烟雾传感器的设计讲解.docx
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烟雾传感器的设计讲解
业专技术信息工程电2011级子德州学院
烟雾传感器的设计陈超孙开营徐涛
253023）
（德州学院物理与电子信息学院，山东德州单片机的烟雾报警器，其主要模块由单片机模块、电源模本系统是基于STC89C52摘要：
块、烟雾传感器、液晶显示、光敏传感器、电磁阀控制、声音报警、发光报警、外部中断、可有效地实现对火灾等复位电路等模块组成。
通过单片机控制整个系统的正常工作，时钟、气体传感器，所使用的气敏材料是在清危险情况的检测。
其主要烟雾传感器为MQ-2/MQ-2S。
当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电（SnO）洁空气中电导率较低的二氧化锡2使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。
气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，气体浓度相对应的输出信号。
MQ-2/MQ-2S是一款适合这种传感器可检测多种可燃性气体，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。
多种应用的低成本传感器实时检测烟雾传感器；关键字：
STC89C52单片机；论一、绪
设计背景1.1
它给人类社会火灾是世界各国人民所面临的一个共同的灾难性问题。
当今，社会财富日益增加，随着社会生产力的发展，造成过不少生命、财产的严重损失。
我国每年发近几年来，火灾损失上升及火灾危害范围扩大的总趋势是客观规律。
每年火灾造成的直接财产损4000人，多人，伤3000—4生火灾约万起，死2000多亿元，尤其是造成几十人、几百人死亡的特大恶性火灾时有发生，给国失10家和人民群众的生命财产造成了巨大的损失。
火灾的危害性具体体现在以下五个方面：
（1）火灾会造成惨重的直接财产损失
（2）火灾造成的间接财产损失更为严重。
现代社会各行各业密切联系，牵一发而动全身。
一旦发生重、特大火灾，造成的间接财产损失之大，往往是直接财产损失的数十倍。
（3）火灾会造成大量的人员伤亡。
（4）火灾会造成生态平衡的破坏，据资料统计，我国年均森林火灾毁林面积达100万公顷（我国森林覆盖率仅为13%，日本60%），森林大面积减少，造成洪水泛滥。
（5）火灾会造成不良的社会政治影响。
然而很多火灾都是由于发现不及时导致了严重的后果，及早发现隐患对于后
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期的救灾具有至关重要的作用。
于是烟雾传感器就应运而生了，而烟雾传感器以其独特的优势，在火灾报警和有害气体检测起到了至关重要的作用。
而基于烟雾传感器的火灾报警器也就顺应时代的要求产生了，他克服了很多的不确定性，大大减小了误报率，在实际生活中有很大的应用价值。
1.2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，我们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，并且自动打开喷水阀灭火的装置，就能极大地减少不良后果的发生。
做到防患于未然，使人们及早得知火情，将火灾扑灭在萌芽状态。
二、方案设计
2.1传感器的选择
方案一：
MP135型半导体空气污染敏感元件，由加热器以及微型Al2O3陶瓷基片上形成的金属氧化物半导体材料构成，用电极引线引出，封装在金属管座、管帽内。
当有被检测气体存在时，空气中该气体的浓度越高，传感器的电导率就越高。
使用简单的电路即可将这种电导率的变化转换为与气体浓度对应的输出信号。
优点：
灵敏度高，对污染空气敏感。
缺点：
价格高，驱动电路复杂，对烟雾固体小颗粒灵敏度低。
2-2典型应用电路2-1实物图图图
方案二：
MQ-2烟雾传感器，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
2
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出，２个用于提供加热电流。
优点：
灵敏度高，性能稳定，对烟雾固体小颗粒灵敏度高，价格较低。
而且驱动电路简单。
缺点：
管脚较多有6个，需要电流提前加热功能才更好。
图2-3MQ-2实物图
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2-4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2-4典型应用电路
综上所述，我们选择方案二为最佳方案。
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。
当有火灾危险时，显示并同时声光报警，系统自动打开喷水阀喷水。
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报警系统方案选择
方案一：
采用纯硬件电路实现报警功能，其硬件电路如图2-5所示。
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系统电路图2-5
优点：
电路简单，系统设计过程容易，成本较低。
:
系统不稳定，无法实现液晶实时显示和喷水自动灭火的功能。
缺点包括热释电红外传感方案二：
采用硬件和软件相结合的方法实现火灾报警。
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。
报警器指示复位电路灯单片机
信号传感器探头声、光报警执驱动处理行电路
报警器设计框图图2-6
优点：
系统稳定，功能齐全，能够实现报警、自动喷水、液晶显示等功能。
电路设计较复杂，成本较高。
缺点:
根据我们的系统设计需要，我们选择方案二作为最佳方案。
各部分电路设计三、单片机模块3.1
机是高性能单片机，因为受单片机，89C52STC89C52STC我们采用公司的引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。
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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）
WR（外部数据存储器写选通）P3.6
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RD（外部数据存储器读选通）P3.7
口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
P3脚两个机器周期的高电RSTRST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持平时间。
PROG：
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ALE/ALE在平时，编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在地址的地址字节。
FLASH。
因此它可用1/6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每当用作外部数据存储然而要注意的是：
作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
。
地址上置0的输出可在ALE脉冲。
如想禁止ALESFR8EH器时，将跳过一个ALE才起作用。
