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1、学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口,在年解密后适用本授权
2、书。2、不保密口。（请在以上相应方框内打“J”。）作者签名:导师签名:我校毕业设计（论文）任务书课题名称：基于单片机的烟雾报警器一、课题训练内容1 .培养学生通过图书馆、互联网等资源查阅相关资料（包括外文资料），训练学生自主获得知识的能力和自学能力；2 .培养学生把所学的单片机系统运用，并与传感器结合起来，运用所学知识设计各种算法和程序，提高学生的设计创新能力；3 .锻炼学生自己查找资料、自己学习的能力；4 .锻炼学生的自我创新能力；5 .在书写论文的过程中，锻炼学生的语言表达能力、逻辑思维能力、办公软件使用的能力；6 .培养学生与人合作、相互交流的能力。二、设计（论文）任务和要求（包括说明书
3、、论文、译文、计算程序、图纸、作品等数量和质量的具体要求）课题是基于单片机的烟雾报警控制系统，在整个的设计过程中，主要任务和要求包括：1 .大量收集与本课题有关的资料：到图书馆、各大书店寻找目标识别技术以及主动基方面的资料，并认真进行阅读；到各大数据库和相关网站上搜索与本课题相关的学位论文和相关资料。2 .上交毕业设计开题报告一份。开题报告内容与学校模板要求一致，字数不少于2000字；经指导教师检查合格后才能进行后续工作。3 .理清论文的总体思路，完成主要的研究工作：包括各种模型、算法和实验。4 .完成毕业设计论文，字数不少于15000字。论文包含11个部分：封面、任务书、开题报告、中英文摘要
4、及关键词、目录、正文、参考文献、附录、外文资料、中文译文、致谢共11个部分。三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料参考资料：1陈连生.可燃烟雾探测器及其设置安装要领J.石油工程建设.1996（1）:23252张保卫，尚家峰,赵金水.燃气报警器的分类与选择J.山东消防，2003（8）:27283彭军.传感器与检测技术M.西安电子科技大学出版社，20034李永生，杨莉玲.半导体气敏元件的选择性研究J.传感器技术，2002(3):35谢望.烟雾传感器技术的现状和发展趋势J.仪器仪表用户，2006,13(5):26童诗白，华成英，模拟电子技术基础M.北京高等教育出版社，2010.7张保卫，尚家峰，
5、赵金水.燃气报警器的分类与选择.山东消防，2003(8):27288彭军.传感器与检测技术.西安电子科技大学出版社，2003:2633159李永生，杨莉玲.半导体气敏元件的选择性研究.传感器技术，2002(3):310YoonDh,YuJh,ChoiGm.COGasSensingPropertiesofZnO-CuOComposite.SensorsandActuators.1998(46):152311谢望.烟雾传感器技术的现状和发展趋势.仪器仪表用户，2006,13(5):P212蔡文斋.专业级串口调试器设计.现代电子技术，2006(23):6972四、毕业设计（论文）进度表注：1.本任务
6、书一式两份，一份学院留存，一份发给学生。2.“实际完成情况”和“检查人签名”由教师用笔填写，其余各项均要求打印，打印字体和字号按照我校毕业设计（论文）规范执行。我校毕业设计（论文）开题报告开题报告内容包括：课题的意义，所属领域的发展状况，课题的研究内容、研究方法、研究手段和研究步骤以及参考书目等。一.课题的意义、所属领域发展状况在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。人类能够对火进行利用和控制，是文明进步的一个重要标志。火，给人类带来文明进步、光明和温暖。但是，失去控制的火，就会给人类造成巨大的灾难。对于火灾，在我国古代，人们就总结出“防为上，救次之，成为下的
7、经验。随着社会的不断发展，在社会财富日益增多的同时，导致发生火灾的危险性也在增多，火灾的危害性也越来越大。据统计，我国70年代火灾年平均损失不到2.5亿元，80年代火灾年平均损失不到3.2亿元。进入90年代，特别是1993年以来，火灾造成的直接财产损失上升到年均十几亿元，年均死亡2000多人。实践证明，随着社会和经济的发展，消防工作的重要性就越来越突出。由此，烟雾报警器在消防工作就的作用也尤为突出了。我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。但目前国内厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发，他们采用集中区域报警
