單片機(jī)火警報(bào)警畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目：?jiǎn)纹瑱C(jī)火警報(bào)警 院 (系)： 機(jī)電學(xué)院 專 業(yè)： 電氣自動(dòng)化 姓 名： 王杰 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)生姓名學(xué)號(hào)專 業(yè)電氣自動(dòng)化院（系）機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目單片機(jī)火警報(bào)警系統(tǒng)任務(wù)與要求傳感器的信號(hào)經(jīng)過放大送入stcrc5410ad單片機(jī)，在經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換濃度比較、線性化比較、數(shù)字轉(zhuǎn)換、最后，將實(shí)際性可燃性氣體送入液晶，判斷濃度是否超超出報(bào)警線。完成時(shí)間段2012年 3月 15日 至2012年6月15 日 共3月指導(dǎo)教師單位職稱講師院（系）審核意見畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃表日 期工 作 內(nèi) 容執(zhí) 行 情 況指導(dǎo)教師簽 字2011.11.4-2

2、011.11.18查找資料，選題良好2011.11.18-2011.12.20完成論文的初稿良好2011.12.21-2012.1.20完成論文二稿的寫作良好2012.1.21-2012.2.10完成論文的終稿及格式修改良好2012.2.11-2012.2.25定稿，打印論文，做好答辯的準(zhǔn)備良好2012.6月論文答辯良好教師對(duì)進(jìn)度計(jì)劃實(shí)施情況總評(píng) 簽名 年 月 日 本表作評(píng)定學(xué)生平時(shí)成績(jī)的依據(jù)之一。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中期檢查記錄表學(xué)生填寫畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目: 單片機(jī)stcrc5410ad火警報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名: 學(xué)號(hào)：專業(yè)：電氣自動(dòng)化 指導(dǎo)教師姓名:熊建國職稱: 講師檢查教師填寫畢業(yè)設(shè)計(jì)(論

3、文)題目工作量飽滿一般不夠畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目難度大適中不夠畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目涉及知識(shí)點(diǎn)豐富比較豐富較少畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目?jī)r(jià)值很有價(jià)值一般價(jià)值不大學(xué)生是否按計(jì)劃進(jìn)度獨(dú)立完成工作任務(wù)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作進(jìn)度填寫情況指導(dǎo)次數(shù)學(xué)生工作態(tài)度認(rèn)真一般較差其他檢查內(nèi)容：存在問題及采取措施:檢查教師簽字: 年 月 日院（系）意見(加蓋公章): 年 月 日摘 要隨著“信息時(shí)代”的到來，作為獲取信息的手段傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對(duì)其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常

4、重要的。為了提高對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)和了解，尤其是對(duì)煙霧傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。本文利用單片機(jī)結(jié)合傳感器技術(shù)而開發(fā)設(shè)計(jì)了這一煙霧監(jiān)控系統(tǒng)。本論文以電阻式煙霧傳感器和單片機(jī)技術(shù)為核心并與其他電子技術(shù)相結(jié)合， 設(shè)計(jì)出一種技術(shù)水平較好的煙霧報(bào)警器。其中選用mq-2型半導(dǎo)體可燃?xì)怏w敏感元件煙霧傳感器實(shí)現(xiàn)煙霧的檢測(cè)，具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格低廉，使用壽命長(zhǎng)。選用的stcrc5410ad單片機(jī)，其整合了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、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，是目前同類技術(shù)中性價(jià)比較高的產(chǎn) 品。以stcrc5

5、410ad單片機(jī)和mq-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器為核心設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警器可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、故障自診斷、濃度顯示、報(bào)警限設(shè)置、延時(shí)報(bào)警及與上位機(jī)串口通信等功能。是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能 穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的煙霧報(bào)警器。具有一定的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：煙霧 報(bào)警器 stcrc5410ad 傳感器abstractwhile “information age” the arrival, obtained the remarkable progress as the gain information method - - sensor technology, its application doma

6、in is more and more widespread, is more and more high to its request, the demand is more and more urgent.the sensor technology has become weighs one of national science and technology level of development important symbols.therefore, understood and grasps each kind of sensor the basic structure, the

7、 principle of work and the characteristic is extremely important.in order to enhance to the sensor understanding and the understanding, in particular to the smog sensor thorough research as well as its usage and the use, based on practical, widespread and the model principle has designed this system

8、.this article used the monolithic integrated circuit union sensor technology to develop has designed this smog supervisory system.。the present paper take leaves the minor smog sensor and the monolithic integrated circuit technology unifies as the core and with other electronic technology, designs on

9、e kind of technical level good smog alarm apparatus.in which selects the 2m007 semiconductor resistance type smog sensor realization smog the examination, has the sensitivity high, responds, the antijamming ability quickly strong and so on the merits, moreover the price is inexpensive, the service l

10、ife is long.selects the stc12c5410ad monolithic integrated circuit, its conformity a/d transformed, the hardware multiplier, resources and so on hardware pdm keyer, has high speed, low merits and so on power loss, ultra strong antijamming, is the present similar technology neutral price quite high p

11、roduct. may realize the acousto-optics take the stc12c5410ad monolithic integrated circuit and the 2m007 semiconductor resistance type gas sensor as the core design smog alarm apparatus to report to the police, the breakdown from the diagnosis, the density demonstrated, reports to the police limits

12、the establishment, the time delay reports to the police and with functions and so in position machine serial port correspondence.is one kind of structure simple, the performance stable, the easy to operate, the price inexpensive, the intellectualized smog alarm apparatus.has certain practical value.

