畢業論文設計基于STC12C5410AD單片機的煙霧報警系統設計摘要為了提高對傳感器的認識和了解，尤其是對煙霧傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實用、廣泛和典型的原則而設計了本系統。本文利用單片機結合傳感器技術而開發設計了這一煙霧報警系統，它是以STC12C5410AD單片機和MQ2型半導體電阻式煙霧傳感器為核心設計的煙霧報警器可實現聲光報警、故障自診斷、濃度顯示、報警限設置、延時報警及與上位機串口通信等功能。是一種結構簡單、性能穩定、使用方便、價格低廉、智能化的煙霧報警器。具有一定的實用價值。關鍵詞煙霧；報警器；STC12C5410AD；傳感器SMOKEALARMSYSTEMBASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTERWANGQINGHAIMECHANICALANDELECTRONICENGINEERINGDEPARTMENTOFDEZHOUUNIVERSITY,DEZHOUSHANDONG,253023ABSACTINORDERTOIMPROVETHESENSORSUNDERSTANDINGANDTHEUNDERSTANDING,ESPECIALLYFORTHESMOKESENSORRESEARCHANDITSUSAGEANDUSE,BASEDONPRACTICAL,ANDTHEPRINCIPLEANDDESIGNTHETYPICALSYSTEMINTHISPAPER,COMBINEDWITHTHEUSEOFSINGLECHIPSENSORTECHNOLOGYDEVELOPMENTANDDESIGNOFTHESMOKECONTROLSYSTEM,WHICHISBASEDONSTC12C5410ADANDMQ2TYPESEMICONDUCTORRESISTORTYPESMOKESENSORASTHECOREDESIGNOFTHESMOKEALARMCANREALIZESOUNDLIGHTALARM,FAULTDIAGNOSIS,THECONCENTRATIONDISPLAY,ALARMLIMITSETTINGS,ALARMANDPCSERIALCOMMUNICATIONSANDOTHERFUNCTIONSISAKINDOFSIMPLESTRUCTURE,STABLEPERFORMANCE,CONVENIENTOPERATION,LOWPRICE,INTELLIGENTSMOKEALARMHASACERTAINPRACTICALVALUEKEYWORDSSMOKEALARM,STC12C5410AD,SENSOR目錄1緒論111概述112現狀12煙霧檢測報警器的方案設計121煙霧檢測報警器設計思路122煙霧傳感器的選型223煙霧檢測報警器整體設計方案33煙霧檢測報警器的硬件設計531核心芯片選擇532煙霧檢測報警器硬件電路設計64煙霧檢測報警器的軟件設計1141STC12系列單片機調試及開發工具1142煙霧檢測報警器軟件流程及設計125實驗誤差分析19結論20參考文獻21謝辭23基于單片機的煙霧報警系統設計德州學院機電系，山東德州2530231緒論11概述火災自動報警系統，一般由火災探測器、區域報警器和集中報警器組成；火災探測器是探測火災的儀器，由于在火災發生的階段，將伴隨產生煙霧、高溫和火光。這些煙、熱和光可以通過探測器轉變為電信號報警或使自動滅火系統啟動，及時撲滅火災。區域報警器能將所在樓層的探測器發出的信號轉換為聲光報警，并在屏幕上顯示出火災的房間號；同時還能監視若干樓層的集中報警器（如果監視整個大樓的則設于消防控制中心）輸出信號或控制自動滅火系統。集中報警是將接收到的信號以聲光方式顯示出來，其屏幕上也具體顯示出著火的樓層和房間號，機上停走的時鐘記錄下首次報警時間性，利用本機專用電話，還可迅速發出指示和向消防隊報警。此外，也可以控制有關的滅火系統或將火災信號傳輸給消防控制室。12現狀消防報警產品是一個系列產品，包括火災探測設備、信息傳輸設備、報警分析控制器、消防控制聯動。是物理傳感技術、自動控制、計算機技術、數據傳輸和管理、智能樓宇等技術的綜合集成，屬于高新技術。依托中國多年的基本建設的發展，這個行業也得到發展，具備了和國外知名企業抗衡的能力。在目前中國許多冠名以高新技術的行業中，中國企業大多做的是下游的制造和服務，分取極少一部分的利潤，像消防報警產品那樣又擁有自我知識產權，又擁有大量市場的行業其實是很少的。2煙霧檢測報警器的方案設計21煙霧檢測報警器設計思路煙霧檢測報警器是能夠檢測環境中的煙霧濃度，并具有報警功能的儀器，儀器的最基本組成部分應包括煙霧信號采集電路、模數轉換電路、單片機控制電路。煙霧信號采集電路一般由煙霧傳感器和模擬放大電路組成，將煙霧信號轉化為模擬的電信號。模數轉換電路將從煙霧檢測電路送出的模擬信號轉換成單片機可識別的數字信號后送入單片機。單片機對該數字信號進行濾波處理，并對處理后的數據進行分析，是否大于或等于某個預設值也就是報警限，如果大于則啟動報警電路發出報警聲音，反之則為正常狀態。為方便檢測與監控，使儀器測試人員及用戶能夠直觀地觀察到環境中的可燃煙霧濃度值，可將濃度值送到顯示屏中。方便調節報警限，可以加入按鍵。為使報警裝置更加完善，可以在聲音報警基礎上，加入光閃報警，變化的光信號可以引起用戶注意，彌補嘈雜環境中聲音報警的局限。以上是根據報警器應具備的功能，提出的整體設計思路。煙霧傳感器及單片機是可燃煙霧檢測報警器的兩大核心，根據報警器功能的需要，選擇合適、精確、經濟的煙霧傳感器及單片機芯片是至關重要的1。