8、控制方式，其系统复杂、成本较高。而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位，需要设置一种单一或区域联网、廉价实用的火灾自动探测报警装置，因此，研制一种结构简单、价格低廉的语音数字联网火灾报警器是非常必要的。探测器朝新探测技术的发展进一步拓展了烟雾探测的应用领域，为一些传统探测器无法胜任的环境提供了有效的手段。相关技术的发展，如傅立叶近红外光谱技术弱信号处理技术、低功耗MCU技术进一步促进了传统探测技术的改进，使得传统探测器在技术和性能上有了显著的提高。火灾着极早期探测、多传感器复合探测和探测器小型化、智能化的方向发展迈出了更快的步伐。我国烟雾报警系统起步较发达国家晚几十年，从上世纪70年代我国
9、才开始研制生产烟雾报警系统产品。进入80年代后，国内主要厂家也多是模仿国外产品，或是引进国外技术进行生产，没有真正意义上的核心技术，并且市场也刚刚开始发育。烟雾报警产品真正发展是在90年代以后,随着政府逐渐开放国门，国外企业开始大量进入中国消防市场，带来先进技术的同时也促进了市场的成熟。这时期，我国生产烟雾报警产品的企业也得到了快速发展，部分企业进行了合资生产、技术合作，取得了不菲的成绩，也造就了现今市场上许多有实力的商家，部分技术已接近或赶上了国际水平。二.本课题的研究内容本课题研究的是基于单片机的烟雾报警控制系统。该系统是以单片机为核心，用烟雾传感器采集烟雾浓度信息经模数变换，交由单片机处
10、理，储存并显示O三.研究方法和研究手段由于本课题涉及的知识比较多，所以在课题的制作过程中需要用以下方法和手段：(I)查阅资料。到图书馆借阅与课题相关的书，熟悉课题的研究意义及原理，为课题的研究打下一个良好的基础。(2)硬件设计及调试。在熟悉原理的基础上，绘制相应的电路原理图，进行硬件调试。（3）软件调试。在硬件原理调试完成后，进行系统整体功能调试，即整机调试。（4）实践操作。在硬件软件调试完后，进行实践操作四.研究步骤（1）烟雾报警控制系统原理分析:包括对烟雾报警系统整体思路的把握和烟雾报警的基本原理及组成模块的简单介绍。（2）系统硬件方案选择：通过方案比较，选择确定各个模块，尽量选择性能优良
11、、价格合适且可以满足系统功能的芯片，特别是温度采集部分，其测量精度必须达到系统要求。（3）掌握电子线路设计软件ProtelDXP的使用，完成系统总体电路的设计。（4）系统软件设计：包括系统总体软件和部分软件的流程图以及程序的写作，熟练掌握单片机C语言的运用，做到对系统的流程有一个整体的把握。（5）整机调试：在保证系统硬件和软件正确的条件下，进行系统整体功能调试。五.参考书目1贾伯年、俞朴、宋爱国著，传感器技术M.南京：东南大学出版社，2007.2张毅坤著，单片微型计算机原理及应用M.西安电子科技大学出版社，1998.【3】刘光斌著，单片机系统实用抗干扰技术M.人民邮电出版社，2003.104黄
12、智伟著，全国大学生电子设计竞赛系统设计J北京：北京航空航天大学出版社，2007.5李维郭强著，液晶显示器应用技术M.北京：电子工业出版社，2003.6沙占友、孟志强、王彦朋著，单片机外围电路设计M.北京：电子工业出版社，2006.7李东生、张勇、许四毛著，PrOtel99SE电路设计技术入门于应用M.北京：电子工业出版社，2006.8高国富、谢少荣、罗均著，烟雾传感器及其应用M.北京：化学工业出版社，2005.9梅丽凤著，单片机原理及接口技术M.北京：清华大学出版社，2005.【10】彭为、黄科著，单片机典型系统设计实例精讲M.北京：电子工业出版社，2006.【11】MykePredkO著，精
13、通8051程序设计M.北京:人民邮电出版社，2006.121李广弟、朱月秀、王秀山著，单片机基础M.北京：北京航空航天大学出版社，2001.摘要随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段一一传感器技术得到了显著的进步,应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。本论文以MQ-2半导体传感器和单片机技术为核心设计的气体报警器可实现声光报警功能，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器，具有一定的实用价值。其中选用MQ-2传感器实现对气体的
14、检测，具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。经AT89C51单片机处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或等于某个预设值（也就是报警限），如果大于则会自动启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态，而且在此设计中我们通过ADS1286和AT89C51单片机进行连接，将烟雾信号转换成单片机可识别的数字信号，经过单片机处理并对其进行分析，最终将烟雾的浓度显示在LED的显示管中。关键词：传感器 报警器 单片机监控 烟雾AbstractWhileinformationage,thearrival,obtainedtheremarkableprogressasthegai
