基于單片機(jī)的煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：本設(shè)計(jì)是利用MQ-2型的半導(dǎo)體可燃性氣體敏感元件煙霧傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧的濃度的檢測(cè)，并且它靈敏度夠高、反應(yīng)速度快、抗干擾性的能力比較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。并且價(jià)格也經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，使用壽命也比較長(zhǎng)。單片機(jī)則是選用的STC12C5410AD單片機(jī)，它里面包括A/D轉(zhuǎn)換、硬件乘法器、硬件脈寬調(diào)制器等資源，具有高速處理、低功消耗、抗干擾性性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。以STC12C5410AD單片機(jī)和MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器、溫度傳感器以及火焰?zhèn)鞲衅骺蓪?shí)現(xiàn)聲音閃光燈報(bào)警的方式、故障的自我診斷、濃度顯示、報(bào)警限設(shè)置、延時(shí)報(bào)警以及與上位機(jī)串口通信的功能。是一種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、性能相對(duì)穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格實(shí)惠、智能化的報(bào)警裝置。資助具有一定的實(shí)用價(jià)值。根據(jù)其理論做出的成品進(jìn)行相關(guān)的反復(fù)檢測(cè)后，得出：煙霧濃度設(shè)定值為3，溫度高低設(shè)定值為30℃時(shí)，報(bào)警器的各項(xiàng)工作情況都比較穩(wěn)定和準(zhǔn)確，火焰?zhèn)鞲衅饕蚕鄬?duì)比較穩(wěn)定，能夠精確的進(jìn)行報(bào)警。當(dāng)溫度超過60℃時(shí)，會(huì)有1℃左右的誤差，能夠適用于廣大家居，工作場(chǎng)所。

關(guān)鍵詞：煙霧；報(bào)警器；單片機(jī)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.261

1 選題背景及研究意義

目前為止，為了滿足不同地方的不同需求，所以不同的場(chǎng)所都會(huì)安裝不同功能的煙霧報(bào)警系統(tǒng)。煙霧報(bào)警系統(tǒng)的主要功能就是能夠?qū)崟r(shí)的檢測(cè)當(dāng)前的環(huán)境并能夠及時(shí)的報(bào)警提示該區(qū)域內(nèi)的用戶及周圍的居民來(lái)做出相對(duì)應(yīng)的防范措施。它就好比是一個(gè)稱職的警衛(wèi)，能夠給正在忙碌或者休息中的用戶提供很強(qiáng)的安全感 。相對(duì)的，如果能在火災(zāi)發(fā)生前能夠準(zhǔn)確，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并且能夠快速的報(bào)警的話，對(duì)于提前預(yù)防所可能遇到的各種損失都能夠做出及時(shí)的各種措施。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

傳感器的發(fā)展起步相對(duì)較晚，但也有三個(gè)階段：結(jié)構(gòu)傳感器階段、物性傳感器階段、智能型傳感器階段。在國(guó)內(nèi)，傳感器技術(shù)的起步很早，但是卻不被人們看好。不管其運(yùn)行速度和檢測(cè)效果都差強(qiáng)人意。直到1986年我國(guó)才正式將傳感器技術(shù)列入重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目之一。雖然相對(duì)于其它國(guó)家而言比較落后，但是經(jīng)過這么多年以來(lái)的發(fā)展和研究，我國(guó)的傳感器技術(shù)已初具規(guī)模了。

研究成果及特色：該報(bào)警器由于是多功能集煙霧、火災(zāi)、溫度報(bào)警器于一體，該設(shè)計(jì)最大的特點(diǎn)是能夠交三種報(bào)警裝置集于一體，可以節(jié)省許多不必要的開支，可以不用安裝三個(gè)不同的報(bào)警器，能夠在各種場(chǎng)合安裝，家庭，公司以及公共場(chǎng)所都可以，應(yīng)用廣泛，實(shí)際應(yīng)用比較突出。

火災(zāi)報(bào)警器的總體方案設(shè)計(jì)：

3 系統(tǒng)的功能要求

對(duì)于本系統(tǒng)的功能于研究成果中提出，詳細(xì)成果為以下：（1）對(duì)于火情的檢測(cè)：對(duì)于火災(zāi)的報(bào)警我們應(yīng)該提高其準(zhǔn)確性和及時(shí)性，所以該系統(tǒng)需要使用多種方法進(jìn)行檢測(cè)。所以在本課題的設(shè)計(jì)之中我們加入了對(duì)溫度的檢測(cè)裝置、火焰檢測(cè)裝置和煙霧濃度的檢測(cè)裝置來(lái)對(duì)有可能發(fā)生的火災(zāi)進(jìn)行檢測(cè)并實(shí)時(shí)進(jìn)行報(bào)警。（2）聲光的報(bào)警功能：當(dāng)探測(cè)區(qū)域煙霧濃度比較大，有火焰產(chǎn)生或是有故障等異常狀況發(fā)生的時(shí)候，報(bào)警器就會(huì)進(jìn)行燈光閃爍報(bào)警并伴隨蜂鳴響動(dòng)。

