于博+歐陽宏基

摘 要：隨著當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展與易燃材料的大量應(yīng)用，所以，就有必要來研制一種結(jié)構(gòu)相對簡單、經(jīng)濟(jì)，且實(shí)用的煙霧檢測及報(bào)警系統(tǒng)來滿足防火的需要。本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為基礎(chǔ)的煙霧報(bào)警器軟件設(shè)計(jì)以MQ-2氣體傳感器為檢測節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)通過檢測待測區(qū)域的氣體與煙霧的氣體濃度，經(jīng)過對相關(guān)獲取信號(hào)的調(diào)整處理，數(shù)據(jù)采集到單片機(jī)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換處理，進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，在進(jìn)行測試中達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)，體現(xiàn)在當(dāng)被測煙霧濃度超過預(yù)設(shè)數(shù)值，進(jìn)行報(bào)警，該系統(tǒng)集成度高，設(shè)計(jì)簡單，可滿足多種場合的煙霧報(bào)警。

關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī)；煙霧報(bào)警；仿真開發(fā)

中圖分類號(hào)：TP311.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言（Introduction）

近年來，智能建筑的迅速發(fā)展，工業(yè)與生活等面臨火災(zāi)的各種隱患變得愈發(fā)廣泛，安全防火已經(jīng)從過去的人工控制發(fā)展為目前的火災(zāi)智能報(bào)警、智能滅火階段。目前存在的傳感器設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者對傳感器和電路設(shè)計(jì)對報(bào)警器對煙霧的響應(yīng)反饋影響很關(guān)鍵，在綜合分析了氣敏式傳感器、離子式煙霧傳感器、光電傳感器后，選擇了應(yīng)用廣泛和對煙霧反饋及時(shí)的氣敏式傳感器。本文根據(jù)傳感器的類型給出一種基于STC89C52單片機(jī)的煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方面，首先從總體設(shè)計(jì)方案入手進(jìn)行需求分析，然后按照系統(tǒng)功的要求對各硬件電路單元進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，其次進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件仿真，設(shè)計(jì)要求達(dá)到了對于家庭和工廠的氣體泄漏裝置，同時(shí)對家庭液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測，報(bào)警器能夠達(dá)到一定數(shù)值后自動(dòng)報(bào)警。

2 基于STC89C52單片機(jī)的煙霧報(bào)警器的硬件電路設(shè)計(jì)（Design of hardware circuit of smoke alarm based on STC89C52 single chip microcomputer）

在信號(hào)采集前端節(jié)點(diǎn)，煙霧檢測傳感器一般我們選取的傳感器的型號(hào)是可燃?xì)怏w傳感器MQ-2，在具體檢測中，該型號(hào)的氣體傳感器在材料選取的介質(zhì)氣敏材料是在純凈的空氣中電導(dǎo)率一般較低的二氧化錫。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生可燃?xì)怏w、煙霧、溫度增高的變化，同時(shí)該傳感器的電導(dǎo)率會(huì)引起系列變化，具體體現(xiàn)在隨著空氣中的各種可燃?xì)怏w濃度的增高而引起了電導(dǎo)率的數(shù)值增大。我們只需要簡單的電路設(shè)計(jì)，就能夠?qū)⒃摑舛葻熿F數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的進(jìn)行輸出。在具體實(shí)踐中，該氣體傳感器對大部分氣體靈敏度高，具體體現(xiàn)在液化氣、丙烷、氫氣等，同時(shí)對天然氣和其他可燃物產(chǎn)生的蒸汽的檢測效果也很靈敏。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，另外煙霧中含有多種MQ-2可檢測的其他，則其可作為煙霧傳感器使用，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。圖1為硬件原理圖。

3 傳感器性能分析（Sensor performance analysis）

圖2是氣體傳感器的結(jié)構(gòu)圖，圖3是傳感器的基本測試電路。該傳感器需要施加兩個(gè)電壓：加熱器電壓（VH）和測試電壓（VC）。其中VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。VC則是用于測定與傳感器串聯(lián)的負(fù)載電阻（RL）上的電壓（VRL）[1]。這種傳感器具有輕微的極性，VC需用直流電[2]源。在滿足傳感器電性能要求的前提下，VC和VH可以共用同一個(gè)電源電路。為更好利用傳感器的性能，需要選擇恰當(dāng)?shù)腞L值。

