基于单片机的烟雾检测报警系统设计[毕业论文+Proteus电路]

机电设计毕业论文：基于单片机的烟雾检测报警系统设计含论文，Proteus电路仿真

基于单片机的烟雾检测报警系统设计[毕业论文+Proteus电路]

摘要

本文设计的用单片机控制的烟雾检测报警系统，是采用催化燃烧效应原理的探头制成的烟雾浓度测量及报警的仪器，适用于家庭、中小型煤矿、农村沼气池等存在可燃气体的场所，进行多种可燃气体（液化石油气、氢气、甲烷）在空气中的浓度测量，系统能够根据可燃气体报警界限进行声、光报警，并留有可直接使用的扩展功能端口，可以根据用户的需要用于安全控制装置（排风、鸣笛等）。

系统由带有A/D转换模块及看门狗模块的单片机、敏感元件、前置小信号放大电路、显示电器、键盘电路、声光报警电路、模式切换电路、电源电路、继电器控制电路等组成。其中单片机为系统的核心，完成数据的采集、处理、输出、显示等功能；双通道模式的敏感元件用于准确检测烟雾的含量，其输出与烟雾浓度对应的电压信号；小信号放大电路用于放大敏感元件输出的电压；显示电路用于显示烟雾的浓度；键盘电路用于调整报警界限及消音；报警电路用于对超限的烟雾进行声光报警；模式切换电路用于切换测量哪种可燃烟雾（液化石油气、氢气、甲烷）；电源电路为系统提供稳定的电压；继电器控制电路为用户需要留下扩展功能。

该系统的特点是测量气体种类多，测量范围宽，精度高；结构简单，成本低；可靠性和稳定性好；具有死机自动重启、双通道传感器测量功能，是一种电路设计新颖、参数测量准确、操作方便的多种烟雾浓度检测与报警的实用设备。

关键词：烟雾检测；传感器；单片机

Detection Alarm System of Smoke Based on Single Chip Microcomputer

ABSTRACT

The alarm system designed in this article, which is controlled by the MCU and it's used to detect the smog, it's a device which can measure the density of the smog and give an alarm using probes with the principle of combustion catalysis. It can be applied to the places such as ordinary houses, medium scale collieries, rural methane tanks where a flammable gas exists. It can measure the density of multiple kinds of flammable gases (LPG, hydrogen, methane etc.) and give an alarm (sound and light) according to the limits of the content of the flammable gases. The system also saves the port which can be directly used for the extended function and the port can be used for the safety control devices (air exhaust, whistle etc) depending on users' needs.

The system consists of a microcontroller with the A/D converter module and the Watchdog module, sensitive components, the front small-signal amplifier circuit, electrical display, keyboard circuit, sound and light alarm circuit, the mode switching circuit, power circuit, the relay control circuit, etc. Which single chip microcomputer as the core of the system, complete the data collection, processing, output, display and other functions; the sensitive element of the double channel mode for accurate detection of smoke, the output voltage signal corresponding to the smoke concentration; small the signal amplifier circuit is used to enlarge the sensitive components of the output voltage; display circuit is used to display the concentration of smoke; the keyboard circuit is used to adjust the alarm limits and silencers; the alarming circuit used to smoke to overrun audible and visual alarm; the mode switching circuit for switching measuring what kind of combustible smoke (liquefied petroleum gas, hydrogen, methane);the power circuit provide a stable voltage power supply circuit for the system; the relay control circuits need to leave behind for user extensions.

The system has lots of characteristics. Firstly, it has wide measuring range high precision; secondly, its structure is simple with low cost; thirdly, it has marvelous reliability and stability; finally, when the system crashes, it can automatically restart; what’s more, it has a double channel sensor measuring function. All in all, it’s practical equipment for detection and alarm of a variety smoke concentration with novel circuit design, accurate parameter measurement and convenient operation.

Key words：Smoke Detection; Sensor; Single Chip Microcomputer

目 录

1绪论 1
1.1论文研究来源、目的和意义 1
1.1.1论文研究来源 1
1.1.2论文研究目的和意义 1
1.2烟雾报警系统的国内外现况 2
1.3本论文的主要任务与创新思路 3
2系统的总体方案设计 5
2.1烟雾传感器的选型 5
2.1.1烟雾传感器介绍 5
2.1.2烟雾传感器的选型 8
2.1.3 MC101型烟雾传感器的工作原理 8
2.1.4 MC101型烟雾传感器的特点与技术指标 9
2.2烟雾报警系统总体设计方案 11
2.2.1烟雾检测报警系统工作原理 11
2.2.2烟雾检测报警系统的结构 11
2.2.3烟雾检测报警系统的功能 11
2.2.4烟雾检测报警系统的主要技术指标 13
3烟雾检测报警系统硬件设计 14
3.1单片机的选型 14
3.1.1单片机的选型 14
3.1.2 STC12C5410AD单片机的特点 15
3.2烟雾检测报警系统硬件电路设计 17
3.2.1信号采集及前置信号放大电路 17
3.2.2声光报警电路 18
3.2.3数码管显示电路 19
3.2.4键盘控制与模式切换控制电路 20
3.2.5安全控制装置电路 21
3.2.6直流稳压电源电路 22
3.3基于单片机的烟雾检测报警系统硬件总电路 23
4烟雾检测报警系统软件设计 24
4.1 STC12系列单片机调试及开发工具 24
4.2烟雾检测报警系统软件流程及设计 25
4.2.1主程序设计及流程图 25
4.2.2主程序初始化设计及流程图 26
4.2.3数码管显示程序设计 27
4.2.4外部中断0程序设计及流程图 27
4.2.5 T0中断程序设计及流程图 28
4.2.6 ADC中断程序设计及流程图 29
5仪器标定及误差分析 31
5.1烟雾检测报警系统标定 31
5.1.1爆炸下限（LEL）概念介绍 31
5.1.2仪器的标定 32
5.2烟雾检测报警系统误差分析 33
结论 35
参考文献 37
致谢 37
附录A 39

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

随着科技的发展，越来越多的巨大的隐患由工业生产和人们的日常生活而产生。为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。保卫社会主义现代化建设，防止火灾引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失，甚至危及生命安全。

为了减少这类事故的发生，就必须对烟雾进行现场实时检测，采用先进可靠的安全检测仪表，严密监测环境中烟雾的浓度，及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保工业安全和家庭生活安全。因此，研究烟雾的检测方法与研制烟雾报警系统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

为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。保卫社会主义现代化建设，防止火灾引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失，甚至危及生命安全。