，MOVC指令是MOVX此时，ALE只有在执行：
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PSEN/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的个机器周期两次PSEN信号将不出现。
EAEA，0000H-FFFFH）当（保持低电平时，则在此期间外部程序存储器/VP：
EA；当RESET时，将内部锁定为不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1
EA编程期间，此引脚也用FLASH端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在12V编程电源。
于施加：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL1如采用外部时钟源驱动器件，应不接。
XTAL2：
反向振荡器的输出
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单片机STC89C52RC图3-1
3.2系统初始化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例2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。
在RESET端持续给出作以后,
。
本报警器是外2us如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于部手动按键复位电路。
单片机复位电路图3-2
时钟电路3.3
该反向放大器可以配置为XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
XTAL1和XTAL2如采用外部时钟源驱动器件，片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
个振荡周期，而每个状态周期为个状态周期，2应不接。
因为一个机器周期含有6个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为所以一个机器周期共有12。
1us1/12us12MHZ，一个振荡周期为，故而一个机器周期为
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时钟电路图3-3
声音报警电路3.4
引P2.1P2.1引脚上，当单片机的用一个蜂鸣器、三极管和电阻接到单片机引脚被置高电平后，蜂鸣器不响。
P2.1脚被置低电平后蜂鸣器响，当单片机的系统检测到信号时，蜂鸣器发出“滴答滴答”的声音，这样就实现了声音报警的功能。
声音报警电路3-4图
发光报警电路3.5
，当单片机的VCC引脚，外接由2个发光二极管接上电阻后连上单片的P1引脚被置高电平后，发光二引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，P2.0P2.0极管被熄灭，这样起到报警作用。
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发光报警电路图3-5
外部中断电路3.6
按下手动复位键后，系统进入中断程序，程序使系统停止报警。
3-6外部中断电路图3.7供电电路亮，则通电USB供电，按下开关D9通过电脑
3-7电源电路图交流电提供总220V在实物产品中由于有电磁阀作为喷水阀，我们用家用电为系统电路提供电源。
5V电源，通过稳压模块降压到
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3-8稳压电路图3.8液晶显示电路输送数据，单片机D0--D71602我们选用的是价格便宜的液晶作为显示器，的高低电平，控制液晶的显示通过控制RSWRLCDEN
液晶电路3-81602图光敏传感器电路3.9
光敏传感器感光，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。
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3-9光敏电路图3.10烟雾传感器电路变为高电平smog当有烟雾时，
烟雾电路图3-9
3.11电磁阀控制电路我们采用工作稳定的可控硅模块，来控制电磁阀的工作。
图3-10可控硅模块
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四、整体原理图
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。
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五、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AltiumDesigner这个软件。
在编写程序的过程中遇到了很多的问题，一开始程序往往没有达到预期的效果，然后再不断的修改，最后完全符合要求。
令我印象比较深刻的是实际制作电路板的过程，包括洗板子、钻孔、焊接原件。
总之，通过制作传感器，更加了解了传感器在生活中的应用，巩固了自己的专业知识，增强了自己的动手能力。
六、附录
实物照片6.1
图5-1电路板照片
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作品实物照片图5-2
电路元器件明细表6.2
数型号规名序位ＩＮＥ５５
ＲＭＧ４光敏电２电Ｒ
Ｒ１００电４７Ｒ电
１６ＲＰ６.８ｋ滑动变阻器
Ｃ１μ７１０电容.０２２１Ｃ２电容０.０１μ８
１０μ电容１９Ｃ３ＢＬ８Ω扬声器０１０.２１
５Ｗ１１１ＶＬ红发光二极管１２１Ｇ６Ｖ直流电源6.3参考文献北京电子工业出版社C51应用程序设计[M]..1【】徐爱钧单片机高级语高等教育出版社..2【】童诗白华成英模拟电子技术基础第四版北京
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【3】宏晶科技STC12C5616AD系列单片机器件手册2005:
10-06
【4】.常用电子元件及典型应用（电子工业出版社）周惠潮编著
【5】.电子技术基础[M]（第五版高等教育出版社）康华光编著
【6】.传感器原理及应用西安电子科技大学出版社主编：
刘振廷
【7】.模拟电子技术基础简明教程（第四版）主编：
童诗白华成英
6.4源程序
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitbeep=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）
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{
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]）;
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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;
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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;
}
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