如何實(shí)現(xiàn)氣體煙霧探測(cè)器電路設(shè)計(jì)和原理解析

煙霧探測(cè)器也被稱為感煙式火災(zāi)探測(cè)器、煙感探測(cè)器、感煙探測(cè)器、煙感探頭和煙感傳感器，主要應(yīng)用于消防系統(tǒng)，在安防系統(tǒng)建設(shè)中也有應(yīng)用。它是一種典型的由太空消防措施轉(zhuǎn)為民用的設(shè)備。煙霧探測(cè)器主要是通過(guò)監(jiān)測(cè)煙霧的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范的，煙霧探測(cè)器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運(yùn)用到各種消防報(bào)警系統(tǒng)中，性能遠(yuǎn)優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報(bào)警器。

方案1：MQ6煙霧/氣體傳感器設(shè)計(jì)

在本項(xiàng)目中，我們將在不使用任何微控制器的情況下構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的 煙霧探測(cè)器電路 。該電路在檢測(cè)到附近的煙霧或火災(zāi)時(shí)觸發(fā)蜂鳴器。該電路主要使用MQ6煙霧/氣體傳感器來(lái)檢測(cè)煙霧水平。MQ6氣體傳感器也對(duì)液化石油氣，酒精和甲烷等敏感。在這里，我們使用蜂鳴器作為煙霧報(bào)警器，由BC547 NPN晶體管驅(qū)動(dòng)。

我們使用MQ2 / MQ6煙霧或氣體傳感器模塊來(lái)檢測(cè)空氣中的煙霧。BC547 NPN 晶體管用于在檢測(cè)到煙霧時(shí)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。10K電位器也用于校準(zhǔn)?；旧?，在這個(gè)項(xiàng)目中，我們使用MQ6煙霧傳感器(作為電阻)和電位器設(shè)計(jì)了一個(gè)分 壓器電路 。MQ6具有阻力，每當(dāng)它感應(yīng)到煙霧時(shí)，其值就會(huì)發(fā)生變化。

此煙霧探測(cè)器報(bào)警電路的工作很容易。在本項(xiàng)目中，我們使用晶體管工作特性將該電路用作煙霧探測(cè)器。正如我們已經(jīng)知道的那樣，我們已經(jīng)使用了BC547 NPN晶體管，只要其基端子達(dá)到至少0.70v，它就會(huì)打開(kāi)。因此，我們?cè)谄涞撞繎?yīng)用了分壓器電路。

但在使用這個(gè)電路之前，我們需要使用電位器進(jìn)行校準(zhǔn)。在校準(zhǔn)中，我們?cè)诰w管基極施加的電壓略低于0.70v。每當(dāng)煙霧傳感器檢測(cè)到煙霧時(shí)，它就會(huì)降低其電阻，并且由于電阻的降低，晶體管基極上的電壓增加?，F(xiàn)在，當(dāng)晶體管基極的電壓大于或等于0.70v時(shí)，晶體管打開(kāi)，LED亮起，蜂鳴器也開(kāi)始發(fā)出嗶嗶聲。當(dāng)沒(méi)有煙霧時(shí)，當(dāng)晶體管基極端子上的電壓低于0.70v時(shí)，兩個(gè)指示分量都會(huì)關(guān)閉。

方案2：MQ-2型煙霧傳感器

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。按敏感機(jī)理分類，可分為電阻型和非電阻型。半導(dǎo)體氣敏元件也有N型和P型之分。N型在檢測(cè)時(shí)阻值隨煙霧濃度的增大而減小;P型阻值隨煙霧濃度的增大而增大。

本設(shè)計(jì)中采用的MQ-2型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導(dǎo)體。當(dāng)處于200~300°C溫度時(shí)，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當(dāng)與煙霧接觸時(shí)，如果晶粒間界處的勢(shì)壘受到該煙霧的調(diào)制而變化，就會(huì)引起表而電導(dǎo)率的變化。利用這一點(diǎn)就可以獲得這種煙霧存在的信息。

遇到可燃煙霧(如CH4等)時(shí)，原來(lái)吸附的氧脫附，而由可燃煙霧以正離子狀態(tài)吸附在二氧化錫半導(dǎo)體表面;氧脫附放出電子，煙霧以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使二氧化錫半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子密度增加，電阻值下降。而當(dāng)空氣中沒(méi)有煙霧時(shí)，二氧化錫半導(dǎo)體又會(huì)自動(dòng)恢復(fù)氧的負(fù)離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是MQ-2型燃性煙霧傳感器檢測(cè)可燃煙霧的基本原理。

首先，傳感器送來(lái)的煙霧濃度對(duì)應(yīng)的微小的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號(hào)送入ADS1286;然后，在ADS1286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)是各不相同的。