火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)_畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿.doc

山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文摘 要目前，隨著電子產(chǎn)品在人類生活中的使用越來(lái)越廣泛，由此引起的火災(zāi)也越來(lái)越多，在我們生活得四周到處潛伏著火災(zāi)隱患。為了避免火災(zāi)以及減少火災(zāi)造成的損失，我們必須按照“隱患險(xiǎn)于明火，防患勝于救災(zāi)，責(zé)任重于泰山”的概念設(shè)計(jì)和完善火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，將火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)，最大限度地減少社會(huì)財(cái)富的損失。本系統(tǒng)可安裝在各防火單位，它負(fù)責(zé)不斷地向所監(jiān)視的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)車(chē)巡檢信號(hào)，監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濃度等，并不斷反饋給報(bào)警控制器，控制器將接到的信號(hào)與內(nèi)存的正常整定值比較、判斷確定火災(zāi)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、故障自診斷、濃度顯示、報(bào)警限設(shè)置、延時(shí)報(bào)警及與上位機(jī)串口通信等，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的煙霧傳感器，具有一定的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī)；火災(zāi)報(bào)警；傳感器ABSTRACTNow, with electronic products used in human life more and more widely, the resulting fire, more and more, we live in fire hazards lurking around everywhere. To avoid fires and reduce fire losses, we must follow the hidden dangers fire in prevention is better than disaster relief, the responsibility is extremely heavy, the concept design and improvement of automatic fire alarm system, fire nipped in the bud, the maximum reduce the loss of social wealth.The system can be installed in all fire units, which is responsible for continuously monitoring the site to start the inspection signal, monitor the site of temperature, concentration, and continuous feedback to the alarm controller, the controller will receive the signal and the normal memory setting value was determined by comparing to determine the fire. When fire occurs, can achieve sound and light alarm, fault diagnosis, concentration display, alarm limit settings, delay alarm and serial communication with the host computer is a simple structure, stable performance, easy to use, inexpensive, intelligent smoke sensor, has some practical value. Keywords ： SCM；fire alarm; sensorII山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文目錄摘 要IABSTRACTII目錄III緒論1 1.1 概述1 1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀1 1.3 課題研究的背景和意義3第2章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)5 2.1火災(zāi)產(chǎn)生原理及過(guò)程5 2.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)7 2.2.1 系統(tǒng)總體功能概述7 2.2.2 系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架8 2.2.3 系統(tǒng)軟件總體構(gòu)架9 2.3 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的類型10 2.4 火災(zāi)探測(cè)器的原理11第3章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)13 3.1 系統(tǒng)核心芯片選擇13 3.1.1 傳感器介紹13 3.1.2 ISD1420語(yǔ)音芯片14 3.1.3 80C51芯片17 3.1.4 A/D轉(zhuǎn)換芯片21 3.1.5 數(shù)碼管顯示電路24 3.2 單片機(jī)外圍接口電路26 3.2.1 晶振電路26 3.2.2 復(fù)位電路26 3.3 數(shù)據(jù)采集電路27 3.4 信號(hào)處理電路31 3.5 報(bào)警電路32 3.5.1 語(yǔ)音報(bào)警電路32 3.5.2 光報(bào)警電路32 3.6 數(shù)碼管顯示電路34第4章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)35 4.1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境35 4.2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)36 4.2.1 主程序流程圖36 4.2.2 主程序初始化流程圖38 4.2.3 數(shù)據(jù)采集子程序39 4.2.4 火災(zāi)判斷與報(bào)警程序41結(jié)論43致 謝45附錄1 電路原理圖46附錄2 系統(tǒng)程序47附錄3 外文翻譯51IV緒論1.1 概述無(wú)線火災(zāi)傳感器硬件和軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用至關(guān)重要，作為整個(gè)系統(tǒng)的底層支持，其必然向微型化、高度集成化、網(wǎng)絡(luò)化、節(jié)能化、智能化的方向發(fā)展，近幾年，隨著計(jì)算機(jī)成本下降和微處理器體積縮小，開(kāi)發(fā)和構(gòu)造火災(zāi)智能無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)將有廣闊的應(yīng)用前景。工程試驗(yàn)結(jié)果充分顯示了技術(shù)的可行性和實(shí)現(xiàn)的有效性。隨著智能樓宇技術(shù)應(yīng)用的迅速發(fā)展，商業(yè)市場(chǎng)對(duì)火災(zāi)報(bào)警器的需求不斷增長(zhǎng)，目前主要使用的是智能型總線制分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，雖然在系統(tǒng)安裝方面比過(guò)去大大方便，但仍然不能滿足現(xiàn)代需要，其安裝成本約占設(shè)備成本的33%70%。而無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)能夠滿足目前要求，它具有安裝容易、快捷、便宜、無(wú)需布線、對(duì)建筑物表面的最小破壞性、對(duì)功能變化的易適應(yīng)性等特點(diǎn)。有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)表明：凡是安裝了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的場(chǎng)所，發(fā)生了火災(zāi)一股地說(shuō)都能及早報(bào)警，不會(huì)釀成重大火災(zāi)1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀根據(jù)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的突發(fā)性、立體性和區(qū)域不確定性,使攻防界線模糊,作戰(zhàn)方向多變,戰(zhàn)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)已有百余年的發(fā)展歷史，19世紀(jì)40年代美國(guó)誕生的火災(zāi)報(bào)警裝置標(biāo)志著火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)首次進(jìn)入人們的視野1。