一種煙霧報(bào)警器設(shè)計(jì).緒論1.1概述單片機(jī),煙霧傳感器及火焰?zhèn)鞲衅魇菬熿F報(bào)警器系統(tǒng)的三大大核心。單片機(jī)好比一個(gè)橋梁，聯(lián)系著傳感器和報(bào)警電路設(shè)備。單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、電流、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。同樣，它也廣泛應(yīng)用于報(bào)警技術(shù)領(lǐng)域，使各類報(bào)警裝置的功能更加完善，可靠性大大提高，以滿足社會(huì)發(fā)展的需要。而傳感器作為信息技術(shù)系統(tǒng)的“感官”器件，如果沒(méi)有“感官”感受信息，或者“感官”遲鈍，都難以形成高精度、高速度的控制系統(tǒng)。美國(guó)曾把二十世紀(jì)八十年代稱為傳感技術(shù)時(shí)代，日本更是把傳感技術(shù)列為十大技術(shù)之首。所以，根據(jù)報(bào)警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟(jì)的煙霧傳感器和單片機(jī)芯片是至關(guān)重要的。在本論文中的最主要的設(shè)計(jì)是選STC12C5A60S2單片機(jī)和MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器為核心器件[9]。STC12C5A60S2單片機(jī)兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，功能強(qiáng)大，可供許多高性價(jià)比的場(chǎng)合應(yīng)用，能夠靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等有良好的靈敏度，壽命長(zhǎng)，成本低，非常適用于家庭使用的氣體泄漏報(bào)警器。由這兩個(gè)核心器件設(shè)計(jì)而成的整個(gè)煙霧報(bào)警器系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、GSM模塊短信傳送檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況、換氣扇排煙的煙霧報(bào)警器應(yīng)有的功能，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的煙霧報(bào)警器，具有一定的實(shí)用價(jià)值[8]。目前，現(xiàn)代建筑都會(huì)有選擇地安裝不同功能的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。因?yàn)榛馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是建筑物的神經(jīng)系統(tǒng)，它能夠感受、接收著發(fā)生火災(zāi)的早期信號(hào)并及時(shí)報(bào)警，發(fā)出警報(bào)同時(shí)告知用戶和周邊居民。它就像是一個(gè)個(gè)稱職的更夫，給居住、忙碌或是休息在家庭中的人們以極大的安全感。在火災(zāi)的早期階段，準(zhǔn)確的探測(cè)到火情并迅速報(bào)警，對(duì)于及時(shí)組織有序快速疏散、積極有效地控制火災(zāi)的蔓延、快速滅火和減少火災(zāi)對(duì)居住人群的損失都具有重要的意義。隨著通信，電子技術(shù)的發(fā)展，智能家居日益進(jìn)入人們的視野?；贕SM網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域廣，保密性強(qiáng)，無(wú)距離障礙等優(yōu)點(diǎn)，形成集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制為一體的智能家居系統(tǒng)[11]?，F(xiàn)在越來(lái)越多主流的煙霧報(bào)警器是通過(guò)無(wú)線傳達(dá)客戶檢測(cè)信息，系統(tǒng)選用煙霧報(bào)警器采集家居信息，通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊傳遞主控器件，運(yùn)用信息融合技術(shù)，以期獲得較為可靠的報(bào)警信息。1.2設(shè)計(jì)煙霧報(bào)警器的目的及意義在日常生活中越來(lái)越多人注重防火，現(xiàn)在不止商業(yè)，還有家居。傳統(tǒng)的煙霧報(bào)警器是由兩部分組成：一是用于檢測(cè)煙霧的感應(yīng)傳感器，二是聲音非常響亮的電子揚(yáng)聲器，一旦發(fā)生危險(xiǎn)可以及時(shí)警醒人們。當(dāng)今，世界上使用得最為普遍的煙霧報(bào)警器當(dāng)屬光電式煙霧報(bào)警器和電離式煙霧報(bào)警器[4]。對(duì)于預(yù)防家庭火災(zāi)，減少火災(zāi)損失具有現(xiàn)實(shí)意義在現(xiàn)代城市家庭里，許多人因不懂家庭安全常識(shí)引起火災(zāi)事故，使好端端的幸福家庭轉(zhuǎn)眼間毀于一旦,有的導(dǎo)致家破人亡,而且一旦發(fā)生居民家庭火災(zāi),處置不當(dāng)、報(bào)警遲緩,是造成人員傷亡的主要原因。所以說(shuō),人們應(yīng)該積極了解家庭火災(zāi)的主要起因,掌握防止發(fā)生火災(zāi)的知識(shí)和萬(wàn)一發(fā)生火災(zāi)時(shí)保護(hù)自己的方法,及時(shí)消除。英國(guó)每年發(fā)生嚴(yán)重家庭火災(zāi)，其中大部分火災(zāi)造成人員傷亡和重大的家庭財(cái)產(chǎn)損失，有的還連累左鄰右舍，火災(zāi)損失更加慘重。在調(diào)查火災(zāi)起因的時(shí)候，絕大多數(shù)發(fā)生火災(zāi)家庭的當(dāng)事人說(shuō)，以前總覺(jué)得火災(zāi)是人家的事情，與自己離得很遠(yuǎn)，沒(méi)有想到這一次竟然會(huì)發(fā)生在自己的頭上。家庭火災(zāi)的主要原因是麻痹大意，沒(méi)有及時(shí)采取預(yù)防措施據(jù)公安部消防局2011統(tǒng)計(jì)，近年，國(guó)內(nèi)每年發(fā)生家庭火災(zāi)死亡800余人，占火災(zāi)死亡人數(shù)的70%以上。假如能根據(jù)實(shí)際情況預(yù)先采取更方便，快捷，直觀，簡(jiǎn)單的防火措施，一些悲劇是完全可以避免的?，F(xiàn)在幾乎每個(gè)人都有一部可收發(fā)短信的手機(jī)，利用手機(jī)內(nèi)置通訊GSM模塊或者利用網(wǎng)絡(luò)去監(jiān)測(cè)建筑物的煙霧情況。無(wú)線煙霧報(bào)警器是由單片機(jī)電子元件做成的新型報(bào)警器，它利用手機(jī)GSM模塊實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控房屋煙霧火災(zāi)安全。它的出現(xiàn)為人們的生活帶來(lái)很大的方便，有很廣闊的市場(chǎng)前景，相信隨著社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，它的網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域廣，保密性強(qiáng)，無(wú)距離障礙，實(shí)時(shí)的特點(diǎn)會(huì)越來(lái)越得到人們的青睞.這對(duì)于越來(lái)越注重家庭防火安全的人們有莫大的幫助。1.3煙霧報(bào)警器的現(xiàn)狀及特點(diǎn)消防報(bào)警產(chǎn)品是一個(gè)系列產(chǎn)品，包括\t"/2011/10/_blank"火災(zāi)\t"/2011/10/_blank"探測(cè)設(shè)備、信息傳輸設(shè)備、報(bào)警分析控制器、消防控制聯(lián)動(dòng)。是物理傳感技術(shù)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸和管理、\t"/2011/10/_blank"智能樓宇等技術(shù)的綜合集成，屬于高新技術(shù)。依托中國(guó)多年的基本建設(shè)的發(fā)展，這個(gè)行業(yè)也得到發(fā)展，具備和國(guó)外知名企業(yè)抗衡的能力。在目前中國(guó)許多冠名以高新技術(shù)的行業(yè)中，中國(guó)企業(yè)大多做的是下游的制造和服務(wù)，分取極少一部分的利潤(rùn)，像消防報(bào)警產(chǎn)品那樣又擁有自我知識(shí)產(chǎn)權(quán)，又擁有大量市場(chǎng)的行業(yè)其實(shí)是很少的。

