1、北京科技大學天津學院本科生畢業設計（論文）摘要隨著“信息時代”的到來，作為獲取信息的手段傳感器技術得到了顯著的進步，其應用領域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術已成為衡量一個國家科學技術發展水平的重要標志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結構、工作原理及特性是非常重要的。 為了提高對傳感器的認識和了解，尤其是對煙霧傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實用、廣泛和典型的原則而設計了本系統。本文利用單片機結合傳感器技術而開發設計了這一煙霧監控系統。 本論文以電阻式煙霧傳感器和單片機技術為核心并與其他電子技術相結合， 設計出一種技術水平較好的煙霧報警器。其中選用MQ-2型

2、半導體可燃氣體敏感元件煙霧傳感器實現煙霧的檢測，具有靈敏度高、響應快、抗干擾能力強等優點，而且價格低廉，使用壽命長。以AT89S52單片機和MQ-2型半導體電阻式煙霧傳感器為核心設計的煙霧報警器是一種結構簡單、性能 穩定、使用方便、價格低廉、智能化的煙霧報警器。具有一定的實用價值。關鍵詞：傳感器 ，報警器 ，單片機AbstractWhile “information age” the arrival, obtained the remarkable progress as the gain information method - - sensor technology, its applic

3、ation 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 development important symbols.Therefore, understood and grasps each kind of sensor the basic stru

4、cture, 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 as its usage and the use, based on practical, widespread and the model principle has designed t

5、his 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 monolithic integrated circuit technology unifies as the core and with other electronic technology,

6、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 antijamming ability quickly strong and so on the merits, moreover the price is inexpensive, the

7、 service life is long.Key word: Smog, alarm apparatus, sensor-2-目錄摘要1Abstract2引 言11 概述21.1 系統概述21.2 發展趨勢21.3現狀及特點32 煙霧檢測報警器的方案設計32.1煙霧檢測報警器的設計思路32.2煙霧傳感器的選型32.2.1煙霧傳感器介紹42.2.2煙霧傳感器的選定62.2.3 MQ-2型煙霧傳感器的工作原理72.2.4 MQ-2型傳感器的特性及主要技術指標103 煙霧檢測報警器整體設計方案113.1煙霧檢測報警器原理113.2單片機的選型123.2.1 AT89S52 單片機的結構123.2.

8、2 AT89S52 單片機的功能123.3 ADC0832模數轉換電路163.4單片機外圍接口電路193.5 信號處理電路203.6 A/D轉換模塊203.7 聲音報警電路223.8 數碼管顯示電路2239 狀態指示燈電路234 系統軟件設計244.1 主程序流程244.2 報警流程24結 論26參考文獻27附 錄A28附 錄B28附 錄C28致謝38引 言 火災是可燃物在時間或空間上失去控制的燃燒所造成的災害，是威脅公眾安全和社會發展的主要災害之一。火，在給人類帶來文明進步、光明和溫暖的同時也在其失去控制之時給人類造成了巨大的災難。據統計，我國70年代火災平均損失不到2.5億元，80年代火災

9、平均損失接近3.2億元。進入90年代，特別是1993年以來，火災造成的直接損失上升到年均十幾億元，年均死亡2000多人。嚴峻的事實證明，隨著社會和經濟的發展，社會財富日益增加，火災給人類、社會和自然造成的危害范圍不斷擴大，它不僅毀壞物質財產，造成社會秩序的混亂，還直接威脅生命安全，給人們的心靈造成極大的傷害。殘酷的現實讓人們逐漸認識到監控預警和消防工作的重要性，良好的監控系統和及時的報警機制可以大大降低人員的上網，為社會減少不必要的損失。隨著電子產品在人類生活中的使用越來越廣泛，由此引起的火災也越來越多，在我們生活的四周到處潛伏著火災隱患。智能化火災報警系統已并非傳統意義上的簡單的報警設備，而

10、是融入了計算機技術、電子技術、自動控制技術、傳感器的應用等各領域知識。伴隨著科學技術的不斷進步，火災報警系統必將得到更快的發展。1 概述1.1 系統概述隨著社會的發展，人們的生活節奏越來越快，各種生活工具在中也廣泛被應用，由此引發的火災也越來越多，在我們生活中潛伏的火患也越來越多。為了最大限度保障生命財產安全，必須在火災發生的第一時間內滅火，所以必須嚴格按照國家要求設計和完善火災自動報警系統，最大限度減少社會財富得損失。本文主要介紹基于單片機原理的火災自動報警系統的設計組成、工作方式和簡單制作方法。所設計的系統能夠通過溫度感應器收集現場溫度數據，傳入單片機系統進行判定，對發生火災的地方進行揚聲