1890年在英國(guó)，感溫式火災(zāi)探測(cè)器研制成功并應(yīng)用于火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，標(biāo)志著火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展走上正軌2。此后，隨著世界科技取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步和各種新興技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)也相應(yīng)迅速發(fā)展，各種類型的火災(zāi)探測(cè)器相繼問(wèn)世，并日臻完善，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)也在此基礎(chǔ)上逐漸地蓬勃發(fā)展起來(lái)，其發(fā)展過(guò)程可以分為以下幾個(gè)階段:第一階段，從19世紀(jì)40年代至20世紀(jì)40年代，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)處于發(fā)展的初級(jí)階段，采用的探測(cè)器主要是感溫式的探測(cè)器，它通過(guò)采集溫度信號(hào)，然后判定是否超出設(shè)定的閡值，從而判斷是否有火災(zāi)發(fā)生。這一階段，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)簡(jiǎn)單，僅靠單一的溫度參量進(jìn)行火災(zāi)判斷。但是它易受環(huán)境中其他干擾源的影響，靈敏度低，響應(yīng)速度慢，無(wú)法判斷陰燃火災(zāi)，也無(wú)法滿足智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的要求。第二階段，20世紀(jì)40年代末，瑞士物理學(xué)家 Emst Meili研究的離子感煙探測(cè)器推出以后，引起了人們對(duì)離子感煙探測(cè)器的重視，隨后感煙探測(cè)器得到廣泛應(yīng)用，并逐漸占據(jù)了絕大部分市場(chǎng)，迫使感溫式探測(cè)器退居其次；到70年代末，光電式感煙探測(cè)器在光電技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，并很快得到大力發(fā)展，它的使用壽命長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)，沒(méi)有離子感煙探測(cè)器的放射性問(wèn)題。在這一階段，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)普遍采用多線制布局方式，布線、調(diào)試、系統(tǒng)可靠性是系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。第三階段，20世紀(jì)80年代初期，總線型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)始興起，在火災(zāi)報(bào)警領(lǐng)域中邁出了一大步，并得到了較普遍的應(yīng)用。它使得布線工作量顯著減少，安裝調(diào)試更加容易，更能精確報(bào)警定位。但是這一時(shí)期的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的智能化水平不高，采用有線連接對(duì)工程要求高。第四階段，從20世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、集成電路技術(shù)、傳感器技術(shù)及智能技術(shù)的快速發(fā)展，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)步入智能化時(shí)代，智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)迅速發(fā)展起來(lái)，各種智能型的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)相繼出現(xiàn)。模擬量可尋址技術(shù)的應(yīng)用使得火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的安全性、精準(zhǔn)性和智能性有了很大提高，在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)展史上具有里程碑的意義3。近年來(lái)，采用無(wú)線通信方式的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)在國(guó)外悄然興起。這種系統(tǒng)引入了無(wú)線電通信技術(shù)，利用無(wú)線通信方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線通信方式，將大多的電器裝置通過(guò)無(wú)線連接方式進(jìn)行信息傳輸與控制，適用于各類建筑和場(chǎng)所。無(wú)線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)起初僅用于特殊場(chǎng)合，如博物館、名勝古跡等不宜布線的場(chǎng)合，而且其價(jià)格也比較高4。隨著科技進(jìn)步和元器件成本的降低，無(wú)線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的研發(fā)和生成成本也隨之降低，它在性能和價(jià)格上都具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，其市場(chǎng)潛力已經(jīng)嶄露頭角5。在我國(guó)，采用的無(wú)線通信方式的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)日益受到重視。由于其具有安裝簡(jiǎn)便、對(duì)建筑物無(wú)損壞作業(yè)、靈活性好，易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，適用于許多場(chǎng)合，如名勝古跡、體育館、博物館、展覽中心、處于施工階段的建筑物、醫(yī)院等。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的智能性主要體現(xiàn)在火災(zāi)判決和統(tǒng)籌管理方面，一般分為分散式、集中式和分布式，分散式系統(tǒng)由非智能型控制器若干智能型探測(cè)節(jié)點(diǎn)組成，由探測(cè)節(jié)點(diǎn)完成火災(zāi)狀態(tài)的判斷;集中式系統(tǒng)由智能型控制器和若干非智能探測(cè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，探測(cè)節(jié)點(diǎn)僅將火災(zāi)參量傳送給控制器，由控制器智能地判斷火災(zāi)狀態(tài)；分布式系統(tǒng)的控制器和探測(cè)節(jié)點(diǎn)均為智能型，也是今后火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展方向6。1. 課題研究的背景和意義在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一?；馂?zāi)是世界上發(fā)生頻率較高的一種災(zāi)害，幾乎每天都有火災(zāi)發(fā)生。據(jù)聯(lián)合國(guó)“世界火災(zāi)統(tǒng)計(jì)中心(WFSC)2000統(tǒng)計(jì)資料”，全球每年大約發(fā)生火災(zāi)600萬(wàn)至700萬(wàn)次，全球每年死于火災(zāi)的人數(shù)約為65000至75000人。其中，歐美地區(qū)發(fā)生的火災(zāi)較多，死亡人數(shù)卻相對(duì)較少，這與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的生活水平以及消防技術(shù)和設(shè)施有關(guān);相比較而言，亞洲地區(qū)發(fā)生火災(zāi)次數(shù)較少，但死亡人數(shù)較多，這與亞洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度不高、消防設(shè)施不完善等因素有關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)70年代火災(zāi)年平均損失不到2.5億元，80年代火災(zāi)年平均損失接近3.2億元。進(jìn)入90年代，特別是1993年以來(lái)，火災(zāi)造成的直接財(cái)產(chǎn)損失上升到年均十幾億元，年均死亡2000多人。隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市高層、地下以及大型綜合性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)發(fā)生的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢(shì)。一旦發(fā)生火災(zāi)，將對(duì)人的生命和財(cái)產(chǎn)造成極大的危害7。嚴(yán)峻的事實(shí)證明，隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)財(cái)富日益增加，火災(zāi)給人類、社會(huì)和自然造成的危害范圍不斷擴(kuò)大，它不僅毀壞物質(zhì)財(cái)產(chǎn)，造成社會(huì)秩序的混亂，還直接危脅生命安全，給人們的心靈造成極大的傷害。