在消防報(bào)警產(chǎn)品的技術(shù)含量上，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品和國(guó)外產(chǎn)品差距不是很大，許多指標(biāo)已經(jīng)超越，存在的問(wèn)題是：類似于國(guó)外消防報(bào)警產(chǎn)品的大規(guī)?；纳a(chǎn)才剛起步，有待于積累經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)；也因此在產(chǎn)品一致性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性上有一些差距；國(guó)內(nèi)正在形成權(quán)重的大型企業(yè)和集團(tuán)，這樣可以帶領(lǐng)國(guó)內(nèi)的各家企業(yè)去沖擊海外市場(chǎng)，并最終占領(lǐng)海外的\t"/2011/10/_blank"消防報(bào)警市場(chǎng)。1.4煙霧報(bào)警器的發(fā)展趨勢(shì)隨著科技的發(fā)展，越來(lái)越多的巨大的隱患由于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活而產(chǎn)生。為了早期發(fā)現(xiàn)和通報(bào)火災(zāi)，防止和減少火災(zāi)危害，保護(hù)人身和財(cái)產(chǎn)安全。保衛(wèi)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，防止火災(zāi)引起燃燒、爆炸等事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至危及生命安全。為了減少這類事故的發(fā)生，就必須對(duì)煙霧進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)，采用先進(jìn)可靠的安全檢測(cè)儀表，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)環(huán)境中煙霧的濃度，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，避免事故發(fā)生，才能確保工業(yè)安全和家庭生活安全。因此，研究煙霧的檢測(cè)方法與研制煙霧報(bào)警器就成為傳感器技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的一個(gè)重要課題

為了早期發(fā)現(xiàn)和通報(bào)火災(zāi)，防止和減少火災(zāi)危害，保護(hù)人身和財(cái)產(chǎn)安全。保衛(wèi)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，防止火災(zāi)引起燃燒、爆炸等事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至危及生命安全。

煙霧檢測(cè)報(bào)警裝置是能夠檢測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度并具有報(bào)警功能的儀器。該報(bào)警裝置是石油化學(xué)工業(yè)、有氣體泄漏可能的生產(chǎn)工廠及家庭防火防爆必備的儀器。煙霧報(bào)警器屬于《工作計(jì)量器具目錄》中第46項(xiàng)，它歸類于物理化學(xué)計(jì)量器具?！督ㄖO(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GBJ16-87)第10.3.2條明確規(guī)定:“散發(fā)可燃煙霧、可燃蒸汽的甲類廠房和場(chǎng)所，應(yīng)設(shè)置煙霧濃度檢測(cè)報(bào)警裝置”。2003年12月，國(guó)家執(zhí)行新的煙霧探測(cè)器標(biāo)準(zhǔn)(GB15322-2003)《可燃煙霧探測(cè)器》，2004年10月國(guó)家頒布《可燃煙霧檢測(cè)報(bào)警器規(guī)程JJG693-2004》，研究新型、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)可燃性氣體，并合乎國(guó)家相關(guān)規(guī)定的報(bào)警器具有極其重要得意義。

