖率仅为13%，日本60%），森林大面积减少，造成洪水泛滥。 （5）火灾会造成不良的社会政治影响 。然而很多火灾都是由于发现不及时导致了严重的后果，及早发现隐患对于后期的救灾具有至关重要的作用。于是烟雾传感器就应运而生了，而烟雾传感器以其独特的优势，在火灾报警和有害气体检测起到了至关重要的作用。而基于烟雾传感器的火灾报警器也就顺应时代的要求产生了，他克服了很多的不确定性，大大减小了误报率，在实际生活中有很大的应用价值。1.2建筑物防灾现状在建高层建筑的消防设施缺乏或不完善。由于在建高层建筑物本身的消防设施未建成或不完善，部分在建工地的火灾自动报警系统尚未建立或不完善，使初期火情不易被察觉；部分虽有消防设施，但由于未接通水电，此时的消防设施只是“摆设”， 而且施工场地大多采用临时水源，水压不足，且大部分工地未设置消防水池；部分建筑工地没有配备消防器材或配备不足，切存放位置不明显,随意丢放现象严重，施工周期长的工地灭火器材失效现象严重。在建高层建筑内外可燃物质多。在建高层建筑外围的施工的脚手架和安全防护网大多用可燃材料做成；内部存放大量装饰、装修材料多为可燃易燃物品；施工人员临时搭建的仓库、食堂、工棚等，这些简易建筑大部分采用木材、竹子、油毡等可燃材料搭建，里面还存放大量施工人员的生活物品，这都增加了火灾的荷载。在建高层建筑内部情况复杂。工程在建过程中，建筑材料堆垛多，脚手架多，存放物多，物品杂乱无章；一些工地为了建筑工地、建筑材料的安全，在一些在建楼层内的通道、楼梯、库室设置临时的门、档板等障碍物，并且没有必要的安全出口指示标志，使人很难找到安全出口；但与此相反由于正在施工，楼梯间、电梯井等未做防火防烟处理，成为火势蔓延的途径。工地周边的各种建筑材料、垃圾堆积如山，严重堵塞消防通道，一旦发生火灾，这些都给人员疏散，官兵灭火救援带来极大的阻碍。安全生产制度落实不严，电气设备设计不规范。笔者深入当地的多处在建高层建筑工地中实地查看，从查看的情况看，虽然大部分工地的相关安全生产制度都能上墙公布，但抓落实不严，安全生产管理松懈，管理人员消防安全意识淡薄，麻痹、侥幸心理严重，工地中电焊、电工等特种工操作人员缺乏专业培训。施工方为了赶进度，用人审查制度不严，不少特种工都没有特种行业许可证，属无证上岗，施工时操作不规范，违反安全生产制度现象时有发生。此外，由于施工现场用电量大，而建筑工地用电是临时性的，导致安装极不规范，电线私拉乱接、配电箱随意安装现象严重。由于电线移动频繁，致使绝缘层破损，易引起短路而引发火。这些都是在建高层建筑实际存在但又容易被工人忽略的火灾隐患。工人消防安全意识淡薄，生活用火用电隐患普遍。由于高层建筑工地施工用电、用气、用火量大，施工人员者大多为外来务工人员，消防安全意识淡薄，消防安全素质偏低，私拉乱接电线、就地生火做饭、使用液化气、乱扔烟头等现象普遍，特别是冬季，有些施工人员甚至烧木材取暖。建筑内部设施一般达不到防火要求，临时布线过多、过乱，施工现场木料、模板、防护网、装修贴面材料、油漆、工人的生活物品等都是易燃、可燃物品多，如果生活用火用电稍有不慎，极易引发火灾。北京央视北配楼“2。9”火灾正突出反映了单位负责人及员工消防安全意识淡薄。1.3 设计目的为了能切实保障人们的生命安全及财产安全不受火灾的影响，设计出一种能够在火灾刚刚发生时或者有可燃气体堆积引起的火灾隐患或人员安全时就能报警的装置，就能极大地减少不良后果的发生。做到防患于未然。报警器通过内部智能处理器感应离散光源、微小的烟粒和气雾来检测，一旦检测到烟雾，立刻通过一个内置的专用IC驱动电路和一个外部压电式换能器输出报警声，使人们及早得知火情，将火灾扑灭在萌芽状态。第2章 原理分析2.1原理本设计烟雾传感器采用MQ-2，在可燃气体或烟雾中MQ-2烟雾传感器的电阻会有相应的变化，MQ-2 气敏元件的结构和外形如图1 所示由微型AL2O3 陶瓷管、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不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有只针状管脚，其中个用于信号取出，个用于提供加热电流。图1：MQ-2实物图由于当有烟雾或有害气体产生时引起传感器变化的是电阻所以用图2 所示的驱动电路就可以将非电信号转换成电压。H两端接到电源的两端起预热的作用。图2：典型应用电路2.2报警系统功能设计液晶显示器根据smog信号和see信号，显示白天与黑夜，安全与危险。当有危险时，显示并同时声光报警。当按键按下时，外部中断触发，跳出报警。当按下复位时，程序重新启动。2.3报警系统设计方案根据报警器的功能确定设计方案，设计包括硬件和软件设两个部分。包括热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机控制电路及相关的控制管理软件组成。