ZigBee+CC2530无线火灾报警系统设计与实现(4)
图1：火焰传感器
烟雾传感器，在本次设计中使用的是MQ-2普敏气体烟雾传感器。其主要材料是在纯净空气下电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当温度处于200度～300度左右的高温时，传感器中的二氧化锡层将会开始和空气中的氧发生负离子吸附现象，这将会减少烟雾传感器中半导体结构内的电子密度，从而降低它的导电性。此时若与烟雾接触时，二氧化锡层周围的空气混合烟雾会发生变化，并引起电导率的变化。传感器的电导率会随着可燃性气体的增加而变高，即可根据此现象将相应的电导率转化为输出信号。
MQ-2传感器对于液化气，丙烷，氢气具有非常高的灵敏度，并且对于其他可燃性气体也能有所感应，是一种能够适应多种场合的低成本的传感器，较为符合本次实验要求。下图为MQ-2普敏气体烟雾传感器在不同气体环境中表征出的灵敏度曲线[4]。
2：MQ-2灵敏度曲线
注：LPG为液化石油气，其主要成分为丙烷和丁烷的混合物。
MQ-2传感器在物理结构上来讲主要由以下部件组成[3]：微型三氧化二铝，陶瓷管，二氧化锡敏感层，加热装置和测量电极。加热装置通过放热来提供MQ-2所需要的监测环境。整个敏感元件有6个引脚，其中有4个为了输出电平信号，剩余则用于提供加热装置所需的电流。由于传出的信号较为微弱，传感器内还设置了前置放大电路以及故障自诊断电路，前置放大电路用于对输入信号进行放大，滤波以及调整电平，借以满足整体装置对于信号强度的需求。故障自诊断电路会在传感器电压不正常时自动断路，来保护传感器不因过热烧毁。下图为传感器实物图：
3：MQ-2实物图
2．2 A/D转换器原理
A/D转换器的作用是通过特定的电路将各种传感器传来的物理模拟量转换为电压信号，在进行转换之后，输出的数字信号一般有8/10/12/16位。
A/D转换器采用以下三种方法之一进行工作：
（1）逐次逼近法 :转换器中设有逐次逼近寄存器，初始时清零，然后先从最高位开始置1，将寄存器的数据用D/A转化为模拟量和采集到的模拟量进行比较。若小于模拟量的值则保留这一位数。然后从高到低逐次循环这一过程，最终得到数字量的输出。
（2）双积分法:转换器内设有积分器，可以将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，再把此时间间隔转换成数字量，属于一种间接转换的方式。
（3）电压频率转换法:转换器内设有V/F转换电路，可以将输入的模拟电压转换成与模拟电压成正比的脉冲信号。当模拟电压Ｖi加到V/F的输入端，便产生频率F与Vi成正比的脉冲，在一定的时间内对该脉冲信号计数，时间到，统计到计数器的计数值正比于输入电压Vi，从而完成A/D转换。
2．3 ZigBee通信协议的产生和特点
Zigbee 是一种针对低功耗需求的个域网协议，它基于IEEE802.15.4标准实现，是一种适用于较短距离限制，功耗较低的技术[11]。当初之所以命名问这个名字的原因，是由于蜜蜂(bee)通过“八字舞”这样发出“嗡嗡”（zig）声音的舞蹈构成种群间通讯渠道，借以来向同伴告知事物的所在位置。
最开始的ZigBee还只是一个面向自动化控制和无线传输的一种低速率功耗成本的网络方案，但在提出不久，IEEE802.15.4也正好开始研究一种低速率的无线通讯标准的定制工作。于是在双方精诚合作的前提下，ZigBee协议标准才得以面世。
ZigBee相比蓝牙传输技术而言，通讯速率要更低。它通过电池来提供无线通讯的功能，设计之初是希望其能在无外部供电的前提下能够不间断的正常工作数个月以上。由于它支持mesh拓扑结构，因而会比蓝牙支持更大的网络规模。