11、器自動報警。其結構簡單、性能穩定、使用方便、價格低廉，具有一定的實用價值 。1.2 發展趨勢二十多年前，中國的消防報警產品剛剛起步，無論產品技術含量、產品系列完整性、使用性，還是社會影響程度都是相當低的。國外的產品和品牌一統天下，占領中國的大部分市場。由于中國的建設正在飛速發展，市場大的驚人，難道這由中國發展帶來的成果只能由外國企業來瓜分？可幸的是中國企業抓住了機遇，頂住了挑戰，先是一批國家的科研院所，后是一批國營企業、民營企業，業內也吸引和凝聚一大批國內的技術和管理精英，花了十多年時間，通過幾次產品更新換代，就使自己的產品緊緊跟上了國際水平，并且奪回了大部分國內市場，使得現在大多國外產品只有

12、招架之功，這是典型的自力更生，走自己的路。當然目前而言，我們基本占據的是國內市場，對外還剛啟動。中國企業正虎視眈眈，準備進軍海外市場。目前，國外準備研發一個集安防、消防、醫療救護為一體的安全保障行業。其中圖像技術、計算機數字技術、生物識別技術、國際互聯網技術在該系統中得到廣泛深入的應用。世界各國也都在積極研發和開發能早期預報火災的火災探測方法和設備，如利用神經網絡所具有的自學習和自適應等特點，來組成智能火災探測系統，大大提高火災探測的準確性，增進系統的可靠性。1. 3現狀及特點消防報警產品是一個系列產品，包括火災探測設備、信息傳輸設備、報警分析控制器、消防控制聯動。是物理傳感技術、自動控制、計

13、算機技術、數據傳輸和管理、智能樓宇等技術的綜合集成，屬于高新技術。依托中國多年的基本建設的發展，這個行業也得到發展，具備了和國外知名企業抗衡的能力。在目前中國許多冠名以高新技術的行業中，中國企業大多做的是下游的制造和服務，分取極少一部分的利潤，象消防報警產品那樣又擁有自我知識產權，又擁有大量市場的行業其實是很少的。在消防報警產品的技術含量上，國內產品和國外產品差距不是很大，許多指標已經超越，存在的問題是：類似于國外消防報警產品的大批量規模化的生產才剛起步，有待于積累經驗和技術；也因此在產品一致性和長期穩定性上有一些差距；國內正在形成權重的大型企業和集團，這樣可以帶領國內的各家企業去沖擊海外市場

14、，并最終占領海外的消防報警市場。-38-2煙霧檢測報警器的方案設計2.1煙霧檢測報警器的設計思路煙霧檢測報警器是能夠檢測環境中的煙霧濃度，并具有報警功能的儀器，儀器的最基本組成部分應包括：煙霧信號采集電路、模數轉換電路、單片機控制電路。煙霧信號采集電路一般由煙霧傳感器，將煙霧信號轉化為模擬的電信號。模數轉換電路ADC0832將從煙霧檢測電路送出的模擬信號轉換成單片機可識別的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，并對處理后的數據進行分析，是否大于或等于某個預設值(也就是報警限)，如果大于則啟動報警電路發出報警聲音，反之則為正常狀態。2.2煙霧傳感器的選型 煙霧傳感器屬于氣敏傳感

15、器，是氣-電變換器，它將可燃性氣 體在空氣中的含量(即濃度)轉化成電壓或者電流信號，通過A/D轉換電路 將模擬量轉換成數字量后送到單片機，進而由單片機完成數據處理、濃度 處理及報警控制等工作。傳感器作為煙霧檢測報警器的信號采集部分，是儀表的核心組成部分之一。由此可見，傳感器的選型是非常重要的。2.2.1煙霧傳感器介紹(1)煙霧傳感器的分類 煙霧傳感器種類繁多，從檢測原理上可以分為三大類： (a)利用物理化學性質的煙霧傳感器：如半導體煙霧傳感器、接觸燃 燒煙霧傳感器等。 (b)利用物理性質的煙霧傳感器：如熱導煙霧傳感器、光干涉煙霧傳 感器、紅外傳感器等。 (c)利用電化學性質的煙霧傳感器：如電流

