烟雾报警器课程教学设计.doc

.- 成绩评定________ 检测与转换技术 课程设计 题 目： 烟雾报警器 院 系： 电子工程学院 专 业： 电子信息工程技术 姓 名： 疯狂的大驴子 年 级： xxxxxxx 指导教师： xxxxx 2014年12月 目 录 1. 设计任务与要求…………………………………………………3 2. 设计目的…………………………………………………………3 3. 设计方案…………………………………………………………4 4. 设计框图…………………………………………………………5 5. 工作原理…………………………………………………………5 6. 设计总结…………………………………………………………7 参考文献……………………………………………………………9 1. 设计任务与要求 （1）在此设计中采用了较为冷门的STC系列单片机，熟悉STC系列芯片如何控制外围电路。 （2）了解MQ-2烟雾传感器的工作原理，设计数据采集模块来完成数据的采集。 （3）将采集后的烟雾浓度模拟信号进行A/D转换后送至单片机存储、处理。 （4）设置键盘模块，以便可以在不同要求下更改浓度阀值。 （5）当所测的烟雾浓度超标时，红色LED灯闪烁报警，蜂鸣器报警。 (6 ) 完成电子元器件的焊接和相关调试工作。 (7 ) 功能完全调试成功后，撰写相关实训报告。 （8）在学完了《电子设计与制作》课程的基本理论，基本知识后，能够综合运用所学理论知识、拓宽知识面，系统地进行电子电路的工程实践训练，锻炼动手能力，培养工程师的基本技能，提高分析问题和解决问题的能力。 （9） 熟悉集成电路的引脚安排，掌握各芯片的逻辑功能及使用方法了解面包板结构及其接线方法，了解其的组成及工作原理 （10）培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的数字系统的能力。 （11）培养书写综合设计实验报告的能力 2. 设计目的 烟雾报警器就是通过检测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟雾感应器内部采用例子是烟雾传感，是一种技术陷阱，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。 本系统采用AT89C51单片机，选用温度传感器MQ-2，利用多传感信息融合技术科用于小型环境的简单烟雾报警。 为了能切实保障人们的生命安全及财产安全不受火灾的影响，我们设计出一种能够在火灾刚刚发生时或者有可燃气体堆积引起的火灾隐患或人员安全时就能报警，并且自动打开喷水阀灭火的装置，就能极大地减少不良后果的发生。做到防患于未然，使人们及早得知火情，将火灾扑灭在萌芽状态。 3. 设计方案 方案一： 以LM324集成电路核心构成的报警电路。整个电路分为电源、检测、定时报警输出三部分。电路结构较为简单。其核心元件是烟雾传感器和LM324集成电路。电源部分是由变压器、电桥、CW7805集成电路、CW7805集成电路几部分构成的。电路检测部分是由烟雾传感器和一个电位器组成，报警电路是由LM324集成块、三极管及扬声器组成。在此方案中烟感元件采用HQ-2气敏管，在电路加点的瞬间，气敏管可能会导通一下，但如果长时间搁置时再使用时，没有遇到烟雾时电阻也可能会变小，所以需要预热10分钟的初始稳定时间后才能正常工作。因此，此电路的稳定性不是很高，灵敏度不是很高，很容易出现错误报警动作。使用的范围有一定的局限性。 优点：电路原理结构简单。 缺点：稳定性太差 灵敏度也不高 难以确定实验的准确性。 方案二： MQ-2烟雾传感器，在可燃气体或烟雾中MQ-2烟雾传感器的电阻会有相应的变化。MQ-2气敏元件由微型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。 优点：灵敏度高，性能稳定，对烟雾固体小颗粒灵敏度高，价格较低。而且驱动电路简单。 缺点：管脚较多有6个，需要电流提前加热功能才更好。 综上所述，我们选择方案二为最佳方案。 4. 设计框图 根据设计原理设计出如下框图： 图4.1 烟雾报警器框图 5. 