基於AT89C52和MQ-2的煙霧報警器設計
摘要：介紹了一種基於AT89C52單片機和MQ-2型半導體電阻式煙霧傳感器的煙霧報警器設計。該煙霧報警器具有聲光報警、濃度顯示以及與上位機串口通信等功能。其結構簡單，價格低廉，性能穩定，具有較好的實用價值。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/235829.htm
關鍵詞：單片機;煙霧傳感器;模數轉換;報警
隨着社會高速發展，火災對於人類的生產生活造成了巨大的危害。煙霧報警器是用來監測環境中煙霧的濃度，以便人們及早發現事故隱患，採取有效措施，避免事故發生，確保工業生產和人們生活的安全。
1 系統總體設計方案
煙霧檢測報警器由以下3部分組成：煙霧信號採集電路、模數轉換電路和單片機控制電路。其系統結構框圖如圖1所示。煙霧信號採集電路由煙霧傳感器和模擬放大電路組成，將煙霧信號轉化爲模擬的電信號。模數轉換電路將煙霧檢測電路送出的模擬信號轉換成數字信號後送入單片機。單片機對該數字信號進行濾波處理，並與預設值進行比較，如果大於則啓動報警電路發出報警聲音，反之則爲正常狀態。爲方便監控，使儀器測試人員及用戶能夠直觀地觀察到環境中的可燃煙霧濃度值，可將濃度值送到顯示屏中。爲使報警裝置更加完善，可以在聲音報警基礎上加入光閃報警，變化的光信號可以引起用戶注意，彌補嘈雜環境中聲音報警的侷限。
2 系統硬件電路設計
2.1 煙霧傳感器選擇
本設計採用MQ-2型煙霧傳感器，它是由二氧化錫半導體氣敏材料構成，屬於表面離子式N型半導體。當處於200～300℃溫度時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當與煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘受到該煙霧的調製而變化，就會引起表面電導率的變化。利用這一點就可以獲得這種煙霧存在的信息。
MQ-2煙霧傳感器在最佳工作條件下，接觸同一種煙霧，其電阻值Rs隨氣體濃度變化的特性稱之爲靈敏度特性，用K表示。K=Rs/Ro，其中Ro爲煙霧傳感器在潔淨空氣條件下的電阻值，Rs爲煙霧傳感器在一定濃度的檢測煙霧中的電阻值。雖然對於不同的煙霧，器件靈敏度特性K的值也會各有差異，但是它們都遵循同一規律：logRs=mlogC+n
式中：m爲器件相對煙霧濃度變化的敏感性，又稱煙霧分離能，對於煙霧，m值爲1/2～1/3;C爲檢測煙霧的濃度。n與檢測煙霧，器件材料有關，並隨測試溫度和材料中有無增感劑而有所不同。
MQ-2煙霧傳感器有6個引腳，其中中間的2個爲電阻絲，剩下的4個引腳分別爲2個輸入引腳和兩個輸出引腳。其中中間的兩個引腳爲信號輸出端，其輸出爲模擬電壓量，範圍爲0～1 V。其連接方式如圖2所示。
該傳感器需要施加2個電壓：加熱電壓VH和測試電壓VC。其中VH用於爲傳感器提供特定的工作溫度。VC則用於測定與傳感器串聯的負載電RL上的電壓。
2.2 煙霧信號放大電路設計
傳感器輸出信號一般比較微弱，需要經過前置電路對其進行放大、濾波、電平調整，滿足單片機對輸入信號的要求。
本系統採用的煙霧傳感器屬於電阻型，因此只需串聯一個參考電阻，再經過一個同相比例放大電路即可發送給ADC採集。信號放大電路如圖3所示。
2.3 模數轉換及與單片機接口電路設計
放大後的信號經過地址選通，從IN0口輸入ADC0809芯片，初始化芯片後，給START端一個不少於100 nm的正脈衝開始模數轉換。當轉換完成後，EOC端發出一個完成信號(高電平)，數據通過鎖存器送給單片機P0口。ADC0809與單片機接口電路如圖4所示。
ADC0809時鐘頻率一般爲500 kHz(要求時鐘頻率不高於640 kHz)，單片機的時鐘頻率爲11.0592 MHz，則ALE引腳的時鐘頻率約爲1.84 MHz，經過D觸發器兩次二分頻得到的頻率差不多爲450 kHz，符合A/D轉換器的頻率要求。
2.4 聲光報警電路
煙霧濃度處於正常值時，P2.6口置於高電平，當煙霧濃度達到或超出警戒值時該口置爲低電平，使晶體三極管PNP導通。這時聲光報警電路也就全部導通，開始聲光報警。其電路原理圖如圖5所示。
3 系統軟件流程設計
煙霧報警器的軟件設計流程如圖6所示。
4 結束語
文中設計的煙霧報警器通過仿真達到了預期功能，其適宜於液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣和煙霧等的探測，可用於家庭和工廠的氣體泄漏監測，探測範圍廣泛，靈敏度高，穩定性好，價格低廉且電路結構簡單，具有較好地實用價值。