2 系统硬件电路设计
2.1 烟雾传感器选择
本设计采用MQ-2型烟雾传感器,它是由二氧化锡半导体气敏材料构成,属于表面离子式N型半导体。当处于200~300℃温度时,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受到该烟雾的调制而变化,就会引起表面电导率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息。
MQ-2烟雾传感器在最佳工作条件下,接触同一种烟雾,其电阻值Rs随气体浓度变化的特性称之为灵敏度特性,用K表示。K=Rs/Ro,其中Ro为烟雾传感器在洁净空气条件下的电阻值,Rs为烟雾传感器在一定浓度的检测烟雾中的电阻值。虽然对于不同的烟雾,器件灵敏度特性K的值也会各有差异,但是它们都遵循同一规律:logRs=mlogC+n
式中:m为器件相对烟雾浓度变化的敏感性,又称烟雾分离能,对于烟雾,m值为1/2~1/3;C为检测烟雾的浓度。n与检测烟雾,器件材料有关,并随测试温度和材料中有无增感剂而有所不同。
MQ-2烟雾传感器有6个引脚,其中中间的2个为电阻丝,剩下的4个引脚分别为2个输入引脚和两个输出引脚。其中中间的两个引脚为信号输出端,其输出为模拟电压量,范围为0~1 V。其连接方式如图2所示。
该传感器需要施加2个电压:加热电压VH和测试电压VC。其中VH用于为传感器提供特定的工作温度。VC则用于测定与传感器串联的负载电RL上的电压。
2.2 烟雾信号放大电路设计
传感器输出信号一般比较微弱,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。
本系统采用的烟雾传感器属于电阻型,因此只需串联一个参考电阻,再经过一个同相比例放大电路即可发送给ADC采集。信号放大电路如图3所示。
2.3 模数转换及与单片机接口电路设计
放大后的信号经过地址选通,从IN0口输入ADC0809芯片,初始化芯片后,给START端一个不少于100 nm的正脉冲开始模数转换。当转换完成后,EOC端发出一个完成信号(高电平),数据通过锁存器送给单片机P0口。ADC0809与单片机接口电路如图4所示。[page]
ADC0809时钟频率一般为500 kHz(要求时钟频率不高于640 kHz),单片机的时钟频率为11.0592 MHz,则ALE引脚的时钟频率约为1.84 MHz,经过D触发器两次二分频得到的频率差不多为450 kHz,符合A/D转换器的频率要求。
2.4 声光报警电路
烟雾浓度处于正常值时,P2.6口置于高电平,当烟雾浓度达到或超出警戒值时该口置为低电平,使晶体三极管PNP导通。这时声光报警电路也就全部导通,开始声光报警。其电路原理图如图5所示。
3 系统软件流程设计
烟雾报警器的软件设计流程如图6所示。
4 结束语
文中设计的烟雾报警器通过仿真达到了预期功能,其适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气和烟雾等的探测,可用于家庭和工厂的气体泄漏监测,探测范围广泛,灵敏度高,稳定性好,价格低廉且电路结构简单,具有较好地实用价值。
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