智能控制实训报告(2)

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智能控制实训报告

实训题目 基于单片机的烟雾检测仪设计与实现 学生姓名 学 号 专 业 班 级 指导教师

*** *** 14122201** 14122201** 电子信息工程技术 电信一班 ***

2016年 6月 26日


目 录

摘 要 ................................... 错误!未定义书签。

第一章 烟雾传感器的介绍和设计要求 ........................ 4

第二章 方案设计与硬件选择 ................................ 5

第三章 流程图设计 ........................................ 6

第四章 程序 ............................................. 13

第五章 实训总结 ......................................... 16

附录 .................................................... 18

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摘 要

随着现代科学技术的飞速发展，各类传感器在各个领域中都发挥着很大的作用。烟雾传感器属于气敏传感器，是气-电变换器，它将可燃性气体在空气中的含量(即浓度)转化成电压或者电流信号，通过A/D转换电路将模拟量转换成数字量后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。传感器作为烟雾检测报警器的信号采集部分，是仪表的核心组成部分之一。由此可见，传感器的选型是非常重要的。本系统是基于STC89C52单片机的烟雾报警器，所选用的是MQ-2型烟雾传感器。

关键字： STC89C52 MQ-2 烟雾传感器

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第一章 烟雾传感器的介绍和设计要求

1.1 烟雾传感器的分类

烟雾传感器种类繁多，从检测原理上可以分为三大类：

a、利用物理化学性质的烟雾传感器：如半导体烟雾传感器、接触燃烧烟雾传感器等。

b、利用物理性质的烟雾传感器：如热导烟雾传感器、光干涉烟雾传感器、红外传感器等。

c、利用电化学性质的烟雾传感器：如电流型烟雾传感器、电势型气体传感器等。 1.2 烟雾传感器的特点

(a)能选择性地检测某种单一烟雾，而对共存的其它烟雾不响应或低响应；

(b)对被测烟雾具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的烟雾浓度；

(c)对检测信号响应速度快，重复性好； (d)长期工作稳定性好； (e)使用寿命长；

(f)制造成本低，使用与维护方便。 1.3 设计要求

能够准确无误地测出有无吸烟现象，如果有且超出所标定的设计值，就发出报警声，否则LED显示正常。



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第二章 硬件选择与方案设计

方案一：

MP135型半导体空气污染敏感元件，由加热器以及微型Al2O3陶瓷基片上形成的金属氧化物半导体材料构成，用电极引线引出，封装在金属管座、管帽内。当有被检测气体存在时，空气中该气体的浓度越高，传感器的电导率就越高。使用简单的电路即可将这种电导率的变化转换为与气体浓度对应的输出信号。 优点：灵敏度高，对污染空气敏感。

缺点：价格高，驱动电路复杂，对烟雾固体小颗粒灵敏度低。 方案二：

MQ-2烟雾传感器，在可燃气体或烟雾中MQ-2烟雾传感器的电阻会有相应的变化。MQ-2气敏元件由微型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。

优点：灵敏度高，性能稳定，对烟雾固体小颗粒灵敏度高，价格较低。而且驱动电路简单。

缺点：只能测试烟雾少的时候，在火灾时起不了多大作用。 综上所述，我们选择方案二为最佳方案。

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第三章 流程图设计

一、MQ-2烟传感器的应用领域

可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于气、笨、烷、酒精、氢气、烟雾等的监测。因此，MQ-2可以说是一个多种气体探测器。

MQ-2的探测范围极其的广泛。它的优点：灵敏度高、响应快、稳定性好、寿命长、驱动电路简单。 二、MQ-2的的工作原理

MQ-2型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体。处于200到300摄氏度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒收到烟雾的调至而变化，就会引起表面导电率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的的信息，烟雾的浓度越大，导电率越大，输出电阻越低，则输出的模拟信号就越大。

三、MQ-2的特性

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1.MQ-2型传感器对天然气、液化石油气等烟雾有很高的灵敏度，尤其对烷类烟雾更为敏感。具有良好的抗干扰性，可准确排除有刺激性非可燃性烟雾的干扰信息。