4 系統(tǒng)的技術(shù)性需求

熟悉并掌握該系統(tǒng)的工作原理和功能時(shí)，我們要大概的確定該系統(tǒng)的技術(shù)需求。

系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)。大致上就是通過對(duì)溫度高低、煙霧濃度和火焰的感應(yīng)來(lái)傳達(dá)到單片機(jī)上，然后單片機(jī)對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速整理和分析并輸出信號(hào)至終端，然后終端給出相應(yīng)的顯示和動(dòng)作，即當(dāng)檢測(cè)值達(dá)到甚至超過設(shè)定值時(shí)，會(huì)顯示出檢測(cè)的數(shù)值并進(jìn)行蜂鳴報(bào)警。

5 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

主控制電路設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)類型是與STC89C51區(qū)別不大但具備更多優(yōu)點(diǎn)的STC89C52。STC89C52作為CMOS的8位微控制裝置，它能量消耗低且性能更高，在可編程Flash儲(chǔ)存器中更是具有8K系統(tǒng)。而且在單芯中，它能夠有效的在嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中提供更高的靈活度和解決方案，即他擁有了8位CPU和可編程的Flash。

單片機(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。相對(duì)于其它類型的單片機(jī)而言，本設(shè)計(jì)使用的STC類型的單片機(jī)優(yōu)點(diǎn)更多更容易使用。

煙霧檢測(cè)AD采集電路。MQ-2型煙霧傳感器是作為本設(shè)計(jì)采用的主要傳感器之一。實(shí)驗(yàn)時(shí)它能夠準(zhǔn)確和及時(shí)的將所獲取的信號(hào)轉(zhuǎn)入至A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中并轉(zhuǎn)換成數(shù)字顯示在數(shù)碼管上。

電源模塊。使用帶USB連線進(jìn)行供電，該供電方式多適用于實(shí)驗(yàn)的時(shí)候使用，并且使用方便，不管是插在電腦上或者常用的充電寶上都能使用并且供電穩(wěn)定。

溫度傳感器電路。對(duì)于煙霧傳感器而言，其工作方式與溫度傳感器是差不多的，只是相對(duì)的進(jìn)行了煙霧的檢測(cè)然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換傳至單片機(jī)內(nèi)部工作。此外，本設(shè)計(jì)使用的是MQ-2型煙霧傳感器，所以并不能夠完全地檢測(cè)所有氣體。MQ-2型煙霧傳感器主要是對(duì)烷類氣體具有很強(qiáng)的過敏性，所以能夠有效的防止煤氣等的泄漏。

6 硬件的調(diào)式以及結(jié)果

調(diào)試的方法。電路成功地供電運(yùn)行之后，我們要首先把顯示程序加載進(jìn)去觀察，顯示的正常與否是決定我們選擇的重要指標(biāo)。而在調(diào)試各個(gè)元器件的時(shí)候，我們要仔細(xì)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)芈{(diào)試以達(dá)到理想的效果，當(dāng)出現(xiàn)一些問題的時(shí)候，我們也有足夠的能力面對(duì)和想出更好的解決辦法。

調(diào)試后的結(jié)果。對(duì)儀器進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，我們采用的是使火焰靠近火焰?zhèn)鞲衅鳎跓熿F傳感器上釋放一定量的烷類氣體（典型的就是打火機(jī)釋放的烷氣）以及對(duì)溫度傳感器施加超過設(shè)定值的溫度來(lái)達(dá)到報(bào)警效果。

在實(shí)際生活應(yīng)用中，本設(shè)計(jì)能夠作為一種正常的、重要的工具來(lái)對(duì)生活中的氣體、火焰和煙霧進(jìn)行檢測(cè)以防止災(zāi)情的發(fā)生。

7 結(jié)論

根據(jù)其理論做出的成品進(jìn)行相關(guān)的反復(fù)檢測(cè)后，得出：煙霧濃度設(shè)定值為3，溫度高低設(shè)定值為30℃時(shí)，報(bào)警器的各項(xiàng)工作情況都比較穩(wěn)定和準(zhǔn)確，火焰?zhèn)鞲衅饕蚕鄬?duì)比較穩(wěn)定，能夠精確的進(jìn)行報(bào)警。當(dāng)溫度超過60℃時(shí)，會(huì)有1℃左右的誤差，能夠適用于廣大家居，工作場(chǎng)所。符合大眾需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳海宴.51單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[2]胡漢才.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996.