15、ninformationmethod-sensortechnology,itsapplicationdomainismoreandmorewidespread,ismoreandmorehightoitsrequest,thedemandismoreandmoreurgent.Thesensortechnologyhasbecomeweighsoneofnationalscienceandtechnologylevelofdevelopmentimportantsymbols.Therefore,understoodandgraspseachkindofsensorthebasicstruct
16、ure,theprincipleofworkandthecharacteristicisextremelyimportant.Thispaperstothesemiconductorsmogsensorsandsinglechipmicrocomputerasthecoredesigncanrealizethesmogalarmsound-lightalarmfunctions,isakindofsimplestructure,stableperformance,easytouse,inexpensiveandintelligentgasalarm,hascertainpracticalval
17、ue.AmongthemWechooseMQ-2ofgasdetectionsensor,ithasahighsensitivity,fastresponse,stronganti-jammingcapabilityetc,andthepriceislow,servicelifelong,byAT89C51forprocessingthedataandanalysis,whetherisequaltoorgreaterthantheadefaultvalue(thatis,thealarmlimit),ifbeyondthelimitthanitwillautomaticallystartal
18、armcircuitwarningvoice,otherwiseconverselyfornormalstate.Inthisdesign,WeconnectedsmogsensorandtheAT89C51micr-ocontroller,itturnsthesmogsignalsintothedigitalsignalwhichthemicrocontrollercanidentify.FinallysmogwillbedisplayedontheLEDdisplaytube.Keywords:sensoralarmSCMcontrolsmog1绪论11.1论文研究来源、目的和意义11.1
19、.1论文研究来源11.1.2论文研究目的和意义11.2烟雾报警器的国内外现状及发展趋势21.2.1烟雾报警器的国内外现状21.2.2烟雾报警器的发展趋势313本论文主要任务42烟雾检测报警器的方案设计42.1烟雾报警器设计思路42.2烟雾传感器的选型52.2.1烟雾传感器介绍52.2.2烟雾传感器的选定92.2.3MQ-2型烟雾传感器的工作原理102.2.4MQ-2型传感器的特性及主要技术指标122. 3烟雾检测报警器整体设计方案142.3. 1烟雾检测报警器工作原理142.3.2烟雾报警器的工作结构和原理142.3.3烟雾检测报警器的功能162. 4本章小结173烟雾检测报警器的硬件设计17
20、3.1单片机的选型183. 1.1单片机的选择183. 1.2AT89C51单片机的介绍183.1.3AT89C51单片机的时钟电路223.1.4AT89C51单片机的复位电路233.2烟雾检测报警器硬件电路设计241.1.1 1信号采集及前置放大电路241.1.2 ADS1286与单片机的连接电路251.1.3 声音报警电路251.1.4 数码管显示电路261.1.5 状态指示灯及控制键电路271.1.6 MQ-2的连接方式283. 3本章小结284烟雾检测报警器的软件设计293.1 AT89C51系列单片机调试及开发工具294. 2烟雾检测报警器软件流程及设计30结论31参考文献34附录3
21、6致谢41外文资料4252中文翻译1绪论1.1 论文研究来源、目的和意义1.1.1 论文研究来源随着现代家庭用火、用电量的增加，家庭火灾发生的频率越来越高。家庭火灾一旦发生，很容易出现扑救不及时、灭火器材缺乏及在场人惊慌失措、逃生迟缓等不利因素，最终导致重大生命财产损失。家庭火灾的主要原因是麻痹大意，没有及时采取预防措施。烟雾报警器是一种用于检测烟雾的感应传感器，一旦发生火灾危险，其内部的电子扬声器便会及时警醒人们。在我国的一些大中城市，几乎每天都发生家庭火灾，所以防火是每个家庭必须时刻注意的问题。假如能根据每家的实际情况预先采取简单的防火措施，一些悲剧是完全可以避免的。消防部门的统计显示，在
