基于STC89C52單片機的滅火垃圾桶設計

盧俞帆 莊心怡

摘要：近年來，隨著國內煙民數量的增加，加上許多煙民朋友由于習慣于將未滅的煙頭隨手丟進路邊的垃圾桶而引起諸類火災，對公共財產安全及路邊行人的人身安全都造成了極大的隱患。對此，我們應用所學的知識設計出了一款簡易自動感應煙霧并噴水的垃圾桶模型。本款滅火垃圾桶以煙霧報警裝置為核心，包括其他基本外部附件如：垃圾桶箱體和水箱等。煙霧報警裝置以STC89C52單片機為中央處理器，對硬件電路進行設計和改進，使其功能更加完善。系統硬件電路主要分為數據收集、聲音報警電路、狀態指示燈電路、LCD1602液晶顯示電路部分。

關鍵詞STC89C52單片機；MQ-2半導體氣體煙霧傳感器；DS18B20數字溫度傳感器

一、滅火垃圾桶系統硬件

報警裝置采用延時的工作方式，煙霧檢測報警裝置以STC89C52單片機為控制核心，選用MQ-2半導體氣體煙霧傳感器采集煙霧濃度信息，配合外圍電路構成煙霧報警系統。本設計包括硬件和軟件設計兩個部分。

從設計的要求來分析該設計須包含如下結構：煙霧檢測部分、STC89C52單片機主控部分、報警部分，AD采集四大部分。電路總題框圖如圖1所示：

處理器采用51系列單片機STC89C52。整個系統是在系統軟件控制下工作的。設置在監測點上的煙霧檢測探頭將檢測到的煙霧變換成電信號，送出模擬信號，給AD采集電路采集。在單片機內，經軟件查詢、識別判決等環節實時發出煙霧報警狀態控制信號。驅動蜂鳴器及報警指示燈報警。

1.1半導體氣敏元件

在設計報警器時要求使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號，因此我們選用二氧化錫（SnO2）半導體氣敏元件。該傳感器具備一般半導體煙霧傳感器靈敏度高、電導率變化大、響應和恢復時間短、抗干擾能力強、輸出信號大、壽命長和工作穩定等優點，在市面上應用十分廣泛。

二氧化錫（SnO2）半導體氣敏元件特點：

（a）SnO2材料的物理、化學穩定性較好，與其他類型氣敏元件相比，SnO2氣敏元件壽命長、穩定性好、耐腐蝕性強。

（b）SnO2氣敏元件對氣體檢測是可逆的，而且吸附、脫離時間短，可連續長時間使用。

（c）SnO2氣敏元件結構簡單，成本低，可靠行較高，機械性能良好。

1.2 溫度采集模塊

方案1：采用PT100作為測溫電路的溫度傳感器。PT100傳感器是利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化、并呈一定函數關系的特性來進行測溫的，具有抗振動、穩定性好、準確度高、耐高壓等優點。但使用起來比較復雜。

方案2：采用DS18B20作為測溫電路的溫度傳感器。DS18B20的數字溫度輸出通過 “ 一線 ” 總線（1-Wire是一種獨特的數字信號總線協議，它將獨特的電源線和信號線復合在一起，僅使用一條口線；每個芯片唯一編碼，支持聯網尋址、零功耗等待等，是所需硬件連線最少的一種總線）這種獨特的方式，可以使多個 DS18B20方便地組建成傳感器網絡，為整個測量系統的建立和組合提供了更大可能性。它在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面比其他溫度傳感器有了很大的進步，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。通過比較，DS18B20直接輸出數字溫度值，不需要校正，因此選擇方案2。自動滅二、火垃圾桶軟件設計

主程序流程圖如下圖所示。首先要給傳感器預熱，因為MQ-2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。

在整個報警系統工作中，煙霧濃度信息經ADC0832轉換處理后，由單片機進行分析處理，判斷系統是否啟動報警。主程序還包括LCD1602濃度字符顯示功能、手動報警功能、報警濃度設定功能，中斷子程序等，使報警器功能更加完善，給用戶帶來便利。

總結

自動滅火垃圾桶的核心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MQ-2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STC89C52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。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LCD1602液晶顯示。當煙霧的濃度達到設定的濃度時，發出報警。

通過現場標定及測試，分析煙霧濃度信號的實驗數據，計算本報警器顯示煙霧濃度與實際濃度之間的誤差為2.55%LEL，在所規定誤差范圍±5%LEL之內。。

參考文獻

[1]李華.MCS一51系列單片機實用接口技術.北京航空航天大學出版社.

[2]張毅坤等.單片微型計算機原理及應用.西安電子科技大學出版社.2006.

（作者單位：華北電力大學）