13、keywords: smog alarm apparatus ctcrc5410ad sensor目錄第一章 緒論1第一節(jié) 概述1第二節(jié) 現(xiàn)狀及特點(diǎn)1第二章 煙霧檢測(cè)報(bào)警器的方案設(shè)計(jì)2第一節(jié) 煙霧檢測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì)思路2第二節(jié) 煙霧傳感器的選型2一、煙霧傳感器介紹2二、煙霧傳感器的選定5第三節(jié) 煙霧檢測(cè)報(bào)警器整體設(shè)計(jì)方案6一、煙霧檢測(cè)報(bào)警器工作原理6二、煙霧檢測(cè)報(bào)警器的結(jié)構(gòu)7三、煙霧檢測(cè)報(bào)警器的功能8第三章 煙霧檢測(cè)報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)10第一節(jié) 單片機(jī)的選型10第二節(jié) 煙霧檢測(cè)報(bào)警器硬件電路設(shè)計(jì)11一、信號(hào)采集及前置放大電路11二、聲音報(bào)警電路13三、數(shù)碼管顯示電路14四、狀態(tài)指示燈及控制鍵電路15

14、五、報(bào)警器故障自診斷電路16第四章 煙霧檢測(cè)報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì)18第一節(jié) stcrc5410系列單片機(jī)調(diào)試及開發(fā)工具18第二節(jié) 煙霧檢測(cè)報(bào)警器軟件流程及設(shè)計(jì)18一 主程序設(shè)計(jì)及流程圖18二 主程序初始化流程圖19三 中位值平均濾波法數(shù)字濾波子程序設(shè)計(jì)及流程圖20四 插值法線性化處理子程序設(shè)計(jì)及流程圖21五 報(bào)警子程序設(shè)計(jì)及流程圖23六 控制按鍵設(shè)計(jì)子程序及流程圖24第五章 實(shí)驗(yàn)檢定及誤差分析26第一節(jié) 煙霧檢測(cè)報(bào)警器檢定26一、爆炸下限(lel)概念介紹26二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析27第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)誤差分析29結(jié)論31致謝33參考文獻(xiàn)34第一章 緒論第一節(jié) 概述 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，一般由火災(zāi)探測(cè)器、區(qū)域報(bào)

15、警器和集中報(bào)警器組成；也可以根據(jù)工程的要求同各種滅火設(shè)施和通訊裝置聯(lián)動(dòng)，以形成中心控制系統(tǒng)。即由自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)滅火、安全疏散誘導(dǎo)、系統(tǒng)過程顯示、消防檔案管理等組成一個(gè)完整的消防控制系統(tǒng)?；馂?zāi)探測(cè)器是探測(cè)火災(zāi)的儀器，由于在火災(zāi)發(fā)生的階段，將伴隨產(chǎn)生煙霧、高溫格火光。這些煙、熱和光可以通過探測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)報(bào)警或使自動(dòng)滅火系統(tǒng)啟動(dòng)，及時(shí)撲滅火災(zāi)。 區(qū)域報(bào)警器能將所在樓層之探測(cè)器發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲光報(bào)警，并在屏幕上顯示出火災(zāi)的房間號(hào)；同時(shí)還能監(jiān)視若干樓層的集中報(bào)警器（如果監(jiān)視整個(gè)大樓的則設(shè)于消防控制中心）輸出信號(hào)或控制自動(dòng)滅火系統(tǒng)。集中報(bào)警是將接收到的信號(hào)以聲光方式顯示出來，其屏幕上也具體顯示出著火

16、的樓層和房間號(hào)，機(jī)上停走的時(shí)鐘記錄下首次報(bào)警時(shí)間性，利用本機(jī)專用電話，還可迅速發(fā)出指示和向消防隊(duì)報(bào)警。此外，也可以控制有關(guān)的滅火系統(tǒng)或?qū)⒒馂?zāi)信號(hào)傳輸給消防控制室。第二節(jié) 現(xiàn)狀及特點(diǎn)消防報(bào)警產(chǎn)品是一個(gè)系列產(chǎn)品，包括火災(zāi)探測(cè)設(shè)備、信息傳輸設(shè)備、報(bào)警分析控制器、消防控制聯(lián)動(dòng)。是物理傳感技術(shù)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸和管理、智能樓宇等技術(shù)的綜合集成，屬于高新技術(shù)。依托中國多年的基本建設(shè)的發(fā)展，這個(gè)行業(yè)也得到發(fā)展，具備了和國外知名企業(yè)抗衡的能力。在目前中國許多冠名以高新技術(shù)的行業(yè)中，中國企業(yè)大多做的是下游的制造和服務(wù)，分取極少一部分的利潤，象消防報(bào)警產(chǎn)品那樣又擁有自我知識(shí)產(chǎn)權(quán)，又擁有大量市場(chǎng)的行業(yè)

17、其實(shí)是很少的。在消防報(bào)警產(chǎn)品的技術(shù)含量上，國內(nèi)產(chǎn)品和國外產(chǎn)品差距不是很大，類似于國外消防報(bào)警產(chǎn)品的大批量規(guī)模化的生產(chǎn)才剛起步，有待于積累經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)；也因此在產(chǎn)品一致性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性上有一些差距；國內(nèi)正在形成權(quán)重的大型企業(yè)和集團(tuán)，這樣可以帶領(lǐng)國內(nèi)的各家企業(yè)去沖擊海外市場(chǎng)，并最終占領(lǐng)海外的消防報(bào)警市場(chǎng)。35第二章 煙霧檢測(cè)報(bào)警器的方案設(shè)計(jì)第一節(jié) 煙霧檢測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì)思路煙霧檢測(cè)報(bào)警器是能夠檢測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度，并具有報(bào)警功能的儀器，儀器的最基本組成部分應(yīng)包括：煙霧信號(hào)采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路。煙霧信號(hào)采集電路一般由煙霧傳感器和模擬放大電路組成，將煙霧信 號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

18、將從煙霧檢測(cè)電路送出的模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行 濾波處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是否大于或等于某個(gè)預(yù)設(shè)值(也 就是報(bào)警限)，如果大于則啟動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警聲音，反之則為正常狀 態(tài)。為方便檢測(cè)與監(jiān)控，使儀器測(cè)試人員及用戶能夠直觀地觀察到環(huán)境中的可燃煙霧濃度值，可將濃度值送到顯示屏中。方便調(diào)節(jié)報(bào)警限，可以加 入按鍵。為使報(bào)警裝置更加完善，可以在聲音報(bào)警基礎(chǔ)上，加入光閃報(bào)警， 變化的光信號(hào)可以引起用戶注意，彌補(bǔ)嘈雜環(huán)境中聲音報(bào)警的局限。以上 是根據(jù)報(bào)警器應(yīng)具備的功能，提出的整體設(shè)計(jì)思路。煙霧傳感器及單片機(jī)是可燃煙霧檢測(cè)報(bào)警器的兩大核心，根據(jù)報(bào)警器

