基于传感器与单片机的烟雾报警器的实现

【摘要】为了解决人流量比较大的商场的火灾问题，本文设计了一种新型的烟雾报警器。采用MQ-2型烟雾传感器检测商场内的烟雾浓度，并将该物理信号放大后送入单片机转换成数字信号，控制声光报警电路进行扬声器嗡鸣，从而构成了整个烟雾报警器系统。本系统主要包括信号采集及前置放大电路、声光报警电路、故障自诊电路，并分别对各个电路的工作原理做了详细地说明，以此论说STCl2C5412AD单片机和MQ-2型烟雾传感器是如何实现对物-理信号进行分析、处理。

【关键词】烟雾报警器MQ-2型传感器STCl2C5412AD声光报警器

一、烟雾报警器的硬件电路的设计方案

(一)信号采集及前置放大电路

一般来说，由半导体传感器所输出信号是比较微弱，很那检测得到。因此，我们必须利用前置电路进行放大、滤波等，以此达到单片机所能识别信号的标准。由于MQ-2型半导体烟雾传感器是属于电阻型，因此，可以通过串联一个参考电阻，然后再经过一个放大电路，便可发送给ADC进行采集。而本设计系统采用的是单极性供电，为了减少硬件的开销，经济且合理，此处又可采用同比例的放大电路。经过多方的考虑与分析.本设计中的运算放大电路器采用通用型的运算放大器，即LM324运算放大器。至于LM324运算放大器，即是单片高增益四运算放大器，四个运放一致性好，其不仅能在单电源或双电源下工作，且应用的电压范围也较为宽的。还可做到输出电平与数字电路兼容由文献可知。

(二)声光报警电路

离子式烟雾报警器的声光报警电路由STCl2C5412AD单片机P1口控制，当信号未达到预设范围的时候，P2.1引脚输出高电平，只有绿LED长亮。一旦达到或超出预设范围，P2.0发出低电平绿LED熄灭；P2.1引脚输出的高低电平间隔1s的脉冲信号经电阻R1加到发光二极管红LED上，红LED将闪烁发光，P2.2引脚发出高电平使得扬声器嗡鸣报警，从而达到声光同时报警的效果。此外，当传感器的加热丝、电缆线，或者传感器断线、接触不良时，P2.0引脚输出的高低电平间隔1s的脉冲信号经电阻R1加到发光二极管绿LED上发出绿色闪烁，P2.2引脚发出高电平扬声器报警的报警信号，提醒烟雾报警器出现线路故障。因此，声光报警电路由扬声器和普通的红色、绿色发光二极管各一只组成的报警电路。

(三)故障自诊电路

故障自诊电路主要包括：判断传感器电源连接情况和传感器信号连接情况两种。

(1)判断传感器电源连接情况。在传感器的地端串联一个电阻R1。当传感器正常连接时，电阻和传感器分压，此时电阻两端有微弱的电压，单片机可以通过PI.1(A／D)口检测到。但是，如果传感器电源连接不正常的话，就会产生断路，检测到电阻两端电压为零。

(2)判断传感器信号端连接情况。判断传感器信号端是否连接正确，是不需要外加电路的。

二、基于传感器与单片机的烟雾报警器的实现

(一)系统软件设计

单片机开发中除了必要的硬件外.为了将我们所写的汇编语言源程序变成CPU可以执行的机器码.对于软件的开发也是不可缺少的。KEIL C51是Keil Software公司出品的51系列兼容单片机c语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编語言后再使用C来开发，体会更加深刻。

Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势『11]。KEILC51标准C编译器为80C51微控制器的软件开发提供了c语言环境，同时保留了汇编代码高效，快速的特点。C51编译器的功能不断增强，更加贴近CPU本身，及其它的衍生产品。C51已被完全集成到uVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器、汇编器、实时操作系统、项目管理器、调试器。uVision2 IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。

C51 v7版本是目前比较高效、灵活的8051开发平台。它可以支持所有8051的衍生产品，也可以支持所有兼容的仿真器，同时支持其它第三方开发工具。因此，C51 v7版本无疑是8051开发用户的最佳选择。

C51工具包的整体结构.Vision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑c或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件.以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。

(二)流程图实现

首先要给传感器预热三分钟，因为MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器在不通电存放一段时间后，再次通电时，传感器不能立即正常采集烟雾信息，需要一段时间预热。程序初始化结束后，系统进入监控状态。本论文的主程序设计先对传感器预热3分钟，预热同时，对传感器加热丝故障检测，采用软件方式检测传感器加热丝或电缆线是否断线或者接触不良。在判断传感器电路联接无故障后，STCl2C5410AD单片机对传感器检测的烟雾浓度信号进行A／D转换、平均值法滤波、线性化处理后，将浓度值与报警限设定值进行比较，判断是否进行火灾报警。