16、型煙霧傳感器、電勢型氣 體傳感器等。(2)煙霧傳感器應滿足的基本條件 一個煙霧傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實體，也可以是由多個不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個完整的煙霧傳感器都必須具備以下條件： (a)能選擇性地檢測某種單一煙霧，而對共存的其它煙霧不響應或低 響應； (b)對被測煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內的煙霧 濃度；(c)對檢測信號響應速度快，重復性好；(d)長期工作穩定性好； (e)使用壽命長； (f)制造成本低，使用與維護方便。(3)常見煙霧傳感器簡介 (a)半導體煙霧傳感器半導體煙霧傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳

17、感器，以及用單晶半導體器件制作的煙霧傳感器。自1962年半導體金屬氧化物煙霧傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應快、輸出信號強、耐久性強、結構簡單、價格便宜等諸多優點，得到了廣泛的應用。該傳感器己成為世界上產量最大、使用最廣的煙霧傳感器之一。按照敏感機理分類，可分為電阻型和非電阻型。 (b)固體電解質煙霧傳感器 固體電解質煙霧傳感器使用固體電解質氣敏材料作為氣敏元件，其原理是利用氣敏材料在通過煙霧時產生電阻，測量其形成電動勢從而測量氣體濃度。由于這種傳感器電導率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣 泛的應用，幾乎打入了石化、環保、礦業等各個領域，其產量僅次于半導體煙霧傳感器的一類傳感器。但這種

18、傳感器制造成本高，檢測煙霧范圍有限，在檢測環境污染領域中有優勢。 (c)接觸燃燒式傳感器 當易燃煙霧接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時會發生氧化反應而燃燒，故得名接觸燃燒式傳感器。接觸燃燒式煙霧傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲(也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層)，使用時將鉑絲通電，保持300°C400°C的高溫，此時若與煙霧接觸，煙霧就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道煙霧的濃度。 (d)高分子煙霧傳感器 利用高分子氣敏材料制作的煙霧傳感器近年來得到很大的發展。高分子氣敏材料在遇到特定煙霧時，其電阻、介電

19、常數、材料表面聲波傳播速 度和頻率、材料重量等物理性能發生變化。高分子氣敏材料由于具有易操 作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價格低廉、易與微結構傳感器和聲表面波器件相結合，在毒性煙霧和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。高分子煙霧傳感器具有對特定煙霧分子靈敏度高，選擇性好，且結構簡單，能在常溫下使用，可以彌補其它煙霧傳感器的不足。 (e)電化學傳感器 電化學傳感器由膜電極和電解液封裝而成。煙霧濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號傳出。它的優點是：反映速度快、準確、穩定性好、能夠定量檢測，但壽命較短(大約兩年)。它主要適用于毒性煙霧檢測。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。

20、(f)熱傳導傳感器 熱傳導傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結構形式，但是測量原理不同。它的測量原理是：將加熱后的鉑電阻線圈置于目標煙霧中，由于向目標煙霧傳送熱量造成溫度降低，引起電阻值變化，傳感器即測量電阻 值的變化情況。溫度的變化情況是目標煙霧熱傳導率的函數，而對于一種給定的煙霧或汽化物，熱傳導率是它固有的物理特性。 (g) 紅外傳感器 紅外傳感器通常用兩束紅外光進行煙霧測量，主光束通過測量元件內的目標煙霧，參考光束通過比較元件內的參考煙霧。在測量和比較元件中，紅外射線被煙霧有選擇地吸收了。未吸收的紅外光由光電探測器測量，產生一個正比于目標煙霧濃度的差分信號。非擴散式紅外探測器NDIR (

21、non-dispersive IR )是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴散和損耗被記錄下來。 不同的煙霧吸收不同波長的IR，所以傳感器根據目標煙霧而調整，典型應用包括測量CO和CO2、冷凍劑煙霧和一些易燃氣。由于非碳氫化合物易燃煙霧(如氫)不吸收電磁譜中IR部分的能量，所以這種傳感器可以精確地測量碳氫化合物，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其它煙霧的腐蝕以及高濃度目標煙霧的影響。 (4)常見煙霧傳感器可檢測煙霧種類 由于煙霧的種類繁多，一種類型的煙霧傳感器不可能檢測所有的氣體，通常只能檢測某一種或兩種特定性質的煙霧。例如氧化物半導體煙霧傳感器主要檢測各種還原性煙霧，如CO、H2、C2H