19、功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟(jì)的煙霧傳感器及單片機(jī)芯片是 至關(guān)重要的。煙霧傳感器的選型在下一節(jié)詳細(xì)介紹。單片機(jī)作為硬件電路 的核心，它的選型將在第三章詳述。第二節(jié) 煙霧傳感器的選型 煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是氣-電變換器，它將可燃性氣 體在空氣中的含量(即濃度)轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號(hào)，通過a/d轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度 處理及報(bào)警控制等工作。傳感器作為煙霧檢測(cè)報(bào)警器的信號(hào)采集部分，是儀表的核心組成部分之一。由此可見，傳感器的選型是非常重要的。一、煙霧傳感器介紹 (1)煙霧傳感器的分類 煙霧傳感器種類繁多，從檢測(cè)原理上可以分為三大類：(a)利用

20、物理化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如半導(dǎo)體煙霧傳感器、接觸燃 燒煙霧傳感器等。(b)利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導(dǎo)煙霧傳感器、光干涉煙霧傳 感器、紅外傳感器等。(c)利用電化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如電流型煙霧傳感器、電勢(shì)型氣 體傳感器等。(2)煙霧傳感器應(yīng)滿足的基本條件 一個(gè)煙霧傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實(shí)體，也可以是由多個(gè)不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個(gè)完整的煙霧傳感器都必須具備以下條件：(a)能選擇性地檢測(cè)某種單一煙霧，而對(duì)共存的其它煙霧不響應(yīng)或低響應(yīng)；(b)對(duì)被測(cè)煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測(cè)允許范圍內(nèi)的煙霧濃度；(c)對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好；(d)

21、長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性好；(e)使用壽命長(zhǎng)；(f)制造成本低，使用與維護(hù)方便。(3)常見煙霧傳感器簡(jiǎn)介(a)半導(dǎo)體煙霧傳感器半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器，以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器。自1962年半導(dǎo)體金屬氧化物煙霧傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、輸出信號(hào)強(qiáng)、耐久性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的煙霧傳感器之一。按照敏感機(jī)理分類，可分為電阻型和非電阻型。(b)固體電解質(zhì)煙霧傳感器固體電解質(zhì)煙霧傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料作為氣敏元件，其原理是利用氣敏材料在通過煙霧時(shí)產(chǎn)生電阻，測(cè)量其形成

22、電動(dòng)勢(shì)從而測(cè)量氣體濃度。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣 泛的應(yīng)用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，其產(chǎn)量?jī)H次于半導(dǎo)體煙霧傳感器的一類傳感器。但這種傳感器制造成本高，檢測(cè)煙霧范圍有限，在檢測(cè)環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢(shì)。(c)接觸燃燒式傳感器當(dāng)易燃煙霧接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時(shí)會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒，故得名接觸燃燒式傳感器。接觸燃燒式煙霧傳感器的檢測(cè)元件一般為鉑金屬絲(也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層)，使用時(shí)將鉑絲通電，保持300c400c的高溫，此時(shí)若與煙霧接觸，煙霧就會(huì)在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會(huì)上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測(cè)量鉑絲的電阻值變化的大

23、小，就知道煙霧的濃度。(d)高分子煙霧傳感器利用高分子氣敏材料制作的煙霧傳感器近年來得到很大的發(fā)展。高分子氣敏材料在遇到特定煙霧時(shí)，其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速 度和頻率、材料重量等物理性能發(fā)生變化。高分子氣敏材料由于具有易操 作性、工藝簡(jiǎn)單、常溫選擇性好、價(jià)格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性煙霧和食品鮮度等方面的檢測(cè)中具有重要作用。高分子煙霧傳感器具有對(duì)特定煙霧分子靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能在常溫下使用，可以彌補(bǔ)其它煙霧傳感器的不足。(e)電化學(xué)傳感器電化學(xué)傳感器由膜電極和電解液封裝而成。煙霧濃度信號(hào)將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號(hào)傳出。它的優(yōu)點(diǎn)是

24、：反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測(cè)，但壽命較短(大約兩年)。它主要適用于毒性煙霧檢測(cè)。目前國際上絕大部分毒氣檢測(cè)采用該類型傳感器。(f)熱傳導(dǎo)傳感器熱傳導(dǎo)傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結(jié)構(gòu)形式，但是測(cè)量原理不同。它的測(cè)量原理是：將加熱后的鉑電阻線圈置于目標(biāo)煙霧中，由于向目標(biāo)煙霧傳送熱量造成溫度降低，引起電阻值變化，傳感器即測(cè)量電阻 值的變化情況。溫度的變化情況是目標(biāo)煙霧熱傳導(dǎo)率的函數(shù)，而對(duì)于一種給定的煙霧或汽化物，熱傳導(dǎo)率是它固有的物理特性。（g）紅外傳感器紅外傳感器通常用兩束紅外光進(jìn)行煙霧測(cè)量，主光束通過測(cè)量元件內(nèi)的目標(biāo)煙霧，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考煙霧。在測(cè)量和比較元件中，

25、紅外射線被煙霧有選擇地吸收了。未吸收的紅外光由光電探測(cè)器測(cè)量，產(chǎn)生一個(gè)正比于目標(biāo)煙霧濃度的差分信號(hào)。非擴(kuò)散式紅外探測(cè)器ndir (non-dispersive ir )是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴(kuò)散和損耗被記錄下來。不同的煙霧吸收不同波長(zhǎng)的ir，所以傳感器根據(jù)目標(biāo)煙霧而調(diào)整，典型應(yīng)用包括測(cè)量co和co2、冷凍劑煙霧和一些易燃?xì)狻Ｓ捎诜翘細(xì)浠衔镆兹紵熿F(如氫)不吸收電磁譜中ir部分的能量，所以這種傳感器可以精確地測(cè)量碳?xì)浠衔?，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其它煙霧的腐蝕以及高濃度目標(biāo)煙霧的影響。(4)常見煙霧傳感器可檢測(cè)煙霧種類由于煙霧的種類繁多，一種類型的煙霧傳感器不可能檢

