（单片机火灾报警电路的设计）（最终版）

因此，经常对传感器进行标定，是保证其准确性的必要的途径。

般连续使用两个月后应对传感器进行量程校准，这种经常性对传感器的维护，无形中加大了工作人员的工作量，同时增加了报警器的维护成本。

半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器，它具有灵敏度高，响应快体积小结构简单，使用方便价格便宜等优点，因而得到广泛应用。

半导体烟雾传感器的性能主要看其灵敏度选择性抗干扰性和稳定性使用寿命。

经过对比上述两种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灵敏度高响应快抗干扰性好使用方便价格便宜，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低等。

因此，本设计采用半导体烟雾传感器作为报警器烟雾信息采集部分的核心。

而在众多半导体气体传感器中，本设计选用型烟雾传感器，这种型号的传感器不但具备般半导体烟雾传感器灵敏度高响应快抗干扰能力强寿命长等优点。

烟雾检测报警器整体设计方案烟雾检测报警器工作原理本论文中的烟雾检测报警器以单片机为控制核心，采用型电阻式半导体传感器采集烟雾信息。

首先，传感器送来的烟雾浓度对应的微小的电压信号经过放大，转化成较大的电压信号送入单片机然后，在单片机内转换浓度比较，对数据进行线性化处理，将数字化电压信号转化成为对应的十进制浓度值最后，将实际可燃性气体浓度送入液晶，并判断浓度值是否超出报警限，当浓度处于正常状态绿灯长亮，当烟雾浓度超出设定的限定值时，发出声音报警并伴随红灯闪亮。

另外由于烟雾传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反应越快，响应时间和恢复时间就越快。

为提高响应时间，保证传感器准确地稳定地工作，报警器需要向烟雾传感器持续输出个的电压。

为了保证其可靠性，在输出的电压的同时，进行故障监测。

当传感器加热丝或电缆线和传感器断线或接触不良时，进行故障报警，发出声光报警信号。

当然几种状态的报警信号是各不相同的。

烟雾检测报警器的结构为适应家庭和工业等场所对可燃性易爆烟雾安全性要求，设计的可燃性烟雾报警仪应不仅能在较宽的温度范围工作，而且应具有显示可燃烟雾浓度故障自检延时报警功能及可接计算机进行现场远测和实时控制等功能。

其目标是在传统的烟雾报警仪的基础上，尽量提高准确性，降低成本，缩小体积。

报警器系统结构框图如图所示，系统以单片机为核心，配合外围电路共同完成信号采集浓度显示时间显示状态显示声音及闪烁报警按键输入故障自检等功能。

报警器采用巡检的工作方式，进行两级报警值设定，并发出不同的光声信号。

系统应采用高性能的单片机，要求工作稳定测量精度高通用性强功耗低，保证报警器的精确性及可靠性，而且最好体积小，成本低，有利于减少报警器的体积，降低报警器的成本。

图可燃性气体检测报警器结构框图烟雾检测报警器的功能自诊断故障报警功能当传感器加热丝或者电缆线发生断线或者接触不良的情况时，报警器发出警报，并且黄色指示灯闪烁，提醒用户检查传感器或者电路线接触情况，及时排除故障，保证安全。

烟雾浓度显示通过液晶屏显示可燃烟雾的浓度值，并且可以切换到设置状态，通过键盘设置或者更改报警限值，以便于用户或检测人员随时观测烟雾浓度及更改报警限。

烟雾报警功能当烟雾浓度连续秒取值都在报警限值之上，蜂鸣器开始报警，且声音越来越急促，并且伴随红灯闪烁。

因为人对变化的信号更为敏感，所以变化的声音及灯光更容易引起用户的注意。

防止报警器误报功能快速重复检测及延时报警可以区别出是管道中可燃烟雾的泄漏，还是由于打开阀门时的微量烟雾的散失。

看门狗自检单片机状态功能调用单片机中的看门狗程序，定时检查单片机工作状态，旦发现单片机出现死循环状态，立即复位，保证报警器工作正常。

与上位机通讯功能可以实现与计算机串口通讯，对报警器采取统控制，以及便于采集和处理数据，也可以在计算机上更改报警限值等。

自动控制相关安全装置的扩展功能留有继电器接口，可以带动排风扇或大功率蜂鸣器，也可以控制管道电子阀门，可在报警的同时自动启动相关安全装置。

第三章烟雾检测报警器的硬件设计在报警仪的设计中，单片机是其核心部件。

它方面要接收来自传感器送来的烟雾浓度对应的模拟信号和故障检测信号，另方面要对两种信号分别进行处理，控制后续电路进行相应动作与此同时查询是否有键按下的请求。

在单片机完成这些的工作中，尤其是信号处理中，比较浓度值后送入显示的软件实现比较复杂，要求单片机具备较快的运算速度，使检测人员能够较准确地观测到烟雾浓度，并根据情况做进行相应处理。

