《基于单片机的火焰、烟雾的显示及报警装置的设计 (论文)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的火焰、烟雾的显示及报警装置的设计 (论文)（2页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、I 一 皇 燕 一 基 于 单 片 机 的 火 焰 、 烟 雾 的 显 示 及 报 警 装 置 的 设 计 1 引言 随 着 现 在 家 庭 中 家 用 电 器 的 使 用 量 逐 渐 增 加 ，用 电量 也 随之 增 加 。而 用 电量 的大 幅 增加 也 会增 高 火 灾发 生 的频 率 。如 果在 一 般家 庭 中发 生 火 灾 ，就会 很 大程 度 上 出现 扑救 不 及 时 的情况 。另外 一 种情 形 是 ： 当晚上 睡 觉或 者 白天外 出时 候 ， 出于 防 盗 的考虑 ，一般 都 关 闭 门窗 ，如 果 发生 煤气 泄 露 ，而 没采 取 相应 的措施 ，后 果是 非 常危
2、险 的 。在化 工 厂 、煤 矿井 中， 如果 发 生可 燃气 体 泄 露又 没 及时 发现 ，很 可 能 导致 火 灾 的发 生 。那 么 如何 防 范火 灾 的发 生 、有 毒气 体 的 侵害 以及发 生 火灾 之 后 能 够报 警 并开 启 自动 灭火 装置 ，就是 一 个 非 常意 义 的课题 。本 系统设 计 了以A T 8 9 S 5 2 单 片机为核心，不断采集当前环境中火焰的 强度 、可燃性气体的浓度，并在数码管上 显 示 出来 ，一 旦 火焰 强 度或 可 燃性 气 体 的 浓度超过设定的阀值就启动报警装置 。本 系 统可 用 于家 庭 、 工厂 的火 灾 报 警 ，也 可
3、用 于家 庭 和工 厂 的 气体 泄漏 监 测 装置 ，适 宜 于液 化 气 、丁 烷 、丙 烷 、 甲烷 、酒 精 、 烟雾 等 的探 测 。 2 系统整 体架构 系 统 的整 体 构 架 如 图 l 所 示 。 本 系 统 采 用 单 片机 A T 8 9 S 5 2 为 控制 器 ，把 火 焰 传 感 器 、烟雾 传 感 器 的模 拟 电压 经过 A D 转 换 后 ，送 到 单 片机 处 理变 换 后 ，再 送到 数 码 管 进 行 显示 ，这 时 在数 码 管 分别 显示 的是 火焰强度和烟雾浓度，当火焰强度或者烟 雾浓度超过设定 的阀值时，单片机指挥蜂 鸣 器 响起 来 ，继 电器
4、动 作 ； 当强 度或 浓 度 下降后 ，蜂鸣器 停止 响，继 电器失 电 。 图1系统整 体架构 船 l 图2 主 电 路 3 硬件设 计 3 1主 电路模块 主电路 如图2 所示。采用A T 8 9 S 5 2 为c p u ， 采用R C 复位 电路 ，可上 电复位及按键复 位； P 2 0 P 2 7 接数码管的8 个段选，而P I 0 - 一34一 电子 世 界 广东环境保护工程职业学院胡应坤徐娟 韩山师范学院物理与电子工程系 蔡燕敏 P I 2 接译码器7 4 L S 1 3 8 的三个输入端；P 0 0 作为控 制蜂 鸣器 的 引脚 ；P 3 5 接A D C 0 8 3 2 的
5、 使能 端 c s ，P 3 4 接 时钟 端C L K ，P 3 3 接 数 据端D O fl D I 。 3 2 火焰 传感 器 、烟 雾传 感器 和 继 电 器模块 图3火焰传 感器、烟 雾传 感器和继 电器 图 4 蜂 鸣 器 电 路 3 2 1火焰传感 器 火焰 传 感 器采 用 一个 远 红外 火 焰传 感 器感 应接 受管 ， 可用 来探 测 火源 或 其 它一 些波 长在 7 6 0 纳 米 l i 0 0 纳 米 范 围 内 的热 源 ，探 测 角度 达6 O 度 ，其 中红 外光 波 长在 9 4 0 纳 米 附近 时 ，其 灵 敏 度 达 到 最大 。 当 火源 的强度