22、所有的火灾比例中，家庭火灾已经占到了全国火灾的30%左右。家庭起火的原因林林种种，可能在我们注意得到的地方，也可能就隐藏在我们根本就注意不到的地方。若在民用住宅中广泛使用烟雾报警器，便可有效减少火灾所造成的严重损失。因此，研究烟雾的检测方法与研制烟雾报警器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题。1.1.2 论文研究目的和意义众多数据表明，采用家用烟雾报警器的好处有：1.可以再着火是迅速发现火灾2减少人员伤亡率3减少火灾损失，火灾损失往往仅限于首先着火的物质。各项火灾统计还表明，着火与发现火灾之间的间隔时间越短，火灾死亡率就越低。事实上，受烟雾报警器保护的家庭火灾死亡率低于那些没有这种保护的家庭
23、火灾死亡率。综上情况可知，在民用住宅中使用烟雾报警器是必不可少的。现针对我国民用住宅缺乏使用烟感器意识的现象提出以下建议：一、国家立法部门可制定相应法规，强制民用住宅区域安装烟感器;另外，政府参与调节烟感器的售价幅度，适当给予补贴政策，让普通家庭都能承受并愿意去购买。二、针对居民对住宅防火如此无知，政府相关部门深入开展社会宣传工作，向居民广泛宣传住宅防火的重要性、必要性及具体措施。大力发动民宗安装住宅烟感器，直到国内城乡居民住户全部普及使用为止。三、消防协会可协同法律和保险部门，由家庭财产保险部门出资，对每幢居民住宅强制性安装烟火报警器，以此减少住宅火灾危险。四、对新建的居民住宅，相关部门应强
24、调必须安装烟感器。还应组织检查城市旅馆、酒店、商场等公共场所是否合理安装烟感器。以确保火灾发生后能将危害降到最低。1.2 烟雾报警器的国内外现状及发展趋势1.3 .1烟雾报警器的国内外现状国外从20世纪30年代开始研究及开发烟雾传感器，且发展迅速，一方面是因为人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是因为传感器市场增长受到政府安全法规的推动。据有关统计，美国1996年2002年烟雾传感器年均增长率为27%30%随着传感器生产工艺水平逐步提高，传感器日益小型化、集成度不断增大，使得烟雾检测仪器的体积也逐渐变小，提高了烟雾检测仪器的便携性，更加利于生产、运输及市场推广。1963
25、年5月，日本开发完成第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，次年12月其改良产品问世，改良的报警器可以检测燃气、一氧化碳等气体，可以安装在浴室或者采用集中监视。我国在70年代初期开始研制烟雾报警器，生产型号多样、品种较齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增加。但主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，进行研究与开发形成自己的特色。近年来，在烟雾选择性和产品稳定性上也有很大进步。燃气报警器可分为民用火灾烟雾报警器、工业用烟雾报警器、有毒有害烟雾报警器三大系列产品。(1)民用火灾烟雾报警器民用火灾烟雾报警器为居民家庭用的火灾报警器
26、,一般安装在厨房，遇到火灾产生的烟雾时时，报警器可发出声光报警，或同时伴有数字显示，同时联动外部设备。有的报警器可自动开启排风扇，把烟雾排出室外(2)工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器只是检测探头有差异，而在原理和应用中都很相近。工业用燃气报警器及有毒烟雾报警器根据检测环境的不同,也可分为检漏仪、控制器和探测器。检漏仪的体积较小，可随身携带或手持，主要应用于燃气管理的杳漏与巡检。若有燃气泄漏，检漏仪便会发出声光报警，同时数字显示烟雾浓度，以便及时采取安全措施，防止爆炸等恶性事故的发生。控制器与探测器结合使用，可在防爆现场长期监测烟雾的浓度。探测器安装在防爆
27、现场，控制器壁挂在值班室等有人值守的地方，二者采用屏蔽电缆线连接。当在现场的探测器探测到燃气泄漏之后，通过屏蔽电缆线将信号传到控制器，控制器发出声光报警，同时启动排风装置或关闭电磁阀切断气源，以确保安全。此种仪器广泛应用于液化气站、汽车加油站、锅炉房等工业场所。1.2.2烟雾报警器的发展趋势面对人类社会经济与技术急速发展的时代，伴随这电子、计算机、通讯和现代控制技术的迅速发展，现代火灾自动报警应用技术发展趋势正在向着全总线制、软件编程、网络化、智能化、多样化、小型化、社区化、蓝牙技术无线化、高灵敏化、综合化等方面发展。针对当前火灾自动报警系统存在的通讯协议不一致，系统误报、漏报频繁，智能化程度
