精选基于单片机的烟雾报警器设计与实现可行性研究报告.docx

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精选基于单片机的烟雾报警器设计与实现可行性研究报告

基于单片机的烟雾报警器设计与实现可行性研究报告

摘要

随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步,应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。

传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。

因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。

本论文以MQ-2半导体传感器和单片机技术为核心设计的气体报警器可实现声光报警功能，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器，具有一定的实用价值。

其中选用MQ-2传感器实现对气体的检测，具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。

经AT89C51单片机处理，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），如果大于则会自动启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态，而且在此设计中我们通过ADS1286和AT89C51单片机进行连接，将烟雾信号转换成单片机可识别的数字信号，经过单片机处理并对其进行分析，最终将烟雾的浓度显示在LED的显示管中。

1绪论

1.1论文研究来源、目的和意义

1.1.1论文研究来源

随着现代家庭用火、用电量的增加，家庭火灾发生的频率越来越高。

家庭火灾一旦发生，很容易出现扑救不及时、灭火器材缺乏及在场人惊慌失措、逃生迟缓等不利因素，最终导致重大生命财产损失。

家庭火灾的主要原因是麻痹大意，没有及时采取预防措施。

烟雾报警器是一种用于检测烟雾的感应传感器，一旦发生火灾危险，其内部的电子扬声器便会及时警醒人们。

在我国的一些大中城市，几乎每天都发生家庭火灾，所以防火是每个家庭必须时刻注意的问题。

假如能根据每家的实际情况预先采取简单的防火措施，一些悲剧是完全可以避免的。

消防部门的统计显示，在所有的火灾比例中，家庭火灾已经占到了全国火灾的30%左右。

家庭起火的原因林林种种，可能在我们注意得到的地方，也可能就隐藏在我们根本就注意不到的地方。

若在民用住宅中广泛使用烟雾报警器，便可有效减少火灾所造成的严重损失。

因此，研究烟雾的检测方法与研制烟雾报警器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题。

1.1.2论文研究目的和意义

众多数据表明，采用家用烟雾报警器的好处有：

1.可以再着火是迅速发现火灾;2.减少人员伤亡率;3.减少火灾损失，火灾损失往往仅限于首先着火的物质。

各项火灾统计还表明，着火与发现火灾之间的间隔时间越短，火灾死亡率就越低。

事实上，受烟雾报警器保护的家庭火灾死亡率低于那些没有这种保护的家庭火灾死亡率。

综上情况可知，在民用住宅中使用烟雾报警器是必不可少的。

现针对我国民用住宅缺乏使用烟感器意识的现象提出以下建议：

一、国家立法部门可制定相应法规，强制民用住宅区域安装烟感器;另外，政府参与调节烟感器的售价幅度，适当给予补贴政策，让普通家庭都能承受并愿意去购买。

二、针对居民对住宅防火如此无知，政府相关部门深入开展社会宣传工作，向居民广泛宣传住宅防火的重要性、必要性及具体措施。

大力发动民宗安装住宅烟感器，直到国内城乡居民住户全部普及使用为止。

三、消防协会可协同法律和保险部门，由家庭财产保险部门出资，对每幢居民住宅强制性安装烟火报警器，以此减少住宅火灾危险。

四、对新建的居民住宅，相关部门应强调必须安装烟感器。

还应组织检查城市旅馆、酒店、商场等公共场所是否合理安装烟感器。

以确保火灾发生后能将危害降到最低。

1.2烟雾报警器的国内外现状及发展趋势

1.2.1烟雾报警器的国内外现状

国外从20世纪30年代开始研究及开发烟雾传感器，且发展迅速，一方面是因为人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是因为传感器市场增长受到政府安全法规的推动。

据有关统计，美国1996年~2002年烟雾传感器年均增长率为27%~30%。

随着传感器生产工艺水平逐步提高，传感器日益小型化、集成度不断增大，使得烟雾检测仪器的体积也逐渐变小，提高了烟雾检测仪器的便携性，更加利于生产、运输及市场推广。

1963年5月，日本开发完成第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，次年12月其改良产品问世，改良的报警器可以检测燃气、一氧化碳等气体，可以安装在浴室或者采用集中监视。

我国在70年代初期开始研制烟雾报警器，生产型号多样、品种较齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增加。