22、5OH、CH3OH等。固體電解質煙霧傳感器主要用于檢測無機煙霧，如O2、CO2、H2、Cl2、SO2等。2.2.2煙霧傳感器的選定煙霧檢測報警器主要應用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、噴漆作業等易發生可燃煙霧泄漏的場所，根據報警器檢測煙霧種類的要求，一般選用接觸燃燒式煙 霧傳感器和半導體煙霧傳感器。使用接觸燃燒式傳感器，其探頭的阻緩及中毒，是不可避免的問題。 阻緩是當在煙霧與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質的情況下，則有可能在無焰燃燒的同時，有些固態物質附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應緩慢反應滯緩，靈敏度降低。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環境中有得到某種程度的恢復的可

23、能，但是如果長期暴露在這樣的環境中，其靈敏度會不斷下降，導致傳感器最終喪失檢測煙霧的能力。中毒是如果環境空氣中含有硅烷之類的物質時，則傳感器將 使催化元件產生不可逆轉的中毒，以致靈敏度很快就喪失。當懷疑檢測環 境中存在這些物質時，經常對探頭進行標定，是必須且有效的辦法。因此，經常對傳感器進行標定，是保證其準確性的必要的途徑。一般連續使用兩個月后應對傳感器進行量程校準，這種經常性對傳感器的維護，無形中加大了工作人員的工作量，同時增加了報警器的維護成本。半導體煙霧傳感器包括用氧化物半導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體器件制作的煙霧傳感器，它具有靈敏度高， 響應快、體積小、結構簡

24、單，使用方便、價格便宜等優點，因而得到廣泛應用。半導體煙霧傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性(抗干擾性)和穩 定性(使用壽命)。 經過對比上述兩種煙霧傳感器的應用特性，發現半導體煙霧傳感器的優點更加突出：靈敏度高、響應快、抗干擾性好、使用方便、價格便宜，且不會發生探頭阻緩及中毒現象，維護成本較低等。因此，本設計采用半導體煙霧傳感器作為報警器煙霧信息采集部分的核心。而在眾多半導體氣體傳感器中，本設計選用MQ-2型煙霧傳感器，這種型號的傳感器不但具備一般半導體煙霧傳感器靈敏度 高、響應快、抗干擾能力強、壽命長等優點。 2.2.3 MQ-2型煙霧傳感器的工作原理 半導體煙霧傳感器包括用氧化物半導體陶

25、瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器以及用單晶半導體器件制作的煙霧傳感器。按敏感機理分類，可分為電阻型和非電阻型。半導體氣敏元件也有N型和P型之分。N型在檢測時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。半導體氣敏傳感器的分類如表2.1所示。表2.1半導體氣敏傳感器的分類類型所利用的特性工作溫度代表性被檢測氣體電阻型電阻表面電阻控制器300450°C可燃性氣體體電阻控制器300450°C700°C以上乙醇、可燃性氣體非電阻型二極管整流特性室溫200°CH2、CO、乙醇晶體管特性150°CH2、H2S本設計中采用的MQ-2型煙霧傳感器

26、屬于二氧化錫半導體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導體。當處于200300°C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，就會引起表而電導率的變化。利用這一點就可以 獲得這種煙霧存在的信息。遇到可燃煙霧（如CH4等）時，原來吸附的氧脫附，而由可燃煙霧以正離子狀態吸附在二氧化錫半導體表面；氧脫附放出電子，煙霧以正離子狀態吸附也要放出電子，從而使二氧化錫半導體導帶電子密度增加，電阻值下降。而當空氣中沒有煙霧時，二氧化錫半導體又會自 動恢復氧的負離子吸附，使電阻值升高到初始狀

27、態。這就是MQ-2型燃性煙霧傳感器檢測可燃煙霧的基本原理。MQ-2型傳感器的結構圖如 圖2.1所示，其外觀如2.2所示。圖2.1MQ-2型傳感器的結構圖圖2.2 MQ-2型傳感器的外觀2.2.4 MQ-2型傳感器的特性及主要技術指標 (1)MQ-2型傳感器的一般特點 (a)MQ-2型傳感器對天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對烷類煙霧更為敏感。 (b)MQ-2型傳感器具有良好的重復性和長期的穩定性。初始穩定， 響應時間短，長時間工作性能好。 (c)MQ-2型傳感器具有良好的抗干擾性，可準確排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息，例如酒精和煙霧等。 (d)電路設計電壓范圍寬，24V以下均可

28、；加熱電壓5±0.2V。 (2)MQ-2型傳感器的基本特性 (a)靈敏度特性 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 / R0 (2-1) 式中，R0為煙霧傳感器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律，log RS = m logC + n (2-2)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1/21/3；C為檢測煙霧的濃度。n為與檢測煙霧，器件材料有關，并隨測試溫

