基于AT89C52和MQ-2的煙霧報警器設(shè)計

作者：時間：2014-04-02 來源：網(wǎng)絡(luò)

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摘要：介紹了一種基于AT89C52單片機和MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器的煙霧報警器設(shè)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(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，性能穩(wěn)定，具有較好的實用價值。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/235829.htm

關(guān)鍵詞：單片機;煙霧傳感器;模數(shù)轉(zhuǎn)換;報警

隨著社會高速發(fā)展，火災(zāi)對于人類的生產(chǎn)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(chǎn)和人們生活的安全。

1 系統(tǒng)總體設(shè)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(zhuǎn)換電路和單片機控制電路。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)化為模擬的電信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將煙霧檢測電路送出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后送入單片機。單片機對該數(shù)字信號進(jìn)行濾波處理，并與預(yù)設(shè)值進(jìn)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(chǔ)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(shè)計

2.1 煙霧傳感器選擇

本設(shè)計采用MQ-2型煙霧傳感器，它是由二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料構(gòu)成，屬于表面離子式N型半導(dǎo)體。當(dāng)處于200～300℃溫度時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當(dāng)與煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘受到該煙霧的調(diào)制而變化，就會引起表面電導(dǎo)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(guān)，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(fù)載電RL上的電壓。

2.2 煙霧信號放大電路設(shè)計

傳感器輸出信號一般比較微弱，需要經(jīng)過前置電路對其進(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)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(jīng)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(zhuǎn)換及與單片機接口電路設(shè)計

放大后的信號經(jīng)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(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)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。