2.MQ-2型传感器具有良好的重复性和长期的稳定性。初始稳定，响应时间短，长时间工作性能好。需要注意的是：在使用之前必须加热一段时间，否则其输出的电阻和电压不准确

3、其检测可燃气体与烟雾的范围是100到10000ppm. 4、电路设计电压范围宽，24V以下均可，加热电压5V左右。 需要注意：加热电压如果过高，会导致内部的信号线熔断，从而器件报废。 MQ-2的外观图





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由LM393比较器 与 滑动变阻器构成可输出数字信号，可以直接和单片机相连的。正常情况是输出高电平，一旦检测到烟雾将会输出低电平。单片机直接检测。该模块具有可调比较电压和输出电压。 四．调试仪器

（1）数字万用表 （2）函数信号发生器 （3）示波器 （4）直流稳压电源 （5）电烙铁 五． 系统总体框图

本设计烟雾报警器由单片机控制系统、烟雾传感器模块及电源三个模块组成。当发生火灾或可燃气体泄漏，传感器遇到烟雾或可燃气体时，将产生电信号。信号通过A/D数模转换电路转换成为数字信号传入单片机，再通过单片机逻辑处理模块判断输入值大小，过大则报警，过小则不报警来实现烟雾报警功能。 烟雾信号采集电路一般由烟雾传感器，将烟雾信号转化为模拟电信号。模数转换电路将从烟雾检测电路送出模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机。单片机对该数字信号进行滤波处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或等于某个预设值，如果大于则启动报警电路发出警报声音，反之则为正常状态。





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利用MQ—2传感器采集环境中存在可燃气体 ，检测传感器阻值变化，转化为电压值输入LM393芯片INT口，经过A/D转换成数字量输入单片机，由学习板上的数码管显示浓度值，设置门限阈值，超过门阈限值启动报警，提示灯亮蜂鸣器响铃。 六． 系统的硬件的设计 （1）烟雾传感器系统框图

在报警仪的设计中， 烟雾采集电路碰到烟雾时，产生一个电信号传到A/D数模转换电路，电信号由模拟信号转成数字信号，通过单片机控制电路判断信号并且控制报警提示电路。单片机是其核心部件。它一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，另一方面要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。





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电源供电

单片机 烟雾传感器

led灯

蜂鸣器

图5.1 系统总框图




烟雾采集

电路

单片机控制

报警提示电路



图6.1.1 烟雾传感器系统框图

根据以上分析，参考模拟电子技术课本与网上查找资料，设计出原理图，并画出传感器模块及蜂鸣器模块原理图，如下图：









单片机控制系统

（1）单片机控制系统框图



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蜂鸣器报警

烟雾传感器

单片机 控制系统

电源模块

LED



图6.1.2单片机控制系统框图



根据以上分析，画出单片机控制电路.如下图2.3.1。







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2. 软件设计 2.1 软件框图

本次的软件设计共包括了A\D采集、烟雾传感器及蜂鸣器报警个三部分。软件在接收到由烟雾传感器及温度传感器的数据后，由单片机采集，若发生火灾蜂鸣器进行报警，且数码管显示温度传感器检测的实时温度。



结束 判断是否

为高点平V 烟雾传感器

蜂鸣器

初始化设置 开始



图6.2.1 软件系统框图



(4) 调试方法

做好电路板之后，需要用数字万用表检测各线路是否导通，如若有线路断裂，需要使用焊锡补上;检测完电路后，需要焊接元器件，此时需要非常细心，焊接前必须要检测元件的好坏。



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第四章 程序

#include

sbit led1=P1^0; //定义两个led引脚 sbit led2=P1^1;

sbit speak=P1^3; //定义蜂鸣器引脚 bit flag=0; //有烟雾标志位 //主函数 void main() {

IT1 = 1; //设置INT1的中断类型 下降沿触发中断 EX1 = 1; //使能INT1中断 EA = 1; //使能总中断

TMOD=0x11; //两个定时器工作在16位，方式1模式

TL0 = (65536-50000)%256; //赋初值15536，也就是定时50ms

TH0 = (65536-50000)/256; TR0 = 1; //开定时器0 ET0 = 1; //允许定时0器中断 TL1 = (65536-500)%256;//定时0.5ms TH1 = (65536-500)/256; TR1 = 1; //开定时器1