29、度和材料中有無增感劑而有所不同。 (b)初期穩定特性 半導體煙霧傳感器在不通電狀態存放一段時間后，再通電時，器件并不能立即投入正常工作。這是因為煙霧傳感器中的二氧化錫在不通電的狀態下會吸附空氣中的水蒸氣，當再次通電時需要預熱幾分鐘使水蒸氣蒸發后，氣敏電阻才能正常工作。再通電工作時氣敏電阻值達到穩定時所需要的時間，定義為初期穩定時間。一般情況下，不通電時間越長，初期穩定時間也越長，當不通電存放時間達到15天左右時，初期穩定時間一 般需要5分鐘左右。 (c)加熱特性 半導體煙霧傳感器一般要在較高的溫度(200450°C)下工作，所以需要對其加熱。由于傳感器一般工作在易燃易爆環境下，若加熱

30、絲直接與電源相接，當加熱絲局部短路造成器件過熱或放電時，可能引發事故。所以必須使用傳感器生產廠家推薦的加熱電壓，使其工作在較安全的范圍內。MQ-2型煙霧傳感器加熱電壓為5±0.2V，加熱電阻為31±3?。當加熱絲斷路時，由于熱惰性緣故，煙霧傳感器的氣敏特性并不立即消失，此時檢測必出現較大的誤差。為避免出現這種情況，并及時發現氣敏元件的故障， 需要設計加熱絲故障診斷報警電路。 (3)MQ-2型傳感器的特性參數 (a)回路電壓：(Vc) 524V (b)取樣電阻：(RL) 0.120K(c)加熱電壓：(VH)5±0.2V(d)加熱功率：(P)約750mW (e)靈 敏

31、 度：以甲烷為例R0(air)/RS (0.1%CH4)5 (f)響應時間：Tres10秒 (g)恢復時間：Trec30秒 3 煙霧檢測報警器整體設計方案 3.1煙霧檢測報警器原理本論文中的煙霧檢測報警器以AT89S52單片機為控制核心，采用MQ-2型電阻式半導體傳感器采集煙霧信息。 首先，傳感器送來的煙霧濃度對應的微小的電壓信號經過放大，轉化成較大的電壓信號送入ADC0832；然后，在ADC0832內A/D轉換、然后送入單片機進行濃度比較，并判斷濃度值是否超出報警限，當濃度處于正常狀態綠燈長亮，當煙霧濃度超出設定的限定值時，發出聲音報警并伴隨紅燈閃亮。另外由于煙霧傳感器需要在加熱狀態下工作，

32、溫度越高，反應越 快，響應時間和恢復時間就越快。為提高響應時間，保證傳感器準確地、 穩定地工作，報警器需要向煙霧傳感器持續輸出一個5V的電壓。報警器系統結構框圖如圖3.1所示，系統以單片機為核心，配合外圍電路共同完成信號采集、狀態顯示、報警、按鍵輸入等功能。圖3.1 煙霧傳感器檢測報警器結構框圖3.2單片機的選型3.2.1 AT89S52單片機的結構AT89S52單片機是一款低功耗、低電壓、高性能CMOS8位單片機，片內含8KB（可經受1000次擦寫周期）的FLASH可編程可反復擦寫的只讀程序存儲器（EPROM），器件采用CMOS工藝和ATMEL公司的高密度，非易失性存儲器（NURAM）技術制

33、造，其輸出引腳和指令系統都與MCS-51兼容，片內的FLASH存儲器允許在系統內可改編程序或用常規的非易失性存儲編程器來編程。因此，AT89C52是一種功能強，靈活性高且價格合理的單片機，可方便的應用在各個控制領域1。AT89S52具有以下主要性能：1.8KB可改編程序FLASH存儲器；2.全表態工作 ：024HZ；3.256X8字節內部RAM；4.32個外部雙向輸入，輸出（I、O）口；圖3.2 AT89S52引腳說明引腳功能說明如下：VCC：電源電壓。GND：地。P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數據線復用口。作為輸出口時，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路

34、，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端。在訪問外部數據儲存器或程序儲存器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。FLASH編程時，P0口接收指令字節，而在程序校驗時，輸出指令字節，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作為輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。FLASH編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。P2口：P2是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/

