器便会发出报警,向人们显示火灾的发生。有一些高端的报警器还可以开启系统排风扇功能,将火灾产生的烟雾排到屋外去。
(2) 工业用烟雾报警器
工业报警器总的来说就是应用于工业生产过程中的大型火灾报警系统。该报警器根据状态种类的不同,又可以分为三类。分别为检漏仪、控制器和探测器。
检漏仪相对于其他两种的特点是体积很小,该仪器主要应用之处便是对于燃气管道的管理。如果在检测过程之中发现有燃气发生泄漏,检漏仪便会发出报警,该仪器在报警的同时人们还可以在该仪器上读取到烟雾的浓度,使人们防患于未然,防止火灾的产生。
探测器人们一般会将其装于防爆现场,控制器人们通常则会将其放在有人值守的地方,比如传达室等。他们两者之间人们通常会采用屏蔽电缆线连接。当工作人员在现场探测到燃气发生泄漏之后,就会通过电缆线将燃气发生泄露的信号传到控制器,相应的控制器就会发出报警,在报警的同时该系统就会启动排风装置并且会关闭阀门并进一步会切断燃气的源头。此种探测器和控制器应用相当的广泛,例如液化气站、汽车加油站、锅炉房等重要的场所。
(3) 有毒有害烟雾报警器
有毒有害烟雾报警器相对于前文描述的探测器只是在检测探头上与其有轻微的差异,而在原理和应用中都很相似。
2 总体方案设计
烟雾报警器不仅可以监测出所处于工作环境之中的烟雾的浓度,并且可以在遇到火灾时烟雾的浓度超过所设定值时会产生报警。
人们在设计这种烟雾报警器时为了适应家庭和工业等场所对应的安全性的要求,设计的该报警器应当包含有显示报警的状态。人们所设计的这种报警器工作方式采用的是延时的工作方式,并以STC89C52单片机为控制核心,采用MQ-2传感器用来收集烟雾浓度,并且这种报警系统还会配合外围电路来达到设计的要求。我们所设计的报警系统主要包括硬件设计部分和软件设计部分。
下图,如图1所示表示的为我们本次设计的总体设计的框架图。
电源 STC89AD采集电路 按键控制 报警电路 电源开关 C52 单片机 显示电路
图1 总体设计框图
我们在本次设计之中,CPU使用的是MCS-51单片机系列中的STC89C52单片机。我们会将报警器在所处的监测位置所监测的烟雾浓度的信号使用烟雾检测探头将其变为电信号,并且会通过模拟/数字电路进行采集。然后传入到单片机之中,经过软件系统进行查询等环节实时发出报警信号,最终经过驱动蜂鸣器和指示灯来进行报警的产生。 2.1 烟雾检测传感器选型
烟雾传感器是人们针对于火灾报警系统之中测量的装置和控制系统的第一个非常重要的环节。因为在报警器之中的信号的采集环节会用到烟雾传感器。该传感器可以将检测出的有关烟雾的浓度的信号经过烟雾检测探头将其转换成电信号,从而可以进一步的达到检测和监控等功能的实现。我们可以这么说,如果没有传感器在检测过程中输入精确有效的信号,那么就不会有检测、控制等系统的精确产生。烟雾传感器作为核心器件,可以说是它决定了所有监测到的烟雾浓度信号的准确性和可靠性。
下图,如图2表示为烟雾传感器内部结构图:
图 2 烟雾传感器及其结构图
在上文的叙述之中,因为MQ-2半导体传感器相对于其他的半导体烟雾传感器来说,灵敏度非常的高,电导率现对于其他类型的传感器来说变化更加大、响应的时间和恢复的时间都非常的短、抑制影响的能力也非常强大,而且该传感器所输出的信号也非常大、寿命更加长,工作平稳性更加平稳等优点,所以这种传感器在市面上的应用非常的广泛。所以针对传感器的选择我们选择用MQ-2半导体传感器来作为本次设计的核心传感器。所以下文我们将针对MQ-2半导体气体烟雾传感器做重点的介绍。MQ-2半导体传感器是以金属氧化物二氧化锡为主体的N型半导体气敏元件。当这种传感器所处的环境之中检测出有烟雾气体的时候,传感器中的N型半导体气敏元件的电导率与所检测空气中烟雾浓度成正比关系。所以我们在本次设计报警器,可以只要使用相应的电路将电导率中的变化关系转变成为与该气体浓度相对应的电信号。
2.2 单片机选型
单片机对于烟雾自动报警系统来说是最为关键性的一个元件,可以说单片机是整个系统的心脏,因为在系统中,单片机是用来接收信号并用来启动报警装置进一步会执行相应的报警。在单片机实现的控制功能中,需要单片机有较快的运算速度,使检测人员和用户在报警器系统正常工作时能够及时地观测到实时的烟雾浓度等级,并进行相应处理。同时,在能够满足报警器系统设计的计算速度及接口功能要求的同类型单片机中,要考虑选择价格低廉且体积轻巧的机型,在保证了报警器的精确性、可靠性及抗干扰性的基础上,能够不提高成本,缩小体积。
针对本文系统单片机的选择,我们使用MCS-51系列单片机中的STC89C52单片机。下文我们会对STC89C52单片机做重点介绍。 2.2.1 STC89C52单片机简介
STC89C52是T种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K可编程Flash存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在线可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能:8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。另外,STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。这一模块以单片机为中心把程序代码烧进去然后外围接上复位电路、振荡电路、键盘控制、LED显示电路、报警电路等子模块。
2.2.2 单片机的引脚功能描述
下面对STC89C52各引脚的功能进行较为详细的介绍: 1)电源引脚Vcc和Vss
Vcc引脚可以表示为电源端为+5V,该引脚一共有40脚;
Vss引脚可以表示为接地端引脚,该引脚一共有20脚; 2)引脚XTAL1和XTAL2
XTAL2可以表示为时钟电路引脚,该引脚与外部晶体的一端相连接。该引脚在单片机的内部可以表示为电路反向放大器的输出端,而该电路的频率可以表示为晶体固有的频率。如果需要使用到外部时针电路的时候,该引脚的输入脉冲表示为外时钟脉冲。如果需要检查该单片机中的振荡电路是否工作正常,则可以用到示波器来针对XTAL2时钟电路引脚是否有脉冲信号输出进行查看。该引脚一共有18脚。
XTAL1也表示为时钟电路引脚,与XTAL2不同之处在于该引脚可以接到外部晶体和微调电容的另一端。在单片机工作之中,它可以表示为电路反向放大器的输入端。如果我们使用外部时钟的时候,这个引脚就必须接到地,该引脚一共有19脚。
3引脚 RST ALE PSEN 和EA。 RST可以表示为复位信号输入端引脚,该引脚在输入为高电平时才有效果,在低电平时无效。所以只有在RST引脚的输入端的机器周期为高电平的时候,RST引脚才能够完成复位操作。该引脚一共有9脚。
ALE/PROG引脚可以表示为地址锁存允许信号端。只有当STC89C52单片机在正常工作的时候,ALE引脚则会连续的向外输出脉冲信号,该脉冲信号的值为正值。当STC89C52单片机访问片外RAM的时候,引脚ALE的输出信号为空之锁存地址低八位的信号。在STC89C52单片机访问片外ROM的时候,每当STC89C52单片机取值一次就会失去一个脉冲。通常情况下人们如果想知道该芯片是否损坏,就可以使用示波器查看ALE引脚有没有输出脉冲信号,如果没有输出信号的,则STC89C52芯片基本上来说是没有问题的。该引脚一共有30脚。