殘酷的現(xiàn)實(shí)讓人們逐漸認(rèn)識(shí)到監(jiān)控預(yù)警和消防工作的重要性，良好的監(jiān)控系統(tǒng)和及時(shí)的報(bào)警機(jī)制可以大大降低人員的傷亡，為社會(huì)減少不必要的損失8?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)(FAS)就是為了滿足這一需求而研制出的，并且其自身的技術(shù)水平也在隨著人們需求的不斷地提高，在功能、結(jié)構(gòu)、形式等方面不斷地完善。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能迅速監(jiān)測(cè)火情，可發(fā)現(xiàn)人們不易發(fā)覺(jué)的火災(zāi)早期特征，可將火災(zāi)帶來(lái)的生命財(cái)產(chǎn)損失降到最低限度?；馂?zāi)發(fā)生的早期，會(huì)使得燃燒物質(zhì)分解，析出大量的有毒氣體CO，人們可能在毫無(wú)察覺(jué)火情的情況下就發(fā)生了CO中毒，從而無(wú)力逃生，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)到CO濃度的變化，為人們提供CO濃度超標(biāo)報(bào)警信息，通知人們及時(shí)疏散9。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可作為城市消防系統(tǒng)的單元，通過(guò)城市消防專用網(wǎng)與城市消防報(bào)警中心聯(lián)網(wǎng)，及時(shí)將報(bào)警信息傳遞到消防報(bào)警中心，城市消防報(bào)警中心會(huì)自動(dòng)查找到火災(zāi)發(fā)生的位置，并為消防隊(duì)員制定消防路線圖，以便消防隊(duì)員可以迅速抵達(dá)火災(zāi)地點(diǎn)10?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能對(duì)火災(zāi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確報(bào)警，有著防止和減少火災(zāi)危害、保護(hù)人身安全和財(cái)產(chǎn)安全的重要意義，有著很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。第章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)2.1火災(zāi)產(chǎn)生原理及過(guò)程火災(zāi)是一種失去人為控制的由燃燒造成的災(zāi)害，產(chǎn)生火災(zāi)的基本要素是可燃物、助燃物和點(diǎn)火源?？扇嘉镆詺鈶B(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形態(tài)存在，助燃物通常是空氣中的氧氣。根據(jù)可燃?xì)怏w與空氣混合方式不同有兩種燃燒方式，如果在燃燒前，可燃?xì)饩团c空氣均勻混和，則稱之為預(yù)混燃燒；如果可燃?xì)怏w和空氣分別進(jìn)入燃燒區(qū)邊混合邊燃燒，則稱之為擴(kuò)散燃燒。液體和固體是凝聚態(tài)物質(zhì)，難與空氣均勻混合，它們?nèi)紵幕具^(guò)程是當(dāng)從外部獲取一定的能量時(shí)，液體或固體先蒸發(fā)成蒸汽或分解出可燃?xì)怏w(如CO、H2等)的分子團(tuán)、灰燼和未燃燒的物質(zhì)顆粒懸浮在空氣中，稱之為氣溶膠。一般氣溶膠的分子較小(直徑0.01m)。在產(chǎn)生氣溶膠的同時(shí)，產(chǎn)生分子較大(直徑0.01一10m)的液體或固體微粒，稱為煙霧。可燃?xì)怏w與空氣混合，在較強(qiáng)火源作用下產(chǎn)生預(yù)混燃燒。著火后，燃燒產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面繼續(xù)放出可燃?xì)怏w，并形成擴(kuò)散燃燒。同時(shí)，發(fā)出含有紅、紫外線的火焰，散發(fā)出大量的熱量11。這些熱量通過(guò)可燃物的直接燃燒、熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對(duì)流，使火從起火部位向周?chē)?，?dǎo)致了火勢(shì)的擴(kuò)大，形成火災(zāi)。其中的氣溶膠、煙霧、火焰和熱量都稱為火災(zāi)參量，通過(guò)對(duì)這些參量的測(cè)定便可確定是否存在火災(zāi)。根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生現(xiàn)象的不同，可以將火災(zāi)分為慢速陰燃、明火和快速發(fā)展火焰等。陰燃就是在疏松或顆粒介質(zhì)中形成的緩慢進(jìn)行的熱解和氧化反應(yīng)，它能長(zhǎng)時(shí)間自行維持并傳播，當(dāng)條件發(fā)生變化時(shí)，或者自行熄滅，或者轉(zhuǎn)化為明火。明火則是火災(zāi)發(fā)生時(shí)燃燒火焰產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面放出可燃?xì)怏w，并形成擴(kuò)散燃燒，同時(shí)發(fā)出含有紅、紫外線的火焰?？焖侔l(fā)展火焰則是火災(zāi)擴(kuò)散的速度特別快，這種類型的火災(zāi)一般為空氣中混有大量可燃?xì)怏w。通過(guò)大量的研究表明陰燃是誘發(fā)火災(zāi)的重要原因12。總的來(lái)說(shuō)，普通可燃物在燃燒時(shí)表現(xiàn)為以下形式：首先是產(chǎn)生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣充足的條件下才能達(dá)到全部燃燒，產(chǎn)生火焰，發(fā)出可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光，并散發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度升高。起火過(guò)程中，起初和陰燃兩個(gè)階段所占的時(shí)間比較長(zhǎng)，雖然產(chǎn)生大量的煙霧，但是環(huán)境溫度不太高，若探測(cè)器就應(yīng)該從此階段開(kāi)始進(jìn)行探測(cè)，就可以火災(zāi)損失控制在最小限度?；鹧嫒紵螅杆俾?，產(chǎn)生大量的熱使得環(huán)境溫度升高，如果能將這時(shí)能夠探測(cè)到有效地溫度值，就可以比較及時(shí)地控制火災(zāi)。起火過(guò)程曲線如圖2.1所示13。圖 2.1 起火過(guò)程曲線2.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.2.1 系統(tǒng)總體功能概述火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)一般由火災(zāi)探測(cè)器、報(bào)警器組成?；馂?zāi)探測(cè)器通過(guò)對(duì)火災(zāi)發(fā)出的物理、化學(xué)現(xiàn)象氣（燃燒氣體）、煙（煙霧粒子）、熱（溫度）、光（火焰）的探測(cè)，將探測(cè)到的火情信號(hào)轉(zhuǎn)化成火警電信號(hào)傳遞給火災(zāi)報(bào)警控制器。報(bào)警器將接收到火警信號(hào)后經(jīng)分析處理發(fā)出報(bào)警信號(hào)，警示消防控制中心的值班人員，并在屏幕上顯示出火災(zāi)的位置。整體電路的框圖如圖2-所示 ：傳感器放大電路A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)狀態(tài)指示燈聲音報(bào)警濃度顯示按鍵串口通信 圖 2-2 系統(tǒng)原理及組成框圖2.2.2 系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架報(bào)警系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)控制模塊、聲光報(bào)警模塊組成。圖2.3為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖:圖 2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)是整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的工作原理是：先通過(guò)傳感器 (包括溫感和煙感)將現(xiàn)場(chǎng)溫度、煙霧等非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，調(diào)理電路將傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理(放大、濾波等)，使之滿足A /D轉(zhuǎn)換的要求 ,最后由A /D轉(zhuǎn)換電路 ,完成將溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，單片機(jī)判斷現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)生火災(zāi)。如果發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)以聲光的形式報(bào)警。本文設(shè)計(jì)的用于小型防火單位的單片機(jī)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):(1)能對(duì)室內(nèi)煙霧(CO2, CO) 及溫度突變進(jìn)行報(bào)警,具有聲、光雙重報(bào)警功能。