ET1 = 1; //允许定时1器中断



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while(1) {

if(flag)led2=1; //如果烟雾传感器标志为1，检测到有烟雾，led2灭

else led2=0; //如果烟雾传感器标志为0，没有检测烟雾，led2亮 } }

//外部中断服务程序 只要传感器检测到烟雾时，比较器的输出就会输出一个低电平

//单片机的引脚中断就得一个下降沿，就产生中断，烟雾标志位就为1

void init0() interrupt 2 {

flag=1; }

//定时器1服务程序 void timer0() interrupt 1 {

static unsigned char delay_count=0,count=0; TL0 = (65536-50000)%256; //重装初值 TH0 = (65536-50000)/256; delay_count++; //50ms加一次



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if(delay_count>20) //加到20次，就够一秒 {

delay_count=0;

if(flag) //如果烟雾标志位为1，一秒闪烁一次 {

led1=~led1; }

else {led1=1;speak=0;} //如果标志位为0，灯灭，蜂鸣器、不响 }

if(flag) //在烟雾产生后，灯闪烁10秒 { //50ms加一次，加到200，正好10s count++;if(count>200){count=0;flag=0;} } }

//定时器1服务程序 void timer1() interrupt 3 {

static unsigned long count123=0;

TL1 = (65536-500)%256; //定时器1赋初值 TH1 = (65536-500)/256;

if(flag) //如果烟雾标志位为1



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{

count123++;if(count123<500)speak=~speak; //蜂鸣器响起，响2.5s 停2.5s

else speak=0; if(count123>1000)count123=0; } }

第五章 实训总结



在三周的智能实训的课程中，不仅加强了我们对硬件的使用能力，还加强了软件设计能力。在这个过程中有效的巩固了本学期所学的传感器知识，加强了电子实物制作的动手能力。

在这次的实验设计中我们首先要做了就是画原理图和PCB，这是比较难的，一开始我们毫无思路，后来在周老师的精心指导下最终成功的画出。

焊接是比较简单的，一般一个下午就可以完成，最重要的是焊接中很容易出现的虚焊问题必须认真对待。

最后是程序设计与调试，程序的话应该说是上学期学过的东西运用运用而已，但是总是有些被遗忘了，在编程的时候会遇到或多或少的问题，最后也是通过各种方式终于完成了调试。

经过这次设计，我们认识到自己还有很多的不足，只有将课本上的理论知识结合实践不断练习，不断总结提炼，反复思考实践中的经



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验教训，才能更好的将课本知识化为自己的知识。

这次实训，我收获了很多，一方面学习到了许多以前没学过的专业知识与知识的应用，另一方面还提高了自己动手做项目的能力。本次实训，是对我能力的进一步锻炼，也是一种考验。从中获得的诸多收获，也是很可贵的，是非常有意义的。

在实训中我学到了许多新的知识。是一个让我把书本上的理论知识运用于实践中的好机会，原来，学的时候感叹学的内容太难懂，现在想来，有些其实并不难，关键在于理解。

在这次实训中还锻炼了我其他方面的能力，提高了我的综合素质。首先，它锻炼了我做项目的能力，提高了独立思考问题、自己动手操作的能力，在工作的过程中，复习了以前学习过的知识，并掌握了一些应用知识的技巧等。其次，实训中的项目作业也使我更加有团队精神。 可以说这次实训不仅使我学到了知识，丰富了经验。也帮助我缩小了实践和理论的差距。这次实训将会有利于我更好的适应以后的工作。我会把握和珍惜实训的机会，在未来的工作中我会把学到的理论知识和实践经验不断的应用到实际工作中，为实现理想而努力。最后，我要感谢学校组织的这次十分有意义的实训，使我们学到了很多，也领悟了很多。

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附录1：

原理图

附录2：PCB

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