目前國(guó)內(nèi)已有許多城市鋪設(shè)了煤氣管道，使用人口約達(dá)二億人，煤氣發(fā)生基地及中轉(zhuǎn)站也達(dá)幾千家。如果這些家用燃?xì)夂兔簹饣丶爸修D(zhuǎn)站的報(bào)警率按10%計(jì)算，煙霧檢測(cè)報(bào)警器的需求量就達(dá)2000萬(wàn)臺(tái)以上。隨著全社會(huì)對(duì)防火防爆及人身安全的重視程度的提高，這個(gè)數(shù)字會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。近十年來(lái)，農(nóng)村的沼氣使用也得到極大的發(fā)展。到2006年底，全國(guó)沼氣池?cái)?shù)量已達(dá)近1300萬(wàn)座，這就為檢測(cè)沼氣（主要成分是甲烷）濃度的儀器提供了市場(chǎng)?？梢?jiàn)，煙霧報(bào)警器具有十分廣闊的市場(chǎng)前景。2系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)2.1煙霧報(bào)警器的工作結(jié)構(gòu)和原理煙霧報(bào)警器是能夠檢測(cè)環(huán)境中的煙霧及易燃?xì)怏w的濃度，并具有報(bào)警功能的儀器。該煙霧報(bào)警器的最基本部分有：煙霧傳感器MQ-2，火焰?zhèn)鞲衅?，單片機(jī)控制電路，聲光報(bào)警電路和電源電路。結(jié)構(gòu)圖如圖2-1：圖2-1可燃煙霧報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖開(kāi)機(jī)上電后，程序在主函數(shù)中運(yùn)行，單片機(jī)和GSM模塊分別進(jìn)行初始化。單片機(jī)的初始化包括設(shè)置串口工作方式、波特率，并初始化變量參數(shù)和標(biāo)志位。GSM模塊初始化包括重新啟動(dòng)、關(guān)閉回顯、設(shè)置在TEXT模式下在返回值中不顯示詳細(xì)的頭信息、選擇短信格式為TEXT模式、開(kāi)發(fā)串口中斷準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)的工作由煙霧信號(hào)采集及放大電路將采集到的煙霧濃度信息轉(zhuǎn)化為放大的模擬電信號(hào)。單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。當(dāng)輸入A/D轉(zhuǎn)換器的放大信號(hào)達(dá)到設(shè)定閥值，啟動(dòng)報(bào)警電路。反之則為正常工作狀態(tài)。系統(tǒng)采用蜂鳴器聲音報(bào)警和LED閃爍狀態(tài)作為警報(bào)信號(hào)。這種報(bào)警方法是在聲音報(bào)警基礎(chǔ)上，加入閃爍報(bào)警。因?yàn)樽兓墓庑盘?hào)引起用戶和家庭鄰居的注意，彌補(bǔ)了在嘈雜環(huán)境中聲音報(bào)警的局限，使得報(bào)警裝置更加完善。2.2煙霧傳感器的選型煙霧傳感器是測(cè)量裝置和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。而煙霧報(bào)警器的信號(hào)采集由煙霧傳感器負(fù)責(zé)。煙霧傳感器能夠?qū)怏w的種類及其濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱就能獲得與待測(cè)氣體在環(huán)境中存在的情況有關(guān)的信息，從而達(dá)到檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警的功能。換句話說(shuō)，沒(méi)有精確可靠的傳感器，就沒(méi)有精確可靠的自動(dòng)檢測(cè)、控制和報(bào)警系統(tǒng)。煙霧傳感器作為報(bào)警器中不可缺少的核心器件，它決定了所采集的煙霧濃度信號(hào)的準(zhǔn)確性和可靠性。圖2-2煙霧傳感器及其結(jié)構(gòu)圖2.2.1煙霧傳感器的介紹(1) 煙霧傳感器的分類煙霧傳感器種類繁多，從檢測(cè)原理上分為三大類：(a)利用物理化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如半導(dǎo)體煙霧傳感器、接觸燃燒煙霧傳感器等。(b)利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導(dǎo)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(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如電流型煙霧傳感器、電勢(shì)型氣體傳感器等。表2.2簡(jiǎn)要列舉出已經(jīng)研究、開(kāi)發(fā)的各類煙霧傳感器及其可檢測(cè)的氣體種類。表2.2各種煙霧傳感器可檢測(cè)的煙霧種類傳感器種類COCO2H2SNH3HCNHCICOCI2CI2NOXSO2OCH4C3H2H2H2O半導(dǎo)體氣體傳感器○○○○○○○○○○固體電解質(zhì)傳感器○○○○○接觸燃燒式傳感器◎○○○電化學(xué)式傳感器○○○○○○○○高分子電解質(zhì)氣體傳感器◎○○○○注：○好◎不太好根據(jù)報(bào)警器檢測(cè)煙霧種類的不同要求，很多場(chǎng)合都會(huì)選擇使用半導(dǎo)體煙霧傳感器。經(jīng)過(guò)對(duì)比眾多煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點(diǎn)更加突出。半導(dǎo)體煙霧傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，維護(hù)成本較低，因而得到廣泛應(yīng)用。因此，本設(shè)計(jì)中的煙霧傳感器選用MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器[1]。` 圖2-3MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器結(jié)構(gòu)（2）煙霧傳感器應(yīng)滿足的基本條件一個(gè)煙霧傳感器是單功能的，是多功能的；是單一的實(shí)體，也是由多個(gè)不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個(gè)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(cè)某種單一煙霧，而對(duì)共存的其它煙霧不響應(yīng)或低響應(yīng)；(b)對(duì)被測(cè)煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測(cè)允許范圍內(nèi)的煙霧濃度；(c)對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好；(d)長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性好；(e)使用壽命長(zhǎng)；(f)制造成本低，使用與維護(hù)方便。2.2.2MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器MQ-2半導(dǎo)體傳感器是以清潔空氣中電導(dǎo)率較低的金屬氧化物二氧化錫(SnO2)為主體的N型半導(dǎo)體氣敏元件。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大[1]。在設(shè)計(jì)報(bào)警器時(shí)只有使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。該傳感器具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度高、電導(dǎo)率變化大、響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間短、抗干擾能力強(qiáng)、輸出信號(hào)大、壽命長(zhǎng)和工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在市面上應(yīng)用十分廣泛。二氧化錫(SnO2)半導(dǎo)體氣敏元件特點(diǎn)：(a)SnO2材料的物理、化學(xué)穩(wěn)定性較好，與其他類型氣敏元件相比，SnO2氣敏元件壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好、耐腐蝕性強(qiáng)。(b)SnO2氣敏元件對(duì)氣體檢測(cè)是可逆的，而且吸附、脫離時(shí)間短，可連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間使用。(c)SnO2氣敏元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠行較高，機(jī)械性能良好。MQ-2氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖2-3所示，由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層,測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有６只針狀管腳，其中４個(gè)用于信號(hào)取出，２個(gè)用于提加熱電流。MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器適用于天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣、煙霧等的檢測(cè)，對(duì)可燃性氣體的（CH4、C4H10、H2等）的檢測(cè)很理想。這種傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)可燃?xì)怏w有良好的靈敏度，能夠檢測(cè)多種可燃性氣體，十分適合應(yīng)用在家庭的氣體泄漏報(bào)警器中。是一款便攜式氣體檢測(cè)器，非常適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。其技術(shù)指標(biāo)表2.4。表2.4MQ-2的技術(shù)指標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注VC回路電壓≤15VACorDCVH加熱電壓5.0V±0.2VACorDCRL負(fù)載電壓可調(diào)RH加熱電阻31Ω±3Ω室溫PH加熱功耗≤900B環(huán)境條件O2符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Tao使用溫度-10℃-50℃Tas儲(chǔ)存溫度-20℃-70℃Rll相對(duì)濕度小于95％O2氧氣濃度21％（標(biāo)準(zhǔn)條件）最小值大于2％C靈敏度特性符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)參數(shù)備注RS敏感體表面電阻3KΩ-30KΩ(1000PPM異丁烷)探測(cè)濃度范圍100ppm-10000ppmα（3000/1000）異丁烷濃度斜率≤0.6液化氣和丙烷300ppm-5000ppm丁烷5000ppm-20000ppm甲烷標(biāo)準(zhǔn)工作條件溫度：20℃±2℃相對(duì)溫度：65%±5%VC：5.0V±0.1VVH：5.0V±0.1V300ppm-5000ppm氫氣100ppm-2000ppm酒精預(yù)熱時(shí)間不少于24小時(shí)由于物理量和測(cè)量范圍的不同，傳感器的工作機(jī)理和結(jié)構(gòu)就不同。通常煙霧傳感器輸出的電信號(hào)是模擬信號(hào)（已有許多新型傳感器采用數(shù)字量輸出）。當(dāng)信號(hào)的數(shù)值符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級(jí)時(shí)，可以不用放大器放大；當(dāng)信號(hào)的數(shù)值不符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級(jí)時(shí)，就需要放大器放大。所以MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器要想把采集到的煙霧濃度模擬信號(hào)傳送給單片機(jī)控制器就必須經(jīng)過(guò)放大器進(jìn)行放大處理，之后才能將模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可以識(shí)別的電信號(hào)給單片機(jī)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，氣敏元件開(kāi)機(jī)通電時(shí)，其內(nèi)阻很小，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，才能恢復(fù)到原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，MQ-2氣體傳感器需開(kāi)機(jī)預(yù)熱幾分鐘，才可投入使用，以免造成誤報(bào)。2.3火焰?zhèn)鞲衅鞯慕榻B圖2-4煙霧傳感器及其結(jié)構(gòu)圖用途：

各種火焰，火源探測(cè)

模塊特色：

1、檢測(cè)火焰或者波長(zhǎng)在760納米～1100納米范圍內(nèi)的光源，打火機(jī)測(cè)試火焰距離為80cm，對(duì)火焰越大，測(cè)試距離越遠(yuǎn)

2、探測(cè)角度60度左右，對(duì)火焰光譜特別靈敏3、靈敏度可調(diào)（圖中藍(lán)色數(shù)字電位器調(diào)節(jié)）

4、比較器輸出，信號(hào)干凈，波形好，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，超過(guò)15mA