煙霧傳感器的選型在下一節詳細介紹。單片機作為硬件電路的核心，它的選型將在第三章詳述。22煙霧傳感器的選型煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是氣電變換器，它將可燃性氣體在空氣中的含量即濃度轉化成電壓或者電流信號，通過A/D轉換電路將模擬量轉換成數字量后送到單片機，進而由單片機完成數據處理、濃度處理及報警控制等工作。傳感器作為煙霧檢測報警器的信號采集部分，是儀表的核心組成部分之一。由此可見，傳感器的選型是非常重要的。221煙霧傳感器介紹1煙霧傳感器的分類煙霧傳感器種類繁多，從檢測原理上可以分為三大類A利用物理化學性質的煙霧傳感器如半導體煙霧傳感器、接觸燃燒煙霧傳感器等。B利用物理性質的煙霧傳感器如熱導煙霧傳感器、光干涉煙霧傳感器、紅外傳感器等。C利用電化學性質的煙霧傳感器如電流型煙霧傳感器、電勢型氣體傳感器等。2煙霧傳感器應滿足的基本條件一個煙霧傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實體，也可以是由多個不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個完整的煙霧傳感器都必須具備以下條件A能選擇性地檢測某種單一煙霧，而對共存的其它煙霧不響應或低響應；B對被測煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內的煙霧濃度；C對檢測信號響應速度快，重復性好；D長期工作穩定性好；E使用壽命長；F制造成本低，使用與維護方便2。222煙霧傳感器的選定煙霧檢測報警器主要應用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、噴漆作業等易發生可燃煙霧泄漏的場所，根據報警器檢測煙霧種類的要求，一般選用接觸燃燒式煙霧傳感器和半導體煙霧傳感器。使用接觸燃燒式傳感器，其探頭的阻緩及中毒，是不可避免的問題。阻緩是當在煙霧與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質的情況下，則有可能在無焰燃燒的同時，有些固態物質附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應緩慢反應滯緩，靈敏度降低。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環境中有得到某種程度的恢復的可能，但是如果長期暴露在這樣的環境中，其靈敏度會不斷下降，導致傳感器最終喪失檢測煙霧的能力。中毒是如果環境空氣中含有硅烷之類的物質時，則傳感器將使催化元件產生不可逆轉的中毒，以致靈敏度很快就喪失。當懷疑檢測環境中存在這些物質時，經常對探頭進行標定，是必須且有效的辦法。因此，經常對傳感器進行標定，是保證其準確性的必要的途徑。一般連續使用兩個月后應對傳感器進行量程校準，這種經常性對傳感器的維護，無形中加大了工作人員的工作量，同時增加了報警器的維護成本3。半導體煙霧傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器以及用單晶半導體器件制作的煙霧傳感器，它具有靈敏度高，響應快、體積小、結構簡單，使用方便、價格便宜等優點，因而得到廣泛應用。半導體煙霧傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性抗干擾性和穩定性使用壽命4。經過對比上述兩種煙霧傳感器的應用特性，發現半導體煙霧傳感器的優點更加突出靈敏度高、響應快、抗干擾性好、使用方便、價格便宜，且不會發生探頭阻緩及中毒現象，維護成本較低等。因此，本設計采用半導體煙霧傳感器作為報警器煙霧信息采集部分的核心。而在眾多半導體氣體傳感器中，本設計選用MQ2型煙霧傳感器，這種型號的傳感器不但具備一般半導體煙霧傳感器靈敏度高、響應快、抗干擾能力強、壽命長等優點，而且只需要簡單的驅動電路。23煙霧檢測報警器整體設計方案231煙霧檢測報警器工作原理本論文中的煙霧檢測報警器以STC12C5410AD單片機為控制核心，采用MQ2型電阻式半導體傳感器采集煙霧信息。首先，傳感器送來的煙霧濃度對應的微小的電壓信號經過放大，轉化成較大的電壓信號送入STC12C5410AD單片機；然后，在STC12C5410AD單片機內A/D轉換、濃度比較，對數據進行線性化處理，將數字化電壓信號轉化成為對應的十進制濃度值；最后，將實際可燃性氣體濃度送入液晶，并判斷濃度值是否超出報警限，當濃度處于正常狀態綠燈長亮，當煙霧濃度超出設定的限定值時，發出聲音報警并伴隨紅燈閃亮。另外由于煙霧傳感器需要在加熱狀態下工作，溫度越高，反應越快，響應時間和恢復時間就越快。為提高響應時間，保證傳感器準確地、穩定地工作，報警器需要向煙霧傳感器持續輸出一個5V的電壓。為了保證其可靠性，在輸出5V的電壓的同時，進行故障監測。當傳感器加熱絲或電纜線發生斷線或接觸不良時，進行故障報警，發出聲光報警信號。232煙霧檢測報警器的結構為適應家庭和工業等場所對可燃性易爆煙霧安全性要求，設計的可燃性煙霧報警器不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應具有顯示可燃煙霧濃度、故障自檢、延時報警功能及可接計算機進行現場遠測和實時控制等功能。其目標是在傳統的煙霧報警器的基礎上，盡量提高準確性，降低成本，縮小體積5。