28、低，网络化程度低、特殊恶劣环境的火灾探测报警抗干扰等问题较为突出的现象，提出在符合国家消防规范的基础下采用统一、标准、开放的通讯协议。通过对新技术、新工艺、新材料和新设备的应用研究，对系统方案、设备选型的优化组合，改进火灾自动报警系统的工作性能、减少维护费用和维护要求，向着高可靠性、高灵敏性、低误报率、系统网络化、技术智能化方向发展，为更好的预防和遏制建筑火灾提供强有力的保障，从而更好的保护国家和人民的生命、财产安全。1.4 本论文主要任务本篇论文是烟雾报警器的研制，主要基本部分和扩展部分：(1)基本部分对系统进行整体规划和结构设计。(b)以AT89C51单片机为中央处理器，对硬件电路进行设计
29、和改进，使其功能更加完善。系统硬件电路主要分为前置放大电路、键盘电路、声音报警电路、状态指示灯电路、液晶显示电路六个部分。(C)系统的软件编制。按照软件实现的功能，主要分为主程序、初始化子程序、键盘处理子程序、线性化处理子程序、浓度显示子程序、报警子程序、报警限值设置子程序、串口通信子程序。在程序的编写过程中，加入了详细的文字注释，便于后期的改进与维护。(d)硬件电路和软件的综合调试。(2)扩展部分(a)再加入一路传感器信号采集电路，利用双通道数据实现采集的优化，主要是利用辅助的一路进行修正主传感器，以提高精度和可靠性。2烟雾检测报警器的方案设计2.1. 雾报警器设计思路烟雾检测报警器是能够检
30、测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器，仪器的最基本组成部分应包括：烟雾信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路。烟雾信号采集电路一般由烟雾传感器和模拟放大电路组成，将烟雾信号转化为模拟的电信号。模数转换电路将从烟雾检测电路送出的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（也就是报警限），如果大于则启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态。为方便检测与监控，使仪器测试人员及用户能够直观地观察到环境中的可燃烟雾浓度值，可将浓度值送到显示屏中。方便调节报警限，可以加入按键。为使报警装置更加完善，可以在声
31、音报警基础上，加入光闪报警，变化的光信号可以引起用户注意，弥补嘈杂环境中声音报警的局限。以上是根据报警器应具备的功能，提出的整体设计思路。烟雾传感器及单片机是可燃烟雾检测报警器的两大核心，根据报警器功能的需要，选择合适、精确、经济的烟雾传感器及单片机芯片是至关重要的。烟雾传感器属于气敏传感器，是气一电变换器，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信号采集部分，是仪表核心组成部分之一。由此可见，传感器的选型是非常重要的。烟雾检测报警器主要应用在石油、化工、冶金
32、、油库、液化气站、喷漆作业等易发生可燃烟雾泄露的场所，根据报警器检测种类的要求，-一般选用接触燃烧式传感器和半导体烟雾传感器。2. 2烟雾传感器的选型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。2.2. 1烟雾传感器介绍（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
33、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。(2)烟雾传感器应满足的基本条件一个烟雾传感器可以是单功能的，也可以是多功能的；可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。但是，任何一个完整的烟雾传感器都必须具备以下条件：(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；制造成
34、本低，使用与维护方便。(3)常见烟雾传感器简介下面对工业上常用的几种烟雾传感器作简单介绍。(a)半导体烟雾传感器半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器，以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器。自1962年半导体金属氧化物烟雾传感器问世以来，由于具有灵敏度高、响应快、输出信号强、耐久性强、结构简单、价格便宜等诸多优点，得到了广泛的应用。该传感器己成为世界上产量最大、使用最广的烟雾传感器之一。按照敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻型。(b)固体电解质烟雾传感器固体电解质烟雾传感器使用固体电解质气敏材料作为气敏元件，其原理是利用气敏材料在通过烟雾时产生电阻，测量其形成电动