(2)系統(tǒng)故障報(bào)警功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障時(shí)，能發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。(3)異常報(bào)警功能。當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)異常(如煙霧濃度過(guò)大或是溫度較高)時(shí)，能發(fā)出異常報(bào)警信號(hào)，引起人們注意，盡可能避免火災(zāi)的發(fā)生。(4)火災(zāi)報(bào)警功能。一旦真出現(xiàn)火災(zāi)(煙霧和溫度同時(shí)出現(xiàn)異常)時(shí)，能立即發(fā)出語(yǔ)音、光火災(zāi)警報(bào)15 。據(jù)類似本系統(tǒng)的報(bào)警器現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)表明, 本系統(tǒng)安全可靠, 誤報(bào)率低。且由于其體積小、操作維護(hù)方便、成本低廉等, 具有廣闊的應(yīng)用前景。2.2.3 系統(tǒng)軟件總體構(gòu)架為了便于系統(tǒng)維護(hù)和功能擴(kuò)充，采用了模塊化程序設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)各個(gè)模塊的具體功能都是通過(guò)子程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報(bào)警子程序等，系統(tǒng)程序流程圖如圖2.4所示。圖 2.4 程序流程圖 為了降低誤報(bào)率，系統(tǒng)采用多次采集、多次判斷的方法。每次數(shù)據(jù)采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行判斷，然后綜合多次判斷結(jié)果做出最終的火情判斷。主程序是一個(gè)無(wú)限循環(huán)體，其流程是：首先在上電之后系統(tǒng)的各部分包括單片機(jī)各個(gè)端口輸入輸出的設(shè)置、外圍驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路等完成初始化，其次是對(duì)芯片內(nèi)的程序進(jìn)行初始化，接下來(lái)執(zhí)行火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，數(shù)據(jù)通信任務(wù)和查詢判斷任務(wù)。2.3 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的類型根據(jù)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中所使用的探測(cè)器種類的不同，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可以分為以下四種：（1）感溫型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)由于火災(zāi)發(fā)生時(shí)燃燒物會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，使得周?chē)鷾囟妊杆僮兓８袦匦突馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)就是通過(guò)判斷周?chē)鷾囟茸兓a(chǎn)生響應(yīng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，再把溫度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以達(dá)到判斷報(bào)警的目的。根據(jù)探測(cè)溫度參數(shù)的不同，一般可以將感溫型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)分為定溫式、溫差式等幾種。(2)感煙型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)煙霧是早期火災(zāi)的重要特征之一。在火災(zāi)發(fā)生的初期，由于溫度比較低，許多物質(zhì)都處于陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙霧。感煙型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就是對(duì)空氣中可見(jiàn)或不可見(jiàn)的煙霧粒子進(jìn)行探測(cè)，然后將煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)來(lái)觸發(fā)報(bào)警。感煙型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要有激光感煙式、光電感煙式和離子感煙式等。（3）感光型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 物質(zhì)燃燒不但會(huì)產(chǎn)生煙霧和熱量，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生可見(jiàn)或不可見(jiàn)的光輻射。感光型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就是通過(guò)響應(yīng)火災(zāi)中產(chǎn)生的光特性，即擴(kuò)散火焰的光強(qiáng)度和閃爍頻率，來(lái)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)的。根據(jù)感應(yīng)的敏感波長(zhǎng)，可以將感光型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)分為對(duì)波長(zhǎng)較短的光輻射敏感的紫外報(bào)警系統(tǒng)和對(duì)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光輻射敏感的紅外報(bào)警系統(tǒng)。（4）復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 如果報(bào)警系統(tǒng)同時(shí)對(duì)溫度、煙霧和光輻射中的兩種或兩種以上參數(shù)做出響應(yīng)，那么它就是復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。目前復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有感溫感煙型、感煙感光型、感溫感光型等多種形式。2.4 火災(zāi)探測(cè)器的原理火災(zāi)發(fā)生時(shí)，必然會(huì)伴隨著產(chǎn)生煙霧、高溫和火光，探測(cè)器對(duì)這些都很敏感。當(dāng)有煙霧、高溫、火光產(chǎn)生的時(shí)候，它就改變平時(shí)的正常狀態(tài)，引起電流、電壓或機(jī)械部分發(fā)生變化或位移，再通過(guò)放大、傳輸?shù)冗^(guò)程發(fā)出警報(bào)聲，有的還能同時(shí)發(fā)出燈光信號(hào)并顯示發(fā)生火災(zāi)的部位、地點(diǎn)?；馂?zāi)探測(cè)器主要分感煙、感溫、光輻射三大類：（1）感煙探測(cè)器。一種是離子感煙探測(cè)器，它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅241，電離產(chǎn)生的正負(fù)離子，在電場(chǎng)的作用下各向正負(fù)電極移動(dòng)。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。一旦有煙霧竄逃外電離室，干擾了帶電粒子的正常運(yùn)動(dòng)，電流、電壓就有所改變，破壞了內(nèi)外電離室之間的平衡，于是就發(fā)出了信號(hào)。還有一種叫光電感應(yīng)探測(cè)器，它有一個(gè)發(fā)光元件和一個(gè)光敏元件，平常光源發(fā)出的光，通過(guò)透鏡射到光敏元件上，電路維持正常，如果有煙霧從中阻隔，到達(dá)光敏元件上的光就顯著減弱，于是光敏元件就把光強(qiáng)的變化變成電的變化，通過(guò)放大電路向人們報(bào)警。還有一種叫管道抽吸式感煙探測(cè)器，他的工作原理與光電感應(yīng)探測(cè)器中另一種散射型相似，通過(guò)煙霧的反射或散射產(chǎn)生光敏電流，主要用在船舶上。近年來(lái)還出現(xiàn)了激光感煙探測(cè)器，它也是利用光電感應(yīng)原理，不同的是光源改用激光束。這種探測(cè)器采用半導(dǎo)體器件，體積小、價(jià)格低、耐震動(dòng)、壽命長(zhǎng)，很有發(fā)展前途。（2）感溫探測(cè)器。一種是運(yùn)用金屬熱脹冷縮的特性。正常的情況下，探測(cè)器的電路斷開(kāi)，當(dāng)溫度升到一定值時(shí)，由于金屬膨脹、延伸，導(dǎo)體接通，于是發(fā)出了信號(hào)。一種是利用某些金屬易熔的特性，在探測(cè)器里固定一塊低熔點(diǎn)合金，當(dāng)溫度升到它的熔點(diǎn)（7090）時(shí)，金屬熔化，借助彈簧的作用力，使觸頭相碰，電路接通，發(fā)出信號(hào)。這兩種探測(cè)器都屬定溫型，即當(dāng)外界溫度超過(guò)某一限值時(shí)就會(huì)報(bào)警；還有一類是差溫型，升溫的速度超過(guò)特定值時(shí)，便會(huì)感應(yīng)報(bào)警。