報警器系統結構框圖如圖1所示，系統以單片機為核心，配合外圍電路共同完成信號采集、濃度顯示、時間顯示、狀態顯示、聲音及閃爍報警、按鍵輸入、故障自檢等功能。報警器采用巡檢的工作方式，進行兩級報警值設定，并發出不同的光、聲信號。系統應采用高性能的單片機，要求工作穩定、測量精度高、通用性強、功耗低，保證報警器的精確性及可靠性，而且最好體積小，成本低有利于減少報警器的體積，降低報警器的成本。傳感器放大電路A/D轉換單片機狀態指示燈聲音報警濃度顯示按鍵串口通信圖1可燃性氣體檢測報警器結構框圖233煙霧檢測報警器的功能1自診斷故障報警功能當傳感器加熱絲或者電纜線發生斷線或者接觸不良的情況時，報警器發出警報，并且黃色指示燈閃爍，提醒用戶檢查傳感器或者電路線接觸情況，及時排除故障，保證安全。2煙霧濃度顯示通過液晶屏顯示可燃煙霧的濃度值，并且可以切換到設置狀態，通過鍵盤設置或者更改報警限值，以便于用戶或檢測人員隨時觀測煙霧濃度及更改報警限。3煙霧報警功能當煙霧濃度連續20秒取值都在報警限值之上，蜂鳴器開始報警，且聲音越來越急促，并且伴隨紅燈閃爍。因為人對變化的信號更為敏感，所以變化的聲音及燈光更容易引起用戶的注意。4防止報警器誤報功能快速重復檢測及延時報警可以區別出是管道中可燃煙霧的泄漏，還是由于打開閥門時的微量煙霧的散失。5看門狗自檢單片機狀態功能調用單片機中的看門狗程序，定時檢查單片機工作狀態，一旦發現單片機出現死循環狀態，立即復位，保證報警器工作正常。6與上位機通訊功能可以實現與計算機串口通訊，對報警器采取統一控制，以及便于采集和處理數據，也可以在計算機上更改報警限值等。7自動控制相關安全裝置的擴展功能留有繼電器接口，可以帶動排風扇或大功率蜂鳴器，也可以控制管道電子閥門，可在報警的同時自動啟動相關安全裝置。3煙霧檢測報警器的硬件設計31核心芯片選擇在報警器的設計中，單片機是其核心部件。它一方面要接收來自傳感器送來的煙霧濃度對應的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對兩種信號分別進行處理，控制后續電路進行相應動作；與此同時查詢是否有鍵按下的請求。在單片機完成這些的工作中，尤其是將模數轉換后的信號做數字濾波，再進行線性化處理，然后送LCD顯示這一過程的軟件實現比較復雜，要求單片機具備較快的運算速度，使檢測人員能夠較準確地觀測到煙霧濃度，并根據情況做進行相應處理。并且也要考慮選擇低價實用的機型，并為研制同一系列的低功耗產品做準備。根據多方面的比較，本設計選用宏晶科技生產的STC12系列單片機中集成FLASH較大的STC12C5410AD。STC12C5410AD單片機具有以下特點（1）增強型8051內核。（2）10KBFLASH程序存儲器。（3）2KB數據FLASH（EEPROM）。（4）512BRAM。（5）兩個16位定時/計數器。（6）最多27根I/O口線。（7）全雙工異步串行口（UART）。（8）高速同步通信端口（SPI）。（9）8通道10位ADC。（10）4通道PWM/可編程計數器陣列/捕獲/比較單元（PWM/PCA/CCU）。（11）MAX810專用復位電路和硬件看門狗6。圖2STC12C5410AD單片機的引腳圖32煙霧檢測報警器硬件電路設計321信號采集及前置放大電路傳感器輸出信號一般比較微弱，需要經過前置電路對其進行放大、濾波、電平調整，滿足單片機對輸入信號的要求。本系統采用的半導體煙霧傳感器屬于電阻型，因此只需串聯一個參考電阻，再經過一個放大電路即可發送給ADC采集。由于系統采用的是單極性供電，所以采用同相比例放大電路，可以減少硬件開銷；反之，如果采用反相放大，則一般需要利用雙極性供電，這就需要系統額外的利用變壓芯片產生一個負壓，這顯然會造成浪費。常見的運算放大器中，LM324價格低廉、使用簡單等優點比較突出，所以本設計中的前置放大電路采用LM324作為電路的運算放大器。LM324是單片高增益四運算放大器，可在較寬電壓范圍內的單電源或雙電源下工作，其電源電流很小且與電源電壓無關，四個運放一致性好；其輸入偏流電阻是溫度補償的，也不需外接頻率補償，可做到輸出電平與數字電路兼容。下面詳細介紹運算放大電路如圖3所示，從傳感器的上端出來的信號VI經過運算放大器的同相輸入端，但是為保證引入的是負反饋，輸出電壓VO通過電阻R4接到反相輸入端，同時，反相輸入端通過電阻R3接到參考電壓VREF。同相比例運算電路中反饋的組態為電壓串聯負反饋，同樣可以利用理想運放工作在線性區時的兩個特點來分析其電壓放大倍數。在圖3中，根據運放的“虛短”和“虛斷”的特點可知，II0，所以VVOR3/R3R4VREFR4/R3R41而且VVVIVOVI（R3R4）/R32所以本放大電路的放大倍數A1R4/R3，此放大電路為同相比例放大電路，它的放大倍數總是大于或等于1。同相比例運算電路有以下幾個特點1同相比例運算放大電路是一個深度的電壓串聯負反饋電路。因為不存在“虛地”現象，所以其輸入端有較高的共模輸入電壓。2電壓放大倍數A1R4/R3，即輸出電壓與輸入電壓的幅值成正比，且相位相同，所以此電路實現了同相比例放大。如果不接R3和R4，則此電路就成了“電壓跟隨器”，它可以減少電路模塊間由于阻抗引起的干擾。3由于引入了深度電壓串聯負反饋，因此電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。高輸入阻抗就可以減少放大電路對前端電路的影響，同時低輸出阻抗也可以提高自身的抗干擾性，這顯然有利于電路中其他模塊的設計。