单片机火灾报警控制系统设计.doc

计算机控制设计
课程设计报告

班级
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姓名
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学号
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课程设计题目: 单片机火灾报警控制系统设计
本课程设计要求利用单片机结合传感器技术而开发设计的智能火灾报警系统，从而可以对生活中有火灾隐患的地方进行监测与防范，并且当火灾发生时能及时发出警报，让人们可以迅速赶到现场熄灭火灾，以此可以减少财务损失与人员的伤亡。设计目的是设计和实现一种分布式智能火灾报警控制系统，实现系统软硬件的组成和实现。
技术参数和设计任务：
为了全面有效地反映被监视环境的各种细微变化，故智能系统采用了设有专用芯片的模拟量探测器设计，从而可以对烟雾和灰尘等影响实施自动补偿，同时有数字量的探测器，直接将采集的信号信息送入控制器进行自动处理，以此而实现各种智能特性、无灾误报和准确报警。
为了解决不同工程的适应性，同时提高运行的可靠性，故系统采用主从式网络结构设计。
为了完成总线报警，又实现总线联动控制，故系统采用全总线计算机通信技术设计。
为了能准确无误的产生报警，故采用了感烟效果好、灵敏度高的MQ-2烟雾传感器和DS18B20数字温度传感器。

一、本课程设计系统概述
1、系统原理
本课程设计的智能火灾报警系统的工作，首先，通过数据采集模块的MQ-2烟雾传感器采集周围环境的烟雾浓度，经A/D转换送到单片机控制中心进行处理；同时由DS18B20数字温度传感器采集周围环境中的温度，经过信息处理，转化为C51单片机能够处理的数字量。在STC89C5RC单片机中，采集并经过处理的数据要与系统所规定的相关上限值进行比较（上限值是保证系统正常工作同时周围环境处于良好状态时的上限），如果超过了上限值，则说明周围环境异常，要报警，以便人们的正常生活和工作。把信息综合处理，根据实际的需要以及现场的环境，来发现和识别警报，构成智能化的监控系统，提高了系统工作的可靠性。
2、系统模块框图图
此系统的总体模块框图如图1所示。

