测控综合试验4--烟雾报警系统

南京邮电大学 自动化 学院 实 验 报 告 实验名称：  烟雾报警系统      课程名称： 测控技术与仪器专业综合实验 所在专业：  测控技术与仪器  学生姓名：    方川            班级学号：  B12050507        任课教师：    戎舟              2014 /2015 学年第 二 学期 实验地点：    教5-214                  实验学时：8 摘要：本系统实现了一种烟雾等有害气体检测报警并显示的装置。本系统采用的烟雾传感器MQ-2，利用该传感器的电导率随空气中可燃气体浓度增加而增大的特性，通过简单的电路即可将电导率的变换转换为与该气体浓度相对应的输出电压。并将输出电压经过A/D转换由单片机采集，再通过单片机串口发送至上位机，在LabVIEW中显示有害气体浓度曲线并实现报警。实验结果表明本系统能够对空气中有害气体浓度的检测以及报警快速而准确的实现。 1、实验目的 1、理解烟雾信号的测试原理，掌握烟雾传感器模块的使用 2、掌握数据采集芯片的原理和使用 3、掌握相应的软硬件设计方法。 二、实验内容 采用烟雾传感器模块，以单片机为核心，结合AD转换模块，实现烟雾信号的传感、采集、数据处理和报警。 3、实验设备 （1）计算机                        1台 （2）SL-1型51单片机综合试验箱      1台 （3）MQ-2气体传感器模块            1个 （4）ADC0809芯片                    1个 四、实验硬件原理 1.系统结构 系统框图如图1所示： Aout  INT0 图1    烟雾报警系统框图 MQ-2模块经AOUT口输出电压信号，经过ADC0809将模拟信号转换为数字信号，通过单片机串口，发送至计算机，上位机由LabVIEW接收单片机从串口发送过来的数据，实时显示测试的数据，同时可以控制AD转换的开始和停止。根据需要设定相应门限，当当前烟雾浓度大于门限值时则报警。 2.所用芯片或模块介绍 1、传感器模块 烟雾传感器采用MQ-2气体传感器，所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度增加而增大的特性，通过简单的电路即可将电导率的变换转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其他可燃蒸汽的检测也很理想。烟雾传感器模块的电路图如图2所示： 图2    MQ-2模块电路图 模块实物图如图3所示： 图3    MQ-2模块实物图 MQ-2烟雾传感器模块具有两路信号输出，一路输出模拟量，模拟量输出0~5V电压，浓度越高电压越高。一路输出TTL电平信号，TTL输出有效信号为低电平（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机），图3中，电位器只针对TTL输出灵敏度进行调节，顺时针调节灵敏度高，逆时针调节，灵敏度低。 2、ADC0809芯片 （1）主要特性 1）8路8位A/D转换器，即分辨率8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100μS。 4）单个+5V电源供电。 5）模拟输入电压范围0~+5V，不需要零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-40~+85摄氏度 7）低功耗，约15mW. (2)内部结构 ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图4所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8路开关树型D/A转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其他一些电路组成。因此，ADC0809可处理8路模拟量的输入，且具有三态输出鞥能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与TTL兼容。 图4    ADC0809内部结构框图 （3）外部特性（引脚功能） D7~D0：8位数字量输出引脚 INT0~INT7:8位模拟量输入引脚 VCC：+5V工作电压 GND：地 REF（+）：参考电压正端 REF（-）：参考电压负端 START：A/D转换启动信号输入端。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；转换期间，ST保持低电平。 ALE：地址锁存允许信号输入端，高电平有效。当ALE为高电平时，地址锁存器与译码器将A,B,C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A,B,C为地址输入线，用于选通INT0~INT7上的一路模拟量输入。 EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平 OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。OE=1.输出转换得到的数据；OE=0，输出数据线呈高阻状态。 CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz），由外界提供。 ADC0809引脚图如图5所示： 图5    ADC0809引脚图 3.电路图和实物图 图6  烟雾报警系统实物图 五、软件程序 5.1下位机程序流程图 ‘1’                                          ‘2’ 图7 下位机流程图 定时器初始化是为了给ADC0809提供500KHz的时钟信号，串口接收上位机发送的指令，‘1’则进行AD转换并发送数据给上位机，‘2’则关闭AD转换。 单片机程序见附件电子稿，这里只说明LabVIEW程序。 5.2LabVIEW程序 LabVIEW串口通信具体程序如图8所示： 图8  LabVIEW串口通信程序 六、实验数据及结果分析 设定报警门限值为30时，实验结果如下图所示： 图9  系统无报警 图10    系统报警 七、总结及体会 这次试验，遇到了很多问题，比如单片机串口中断一开始总是接收不到上位机的指令，排查后发现是定时器中断频率太快且优先级高导致串口中断不能正常响应，于是通过现将定时器关闭来人为地将定时器中断优先级拉低。同时A/D转换一开始也存在很大问题，原因是ALE地址锁存引脚没有接对地方，对照AD转换时序，应将ALE引脚接到START引脚，这时转换出的数据才正确。