江麗，鄒波

（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學院，湖南衡陽，421002）

1 報警器原理與電路設(shè)計

1.1 報警器的設(shè)計原理

本次設(shè)計高鐵維生環(huán)境報警器是一個能精確檢測高鐵運行過程中其高鐵車廂 中維生環(huán)境有害氣體情況，同時有報警系統(tǒng)的檢測設(shè)備。該設(shè)施有五個模板組建 分別為：列車有害氣體警報信號的采集控制電路、最小單片機控制系統(tǒng)、CO，CO2,甲醛檢測電路、聲光報警控制電路。高鐵中的甲醛二氧化碳、一氧化碳、濕度和 溫度并不是一成不變的。因此說對于車廂內(nèi)的不同空氣指標進行實時的監(jiān)控是非 常必要的。當車廂內(nèi)溫度相較于正常值較低時，會對電加熱器功能進行自動開啟，對室內(nèi)溫度進行提高。當空氣中二氧化碳、一氧化碳的濃度較高時，會通過Led屏幕的方式對報警信息進行顯示，然后高鐵乘務(wù)人員對空氣凈化器進行開啟。當車廂內(nèi)的濕度較低時，加濕器會自動開啟，對空氣濕度進行增加。

本設(shè)計主要零部件包括溫度傳感器和測控器，溫度傳感器采用 DHT11 溫度傳 感器、MH-Z19B 二氧化碳傳感器、ZE08-CH20甲烷傳感器測控系統(tǒng)采用單片機控制器 89C52，LED顯示，聲光報警器采用三極管c9012驅(qū)動。

圖1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)方案圖

圖2 件電路原理圖

1.2 DHT11溫濕度傳感器

本研究中的溫濕度數(shù)值采集器選擇了溫濕度數(shù)字型傳感器dht11，它有效集 成了溫濕度傳感技術(shù)和數(shù)字模塊采集技術(shù)。傳感器的組成包括了ntc測溫元件和電阻式感濕氣件，能夠靈活地連接到單片機上。另外也有著較高的性價比，較強的干擾抵抗能力。同時再響應(yīng)方面也有著腳快的速度，這一產(chǎn)品的封裝選擇了單 排引腳，因此更加便于使用。Dht11在投放到市場之前，都需要進行非常嚴密的濕度校準，然后將各方面校準系數(shù)在otp內(nèi)存里進行儲存，當運用信號進行檢測時，在調(diào)用時更加方便。單線串行接口是芯片的主要接口方式，在進行系統(tǒng)集成 過程中，能夠更好地和單片機形成作用。另外，其有著較遠的傳輸距離，較低的 功耗。這一傳感器沒有非常高的精度，相應(yīng)的就會使得資源得以解省，另外不需 要太多的I/O接口，因此本設(shè)計選擇了這一傳感器。

1.3 氣體傳感器及其電路設(shè)計

ZE08-CH2O甲醛模組具備諸多的功能和優(yōu)勢，在線性輸出方面是非常卓越的。 同時也能夠補償溫度，抗干擾能力也比較出色，穩(wěn)定性較強。同時，能夠?qū)﹄妷?信號進行模擬，對UART進行提供，有較長的使用壽命，較高的分辨率。因此，在設(shè)計中檢測甲醛傳感器選擇了這一器件。

圖3 氣體傳感器電路設(shè)計

本研究中選擇的二氧化碳傳感器是bMH-Z19B串口輸出型傳感器。這一傳感器能夠檢測0到1萬ppm的二氧化碳濃度范圍，對于設(shè)計要求能夠較好的實現(xiàn)。本設(shè)計中的co氣體傳感器選擇了電化學一氧化碳ZE16-CO傳感器，能夠檢測的氣體范圍是0到500ppm，同時具備報警效果，可以根據(jù)環(huán)境的要求對濃度報警閥值進行設(shè)定。以報警狀態(tài)引腳對高電平進行輸出。這一模組能夠以窗口的方式 對Co的濃度值進行輸出，有著更加精準的探測結(jié)果，能夠以定量的方式較好的探測一氧化碳。