26、測(cè)所有的氣體，通常只能檢測(cè)某一種或兩種特定性質(zhì)的煙霧。例如氧化物半導(dǎo)體煙霧傳感器主要檢測(cè)各種還原性煙霧，如co、h2、c2h5oh、ch3oh等。固體電解質(zhì)煙霧傳感器主要用于檢測(cè)無機(jī)煙霧，如o2、co2、h2、cl2、so2等。表2.1 各種煙霧傳感器可檢測(cè)的煙霧種類傳感器種類c0co2 h2s nh3 hcnhcicoci2ci2 nox so2o2ch4c3h2h2h2o半導(dǎo)體氣體傳感器固體電解質(zhì)傳感器接觸燃燒式傳感器電化學(xué)式傳感器高分子電解質(zhì)氣體傳感器注：好 不太好二、煙霧傳感器的選定煙霧檢測(cè)報(bào)警器主要應(yīng)用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣 站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃煙霧泄漏的場(chǎng)所，根據(jù)報(bào)警

27、器檢測(cè)煙霧 種類的要求，一般選用接觸燃燒式煙霧傳感器和半導(dǎo)體煙霧傳感器。使用接觸燃燒式傳感器，其探頭的阻緩及中毒，是不可避免的問題。 阻緩是當(dāng)在煙霧與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無焰燃燒的同時(shí)，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應(yīng)緩慢反應(yīng)滯緩，靈敏度降低。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度的恢復(fù)的可能，但是如果長(zhǎng)期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會(huì)不斷下降，導(dǎo)致傳感器最終喪失檢測(cè)煙霧的能力。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時(shí)，則傳感器將 使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以致靈敏度很快就喪失。當(dāng)懷疑檢測(cè)環(huán) 境中存在這些物質(zhì)時(shí)，經(jīng)

28、常對(duì)探頭進(jìn)行標(biāo)定，是必須且有效的辦法。因此，經(jīng)常對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是保證其準(zhǔn)確性的必要的途徑。一般連續(xù)使用兩個(gè)月后應(yīng)對(duì)傳感器進(jìn)行量程校準(zhǔn)，這種經(jīng)常性對(duì)傳感器的維護(hù)，無形中加大了工作人員的工作量，同時(shí)增加了報(bào)警器的維護(hù)成本。半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器，它具有靈敏度高，響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體煙霧傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性(抗干擾性)和穩(wěn)定性(使用壽命)。經(jīng)過對(duì)比上述兩種煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點(diǎn)更加突出：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用

29、方便、價(jià)格便宜，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低等。因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體煙霧傳感器作為報(bào)警器煙霧信息采集部分的核心。而在眾多半導(dǎo)體氣體傳感器中，本設(shè)計(jì)選用mq-2型煙霧傳感器，這種型號(hào)的傳感器不但具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度 高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。第三節(jié) 煙霧檢測(cè)報(bào)警器整體設(shè)計(jì)方案 一、煙霧檢測(cè)報(bào)警器工作原理本論文中的煙霧檢測(cè)報(bào)警器以stcrc5410ad單片機(jī)為控制核心，采用mq-2型電阻式半導(dǎo)體傳感器采集煙霧信息。首先，傳感器送來的煙霧濃度對(duì)應(yīng)的微小的電壓信號(hào)經(jīng)過放大，轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號(hào)送入stcrc5410ad單片機(jī)；然后，在stcrc5410ad單片機(jī)

30、內(nèi)a/d轉(zhuǎn)換、濃度比較，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理， 將數(shù)字化電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成為對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制濃度值；最后，將實(shí)際可燃性氣 體濃度送入液晶，并判斷濃度值是否超出報(bào)警限，當(dāng)濃度處于正常狀態(tài)綠 燈長(zhǎng)亮，當(dāng)煙霧濃度超出設(shè)定的限定值時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)警并伴隨紅 燈閃亮。另外由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)越 快，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間就越快。為提高響應(yīng)時(shí)間，保證傳感器準(zhǔn)確地、 穩(wěn)定地工作，報(bào)警器需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個(gè)5v的電壓。為了保 證其可靠性，在輸出5v的電壓的同時(shí)，進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)。當(dāng)傳感器加熱絲 或電纜線和傳感器斷線或接觸不良時(shí)，進(jìn)行故障報(bào)警，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。當(dāng)然幾種狀態(tài)的報(bào)警信號(hào)是各不相

31、同的。二、煙霧檢測(cè)報(bào)警器的結(jié)構(gòu) 為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場(chǎng)所對(duì)可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計(jì)的可燃性煙霧報(bào)警儀應(yīng)不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應(yīng)具有顯示可燃煙霧濃度、故障自檢、延時(shí)報(bào)警功能及可接計(jì)算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)測(cè)和實(shí)時(shí)控制等功能。其目標(biāo)是在傳統(tǒng)的煙霧報(bào)警儀的基礎(chǔ)上，盡量提高準(zhǔn)確性，降低成本，縮小體積。報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.3所示，系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，配合外圍電路共同完成信號(hào)采集、濃度顯示、時(shí)間顯示、狀態(tài)顯示、聲音及閃爍報(bào)警、按鍵輸入、故障自檢等功能。報(bào)警器采用巡檢的工作方式，進(jìn)行兩級(jí) 報(bào)警值設(shè)定，并發(fā)出不同的光、聲信號(hào)。系統(tǒng)應(yīng)采用高性能的單片機(jī)，要求工作穩(wěn)定、測(cè)量精度高、通用性強(qiáng)、功耗低，保證

