基于单片机的烟雾报警器的设计毕业设计方案.doc
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1、摘要随着“信息时代”到来,作为获取信息手段传感器技术得到了明显进步,其应用领域越来越广泛,对其规定越来越高,需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一种国家科学技术发展水平重要标志之一。因而,理解并掌握各类传感器基本构造、工作原理及特性是非常重要。 为了提高对传感器结识和理解,特别是对烟雾传感器进一步研究以及其用法与用途,基于实用、广泛和典型原则而设计了本系统。本文运用单片机结合传感器技术而开发设计了这一烟雾监控系统。 本论文以电阻式烟雾传感器和单片机技术为核心并与其她电子技术相结合, 设计出一种技术水平较好烟雾报警器。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检测,具备敏捷度高、
2、响应快、抗干扰能力强等长处,并且价格低廉,使用寿命长。选用STC12C5410AD单片机,其整合了A/D转换、硬件乘法器、硬件脉宽调制器等资源,具 有高速、低功耗、超强抗干扰等长处,是当前同类技术中性价比较高产 品。以STC12C5410AD单片机和MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器为核心设计烟雾报警器可实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设立、延时报警及与上位机串口通信等功能。是一种构造简朴、性能 稳定、使用以便、价格低廉、智能化烟雾报警器。具备一定实用价值。核心词:烟雾,报警器,STC12C5410,传感器AbstractWhile “information age” the arri
3、val,obtained the remarkable progress as the gain information method - - sensor technology,its application domain 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
4、 development important symbols.Therefore,understood and grasps each kind of sensor the basic structure,the 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
5、as its usage and the use,based on practical,widespread and the model principle has designed this system.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 monoli
6、thic integrated circuit technology unifies as the core and with other electronic technology,designs one 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 antija
7、mming ability quickly strong and so on the merits,moreover the price is inexpensive,the service life 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
8、loss,ultra strong antijamming,is the present similar technology neutral price quite high product. 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,
9、the breakdown from the diagnosis,the density demonstrated,reports to the police limits 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
10、inexpensive,the intellectualized smog alarm apparatus.Has certain practical value.Key word:Smog,alarm apparatus,STC12C5410,sensor目 录摘要1Abstract2第一章 绪论51.1论文研究来源、目和意义51.1.1论文研究来源51.1.2论文研究目和意义51.2烟雾报警器国内外现状51.3本论文重要任务6第二章 烟雾检测报警器方案设计82.1烟雾检测报警器设计思路82.2烟雾传感器选型82.2.1烟雾传感器简介82.2.2烟雾传感器选定102.2.3 MQ-2型烟雾传
