课程设计说明书 第I页
烟雾检测报警系统电子电路设计
摘 要
随着科技的进步，我们的日常生活中出现了许多容易燃烧的物品，为了提前发现并阻止火灾的发生，防止和减少火灾引起的事故。故设计出本系统根据火灾发生时的特征即烟和热，利用M-Q2烟雾传感器检测烟雾，当检测到烟雾浓度较高时，通过单片机处理实现报警，并通过MAX485实现与上位机通信，实现上位机对下位机的分布式监控。本系统下位机有信号采集模块，报警模块，串口通信模块组成，上位机通过VB界面对下位机进行监控。整个系统效果还是比较好的，反应也较快，测量结果比较准确。
以STC89C51单片机和M-Q2烟雾传感器为核心设计的烟雾报警器可实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警及与上位机串口通信等功能。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。
关键字：烟雾传感器， STC89C51单片机，报警模块，串口通信
课程设计说明书 第II页
目 录
1 绪论 ........................................................................................................................................ 1 1.1 课题描述 .......................................................................................................................... 1 1.2 设计任务与要求 .............................................................................................................. 1 1.3 基本工作原理及框图 ...................................................................................................... 1 2 相关芯片及硬件电路设计 .................................................................................................... 2 2.1电路元件清单 ................................................................................................................... 2 2.2电源电路的设计 ............................................................................................................... 3 2.3光电传感器装置的设计 ................................................................................................... 4 2.4声音报警电路 ................................................................................................................... 5 2.5 数码管显示电路 .............................................................................................................. 6 2.6烟雾检测模块电路 ........................................................................................................... 7 2.7单片机的最小系统的设计 ............................................................................................... 8 3 整体电路 .............................................................................................................................. 9 总 结 .................................................................................................................................... 11 致 谢 .................................................................................................................................... 12 参考文献 .................................................................................................................................. 13 附录1 程序 ........................................................................................................................... 14
课程设计说明书 第1页
1 绪论 1.1 课题描述
本课题利用光电检测技术设计出一套烟雾检测报警系统。光电传感器中光发射管与光敏接收管成90°排列，是电路中重要环节之一。当没有烟雾时光发射管发出的光不会
被光敏管接收到，当有烟雾时，光被漫反射，光发射管发出的光部分会被光敏管接收到。
在保持安全监测时，可根据光被漫反射后，光敏管接收到的光的强弱，通过光电转换电路及放大电路输出，经数字电路，51系列单片机判断，指令寄存或驱动数码管显示，亦可报警。也可用接口电路，将数据传输到上位机。烟雾检测报警装置是能够检测环境中的烟雾浓度并具 有报警功能的仪器。该报警装置是石油化学工业、有气体泄漏可能的生产工厂及家庭防火防爆必备的仪器[1]。 1.2 设计任务与要求
为了提前发现和阻止火灾发生，防止和减少火灾引起的燃烧、爆炸等事故，造成社会严重的经济损失，甚至危及人的生命安全。因此，研究烟雾的检测方法与烟雾报警器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题。本设计中的烟雾报警电路是能够检测环境中的烟雾浓度并具有声光报警功能的电路。该报警电路是石油化学工业、有气体泄漏可能的生产工厂及家庭防火防爆必备的仪器。因此研究新型、性能稳定、准确监测可燃性气体，并符合国家相关规定的报警器具有极其重要得意义[2]。 设计任务：
1．设计一个光电传感器装置，当有烟雾时，光被漫反射，光发射管发出的光部分会被光敏管接收到，根据光电信号强弱，经数字电路、单片机数字被送至显示电路显示，或被报警。
2．设计要求画出电路原理图（或仿真电路图）；元器件及参数选择；电路仿真与调试。
3．制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。
4．编写设计报告，写出设计与制作过程，附上资料和图纸，有心得体会。 1.3 基本工作原理及框图
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
课程设计说明书 第2页
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[3]。
半导体烟雾传感器的突出优点：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[4]。
烟雾检测报警系统电子电路框图如图1所示。
传感器 放大电路A/D 转换电路 单片机 状态指示灯 声音报警器 浓度显示 串行口 四个按键 安全控制装置
图1 烟雾检测报警系统电子电路框图
2 相关芯片及硬件电路设计 2.1电路元件清单
烟雾检测报警系统元件清单如表1所示。
表1 元件清单
序号 1 2 3 4 元器件类型 电源 变压器 定值电阻 可变电阻 元器件规格 12V蓄电池 单相变压器100KVA 金属膜电阻 滑动变阻器 数量 1 1 13 2 备注
课程设计说明书 第3页
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 极性电容 二极管 固定电容 稳压器 开关 晶振 报警器 烟雾传感器 多谐振荡器 单片机 运算放大器 数码管 开关 发光二极管 电解电容 二极管IN148 瓷片电容 可调式三端稳压器CW317 闸刀开关 石英晶体谐振器 蜂鸣器 M-Q2型传感器 555定时器 STC89C51 LM324高增益四运算放大器 SMS0403四位段式液晶 按键开关 磷砷化镓发光二极管 5 6 2 1 1 2 1 1 1 1 2 1 4 3 2.2电源电路的设计
本系统使用外部220V交流供电，经过变压器变压，桥式整流和电容滤波以及可调试三端稳压器CW317调节后，可以输出连续可调的直流电压，可输出9V。
可调式三端稳压器CW317，其特征参数Vo =1.2V～3.7V， Iomax=1.5V，最小输入、输出压差（Vi-Vo）min=3V，最大输入、输出压差（Vi-Vo）max= 40V。R1与RP1组成电压输出调节电路[5]。
电源电路图如图2所示：
烟雾检测报警系统电子电路设计