此放大電路還加了參考電壓，引入了零點調節功能，這樣可以更方便的調整由于不同傳感器導致的零點變化問題。它利用滑動變阻器產生一個參考電壓VREF，再利用電壓跟隨器把電壓輸入到運算放大電路的電壓參考端。所以調節滑動變阻器，就可以直接改變放大電路的參考電壓。而電壓跟隨器的作用就如上面介紹的，它只是用來匹配阻抗用的，防止R3和R4對滑動變阻器輸出電壓的影響。圖3前置放大電路322聲音報警電路聲音報警電路圖如圖4所示。報警裝置采用無源壓電式KM3712X型蜂鳴器7，較一般的蜂鳴器體積大，聲音響亮，適用于家用煤氣報警器的報警聲音源。當單片機STC12C5410AD的17腳P37置1時，三極管Q1導通，蜂鳴器報警。本報警器采用單片機STC12C5410AD的PWM功能，如果煙霧濃度達到報警限，單片機控制P37PWM口輸出占空比一定的脈沖，報警時蜂鳴器會發出如警車警笛的聲音。圖4聲音報警電路圖323數碼管顯示電路報警器濃度顯示采用共陽數碼管。顯示濃度級別，其主要技術參數如下模塊工作電壓2755V工作電流80MA,每段10MA字高114MM環境相對濕度85視角600工作溫度1050C顯示方式反射式正顯示存儲溫度2060C接口方式8線并行接口圖5數碼管結構圖324狀態指示燈及控制鍵電路狀態指示燈及控制鍵電路圖如圖6和圖7所示。單片機STC12C5410AD的18腳P10、12腳P24、13腳P25，控制輸出的狀態指示燈。綠燈常亮表示正常狀態，環境中可燃煙霧濃度極低。黃燈閃亮表示傳感器加熱絲或者電纜發生斷線或者接觸不良。紅燈閃亮表示環境中可燃煙霧濃度超過報警限值，提醒用戶盡快作相應安全措施。當煙霧濃度超過報警限，報警器發出鳴叫，用戶到達現場，可按下按鍵停止報警器鳴叫。若過一點時間濃度仍超出報警限，報警器會再次鳴叫提醒用戶。圖6狀態指示燈電路圖圖7控制按鍵連接示意圖325報警器故障自診斷電路1判斷傳感器電源連接情況在傳感器的地端串聯一個電阻R6。當傳感器正常連接時，電阻和傳感器分壓，此時電阻兩端有微弱的電壓，單片機可以通過P11AD口檢測到；如果傳感器電源連接不正常，則會產生斷路，檢測到電阻兩端電壓為0。圖8傳感器電源連接自診斷電路2判斷傳感器信號端連接情況此時不需要外加電路，在傳感器預熱2分鐘后，測量傳感器信號的輸出電壓，如果電壓為5V，則說明傳感器的信號端連接不正常。當報警器自診斷發現傳感器連接不正常，就會發出長鳴聲音警報，并伴隨黃燈閃爍，提醒用戶及時排除傳感器連接問題8。4煙霧檢測報警器的軟件設計41STC12系列單片機調試及開發工具本系統的軟件編程使用的是美國KEILSOFTWARE公司出品的KEILC51，是51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢。KEILC51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全WINDOWS界面。另外重要的一點，KEILC51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。C51工具包的整體結構中，VISION與ISHELL分別是C51FORWINDOWS和FORDOS的集成開發環境IDE，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發流程。開發人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標文件OBJ。目標文件可由LIB51創建生成庫文件，也可以與庫文件一起經C51連接定位生成絕對目標文件ABS。ABS文件由OH51轉換成標準的HEX文件，以供調試器DSCOPE51或TSCOPE51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。STC12系列單片機下載程序使用的是宏晶科技自行開發的STC單片機ISP下載編程軟件。本論文程序調試過程中，使用的是STCISPV31版。ISP工具的功能主要是將由PC機串接來的8位并行數據與單片機的串行數據進行相互轉換，以實現PC機與STC12C5410AD的RXD及TXD口通訊。當用戶將源程序匯編語言或C語言經語法檢查無誤并生成代碼時，就可以將程序代碼下載到FLASH芯片中，而用戶的系統可以是在線狀態。用戶可以通過調試環境軟件的人機對話界面，在程序中設置斷點，在STC12C5410AD中，可以同時設置3個硬件斷點，它是經過串口的傳輸，由芯片中的幾組斷點條件寄存器實現的。用戶可以通過調試環境軟件的人機對話界面，檢查或修改FLASH芯片內的各種存儲器、寄存器的數據9。42煙霧檢測報警器軟件流程及設計在論文中，軟件解決的主要問題是檢測煙霧傳感器的煙霧濃度信號，然后對信號進行AD轉換，數字濾波，線性化處理，段式液晶濃度顯示，按鍵功能設置，以及報警器聲光警報。421主程序設計及流程圖主程序流程圖如圖9所示。首先要給傳感器預熱三分鐘，因為MQ2型半導體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時間后，再次通電時，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時間預熱。程序初始化結束后，系統進入監控狀態。本論文的主程序設計先對傳感器預熱三分鐘，預熱同時，對傳感器加熱絲故障檢測，采用軟件方式檢測傳感器加熱絲或電纜線是否斷線或者接觸不良。STC12C5410AD單片機對傳感器檢測的煙霧濃度信號進行A/D轉換、平均值法濾波、線性化處理后，將濃度值與報警限設定值相比較，判斷是否報警。