声、光报警执行电路单片机复位电路传感器探头信号处理报警器指示灯驱动图2.1 报警器设计框图3各部分电路设计3.1单片机89C52机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址1时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流。P3口也可作为AT89C52一些特殊功能口，如下所示：P3口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INT0（外部中断0）P3.3 INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 （外部数据存储器写选通）P3.7 （外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/：当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。PSEN：外部程序存储器的选通信号端。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/VP：当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：反向振荡器的输出,如采用外部时钟源驱动器件，应不接。图3.1 单片机3.2 系统初始化电路复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。本报警器是外部手动按键复位电路。图3.2单片机复位电路3.3时钟电路XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us。如图3.3时钟电路3.4 声音报警电路用一个蜂鸣器、三极管和电阻接到单片机P2.1引脚上，当单片机的P2.1引脚被置低电平后蜂鸣器响，当单片机的P2.1引脚被置高电平后，蜂鸣器不响。系统检测到信号时，蜂鸣器发出“滴答滴答”的声音，这样就实现了声音报警的功能。图3.4 声音报警电路3.5 发光报警电路由2个发光二极管接上电阻后连上单片的P1引脚，外接VCC，当单片机的P2.0引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，P2.0引脚被置高电平后，发光二极管被熄灭，这样起到报警作用。图3.5 发光报警电路（因器件过多，仅以2个示意）3.6外部中断电路按下手动复位键后，系统进入中断程序，程序使系统停止报警。图3.6外部中断电路3.7供电电路通过电脑USB供电，按下开关D9亮，则通电3.8液晶显示电路D0-D7输送数据，单片机通过控制RS WR LCDEN的高低电平，控制液晶的显示3.9光敏传感器电路光敏传感器感光，则电阻变小，当可调电阻适当时，电平由高转低，为单片机所感知3.10烟雾传感器电路当有烟雾时，smog变为高电平，4 用Altium Designer软件绘制原理图打开Altium Designer软件，进行原理图绘制，在绘制过程中要注意元件的封装。5 实物照片6 根据报警器功能编写程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit beep=P20;sbit see=P22;sbit smog=P23;sbit lcden=P35;sbit lcdrs=P34;sbit lcdwr=P24;uchar code table0= S I F E ;uchar code table1= S O S ! ;uchar code table2= D A Y ;uchar code table3= N I G H T ;uchar num;uchar i,j,mu,flag=1;void dsp();void action0();void action1();void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void write_com(uchar com)lcdrs=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_data(uchar date)lcdrs=1;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init()lcdwr=0;lcden=0;write_com(0x38);write_com(0x0e);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80+0x10);void 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