基于单片机的烟雾报警系统 - 图文(14)

(1)0%~10%LELf(x)=?0.50x+3.70 (2)10%~20%LELf(x)=?0.50x+3.61 (3)20%~40%LELf(x)=?1.50x+3.90 (4)40%~50%LELf(x)=?3.2x+4.58 (5)50%~60%LELf(x)=?3.7x+4.83 (6)60%~80%LELf(x)=?4.05x+5.04

(7)80%~100%LELf(x)=?9.00x+9.00

经实验的标定，实际烟雾浓度与显示浓度误差对比如表5.2所示：

表5.2分段线性化误差数据

浓（%LEL） 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 度浓度误差 浓（%LEL） 度浓度误差 0 3 -1 4 3 -1 5 3 2 5

50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 5 3 0 2 3 5 -2 4 3 5 根据误差计算公式X=i，在本实验中N为20，计算本报警器显示烟雾浓度与实际浓度之间的误差为2.55%，在所规定误差范围±5%之内。因此，本论文中的

可燃性报警器满足检测要求。

5.2 实验误差分析

在测量仪器的实际使用中，造成误差的来源很多，通常是多种误差源综合作用的结果。就本仪器而言，误差来源主要有软件和硬件两个方面。 软件误差主要来自以下两个方面：

(1)A/D转换量化误差STC12C5410AD单片机的内部A/D转换器为12bit，输入单片机模拟电压信号0~3.7V，参考电压2.5V，A/D转换器对输入模拟信号的最大分辨率为2.5212?1=0.00061V，因此可求得A/D转换误差为0.00061=0.00016=0.016%。

(2)数字滤波过程中的有限字长效应在中位值平均滤波法数字滤波过程中，用到了乘法和除法运算，因此在运算过程中，由于字长有限而不能保留原有数据的有效位数会出现舍入误差，由于累计计算会造成计算误差。本仪器使用数据的计算全部是由STC12C5410AD完成的，可以直接执行16×16bit定点乘法和32÷16bit定点除法运算，所以有限字长造成的误差对于本系统而言，可以忽略不计。 硬件误差主要来自以下四个方面： (1)传感器非线性误差

本系统选用MQ-2型半导体陶瓷式烟雾传感器，烟雾浓度与输出电压存在一定的非线性，使用折线插值方法进行线性化处理，误差数据参见表5.1和图4.5。 (2)电子元器件参数的离散性、温度不稳定性造成的误差

传感器输出信号一般比较微弱，需要过数据采集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。运放误差是造成前置放大误差的主要原因，运放的输入失调电压，输入失调电流是影响电路精度的重要因素。本设计选用高输入阻抗、低噪声的放大器，可以满足要求。另外所选的阻容器件都是经过精确测量后再焊接上去的，并经过仔细调试以获得最佳性能。 (3)电源造成的误差

虽然系统采用直流电源供电，但电源不可避免地残留一定的交流成分而形成

噪声信号.它们对测控系统的正常运行危害很大。本系统选用ACDC电源模块，将220V市电转化为5V直流电压，分别给模拟电路和数字电路供电。为了尽量减小噪声，数字地和模拟地要一点接地，每个芯片的电源就近接退耦电容。 (4)环境、外部噪声引起的误差

环境因素包括环境温度、湿度、空气中的尘埃等。对本系统来说，空气中的成分对系统的探头和单片机及其外围电路影响很小，在进行测量时不用进行补偿。但环境温度、湿度对传感器有一定的影响。但是温湿度的影响相对于系统5%LEL的精度要求，可以忽略不计。另外，系统还受到各种外部电磁噪声的干扰，设计上，把探测器与控制器之间的信号线用屏蔽电缆连接。在电路板布线时，注意抗干扰设计。

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