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第二章 烟雾检测报警器的方案设计 2.1烟雾检测报警器设计思路 烟雾检测报警器是能够检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.烟雾传感器的选型在下一节详细介绍.单片机作为硬件电路 的核心,它的选型将在

第三章详述. 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;

(f)制造成本低,使用与维护方便. 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、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,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;