6、增 大 或靠 近 时 ，通 过接 收 管 的 电流 增大 ，输 出 电压V 减 少 ，并与 强度呈 现线 性反 比关系 。V A o 2 与调 节 电位 器 的分压 分 别 送入 比较 器L M 3 9 3 的 I N B + 和 I N B 一 两输 入 端 ，当 I N B + J s 于 I N B 一 ( 即设 定 的 阀值 ) 时 ， 比较 器输 出端O U T B 输 出低 电平 ，三 极 管 8 5 5 0 导通 ，继 电器 的线 圈得 电吸合 ，把 原 来 的常 闭触 点 ( 5 与 3 )断开 ，常开 触 点 ( 5 与 2 ) 闭合 ，从 而 可 以启动 声 光报 警 装
7、置 ，说明火焰强度超过 了设定值，同时也 可 把输 出 电压V 送 I A D 转 换芯 片进 行更 精 确 的显示 。 3 2 2烟 雾传感器 当烟 雾 粒子 进 入 烟雾 传感 器 的 电离 室 后 ，烟 雾越 浓 ，输 出电流 越 大 ，输 出 电压 V 增 大 ， 并与 强 度 呈 现 线 性 正 比关 系 。 V a o l 接 比较 器 的I N A 一 端 ，调节 电位 器 的分 压 I N 端接比较器的I N A + 输入端，当I N A 一 大于 I N A +( 即设定的阀值 )时，比较器输出端 O U T A 输 出低 电平 ， 同样可 以启动 声 光报 警 装置 。说
8、明烟 雾浓 度 超过 了设定 值 ， 同时 也可把输出电压v 送 IJ A D 转换芯片进行更 精确 的显示 。 3 3蜂 鸣器模块 蜂 鸣器 电路如 图4 所示 。 当单片机 检测 的值 超 过 设定 的 阀值 后 ，单 片机 的P O O 输 出低 电平 ，三 极管 8 5 5 0 导通 ，蜂鸣 器 得 电 响起 来。 3 4 数码管模 块 数码 管 电路如 图5 所 示 。数 码管 采用共 阴 型 ，由2 个4 位 数码 管组 合成 一个8 位数 码 管 。高4 位用来 显示 火焰 强度 ，低 四位用 来 显示 烟雾 浓度 。数码 管8 个段值 的控 制采 用 A T 8 9 S 5 2
9、 的P 0 O P O 7 ，由于单 片机 的 I O口 输 出 电流 不够 大 ，所 以中间加 了7 4 H C 2 4 5 作 为 驱动 器 ，7 4 H C 2 4 5 的 l 脚 直接接 V C C ，不 用 它 的 双 向功 能 ，直接 用 单 向功 能A 入B出。 而 位 的控 制采 用译码 器7 4 L S 1 3 8 ， 即用三 个 I O口就可 以控 制8 个 位数 码管 。这样 不但 节 省 I O口，而 且采 用 动态 扫 描 时 ，程序 控 制 非 常灵活 方便 。 图5数码管 电路 3 5模数转换模块 图6 模 数 转 换 电路 模数 转换 电路如 图6 所 示 。A
10、 D C 0 8 3 2 为8 位 分辨 率A D 转换 芯片 ，有两 个输 入通 道 。 其最 高分辨 可达 2 5 6 级 ，可 以适 应一般 的模 拟量 转 换要 求 。 其 内部 电输 入 与参 考 电压 复用，使得芯片的模拟电压输入在0 5 V 之 间 。芯片 转换 时间仅 为3 2 u S ，据有 双数 据 输出可作为数据校验，以减少数据误差， 转换速度快，且稳定性能强。独立的芯片 使 能 输入 ，使 多器 件挂 接 和处 理 器控 制 变 得 更加 方 便 。通 过D I 数 据 输入 端 ， 可 以轻 易 的实现通道功 能的选择 。正常情况 下 A D C 0 8 3 2 与单
