1929_基于單片機(jī)的煙霧檢測系統(tǒng)

1929_基于單片機(jī)的煙霧檢測系統(tǒng),基于,單片機(jī),煙霧,檢測,系統(tǒng) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文(文獻(xiàn)綜述） 第 1 頁基于單片機(jī)的煙霧檢測系統(tǒng)摘要：本文介紹了煙霧傳感器的發(fā)展和設(shè)計原理、單片機(jī)的發(fā)展和設(shè)計原理以及 protel 的發(fā)展和主要功能。通過這些對單片機(jī)的煙霧檢測系統(tǒng)有一個大致的了解，為設(shè)計做準(zhǔn)備。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，煙霧檢測系統(tǒng)前言世界衛(wèi)生組織《煙草控制框架公約》與《防止接觸煙草煙霧準(zhǔn)則》規(guī)定，自 2011 年 1 月起，應(yīng)當(dāng)在所有室內(nèi)公共場所、室內(nèi)工作場所、公共交通工具和其他可能的室外公共場所完全禁止吸煙。而根據(jù)世界衛(wèi)生組織對 194 個國家的統(tǒng)計結(jié)果，到 2012 年底，已有 84 個國家和地區(qū)通過法律法規(guī)禁止在公共場所和工作場所吸煙，其中 16 個國家和地區(qū)的所有機(jī)構(gòu)全面禁煙，其余 68 個國家和 地區(qū)的醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)等 2 類以上機(jī)構(gòu)全面禁煙。通過一段時間的調(diào)查研究，我們發(fā)現(xiàn)吸煙人群對標(biāo)語警示很不敏感，而在此相關(guān)領(lǐng)域中，也沒有此類電子產(chǎn)品。為此，我們提出聲光警示的吸煙警示器，可以通過對空氣中煙霧粒子濃度進(jìn)行檢測，一旦檢測到有人吸煙，則會在第一時間給吸煙者發(fā)出最為有效的語音警示，效果將優(yōu)越于標(biāo)語警示。我們相信，吸煙警示器的出現(xiàn)，將在公共場所對吸煙人群有很好的警示作用，同時，它還擁有廣闊的市場空間，可以形成良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。在一定程度上，它也有著很好的可行性和必要性。1 煙霧傳感器簡介煙霧傳感器是煙霧報警的現(xiàn)場探測部件，它的好壞直接關(guān)系到整個系統(tǒng)是否正常運行。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，把因火災(zāi)產(chǎn)生的各種非電量參數(shù)（如煙、溫度等參數(shù)）變成電量參數(shù)傳送給控制器。其特點是模擬量傳輸，跟隨各種非電量參數(shù)變化而變化。火災(zāi)探測器根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時所表現(xiàn)出的物理現(xiàn)象可以分為：氣敏型、感煙型、感溫型、感光型、感聲型五大類。 [2] 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文(文獻(xiàn)綜述） 第 2 頁感煙探測器：該種探測器主要回應(yīng)燃燒或熱解產(chǎn)生的固體、液體微粒及煙霧粒子，主要用來探測可見或不可見的燃燒產(chǎn)物及起火速度緩慢的初期火災(zāi)。離子型主要是利用煙霧粒子改變電離室電流原理而設(shè)計的；光電型主要是應(yīng)用煙霧粒子對光線的散射及折射、吸收或遮擋的原理而設(shè)計的，有減光型和散射型；紅外光束型主要是應(yīng)用煙霧粒子吸收或散射紅外光束的原理而設(shè)計的，主要包括一個光源，一套光線照準(zhǔn)裝置和一個接收裝置。 [3]為了更貼近生活，決定采用半導(dǎo)體氣體傳感器 MQ-7。該產(chǎn)品采用對可燃?xì)怏w有感度的 SnO2 材料制成的，對不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值，可在大多數(shù)場合使用。具有靈敏度高，穩(wěn)定性好，響應(yīng)恢復(fù)特性好，重復(fù)性良好，適用范圍廣等優(yōu)點。. 自感應(yīng)器件 MQ－7參數(shù): [4]特點：對一氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性 具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 應(yīng)用用于家庭、環(huán)境的一氧化碳探測裝置。適宜于一氧化碳、煤氣等的探測。規(guī)格圖表 1 標(biāo)準(zhǔn)工作條件符號 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注Vc 回路電壓 ≤10V Ac or DcVH (H) 加熱電壓（高） 5.0V±0.2V Ac or DcVH (L) 加熱電壓（低） 1.5V±0.1V Ac or DcRL 負(fù)載電阻 可調(diào)RH 加熱電阻 31Ω±3Ω 室溫TH (H) 加熱時間（高） 60±1 secondsTH (L) 加熱時間（低） 90±1 secondsPH 加熱功耗 約 350mwb. 環(huán)境條件 符號 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注Tao 使用溫度 -10℃-50℃Tas 儲存溫度 -20℃-70℃ 建議使用范圍RH 相對濕度 小于 95%RHO2 氧氣濃度 21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)氧氣濃度會影響靈敏度特性最小值大于 2%c. 