(毕业论文)烟雾传感器的设计

课程设计题目烟雾传感器的设计指导教师学生姓名学专号业电子信息工程技术教学单位1烟雾传感器的设计摘要在现代社会中由于由于火灾和有害气体中毒而导致死亡的人越来越多，每年给社会带来了很大的财产损失和社会负担，但是由于其突发性如果发现不及时很容易造成重大损失，烟雾传感器就可以很好的解决这个问题。它具有实时性，可以在最快的时间内对火灾做出反应，而且具有很高的灵敏度，即使在很低的浓度下也可以进行探测，不仅如此它的成本还很低，容易被消费者接受，便于进行推广。MQ-2/MQ-2S 气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO )。当传感器所处环境中存在可燃气2体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。 MQ-2/MQ-2S气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的 低成本传感器关键词 Chignolin：实时性，高度灵敏，传感器1 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，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的装置，就能极大地减少不良后果的发生。做到防患于未然。报警器通过内部智能处理器感应离散光源、微小的烟粒和气雾来检测，一旦检测到烟雾，立刻通过一个内置的专用 IC 驱动电路和一个外部压电式换能器输出 报警声，使人们及早得知火情，将火灾扑灭在萌芽状态。22 原理分析2.1 原理本设计烟雾传感器采用 MQ-2，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 气敏元件的结构和外形如图 1 所示由微型 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只针状管脚，其中个用于 信号取出，个用于提供加热电流。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 1 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 1：典型应用电路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。当有危险时，显示并同时声光报警。当按键按下时，外部中3断触发，跳出报警。当按下复位时，程序重新启动。2.3 报警系统设计方案根据报警器的功能确定设计方案，设计包括硬件和软件设两个部分。包括热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机控制电路及相 关的控制管理软件组成。复位电路报 警 器 指 示单片机灯传感器探头信号处理驱动声、光报警 执行电路图 2.1 报警器设计框图3 各部分电路设计3.1 单片机89C52 机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少 引脚具有第二功能。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。4P1 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P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INT0（外部中断 0）P3.3 INT1（外部中断 1）5P3.4 T0（记时器 0 外部输入）P3.5 T1（记时器 1 外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD （外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器 周期的高电平时间。ALE/ 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地址的地址字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 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 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执 行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。PSEN：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，每个机器周期两次 PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时， 这两次有效的/PSEN 信号将不出现。EA/VP ：当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，EA 将内部锁定为 RESET；当 EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。6XTAL2：反向振荡器的输出,如采用外部时钟源驱动器件，应不接。图 3.1 单片机3.2 复位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作以后, 在 RESET 端持续给出 2 个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为 12MHz 时，则复位信号持续时 间应不小于 2us。本报警器是外部手动按键复位电路。图 3.2 单片机复位电路3.3 感应电路感应电路包括时钟电路，光敏传感电路，气敏传感电路XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器7可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部 时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。图 3.3 时钟电路利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测光敏传感器，光强则电阻变小，当可调电阻适当时，电平由高转低，为单片机所感知图 3.4 光敏传感器电路当有烟雾时， smog 变为高电平，气敏传感电路是整个传感器探头部8分最为重要的地方，当气敏薄膜与待测气体相互作用，使得气敏薄膜 的膜层质量和导电率发生变化时，为单片机所感知。图 3.10 气敏传感器电路3.4 报警器以及执行电路这个部分电路包括声、光报警器的执行电路以及报警器指示，用一个蜂鸣器、三极管和电阻接到单片机 P2.1 引脚上，这样就实现 了声音报警的功能。由 2 个发光二极管接上电阻后连上单片的 P1 引脚，外接 VCC，当单片机的 P2.0 引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，P2.0 引脚 被置高电平后，发光二极管被熄灭，这样起到报警作用。4 用 Altium Designer软件绘制原理图打开 Altium Designer 软件，进行原理图绘制，在绘制过程中要 注意元件的封装。9图 4 烟雾传感器电路图5 根据报警器功能编写程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit beep=P20;sbit see=P22;sbit smog=P23;sbit lcden=P35;sbit lcdrs=P34;10sbit lcdwr=P24;uchar code table0= S I F E ;uchar code table1= S O S ! ;uchar code table2= D A Y ;uchar code table3= N I G H T ; uchar num;uchar i,j,mu,flag=1;void dsp();void action0();void action1();void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void write_com(uchar com)lcdrs=0;P0=com;11delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_data(uchar date)lcdrs=1;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init()lcdwr=0;lcden=0;write_com(0x38);write_com(0x0e); write_com(0x06);12write_com(0x01);write_com(0x80+0x10);void dsp()init();if(mu=1)for(num=0;num12;num+)write_data(table1num);delay(20);elsefor(num=0;num11;num+)write_data(table0num);delay(20);13if(see=0)write_com(0xc0+17);delay(50);for(num=0;num10;num+)write_data(table2num);delay(40);elsewrite_com(0xc0+17);delay(50);for(num=0;num13;num+)write_data(table3num);delay(40);for(num=0;num16;num+)14write_com(0x18);delay(20);void main()j=1;EA=1;EX0=1;IT0=1;while(1)dsp;if(smog=1) mu=1;if(mu=1) action1();void action0()dsp();15for(i=0;i2;i+)P1=0xfd;beep=1;delay(50);if(flag=0)break;P1=0xf7;beep=0;delay(50);if(flag=0)break;flag=1;void action1()dsp();for(i=0;i100;i+)P1=0xff;beep=1;delay(50);if(flag=0)break;16P1=0xf0;beep=0;delay(50);if(flag=0)break;mu=0;flag=1;void enter0() interrupt 0flag=0;6 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17熟悉了 Altium Designer 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。7 参考文献1 郭天祥 . 51 单片机 c 语言教程 M. 北京：电子工业出版社 , 2009.1.2 王俊杰 . 检测技术与仪表 M. 武汉 : 武汉理工大学出版社 , 2011.7.3 康华光. 电子技术基础（模拟部分）M. 北京: 高等教育出版 社, 2004.18