1.4 單片機最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件形成單片機。同時能夠保障系統(tǒng)的正常運行?；?2單片機來看，其最低規(guī)格的系統(tǒng)通常情況下，包括晶振電路、單片機、復位電路單片機最小系統(tǒng)模塊以STC89C52為核心，包含電源供電電路、單片機復位電路、時鐘電路。電源電路為5V直流供電，同時也完成對最小系統(tǒng)所有模塊的供電。高電平復位對于stc89c52單片機來說比較認可。當系統(tǒng)聯(lián)通電源之后，電路由電阻r和電容c1組成，并對電流進行充放。按下按鈕以后，vcc會通過AI1并到達rst這一芯片的引角，然后以手動的方式復位系統(tǒng)。電容c3、電容c2、晶振xtal組成了時鐘電路。在系統(tǒng)中時鐘電路所發(fā)揮的功能是對工作周期進行提供，在工作時，c2和c3這兩個電容發(fā)揮的作用就是對干擾進行消除。因為本設(shè)計 中選取了12MHz晶振，因此，1/12μs為系統(tǒng)的振蕩周期;1μs～4μs為指令周期。

系統(tǒng)的電源由電源電路供給，保障系統(tǒng)能夠有效運轉(zhuǎn)。系統(tǒng)的關(guān)鍵部分就是單片機，I/O接口電路、儲存器以及微處理器集成了電路芯片，繼而使得系統(tǒng)的計算和 控制要求得以滿足。在運用超聲波對距離進行測量模塊中提供了不小于10μs的高電平，基于高電平在回波信號的反應(yīng)時間，通過定時技術(shù)對聲波的傳播時間t進行精確計算；以溫度控制和檢測模塊對環(huán)境溫度t進行實時檢測，實時補償氣體有效地計算出濃度。以LED控制顯示模塊對具體的時間進行顯示。然后基于所得到的結(jié)果對是否需要進行聲光報警進行判斷，以此類推，進而就能夠精確實時檢測氣體的濃度。

1.5 聲光報警器

聲光報警器（Audible and visual alarm），是為了滿足用戶對聲光報警器的響度和報警器安裝位置的安全性等特殊要求而設(shè)計安裝的。同時發(fā)出了聲光報警器的信號。

蜂鳴器和Led構(gòu)成聲光報警器。變壓器溫度異常時，聲光報警，信號燈亮。亮度閃光、報警聲音響亮、音調(diào)可選。體積小，重量輕?？砷L時間連續(xù)使用，工作可靠、穩(wěn)定。經(jīng)久耐用，音量高因此，易于遠距離時傳遞信號音。系統(tǒng)中聲光報警模塊原理。一個蜂鳴器驅(qū)動電路、一個紅燈指示電路、一個綠燈指示電路構(gòu)成了聲光報警模塊。Vcc和紅色和綠色指示燈相連接，然后蜂鳴器的另一端分別以r8電阻和r6電阻的單片機p1.2、p1.1相連，當這兩個端口輸出的是低電平時，則指示燈亮。一個pnp管運用于風鳴器驅(qū)動電路之中，Pnp基極和p1端口相連，當其輸出的為高電瓶時，驅(qū)動電路會通過蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲。當液位始終處于合理的范圍內(nèi)時，LED會將相應(yīng)的數(shù)值顯示出來，系統(tǒng)綠燈發(fā)亮。當這一值超出范圍時，蜂鳴器會有聲音發(fā)出，系統(tǒng)紅色指示燈亮。氣體濃度的含量會通過LED顯示出來，能夠?qū)ο到y(tǒng)的運行狀態(tài)進行有效指示，進而更好地檢測氣體的實施濃度。

圖4 聲光報警模塊