烟雾报警器毕业设计

险性较大的场所，如计算机房、仪器仪表室和电缆沟、隧道等处。

根据报警器检测烟雾种类的不同要求，很多场合都会选择使用半导体烟雾传感器。

经过对比众多烟雾传感器的应用特性，发现半导体烟雾传感器的优点更加突出。

半导体烟雾传感器具有灵敏度高、响应快、体积小、结构简单，使用方便、价格便宜等优点，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低，因而得到广泛应用。

因此，本设计中的烟雾传感器选用MQ-5半导体气体烟雾传感器。

2.2.2 MQ-5半导体气体烟雾传感器MQ-5半导体传感器是以清洁空气中电导率较低的金属氧化物二氧化锡(SnO2)为主体的N型半导体气敏元件。

当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。

在设计报警器时只有使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。

该传感器具备一般半导体烟雾传感器灵敏度高、电导率变化大、响应和恢复时间短、抗干扰能力强、输出信号大、寿命长和工作稳定等优点，在市面上应用十分广泛。

图2-2 MQ-5半导体气体烟雾传感器结构二氧化锡(SnO2)半导体气敏元件特点:(1) SnO2材料的物理、化学稳定性较好，与其他类型气敏元件相比，SnO2气敏元件寿命长、稳定性好、耐腐蚀性强。

(2) SnO2气敏元件对气体检测是可逆的，而且吸附、脱离时间短，可连续长时间使用。

(3) SnO2气敏元件结构简单，成本低，可靠行较高，机械性能良好。

MQ-5气敏元件的结构和外形如图2-3所示，由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。

封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中４个用于信号取出，2个用于提供加热电流。

MQ-5半导体气体烟雾传感器适用于天然气、煤气、氢气、烷类气体、汽油、煤油、乙炔、氨气、烟雾等的检测，对可燃性气体的（CH4、C4H10、H2等）的检测很理想。

这种传感器在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度，能够检测多种可燃性气体，十分适合应用在家庭的气体泄漏报警器中。

是一款便携式气体检测器，非常适合多种应用的低成本传感器。

3.引脚及功能AT89C51单片机有40个引脚，如图2-4所示。

根据功能不同，40个引脚可分为四类。

图2-4 AT89C51芯片引脚图（1）电源引脚1）Vcc （40）：接 +5 V 电源。

2）GND （20）：接地。

（2）外接晶振引脚1）XTAL1（19）：片内反相放大器输入端。

2）XTAL2（18）：片内反相放大器输出端。

通过XTAL1、 XTAL2外接晶振后，即可构成自激振荡器，驱动内部时钟发生器向主机提供时钟信号。

（3）输入/输出引脚1）P0.0~P0.7(39~32)：P0口是一个8为双向I/O 口。

在访问外部存储器或进行I/O 扩展时，它分为低8位地址中线和双向数据总线。

2）P1.0~P1.7(1~8)：P1口是一个8位准双向I/O 口。

3）P2.0~P2.7(21~28)：P2口是一个8位准双向I/O 口。

在访问外部存储器时，它作为高8位地址总线。

4）P3.0~P3.7(10~17)：P3口除作为普通8位准双向I/O 口外，还具有第二功能。

（4）控制引脚1）AEL/P R O G —————(30)：地址锁存控制信号。

2）P S E N —————（29）：外部程序存储器选通信号。

是外部ROM 的读选通信号，低电平时有效。

3）EA ——/Vpp(31)：访问存储器控制信号。

当EA —— = 0时，单片机只能访问片外程序存储器；当EA —— = 1时，单片机访问内部程序存储器后，访问片外程序存储器。

4）RST （9）：复位信号输入端。

高电平时完成复位，使单片机回复到初始状态。

AT89C51单片机提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM ，32 个I ／O 口线，两个16位定时／计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89C51可降至0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM ，定时／计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

2.3.2中断与定时系统1.中断系统所谓中断，就是在CPU 执行程序过程中，由于某些事件发生，强迫CPU 暂时停止正在执行的程序转而去发生的事件进行处理，事件处理结束后又回到原中止的程序，接着中止前的状态继续执行原来的程序，这一过程称为中断。