35、O口，P2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作為輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序儲存器或16位地址的外部數據儲存器（例如執行MOVXDPTR指令）時，P2口送出高8位地址數據。在訪問8位地址的外部數據儲存器（例如執行MOVXRI指令）時，P2口線上的內容（也即特殊功能寄存器（SFR）區中R2寄存器的內容），在整個訪問期間不改變。FLASH編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其他控制信號。P3口：P3是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3的輸

36、出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作為輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。P3除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，具體功能說明如表2-1。P3口還接收一些用于FLASH閃速存儲器編程和程序校的控制信號。RST:復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節。表3.1 P3口的第二功能表端口引腳第二功能P3.0

37、RXD(穿行輸出口)P3.1TXD(穿行輸入口)P3.2INT0（外部中斷0）P3.3INT1（外部中斷1）P3.4T0(定時/計數器0)P3.5T1(定時/計數器0)P3.6WR(外部數據寫選通)P3.7RD(外部數據讀選通)即使不訪問外部存儲器，ALE仍以是時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此他可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令AL

38、E才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執行外部程序時，應設置ALE無效。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT80C51由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數據存儲器，這兩次有效的PSEN信號不出現。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序儲存器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內部會鎖存EA端狀態。如EA端為高電平（Vcc端），CPU則執行內部程序儲存器中的指令。FLASH儲存器編程時，該引腳加上+

39、12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12v編程電壓。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端3.3 ADC0832模數轉換電路 ADC0832 簡介：ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生產的串行接口8位A/D轉換器，通過三線接口與單片機連接，功耗低，性能價格比較高，適宜在袖珍式的智能儀器儀表中使用。ADC0832 為8位分辨率8位串行A/D轉換器ADC08321.功能特點A/D轉換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉換要求。芯片具有雙數據輸出可作為數據校驗，以減少數據誤差，

40、轉換速度快且穩定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件連接和處理器控制變得更加方便。通過DI 數據輸入端，可以輕易的實現通道功能的選擇。其主要特點如下：(a)8位分辨率，逐次逼近型，基準電壓為5V；(b)5V單電源供電；(c)輸入模擬信號電壓范圍為05V；(d)輸入和輸出電平與TTL和CMOS兼容；(e)在250KHZ時鐘頻率時，轉換時間為32us；(f)具有兩個可供選擇的模擬輸入通道；(g)功耗低，15mW。2.外部引腳及其說明ADC0832有DIP和SOIC兩種封裝，DIP封裝的ADC0832引腳排列如圖3.3所示。圖3.3 ADC0832引腳圖各引腳說明如下：(a)CS片選端，低電平有效。

41、(b)CH0，CH1兩路模擬信號輸入端。(c)DI兩路模擬輸入選擇輸入端。(d)DO模數轉換結果串行輸出端。(e)CLK串行時鐘輸入端。(f)Vcc/REF正電源端和基準電壓輸入端。(g)GND電源地。3.單片機對ADC0832 的控制原理一般情況下ADC0832與單片機的接口應為4條數據線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI 并聯在一根數據線上使用。當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當要進行A/D轉換時，須先將CS端置于低電平并且保持低

42、電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK提供時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數據信號。在第1個時鐘脈沖到來之前DI端必須是高電平，表示啟動位。在第2、3個時鐘脈沖到來之前DI端應輸入2位數據用于選擇通道功能，其功能項見表3.2。表3.2 ADC0832配置位輸入形式 配置位選擇通道CH0CH1CHOCH1差分輸入00+-01-+單端輸入10+11+如表3.2所示，當配置位2位數據為1、0時，只對CH0 進行單通道轉換。當配置2位數據為1、1時，只對CH1進行單通道轉換。當配置2位數據為0、0時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸

43、入端IN-進行輸入。當配置2位數據為0、1時，將CH0作為負輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進行輸入。到第3個時鐘脈沖到來之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數據輸出DO進行轉換數據的讀取。從第4個時鐘脈沖開始由DO端輸出轉換數據最高位D7，隨后每一個脈沖DO端輸出下一位數據。直到第11個脈沖時發出最低位數據D0，一個字節的數據輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節的數據，即從第11個時鐘脈沖輸出D0。隨后輸出8位數據，到第19 個脈沖時數據輸出完成，也標志著一次A/D轉換的結束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉換后的數據進行處理就可以了，圖3.4為