5、配可調(diào)精密電位器調(diào)節(jié)靈敏度

6、工作電壓3.3V-5V

7、輸出形式：數(shù)字開(kāi)關(guān)量輸出（0和1）

8、設(shè)有固定螺栓孔，方便安裝

9、小板PCB尺寸：3.2cmx1.4cm

10、使用寬電壓LM393比較器

模塊使用說(shuō)明：

1、火焰?zhèn)鞲衅鲗?duì)火焰最敏感，對(duì)普通光也是有反應(yīng)的，一般用做火焰報(bào)警等用途。

2、小板輸出接口與單片機(jī)IO口直接相連

3、傳感器與火焰要保持一定距離，以免高溫?fù)p壞傳感器，對(duì)打火機(jī)測(cè)試火焰距離為80cm，對(duì)火焰越大，測(cè)試距離越遠(yuǎn)功能說(shuō)明：

火焰?zhèn)鞲衅魇菣C(jī)器人專門搜尋火源的傳感器，當(dāng)然火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)光線的亮度，只是本傳感器對(duì)火焰特別靈敏?；鹧?zhèn)鞲衅骼眉t外線對(duì)對(duì)火焰非常敏感的特點(diǎn)，使用特制的紅外線接受管檢測(cè)火焰，然后把火焰的亮度轉(zhuǎn)化為高低變化的電平信號(hào)，輸入到中央處理器中，中央處理器根據(jù)信號(hào)的變化做出相應(yīng)的程序處理。功能用途：遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅魈綔y(cè)火源或其它一些波長(zhǎng)在700納米～1000納米范圍內(nèi)的熱源。在機(jī)器人比賽中，遠(yuǎn)紅外火焰探頭起著非常重要的作用，它可以用作機(jī)器人的眼睛尋找火源或足球。它可以制作滅火機(jī)器人、足球機(jī)器人等。