32、報(bào)警器的精確性及可靠性，而且最好體積小，成本低，有利于減少報(bào)警器的體積，降低報(bào)警器 的成本。圖2.3 可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器結(jié)構(gòu)框圖三、煙霧檢測(cè)報(bào)警器的功能(1)自診斷故障報(bào)警功能當(dāng)傳感器加熱絲或者電纜線發(fā)生斷線或者接觸不良的情況時(shí)，報(bào)警器發(fā)出警報(bào)，并且黃色指示燈閃爍，提醒用戶檢查傳感器或者電路線接觸情況，及時(shí)排除故障，保證安全。(2)煙霧濃度顯示通過液晶屏顯示可燃煙霧的濃度值，并且可以切換到設(shè)置狀態(tài)，通過鍵盤設(shè)置或者更改報(bào)警限值，以便于用戶或檢測(cè)人員隨時(shí)觀測(cè)煙霧濃度及更改報(bào)警限。(3)煙霧報(bào)警功能當(dāng)煙霧濃度連續(xù)20秒取值都在報(bào)警限值之上，蜂鳴器開始報(bào)警，且聲音越來越急促，并且伴隨紅燈閃爍。因?yàn)?/p>

33、人對(duì)變化的信號(hào)更為敏 感，所以變化的聲音及燈光更容易引起用戶的注意。(4)防止報(bào)警器誤報(bào)功能快速重復(fù)檢測(cè)及延時(shí)報(bào)警可以區(qū)別出是管道中可燃煙霧的泄漏，還是由于打開閥門時(shí)的微量煙霧的散失。(5)看門狗自檢單片機(jī)狀態(tài)功能調(diào)用單片機(jī)中的看門狗程序，定時(shí)檢查單片機(jī)工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)單片機(jī)出現(xiàn)死循環(huán)狀態(tài)，立即復(fù)位，保證報(bào)警器工作正常。(6)與上位機(jī)通訊功能可以實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)串口通訊，對(duì)報(bào)警器采取統(tǒng)一控制，以及便于采集 和處理數(shù)據(jù)，也可以在計(jì)算機(jī)上更改報(bào)警限值等。(7)自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置的擴(kuò)展功能留有繼電器接口，可以帶動(dòng)排風(fēng)扇或大功率蜂鳴器，也可以控制管道電子閥門，可在報(bào)警的同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)安全裝置。第三章

34、 煙霧檢測(cè)報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)在報(bào)警儀的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是其核心部件。它一方面要接收來自傳感器送來的煙霧濃度對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)和故障檢測(cè)信號(hào)，另一方面要對(duì) 兩種信號(hào)分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作；與此同時(shí)查詢是否 有鍵按下的請(qǐng)求。在單片機(jī)完成這些的工作中，尤其是信號(hào)處理中，比較 濃度值后送入顯示的軟件實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，要求單片機(jī)具備較快的運(yùn)算速度，使檢測(cè)人員能夠較準(zhǔn)確地觀測(cè)到煙霧濃度，并根據(jù)情況做進(jìn)行 相應(yīng)處理。并且也要考慮選擇低價(jià)實(shí)用的機(jī)型，并為研制同一系列的低功 耗產(chǎn)品做準(zhǔn)備。第一節(jié) 單片機(jī)的選型單片機(jī)是煙霧檢測(cè)報(bào)警器的核心部件，一方面它要接收來自傳感器的煙霧濃度的模擬信號(hào)和故障檢測(cè)信號(hào)，另一方

35、面要對(duì)兩種信號(hào)分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路的相應(yīng)工作；同時(shí)，查詢是否有鍵按下的 命令。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能中，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)做數(shù)字濾波，再進(jìn)行線性化處理，然后送lcd顯示，這一過程的軟件實(shí)現(xiàn)，需要單片機(jī)有較 快的運(yùn)算速度，使儀表監(jiān)測(cè)人員能夠觀測(cè)到實(shí)時(shí)的煙霧濃度，并進(jìn) 行相應(yīng)處理。同時(shí)，在能夠滿足報(bào)警器設(shè)計(jì)的計(jì)算速度及接口數(shù)的要求的同類型單片機(jī)中，要考慮選擇價(jià)格低廉且體積輕巧的機(jī)型，在保證了報(bào)警 器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。stc單片機(jī)是microchip公司的產(chǎn)品，其突出的特點(diǎn)是功耗低，精簡(jiǎn)指令集，抗干擾性好，可靠性高，但是存在溢出隱患問題。8051系 列采

36、用的是堆棧指針，stc采用硬件堆棧8級(jí)。當(dāng)堆棧指針設(shè)定合理，局部變量少的情況下，8051系列用10層的程序嵌套不會(huì)出現(xiàn)問題。而stc單片機(jī)程序嵌套包括中斷最多不能超過8層。所以如果用c語言進(jìn)行stc編程設(shè)計(jì)容易堆棧溢出。匯編語言對(duì)于不同的cpu，其匯編語言可能有所差異，所以不易移植。而c語言是一種結(jié)構(gòu)化的高級(jí)語言，雖然占用資源較匯編多，但是可讀性好，移植容易，是普遍使用的一種計(jì)算機(jī)語言。鑒于c語言的易讀性和普遍性，本論文的軟件設(shè)計(jì)選擇c語言編程，所以stc系列單片機(jī)在此處不是非常適合。為適用于本論文設(shè)計(jì)的煙霧檢測(cè)報(bào)警器，應(yīng)選擇一種比8051系列速度快，功耗低，抗干擾性好，而又避免c語言編程溢出

37、問題的單 片機(jī)。 宏晶科技新推出的stcr系列單片機(jī)具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，是的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度 卻比8051單片機(jī)快812倍。而且stcr系列下屬的stcrc54xxad系 列單片機(jī)是低功耗flash單片機(jī)，它的高效尋址方式、大容量flash、 eeprom、a/d轉(zhuǎn)換、硬件乘法器、硬件脈寬調(diào)制器(pwm)等功能特點(diǎn)，較好的實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的功能與超低功耗的結(jié)合。而且在功能同樣的情況下，管腳較少封裝體積小，價(jià)格比其他型號(hào)便宜，因此具有很好的性價(jià)比和應(yīng) 用適應(yīng)性。第二節(jié) 煙霧檢測(cè)報(bào)警器硬件電路設(shè)計(jì) 一、信號(hào)采集及前置放大電路傳感器輸出信號(hào)一般比較微