44、ADC0832時序圖。圖3.4 ADC0832時序圖4.ADC0832典型應用SPI串行接口方式SPI是MOTOROLA公司推出的一種同步串行外設接口，允許MCU也各個廠家生產工具的標準外圍設備直接接口，以串行方式交換信息。SPI使用4條線與主機（MCU）連接：串行時鐘SCK，主機輸入/從機輸出數據線SO，主機輸出/從機輸入數據線SI和低電平有效的從機選擇線CS。SPI串行擴展系統的主器件單片機，可以帶有SPI接口，也可以不帶SPI接口，但從器件必須具有SPI接口。圖3.5 AT89S52與ADC0832的SPI方式3.4單片機外圍接口電路圖3.6 單片機外圍接口電路AT89S52單片機外圍接

45、口電路如圖3.6所示，主要包括：1.晶振電路：內部時鐘電路的晶振頻率一般選擇在4MHZ12MHZ之間（該設計選用6MHZ），外接兩個諧振電容。該電容的典型值為30pF,該設計選用33pF。2.復位電路：單片機復位采用按鍵高電平復位，而單片機在平時則復位端為低電平0。3.電源模塊3.5 信號處理電路對于傳感器輸出的模擬信號，一般要用運算放大器對其進行調理或放大，以滿足A/D轉換器對輸入模擬量幅值及極性的要求。在本報警器電路中，同樣要對兩類傳感器的輸出信號進行放大調理。電路圖如上圖3-6所示，運算放大器接成電壓放大電路。從傳感器采集過來的微弱電壓信號，經過電壓放大器的放大，得到較強的模擬電壓信號。

46、采樣時，把相應的模擬電壓信號從Vi端送進LM324A進行放大處理后，從Vo端輸出送入A/D轉換電路。具體如圖3.7圖3.7 信號處理電路圖3.6 A/D轉換模塊經氣敏傳感器所檢測的電壓信號為模擬信號，無法直接被單片機所識別，所以在經過放大電路后對信號進行A/D裝換，將模擬信號轉化為數字信號輸入單片機。A/D轉換電路采用了常用的8位8通道數模轉換常用芯片ADC0809，煙霧、溫度傳感器的輸出端分別接到ADC0809的IN0和IN1。 ADC0809的通道選擇地址由AT89S52的P0.0P0.2經地址鎖存器74LS373輸出提供。當P2.7=0時，與寫信號WR共同選通ADC0809。其中ALE信

47、號與ST信號連在一起，在WR信號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉換。圖中ADC0809轉換結束狀態信號EOC接到AT89S52的INT1引腳，當A/D轉換完成后，EOC變為高電平，表示轉換結束，產生中斷。在中斷服務程序中，將轉換好的數據送到指定的存儲單元。由于ADC0809片內無時鐘，故利用8051提供的地址鎖存使能信號ALE經D觸發器二分頻后獲得時鐘。因為ALE信號的頻率是單片機時鐘頻率的1/6，如果時鐘頻率為6MHZ，則ALE信號的頻率為1MHZ，經二分頻后為500KHZ，與ADC0809的典型值吻合。電路圖如圖3.8所示。圖3.8 A/D轉換電路3.7 聲音報警電路由AT89S52的2

48、1腳實現聲音報警控制。當可燃性氣體濃度或溫度超過限定值時，將P2.0置為低電平，三極管導通，揚聲器發出鳴叫報警。其電路原理圖如圖3.9所示。圖3.9 聲音報警電路圖3.8 數碼管顯示電路數據采集進來并被成功地由模擬量轉化為數字量后，就被傳送到系統的顯示模塊，讓人們更直接地觀察到相關數據。在本系統中，對LED進行的是動態掃描，除了給顯示器提供段的輸入之外，還要對顯示器進行位控制。顯示器的第一位顯示所選擇的通道號，而后三位則顯示該通道傳送進來的相應的數字量。 本系統顯示用的4位七段數碼管由數碼管專用驅動芯片ICM7218A驅動，27、3、1、25、2、24、26腳分別接數碼管的a、b、c、d、e、

49、f、g，15、16、23、20腳為位選，分別控制4位數碼管的亮滅，ID07為數據線，接單片機P0口，WRITE、MODE是寫控制位和模式控制位，分別接單片機P3.6、P2.6。其電路圖如圖3.10所示。圖3.10 數碼管顯示電路圖39 狀態指示燈電路狀態指示燈及控制鍵電路圖如圖3.11所示。單片機AT89S52的21腳(P2.0)、22腳(P2.1)，控制輸出的狀態指示燈。綠燈常亮表示正常狀態，環境中可燃煙霧濃度極低。紅燈亮表示環境中可燃煙霧濃度超過報警限值，提醒用戶盡快作相應安全措施。圖3.11 狀態指示燈電路圖4系統軟件設計4.1 主程序流程首先要給傳感器預熱三分鐘，因為MQ-2型半導體電