原理介紹：遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅髂軌蛱綔y(cè)到波長(zhǎng)在700納米～1000納米范圍內(nèi)的紅外光，探測(cè)角度為60，其中紅外光波長(zhǎng)在880納米附近時(shí)，其靈敏度達(dá)到最大。遠(yuǎn)紅外火焰探頭將外界紅外光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器反映為0～255范圍內(nèi)數(shù)值的變化。外界紅外光越強(qiáng)，數(shù)值越??；紅外光越弱，數(shù)值越大。2.4單片機(jī)的選型單片機(jī)是煙霧自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的心臟，接收火災(zāi)信號(hào)并啟動(dòng)報(bào)警裝置顯示和執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)和消防動(dòng)作。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制功能中，需要單片機(jī)有較快的運(yùn)算速度，使檢測(cè)人員和用戶在報(bào)警器系統(tǒng)正常工作時(shí)能夠及時(shí)地觀測(cè)到實(shí)時(shí)的煙霧濃度等級(jí)，并進(jìn)行相應(yīng)處理。同時(shí)，在能夠滿足報(bào)警器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算速度及接口功能要求的同類型單片機(jī)中，要考慮選擇價(jià)格低廉且體積輕巧的機(jī)型，在保證了報(bào)警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。2.4.1STC12C5A60S2系列1T單片機(jī)的功能比較89C51：圖2-4STC12C5A60S2引腳圖STC12C5A60S2系列1T單片機(jī)的功能比較89C51得出的優(yōu)勢(shì)如下：1.增強(qiáng)型8051CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)80512.工作電壓：STC12C5A60S2系列工作電壓：5.5V-3.3VSTC12LE5A60S2系列工作電壓：3.6V-2.2V3.工作頻率范圍：0-35MHz，相當(dāng)于普通8051的0～420MHz4.用戶應(yīng)用程序空間8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字節(jié)5.片上集成1280字節(jié)RAM6.通用I/O口（36/40/44個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開(kāi)漏每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過(guò)120mA7.ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器可通過(guò)串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無(wú)內(nèi)部EEPROM)9.看門狗10.內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）11.外部掉電檢測(cè)電路:在P4.6口有一個(gè)低壓門檻比較器5V單片機(jī)為1.32V，誤差為+/-5%,3.3V單片機(jī)為1.30V，誤差為+/-3%12.時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為+/-5%到+/-10%以內(nèi))用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時(shí)鐘常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：5.0V單片機(jī)為：11MHz～15.5MHz3.3V單片機(jī)為：8MHz～12MHz精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn)13.共4個(gè)16位定時(shí)器：兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,16位定時(shí)器T0和T1，沒(méi)有定時(shí)器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器，做串行通訊的波特率發(fā)生器，再加上2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器14.2個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時(shí)鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時(shí)鐘15.外部中斷I/O口7路,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊，PowerDown模式可由外部中斷喚醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.2),CCP1/P1.4(也可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.3)16.PWM(2路）/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列,2路）也可用來(lái)當(dāng)2路D/A使用也可來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持)17.A/D轉(zhuǎn)換,10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S(每秒鐘25萬(wàn)次)18.通用全雙工異步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時(shí)器或PCA軟件實(shí)現(xiàn)多串口19.STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標(biāo)志的才有雙串口，RxD2/P1.2(可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.3)20.工作溫度范圍：-40-+85℃(工業(yè)級(jí))/0-75℃(商業(yè)級(jí))21.封裝：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48I/O口不夠時(shí)，可用2到3根普通I/O口線外接74HC164/165/595（均可級(jí)聯(lián)）來(lái)擴(kuò)展I/O口,還可用A/D做按鍵掃描來(lái)節(jié)省I/O口，或用雙CPU,三線通信，還多了串口。STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合[2]。2.5SIM900AGSM模塊的介紹2.5.1SIM900A概要：SIM900A模塊采用串口（UART）通信，所有的SIM900A開(kāi)發(fā)板都含有TTL接口（V3.7版本還含有一組RS232電平接口）。使用標(biāo)準(zhǔn)的AT指令對(duì)SIM900A模塊進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)打電話發(fā)短信等功能。所以，做的是：使用控制器（包括單片機(jī)、電腦等）連接SIM900A模塊的TTL接口或是RS232接口[3]。硬件連接完畢后，通過(guò)串口發(fā)送AT指令了。通過(guò)AT指令，SIM900A可以與手機(jī)無(wú)線連接或與電腦有線連接，以達(dá)到雙方交換數(shù)據(jù)的功能。雙方數(shù)據(jù)交流原理圖如下2-5-1圖2-5雙方數(shù)據(jù)交流原理圖2.5.2串口控制SMS的工作原理單片機(jī)與GSM模塊一般采用串行異步通信接口，通信速度可設(shè)定，通常為19200bps。采用這種RS232電纜方式進(jìn)行連接時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^好。RS232接口方式連接，通過(guò)串行接口集成電路和電平轉(zhuǎn)換電路與GSM模塊連接，電路比較簡(jiǎn)單，所涉及的芯片包括單片機(jī)89C52和電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，是非常常見(jiàn)的接口電路。GSM的短信息業(yè)務(wù)SMS利用信令信道傳輸，這是GSM通信網(wǎng)所特有的。它不用撥號(hào)建立連接，把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短信息服務(wù)中心，經(jīng)短信服務(wù)中心完成存儲(chǔ)后再發(fā)送給最終的信宿。所以當(dāng)目的GSM終端沒(méi)開(kāi)機(jī)時(shí)信息不會(huì)丟失。每個(gè)短信的信息量限制為160字節(jié)。用單片機(jī)控制GSM模塊收發(fā)短信息所涉及到的AT指令見(jiàn)表2-6。表2-6AT指令A(yù)T指令功能描述AT+OFF關(guān)機(jī)并重新啟動(dòng)AT+CSDH=0在TEXT模式下在返回值中不顯示詳細(xì)的頭信息ATE0關(guān)閉回顯AT+CMGF=1選擇短信格式為TEXT模式AT+CMGS發(fā)送短信息AT+CMGR讀取短信息AT+CMGD=0刪除全部短信息 2.5.3SIM900A常用的AT指令1.