35、势从而测量气体浓度。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，因而得到了广泛的应用，几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域，其产量仅次于半导体烟雾传感器的一类传感器。但这种传感器制造成本高，检测烟雾范围有限，在检测环境污染领域中有优势。(C)接触燃烧式传感器当易燃烟雾接触这种被催化物覆盖的传感器表面时会发生氧化反应而燃烧，故得名接触燃烧式传感器。接触燃烧式烟雾传感器的检测元件一般为钳金属丝(也可表面涂钳、钿等稀有金属催化层)，使用时将饴丝通电，保持300C400C的高温，此时若与烟雾接触，烟雾就会在稀有金属催化层上燃烧，因此伯丝的温度会上升，钳丝的电阻值也上升；通过测量钳丝的电阻值变化的大小，就
36、知道烟雾的浓度。(d)高分子烟雾传感器利用高分子气敏材料制作的烟雾传感器近年来得到很大的发展。高分子气敏材料在遇到特定烟雾时，其电阻、介电常数、材料表面声波传播速度和频率、材料重量等物理性能发生变化。高分子气敏材料由于具有易操作性、工艺简单、常温选择性好、价格低廉、易与微结构传感器和声表面波器件相结合，在毒性烟雾和食品鲜度等方面的检测中具有重要作用。高分子烟雾传感器具有对特定烟雾分子灵敏度高，选择性好，且结构简单，能在常温下使用，可以弥补其它烟雾传感器的不足。(e)电化学传感器电化学传感器由膜电极和电解液封装而成。烟雾浓度信号将电解液分解成阴阳带电离子，通过电极将信号传出。它的优点是：反映速度
37、快、准确、稳定性好、能够定量检测，但寿命较短(大约两年)。它主要适用于毒性烟雾检测。目前国际上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。(f)热传导传感器热传导传感器与接触燃烧式传感器具有类似的结构形式，但是测量原理不同。它的测量原理是：将加热后的伯电阻线圈置于目标烟雾中，由于向目标烟雾传送热量造成温度降低，引起电阻值变化，传感器即测量电阻值的变化情况。温度的变化情况是目标烟雾热传导率的函数，而对于一种给定的烟雾或汽化物，热传导率是它固有的物理特性。红外传感器红外传感器通常用两束红外光进行烟雾测量，主光束通过测量元件内的目标烟雾，参考光束通过比较元件内的参考烟雾。在测量和比较元件中，红外射线被烟雾有选
38、择地吸收了。未吸收的红外光由光电探测器测量，产生一个正比于目标烟雾浓度的差分信号O非扩散式红外探测器NDlR(non-dispersiveIR)是其中的一种，所有的未吸收光全部以最小的扩散和损耗被记录下来。不同的烟雾吸收不同波长的IR,所以传感器根据目标烟雾而调整，典型应用包括测量CO和CO2、冷冻剂烟雾和一些易燃气。由于非碳氢化合物易燃烟雾(如氢)不吸收电磁谱中IR部分的能量，所以这种传感器可以精确地测量碳氢化合物，并具有最小的交叉灵敏度，而且不受其它烟雾的腐蚀以及高浓度目标烟雾的影响。(4)常见烟雾传感器可检测烟雾种类由于烟雾的种类繁多，一种类型的烟雾传感器不可能检测所有的气体，通常只能检
39、测某一种或两种特定性质的烟雾。例如氧化物半导体烟雾传感器主要检测各种还原性烟雾，如CO、H2、C2H5OH、CH30H等。固体电解质烟雾传感器主要用于检测无机烟雾，如02、CO2、H2、CI2、S02等。表2.1简要列举出已经研究、开发的各类烟雾传感器及其可检测的气体种类。传感器种类COC02H2SNH3HCNHCIC0CI2CI2NOXS0202CH4C3H2H2H20半导体气体传感器OOOOOOOOOO固体电解质传感器OOOOO接触燃烧式传感器OOO电化学式传感器OOOOOOOO高分子电解质气体传感器OOOO注：。好不太好2.2.2 烟雾传感器的选定烟雾检测报警器主要应用在石油、化工、冶金
40、、油库、液化气站、喷漆作业等易发生可燃烟雾泄漏的场所，根据报警器检测烟雾种类的要求，一般选用接触燃烧式烟雾传感器和半导体烟雾传感器。使用接触燃烧式传感器，其探头的阻缓及中毒，是不可避免的问题。阻缓是当在烟雾与空气的混合物中含有硫化氢等含硫物质的情况下，则有可能在无焰燃烧的同时，有些固态物质附着在催化元件表面，阻塞载体的微孔，从而引起响应缓慢反应滞缓，灵敏度降低。虽然将阻缓的传感器再放回新鲜空气环境中有得到某种程度的恢复的可能，但是如果长期暴露在这样的环境中，其灵敏度会不断下降，导致传感器最终丧失检测烟雾的能力。中毒是如果环境空气中含有硅烷之类的物质时.，则传感器将使催化元件产生不可逆转的中毒，
41、以致灵敏度很快就丧失。当怀疑检测环境中存在这些物质时，经常对探头进行标定，是必须且有效的办法。因此，经常对传感器进行标定，是保证其准确性的必要的途径。一般连续使用两个月后应对传感器进行量程校准，这种经常性对传感器的维护，无形中加大了工作人员的工作量，同时增加了报警器的维护成本。半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器，它具有灵敏度高，响应快、体积小、结构简单，使用方便、价格便宜等优点，因而得到广泛应用。半导体烟雾传感器的性能主要看其灵敏度、选择性（抗干扰性）和稳定性（使用寿命）。经过对比上述两种烟雾传感器的应用特性，发现半导体烟雾
