基于AT89C52單片機的煙霧報警器設計

摘要：介紹了一種基于AT89C52單片機和MQ-2型半導體電阻式煙霧傳感器的煙霧報警器設計。該煙霧報警器具有聲光報警、濃度顯示以及與上位機串口通信等功能。其結構簡單，價格低廉，性能穩(wěn)定，具有較好的實用價值。
關鍵詞：單片機；煙霧傳感器；模數轉換；報警

    隨著社會高速發(fā)展，火災對于人類的生產生活造成了巨大的危害。煙霧報警器是用來監(jiān)測環(huán)境中煙霧的濃度，以便人們及早發(fā)現事故隱患，采取有效措施，避免事故發(fā)生，確保工業(yè)生產和人們生活的安全。

1 系統(tǒng)總體設計方案
    煙霧檢測報警器由以下3部分組成：煙霧信號采集電路、模數轉換電路和單片機控制電路。其系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。煙霧信號采集電路由煙霧傳感器和模擬放大電路組成，將煙霧信號轉化為模擬的電信號。模數轉換電路將煙霧檢測電路送出的模擬信號轉換成數字信號后送入單片機。單片機對該數字信號進行濾波處理，并與預設值進行比較，如果大于則啟動報警電路發(fā)出報警聲音，反之則為正常狀態(tài)。為方便監(jiān)控，使儀器測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。為使報警裝置更加完善，可以在聲音報警基礎上加入光閃報警，變化的光信號可以引起用戶注意，彌補嘈雜環(huán)境中聲音報警的局限。

2 系統(tǒng)硬件電路設計
2．1 煙霧傳感器選擇
    本設計采用MQ-2型煙霧傳感器，它是由二氧化錫半導體氣敏材料構成，屬于表面離子式N型半導體。當處于200～300℃溫度時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當與煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘受到該煙霧的調制而變化，就會引起表面電導率的變化。利用這一點就可以獲得這種煙霧存在的信息。
    MQ-2煙霧傳感器在最佳工作條件下，接觸同一種煙霧，其電阻值Rs隨氣體濃度變化的特性稱之為靈敏度特性，用K表示。K=Rs／Ro，其中Ro為煙霧傳感器在潔凈空氣條件下的電阻值，Rs為煙霧傳感器在一定濃度的檢測煙霧中的電阻值。雖然對于不同的煙霧，器件靈敏度特性K的值也會各有差異，但是它們都遵循同一規(guī)律：logRs=mlogC+n
    式中：m為器件相對煙霧濃度變化的敏感性，又稱煙霧分離能，對于煙霧，m值為1／2～1／3；C為檢測煙霧的濃度。n與檢測煙霧，器件材料有關，并隨測試溫度和材料中有無增感劑而有所不同。
    MQ-2煙霧傳感器有6個引腳，其中中間的2個為電阻絲，剩下的4個引腳分別為2個輸入引腳和兩個輸出引腳。其中中間的兩個引腳為信號輸出端，其輸出為模擬電壓量，范圍為0～1 V。其連接方式如圖2所示。

    該傳感器需要施加2個電壓：加熱電壓VH和測試電壓VC。其中VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。VC則用于測定與傳感器串聯的負載電RL上的電壓。
2．2 煙霧信號放大電路設計
    傳感器輸出信號一般比較微弱，需要經過前置電路對其進行放大、濾波、電平調整，滿足單片機對輸入信號的要求。
    本系統(tǒng)采用的煙霧傳感器屬于電阻型，因此只需串聯一個參考電阻，再經過一個同相比例放大電路即可發(fā)送給ADC采集。信號放大電路如圖3所示。

2．3 模數轉換及與單片機接口電路設計
    放大后的信號經過地址選通，從IN0口輸入ADC0809芯片，初始化芯片后，給START端一個不少于100 nm的正脈沖開始模數轉換。當轉換完成后，EOC端發(fā)出一個完成信號(高電平)，數據通過鎖存器送給單片機P0口。ADC0809與單片機接口電路如圖4所示。

    ADC0809時鐘頻率一般為500 kHz(要求時鐘頻率不高于640 kHz)，單片機的時鐘頻率為11．0592 MHz，則ALE引腳的時鐘頻率約為1．84 MHz，經過D觸發(fā)器兩次二分頻得到的頻率差不多為450 kHz，符合A／D轉換器的頻率要求。
2．4 聲光報警電路
    煙霧濃度處于正常值時，P2．6口置于高電平，當煙霧濃度達到或超出警戒值時該口置為低電平，使晶體三極管PNP導通。這時聲光報警電路也就全部導通，開始聲光報警。其電路原理圖如圖5所示。

3 系統(tǒng)軟件流程設計
    煙霧報警器的軟件設計流程如圖6所示。

4 結束語
    文中設計的煙霧報警器通過仿真達到了預期功能，其適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣和煙霧等的探測，可用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測，探測范圍廣泛，靈敏度高，穩(wěn)定性好，價格低廉且電路結構簡單，具有較好地實用價值。