数据采集模块
A/D转换模块
单片机主控处理模块
报警电路模块

图1模块框图
3、控制方案
（1）单片机的选择
单片机是本方案的灵魂，所以我们选择是需要慎之又慎，下面我们来拿8031和STC89C5RC做一下比较。
8031影响很大，已成为事实上的工业标准。后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作，也推出了同类型的单片机，如同一种单片机的多个版本一样，虽都在不断的改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。我们统称这些与8051内核相同的单片机片内不带程序存储器ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。用户若想对写入到EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。
由于上述类型的单片机应用的早，为51系列单片机。
在众多的51系列单片机中，要算 ATMEL 公司的STC89C5RC更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为 ATMEL AT89Cx 做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。而且STC89C5RC目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。
单对STC89C5RC来说，在实际电路中可以直接互换8051和8751，替换8031只是第31脚有区别，8031因内部没有ROM，31脚需接地，单片机在启动后就到外面程序存储器读取指令；而8051/8751/89c51因内部有程序存储器，31脚接高电平，单片机启动后直接在内部读取指令。也就是51芯片的31脚控制着单片机程序从内部读取还是从外部读取，31脚接电源，程序从内部读取，31脚接地，程序从外部读取，其他无须改动。另外，STC89C5RC替换8031后因不用外存储器，不必安装原电路的外存储器和373芯片。
由于内部RAM的存在，可以减少I/O扩展芯片、锁存器及片外RAM等等，使整个设计显得简单明了，所以我们选择STC89C5RC。
（2）A/D转换器的选择
A/D转换器的种类很多，就位数来分，有8位、10位、12位、16位等。位数越高，其分辨率也越高，但价格也越贵。而就其结构而言，有单一的A/D转换器，有内含多路开关的A/D转换器。根据本设计的需要，我选择的A/D转换器是ADC0809芯片。
ADC0809是美国Analog Device公司生产的8位逐次逼近式模数转换器，转换速率高，自带三态输出缓冲电路，可直接与各种典型的8位或16位的微处理器相连而无需附加逻辑接口电路，且能与CMOS及TTL兼容，是目前我国应用最广泛，价格便宜的A/D转换器。加之内部含有三态输入缓冲电路，可直接与各种微处理器连接，且无须附加逻辑接口电路，内部设置的高精参考电压源和时钟电路，使它不需要任何外部电路和时钟信号，就能完成A/D转换功能，应用非常方便。
（3）烟雾传感器的选择
烟雾检测报警器主要应用在石油、化工、冶金、油库、液化气 站、喷漆作业等易发生可燃烟雾泄漏的场所，根据报警器检测烟雾 种类的要求，一般选用接触燃烧式烟雾传感器和半导体烟雾传感器。
使用接触燃烧式传感器，其探头的阻缓及中毒，是不可避免的问题。 阻缓是当在烟雾与空气的混合物中含有硫化氢等含硫物质的情况下，则有可能在无焰燃烧的同时，有些固态物质附着在催化元件表面，阻塞载体的微孔，从而引起响应缓慢反应滞缓，灵敏度降低。虽然将阻缓的传感器再放回新鲜空气环境中有得到某种程度的恢复的可能，但是如果长期暴露在这样的环境中，其灵敏度会不断下降，导致传感器最终丧失检测烟雾的能力。中毒是如果环境空气中含有硅烷之类的物质时，则传感器将 使催化元件产生不可逆转的中毒，以致灵敏度很快就丧失。当怀疑检测环 境中存在这些物质时，经常对探头进行标定，是必须且有效的办法。
因此，经常对传感器进行标定，是保证其准确性的必要的途径。一般连续使用两个月后应对传感器进行量程校准，这种经常性对传感器的维护，无形中加大了工作人员的工作量，同时增加了报警器的维护成本。
半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器，它具有灵敏度高， 响应快、体积小、结构简单，使用方便、价格便宜等优点，因而得到广泛应用。半导体烟雾传感器的性能主要看其灵敏度、选择性(抗干扰性)和稳 定性(使用寿命)。
经过对比上述两种烟雾传感器的应用特性，发现半导体烟雾传感器的优点更加突出：灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低等。因此，本设计采用半导体烟雾传感器作为报警器烟雾信息采集部分的核心。而在众多半导体气体传感器中，本设计选用MQ-2型烟雾传感器，这种型号的传感器不但具备一般半导体烟雾传感器灵敏度高、响应快、抗干扰能力强、寿命长等优点。
（4）温度传感器的选择
温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段：
1）.传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间转换。传统的分立式温度传感器如热电偶传感器。热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-50~1600℃进行连续测量,特殊的热电偶如金铁——镍铬，最低可测到-269℃，钨——铼最高可达2800℃。
2）.模拟集成温度传感器/控制器。它的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。
3）.智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。
温度传感器按传感器与被测介质的接触方式可分为两大类：一类是接触式温度传感器，一类是非接触式温度传感器。接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这是的示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高，并可测量物体内部的温度分布。但对于运动的、热容量比较小的及对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。
非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。常用的是辐射热交换原理。此种测稳方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象，也可测量温度场的温度分布，但受环境的影响比较大。
综合以上，我选择数字温度传感器DS18B20。该产品采用美国DALLAS公司生产的 DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。DS18B20一线总线数字式传感器，独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯，用户可定义的非易失性温度报警设置 。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，与前一代产品不同，新的产品支持3V~5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。
4、系统结构原理图

MQ-2
烟雾传感器

ＤＳ１８Ｂ２０
温度传感器
ＡＤＣ０８０９

ＳＴＣ８９Ｃ５２
ＲＣ
单片机
４分频电路
蜂鸣器报警

光报警

图２智能火灾报警系统结构原理框图
二、硬件设计
1、 单片机主控处理模块
STC89C5RC是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机。片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51 指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大STC89C5RC单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
（1）主要性能参数：
STC89C5RC单片机主要包括中央处理器、定时/计数器、并行接口、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线三大总线。
　1)中央处理器
中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。
　2)定时/计数器(ROM)：
STC89C5RC有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
　3)并行输入输出(I/O)口：
STC89C5RC共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。
　4)程序存储器(ROM)：
STC89C5RC共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。
　5)数据存储器(RAM)
STC89C5RC内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。
　6)全双工串行口：
STC89C5RC内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。
　7)中断系统：
STC89C5RC具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。
STC89C5RC单片机中的芯片均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，如图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。

　　下图是STC89C5RC的管脚图：
图3 STC89C5RC管脚图
引脚的功能加以说明：
P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在F1ash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
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。
表1 P1口第二功能
引脚号
第二功能
P1.5
MOSI（在系统编程用）
P1.6
MISO（在系统编程用）
P1.7
SCK（在系统编程用）
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。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（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是他的第二功能，见表2。
表2 P3口第二功能
引脚号
第二功能
P3.0
RXD（串行输入）
P3.1
TXD（串行输出）
P3.2
INT0（外部中断0）
P3.3
INT0（外部中断0）
P3.4
T0（定时器0外部输入）
P3.5
T1（定时器1外部输入）
P3.6
WR（外部数据存储器写选通）
P3.7
RD（外部数据存储器写选通）
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，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。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。
：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号，当AT89S51从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，将不被激活。
/Vpp：访问外部程序存储器控制信号，当保持低电平时，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，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，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（Vpp）。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。为了执行内部程序指令，应该接Vcc。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
RESET/Vpd：复位信号复用脚，当STC89C5RC通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平系统即初始复位。Vcc掉电其间，此脚可接备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。
Pin30:ALE当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。
Pin29:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。
Pin31:EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。
Vcc：电源电压
GND：地
（2）功能概述：
STC89C5RC提供以下标准功能：4K字节Flash闪存存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，STC89C5RC可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容。但振荡器停止工作并禁止其它所有工作直到下一个硬件复位。
（3）工作特性：
1) 时钟振荡器
STC89C5RC中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图４。