如將兩者結(jié)合起來(lái)，便成為差定溫組合式。（3）光輻射探測(cè)器。一種是紅外光輻射探測(cè)器。物質(zhì)在燃燒時(shí)，由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生閃爍的紅外光輻射使硫化鉛紅外光敏元件感應(yīng)，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，經(jīng)放大后，就能向人們報(bào)警。另一種是紫外光輻射探測(cè)器，則利用有機(jī)化合物燃燒時(shí)，火光中的紫外光，使紫外光敏管的電極激發(fā)出離子，通過(guò)繼電器等，就能打開(kāi)開(kāi)關(guān)電路報(bào)警?；馂?zāi)報(bào)警器是重要的安全設(shè)備，一切重要的場(chǎng)所，如大型物資倉(cāng)庫(kù)、隧道、大型船舶、高層建筑都應(yīng)該安裝。它還可以與自動(dòng)滅火設(shè)備一起組成自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)滅火的“自動(dòng)消防隊(duì)”。 第3章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)核心芯片選擇3.1.1 傳感器介紹3.1.1.1 AD590溫度傳感器要準(zhǔn)確地進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警， 選擇合適的溫度和煙霧傳感器是準(zhǔn)確報(bào)警的前提。綜合考慮各因素，本文選擇集成溫度傳感器AD590 和氣體傳感器TGS202 用作采集系統(tǒng)的敏感元件。AD590是美國(guó)Analog Devices公司生產(chǎn)的一種電流型二端溫度傳感器。電路如圖3-1所示。由于AD590 是電流型溫度傳感器，他的輸出同絕對(duì)溫度成正比，即1A/k，而數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0809 的輸入要求是電壓量2，所以在AD590 的負(fù)極接出一個(gè)1k的電阻R和一個(gè)100的可調(diào)電阻W ，將電流量變?yōu)殡妷毫克腿階DC0809。通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，便可在輸出端VT 獲得與絕對(duì)溫度成正比的電壓量，即10 mV/K。圖 3-1 AD590應(yīng)用電路圖AD590有以下特點(diǎn)：1、AD590的測(cè)溫范圍-55+150。2、AD590的電源電壓范圍為4V-30V。電源電壓可在4V-6V范圍變化，電流變化1，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損壞。3、輸出電阻為710M；4、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線形誤差0.3。3.1.1.2 TGS202氣體傳感器火災(zāi)中氣體煙霧主要是CO2 和CO。TGS202氣體傳感器能探測(cè)CO2, CO, 甲烷、煤氣等多種氣體,他靈敏度高,穩(wěn)定性好,適合于火災(zāi)中氣體的探測(cè)。如圖3-2所示,當(dāng)TGS202探測(cè)到CO2或CO時(shí),傳感器的內(nèi)阻變小,VA迅速上升。選擇適當(dāng)?shù)碾娮枳柚?使得當(dāng)氣體濃度達(dá)到一定程度(如CO濃度達(dá)到10.6%)時(shí),VA 端獲得適當(dāng)?shù)碾妷骸?圖3-2 TGS202應(yīng)用電路圖3.1.2 ISD1420語(yǔ)音芯片3.1.2.1 ISD1420引腳圖3 -3 ISD1420引腳3.1.2.2 ISD1420各引腳及其功能介紹電源（VCCA，VCCD）：芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并且分別引到外封裝上，這樣可使噪聲最小。模擬和數(shù)字電源端最好分別走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容應(yīng)盡量靠近芯片。地線（VSSA，VSSD）：芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線，這兩個(gè)腳最好在引腳焊盤(pán)上相連。錄音（/REC）：低電平有效。只要/REC 變低（不管芯片處在節(jié)電狀態(tài)還是正在放音），芯片即開(kāi)始錄音。邊沿觸發(fā)放音（/PLAYE）：此端出現(xiàn)下降沿時(shí)，芯片開(kāi)始放音。電平觸發(fā)放音（/PLAYL）：此端出現(xiàn)下降沿時(shí)，芯片開(kāi)始放音。 錄音指示（/RECLED）：處于錄音狀態(tài)時(shí)，此端為低，可驅(qū)動(dòng) LED。話筒參考（MIC REF）：此端是前置放大器的反向輸入。當(dāng)以差分形式連接話筒時(shí)，可減小噪聲，提高共模抑制比。自動(dòng)增益控制（AGC）：AGC 動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器整前置境益以補(bǔ)償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量（從耳語(yǔ)到喧嘩囂聲）時(shí)失真都能保持最小。模擬輸出（ANA OUT）：前置放大器輸出.前置電壓增益取決于AGC 端的電平。模擬輸入（ANA IN）：此端即芯片錄音的輸入信號(hào)。對(duì)話筒輸入來(lái)說(shuō)，ANA OUT 端應(yīng)通過(guò)外接電容連至本端。喇叭輸出（SP+、SP-）：這對(duì)輸出端能驅(qū)動(dòng)16以上的喇叭。單端使用時(shí)必須在輸出端和喇叭間接耦合電容,而雙端輸出既不用電容又能將功率提高4倍。錄音時(shí),它們都呈高阻態(tài);節(jié)電模式下,它們保持為低電平。外部時(shí)鐘（XCLK）：此端內(nèi)部有下拉元件，不用時(shí)應(yīng)接地。輸入時(shí)鐘的占空比無(wú)關(guān)緊要，因?yàn)閮?nèi)部首先進(jìn)行了分頻。地址（A0A7）：地址端有兩個(gè)作用，取決于最高（MSB）兩位 A7、A6 的狀態(tài)。3.1.2.3 語(yǔ)音段的尋址語(yǔ)音芯片與單片機(jī)的連接，常通過(guò)串行口來(lái)實(shí)現(xiàn)，串行口也可以通過(guò)輔助電路分時(shí)多用。定義好串行口的工作方式（串行口控制寄存器SCON字節(jié)地址為98H，可位尋址），當(dāng)由按鍵輸入或其它需要語(yǔ)音輸出時(shí)，串行口向CPU申請(qǐng)中斷，響應(yīng)中斷后，CPU便可以從串行數(shù)據(jù)中識(shí)別出語(yǔ)音段編號(hào)，輸出語(yǔ)音信號(hào)。發(fā)送結(jié)束，中斷由軟件清零。3.1.3 80C51芯片3.1.3.1 80C51芯片的引腳及功能圖 3-4 80C51芯片的引腳圖下面按引腳功能分為4個(gè)部分?jǐn)⑹鰝€(gè)引腳的功能。（1）電源引腳VCC和VSSVCC（40腳）：接+5V電源正端；VSS（20腳）：接+5V電源正端。（2）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳接地；對(duì)于CHOMS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。對(duì)于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。（3）控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳 控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。（A）RST/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)復(fù)位到初始狀態(tài)。當(dāng)VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。（B）ALE/ P （30腳）：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（允許地址鎖存信號(hào)）以每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低（C）PSEN(29腳):片外程序存儲(chǔ)器讀選通輸出端,低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期PESN兩次有效，以通過(guò)數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，PESN信號(hào)將不出現(xiàn)。（D）EA/Vpp（31腳）：EA為訪問(wèn)外部程序儲(chǔ)器控制信號(hào)，低電平有效。當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器4KB（MS52子系列為8KB）。若超出該范圍時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)EA端保持低電平時(shí)，無(wú)論片內(nèi)有無(wú)程序存儲(chǔ)器，均只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。（4）輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口(A)P0口（39腳22腳）：P0.0P0.7統(tǒng)稱為P0口。