烟雾报警器

烟雾报警器1.烟雾传感器的介绍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2-2MQ-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。其技术指标表2-2。表2-2MQ-5的技术指标加热电压（Vh）AC或DC5±0.2V回路电压（Vc）最大DC24V负载电阻（R1）2KΩ清洁空气中电阻（Ra）≤2000KΩ灵敏度（S=Ra/Rdg）≥4（在1000ppmC4H10中）响应时间（trec）≤10S恢复时间（trec）≤30S原件功耗≤0.7W检测范围50~10000ppm使用寿命2年由于物理量和测量范围的不同，传感器的工作机理和结构就不同。通常烟雾传感器输出的电信号是模拟信号（已有许多新型传感器采用数字量输出）。当信号的数值符合A/D转换器的输入等级时，可以不用放大器放大；当信号的数值不符合A/D转换器的输入等级时，就需要放大器放大。所以MQ-5半导体气体烟雾传感器要想把采集到的烟雾浓度模拟信号传送给单片机控制器就必须经过放大器进行放大处理，之后才能将模拟信号经过A/D转换器转化为可以识别的电信号给单片机。设计时应注意，气敏元件开机通电时，其内阻很小，但经过一段时间后，才能恢复到原来的稳定状态。因此，MQ-5气体传感器需开机预热几分钟，才可投入使用，以免造成误报。2.结构和工作原理烟雾报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器。该报警系统的最基本组成部分应包括：信号采集及前置放大电路、模数转换电路、单片机控制电路、字符显示电路、声光报警电路和安全保护电路等部分组成。为适应家庭和工业等场所对可燃性易爆烟雾安全性要求，设计的烟雾报警器具有显示报警状态、故障自检、换气排烟和自动灭火等功能。报警器采用延时的工作方式，烟雾检测报警器以单片机为控制核心，烟雾传感器采集烟雾浓度信息，配合外围电路构成烟雾报警系统。报警器系统结构如图。可燃烟雾报警器系统结构框图该系统的工作由烟雾信号采集及放大电路将采集到的烟雾浓度信息转化为放大的模拟电信号。模数转换电路再将该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处理，并对处理后的数据进行分析。当输入A/D转换器的放大信号不为零时，启动报警电路。反之则为正常工作状态。设计中为了方便检测与监控，使仪器测试人员及用户能够间接知道环境中的烟雾浓度，所以用数码管显示字符来指示报警状态。系统采用蜂鸣器声音报警和LED闪烁状态作为警报信号。这种报警方法是在声音报警基础上，加入光闪报警。因为变化的光信号可以引起用户和家庭邻居的注意，弥补了在嘈杂环境中声音报警的局限，使得报警装置更加完善。在报警启动的同时，单片机控制器还可以控制调节阀喷水灭火和换气扇排烟动作。系统中留有继电器接口，使单片机能够控制换气风扇和调节阀的工作状态，让系统在报警的同时自动启动相关安全装置。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一个5V的电压。为了保证其可靠性，在输出5V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。以上是根据报警器应具备的功能，提出的整体设计思路。3.烟雾报警器硬件总电路烟雾传感器放大电路A/D转换单片机调节阀LED状态指示灯蜂鸣器数码管字符显示换气扇123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:8-Jun-2011SheetofFile:D:\ProgramFiles\DesignExplorer99SE\MyDesign\复件1.ddbDrawnBy:LED2黄灯C8550PNPD1LED3绿灯KA1继电器5VR847KR2347KC8550PNPD2KA2继电器R10470Ω5VR2447KR11470ΩP2.0P2.15VR13470Ω蜂鸣器LED1红灯C8550PNP5VS2消音按键R141KΩR9470ΩP1.012348～9VBRIDGER12470ΩabfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DSP1.1M2调节阀5V5V～220VT+C322uFR11KP1.2P1.7R21KS1手动复位OC1C111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19IC374LS373P1.3C130pFP2.3R31KD5Q1CLK3Q2IC6A4013132VVGNDINOUTIC6W7805C60.1uFP1.4R71KC230pFP2.4C41000uFC50.33uF123IC5AA74ALS02R41KKA2IN-026msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10IC4ADC0809P1.5Y12MHzP2.5EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10IC1AT89C51R15240R51K123IC5BA74ALS02KA1P1.6P2.6R61KM1换气扇123IC5CA74ALS025VX1X2RESET５Ｖ12J1CON212J2CON2R161KRp120KR175.1K5V567IC2BALM324321IC2AALM324R191MRp220KR181MR205.1KR211MR221MIN0IN2VrefDzAKRGIN1烟雾报警器硬件电路设计图开始传感器预热及故障检测程序初始化传感器是否故障信号采集及放大A/D转换进入报警子系统放大信号是否为零4.系统主程序设计及流程图主程序流程图如下图所示。首先要给传感器预热，因为QM-N5型半导体电阻式烟雾传感器在不通电存放一段时间后，再次通电时，传感器不能立即正常采集烟雾信息，需要一段时间预热。程序初始化结束后，系统进入监控状态。主程序设计先对传感器预热，预热同时，对传感器进行故障检测，采用软件方式检测传感器加热丝或电缆线是否断线或者接触不良。YesNoYesNo图4-1主程序流程图5.操作说明通上电源，烟雾报警器处于开机扫描的状态，待数据稳定时进行测试，当有烟雾时显示的显示当前的浓度数值，超过临界值时，蜂鸣器进行报警。有报警复位开关，进行关闭蜂鸣器。可以改变初始值的大小，来控制临界值的大小。