11、片机的接 口应为4 条数据线， 分 别是 c s 、C L K 、D O 、D I 。但 由于D 0 端 与 D I 端在 通 信 时并 未 同时 有 效并 与 单片 机 的 接 口是 双 向 的 ，所 以 电路 设计 时可 以将D 0 和D I 并联 在 一根 数据 线 上 使用 。火 焰 传感 器和 烟雾 传感 器 的模 拟 电压分 别接A D C 0 8 3 2 的C H O 和C H 1 两输 入通 道 ，使能端 c s 接单 片 机 的P 3 5 ，时钟 端C L K 接P 3 4 ，数据端 D O W n D I 接 P 3 3 ，通 过D I 选 择 通道 ，D O 端 的数字
12、信号送到单片机进行转换处理。 4 软件 设计 程序主要采用c 语言编辑，不仅使程序 模块化，而且更便于调试 。本程序设计流 程 如 图7 所示 。 图7程序流程图 A D 采集 关键代码 及注释 ： v o i d t i m e r O( v o i d ) i n t e r r u p t 1 f T M O D = Ox O l： T H O = O xO 0： T L O = O xO 0： 一皇 蕴 一 l I E = 0 x8 2： T R O = 01： c o u nt + +： i f ( c o u n t= =O x O A ) ( c o u nt = O x O 0
13、： d a t 1 = a d c 0 8 3 2 ( C H 1 ) ： 采 用 定 时 中 断 ，时隔 一 段 时 间读取 一 次数 据 ， 否 则 最后 一位 不 稳 定 ，d a t 1 是 火 焰强 度 的 数据 d a t 1 1 = 2 5 5 一 d a t 1 ： 因为火 焰 传 感器 是 火焰 强 度越 大 ，输 出 电压 越 小 ， 所 以用2 5 5 减去 原先 的值 ，就 可 以得 到随 火 焰 强度 逐渐 增大 的值 d a t 2 = a d c 0 8 3 2 ( C H 2 ) ： d a t 2 是烟 雾浓度 的数据 i f ( d a t 2 1 O 0
14、) P O 0 = 0 ： 如 果烟 雾浓 度超过 1 0 0 ，蜂鸣器报 警 e l s e P O 0 =1： 把 烟 雾 传 感 器 、 火 焰 传 感 器 的 模 拟 电压 转 换成 数 字信 号 后 ，送 到数 码 管进 行 显示 ， 由于 A D C 0 8 3 2 的分 辨 率 只有8 位 ，所 以其 值 只 能在 0 2 5 5 间 变化 ，如果 要 更精 确 显示 ，必 须 用更 高 分辨 率 的模 数 转换 芯 片 。 5 测量 结果及 分析 5 1火焰 传感 器 在 普通 的 日光 灯 下 ，数 码管 火 焰强 度 显示为 0 ，当点亮 一根 蜡烛 ，并逐 渐靠近 火 焰
15、 传 感器 时 ，发现 火 焰 强度 逐渐 增 大 ，观 测一 组 数据 可 得 到火 焰强 度 与距 离 成线 性 正 比关 系 ，据 此关 系 ，还 可在 机 器 人 比赛 中，用来作为机器人探测火源的依据。 5 2烟 雾传感 器 在通 风 明亮 的环境 下 ，烟 雾 浓度 显 示 为0 ，当把一 张纸 巾燃烧 摁灭 后 冒烟 ，发 现 烟 雾 越浓 ，烟雾 显 示越 大 ，说 明本设 计 能 检测烟雾浓度变化。同样道理 ，当用酒精 之 类 的挥 发 性气 体 靠近 烟 雾传 感 器时 ，也 可 发现烟 雾浓度值 增大 。 可见 ，本系 统 设计 的 火焰 与 烟雾 显示 及 报 警装 置 具有 实 际 意义 ，本 系 统可 作为 下 位机 ，把 检测 到 的数 值现 场 显 示或 者通 过 网络 进 行远 距 离 的输 送 。室 内、厂 房 、 矿 井 的烟 雾浓 度 及一 旦 有火 灾 发 生时 ， 能 第 一 时间 发 出报 警 ， 以及烟 雾 浓度 超 过设 定 的 阀值 就 启动 声光 报 警装 置 ， 防止 事故 的发生 。 参