當(dāng)不接外部存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O接口時(shí)，它可作為準(zhǔn)雙向8位輸入/輸出接口。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口時(shí)，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口。它分時(shí)提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)，當(dāng)EPROM編程時(shí)，從P0口輸入指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。(B)P1口（1腳8腳）：P1.0P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。對(duì)于MCS52子系列單片機(jī)，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0口用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)脈沖輸入端T2；P1.1用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部控制端T2EX。對(duì)于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)，P0口接收輸入的低8位地址。(C)P2口（21腳28腳）：P2.0P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O接口。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口且尋址范圍超過(guò)256個(gè)字節(jié)時(shí)，P2口用于高8位地址總線送出高8位地址。對(duì)于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)，P2口接收輸入的8位地址。(D)P3口（10腳17腳）：P3.0P3.7統(tǒng)稱為P3口。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3口的第2功能見(jiàn)下表 表 3.1 單片機(jī)P3口管腳含義引腳第2功能P3.0RXD（串行口輸入端0）P3.1TXD（串行口輸出端）P3.2INT0（部中斷0請(qǐng)求輸入端，低電平有效）P3.3INT1（中斷1請(qǐng)求輸入端，低電平有效）P3.4T0（時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖端）P3.5T1（時(shí)器/計(jì)數(shù)器1數(shù)脈沖端）P3.6WR（部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通信號(hào)輸出端，低電平有效）P3.7RD（部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效）綜上所述，MCS51系列單片機(jī)的引腳作用可歸納為以下兩點(diǎn)：1).單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能；2).單片機(jī)對(duì)外呈3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由P0口分時(shí)復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線。3.1.4 A/D轉(zhuǎn)換芯片在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，控制或測(cè)量對(duì)象的有關(guān)變量，往往是一些連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、位移、速度等物理量。但是大多數(shù)單片機(jī)本身只能識(shí)別和處理數(shù)字量，因此必須經(jīng)過(guò)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換(AD轉(zhuǎn)換)，才能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)對(duì)被控對(duì)象的識(shí)別和處理。完成AD轉(zhuǎn)換的器件即為AD轉(zhuǎn)換器。AD轉(zhuǎn)換器的主要性能參數(shù)有：(1) 分辨率分辨率表示AD轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力。AD轉(zhuǎn)換器的分辨率以輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示；(2) 轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間指AD轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號(hào)到來(lái)開(kāi)始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。不同類型的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度相差甚遠(yuǎn)；(3) 轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差表示AD轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別，常用最低有效位的倍數(shù)表示；(4) 線性度線性度指實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。目前有很多類型的AD轉(zhuǎn)換芯片，它們?cè)谵D(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度、分辨率以及使用價(jià)值上都各具特色，綜合全部因素設(shè)計(jì)決定采用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片.A/D轉(zhuǎn)換電路采用了常用的8位8通道數(shù)模轉(zhuǎn)換專用芯片ADC0809，ADC0809由8路模擬開(kāi)頭、地址鎖存與譯碼器、8位A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成，芯片引腳圖如圖3-5所示, 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3-6所示。 圖 3-5 ADC0809引腳圖ADC0809的引腳功能:D7-D0 ：8位數(shù)字量輸出引腳IN0-IN7 ：8位模擬量輸入引腳VCC ：+5V工作電壓GND ：地REF（+） ：參考電壓正端REF（-） ：參考電壓負(fù)端START :A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端ALE ：地址鎖存允許信號(hào)輸入端ADC0809的主要性能指標(biāo)為:（1）分辨率為8位。（2）最大不可調(diào)誤差：ADC0809為1LSB。（3）單電源+5v供電，基準(zhǔn)電壓由外部提供，典型值為+5v，此時(shí)允許輸入模擬電壓為05V。（4）具有鎖存控制的8路模擬選通開(kāi)關(guān)。（5）可鎖存三態(tài)輸出，輸出電平與TTL電平兼容。（6）轉(zhuǎn)換速度取于決芯片的時(shí)鐘頻率。當(dāng)時(shí)鐘頻率500KHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為128s。3.1.5 數(shù)碼管顯示電路ICM7218 是INTERSIL公司生產(chǎn)的一種性能價(jià)格比較高的通用8位LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路, 28 腳雙列封裝,是一種多功能LED 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片,可與多種單片機(jī)接口使用。ICM7218 的輸出可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器,不需外接驅(qū)動(dòng)電路,工作電壓為+5V,其構(gòu)成的顯示電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便。同樣由單片機(jī)向ICM7218寫(xiě)控制字及數(shù)據(jù)，編程部分像給外部RAM寫(xiě)數(shù)據(jù)一樣簡(jiǎn)單。當(dāng)單片機(jī)寫(xiě)入模式控制字后，ICM7218以約定的方式接收顯示數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)寫(xiě)入靜態(tài)顯示RAM中。數(shù)據(jù)接收結(jié)束，ICM7218在掃描控制電路的控制下，按設(shè)定的譯碼模式，以動(dòng)態(tài)掃描顯示方式向段顯示驅(qū)動(dòng)器和位控驅(qū)動(dòng)器發(fā)出控制信號(hào)，直到下一個(gè)控制字寫(xiě)入前，不停地進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示工作。其引腳圖和內(nèi)部框圖如圖3-7所示。圖 3-7 ICM7218引腳圖3.2 單片機(jī)外圍接口電路3.2.1晶振電路晶振電路為單片機(jī)80C51工作提供時(shí)鐘信號(hào)，芯片中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振蕩器一起構(gòu)成自激振蕩器。