38、弱，需要經(jīng)過前置電路對(duì)其進(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)的要求。本系統(tǒng)采用的半導(dǎo)體煙霧傳感器屬于電阻型，因此只需串聯(lián)一個(gè)參考電阻，再經(jīng)過一個(gè)放大電路即可發(fā)送給adc采集。由于系統(tǒng)采用的是單極性供電，所以采用同相比例 放大電路，可以減少硬件開銷；反之，如果采用反相放大，則一般需要利 用雙極性供電，這就需要系統(tǒng)額外的利用變壓芯片產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓，這顯然會(huì)造成浪費(fèi)。常見的運(yùn)算放大器中，lm324價(jià)格低廉、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)比較突出，所以本設(shè)計(jì)中的前置放大電路采用lm324作為電路的運(yùn)算放大器。lm324是單片高增益四運(yùn)算放大器，可在較寬電壓范圍內(nèi)的單電源或雙電源下工作，其電源電流很小且與電源電

39、壓無關(guān)，四個(gè)運(yùn)放一致性好；其輸入偏流電阻是溫度補(bǔ)償?shù)?，也不需外接頻率補(bǔ)償，可做到輸出電平與 數(shù)字電路兼容。下面詳細(xì)介紹運(yùn)算放大電路：如圖1-3所示，從傳感器的上端出來的信號(hào)vi經(jīng)過運(yùn)算放大器的同相輸入端，但是為保證引入的是負(fù)反饋，輸出電壓vo通過電阻r4接到反相輸入端，同時(shí)，反相輸入端通過電阻r3接到參考電壓vref。同相比例運(yùn)算電路中反饋的組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，同樣可以利用理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的兩個(gè)特點(diǎn)來分析其電壓放大倍數(shù)。在圖3.1中，根據(jù)運(yùn)放的“虛短”和“虛斷”的特點(diǎn)可知，i- =i+ =0，所以v- =vo*r3/r3+r4 +vref*r4/r3+r4 (3-1)而且v- =v+

40、=vivo=vi*（r3+r4）/r3 (3-2)由以上兩式可求出vo=vref-r4/r3 (3-3)所以本放大電路的放大倍數(shù)a =1+ r4*r3，此放大電路為同相比例放大電路，它的放大倍數(shù)總是大于或等于1。同相比例運(yùn)算電路有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)同相比例運(yùn)算放大電路是一個(gè)深度的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。因?yàn)椴淮嬖凇疤摰亍爆F(xiàn)象，所以其輸入端有較高的共模輸入電壓。(2)電壓放大倍數(shù)a =1+r4*r3，即輸出電壓與輸入電壓的幅值成正比，且相位相同，所以此電路實(shí)現(xiàn)了同相比例放大。如果不接r3和r4，則此電路就成了“電壓跟隨器”，它可以減少電路模塊間由于阻抗引起的干擾。 (3)由于引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反

41、饋，因此電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。高輸入阻抗就可以減少放大電路對(duì)前端電路的影響，同時(shí)低輸出阻抗也可以提高自身的抗干擾性，這顯然有利于電路中其他模塊的設(shè)計(jì)。 此放大電路還加了參考電壓，引入了零點(diǎn)調(diào)節(jié)功能，這樣可以更方便的調(diào)整由于不同傳感器導(dǎo)致的零點(diǎn)變化問題。它利用滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生一個(gè)參考電壓vref，再利用電壓跟隨器把電壓輸入到運(yùn)算放大電路的電壓參考端。所以調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，就可以直接改變放大電路的參考電壓。而電壓跟隨器的作用就如上面介紹的，它只是用來匹配阻抗用的，防止r3和r4對(duì) 滑動(dòng)變阻器輸出電壓的影響。圖3.1 前置放大電路圖二、聲音報(bào)警電路聲音報(bào)警電路圖如圖3.2所示。報(bào)警裝置采用無

42、源壓電式km3712x型蜂鳴器26，較一般的蜂鳴器體積大，聲音響亮，適用于家用煤氣報(bào)警 器的報(bào)警聲音源。當(dāng)單片機(jī)stcrc5410ad的17腳(p3.7)置1時(shí)，三極 管q1導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。本報(bào)警器采用單片機(jī)stcrc5410ad的pwm功 能，如果煙霧濃度達(dá)到報(bào)警限，單片機(jī)控制p3.7(pwm)口輸出占空比一定的脈沖，報(bào)警時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)出如警車警笛的聲音。圖3.2 聲音報(bào)警電路圖三、數(shù)碼管顯示電路報(bào)警器濃度顯示采用共陽數(shù)碼管。顯示濃度級(jí)別，其主要技術(shù)參數(shù)如下：模塊工作電壓： 2.75.5v 工作電流： 80ma,每段10ma字高：11.4mm環(huán)境相對(duì)濕度：85 視角：6:00工作溫度：-10

43、+50c顯示方式：反射式正顯示存儲(chǔ)溫度：-20+60c接口方式：8線并行接口圖3.3 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖四、狀態(tài)指示燈及控制鍵電路狀態(tài)指示燈及控制鍵電路圖如圖3.5所示。單片機(jī)stcrc5410ad的18腳(p1.0)、12腳(p2.4)、13腳(p2.5)，控制輸出的狀態(tài)指示燈。綠燈常亮表示正常狀態(tài)，環(huán)境中可燃煙霧濃度極低。黃燈閃亮表示傳感器加熱 絲或者電纜發(fā)生斷線或者接觸不良。紅燈閃亮表示環(huán)境中可燃煙霧濃度超過報(bào)警限值，提醒用戶盡快作相應(yīng)安全措施。當(dāng)煙霧濃度超過報(bào)警限，報(bào)警器發(fā)出鳴叫，用戶到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，可按下按鍵停止報(bào)警器鳴叫。若過一點(diǎn)時(shí)間濃度仍超出報(bào)警限，報(bào)警器會(huì)再次鳴叫提醒用戶。圖3.4 狀態(tài)指