工作原理 本论文中的烟雾报警器以C51单片机为控制核心，采用MQ-2型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C51单片机，然后在C51单片机内进行AD转换，浓度的比较，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预制浓度阀值，当浓度处于正常状态绿灯常亮，当烟雾浓度超出设定的限定阀值时，蜂鸣器发声报警，红灯亮，另外由于烟雾传感器需要在加热的状态工作，温度越高，反应越快，相应时间和恢复时间越快，为提高响应时间，保证传感器准确的，稳定的工作，报警器需要向烟雾传感器持续稳定的输出一个5V的电压。为了保证其可靠性，在输出5V的电压的同时，进行故障检测，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。 图5.1原理图左半部分 图5.2原理图右半部分 6. 设计总结 烟雾检测报警器可保证生产与生活的安全，避免火灾和爆炸事故以及煤气中毒的发生，它是防火，防爆和安全生产所必备的仪器，具有广阔的市场空间与发展前景。 本论文在对烟雾传感器和报警技术进行深入研究的基础上，全面比较国内外同类产品的技术特点，合理的确定系统的设计方案，并对仪器的整体设计和各个组成部分进行了详细的分析和设计。 本论文设计的烟雾报警器由烟雾信号采集电路与单片机控制电路两大部分组成，根据设计要求，使用环境，成本等因素，选用MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器。该传感器是对以烷类烟雾为主的多种烟雾有良好敏感特性的广谱型半导体敏感器件。它的灵敏度适中，具有相应与恢复特性良好。长期工作稳定性，重视性，不易受环境影响及抗温湿度影响等优点。 在系统单片机控制电路的设计上，采用了高性能，高整合度的C51单片机作为核心芯片，充分利用了其高速数据处理能力和丰富的片内外设，实现了仪器的小型化和智能化，使仪器具有结构简单，性能稳定，反应越快，响应时间和回复时间就越快，为提高响应时间，保证传感器准确的，稳定的工作，报警器需要向烟雾传感器持续稳定的输出一个5V的电压。为了保证其可靠性，在输出5V的电压的同时，进行故障检测，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。 烟雾报警器能在比较宽的温度范围工作，可将烟雾浓度显示用LCD显示，当烟雾的浓度达到设定的浓度时，发出声光报警，还具有故障自诊断能力快速重复检测和延时报警功能，报警器还可以与上位机进行通信，实时传输烟雾浓度检测数据，由上位机记录保存，也可以利用上位机完成实现远程实时检测和控制等功能。 在本论文研制的报警器的基础上，可再做适当的功能扩展，使可燃性烟雾报警器的功能更加完善，安全性能更高，使用更加方便等，为了能够进一步提高安全性，可以在自动声光报警的基础上，实现带动烟雾，管道关闭等功能。 在本次制作传感器的过程中，感觉自己收获颇多。首先，发现自己原来在专业知识方面上的欠缺，大部分只知道概念，在实际中不能灵活运用，所以我通过自己查找资料认识了一种用途非常广泛的传感器，即热释电红外传感器，对其原理、应用领域都有了一定的了解。在烟雾报警电路中，我学到了不少的知识，深知专业知识要与实际相结合才会有收获，相信通过本次的实验设计，其过程会对以后的工作和学习产生积极的影响。 参考文献 [1] 李群芳——《单片机原理、接口及应用》（2005.3） [2] 徐兴存，曾琪琳——《微型计算机接口技术》（2005.7） [3] 丁元杰——《单片微机原理及应用》（2006.3） [4] 刘文涛——《单片机应用开发实例》（2005.9） [5] 宋彩利，孙友仓——《单片机原理与C51编程》（2008.7） [6] 赵文博，刘文涛——《单片机语言C51程序设计》（2005.10） [7] 边春元——《C51单片机典型模块设计与应用》（2008.4） [8] 邱关源——《电路》（2005.12） [9] 朱定华——《单片机原理及接口技术实验》（2002.11） [10] 李光才——《单片机课程设计》（2004.7） [11] 刘文涛——《MCS-51单片机培训教程》（2005.6）