烟雾检测报警器设计

PAGEPAGE6目录TOC\o"1-2"\h\z\u一、烟雾检测报警器设计思路 1二、烟雾检测报警器工作原理 1三、烟雾报警器设计 23.1系统硬件设计 23.2系统软件设计 4四、总结 5参考文献 6

一、烟雾检测报警器设计思路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，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、单片机控制电路。烟雾信号采集电路一般由烟雾传感器和模拟放大电路组成，将烟雾信号转化为模拟的电信号。模数转换电路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。为方便检测与监控，使仪器测试人员及用户能够直观地观察到环境中的可燃烟雾浓度值，可将浓度值送到显示屏中。方便调节报警限，可以加入按键。为使报警装置更加完善，可以在声音报警基础上，加入光闪报警，变化的光信号可以引起用户注意，弥补嘈杂环境中声音报警的局限。以上是根据报警器应具备的功能，提出的整体设计思路。烟雾传感器及单片机是可燃烟雾检测报警器的两大核心，根据报警器功能的需要，选择合适、精确、经济的烟雾传感器及单片机芯片是至关重要的。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信号采集部分，是仪表核心组成部分之一。由此可见，传感器的选型是非常重要的。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露的场所，根据报警器检测种类的要求，一般选用接触燃烧式传感器和半导体烟雾传感器。二、烟雾检测报警器工作原理设计中的烟雾检测报警器以STC12C5410AD单片机为控制核心，采用2M007型电阻式半导体传感器采集烟雾信息。首先，传感器送来的烟雾浓度对应的微小的电压信号经过放大，转化成较大的电压信号送入STC12C5410AD单片机；然后，在STC12C5410AD单片机内A/D转换、浓度比较，对数据进行线性化处理，将数字化电压信号转化成为对应的十进制浓度值；最后，将实际可燃性气体浓度送入液晶，并判断浓度值是否超出报警限，当浓度处于正常状态绿灯长亮，当烟雾浓度超出设定的限定值时，发出声音报警并伴随红灯闪亮。另外由于烟雾传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反应越快，响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时间，保证传感器准确地、稳定地工作，报警器需要向烟雾传感器持续输出一个5V的电压。为了保证其可靠性，在输出5V的电压的同时，进行故障监测。当传感器加热丝或电缆线和传感器断线或接触不良时，进行故障报警，发出声光报警信号。当然几种状态的报警信号是各不相同的。三、烟雾报警器设计报警器系统结构框图如图1所示，系统以单片机为核心，配合外围电路共同完成信号采集、浓度显示、时间显示、状态显示、声音及闪烁报警、按键输入、故障自检等功能。报警器采用巡检的工作方式，进行两级报警值设定，并发出不同的光、声信号。系统应采用高性能的单片机，要求工作稳定、测量精度高、通用性强、功耗低，保证报警器的精确性及可靠性，而且最好体积小，成本低，有利于减少报警器的体积，降低报警器的成本。图1可燃性气体检测报警器结构框图3.1系统硬件设计①前置放大电路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。如图2所示，从传感器的上端出来的信号Vi经过运算放大器的同相输入端，但是为保证引入的是负反馈，输出电压Vo通过电阻R4接到反相输入端，同时，反相输入端通过电阻R3接到参考电压Vref。图2前置放大电路图=2\*GB3②报警电路声音报警电路图如图3所示。当单片机STC12C5410AD的17脚(P3.7)置1时，三极管Q1导通，蜂鸣器报警。本报警器采用单片机STC12C5410AD的PWM功能，如果烟雾浓度达到报警限，单片机控制P3.7(PWM)口输出占空比一定的脉冲，报警时蜂鸣器会发出如警车警笛的声音。图3声音报警电路图3.2系统软件设计主程序流程图如图4所示。首先要给传感器预热三分钟，程序初始化结束后，系统进入监控状态。预热同时，对传感器加热丝故障检测，采用软件方式检测传感器加热丝或电缆线是否断线或者接触不良。STC12C5410AD单片机对传感器检测的烟雾浓度信号进行A/D转换、平均值法滤波、线性化处理后，将浓度值与报警限设定值相比较，判断是否报警。同时送入段式液晶显示烟雾浓度值。主程序还包括状态指示灯及按键功能设置，中断子程序等，使报警器功能更加完善。图4主程序流程图四、总结想当初拿到题目时束手无策的样子，真的是很不懂事。因为，题目上出现的内容让我望而却步了。直到快要毕业时，才发现自己学到的东西太少了，而要学习的东西太多太多。曾经想多放弃，但放弃意味着什么？老师的一席话让我如梦初醒：虽然快毕业了，但毕业以后，你们要学习的东西还很多。人生就是不断的学习，不断的进步，不断的接受新事物才能学到很多有用的知识。倘若放弃，那么以后的人生就是被别人放弃。倘若没有这次课程设计，那么我将失去人生中最重要的教育：那就是，不能轻言放弃。在这两周中，找资料的过程让我学到很多。对单片机的了解也随之加深，它在烟雾报警系统中的应用，很多附件的应用，很多芯片的结构都有了一定的了解。在画图过程中，对Protel99SE软件能够操作自如。也对KEIL编程环境有了一些了解。对于这类设计，我觉得首先以前学的电路原理、数模电技术等基础知识要扎实，要会融会贯通。其次要对相关芯片有所了解，如主要功能、引脚功能、典型集成电路等。对于我这个设计，使用了AT89C51单片机，但我们现在还没有学单片机，所以设计时我要先对这类单片机有较充分的了解。这样也好，先了解单片机以后学习起来就容易些。然后，要学会使用相关电子设计软件，画原理图、PCB图都要用到的，并且也要知道一些元器件的封装，不然PCB图是画不出来的。这次设计也对我以后的毕业设计有所帮助，至少给我提供了一个整体的思路。临近毕业，回想甚多。在学校里学到的东西大多偏于理论，实践的太少。想想我们以后走向工作岗位，应该是实践与理论相结合。所以，我们应该把握现在，好好学习。课程设计，不单单只是设计，还是一次敢于接受新事物的挑战，锻炼你的意志，磨练你的性格。这是一次再育的机会，所以我们必须珍惜。设计已接近尾声，我希望大家遇到困难时请不要轻言放弃，要相信自己，努力学习，困难就会迎韧而解的。参考文献[1]李全利，单片机原理及应用技术。北京：高等教育出版社，2004[2]金发庆，传感器技术与应用。北京：机械工业出版社，2004[3]王曙霞，单片机实验与实训指导。西安：西安电子科技大学出版社，2007[4]及力，Protel99SE原理图