基于单片机的火灾报警器设计.docx
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1、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,其应用领域越来越广泛,对其要求越来越高,需求越来越迫切。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。本文利用单 片机结合传感器技术而开发设计了这一火灾报警器。本文以电阻式烟雾传感器和单片机技术为核心并与其他电子技术相结合, 设计出一种技术水平较好的烟雾报警器。其中选用 MQ-2 型半导体可燃气体敏感 元件烟雾传感器实现烟雾的检测,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。选用的 STC12C5410AD 单片机,其整合了 A/D 转换、 乘法器、硬件脉宽调制器等资源,
2、具有高速、低功耗、超强抗干扰等优点。本文设计的烟雾报警器可实现声光报警、浓度显示、报警限设置等功能。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。关键词:烟雾,报警器,STC12C5410,传感器目录1. 引言1 2. 烟雾检测报警器整体设计方案1 2.1 烟雾检测报警器工作原理1 2.2 烟雾检测报警器的结构1 3. 烟雾检测报警器的硬件设计2 3.1 信号采集及前置放大电路2 3.2 声音报警电路3 3.3 数码管显示电路3 3.4 状态指示灯及控制键电路4 4. 烟雾检测报警器的软件设计5 4.1 烟雾检测报警器软件流程及设计5 4.2 主程序设计及流程图5 4.
3、3 报警子程序设计及流程图6 4.4 控制按键设计子程序及流程图7 5. 结论8 致辞9 参考文献101引言火灾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。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2。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,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
4、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。以上是根据报警器应具备的功能,提出的整体设计思路1。本文详细介绍了该火灾烟雾检测报警器硬件、软件的设计,最后,对整个设 计做了概括性总结。2.烟雾检测报警器整体设计方案2.1 烟雾检测报警器工作原理本论文中的烟雾检测报警器以 STC12C5410AD 单片机为控制核心,采用 MQ-2 型电阻式半导体传感器采集烟雾信息。首先,传感器送来的烟雾浓度对应的微小的电压信号经过放大,转化成较大 的电压信号送入 STC12C5410AD 单片机;然后,在 STC12C5410AD 单片机内 A/D 转
5、换、浓度比较,对数据进行线性化处理,将数字化电压信号转化成为对应 的十进制浓度值;最后,将实际可燃性气体浓度送入液晶,并判断浓度值是否超 出报警限,当浓度处于正常状态绿灯长亮,当烟雾浓度超出设定的限定值时,发 出声音报警并伴随红灯闪亮。另外由于烟雾传感器需要在加热状态下工作,温度 越高,反应越快,响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时间,保证传感器准 确地、稳定地工作,报警器需要向烟雾传感器持续输出一个 5V 的电压。为了保 证其可靠性,在输出 5V 的电压的同时,进行故障监测。当传感器加热丝 或电 缆线和传感器断线或接触不良时,进行故障报警,发出声光报警信号。 当然几 种状态的报警信号是各不
6、相同的。2.2 烟雾检测报警器的结构报警器系统结构框图如 1 所示,系统以单片机为核心,配合外围电路共同完 成信号采集、浓度显示、时间显示、状态显示、声音及闪烁报警、按键输入等功 能。系统应采用高性能的单片机,要求工作稳定、测量精度高、通用性强、功耗1低,保证报警器的精确性及可靠性,而且最好体积小,成本低,有利于减少报警器的体积,降低报警器的成本5。图 1 可燃性气体检测报警器结构框图3. 烟雾检测报警器的硬件设计在报警仪的设计中,单片机是其核心部件。它一方面要接收来自传感器送来 的烟雾浓度对应的模拟信号和故障检测信号,另一方面要对两种信号分别进行处 理,控制后续电路进行相应动作;与此同时查询
7、是否有键按下的请求7。在单片 机完成这些的工作中,尤其是信号处理中,比较浓度值后送入显示的软件实现比 较复杂,要求单片机具备较快的运算速度,使检测人员能够较准确地观测到烟雾 浓度,并根据情况做进行相应处理。3.1 信号采集及前置放大电路传感器输出信号一般比较微弱,需要经过前置电路对其进行放大、滤波、电 平调整,满足单片机对输入信号的要求。本系统采用的半导体烟雾传感器属于电 阻型,因此只需串联一个参考电阻,再经过一个放大电路即可发送给 ADC 采集。 由于系统采用的是单极性供电,所以采用同相比例放大电路,可以减少硬件开销。 所以本设计中的前置放大电路采用 LM324 作为电路的运算放大器。LM3
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