并且也要考虑选择低价实用的机型，并为研制同系列的低功耗产品做准备。

根据多方面的比较，本设计选用宏晶科技生产的系列单片机。

单片机的选型单片机的选择单片机是烟雾检测报警器的核心部件，方面它要接收来自传感器的烟雾浓度的模拟信号和故障检测信号，另方面要对两种信号分别进行处理，控制后续电路的相应工作同时，查询是否有键按下的命令。

在单片机实现的功能中，将模数转换后的信号做数字滤波，再进行线性化处理，然后送显示，这过程的软件实现，需要单片机有较快的运算速度，使仪表监测人员能够观测到实时的烟雾浓度，并进行相应处理。

同时，在能够满足报警器设计的计算速度及接口数的要求的同类型单片机中，要考虑选择价格低廉且体积轻巧的机型，在保证了报警器的精确性可靠性及抗干扰性的基础上，能够不提高成本，缩小体积。

如今市面上比较普遍的单片机有系列与系列。

单片机虽然应用普遍，工具多，易上手，片源广，价格低，但是速度慢，功耗大，适合民用，商用，不适合工业用途。

单片机是公司的产品，其突出的特点是功耗低，精简指令集，抗干扰性好，可靠性高，但是存在溢出隐患问题。

系列采用的是堆栈指针，采用硬件堆栈级。

当堆栈指针设定合理，局部变量少的情况下，系列用层的程序嵌套不会出现问题。

而单片机程序嵌套包括中断最多不能超过层。

所以如果用语言进行编程设计容易堆栈溢出。

汇编语言对于不同的，其汇编语言可能有所差异，所以不易移植。

而语言是种结构化的高级语言，虽然占用资源较汇编多，但是可读性好，移植容易，是普遍使用的种计算机语言。

鉴于语言的易读性和普遍性，本论文的软件设计选择语言编程，所以系列单片机在此处不是非常适合。

为适用于本论文设计的烟雾检测报警器，应选择种比系列速度快，功耗低，抗干扰性好，而又避免语言编程溢出问题的单片机。

宏晶科技新推出的系列单片机具有高速低功耗超强抗干扰等优点，是的新代单片机，指令代码完全兼容传统，速度却比单片机快倍。

而且系列下属的系列单片机是低功耗单片机，它的高效寻址方式大容量转换硬件乘法器硬件脉宽调制器等功能特点，较好的实现了强大的功能与超低功耗的结合。

而且在功能同样的情况下，管脚较少封装体积小，价格比其他型号便宜，因此具有很好的性价比和应用适应性。

系列单片机有种型号分别和。

它们是以单片机内部集成的大小区分的。

在价格相同的情况下，尽量选择较大的芯片，所以选择了单片机作为本论文设计的烟雾报警器的单片机核心芯片。

它体积小，价格低，非常适用于本设计，下面介绍的自身特点。

烟雾检测报警器硬件电路设计信号采集及前置放大电路传感器输出信号般比较微弱，需要经过前置电路对其进行放大滤波电平调整，满足单片机对输入信号的要求。

本系统采用的半导体烟雾传感器属于电阻型，因此只需串联个参考电阻，再经过个放大电路即可发送给采集。

由于系统采用的是单极性供电，所以采用同相比例放大电路，可以减少硬件开销反之，如果采用反相放大，则般需要利用双极性供电，这就需要系统额外砠利用变压芯片产生个负压，这显然会造成浪费。

常见的运算放大器中，价格低廉使用简单等优点比较突出，所以本设计中的前置放大电路采用作为电路的运算放大器。

是单片高增益四运算放大器，可在较宽电压范围内的单电源或双电源下工作，其电源电流很小且与电源电压无关，四个运放致性好其输入偏流电阻是温度补偿的，也不需外接频率补偿，可做到输出电平与数字电路兼容。

下面详细介绍运算放大电路如图所示，从传感器的上端出来的信号经过运算放大器的同相输入端，但是为保证引入的是负反馈，输出电压通过电阻接到反相输入端，同时，反相输入端通过电阻接到参考电压。

同相比例运算电路中反馈的组态为电压串联负反馈，同样可以利用理想运放工作在线性区时的两个特点来分析其电压放大倍数。

在图中根据运放的虚短和虚断的特点可知所以而且由以上两式可求出所以本放大电路的放大倍数，此放大电路为同相比例放大电路，它的放大倍数总是大于或等于。

同相比例运算电路有以下几个特点同相比例运算放大电路是个深度