1、3.2.1信号采集及前置放大电路 传感器输出信号一般比较微弱，需要经过前置电路对其进行放大、滤波、电平调整，满足单片机对输入信号的要求。本系统采用的半导体烟雾传感器属于电阻型，因此只需串联一个参考电阻，再经过一个放大电路即可发送给 ADC采集。由于系统采用的是单极性供电，所以采用同相比例放大电路，可以减少硬件开销；反之，如果采用反相放大，则一般需要利 用双极性供电，这就需要系统额外的利用变压芯片产生一个负压，这显然 会造成浪费。常见的运算放大器中， LM324价格低廉、使用简单等优点 比较突出，所以本设计中 的前置放大电路采用 LM324作为电路的运算放大器。 LM324是单片高增益四运算放大
2、器，可在较宽电压范围内的单电源 或双电源下工作，其电源电流很小且与电源电压无关，四个运放一致性好；其输入偏流电阻是温度补偿的，也不需外接频率补偿，可做到输出电平与 数字电路兼容。 下面详细介绍运算放大电路： 如图 3.2所示，从传感器的上端出来的信号 Vi 经过运算放大器的同相 输入端，但是为保证引入的是负反馈，输出电压 Vo 通过电阻 R4 接到反相输入端，同时，反相输入端通过电阻R3接到参考电压 Vref。 同相比例运算 电路中反馈的组态为电压串联负反馈，同样可以利用理想运放工作在线性区时的两个特点来分析其电压放大倍数。 在图 3.2 中，根据运放的“虚短”和“虚断”的特点可知， I- =
3、 I+ = 0， 所以 V- = Vo*R3/R3 + R4 +Vref*R4/R3 + R4 (3-1) 而且 V- = V+ = Vi Vo = Vi*（ R3 + R4） /R3 (3-2) 由以上两式可求出 Vo=Vref-R4/R3 (3-3) 所以本放大电路的放大倍数 A =1+ R4 R3 ，此放大电路为同相比例放大电路，它的放大倍数总是大于或等于 1。同相比例运算电路有以下几个特点： (1)同相比例运算放大电路是一个深度的电压串联负反馈电路。因为不存在“虚地”现象，所以其输入端有较高的共模输入电压。 (2)电压放大倍数 A =1+ R4 R3 ，即输出电压与输入电压的幅值成正比
4、，且相位相同，所以此电路实现了同相比例放大。如果不接 R3 和 R4，则此电 路就成了“电压跟随器”，它可以减少电路模块间由于阻抗引起的干扰。 (3)由于引入了深度电压串联负反馈，因此电路的输入阻抗很高 ，输出阻抗很低。高输入阻抗就可以减少放大电路对前端电路的影响，同时低输出阻抗也可以提高自身的抗干扰性，这显然有利于电路中其他模块的设计。 此放大电路还加了参考电压，引入了零点调节功能，这样可以更方便 的调整由于不同传感器导致的零点变化问题。它利用滑动变阻器产生一个参考电压 Vref，再利用电压跟随器把电压输入到运算放大电路的电压参考 端。所以调节滑动变阻器，就可以直接改变放大电路的参考电压。而
5、电压跟随器的作用就如上面介绍的，它只是用来匹配阻抗用的，防止 R3和 R4对滑动变阻器输出电压的影响。 图 3.2前置放大电路图 3.2.2声音报警电路 声音报警电路图如图 3.3所示。报警装置采用无源压电式 KM3712x型蜂鸣器 26，较一般的蜂鸣器体积大，声音响亮，适用于家用煤气报警器的报警声音源。当单片机 STC12C5410AD的 17脚 (P3.7)置 1时，三极管 Q1导通，蜂鸣器报警。本报警器采用单片机 STC12C5410AD的 PWM功能，如果烟雾浓度达到报警限，单片机控制 P3.7(PWM)口输出占空比一定 的脉冲，报警时蜂鸣器会发出如警车警笛的声音。 图 3.3声音报警
6、电路图（略） 3.2.3数码管显示电路 报警器浓度显示采用共阳数码管。显示浓度级别，其主要技术参数如下： 模块工作电压： 2.75.5V 工作电流： 80ma,每段 10ma 字高： 11.4mm环境相对湿度： 85 视角： 6:00 工作温度： -10+50 C 显示方式：反射式正显示存储温度： -20 +60 C 接口方式： 8线并行接口 图 3.11 数码管结构图（略） 3.2.4状态指示灯及控制键电路 状态指示灯及控制键电路图如图 3.5所示。单片机 STC12C5410AD的 18脚 (P1.0)、 12脚 (P2.4)、13脚 (P2.5)，控制输出的状态指示灯。绿灯常亮表示正常状
7、态，环境中可燃烟雾浓度极低。黄灯闪亮表示传感器加热丝或者电缆发生断线或者接触不良。红灯闪亮表示环境中可燃烟雾浓度超 过报警限值，提醒用户尽快作相应安全措施。 当烟雾浓度超过报警限，报警器发出鸣叫，用户到达现场，可按下按键停止报警器鸣叫。若过一点时间浓度仍超出报警限，报警器会再次鸣叫提醒用户。 图 3.5 状态指示灯电路图 图 3.6 控制按键连接示意图 3.2.5报警器故障自诊断电路 (1)判断传感器电源连接情况 在传感器的地端串联一个电阻 R6。当传感器正常连接时，电阻和传感器分压，此时电阻两端有微弱的电压，单片机可以通过 P1.1(AD)口检测到；如果传感器电源连接不正常，则会产生断路，检测到电阻两端电压为 0。 图 3.7 传感器电源连接自诊断电路 (2)判断传感器信号端连接情况 另一种情况是判断传感器信号端是否连接正确，此时不需要外加电路，在传感器预热 2分钟后，测量传感器信号的输出电压，如果电压为 5V，则说明传感器的信号端连接不正常。 当报警器自诊断发现传感器连接不 正常，就会发出长鸣声音警报，并伴随黄灯闪烁，提醒用户及时排除传感器连接问题。