靈敏度特性符號 參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù) 備注 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文(文獻(xiàn)綜述） 第 3 頁Rs 敏感體電阻 2-20k 在 100ppmCO 中а(300/100ppm) 濃度斜率 小于 0.6 Rs (300ppm)/Rs(100ppm)溫度：-20℃±2℃ 相對濕度：65%±5%標(biāo)準(zhǔn)工作條件Vc:5.0V±0.1V VH（高）:5.0V±0.1V VH（低）:1.5V±0.1V預(yù)熱時間 不短于 48 小時 探測范圍：10ppm-1000ppm 一氧化碳煙探測器霧的發(fā)展特點：隨著應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，應(yīng)用需求不斷提高，普通類型的煙霧探測器已經(jīng)不能滿足需求，就必然運用新技術(shù)研發(fā)出功能更強(qiáng)的探測器。其發(fā)展特點有以下幾方面：（1）功能更新現(xiàn)在煙霧傳感器器的最大特征之一就是判別功能和判定決定權(quán)不僅從觀念上分離，而且在實際應(yīng)用中已經(jīng)分別執(zhí)行。早期煙霧傳感器器的判別功能和判定決定權(quán)合二為一，由設(shè)置在探測器中的傳感器件實現(xiàn)，因而處理問題死板且易受干擾。而現(xiàn)在的煙霧傳感器器的判別功能和判定決定權(quán)由軟件控制，能濾出干擾，識別真假火災(zāi)，實現(xiàn)智慧判斷。（2）可靠性提高煙霧報警系統(tǒng)可靠性的提高首先體現(xiàn)在用智能技術(shù)處理傳感器提供的煙霧信息。采用復(fù)合多傳感等方式，實行多信息傳遞并比較，得出最后結(jié)果，為判斷火災(zāi)提供了充分可靠的信息。（3）報警方式當(dāng)有一路傳感信號異常時，綠色二極管開始閃爍，通知工作人員及時檢查；當(dāng)傳感信號出現(xiàn)異常時，也就是發(fā)現(xiàn)了煙霧，錄音功放電路發(fā)出已錄的聲音，紅色二極管常亮。 [7]2 單片機(jī)簡介單片機(jī)的全稱為單片微型計算機(jī)（Single Chip Microcomputer）。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，單片機(jī)主要用于控制，所以又稱為微控制器（Microcontroller Unit）或嵌入式控制器（Embedded controller）。單片機(jī)是將計算機(jī)的基本部件微型化并集成在一塊芯片上的微型計算機(jī)。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文(文獻(xiàn)綜述） 第 4 頁早期的單片機(jī)都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16 位單片機(jī)，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90 年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。隨著 INTEL i960 系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用，32 位單片機(jī)迅速取代 16 位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。而傳統(tǒng)的 8 位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起 80 年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的 32 位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過 300MHz，性能直追 90 年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至 1 美元，最高端的型號也只有 10 美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上計算機(jī)和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)。 [8]AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，電子系統(tǒng)的設(shè)計方法發(fā)生了很大的變化，傳統(tǒng)的設(shè)計方法正逐步的退出了歷史舞臺，而基于單片機(jī)技術(shù)的芯片設(shè)計正在成為電子設(shè)計的主流。3.protel 簡介跟主要功能PROTEL 是 PORTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA 軟件，在電子行業(yè)的 CAD 軟件中，它當(dāng)之無愧地排在眾多 EDA 軟件的前面，是電子設(shè)計者的首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用 PROTEL 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文(文獻(xiàn)綜述） 第 5 頁Protel99 SE 共 分 5 個 模 塊 ， 分 別 是 原 理 圖 設(shè) 計 、 PCB 設(shè) 計 （ 包 含 信 號完 整 性 分 析 ） 、 自 動 布 線 器 、 原 理 圖 混 合 信 號 仿 真 、 PLD 設(shè) 計 。 