44、示燈電路圖圖3.5 控制按鍵連接示意圖五、報(bào)警器故障自診斷電路(1)判斷傳感器電源連接情況在傳感器的地端串聯(lián)一個(gè)電阻r6。當(dāng)傳感器正常連接時(shí)，電阻和傳感器分壓，此時(shí)電阻兩端有微弱的電壓，單片機(jī)可以通過p1.1(ad)口檢測(cè)到； 如果傳感器電源連接不正常，則會(huì)產(chǎn)生斷路，檢測(cè)到電阻兩端電壓為0 如圖3.6所示。圖3.6 傳感器電源連接自診斷電路(2)判斷傳感器信號(hào)端連接情況 另一種情況是判斷傳感器信號(hào)端是否連接正確，此時(shí)不需要外加電路，在傳感器預(yù)熱2分鐘后，測(cè)量傳感器信號(hào)的輸出電壓，如果電壓為5v，則說明傳感器的信號(hào)端連接不正常。當(dāng)報(bào)警器自診斷發(fā)現(xiàn)傳感器連接不正常，就會(huì)發(fā)出長(zhǎng)鳴聲音警報(bào)，并 伴隨黃

45、燈閃爍，提醒用戶及時(shí)排除傳感器連接問題。第四章 煙霧檢測(cè)報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì)第一節(jié) stcrc5410系列單片機(jī)調(diào)試及開發(fā)工具 本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國keil software公司出品的keil c51，是51系列兼容單片機(jī)c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，c語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)。 第二節(jié) 煙霧檢測(cè)報(bào)警器軟件流程及設(shè)計(jì)本論文中，軟件解決的主要問題是檢測(cè)煙霧傳感器的煙霧濃度信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波，線性化處理，段式液晶濃度 顯示，按鍵功能設(shè)置，以及報(bào)警器聲光警報(bào)。一、主程序設(shè)計(jì)及流程圖主程序流程圖如圖4.1所示。首先要給傳感器預(yù)熱三分鐘，因?yàn)閙q-2

46、型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時(shí)間后，再次通電時(shí)，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時(shí)間預(yù)熱。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。本論文的主程序設(shè)計(jì)先對(duì)傳感器預(yù)熱三分鐘， 預(yù)熱同時(shí)，對(duì)傳感器加熱絲故障檢測(cè)，采用軟件方式檢測(cè)傳感器加熱絲或 電纜線是否斷線或者接觸不良。stcrc5410ad單片機(jī)對(duì)傳感器檢測(cè)的煙霧濃度信號(hào)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換、平均值法濾波、線性化處理后，將濃度值與報(bào)警限設(shè)定值相比較，判斷是否報(bào)警。同時(shí)送入段式液晶顯示煙霧濃度值。主程序還包括狀態(tài)指示燈及按鍵功能設(shè)置，中斷子程序等，使報(bào)警器功能更加完善。圖4.1 主程序流程二、主程序初始化流程圖主程序初始化流程圖如圖4.2

47、所示。給傳感器預(yù)熱后，程序開始執(zhí)行 初始化子程序，這部分實(shí)現(xiàn)的功能包括各種i/o口輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、 寄存器初始化、中斷使能等。首先設(shè)定定時(shí)初值50ms，利用iap寫入eeprom，作為取值間隔。然后設(shè)置定時(shí)器0，選擇方式1。方式1狀態(tài)下定時(shí)器的工作寄存器th1、tl1是全16位參與操作。接下來定時(shí)器0中斷允許位置1，打開定時(shí)器0，關(guān)閉蜂鳴器，開啟綠燈，設(shè)置報(bào)警限初 值。圖4.2 主程序初始化流程圖三、中位值平均濾波法數(shù)字濾波子程序設(shè)計(jì)及流程圖在煙霧傳感器對(duì)煙霧濃度采樣時(shí)，可能會(huì)遇到尖脈沖干擾的現(xiàn)象。干擾通常只影響個(gè)別采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與其他采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)相差比較大。 如果采用一般的平均值法

48、，則干擾將“平均”到計(jì)算結(jié)果上去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾而引起的煙霧濃度采樣值的偏差。 為此，可采取中位值平均濾波法(又稱防脈沖干擾平均濾波法)，先對(duì)n個(gè)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，去掉其中的最大值和最小值，然后計(jì)算余下的n2個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。這種方法既可濾去脈沖干擾又可濾去小的隨機(jī) 干擾。保證報(bào)警器檢測(cè)煙霧濃度的準(zhǔn)確性，減小誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)的可能。 在實(shí)際應(yīng)用中，n可取任何值，但為了加快測(cè)量計(jì)算速度，本論文數(shù)字濾波的設(shè)計(jì)中n取10。即調(diào)用a/d連續(xù)進(jìn)行10次采樣，去掉其中的最大值和最小值，計(jì)算其余8個(gè)值的平均值，將這個(gè)平均值送入寄存器。 中位值平均濾波法的程序流程圖如圖4.3所示。圖4.3 中位值

49、平均濾波法程序流程圖四、插值法線性化處理子程序設(shè)計(jì)及流程圖 在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，使用之前必須進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定，以得到輸出信號(hào)與被測(cè)信號(hào)的關(guān)系輸出曲線，用來作為使用過程中的計(jì)量依據(jù)。但是標(biāo)定時(shí)輸出曲線往往不是一條理想的直線，所以要對(duì)標(biāo)定曲線進(jìn)行線性化處理，用一條擬合直線近似代替輸出曲線，線性化是智能儀表的典型功能之一。該報(bào)警器主要針對(duì)甲烷煙霧檢測(cè)，在軟件線性化處理時(shí)，以傳感器對(duì)甲烷的響應(yīng)曲線為依據(jù)。 本論文報(bào)警器使用的mq-2型傳感器的電阻是隨著煙霧濃的升高而降低的，因此輸入單片機(jī)的電壓也是隨之降低的。圖4.4為單片機(jī)采集電壓值與煙霧濃度百分比的對(duì)應(yīng)曲線，可以看出，電壓值與煙霧濃度 之間是非線性的關(guān)

50、系，為了實(shí)時(shí)顯示煙霧濃度.需要對(duì)其進(jìn)行線性化處理。 在誤差許可范圍內(nèi)，根據(jù)標(biāo)定曲線形狀，以及單片機(jī)處理能力，把曲線分 成若干小段，對(duì)每小段分別線性化。圖4.4 單片機(jī)采集電壓值與煙霧濃度百分比線性化曲線根據(jù)分段線性插值法求輸入單片機(jī)的某一電壓值對(duì)應(yīng)的煙霧濃度的公式如下：f(x) = f(xi) + (x-xi)*（f(xi+1)-f(xi)）/（xi+1-xi）i=1,2,3n式中，n為所分區(qū)間個(gè)數(shù)， f(x)為實(shí)際煙霧檢測(cè)濃度，x為實(shí)際氣體檢測(cè)濃度對(duì)應(yīng)的電壓值，xi是區(qū)間的下限濃度對(duì)應(yīng)電壓值，xi是區(qū)間的上限濃度對(duì)應(yīng)電壓值， f (xi)為區(qū)間下限煙霧濃度值， f(xi)為區(qū)間上限煙霧濃度值