同時送入段式液晶顯示煙霧濃度值。主程序還包括狀態指示燈及按鍵功能設置，中斷子程序等，使報警器功能更加完善，給用戶帶來便利。Y開始初始化傳感器預熱、故障檢測鍵盤處理報警限設置報警子程序平均值法濾波線性化處理設置指示燈狀態YN是否按下模式切換A/D轉換N是否超過報警限濃度顯示圖9主程序流程圖422主程序初始化流程圖主程序初始化流程圖如圖10所示。給傳感器預熱后，程序開始執行初始化子程序，這部分實現的功能包括各種I/O口輸入輸出狀態的設定、寄存器初始化、中斷使能等。首先設定定時初值50MS，利用IAP寫入EEPROM，作為取值間隔。然后設置定時器0，選擇方式1。方式1狀態下定時器的工作寄存器TH1、TL1是全16位參與操作。接下來定時器0中斷允許位置1，打開定時器0，關閉蜂鳴器，開啟綠燈，設置報警限初值。開始定時器初始化開中斷關閉蜂鳴器，打開綠燈設定初值YN是否保持報警初值返回圖10主程序初始化流程圖423中位值平均濾波法數字濾波子程序設計及流程圖在煙霧傳感器對煙霧濃度采樣時，可能會遇到尖脈沖干擾的現象。干擾通常只影響個別采樣點的數據，此數據與其他采樣點的數據相差比較大。如果采用一般的平均值法，則干擾將“平均”到計算結果上去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾而引起的煙霧濃度采樣值的偏差。為此，可采取中位值平均濾波法又稱防脈沖干擾平均濾波法，先對N個采樣數據進行比較，去掉其中的最大值和最小值，然后計算余下的N2個數據的算術平均值。這種方法既可濾去脈沖干擾又可濾去小的隨機干擾。保證報警器檢測煙霧濃度的準確性，減小誤報、錯報的可能。在實際應用中，N可取任何值，但為了加快測量計算速度，本論文數字濾波的設計中N取10。即調用A/D連續進行10次采樣，去掉其中的最大值和最小值，計算其余8個值的平均值，將這個平均值送入寄存器。中位值平均濾波法的程序流程圖如圖11所示。開始設定采樣次數調用A/D采樣求第二個到第九個采樣值的累加和將累加和求平均值送入寄存器NY已達到設定次數將采樣值排序圖11濾波子程序流程圖424插值法線性化處理子程序設計及流程圖在單片機測控系統中，使用之前必須進行靜態標定，以得到輸出信號與被測信號的關系輸出曲線，用來作為使用過程中的計量依據。但是標定時輸出曲線往往不是一條理想的直線，所以要對標定曲線進行線性化處理，用一條擬合直線近似代替輸出曲線，線性化是智能儀表的典型功能之一。該報警器主要針對甲烷煙霧檢測，在軟件線性化處理時，以傳感器對甲烷的響應曲線為依據。本論文報警器使用的MQ2型傳感器的電阻是隨著煙霧濃的升高而降低的，因此輸入單片機的電壓也是隨之降低的。圖12為單片機采集電壓值與煙霧濃度百分比的對應曲線，可以看出，電壓值與煙霧濃度之間是非線性的關系，為了實時顯示煙霧濃度需要對其進行線性化處理。在誤差許可范圍內，根據標定曲線形狀，以及單片機處理能力，把曲線分成若干小段，對每小段分別線性化。圖12單片機采集電壓值與煙霧濃度百分比線性化曲線根據分段線性插值法求輸入單片機的某一電壓值對應的煙霧濃度的公式如下FXFXIXXI（FXI1FXI）/（XI1XI）I1,2,3N3式中，N為所分區間個數，FX為實際煙霧檢測濃度，X為實際氣體檢測濃度對應的電壓值，XI是區間的下限濃度對應電壓值，XI是區間的上限濃度對應電壓值，FXI為區間下限煙霧濃度值，FXI1為區間上限煙霧濃度值。根據公式4設計分段插值法線性化程序流程圖如圖13所示。圖45分段插值法分段插值線形化程序流程圖線形化程序流程圖開始讀取濾波電壓X查表并確定X所在電壓區間求電壓值X與所在區間下限差MXI求X所在區間的上下限濃度值的差ZFXI1FXI求上下限電壓值的差XDI1XI求Z與XD的比KZ/XD求出K與X的和SKXM求出FXFXIS保存濃度值返回圖13分段插值法線形化程序流程圖425報警子程序設計及流程圖當煙霧濃度超過報警設定值時，報警器發出一種近似警笛的鳴叫聲，對應通道的紅燈閃亮，以提示操作人員采取安全對策或自動控制相關安全裝置，從而保障生產安全，避免火災和爆炸事故的發生。為防止誤報，在程序設計上，對煙霧濃度進行快速重復檢測和延時報警，以區別出是管道中煙霧的泄漏，還是由于暫短打開閥門產生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報。報警子程序流程圖如圖14所示。圖14報警子程序流程圖NYNYY開始讀取處理后的氣體濃度值延遲20秒后采集一組數據YN是否大于20傳感器故障自診斷傳感器有問題返回啟動故障報警復位鍵是否按下是否大于20N啟動燃氣泄漏報警426控制按鍵設計子程序及流程圖本報警器設計附加一個按鍵，功能分別為確定消音。按鍵處理子程序流程圖如圖15所示。開始掃描鍵值是否有鍵按下延時10MS消抖是否有鍵按下提取鍵值調用鍵盤處理子程序結束NNYYY圖15鍵盤處理子程序流程圖5實驗誤差分析在測量儀器的實際使用中，造成誤差的來源很多，通常是多種誤差源綜合作用的結果。就本儀器而言，誤差來源主要有軟件和硬件兩個方面。軟件誤差主要來自以下兩個方面1A/D轉換量化誤差STC12C5410AD單片機的內部A/D轉換器為12BIT，輸入單片機模擬電壓信號037V，參考電壓25V，A/D轉換器對輸入模擬信號的最大分辨率為000061V，因此可得A/D轉換誤差為0016。2數字濾波過程中的有限字長效應在中位值平均濾波法數字濾波過程中，用到了乘法和除法運算，因此在運算過程中，由于字長有限而不能保留原有數據的有效位數會出現舍入誤差，由于累計計算會造成計算誤差。