撥打/接聽(tīng)電話使用SIM900A模塊進(jìn)行撥打和接聽(tīng)電話，要用到的指令有：ATE1/ATD/ATA/ATH/AT+COLP/AT+CLIP/AT+VTS等7條AT指令。ATE1，用于設(shè)置回顯，即模塊將收到的指令完整的返回給發(fā)送設(shè)備，方便調(diào)試。ATD，用于撥打任意電話號(hào)碼，格式為：ATD+號(hào)碼+;，末尾的’;’一定要加上，否則不能成功撥號(hào)，如發(fā)送：ATD10086;，即可實(shí)現(xiàn)撥打10086。ATA，用于應(yīng)答電話，當(dāng)收到來(lái)電的時(shí)候，給模塊發(fā)送：ATA，即可接聽(tīng)來(lái)電。ATH，用于掛斷電話，要想結(jié)束正在進(jìn)行的通話，只需給模塊發(fā)送：ATH，即可掛斷。AT+COLP，用于設(shè)置被叫號(hào)碼顯示，通過(guò)發(fā)送：AT+COLP=1，開(kāi)啟被叫號(hào)碼顯示，當(dāng)成功撥通的時(shí)候（被叫接聽(tīng)電話），模塊會(huì)返回被叫號(hào)碼。AT+CLIP，用于設(shè)置來(lái)電顯示，通過(guò)發(fā)送：AT+CLIP=1，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)置來(lái)電顯示功能，模塊接收到來(lái)電的時(shí)候，會(huì)返回來(lái)電號(hào)碼。AT+VTS=*，產(chǎn)生DTMF音，該指令只有在通話進(jìn)行中才有效，用于向?qū)Ψ桨l(fā)送DTMF音，比如在撥打10086查詢的時(shí)候，通過(guò)發(fā)送AT+VTS=1，模擬發(fā)送按鍵1。2撥打電話SIM900A模塊來(lái)?yè)艽?0086，并進(jìn)行話費(fèi)查詢。首先發(fā)送：ATE1，設(shè)置回顯，再發(fā)送：AT+COLP=1，設(shè)置被叫號(hào)碼顯示。如圖2-7所示：圖2-7SIM900A發(fā)送AT指令電腦通訊軟件的回答圖然后，發(fā)送：ATD10086;，撥打10086，在接通后，SIM900A模塊返回：+COLP:"10086",129,"",""，此時(shí)，待一堆話結(jié)束后，發(fā)送：AT+VTS=1，即可查詢本機(jī)電話號(hào)碼。最后，通過(guò)發(fā)送：ATH，掛斷，結(jié)束本次通話。查詢?cè)捹M(fèi)余額至此，完成一次撥號(hào)、發(fā)送DTMF音、結(jié)束通話的操作。十分簡(jiǎn)單，所以用SIM900A模塊實(shí)現(xiàn)打電話，那實(shí)在是小菜一碟。3短信的讀取與發(fā)送介紹如何使SIM900A模塊進(jìn)行短信的讀取與發(fā)送。將要用到的指令有：AT+CNMI/AT+CMGF/AT+CSCS/AT+CSMP/AT+CMGR/AT+CMGS/AT+CPMS等7條AT指令。AT+CNMI，用于設(shè)置新消息指示。發(fā)送：AT+CNMI=2,1，設(shè)置新消息提示，當(dāng)收到新消息，且SIM卡未滿的時(shí)候，SIM900A模塊會(huì)返回?cái)?shù)據(jù)給串口，如：+CMTI:"SM",2，表示收到接收到新消息，存儲(chǔ)在SIM卡的位置2；存滿了就不會(huì)提示，通過(guò)刪除短信解決。AT+CMGF，用于設(shè)置短消息模式，SIM900A支持PDU模式和文本（TEXT）模式等2種模式，發(fā)送：AT+CMGF=1，即可設(shè)置為文本模式。AT+CSCS，用于設(shè)置TE字符集，默認(rèn)的為GSM7位缺省字符集，在發(fā)送純英文短信的時(shí)候，發(fā)送：AT+CSCS="GSM"，設(shè)置為缺省字符集即可。在發(fā)送中英文短信的時(shí)候，需要發(fā)送：AT+CSCS="UCS2"，設(shè)置為16位通用8字節(jié)倍數(shù)編碼字符集。AT+CSMP，用于設(shè)置短消息文本模式參數(shù)，在使用UCS2方式發(fā)送中文短信的時(shí)候，需要發(fā)送：AT+CSMP=17,167,2,25，設(shè)置文本模式參數(shù)。AT+CMGR，用于讀取短信，比如發(fā)送：AT+CMGR=1，則能讀取SIM卡存儲(chǔ)在位置1的短信。AT+CMGS，用于發(fā)送短信，在"GSM"字符集下，最大可以發(fā)送180個(gè)字節(jié)的英文字符，在"UCS2"字符集下，最大可以發(fā)送70個(gè)漢字（包括字符/數(shù)字）。該指令后面詳細(xì)介紹。AT+CPMS，用于查詢/設(shè)置優(yōu)選消息存儲(chǔ)器，通過(guò)發(fā)送：AT+CPMS?，可以查詢當(dāng)前SIM卡最大支持多少條短信存儲(chǔ)，以及當(dāng)前存儲(chǔ)了多少條短信等信息。如返回：+CPMS:用戶手冊(cè)"SM",1,50,"SM",1,50,"SM",1,50，表示當(dāng)前SIM卡最大存儲(chǔ)50條信息，目前已經(jīng)有1條存儲(chǔ)的信息。4英文短信的讀取用其他手機(jī)先發(fā)送一條英文短信到SIM900A模塊上，然后讀取模塊接收到的這條英文短信。首先，發(fā)送：AT+CMGF=1，設(shè)置為文本模式，然后發(fā)送：AT+CSCS="GSM"，設(shè)置GSM字符集，然后發(fā)送:AT+CNMI=2,1，設(shè)置新消息提示。接著，用別的手機(jī)發(fā)送一條英文短信“SIM900AModule”到模塊上（如果不知道模塊號(hào)碼，可以發(fā)送：AT+CNUM，查詢模塊號(hào)碼）。模塊接收到短信后，會(huì)提示如：+CMTI:"SM",2，表明收到了新的短信，存放在SIM卡位置2。然后，發(fā)送AT+CMGR=2，即可讀取該短信。注意：某些時(shí)候，模塊收到了短信，但卻不發(fā)送提示，原因是：模塊存儲(chǔ)容量有限，不能繼續(xù)存儲(chǔ)短信。解決方法：刪除一些短信，例如發(fā)送：AT+CMGD=1，刪除全部短信命令。7英文短信的發(fā)送利用SIM900A模塊給指定手機(jī)號(hào)碼發(fā)送一條英文短信。這里，AT+CMGS指令發(fā)送短信，發(fā)送全英文/數(shù)字短信的時(shí)候，設(shè)置為："GSM"字符集（AT+CSCS="GSM"），文本模式（AT+CMGF=1）要給手機(jī)號(hào)：發(fā)送一條短信，則發(fā)送：AT+CMGS=,然后模塊返回：>，輸入需要發(fā)送的內(nèi)容:SIM900ATEST,注意，不用發(fā)送回車。在發(fā)送完內(nèi)容以后，最后以十六進(jìn)制（HEX）格式單獨(dú)發(fā)送:1A(即0X1A)，即可啟動(dòng)一次短信發(fā)送。注1：0X1A,”CTRL+Z”的鍵值，即用于告訴SIM900A，要執(zhí)行發(fā)送操作。另外發(fā)送:0X1B，即”ESC”的鍵值，用于告訴SIM900A,取消本次操作，不執(zhí)行發(fā)送。稍等片刻，在短信成功發(fā)送后，模塊返回如：+CMGS:156，的確認(rèn)信息，表示短信發(fā)送成功，其中156為模塊內(nèi)部的短信計(jì)數(shù)器，一般不用理會(huì)。3系統(tǒng)的硬件電路3.1STC12C5A60S2的時(shí)鐘電路STC12C5A60S2單片機(jī)芯片內(nèi)部設(shè)有一個(gè)由反向放大器構(gòu)成的振蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入端和輸出端，時(shí)鐘可由內(nèi)部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引腳上外接晶體振蕩器Y，內(nèi)部振蕩電路就會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時(shí)元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振頻率選擇12MHZ，C1、C2的電容值取30pF，電容的大小起頻率微調(diào)的作用。時(shí)鐘電路如圖3-1。圖3-1時(shí)鐘電路3.2煙霧傳感器原理圖及分析在許多檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合，傳感器輸出的信號(hào)比較弱，而且其中還包括了工頻、靜電和電磁耦合等共模干擾，對(duì)這種信號(hào)的放大就需要放大電路具有很好的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗。只有傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大電路對(duì)其進(jìn)行的放大、濾波、電平調(diào)整，才能滿足單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)的要求。圖3-2LM393四運(yùn)放引腳圖和結(jié)構(gòu)圖 設(shè)計(jì)中采用LM393作為電路的運(yùn)算放大器。LM393是價(jià)格便宜的帶差動(dòng)輸入功能的高增益四運(yùn)算放大器。LM393的靜態(tài)功耗小、價(jià)格低廉，可在較寬電壓范圍內(nèi)的單電源或雙電源下工作，其電源電流很小且與電源電壓無(wú)關(guān)，四個(gè)運(yùn)放一致性好；其輸入偏流電阻是溫度補(bǔ)償?shù)?，也不需外接頻率補(bǔ)償，可做到輸出電平與數(shù)字電路兼容。如圖3-3所示，通過(guò)滑動(dòng)變阻器Rp產(chǎn)生的參考電壓Vref接入LM393的同相輸入端，從傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器LM393的反相輸入端，由此組成比較運(yùn)算電路[6]。 