3.1 靈敏度特性

儀器傳感器的氣敏材料的測量精度關(guān)系著火災(zāi)發(fā)生時(shí)的報(bào)警啟動(dòng)時(shí)間，同時(shí)測量結(jié)果的數(shù)值與被測量真值的真實(shí)結(jié)果偏離程度是要關(guān)注的重點(diǎn)。在火災(zāi)煙霧報(bào)警中，精度是一個(gè)相對的數(shù)值，任何一種測量的精密程度高低都只能是相對的，都不是絕對數(shù)值的精確，為使測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠.盡量減少誤差，提高測量精度必須充分認(rèn)識(shí)測量可能出現(xiàn)的誤差，以便采取必要的措施來加以克服。通常在測量中有基本誤差、補(bǔ)償誤差、絕對誤差、相對誤差、系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、過失誤差與抽樣誤差等[3]。MQ-2煙霧傳感器[4]靈敏度曲線如圖4所示。

3.2 煙霧檢測傳感器電路原理圖

MQ-2煙霧傳感器電路原理如圖5所示。

其中U11（MQ-2）的PIN5與PIN2為加熱電路，對應(yīng)結(jié)構(gòu)圖中的兩個(gè)H端；PIN1、PIN3、PIN4、PIN6構(gòu)成檢測電路。MQ-2傳感器的供電電壓Vc和加熱電壓Vh都為5V，負(fù)載電阻R20為5.1kΩ。ADC1（P1.1）在清潔空氣中的值以及檢測到煙霧時(shí)的值需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)整，以下僅為在實(shí)驗(yàn)條件下做的不完全的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，僅供參考。在清潔空氣中，ADC1的AD采樣值為50左右；在煙霧中（燃燒紙產(chǎn)生的煙霧或者液化氣），ADC1的AD采樣值為大于85。當(dāng)AD采集的數(shù)值大于85時(shí)表明檢測到煙霧。

4 軟件實(shí)現(xiàn)（Software implementation）

#include

void main（void）

{

uint j；

uart1_init（）； P1ASF=（1<

ADC_CONTR=ADC_360T|ADC_ON；

while（1）

{

delay_ms（500）；

j=adc10_start（1）； if（j>0x55）

Uart1_String（"YanWu"）；

}

}

uint adc10_start（uchar channel）

uint adc；

uchar i；

ADC_RES=0；

ADC_RESL=0；

ADC_CONTR=（ADC_CONTR & 0xe0）|ADC_START|channel；

i=250；

do{

if（ADC_CONTR & ADC_FLAG）

{

ADC_CONTR &= ～ADC_FLAG；

adc=（uint）ADC_RES；

adc=（adc<<2）|（ADC_RESL & 3）；

return adc；

}

}while（--i）；

return 1024；

}

5 使用STC-ISP軟件進(jìn)行測試

設(shè)計(jì)完成后，該系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件要進(jìn)行軟件測試，采用STC-ISP軟件進(jìn)行測試，打開STC-ISP，在MCU Type欄目下選中單片機(jī)，選擇STC89C52，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，采用人造煙霧來進(jìn)行驗(yàn)證，當(dāng)ADC1（P1.1）采集的值大于85時(shí)，表示有煙霧，輸出字符串“YanWu”，如圖6所示。本仿真器對煙霧敏感度高，報(bào)警反應(yīng)快，聯(lián)動(dòng)報(bào)警達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期。

6 結(jié)論（Conclusion）

本系統(tǒng)采用了常見的STC89C52型單片機(jī)，同時(shí)搭配MQ-2型煙霧傳感器進(jìn)行開發(fā)了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、使用簡潔。設(shè)計(jì)了適合工業(yè)和小型場合使用的可燃?xì)怏w報(bào)警儀。在設(shè)計(jì)中該系統(tǒng)能夠充分在運(yùn)行中利用STC89C52型單片機(jī)其對的高速處理數(shù)據(jù)的能力和其搭載的豐富的單片機(jī)片內(nèi)外設(shè)存儲(chǔ)器，從而實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的移動(dòng)性強(qiáng)、智能化高，適應(yīng)二次開發(fā)能力強(qiáng)。同時(shí)該系統(tǒng)集成度高、成本低，操作非常方便，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] 馬巧麗，林瑞全.基于STC12C5A60S2單片機(jī)的可燃?xì)怏w報(bào)警儀的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電技術(shù)，2012（04）：111-113.

[2] 蔡曉艷，胡朝陽.基于STC89C52單片機(jī)的火災(zāi)語音報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2015（07）：67-69.

[3] 吳敏，劉旭明.基于AT89C52單片機(jī)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)[J].金陵科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，28（3）：30-31.

[4] 賈應(yīng)煒.基于AT89C52單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械與電子，2015（04）：50-52.

[5] 黃志敏.基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作，2015（06）：42.

作者簡介：

于 博（1981-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：嵌入式開發(fā)，圖像處理技術(shù)研究.

歐陽宏基（1982-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：軟件工程，JAVAEE應(yīng)用.