《智能产品设计与应用》课件-MQ-2烟雾传感器与报警器

智能产品设计与应用MQ-2烟雾传感器原理案例导入01/PART

ONEMQ-2烟雾传感器原理MQ-2烟雾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)。当烟雾传感器所处环境中存在可燃气体时，烟雾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烟雾传感器气体浓度相对应的输出信号。MQ-2气体烟雾传感器对液化气、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。这种气体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烟雾传感器。MQ-2烟雾传感器简介MQ-2烟雾传感器原理MQ-2烟雾传感器原理MQ-2烟雾传感器工作原理是基于二氧化锡（SnO2）的气敏特性。MQ-2烟雾传感器是一种表面离子式N型半导体气体传感器，它使用二氧化锡作为敏感材料。在清洁空气中，二氧化锡的电导率较低，因为当传感器处于200到300摄氏度的环境中时，二氧化锡会吸附空气中的氧分子，形成氧的负离子吸附在材料表面。这个过程会导致半导体中的电子密度减少，从而使得其电阻值增加。当传感器与烟雾接触时，烟雾中的颗粒物会影响晶粒间界处的势垒，导致表面导电率发生变化。这种变化与烟雾的浓度成正比，即烟雾浓度越大，导电率越高，传感器的输出电阻就越低。通过测量这个电阻的变化，就可以得到烟雾存在的信息，并据此判断烟雾的浓度。MQ-2烟雾传感器原理MQ-2烟雾传感器模块特性MQ-2烟雾传感器在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度，对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高、长寿命、低成本、简单的驱动电路即可。具有信号输出指示。双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）。TTL输出有效信号为低电平。（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）。模拟量输出0~5V电压，浓度越高电压越高。对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度。具有长期的使用寿命和可靠的稳定性。快速的响应恢复特性。MQ-2烟雾传感器原理MQ-2烟雾传感器模块特性MQ-2烟雾传感器原理MQ-2烟雾传感器产品参数型号MQ-2工作电压DC5v工作电流150mA产品类型半导体器敏元器件检测气体烟雾、液化石油气、天然气和丙烷等检测浓度300~10000ppm（可燃气体）尺寸32mm×20mm×22mm输出支持开关数字信号、浓度模拟信号输出重量7.4gMQ-2烟雾传感器原理MQ-2数据采集硬件设计原理图MQ-2烟雾传感器的4脚输出随烟雾浓度变化的直流信号，被加到比较器U1A的2脚，Rp构成比较器的门槛电压。当烟雾浓度较高输出电压高于门槛电压时，比较器输出低电平（0v），此时LED亮报警；当浓度降低传感器的输出电压低于门槛电压时，比较器翻转输出高电平（Vcc），LED熄灭。调节Rp，可以调节比较器的门槛电压，从而调节报警输出的灵敏度。R1串入传感器的加热回路，可以保护加热丝免受冷上电时的冲击。MQ-2烟雾传感器原理MQ-2数据采集硬件设计ADC转换电路MQ-2传感器另外一个采集方法为AD信号采集，即将电压信号转化为数字信号，进而转化为精确的烟雾浓度值。MQ-2传感器的4脚、6脚的电压为输出信号，Rs为传感器的本体电阻。其中若气体浓度上升，必导致Rs下降。而Rs的下降则会导致MQ-2的4脚、6脚对地输出的电压增大。所以气体浓度增大，其输出的电压也会增大，最终通过ADC0832转换后数值增大。MQ-2烟雾传感器原理MQ-2数据采集硬件设计引脚说明VCC：电源正极接口，可外接3.3~5v供电电源。GND：电源负极接口，可外接电源负极或地线（GND）。DO：数字信号输出接口（0和1），可外接单片机的GPIO。AO：模拟信号输出接口，可外接单片的ADC采样通道。输入电压：DC5V功耗（电流）：150mA。DO输出：TTL数字量0和1（0.1和5V）。A0输出：0.1-0.3V（相对无污染）高浓度电压4V左右。模块引脚GPIOVCC3.3V/5VGNDGNDDONC（空）ADPA1用杜邦线把模块VCC和GND分别与CC530的3.3V(或5V)、GND连接；把DO与CC530的其中一个GPIO连接；把AD与CC530的其中一个ADC采样通道连接。智能产品设计与应用主讲教师：肖俊芳MQ-2烟雾报警器开发案例导入01/PART

ONEMQ-2烟雾报警器开发项目目的通过实验掌握CC2530芯片GPIO的配置方法；掌握MQ-2气体传感器的使用。项目设备硬件：PC机一台、ZB2530（底板、核心板、仿真器、USB线）一套、MQ-2气体传感器一个；软件：2000/XP/win7系统，IAR8.10集成开发环境。MQ-2项目目的及设备MQ-2烟雾报警器开发MQ-2程序设计程序设计方法一：参考硬件电路设计，比较器电路处理的检测信号只有高和低两种状态：当浓度低于阈值时，信号为高电平；浓度高于阈值时，信号为低电平。所以CC2530只需要将引脚配置为输入模式，监控该信号的高低电平即可。方法二：如果采用AD信号采集程序，实现对MQ-2烟雾浓度的采集，只需实现ADC0832采集函数便可完成信号的采集。但通过ADC0832采集到的信号为原始信号，要转换为实际的烟雾浓度，还需要根据MQ-2的特性进行校正和公式转换，最终得到实际的浓度值。MQ-2烟雾报警器开发MQ-2程序设计（1）程序界面MQ-2烟雾报警器开发MQ-2程序设计（2）主程序流程图MQ-2烟雾报警器开发MQ-2程序设计（3）主程序代码分析/*****************************************************************************文件名：Main.c*描述：加载头文件，定义变量，设置端口****************************************************************************/#include<ioCC2530.h>#include<string.h>#include<stdio.h>#include<ADC.h>#defineTXP0_3#defineA0P0_6

typedefunsignedintuint;intTX_data=0;intL,H;/*名称：main()*功能：以毫秒为单位延时16M时约为1070，系统时钟不修改默认为16M*入口参数：msec延时参数，值越大，延时越久*出口参数：无*/voidmain(void){

CLKCONCMD&=~0X47;//32khz系统时钟

while(CLKCONSTA&0x47);

Int_Usart();

while(1)

{

Init_ADC();

L=ADCL;

H=ADCH;

TX_data=(L>>2);

TX_data|=(H<<6);

printf("ADC的值L为%x\n\r",L);

printf("ADC的值H为%x\n\r",H);

printf("ADC的值为%d\n\r",TX_data);

DelayMS(1000);

}}MQ-2烟雾报警器开发MQ-2程序设计（4）串口初始化流程图及代码/*名称：Int_Usart()*功能：设置ADC采集串口*入口参数：无*出口参数：无*/

voidInt_Usart(void){PERCFG=0x00;//外设控制寄存器P0SEL|=0X0C;P2DIR&=~0XC0;U0CSR|=0X80;//选择uart模式U0GCR|=11;U0BAUD|=216;U0CSR|=0X40;//接收器使能UTX0IF|=0;}MQ-2烟雾报警器开发MQ-2程序设计（5）AD转换流程图及代码/****************************************名称：Init_ADC()*功能：初始化ADC，设置端口传输方向和功能，以及通道转换*入口参数：无*出口参数：无************************************/voidInit_ADC(void){P0DIR&=~0X40;//设置P0_6传输方向APCFG|=0X40;//设置P0_6端口功能