電路中的外接石英晶體及電容C2、C3接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，系統(tǒng)的晶振電路如圖3.3所示。由于外接電容C2、C3的容量大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容的容量大小范圍為；如果使用陶瓷諧振，則電容容量大小為。本設(shè)計(jì)中使用石英晶體，電容的容值設(shè)定為30pF。3.2.2 復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開(kāi)始工作。80C51的復(fù)位信號(hào)是從REST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果REST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位，本設(shè)計(jì)采用的是手動(dòng)按鈕復(fù)位。手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端REST上加入高電平,采用的辦法是在REST端和正電源VCC之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則VCC的+5V電平就會(huì)直接加到REST端，系統(tǒng)復(fù)位。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，設(shè)計(jì)完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。復(fù)位電路中SW-PB為手動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)，電容C1可避免高頻諧波對(duì)電路的干擾。80C51的復(fù)位電路如圖3.8所示。圖 3-8 80C51晶振和復(fù)位電路原理圖3.3 數(shù)據(jù)采集電路本設(shè)計(jì)中的A/D使用的是通用8位芯片ADC0809，煙霧、溫度傳感器的輸出端經(jīng)過(guò)放大電路后分別接到ADC0809的IN0和IN1。 ADC0809的通道選擇地址由80C51的P0.0P0.2經(jīng)地址鎖存器74LS373輸出提供。芯片的幾個(gè)重要管腳功能如下：ALE：地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0-IN7上的一路模擬量輸入. 當(dāng)P2.0=0時(shí)，與寫(xiě)信號(hào)WR共同選通ADC0809。START：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，當(dāng)START上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。由于本設(shè)計(jì)中數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片使用的是ADC0809，其工作的時(shí)鐘信號(hào)為500KHz，因其內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，時(shí)鐘信號(hào)由外部80C51的ALE端口提供。系統(tǒng)80C51與ADC0809接口電路如圖3-9所示。 圖 3-9 80C51與ADC0809接口電路原理圖當(dāng)80C51的ALE端口不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，80C51的ALE端以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，故晶振設(shè)定12MKz，再經(jīng)過(guò)二分頻電路，單片機(jī)即可向ADC0809輸出500KHz的時(shí)鐘信號(hào)。二分頻電路由D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，R、S端接地，D接Q非，Q端作為輸出端，CLK接80C51的ALE端。D觸發(fā)器的特性方程為 由于當(dāng)CP=1時(shí)，D觸發(fā)器有效；CP=0時(shí)，觸發(fā)器保持原來(lái)狀態(tài)。故D觸發(fā)器能實(shí)現(xiàn)對(duì)ALE端口的信號(hào)二分頻。由于本火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)只采集溫度、煙霧信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)理的溫度、煙霧信號(hào)分別進(jìn)入ADC0809的IN-0和IN-1端口，其余輸入引腳接地，8個(gè)數(shù)字量輸出引腳接80C51的P0口。單片機(jī)的P0口接受ADC0809傳輸來(lái)8位數(shù)字量，向A/D輸出的8位地址經(jīng)地址鎖存器74LS373鎖存，選擇低3位地址作為A/D的通道選通地址。ADC0809通道選通如表3.1。表3.2 ADC0809通道選通通入通道IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7A00001111B00110011C01010101本設(shè)計(jì)使用74LS373作為地址鎖存器，當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí)，輸出端O0O7為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時(shí)，O0O7呈高阻態(tài)，既不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。圖中三態(tài)允許控制端OE接地，表示三態(tài)門(mén)一直打開(kāi)。鎖存允許端LE為高電平時(shí)，輸出端O0O7 狀態(tài)與輸入端D0D7狀態(tài)相同；當(dāng)LE由“1”變?yōu)椤?”時(shí)，數(shù)據(jù)輸入鎖存器中。LE端接至單片機(jī)的地址鎖存允許ALE端。當(dāng)P20=0時(shí)，與寫(xiě)信號(hào)WR共同選通ADC0809。圖中ALE信號(hào)與START信號(hào)連在一起，在WR信號(hào)的前沿寫(xiě)入地址信號(hào)，在其后沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。當(dāng)ALE端口變?yōu)楦唠娖?，?4LS373輸出端的低3位地址存入A/D的地址鎖存器中，此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將A/D內(nèi)的寄存器清零，下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC端變成低電平，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。例如，輸出地址F8H可選通通道IN0，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換；輸出地址F9H可選通通道IN1，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)EOC接到80C51的INT1引腳，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖?，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器,并產(chǎn)生產(chǎn)生中斷。當(dāng)80C51知道A/D轉(zhuǎn)換完成后，P20與讀信號(hào)RD共同控制下的A/D端口OE電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到單片機(jī)上。3.4 信號(hào)處理電路 圖 3-10 信號(hào)處理電路由于傳感器輸出的模擬信號(hào)比較微弱，且含有干擾信號(hào)，所以系統(tǒng)需要將信號(hào)進(jìn)行放大、過(guò)濾 。對(duì)于傳感器輸出的模擬信號(hào)，一般要用運(yùn)算放大器對(duì)其進(jìn)行調(diào)理或放大，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入模擬量幅值及極性的要求。在本報(bào)警器電路中，同樣要對(duì)兩類傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)理。電路圖如上圖3-10所示，運(yùn)算放大器接成電壓放大電路。從傳感器采集過(guò)來(lái)的微弱電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)電壓放大器的放大，得到較強(qiáng)的模擬電壓信號(hào)。采樣時(shí)，把相應(yīng)的模擬電壓信號(hào)從Vi端送進(jìn)LM324A進(jìn)行放大處理后，從Vo端輸出送入A/D轉(zhuǎn)換電路。3.5 報(bào)警電路3.5.1 語(yǔ)音報(bào)警電路圖 3-12 語(yǔ)音報(bào)警電路AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)傳輸給P0口，讀取P0口的內(nèi)容跟設(shè)定的值進(jìn)行判定，如果大于設(shè)定值，P2.1輸出低電平，控制語(yǔ)音芯片ISD1420的發(fā)出火災(zāi)語(yǔ)音報(bào)警. 