11、感器工作原理112.2.4 MQ-2型传感器特性及重要技术指标122.3烟雾检测报警器整体设计方案132.3.1烟雾检测报警器工作原理132.3.2烟雾检测报警器构造142.3.3烟雾检测报警器功能142.3.4烟雾检测报警器重要技术指标152.4本章小结15第三章 烟雾检测报警器硬件设计173.1单片机选型173.1.1单片机选取173.1.2 STC12C5410AD单片机特点183.2烟雾检测报警器硬件电路设计193.2.1信号采集及前置放大电路193.2.2声音报警电路213.2.3数码管显示电路223.2.4状态批示灯及控制键电路233.2.5报警器故障自诊断电路253.3本章小结2
12、6第四章 烟雾检测报警器软件设计274.1 STC12系列单片机调试及开发工具274.2烟雾检测报警器软件流程及设计274.2.1主程序设计及流程图274.2.2主程序初始化流程图294.2.3中位值平均滤波法数字滤波子程序设计及流程图294.2.4插值法线性化解决子程序设计及流程图314.2.6报警子程序设计及流程图354.2.7控制按键设计子程序及流程图364.3本章小结39第五章 实验检定及误差分析405.1烟雾检测报警器检定405.1.1爆炸下限(LEL)概念简介405.1.2实验数据分析405.2实验误差分析425.3本章小结43结 论44参照文献45致 谢47附 录148第一章 绪
13、论1.1论文研究来源、目和意义 1.1.1论文研究来源 随着科技发展,越来越多巨大隐患由于工业生产和人们寻常生活而产生。为了初期发现和通报火灾,防止和减少火灾危害,保护人身和财产安全。保卫社会主义当代化建设,防止火灾引起燃烧、爆炸等事故,导致严重经济损失,甚至危及生命安全。为了减少此类事故发生,就必要对烟雾进行现场实时检测,采用先进可靠安全检测仪表,严密监测环境中烟雾浓度, 及早发现事故隐患,采用有效办法,避免事故发生,才干保证工业安全和 家庭生活安全。因而,研究烟雾检测办法与研制烟雾报警 器就成为传感器技术发展领域一种重要课题。 1.1.2论文研究目和意义 为了初期发现和通报火灾,防止和减少
14、火灾危害,保护人身和财产安全。保卫社会主义当代化建设,防止火灾引起燃烧、爆炸等事故,导致严重经济损失,甚至危及生命安全。烟雾检测报警装置是可以检测环境中烟雾浓度并具 有报警功能仪器。该报警装置是石油化学工业、有气体泄漏也许 生产工厂及家庭防火防爆必备仪器。烟雾报警器属于中华人 民共和国强制检定工作计量器具目录中第46项,它归类于物理化学 计量器具。建筑设计防火规范(GBJ16-87)第10.3.2条明确规定:“散发可燃烟雾、可燃蒸汽甲类厂房和场合,应设立烟雾浓度检测报警装置”。12月,国家执行新烟雾探测器原则(GB 15322-)可燃烟雾探测器,10月国家颁布可燃烟雾检测报警器规程JJG693
15、-,研究新型、性能稳定、精确监测可燃性气 体,并合乎国家有关规定报警器具备极其重要得意义。当前国内已有许多都市铺设了煤气管道,使用人口约达二亿人,煤气 发生基地及中转站也达几千家。如果这些家用燃气和煤气基地及中转站 报警率按10% 计算,烟雾检测报警器需求量就达万台以 上。随着全社会对防火防爆及人身安全注重限度提高,这个数字会继 续增长。 近十年来,农村沼气使用也得到了极大发展。究竟,全 国沼气池数量已达近1300万座,这就为检测沼气(重要成分是甲烷)浓 度仪器提供了市场。可见,烟雾报警器具备十分辽阔市场前景。1.2烟雾报警器国内外现状 国外从20世纪30年代开始研究及开发烟雾传感器,且发展迅
16、速,一 方面是由于人们安全意识增强,对环境安全性和生活舒服性规定提高;另 一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规推动。据关于记录,美 国1996年烟雾传感器年均增长率为27%30%。随着传感器生产 工艺水平逐渐提高,传感器日益小型化、集成度不断增大,使得烟雾检测 仪器体积也逐渐变小,提高了烟雾检测仪器便携性,更加利于生产、运送及市场推广。 1963年5月,日本开发完毕第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器,次年12月其改良产品问世,改良报警器可以检测燃气、一氧化碳等气 体,可以安装在浴室或者采用集中监视。 国内在70年代初期开始研制烟雾报警器,生产型号多样、品种较齐全,应用范畴也由单一炼油系统