本儀器使用數據的計算全部是由STC12C5410AD完成的，可以直接執行1616BIT定點乘法和3216BIT定點除法運算，所以有限字長造成的誤差對于本系統而言，可以忽略不計。硬件誤差主要來自以下四個方面1傳感器非線性誤差本系統選用MQ2型半導體電阻式煙霧傳感器，煙霧濃度與輸出電壓存在一定的非線性，使用折線插值方法進行線性化處理，誤差數據參見圖12。2電子元器件參數的離散性、溫度不穩定性造成的誤差傳感器輸出信號一般比較微弱，需要過數據采集前置電路對其進行放大、濾波、電平調整，滿足單片機對輸入信號的要求。運放誤差是造成前置放大誤差的主要原因，運放的輸入失調電壓，輸入失調電流是影響電路精度的重要因素。本設計選用高輸入阻抗、低噪聲的放大器，可以滿足要求。另外所選的阻容器件都是經過精確測量后再焊接上去的，并經過仔細調試以獲得最佳性能。3電源造成的誤差雖然系統采用直流電源供電，但電源不可避免地殘留一定的交流成分而形成噪聲信號它們對測控系統的正常運行危害很大。本系統選用ACDC電源模塊，將220V市電轉化為5V直流電壓，分別給模擬電路和數字電路供電。為了盡量減小噪聲，數字地和模擬地要一點接地，每個芯片的電源就近接退耦電容。4環境、外部噪聲引起的誤差環境因素包括環境溫度、濕度、空氣中的塵埃等。對本系統來說，空氣中的成分對系統的探頭和單片機及其外圍電路影響很小，在進行測量時不用進行補償。但環境溫度、濕度對傳感器有一定的影響。但是溫濕度的影響相對于系統5LEL的精度要求，可以忽略不計。另外，系統還受到各種外部電磁噪聲的干擾，設計上，把探測器與控制器之間的信號線用屏蔽電纜連接。在電路板布線時，注意抗干擾設計。結論煙霧檢測報警器可保障生產與生活的安全，避免火災和爆炸事故以及煤氣中毒的發生，它是防火、防爆和安全生產所必備的儀器，具有廣闊的市場空間與發展前景。本論文在對煙霧傳感器和報警技術進行深入研究的基礎上，全面比較國內外同類產品的技術特點，合理地確定系統的設計方案。本論文設計的煙霧報警器由煙霧信號采集電路與單片機控制電路兩大部分構成。根據設計要求、使用環境、成本等因素，選用MQ2型半導體電阻式煙霧傳感器。該傳感器是對以烷類煙霧為主的多種煙霧有良好敏感特性的廣譜型半導體敏感器件。它的靈敏度適中，具有響應與恢復特性好，長期工作穩定性、重現性、不易受環境影響及抗溫濕度影響等優點。在系統單片機控制電路的設計上，采用了高性能、高整合度的STC12C5410AD單片機作為核心芯片，充分利用了其高速數據處理能力和豐富的片內外設，實現了儀器的小型化和智能化。使儀器具有結構簡單、性能穩定、體積小、成本低等優點。由于煙霧傳感器需要在加熱狀態下工作，溫度越高，反應越快，響應時間和恢復時間就越快。為提高響應時伺，保證傳感器準確地、穩定地工作，需要向煙霧傳感器持續供給5V的加熱電壓。為了保證傳感器加熱工作的可靠性，當傳感器加熱絲斷線或傳感器接觸不良時，能夠進行故障報警。煙霧報警器能在較寬的溫度范圍工作，可將煙霧濃度顯示用LCD顯示。當煙霧的濃度達到設定的濃度時，發出聲光報警。還具有故障自診斷功能快速重復檢測和延時報警功能。報警器還可以與上位機PC進行通信，實時傳輸煙霧濃度檢測數據，由上位機記錄保存，也可以利用上位機完成實現遠程實時檢測和控制等功能。在本論文研制的報警器的基礎上，可以再做適當的功能擴展，使可燃性煙霧報警器的功能更加完善，安全性更高，使用更加方便等。為了能夠進一步提高安全性，可以在自動聲光報警的基礎上，實現帶動煙霧管道關斷等功能。應用程序以C語言編寫，充分利用芯片資源，提高了測量精度和代碼執行效率，減小了代碼容量，采用中位值平均數字濾波算法對經A/D轉換后的數字信號進行濾波處理。這種方法既可濾去脈沖干擾又可濾去小的隨機干擾，不但最大限度地排除現場噪聲干擾，降低煙霧報警器誤報概率，而且易于在單片機中實現。參考文獻1陳連生可燃煙霧探測器及其設置安裝要領J石油工程建設1996123252張保衛,尚家峰,趙金水燃氣報警器的分類與選擇J山東消防,2003827283彭軍傳感器與檢測技術M西安電子科技大學出版社,20032633154謝望煙霧傳感器技術的現狀和發展趨勢J儀器儀表用戶,2006,135125李永生,楊莉玲半導體氣敏元件的選擇性研究J傳感器技術,20023136宏晶科技深圳STC12C5410AD系列單片機器件手冊EB/OLHTTP/WWWMCU2MEMORYCOM，20007于冶會對調整儀表用蜂鳴器振動規范的探討J傳感器世界,2000135388何衍慶控制系統分析設計和應用M化學工業出版社,200320219陳曉莉,張俊濤KEILC51單片機仿真器的設計J微計算機信息嵌入式與SOC,2006,221920一、選題目的和意義火災是指在時間或空間上失去控制的燃燒所造成的災害。在各種災害中，火災是最經常、最普遍地威脅公眾安全和社會發展的主要災害之一。人類能夠對火進行利用和控制，是文明進步的一個重要標志。火，給人類帶來文明進步、光明和溫暖。但是，失去控制的火，就會給人類造成巨大的災難。本系統是一個由單片機控制的火災煙霧濃度、溫度檢測系統，它將傳感器輸出地電壓信號進行A/D轉換、濾波、線性化，由單片機將電壓值轉換為氣體濃度和溫度送LED顯示，并判斷是否超過報警上限，若超過，則發出聲光報警。同時用戶可以自己設定報警上限和定時時間，使用戶可以根據實際情況方便的掌握安全狀況。本系統的設計能夠及時監測到系統故障和環境中有無火災，火災一旦發生將實現聲光報警，并采取有效措施控制火情的發展，將火災消滅在萌芽狀態，以確保人身財產安全，最大限度地減少損失。