在 PCB 部 分， 除 了 Protel2004 中 的 多 通 道 復(fù) 制 ； 實 時 的 、 阻 抗 控 制 布 線 功 能 ； SitusTM 自 動 布 線 器 等 新 功 能 以 外 ， Altium Designer 6.0 還 著 重 在 ： 差 分 對 布線 ， FPGA 器 件 差 分 對 管 腳 的 動 態(tài) 分 配 ， PCB 和 FPGA 之 間 的 全 面 集 成 ， 從而 實 現(xiàn) 了 自 動 引 腳 優(yōu) 化 和 非 凡 的 布 線 效 果 。 還 有 PCB 文 件 切 片 ， PCB 多 個器 件 集 體 操 作 ， 在 PCB 文 件 中 支 持 多 國 語 言 （ 中 文 、 英 文 、 德 文 、 法 文 、 日文 ） ,任 意 字 體 和 大 小 的 漢 字 字 符 輸 入 ， 光 標(biāo) 跟 隨 在 線 信 息 顯 示 功 能 ， 光 標(biāo)點 可 選 器 件 列 表 ， 復(fù) 雜 BGA 器 件 的 多 層 自 動 扇 出 ， 提 供 了 對 高 密 度 封 裝 （ 如BGA） 的 交 互 布 線 功 能 , 總 線 布 線 功 能 ， 器 件 精 確 移 動 ， 快 速 鋪 銅 等 功 能 。 交互式編輯、出錯查詢、布線和可視化功能，從而能更快地實現(xiàn)電路板布局,支持高速電路設(shè)計，具有成熟的布線后信號完整性分析工具. Altium Designer 6.0 對差分信號提供系統(tǒng)范圍內(nèi)的支持，可對高速內(nèi)連的差分信號對進(jìn)行充分定義、管理和交互式布線。支持包括對在 FPGA 項目內(nèi)部定義的 LVDS信號的物理設(shè)計進(jìn)行自動映射。 LVDS 是差分信號最通用的標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于可編程器件。Altium Designer 可充分利用當(dāng)今 FPGA 器件上的擴(kuò)展 I/O 管腳。 在 原 理 圖 部 分 ， 新 增 加 “靈 巧 粘 帖 ”可 以 將 一 些 不 同 的 對 象 拷 貝 到 原 理圖 當(dāng) 中 ， 比 如 一 些 網(wǎng) 絡(luò) 標(biāo) 號 ， 一 頁 圖 紙 的 BOM 表 ， 都 可 以 拷 貝 粘 帖 到 原 理圖 當(dāng) 中 。 原 理 圖 文 件 切 片 ， 多 個 器 件 集 體 操 作 ， 文 本 筐 的 直 接 編 輯 ， 箭 頭 的添 加 ， 器 件 精 確 移 動 ， 總 線 走 線 ， 自 動 網(wǎng) 標(biāo) 選 擇 等 ！ 強(qiáng) 大 的 前 端 將 多 層 次 、多 通 道 的 原 理 圖 輸 入 、 VHDL 開 發(fā) 和 功 能 仿 真 、 布 線 前 后 的 信 號 完 整 性 分 析功 能 。 在 信 號 仿 真 部 分 ， 提 供 完 善 的 混 合 信 號 仿 真 ,在 對 XSPICE 標(biāo) 準(zhǔn) 的 支持 之 外 ， 還 支 持 對 Pspice 模 型 和 電 路 的 仿 真 。 對 FPGA 設(shè) 計 提 供 了 豐 富 的IP 內(nèi) 核 ， 包 括 各 種 處 理 器 、 存 儲 器 、 外 設(shè) 、 接 口 、 以 及 虛 擬 儀 器 。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文(文獻(xiàn)綜述） 第 6 頁4.結(jié)束語本文研制的煙霧報警器具有以下特點：(1)能對室內(nèi)煙霧(CO)及溫度突變進(jìn)行報警( 聲光報警 )。(2) 如果只有一種參數(shù)出現(xiàn)異常(如煙霧濃度過大或是溫度較高)，能發(fā)出異常報警信號，令值班人員到現(xiàn)場處理。(3)報警電路可以自己錄聲音更加的人性化。本系統(tǒng)安全可靠，誤報率低。且由于其體積小、操作維護(hù)方便、成本低廉等，具有廣闊的應(yīng)用前景。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文(文獻(xiàn)綜述） 第 7 頁參考文獻(xiàn)[1]：彭軍.傳感器與檢測技術(shù):西安電子科技大學(xué)出版社, 2003:263~315[2]：He，Zhenghong.Multi-Sensor Fire Detection Algorithm for ship Fire Alarm system Using Neural Fuzzy Network.Process in Safety Science and Technology part A，2002，2）;142-146[3]：陳杰，黃鴻.傳感器與檢測技術(shù).高等教育出版社，2002[4]：百度文庫. httpwenku.baidu.comviewec3bcd360b4c2e3f57276321.html[5]： Okayama Y.A Primitive Study of a Fire Detection Method Control by Artificial Neural Net.Fire Safety Jounal，1991，16（6） ；335-553[6]：沙占友.智能化集成溫度傳感器原理與應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2002[7]：鄭郁正. 單片機(jī)原理及應(yīng)用:四川大學(xué)出版社, 2003: 25~56 [8]：李華.MCS-51 系列單片機(jī)應(yīng)用接口技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社，1993[9]：李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社，2008[10]：百度百科. http://baike.baidu.com/view/1270245.htm#3[11]：百度百科. http://baike.baidu.com/view/40936.htm[12]：黃繼昌.實用報警電路.人民郵電出版社，2005