如果小于于設(shè)定值，P2.1輸出高電平，說(shuō)明正常，沒(méi)有火災(zāi)發(fā)生。3.5.2 光報(bào)警電路 圖 3-11 光報(bào)警電路AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)傳輸給P0口，讀取P0口的內(nèi)容跟設(shè)定的值進(jìn)行判定，如果大于設(shè)定值，P2.3、P2.4輸出高電平，P2.2輸出低電平，控制紅色發(fā)光二級(jí)管的發(fā)光，實(shí)現(xiàn)光報(bào)警功能. 如果小于設(shè)定值，P2.2、P2.3輸出高電平，P2.4輸出低電平，控制綠色發(fā)光二級(jí)管的發(fā)光，說(shuō)明正常，沒(méi)有火災(zāi)發(fā)生。如果出現(xiàn)異常情況，P2.2、P2.4輸出高電平，P2.3輸出低電平，控制綠色發(fā)光二級(jí)管的發(fā)光。3.6 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)據(jù)采集進(jìn)來(lái)并被成功地由模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后，就被傳送到系統(tǒng)的顯示模塊，讓人們更直接地觀察到相關(guān)數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)中，對(duì)LED進(jìn)行的是動(dòng)態(tài)掃描，除了給顯示器提供段的輸入之外，還要對(duì)顯示器進(jìn)行位控制。本系統(tǒng)顯示用的4位七段數(shù)碼管由數(shù)碼管專用驅(qū)動(dòng)芯片ICM7218A驅(qū)動(dòng)，分別接數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g，DIGIT1、DIGIT2、 DIGIT3、 DIGIT4為位選，分別控制4位數(shù)碼管的亮滅，ID0-7為數(shù)據(jù)線，接單片機(jī)P0口.WRITE、MODE是寫(xiě)控制位和模式控制位，分別接單片機(jī)P3.6、P2.5。其電路圖如圖3-9所示。圖3-9 數(shù)碼顯示電路第4章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境 本系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的匯編語(yǔ)言而采用C語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。因?yàn)镃語(yǔ)言的描述由函數(shù)組成，是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，所以更容易實(shí)現(xiàn)模塊化，而且具有可讀性好，易于移植等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還有匯編語(yǔ)言一樣的位操作功能的硬件詳細(xì)控制指令29。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面，可以使用結(jié)構(gòu)體和數(shù)組，能夠處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)，可用于實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國(guó)Keil Software公司出品的Keil C51，是51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。 Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能 體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。C51工具包的整體結(jié)構(gòu)中，Vision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)C51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì) 目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫(xiě)入程序存貯器如EPROM中。 4.2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.2.1主程序流程圖火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)控制器上采用80C51作為主控芯片，其主要功能包括：控制IO端口、邏輯判斷處理、驅(qū)動(dòng)外部電路、語(yǔ)音報(bào)警和A/D采樣等，該部分是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)智能化的集中體現(xiàn)。為了便于系統(tǒng)維護(hù)，在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中采用了模塊化程序設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)各個(gè)模塊的具體功能都是通過(guò)子程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)的。既使得程序結(jié)構(gòu)清晰，又便于以后進(jìn)一步擴(kuò)展其功能。本系統(tǒng)主要包括主程序、溫度煙霧數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報(bào)警子程序等。系統(tǒng)程序流程圖如圖4.1所示。圖 4.1 程序流程圖主程序是一個(gè)無(wú)限循環(huán)體，其流程是：首先在上電之后系統(tǒng)的各部分包括單片機(jī)輸出輸入端口的設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、外圍驅(qū)動(dòng)電路等完成初始化，接下來(lái)執(zhí)行火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集程序、火災(zāi)判斷、報(bào)警程序。系統(tǒng)初始化后，80C51的P2.2為低電平，P2.1、P2.3、P2.4、P2.5為高電平，所以只有綠燈亮，紅燈、黃燈不亮，蜂鳴器不報(bào)警。4.2.2主程序初始化流程圖主程序初始化流程圖如圖4-2所示。這部分實(shí)現(xiàn)的功能包括各種I/O輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、寄存器初始化、中斷使能等。首先設(shè)定定時(shí)器工作方式，然后開(kāi)系統(tǒng)中斷，以便響應(yīng)中斷定時(shí)，及時(shí)對(duì)氣體濃度和溫度進(jìn)行采樣。然后關(guān)閉蜂鳴器，開(kāi)啟綠燈，設(shè)置報(bào)警限初值。開(kāi)始定時(shí)器初始化開(kāi)中斷關(guān)閉蜂鳴器，打開(kāi)綠燈設(shè)定初值YN是否保持報(bào)警初值返回 圖 4-2 主程序初始化流程圖4.2.3數(shù)據(jù)采集子程序數(shù)據(jù)采集是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。為了降低誤報(bào)率，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)溫度煙霧采用了兩次采集、兩次判斷的方法。每次采集溫度煙霧數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存入單片機(jī)的寄存器，然后在火災(zāi)判斷程序中，將采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)生火災(zāi)。具體流程是：系統(tǒng)和程序初始化后，驅(qū)動(dòng)ADC0809的IN0對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)接受轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，存入寄存器，由INT1中斷服務(wù)程序完成；系統(tǒng)延時(shí)10ms，驅(qū)動(dòng)ADC0809的IN1對(duì)煙霧信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后存入寄存器。系統(tǒng)延時(shí)50ms，進(jìn)行第二次溫度煙霧信號(hào)采集，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入寄存器中。單片機(jī)每次驅(qū)動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后等待外部中斷1，當(dāng)ADC0809的EOC端變?yōu)?時(shí)，即中斷到來(lái)，說(shuō)明A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，通過(guò)中斷服務(wù)程序讀取轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。由于設(shè)計(jì)采用的是模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能是通過(guò)調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)的。在數(shù)據(jù)采集子程序中，