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(shù)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(xiàn)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(shù)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(shù)轉換電路將煙霧檢測電路送出的模擬信號轉換成數(shù)字信號后送入單片機。單片機對該數(shù)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(lián)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(lián)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(shù)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(shù)轉換。當轉換完成后，EOC端發(fā)出一個完成信號(高電平)，數(shù)據(jù)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。