42、传感器的优点更加突出：灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低等。因此，本设计采用半导体烟雾传感器作为报警器烟雾信息采集部分的核心。而在众多半导体气体传感器中，本设计选用MQ-2型烟雾传感器，这种型号的传感器不但具备一般半导体烟雾传感器灵敏度高、响应快、抗干扰能力强、寿命长等优点。2.2.3 MQ-2型烟雾传感器的工作原理半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器。按敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻型。半导体气敏元件也有N型和P型之分。N型在检测时阻值随烟雾浓度的增大而减小；P型
43、阻值随烟雾浓度的增大而增大。半导体气敏传感器的分类如表2.2所示。表2.2半导体气敏传感器的分类所利用的特性工作温度表面电阻控制器300450oC类型所利用的特性工作温度代表性被检测气体电阻型电阻表面电阻控制器300-450oC可燃性气体体电阻控制器300450C700oC以上乙醇、可燃性气体非电阻型二极管整流特性室温200CH2、C0、乙醇晶体管特性150oCH2、H2S本设计中采用的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。当处于200300C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
44、果晶粒间界处的势垒受到该烟雾的调制而变化，就会引起表而电导率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息。遇到可燃烟雾（如CH4等）时，原来吸附的氧脱附，而由可燃烟雾以正离子状态吸附在二氧化锡半导体表面；氧脱附放出电子，烟雾以正离子状态吸附也要放出电子，从而使二氧化锡半导体导带电子密度增加，电阻值下降。而当空气中没有烟雾时，二氧化锡半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值升高到初始状态。这就是MQ-2型燃性烟雾传感器检测可燃烟雾的基本原理。MQ-2型传感器的结构图如图2.1所示，其外观如2.2所示。016WWAi图2.1MQ-2型传感器的结构图图2,2MQ-2型传感器的外观2.2.4 MQ
45、-2型传感器的特性及主要技术指标(1) MQ-2型传感器的一般特点(a)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。(b)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。MQ-2型传感器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，例如酒精和烟雾等。(d)电路设计电压范围宽，24V以下均可；加热电压50.2V.(2) MQ-2型传感器的基本特性(a)灵敏度特性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=RSZRO(2-1)式中，RO为烟雾
46、传感器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=mIogC+n(2-2)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1213;C为检测烟雾的浓度。n为与检测烟雾，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。(b)初期稳定特性半导体烟雾传感器在不通电状态存放一段时间后，再通电时，器件并不能立即投入正常工作。这是因为烟雾传感器中的二氧化锡在不通电的状态下会吸附空气中的水蒸气，当再次通电时需要预热几分钟使水蒸气蒸发后，气敏电阻才能正常工作。再
47、通电工作时气敏电阻值达到稳定时所需要的时间，定义为初期稳定时间。一般情况下，不通电时间越长，初期稳定时间也越长，当不通电存放时间达到15天左右时，初期稳定时间一般需要5分钟左右。(c)加热特性半导体烟雾传感器一般要在较高的温度(200450C)下工作，所以需要对其加热。由于传感器一般工作在易燃易爆环境下，若加热丝直接与电源相接，当加热丝局部短路造成器件过热或放电时，可能引发事故。所以必须使用传感器生产厂家推荐的加热电压，使其工作在较安全的范围内。MQ-2型烟雾传感器加热电压为50.2V,加热电阻为313?。当加热丝断路时，由于热惰性缘故，烟雾传感器的气敏特性并不立即消失，此时检测必出现较大的误差