图４ 振荡电路
外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路，对外电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30pF（±10pF）。用户也可以采用外部时钟。此时，外部时钟脉冲接XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。
由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，电脑最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。
　2) 复位电路
复位电路是单片机系统必须的，用来为单片机提供正确的复位信号。在整个智能火灾报警系统设计中，要进行试验，必须对整个系统进行复位。复位是单片机的初始化操作。单片机系统在上电启动运行时，都需要先复位。其作用是CPU和系统中其它部件都处在一个确定的初始条件，并从这个状态开始工作。因而，复位时一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能进行复位操作的，必须配合
相应的外部复位电路来实现复位。单片机的外部复位电路有上电复位和上电和按键均有效的复位方式两种。图5是STC89C5RC的上电和按键复位电路。

图5 STC89C5RC的上电和按键复位电路
2、A/D转换模块
在智能火灾报警系统设计中，由于C51单片机只能处理数字量，而烟雾传感器采集到的信号确实模拟量，所以要加入A/D转换芯片——ADC0809芯片。
（１）ADC0809芯片的基本知识
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
EOC
CLK
ST
OE
三态输出锁存器
8路A/D转换器
VREF-
VREF+)
A
B
C
ALEE
地址锁存与译码器
8
路模拟量开
关
IN0
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。ADC0809的内部逻辑结构如图６。

图６ ADC0809内部逻辑结构
由上图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
（2）ADC0809引脚结构
可知ADC0809为28引脚为双列直插式封装。引脚结构图如图3-5所示。
对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：
图７ ADC0809引脚结构图
IN7～IN0—模拟量输入通道。
ALE—地址锁存允许信号。ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。
START—转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST。
A、B、C—地址线。 通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。
CLK—时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号。
EOC—转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。
D7～D0—数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高。
OE—输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。
Vcc—+5V电源。
Vref—参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V)。
（３）主要特性
1)8路输入通道，8位A／D转换器，即分辨率为8位。
2)具有转换起停控制端。
3)转换时间为100μs。
4)单个＋5V电源供电。
5)模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。
6)工作温度范围为-40～＋85摄氏度。
7)低功耗，约15mW。
（4）ADC0809的工作原理简介
ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。
ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。
ADC0809有4条地址输入和控制线。ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。
表3 通道选择表
C
B
A
选择的通道
0
0
0
IN0
0
0
1
IN1
0
1
0
IN2
0
1
1
IN3
1
0
0
IN4
1
0
1
IN5
1
1
0
IN6
1
1
1
IN7
由于CLK的时钟脉冲选用的是500KHz，所以需要把单片机ALE产生的2MHz的脉冲进行4分频，接到ADC0809的CLK管脚。分频我用的是74Ls74芯片。74ls74是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发d触发器电路模块。内部管脚连接图如图8示。
引脚介绍：
11端与3端为原时钟输入端，5端和9端为变换后的时钟输出端，2端和6端联接，8端和12端联接，7端接电源负极，14端接电源正极。分频电路如下图8

图8 4分频电路
（5）ADC0809应用说明
1）ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。
2）初始化时，使ST和OE信号全为低电平。
3）送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。
4）在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。
5）是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。
6）当EOC变为高电平时，这时给OE高电平，转换的数据就输出给单片机了。
3、数据采集模块
数据采集模块是用来采集周围环境中的有用信息，以便单片机进行处理。这个模块主要包括两个小模块：烟雾报警器模块和温度报警器模块。
（1）烟雾报警模块
此模块使用的是MQ-2烟雾报警器，是半导体型可燃气体敏感元件烟雾传感器。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(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，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。
该传感器需要施加2个电压：加热器电压（VH）和测试电压（Vc）。其中VH用于为传感器提供特定的工作温度。Vc 则是用于测定与传感器串联的负载电阻（RL）上的电压（VRL）。这种传感器具有轻微的极性，Vc需用直流电源。在满足传感器电性能要求的前提下，Vc和VH可以共用同一个电源电路。为更好利用传感器的性能，需要选择恰当的RL值。
MQ-2气敏元件的结构和外形如图所示(结构A or B),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个用于信号取出，2个用于提供加热电流。
Vc
VH
GND
RL
VRL