但主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，进行研究与开发形成自己的特色。

近年来，在烟雾选择性和产品稳定性上也有很大进步。

燃气报警器可分为民用火灾烟雾报警器、工业用烟雾报警器、有毒有害烟雾报警器三大系列产品。

（1）民用火灾烟雾报警器

民用火灾烟雾报警器为居民家庭用的火灾报警器,一般安装在厨房，遇到火灾产生的烟雾时时，报警器可发出声光报警，或同时伴有数字显示，同时联动外部设备。

有的报警器可自动开启排风扇，把烟雾排出室外

（2）工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器

工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器只是检测探头有差异，而在原理和应用中都很相近。

工业用燃气报警器及有毒烟雾报警器根据检测环境的不同，也可分为检漏仪、控制器和探测器。

检漏仪的体积较小，可随身携带或手持，主要应用于燃气管理的查漏与巡检。

若有燃气泄漏，检漏仪便会发出声光报警，同时数字显示烟雾浓度，以便及时采取安全措施，防止爆炸等恶性事故的发生。

控制器与探测器结合使用，可在防爆现场长期监测烟雾的浓度。

探测器安装在防爆现场，控制器壁挂在值班室等有人值守的地方，二者采用屏蔽电缆线连接。

当在现场的探测器探测到燃气泄漏之后，通过屏蔽电缆线将信号传到控制器，控制器发出声光报警，同时启动排风装置或关闭电磁阀切断气源，以确保安全。

此种仪器广泛应用于液化气站、汽车加油站、锅炉房等工业场所。

1.2.2烟雾报警器的发展趋势

面对人类社会经济与技术急速发展的时代，伴随这电子、计算机、通讯和现代控制技术的迅速发展，现代火灾自动报警应用技术发展趋势正在向着全总线制、软件编程、网络化、智能化、多样化、小型化、社区化、蓝牙技术无线化、高灵敏化、综合化等方面发展。

针对当前火灾自动报警系统存在的通讯协议不一致，系统误报、漏报频繁，智能化程度低，网络化程度低、特殊恶劣环境的火灾探测报警抗干扰等问题较为突出的现象，提出在符合国家消防规范的基础下采用统一、标准、开放的通讯协议。

通过对新技术、新工艺、新材料和新设备的应用研究，对系统方案、设备选型的优化组合，改进火灾自动报警系统的工作性能、减少维护费用和维护要求，向着高可靠性、高灵敏性、低误报率、系统网络化、技术智能化方向发展，为更好的预防和遏制建筑火灾提供强有力的保障，从而更好的保护国家和人民的生命、财产安全。

1.3本论文主要任务

本篇论文是烟雾报警器的研制，主要基本部分和扩展部分：

（1）基本部分

（a）对系统进行整体规划和结构设计。

（b）以AT89C51单片机为中央处理器，对硬件电路进行设计和改进，使其功能更加完善。

系统硬件电路主要分为前置放大电路、键盘电路、声音报警电路、状态指示灯电路、液晶显示电路六个部分。

（c）系统的软件编制。

按照软件实现的功能，主要分为主程序、初始化子程序、键盘处理子程序、线性化处理子程序、浓度显示子程序、报警子程序、报警限值设置子程序、串口通信子程序。

在程序的编写过程中，加入了详细的文字注释，便于后期的改进与维护。

（d）硬件电路和软件的综合调试。

（2）扩展部分

（a）再加入一路传感器信号采集电路，利用双通道数据实现采集的优化，主要是利用辅助的一路进行修正主传感器，以提高精度和可靠性。

2烟雾检测报警器的方案设计

2.1烟雾报警器设计思路

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[2]。

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。

2.2烟雾传感器的选型

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，进而由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的信号采集部分，是仪表的核心组成部分之一。

由此可见，传感器的选型是非常重要的。

2.2.1烟雾传感器介绍

（1）烟雾传感器的分类

烟雾传感器种类繁多，从检测原理上可以分为三大类：

（a）利用物理化学性质的烟雾传感器：

如半导体烟雾传感器、接触燃烧烟雾传感器等。

（b）利用物理性质的烟雾传感器：

如热导烟雾传感器、光干涉烟雾传感器、红外传感器等。

（c）利用电化学性质的烟雾传感器：

如电流型烟雾传感器、电势型气体传感器等。

（2）烟雾传感器应满足的基本条件一个烟雾传感器可以是单功能的，也可以是多功能的；可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。

但是，任何一个完整的烟雾传感器都必须具备以下条件：

（a）能选择性地检测某种单一烟雾，而对共存的其它烟雾不响应或低响应；

（b）对被测烟雾具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的烟雾浓度；

（c）对检测信号响应速度快，重复性好；

（d）长期工作稳定性好；

（e）使用寿命长；

（f）制造成本低，使用与维护方便。

（3）常见烟雾传感器简介

下面对工业上常用的几种烟雾传感器作简单介绍。

（a）半导体烟雾传感器

半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器，以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器。

自1962年半导体金属氧化物烟雾传感器问世以来，由于具有灵敏度高、响应快、输出信号强、耐久性强、结构简单、价格便宜等诸多优点，得到了广泛的应用。

该传感器己成为世界上产量最大、使用最广的烟雾传感器之一。

按照敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻型。

（b）固体电解质烟雾传感器

固体电解质烟雾传感器使用固体电解质气敏材料作为气敏元件，其原理是利用气敏材料在通过烟雾时产生电阻，测量其形成电动势从而测量气体浓度。

由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，因而得到了广泛的应用，几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域，其产量仅次于半导体烟雾传感器的一类传感器。

但这种