（1）中断系统结构单片机AT89C51中断系统内部结构如图2-5所示。

单片机芯片中有5个中断源，由特殊功能寄存器TCON （定时/计数器控制寄存器）和SCON(串行口控制寄存器)的相应表示了各中断源的状态。

中断源具有高、低两个中断优先级，由中断优先级控制器寄存器IP 来设置，可实现2级中断服务程序嵌套。

单片机是通过控制寄存器来实现对中断源的控制。

用于中断控制的控制寄存器共四个，即定时/计数器控制寄存器（TOCON ）、串行口控制寄存器（SCON ）、中断允许控制寄存器（IE ）以及中断优先级控制寄存器。

图2-5 单片机AT89C51中断系统内部结构图单片机的五个中断源可分为三类：外部中断（2个）、定时中断（2个）和串行中断（1个）。

外部中断是由外部信号引起的，共有两个中断源： 1）外部中断“0”，其中断请求信号由引脚INT0————（P3.2)引入，中断请用是不够的，为此，单片机AT89C51应该在芯片之外另行扩展存储器。

根据选用的单片机和考虑存储器的成本功能特性等，因此，本设计选用锁存器74LS373型号。

373为三态输出8D透明锁存器，共54/74S373和54/74LS373两种线路结构型式，其工作条件如图表2-3所示。

表2-3 373的工作条件表各种条件54/74S373 54LS373/74LS373单位最小额定最大最小额定最大电源电压Vcc 54 4.5 5 5.5 4.5 5 5.5V 74 4.75 5 5.25 4.75 5 5.25输入高平电压V iH 2 2 V输入低电平电压V iL 54 0.8 0.8V 74 0.8 0.8输出高电平电流I OH 54 -2 -1mA 74 -6.5 -2.6输出低电平电流I OL 54 20 12mA 74 20 24脉冲宽度t w LE(H) 6 15ns LE(H) 7.3 15保持时间t H10 10 ns 建立时间t SCT10 0 ns（1）74LS373引脚及功能74LS373是常用的地址锁存器芯片，它实质是一个是带三态缓冲输出的8D触发器，在单片机系统中为了扩展外部存储器。

外围管脚图和逻辑图分别如图2-6和2-7所示。

图2-6 外围管脚图图2-7 逻辑图图2-8 上电复位电路图a) 按键电平复位 b) 按键脉冲复位图2-9 按键操作复位电路对于AT89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。

当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST 引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU 就可以响应并将系统复位。

根据以上内容相对比，本系统采用按键电平复位方式。

2.4 A/D转换器的选型将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC.A/D转换器已成为信息系统中不可缺少的接口电路。

模数转换亦称模拟一数字转换，与数/模（A/D)转换相反，是将连续的模拟量（如象元的灰阶、电压、电流等）通过取样转换成离散的数字量。

模数转换包括采样、保持、量化和编码四个过程。

在某些特定的时刻对这种模拟信号进行测量叫做采样。

要把一个采样输出信号数字化，需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间，这就是保持过程。

量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号。

编码是将量化后的信号编码成二进制代码输出。

这些过程有些是合并进行的，例如，采样和保持就利用一个电路连续完成，量化和编码也是在转换过程中同时实现的，且所用时间又是保持时间的一部分。

在本设计中，烟雾传感器收集到的信号是模拟量，而单片机处理的数字量，所以两者之间要进行信号转换，那模塑转换器是必不可少的，此设计选用ADC0809型号。

1.ADC0809的内部结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构图如图2-10所示。

它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。

多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。

图2-10 ADC0809内部结构图ADC0809虽然有8路模拟通道可以同时输入8路模拟信号，但每个瞬间只能转换一路，各路之间的切换由软件变换通道地址实现。

地址锁存与译码电路完成对 A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连。

三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

由于ADC0809片内无时钟，可利用AT89C51提供的地址锁存允许信号ALE经D触发器二分频后获得，ALE脚的频率是AT89C51单片机的时钟频率的1/6。

由于单片机频率采用6MHz,则ALE脚的输出频率为1MHz，在经二分频后为500kHz，恰好符合ADC0809对时钟频率的要求。

由于ADC0809具有输出三态锁存器，因此其8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。

2.ADC0809的主要特性1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。

2）具有转换起停控制端。

3）低功耗，约15mW。

4）单个+5V电源供电。

5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。

6）工作温度范围为-40～+85摄氏度。

7）转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs（时钟为500kHz 时）。

3.外部特征（引脚功能）ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图2-11所示。

图2-11 ADC0809引脚图各引脚功能：1）IN0～IN7：模拟量输入端。

2）D0～D7：8位数字量输出端。

三态缓冲输出形式，与单片机的数据线可以直接相连。

3）ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线。

用于选通8路模拟输入中的一路。

4）ALE：地址锁存允许信号输入端。

在ALE信号的上升沿将通道地址锁存至地址锁存器。

5）START：启动A/D转换控制信号输入端。