图9 传感器的测试电路
A
A
B

B

MQ-2的使用规格：

表4 A. 标准工作条件
符号
参数名称
技术条件
备注
Vc
回路电压
≤15V
AC or DC
VH
加热电压
5.0V±0.2 V
AC or DC
RL
负载电阻
可调

RH
加热电阻
31Ω±3Ω
室温
PH
加热功耗
≤900mW

表5 B. 环境条件
符号
参数名称
技术条件
备注
Tao
使用温度
　　-10℃-50℃

Tas
储存温度
　　-20℃-70℃
RH
相对湿度
　　小于　95%RH
O2
氧气浓度
　　21%(标准条件)
氧气浓度会影响灵敏度特性
最小值大于２％

表6 C. 灵敏度特性
符号
参数名称
技术参数
备注
Rs
敏感体表面电阻
3KΩ-30KΩ
(1000ppm 异丁烷 )
探测浓度范围
100ppm-10000ppm
300ppm-5000ppm 丁烷
5000ppm-20000ppm 甲烷
300ppm-5000ppm 氢气
α(3000/1000)
异丁烷
浓度斜率

≤0.6
标准工作条件
温度： 20℃±2℃ Vc:5.0V±0.1V
相对湿度： 65%±5% Vh: 5.0V±0.1V

预热时间
不超过1小时

（2）报警器模块
此模块采用的是DS18B20数字温度传感器。
１）DS18B20单线数字温度计
A、适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。
B、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
C、DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。 　　
D、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。
E、温度范围-55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度±0.5℃。
F、可编程分辨率为9～12位，对应的可分辨温度为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。
G、在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。
H、测量结果直接输出数字信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 　
Ｉ、负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
2）DSl8B20的引脚，如下图所示。
GND：接地管脚
DQ：数字量的输入和输出
VDD：可选的+5V电源

3）DS18B20的4个主要的数据部份
A、光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
B、DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量。以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。
表7 DS18B20温度值格式表
23
22
21
20
2-1
2-2
2-3
2-4
bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0
LS Byte

bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8
S
S
S
S
S
S
S
S
MS Byte

这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。例如+125℃的数字输出为07D0H，+25.0625℃的数字输出为0191H，-25.0625℃的数字输出为FF6FH，-55℃的数字输出为FC90H 。 　　
表8 DS18B20温度数据表
TEMPERATURE
DIGITAL OUTPUT(Binary)
DIGITAL OUTPUT(Hex)
+125°C
0000 0111 1101 0000
07D0h
+85°C
0000 0101 0101 0000
0550h
+25.0625°C
0000 0001 1001 0001
0191h
+10.125°C
0000 0000 1010 0010
00A2h
+0.5°C
0000 0000 0000 1000
0008h
+0°C
0000 0000 0000 0000
0000h
-0.5°C
1111 1111 1111 1000
FFF8h
-10.125°C
1111 1111 0101 1110
FF5Eh
-25.0625°C
1111 1110 011 1111
FE6Fh
-55°C
1111 1100 1001 0000
FC90h
C、DS18B20温度传感器的存储器
DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器 TH、TL和结构寄存器。
D、配置寄存器
该字节各位的意义如下：

TM
R1
R0
1
1
1
1
1

低五位一直都是"1"，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用 户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）。
R1
R0
分辨率
温度最大转换时间
0
0
9位
　　93.75ms
0
1
10位
　　187.5ms
1
0
11位
　　375ms
1
1
12位
　　750ms
表9 温度分辨率设置表

4)DS18B20的外部电源供电方式
在外部电源供电方式下，DS18B20工作电源由VDD引脚接入，此时I/O线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器，组成多点测温系统。注意：在外部供电的方式下，DS18B20的GND引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是85℃。
外部电源供电方式是DS18B20最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统。在外接电源方式下，可以充分发挥DS18B20宽电源电压范围的优点，即使电源电压Vcc降到3V时，依然能够保证温度量精度。
5)DS18B20的读操作
A、将数据线拉高“1”。
B、延时2微秒。
C、将数据线拉低“0”。
D、延时15微秒。
E、将数据线拉高“1”。
F、延时15微秒。
G、读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理。
H、延时30微秒。
6)DS18B20的写操作
A、数据线先置低电平“0”。
B、延时确定的时间为15微秒。
C、按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。
D、延时时间为45微秒。
E、将数据线拉到高电平。
F、重复上（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。
G、最后将数据线拉高。
7）DS18B20的初始化
A、先将数据线置高电平“1”。
B、延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）。
C、数据线拉到低电平“0”。
D、延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）。
E、数据线拉到高电平“1”。
F、延时等待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。
G、若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒。
H、数据线再次拉高到高电平“1”后结束。
4、报警电路模块
此模块是用来发出警报的模