圖3-3信號(hào)采集及前置放大電路圖由于放大電路還增加入了參考電壓，引入了零點(diǎn)調(diào)節(jié)功能，這樣更方便地調(diào)整由于不同傳感器導(dǎo)致的零點(diǎn)變化問(wèn)題。它利用通過(guò)滑動(dòng)變阻器Rp產(chǎn)生的參考電壓Vref和傳感器的輸出電壓分別輸入到運(yùn)算放大電路的兩個(gè)輸入端，由此得到的輸出電壓Uo與兩個(gè)輸入端之差成正比而實(shí)現(xiàn)差分比例電路。所以調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器Rp，就可以直接改變放大電路的參考電壓值，使報(bào)警系統(tǒng)可以在可燃煙霧氣體的不同濃度下工作，即用氣敏傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)不同煙霧濃度的測(cè)量[5]。3.3聲光報(bào)警器原理圖及分析圖3-6聲光報(bào)警器原理圖單片機(jī)一開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，先閉合自鎖開(kāi)關(guān)，當(dāng)煙霧傳感器的AD值超過(guò)某氣體（液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等）安全值時(shí)，MCU核心就自動(dòng)發(fā)送指令，令P1.0及P1.1低電平使PNP三極管導(dǎo)通，LED燈亮，蜂鳴器響，當(dāng)氣體濃度在安全濃度時(shí)，P1.0及P1.1高電平，LED燈與PNP管截止3.5火焰?zhèn)鞲衅髟韴D及分析圖3-8火焰?zhèn)鞲衅髟韴D如圖3-8所示，通過(guò)滑動(dòng)變阻器IN產(chǎn)生的參考電壓Vref接入LM393的同相輸入端，從傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器LM393的反相輸入端，由此組成比較運(yùn)算電路3.6煙霧報(bào)警器整體原理圖及分析圖3-10煙霧報(bào)警器原理圖如圖3-10所示，煙霧報(bào)警器電路主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、報(bào)警電路、SIM900A電路和傳感器電路組成。開(kāi)機(jī)上電后，程序在主函數(shù)中運(yùn)行，單片機(jī)和GSM模塊分別進(jìn)行初始化。單片機(jī)的初始化包括設(shè)置串口工作方式、波特率，并初始化變量參數(shù)和標(biāo)志位。GSM模塊初始化包括重新啟動(dòng)、關(guān)閉回顯、設(shè)置在TEXT模式下在返回值中不顯示詳細(xì)的頭信息、選擇短信格式為TEXT模式、開(kāi)發(fā)串口中斷準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)的工作由煙霧信號(hào)采集及放大電路將采集到的煙霧濃度信息轉(zhuǎn)化為放大的模擬電信號(hào)。單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。當(dāng)輸入A/D轉(zhuǎn)換器的放大信號(hào)達(dá)到設(shè)定閥值，啟動(dòng)報(bào)警電路。反之則為正常工作狀態(tài)。系統(tǒng)采用蜂鳴器聲音報(bào)警和LED閃爍狀態(tài)作為警報(bào)信號(hào)。這種報(bào)警方法是在聲音報(bào)警基礎(chǔ)上，加入閃爍報(bào)警。4煙霧報(bào)警器系統(tǒng)的軟件的設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)及流程圖主程序流程圖如下圖所示。首先要給傳感器預(yù)熱，因?yàn)镸Q-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時(shí)間后，再次通電時(shí)，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時(shí)間預(yù)熱。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。系統(tǒng)總體流程如下圖4-1：圖4-1主程序流程圖在整個(gè)報(bào)警器系統(tǒng)工作中，STC12C5A60S2的A/D轉(zhuǎn)換處理后，由單片機(jī)進(jìn)行分析處理，判斷系統(tǒng)是否啟動(dòng)聲光報(bào)警及排氣扇。4.2GSM程序設(shè)計(jì)及流程圖本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括GSM短消息程序設(shè)計(jì)、GPS定位信息采集程序設(shè)計(jì)和系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)。通過(guò)向SIM900A寫入不同的AT指令，能完成多種功能，實(shí)現(xiàn)各種GSM業(yè)務(wù)如網(wǎng)絡(luò)登錄、刪除SMS消息、列出短消息、讀取SIM卡上的電話號(hào)碼、發(fā)送SMS消息、接收SMS消息等。GSM模塊發(fā)信息短信流程圖如下圖4-1所示[7]。圖4-1短信發(fā)送流程圖如圖4-2所示函數(shù)在完成單片機(jī)和GSM模塊的初始化后，將立即開(kāi)放串口中斷，實(shí)時(shí)接收GSM模塊返回的參數(shù)以及上位機(jī)模塊發(fā)的短信數(shù)據(jù).通過(guò)中斷方式進(jìn)行ADC數(shù)值采集檢測(cè)，若超過(guò)閾值則單片機(jī)通過(guò)串口連接GSM模塊發(fā)送分別兩次信息到客戶手機(jī)進(jìn)行報(bào)警，信息重復(fù)發(fā)送，預(yù)防第一次信息有誤，增強(qiáng)煙霧報(bào)警器的可靠性。圖4-2串口傳送GSM模塊流程圖5煙霧報(bào)警器的實(shí)測(cè)與數(shù)據(jù)分析5.1煙霧報(bào)警器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)用具:蚊香，打火機(jī)試驗(yàn)煙霧報(bào)警器部分：通過(guò)蚊香煙熏，當(dāng)?shù)竭_(dá)煙霧濃度超過(guò)閾值200PPM時(shí)，煙霧報(bào)警器開(kāi)始工作，排氣扇開(kāi)始排氣蜂鳴器與led燈工作，SIM900A發(fā)送短信到用戶手機(jī)上。當(dāng)煙霧濃度閾值低于200PPM時(shí)，風(fēng)扇及LED燈及蜂鳴器停止工作。單片機(jī)經(jīng)過(guò)串口通訊軟件顯示接受短信成功指令，顯示中英文短信內(nèi)容實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5-1。圖5-1煙霧實(shí)測(cè)圖及相應(yīng)SIM900A在串口通訊顯示結(jié)果截圖試驗(yàn)火焰報(bào)警器部分：通過(guò)打火機(jī)明顯的火光，在距離火焰?zhèn)鞲衅?到7厘米，火焰?zhèn)鞲衅鞴ぷ鳎瑔纹瑱C(jī)識(shí)別，控制蜂鳴器及l(fā)ed燈工作，SIM900A撥打火警電話到用戶手機(jī)上面，讓用戶及時(shí)通知火警。當(dāng)沒(méi)有明顯火光時(shí)，蜂鳴器與LED燈停止工作。單片機(jī)經(jīng)過(guò)串口通訊軟件顯示撥打電話指令成功，并顯示所撥打電話number如圖5-2。圖5-2火焰報(bào)警實(shí)測(cè)圖及相應(yīng)SIM900A在串口通訊顯示結(jié)果截圖5.2煙霧濃度的閾值確定分析煙霧濃度值與電壓模擬量關(guān)系見(jiàn)表5-11,5-13及相應(yīng)的散點(diǎn)回歸方程坐標(biāo)軸見(jiàn)圖5-12,5-14（根據(jù)廠家煙霧濃度曲線）.X/PPM023050080010001260135014402000Y/V0.10.450.71.71.8表5-11煙霧濃度值與電壓模擬量圖5-12煙霧濃度值與電壓模擬量散點(diǎn)回歸方程坐標(biāo)軸（根據(jù)廠家煙霧濃度曲線）表5-13煙霧濃度值與電壓模擬量X/PPM300040005000800010000Y/V52.82.95圖5-14煙霧濃度值與電壓模擬量散點(diǎn)回歸方程坐標(biāo)軸（根據(jù)廠家煙霧濃度曲線）根據(jù)廠家實(shí)際煙霧濃度曲線數(shù)據(jù)手冊(cè)可知，輸出電壓與大氣煙霧濃度成對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系。據(jù)此，擬合回歸方程時(shí)，將大氣煙霧濃度分為兩段直線方程擬合，0~2000ppm范圍內(nèi)擬合直線回歸方程一如圖5-12，2000~10000ppm范圍內(nèi)擬合直線回歸方程二如圖5-14。根據(jù)廠家數(shù)據(jù)，按照回歸方程可知，設(shè)置煙霧濃度閾值為200PPM時(shí)，超過(guò)閾值時(shí)，煙霧傳感器的數(shù)據(jù)腳輸出TTL低電平，煙霧傳感器的綠燈亮起。6結(jié)論根據(jù)設(shè)計(jì)要求、使用環(huán)境、成本等因素，選用MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器。該傳感器是對(duì)以烷類煙霧為主的多種煙霧有良好敏感特性的廣譜型半導(dǎo)體敏感器件。它的靈敏度適中，具有響應(yīng)與恢復(fù)特性好，長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性、重現(xiàn)性、不易受環(huán)境溫濕度帶來(lái)的影響等優(yōu)點(diǎn)?