51、。根據(jù)以上公式設(shè)計(jì)分段插值法線性化程序流程圖如圖4.5所示。圖4.5 分段插值法線形化程序流程圖五、報(bào)警子程序設(shè)計(jì)及流程圖當(dāng)煙霧濃度超過報(bào)警設(shè)定值時(shí)，報(bào)警器發(fā)出一種近似警笛的鳴叫聲，對(duì)應(yīng)通道的紅燈閃亮，以提示操作人員采取安全對(duì)策或自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置，從而保障生產(chǎn)安全，避免火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。為防止誤報(bào)，在程序設(shè)計(jì)上，對(duì)煙霧濃度進(jìn)行快速重復(fù)檢測(cè)和延時(shí)報(bào)警，以區(qū)別出 是管道中煙霧的泄漏，還是由于暫短打開閥門產(chǎn)生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報(bào)。報(bào)警子程序流程圖如圖4.6所示。圖4.6 報(bào)警子程序流程圖六、控制按鍵設(shè)計(jì)子程序及流程圖本報(bào)警器設(shè)計(jì)附加一個(gè)按鍵，功能分別為：確定(消音)。按鍵處理子程序

52、流程圖如圖4.7所示。圖4.7 鍵盤處理子程序第五章 實(shí)驗(yàn)檢定及誤差分析第一節(jié) 煙霧檢測(cè)報(bào)警器檢定 一、爆炸下限(lel)概念介紹本論文設(shè)計(jì)的煙霧檢測(cè)報(bào)警器選用“%lel”作為煙霧的測(cè)量單位及衡量標(biāo)準(zhǔn)，下面介紹關(guān)于lel的相關(guān)概念。“l(fā)el”是指爆炸下限。可燃煙霧在空氣中遇明火種爆炸的最低濃度，稱為爆炸下限(lower explosion limited)，簡(jiǎn)稱lel?？扇紵熿F在空氣中遇明火種爆炸的最高濃度，稱為爆炸上限(upper explosion limited),簡(jiǎn)稱uel。煙霧的濃度過低或過高時(shí)是沒有危險(xiǎn)的，只有與空氣混合形成 混合氣或更確切地說遇到氧氣形成一定比例的混合氣才會(huì)發(fā)生燃

53、燒或爆炸。燃燒是伴有發(fā)光發(fā)熱的激烈氧化反應(yīng)，它必須具備三個(gè)要素：可燃物（燃?xì)猓?；助燃物（氧氣）；點(diǎn)火源（溫度）?？扇?xì)獾娜紵梢苑譃閮深?，一類是擴(kuò)散燃燒，即揮發(fā)的或從設(shè)備中噴出、泄漏的可燃?xì)猓龅近c(diǎn)火源 混合燃燒。另一類燃燒，是可燃?xì)馀c空氣混合著火燃燒，這種燃燒反應(yīng)激烈而速度快，一般會(huì)產(chǎn)生巨大的壓力和聲響，又稱之為爆炸。燃燒與爆炸沒有嚴(yán)格的區(qū)分。有關(guān)權(quán)威部門和專家已經(jīng)對(duì)目前發(fā)現(xiàn)的可燃?xì)庾髁巳紵ǚ治觯?定出了煙霧的爆炸極限，它分為爆炸上限和爆炸下限。低于爆炸下限，混合氣中的可燃?xì)獾暮坎蛔?，不能引起燃燒或爆炸，高于上限混合氣中的氧氣的含量不足，也不能引起燃燒或爆炸。另外，可燃?xì)獾娜紵c爆炸

54、還與煙霧的壓力、溫度、點(diǎn)火能量等因素有關(guān)。爆炸極限一般用體積 百分比濃度表示。爆炸極限是爆炸下限、爆炸上限的總稱，可燃煙霧在空氣中的濃度只有在爆炸下限、爆炸上限之間才會(huì)發(fā)生爆炸。低于爆炸下限或高于爆炸上限都不會(huì)發(fā)生爆炸。因此，在進(jìn)行爆炸測(cè)量時(shí)，報(bào)警濃度一般設(shè)定在爆炸下限的25%lel以下。一般可燃煙霧檢測(cè)儀的測(cè)量范圍為0100%lel。 甲烷在空氣濃度為9%-11%時(shí)遇明火爆炸,高于11%或低于9%都不爆 炸。假定甲烷的爆炸下限為5%體積比，那也就是說，把這個(gè)5%體積比，一百等分，讓5%體積比對(duì)應(yīng)100%lel，也就是說，當(dāng)檢測(cè)儀數(shù)值到達(dá)10%lel報(bào)警點(diǎn)時(shí)，相當(dāng)于此時(shí)甲烷的含量為0.5%體積比。當(dāng)檢測(cè)儀數(shù) 值到達(dá)20%lel報(bào)警點(diǎn)時(shí)，相當(dāng)于此時(shí)甲烷的含量為1%體積比。本設(shè)計(jì)中設(shè)定甲烷的爆炸下限為10%體積比，對(duì)應(yīng)的報(bào)警限設(shè)在20%lel，也就是甲烷含量為2%體積比時(shí)報(bào)警器報(bào)警。二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析因?yàn)榧矣妹簹庵兄饕煞譃榧淄椋员緦?shí)驗(yàn)在煙霧標(biāo)定時(shí)，選用甲烷煙霧。實(shí)際甲烷煙霧與進(jìn)入到單片機(jī)輸入端的電壓值對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)如表5-1所示。表5-1 實(shí)際甲烷煙霧與送入單片機(jī)的電壓值對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)濃度（%）電壓（v）03.70103.6520