50、阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時間后，再次通電時，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時間預熱。程序初始化結束后，系統進入監控狀態。本論文的主程序設計先對傳感器預熱三分鐘。 傳感器送來的煙霧濃度對應的微小的電壓信號經過放大，轉化成較大的電壓信號送入ADC0832；然后，在ADC0832內A/D轉換、然后送入單片機進行濃度比較，并判斷濃度值是否超出報警限，當濃度處于正常狀態綠燈長亮，當煙霧濃度超出設定溫度時，發出聲音報警并伴隨紅燈亮。主程序流程圖如圖4.1所示：圖4.1 主程序流程圖4.2 報警流程當煙霧濃度或溫度值超過報警限設定值時，蜂鳴器發聲，對應通道的紅燈閃亮。 具體流程如圖4.2所示

51、：圖4.1 報警流程圖結 論火災報警器可保障生產與生活的安全，避免火災和爆炸事故以及煤氣中毒的發生，它是防火、防爆和安全生產所必備的儀器，具有廣闊的市場空間與發展前景。本論文是在對煙霧、溫度傳感器和報警技術進行深入研究的基礎上，全面比較國內外同類產品的技術特點，合理地確定系統的設計方案，并對儀器的整體設計和各個組成部分進行了詳細的分析和設計。本次畢業設計經過努力，整個系統實現了預期的目標。本系統通過設計一個以AT89S52單片機為核心的火災報警器可以實現聲光報警、故障自診斷、濃度顯示、報警限設置、延時報警等功能。是一種結構簡單、性能穩定、使用方便、價格低廉、智能化的火災報警器，具有一定的實用價

52、值。本報警器電路結構簡單、可維護性好。由于實現了對普通環境中煙霧濃度和溫度的實時監控，因此具有非常普遍的意義，能廣泛應用于居民家庭、企事業單位等多方面的安全防范。但是也存在不少的不足。由于電源的波動，傳感器的電氣特性等問題，使得A/D轉換結果有時波動很大，這樣就可能出現誤報警。由于時間的關系，系統中本應具有的串行通信的功能沒有實現，而只是實現了煙霧濃度、溫度顯示及按鍵控制。由于上述缺點的存在,此系統不是很完善，還有待進一步改進。通過這次設計，更加深入的理解和掌握了這方面的知識，對本專業的認識也更加深入，使自己對本專業更加的熱愛，對本科階段四年的學習做了進一步的總結，更加明確了自己學習的目標和方

53、向。在設計過程中，自己也學到了許多新的知識，有很多感悟和體驗心得。而且，對工程設計的流程和步驟有了清晰的認識，為自己日后的學習和研究打下了堅實的基礎。參考文獻1程連坤,單片機原理及接口技術（C語言版）M,北京,清華大學出版社,2009 2劉軍,單片機原理與接口技術M,上海,華東理工大學出版社,20083王忠民,基于單片機的語言數字聯網火災報警器的設計M,現代電子技術.2004.274彭軍,傳感器與檢測技術M,西安,西安電子科技大學出版社,0035李忠望,智能火災報警系統的設計方案M,安防科技,20086曹樂南,片機與PC機串行通信的實現M,國防科技信息.2006,017王慶，Protel 99

54、 SE&DXP電路設計教程M，北京，電子工業出版社，20088劉軍，單片機原理與接口技術M，上海，華東理工大學出版社，2006附 錄系統原理圖外文文獻The traditional electron safe alarm system mainly is through thesensor automatic detection, produces the alarm, sends out the alarmfrom the scene or reports to the police through the special electriccable near distance, t

55、hus causes people's vigilance. Through manyyears research and the development, the present alarm apparatus maysay is the class is multitudinous. As a result of the alarm apparatusrapid development and the social each domain anxious need, can theapplication domain be more and more many, specially

56、 is rapidlydevelops in the civil domain. In recent years, the infrared alarmapparatus already became reports to the police a domain hot spot,because it used was not the obviously infrared acquisition, thereforehad the hiding to be good, characteristic and so on security. Theinfrared sensor is different according to the mechanism may divideinto the light survey and the hot survey. The light acquisition sensor is uses the photon effect the infraredacquisition aid. This kind of sensor speed of response quick, thesensitivity high, the examination characteristic