烟雾传感器的设计

德州学院2011级电子信息工程技术专业PAGEPAGE1课程设计题目烟雾传感器的设计指导教师张俊叶学生姓名王龙熙张跃曹聪君学号20111080501950235015专业电子信息工程技术教学单位物理与电子信息学院（盖章）二O一三年五月二十日烟雾传感器的设计王龙熙张跃曹聪君(德州学院物理与电子信息学院，山东德州253023)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词Chignolin：实时性，高度灵敏，传感器1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。2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６只针状管脚，其中４个用于信号取出，２个用于提供加热电流。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1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1：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P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（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复位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感应电路感应电路包括时钟电路，光敏传感电路，气敏传感电路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。图3.3时钟电路利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测光敏传感器，光强则电阻变小，当可调电阻适当时，电平由高转低，为单片机所感知图3.4光敏传感器电路当有烟雾时，smog变为高电平，气敏传感电路是整个传感器探头部分最为重要的地方，当气敏薄膜与待测气体相互作用，使得气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化时，为单片机所感知。图3.10气敏传感器电路3.4报警器以及执行电路这个部分电路包括声、光报警器的执行电路以及报警器指示，用一个蜂鸣器、三极管和电阻接到单片机P2.1引脚上，这样就实现了声音报警的功能。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。4用AltiumDesigner软件绘制原理图打开AltiumDesigner软件，进行原理图绘制，在绘制过程中要注意元件的封装。图4烟雾传感器电路图5根据报警器功能编写程序#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitbeep=P2^0;sbitsee=P2^2;sbitsmog=P2^3;sbitlcden=P3^5;sbitlcdrs=P3^4;sbitlcdwr=P2^4;ucharcodetable0[]="SIFE";ucharcodetable1[]="SOS!";ucharcodetable2[]="DAY";ucharcodetable3[]="NIGHT";ucharnum;uchari,j,mu,flag=1;voiddsp();voidaction0();voidaction1();voiddelay(uintz){ uintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}voidwrite_com(ucharcom){ lcdrs=0; P0=com; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0;}voidwrite_data(uchardate){ lcdrs=1; P0=date; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0;}voidinit(){ lcdwr=0; lcden=0; write_com(0x38); write_com(0x0e); write_com(0x06); write_com(0x01); write_com(0x80+0x10);}voiddsp(){ init(); if(mu==1) { for(num=0;num<12;num++) { write_data(table1[num]); delay(20); } } else { for(num=0;num<11;num++) { write_data(table0[num]); delay(20); } } if(see==0) { write_com(0xc0+17); delay(50); for(num=0;num<10;num++) { write_data(table2[num]); delay(40); }} else { write_com(0xc0+17); delay(50); for(num=0;num<13;num++) { write_data(table3[num]); delay(40); } } for(num=0;num<16;num++) { write_com(0x18); delay(20); }}voidmain(){ j=1; EA=1; EX0=1; IT0=1; while(1) { dsp; if(smog==1)mu=1; if(mu==1)action1(); }}voidaction0(){ dsp(); for(i=0;i<2;i++) { P1=0xfd; beep=1; delay(50); if(flag==0)break; P1=0xf7; beep=0; delay(50); if(flag==0)break; flag=1; }}voidaction1(){ dsp(); for(i=0;i<100;i++) { P1=0xff; beep=1; delay(50); if(flag==0)break; P1=0xf0; beep=0; delay(50); if(flag==0)break; mu=0; flag=1; }}voidenter0()interrupt0{ flag=0; }6心得体会在本次制作传感器的过程中，感觉自己收获颇多。首先，通过自己查找资料认识了一种用途非常广泛的传感器，即热释电红外传感器，对其原理、应用领域都有了一定的了解。其次，在亲手制作时不仅学到了跟多东西，而且也暴露了自己的一些问题。在确定方案是首先想到的就是用到单片机，第一，用单片机能简化电路，电路可靠性高。第二，本学期正好在学习单片机这门课程，可以借此机会巩固这方面的知识，这样可以做到学以致用，。在绘制原理图过程中进一步熟悉了Alti