；鹧?zhèn)鞲衅鳎址Q感光式火災(zāi)探測(cè)器，它是用于響應(yīng)火災(zāi)的光特性，即探測(cè)火焰燃燒的光照強(qiáng)度和火焰的閃爍頻率的一種火災(zāi)探測(cè)器。是探測(cè)在物質(zhì)燃燒時(shí)，產(chǎn)生煙霧和放出熱量的同時(shí)，也產(chǎn)生可見(jiàn)的或大氣中沒(méi)有的不可見(jiàn)的光輻射。煙霧傳感器及火焰?zhèn)鞲衅鲀蓚€(gè)一起作用，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)防，保護(hù)人身安全起到雙重保障。本文在對(duì)煙霧傳感器和報(bào)警技術(shù)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，詳細(xì)地闡述了基于單片機(jī)控制的煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)目的和實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)系統(tǒng)方框圖、硬件電路圖和軟件流程圖的表示，全面、具體地闡述了系統(tǒng)中各個(gè)部分的原理和功能。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易懂，功能齊全，十分適合在家庭生活中使用。附錄煙霧報(bào)警器整體實(shí)物圖及煙霧報(bào)警器整體原理圖如圖5-10：圖5-10煙霧報(bào)警器整體實(shí)物圖及煙霧報(bào)警器整體原理圖2.煙霧報(bào)警器部分程序如下：/************************************************************程序說(shuō)明：本程序運(yùn)行后gprs模塊找到服務(wù)商信號(hào)，實(shí)現(xiàn)煙霧、火焰的遠(yuǎn)程監(jiān)控。作者：cheng版本：1.0時(shí)間：2015.04.21*************************************************************/#include<reg52.h>#include"STC_NEW_8051.h"#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//以下是你的51單片機(jī)的晶振大小#defineFOSC_110592M//#defineFOSC_12MsbitKEY1=P0^0; //打電話sbitKEY2=P0^1;floatADC_VCC=0,ADC=0;ucharppm_sum[]={""};//煙霧濃度值ppm//注意，無(wú)論接收到信號(hào)還是發(fā)送完信號(hào)，都會(huì)進(jìn)中斷服務(wù)程序的voidSerialInit()//初始化程序（必須使用，否則無(wú)法收發(fā)）{ TMOD=0x20;//定時(shí)器1操作模式2:8位自動(dòng)重載定時(shí)器#ifdefFOSC_12M //在這里根據(jù)晶振大小設(shè)置不同的數(shù)值初始化串口 TH1=0xf3;//裝入初值，波特率2400 TL1=0xf3; #else TH1=0xfd;//裝入初值，波特率9600 TL1=0xfd;#endif//endofSOC_12M TR1=1;//打開(kāi)定時(shí)器 SM0=0;//設(shè)置串行通訊工作模式，（10為一部發(fā)送，波特率可變，由定時(shí)器1的溢出率控制） SM1=1;//(同上)在此模式下，定時(shí)器溢出一次就發(fā)送一個(gè)位的數(shù)據(jù) REN=1;//串行接收允許位（要先設(shè)置sm0sm1再開(kāi)串行允許） EA=1;//開(kāi)總中斷 ES=1;//開(kāi)串行口中斷 }/*//串行通訊中斷，收發(fā)完成將進(jìn)入該中斷voidSerial_interrupt()interrupt4{// a=SBUF; P2=SBUF; RI=0;//接收中斷信號(hào)清零，表示將繼續(xù)接收// flag=1;//進(jìn)入中斷的標(biāo)志符號(hào)}*///串行口連續(xù)發(fā)送char型數(shù)組，遇到終止號(hào)/0將停止voidUart1Sends(uchar*str){ while(*str!='\0') { SBUF=*str; while(!TI);//等待發(fā)送完成信號(hào)（TI=1）出現(xiàn) TI=0; str++; }}//發(fā)送短信命令0X1avoidUart1Send(ucharc){ SBUF=c; while(!TI);//等待發(fā)送完成信號(hào)（TI=1）出現(xiàn) TI=0; }//ADC轉(zhuǎn)換初始化voidInit_ADC(){P1ASF=0x84;//10000100P1.7和P1.2作為模擬口使用 ADC_CONTR|=0xE0;//ADC_POWER=1，開(kāi)啟AD模塊的電源轉(zhuǎn)換時(shí)間為180個(gè)周期 _nop_(); //設(shè)置ADC_CONTR寄存器時(shí)需要4個(gè)時(shí)間延時(shí)，確保數(shù)值設(shè)置成功 _nop_(); _nop_(); _nop_(); AUXR1|=0x04;//ADRJ=1設(shè)置ADC數(shù)據(jù)格式為高2位低八位 ADC_RES=0; //數(shù)據(jù)高2位清零 ADC_RESL=0; //數(shù)據(jù)低8位清零}//P1.2基準(zhǔn)電壓為2.5，實(shí)測(cè)2.465VuintADC_ref(){ uchark;uintADval=0; for(k=0;k<10;k++) //采集10次數(shù)字做軟件濾波 { ADC_RES=0; //數(shù)據(jù)高2位清零 ADC_RESL=0; //數(shù)據(jù)低8位清零 ADC_CONTR|=0x02|0x08;//選擇P1.2做通道開(kāi)始ADC轉(zhuǎn)換 _nop_(); //設(shè)置ADC_CONTR寄存器時(shí)需要4個(gè)時(shí)間延時(shí)，確保數(shù)值設(shè)置成功 _nop_(); _nop_(); _nop_(); while(!(ADC_CONTR&0x10));//等待ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束ADC_FLAG=1 ADC_CONTR&=0xE7; //將ADC_FLAG清零 ADval=ADC_RES; //讀取高兩位 ADval=ADval<<8|ADC_RESL;//將高兩位數(shù)據(jù)左移8位，或上低8位等于ADC數(shù)值 ADC_sum=ADC_sum+ADval;//取10次的和 ADval=0; } //ADC_VCC=25242/ADC_sum;//2.465*1024*10/ADC_sum準(zhǔn)確的單片機(jī)VCC參考值}//煙霧濃度的ADC轉(zhuǎn)換uintADC_yanwu(){ ucharn;uintAD_val=0,ADC_all=0; floatADC=0; for(n=0;n<10;n++) //采集10次數(shù)字做軟件濾波 { ADC_RES=0; //數(shù)據(jù)高2位清零 ADC_RESL=0; //數(shù)據(jù)低8位清零 ADC_CONTR|=0x07|0x08;//選擇P1.7做通道開(kāi)始ADC轉(zhuǎn)換 _nop_(); //設(shè)置ADC_CONTR寄存器時(shí)需要4個(gè)時(shí)間延時(shí)，確保數(shù)值設(shè)置成功 _nop_(); _nop_(); _nop_(); while(!(ADC_CONTR&0x10));//等待ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束ADC_FLAG=1 ADC_CONTR&=0xE7; //將ADC_FLAG清零 AD_val=ADC_RES; //讀取高兩位 AD_val=AD_val<<8|ADC_RESL;//高兩位數(shù)據(jù)左移8位，或上低8位等于ADC數(shù)值 ADC_all=ADC_all+AD_val; //取10次的和 AD_val=0; } ADC=2.465*ADC_all/ADC_sum;//ADC_all/（1024*10）*ADC_VCC準(zhǔn)確的煙霧濃度電壓值 if(ADC<1.6) { ADC_ppm=922*ADC-125;//公式簡(jiǎn)化標(biāo)定ADC數(shù)值，轉(zhuǎn)換成PPM值 } else{ADC_ppm=6185*ADC-9306;}}//adc數(shù)字值轉(zhuǎn)換成字符串 5位數(shù)uintSum_ppm(inta){ucharj;for(j=5;j>0;j--){ppm_sum[j-1]=a%10+0x30;a=a/10;}}//延時(shí)函數(shù)大概是1s鐘，不過(guò)延時(shí)大的話不準(zhǔn)...voidDelaySec(intsec){ uinti,j=0; for(i=0;i<sec;i++) { for(j=0;j<65535;j++) { } }}voiddelay()//延時(shí)10ms{unsignedchara,b,c;for(c=193;c>0;c--)for(b=114;b>0;b--)for(a=1;a>0;a--);}voidmain(){ uchari=0; SerialInit(); while(1) { if(KEY1==0) { delay();//延時(shí)10ms if(KEY1==0) { ucharj; for(j=0;j<3;j++) { Uart1Sends("AT\r\n");//撥打的