二、本選題在國內外的研究現狀和發展趨勢自本世紀80年代開始，隨著電子產品在人類生活中的使用越來越廣泛，由此引起的火災也越來越多，在我們生活的四周到處潛伏著火災隱患。目前國內廠家多偏重用于大型倉庫、商場、高級寫字樓、賓館等場所大型火災報警系統的研發，他們采用集中區域報警控制方式，其系統復雜、成本較高。而在居民住宅區、機房、辦公室等小型防火單位，需要設置一種單一或區域聯網、廉價實用的火災自動探測報警裝置，因此，研制一種結構簡單、價格低廉的語音數字聯網火災報警器是非常必要的。三、課題設計方案1目標通過設計一個以STC12C5410AD單片機為核心外加MQ2型半導體電阻式煙霧敏感器件的火災報警器可以實現聲光報警、故障自診斷、濃度顯示、報警限設置、延時報警及與上位機串口通信等功能。是一種結構簡單、性能穩定、使用方便、價格低廉、智能化的火災報警器，具有一定的實用價值。2內容對煙霧報警系統進行整體功能分析，實現硬件和軟件設計，對所選芯片做簡單介紹，分模塊實現各部分功能。3研究途徑和方法通過對課題的分析，然后進行市場調研，對現用煙霧報警器控制系統的優缺點進行研究，確定論文的結構和設計所需的軟硬件。四、計劃進度安排起止日期20111082012430201110820111024擬定設計（論文）題目2011102420111031設計（論文）題目論證20111112011113指導教師與畢業學生見面，下達工作任務20111132011122市場調研，對現用煙霧報警器控制系統的優缺點分析，找出需改進的地方，完成開題報告2011122120111231確定系統的總體方案研制和硬件的選擇。2012112012112確定論文的架構2012224201234煙霧報警器控制系統硬件電路設計2012352012320煙霧報警器控制系統軟件編程設計20123212012331撰寫畢業設計（論文），完成設計（論文）初稿2012412012415提交中期檢查表20124162012430根據指導教師修改意見進行設計（論文）修改，并最終定稿201251201257上交論文20125192012520參加答辯五、主要參考文獻1陳連生可燃煙霧探測器及其設置安裝要領J石油工程建設1996123252張保衛,尚家峰,趙金水燃氣報警器的分類與選擇J山東消防,2003827283彭軍傳感器與檢測技術M西安電子科技大學出版社,20032633154謝望煙霧傳感器技術的現狀和發展趨勢J儀器儀表用戶,2006,135125李永生,楊莉玲半導體氣敏元件的選擇性研究J傳感器技術,20023136宏晶科技深圳STC12C5410AD系列單片機器件手冊EB/OLHTTP/WWWMCU2MEMORYCOM，20007于冶會對調整儀表用蜂鳴器振動規范的探討J傳感器世界,2000135388何衍慶控制系統分析設計和應用M化學工業出版社,200320219陳曉莉,張俊濤KEILC51單片機仿真器的設計J微計算機信息嵌入式與SOC,2006,221920指導教師意見及建議簽名年月日教學單位領導小組審批意見組長簽名年月日畢業論文（設計）的進度計劃201110820111024擬定設計（論文）題目2011102420111031設計（論文）題目論證20111112011113指導教師與畢業學生見面，下達工作任務20111132011122市場調研，對現用煙霧報警器控制系統的優缺點分析，找出需改進的地方，完成開題報告2011122120111231確定系統的總體方案研制和硬件的選擇。2012112012112確定論文的架構2012224201234煙霧報警器控制系統硬件電路設計2012352012320煙霧報警器控制系統軟件編程設計20123212012331撰寫畢業設計（論文），完成設計（論文）初稿2012412012415提交中期檢查表20124162012430根據指導教師修改意見進行修改，并最終定稿完成情況到現在為止，我通過查找資料和指導老師的指導完成了以上部分內容，使我對煙霧報警器控制系統有了更為深刻的了解，通過軟、硬件的設計和整體調試，使我積累了更豐富的經驗。下一步將要撰寫論文準備參加答辯。指導教師評議簽名年月日備注GANEMPLOYMENTTRIBUNALCLAIEMPLOYMENTTRIBUNALSSORTOUTDISAGREEMENTSBETWEENEMPLOYERSANDEMPLOYEESYOUMAYNEEDTOMAKEACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNALIFYOUDONTAGREEWITHTHEDISCIPLINARYACTIONYOUREMPLOYERHASTAKENAGAINSTYOUYOUREMPLOYERDISMISSESYOUANDYOUTHINKTHATYOUHAVEBEENDISMISSEDUNFAIRLYFORMOREINFORMATIONABOUTDISMISSALANDUNFAIRDISMISSAL,SEEDISMISSALYOUCANMAKEACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNAL,EVENIFYOUHAVENTAPPEALEDAGAINSTTHEDISCIPLINARYACTIONYOUREMPLOYERHASTAKENAGAINSTYOUHOWEVER,IFYOUWINYOURCASE,THETRIBUNALMAYREDUCEANYCOMPENSATIONAWARDEDTOYOUASARESULTOFYOURFAILURETOAPPEALREMEMBERTHATINMOSTCASESYOUMUSTMAKEANAPPLICATIONTOANEMPLOYMENTTRIBUNALWITHINTHREEMONTHSOFTHEDATEWHENTHEEVENTYOUARECOMPLAININGABOUTHAPPENEDIFYOURAPPLICATIONISRECEIVEDAFTERTHISTIMELIMIT,THETRIBUNALWILLNOTUSUALLYACCEPTIIFYOUAREWORRIEDABOUTHOWTHETIMELIMITSAPPLYTOYOU,TAKEADVICEFROMONEOFTHEORGANISATIONSLISTEDUNDERFURTHERHELPEMPLOYMENTTRIBUNALSARELESSFORMALTHANSOMEOTHERCOURTS,BUTITISSTILLALEGALPROCESSANDYOUWILLNEEDTOGIVEEVIDENCEUNDERANOATHORAFFIRMATIONMOSTPEOPLEFINDMAKINGACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNALCHALLENGINGIFYOUARETHINKINGABOUTMAKINGACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNAL,YOUSHOULDGETHELPSTRAIGHTAWAYFROMONEOFTHEORGANISATIONSLISTEDUNDERFURTHERHELPIFYOUAREBEINGREPRESENTEDBYASOLICITORATTHETRIBUNAL,THEYMAYASKYOUTOSIGNANAGREEMENTWHEREYOUPAYTHEIRFEEOUTOFYOURCOMPENSATIONIFYOUWINTHECASETHISISKNOWNASADAMAGESBASEDAGREEMENTINENGLANDANDWALES,YOURSOLICITORCANTCHARGEYOUMORETHAN35OFYOURCOMPENSATIONIFYOUWINTHECASEIFYOUARETHINKINGABOUTSIGNINGUPFORADAMAGESBASEDAGREEMENT,YOUSHOULDMAKESUREYOURECLEARABOUTTHETERMSOFTHEAGREEMENTITMIGHTBEBESTTOGETADVICEFROMANEXPERIENCEDADVISER,FOREXAMPLE,ATACITIZENSADVICEBUREAUTOFINDYOURNEARESTCAB,INCLUDINGTHOSETHATGIVEADVICEBYEMAIL,CLICKONNEARESTCABFORMOREINFORMATIONABOUTMAKINGACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNAL,SEEEMPLOYMENTTRIBUNALSTHELACKOFAIRUPTHEREWATCHMCAYMANISLANDSBASEDWEBB,THEHEADOFFIFASANTIRACISMTASKFORCE,ISINLONDONFORTHEFOOTBALLASSOCIATIONS150THANNIVERSARYCELEBRATIONSANDWILLATTENDCITYSPREMIERLEAGUEMATCHATCHELSEAONSUNDAY“IAMGOINGTOBEATTHEMATCHTOMORROWANDIHAVEASKEDTOMEETYAYATOURE,“HETOLDBBCSPORT“FORMEITSABOUTHOWHEFELTANDIWOULDLIKETOSPEAKTOHIMFIRSTTOFINDOUTWHATHISEXPERIENCEWAS“UEFAHASOPENEDDISCIPLINARYPROCEEDINGSAGAINSTCSKAFORTHE“RACISTBEHAVIOUROFTHEIRFANS“DURINGCITYS21WINMICHELPLATINI,PRESIDENTOFEUROPEANFOOTBALLSGOVERNINGBODY,HASALSOORDEREDANIMMEDIATEINVESTIGATIONINTOTHEREFEREESACTIONSCSKASAIDTHEYWERE“SURPRISEDANDDISAPPOINTED“BYTOURESCOMPLAINTINASTATEMENTTHERUSSIANSIDEADDED“WEFOUNDNORACISTINSULTSFROMFANSOFCSKA“AGEHASREACHEDTHEENDOFTHEBEGINNINGOFAWORDMAYBEGUILTYINHISSEEMSTOPASSINGALOTOFDIFFERENTLIFEBECAMETHEAPPEARANCEOFTHESAMEDAYMAYBEBACKINTHEPAST,TOONESELFTHEPARANOIDWEIRDBELIEFDISILLUSIONMENT,THESEDAYS,MYMINDHASBEENVERYMESSY,INMYMINDCONSTANTLYALWAYSFEELONESELFSHOULDGOTODOSOMETHING,ORWRI