17、扩展到几乎所有危险作业环境各种类型报警器,产品数量也在不断增长。但重要是在引进国外先进传感器技术和先进生产工艺基本上,进行研究与开发形成自己特色。近年来,在烟雾选取性和产品稳定性上也有很大进步。燃气报警器可分为民用火灾烟雾报警器、工业用烟雾报警器、有毒有害烟雾报警器三大系列产品。(1)民用火灾烟雾报警器 民用火灾烟雾报警器为居民家庭用火灾报警器,普通安装在厨房,遇到火灾产生烟雾时时,报警器可发出声光报警,或同步伴有数字显示,同步联动 外部设备。有报警器可自动启动排电扇,把烟雾排出室外 (2) 工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器 工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器只是检测探头有差别,而在原理
18、和应用中都很相近。工业用燃气报警器及有毒烟雾报警器根 据检测环境不同,也可分为检漏仪、控制器和探测器。 检漏仪体积较小,可随身携带或手持,重要应用于燃气管理查漏 与巡检。若有燃气泄漏,检漏仪便会发出声光报警,同步数字显示烟雾浓 度,以便及时采用安全办法,防止爆炸等恶性事故发生。 控制器与探测器结合使用,可在防爆现场长期监测烟雾浓度。探测器安装在防爆现场,控制器壁挂在值班室等有人值守地方,两者采用屏 蔽电缆线连接。当在现场探测器探测到燃气泄漏之后,通过屏蔽电缆线将信号传到控制器,控制器发出声光报警,同步启动排风装置或关闭电磁阀切断气源,以保证安全。此种仪器广泛应用于液化气站、汽车加油站、锅炉房等
19、工业场合。 1.3本论文重要任务 本篇论文是烟雾报警器研制,重要基本某些和扩展某些:(1)基本某些(a)对系统进行整体规划和构造设计。(b)以STC12C5410AD单片机为中央解决器,对硬件电路进行设计和 改进,使其功能更加完善。系统硬件电路重要分为前置放大电路、键盘电 路、串口通信电路、声音报警电路、状态批示灯电路、液晶显示电路六个 某些。 (c)系统软件编制。按照软件实现功能,重要分为主程序、初始 化子程序、键盘解决子程序、滤波子程序、线性化解决子程序、浓度显示 子程序、报警子程序、报警限值设立子程序、串口通信子程序。在程序 编写过程中,加入了详细文字注释,便于后期改进与维护。 (d)硬
20、件电路和软件综合调试。 (2)扩展某些 (a)再加入一路传感器信号采集电路,运用双通道数据实现采集优化,重要是运用辅助一路进行修正主传感器,以提高精度和可靠性。第二章 烟雾检测报警器方案设计2.1烟雾检测报警器设计思路烟雾检测报警器是可以检测环境中烟雾浓度,并具备报警功能仪器,仪器最基本构成某些应涉及:烟雾信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路。烟雾信号采集电路普通由烟雾传感器和模仿放大电路构成,将烟雾信 号转化为模仿电信号。模数转换电路将从烟雾检测电路送出模仿信号 转换成单片机可辨认数字信号后送入单片机。单片机对该数字信号进行 滤波解决,并对解决后数据进行分析,与否不不大于或等于某个预设
21、值(也 就是报警限),如果不不大于则启动报警电路发出报警声音,反之则为正常状 态。为以便检测与监控,使仪器测试人员及顾客可以直观地观测到环境中 可燃烟雾浓度值,可将浓度值送到显示屏中。以便调节报警限,可以加 入按键。为使报警装置更加完善,可以在声音报警基本上,加入光闪报警, 变化光信号可以引起顾客注意,弥补嘈杂环境中声音报警局限。以上 是依照报警器应具备功能,提出整体设计思路。烟雾传感器及单片机是可燃烟雾检测报警器两大核心,依照报警器 功能需要,选取适当、精准、经济烟雾传感器及单片机芯片是 至关重要。烟雾传感器选型在下一节详细简介。单片机作为硬件电路 核心,它选型将在第三章详述。2.2烟雾传感
22、器选型 烟雾传感器属于气敏传感器,是气-电变换器,它将可燃性气 体在空气中含量(即浓度)转化成电压或者电流信号,通过A/D转换电路 将模仿量转换成数字量后送到单片机,进而由单片机完毕数据解决、浓度 解决及报警控制等工作。传感器作为烟雾检测报警器信号采集某些,是仪表核心构成某些之一。由此可见,传感器选型是非常重要。2.2.1烟雾传感器简介 (1)烟雾传感器分类 烟雾传感器种类繁多,从检测原理上可以分为三大类: (a)运用物理化学性质烟雾传感器:如半导体烟雾传感器、接触燃 烧烟雾传感器等。 (b)运用物理性质烟雾传感器:如热导烟雾传感器、光干涉烟雾传 感器、红外传感器等。 (c)运用电化学性质烟雾
23、传感器:如电流型烟雾传感器、电势型气 体传感器等。 (2)烟雾传感器应满足基本条件 一种烟雾传感器可以是单功能,也可以是多功能;可以是单一实体,也可以是由各种不同功能传感器构成阵列。但是,任何一种完整烟雾传感器都必要具备如下条件: (a)能选取性地检测某种单一烟雾,而对共存其他烟雾不响应或低 响应; (b)对被测烟雾具备较高敏捷度,能有效地检测容许范畴内烟雾 浓度;(c)对检测信号响应速度快,重复性好;(d)长期工作稳定性好; (e)使用寿命长; (f)制导致本低,使用与维护以便。 (3)常用烟雾传感器简介 下面对工业上惯用几种烟雾传感器作简朴简介。 (a)半导体烟雾传感器半导体烟雾传感器涉及
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