吳濤畢業(yè)論文√

1、 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論 文）說(shuō)明書(shū) 論文題目 基于單片機(jī)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) 學(xué) 號(hào) 6202040228 學(xué)生姓名 吳濤 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 測(cè)控技術(shù)與儀器02班 指導(dǎo)教師 王 欣 總評(píng)成績(jī) 年 月 日 目 錄摘要Abstract第1章 緒論11.1課題的研究其意義11.2火災(zāi)報(bào)警的發(fā)展趨勢(shì)21.3報(bào)警系統(tǒng)的特點(diǎn)21.4系統(tǒng)的研究范圍3第2章 自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)42.1火災(zāi)發(fā)生的條件42.2自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的組成52.3系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)6第3章 系統(tǒng)硬件模塊的選擇73.1 主要芯片的選擇73.2 傳感器的選擇8第4章

2、系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)134.1 單片機(jī)外圍接口電路134.2 AD轉(zhuǎn)換電路144.3 光報(bào)警電路154.4 報(bào)警器故障自診164.5 顯示部分17第5章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)195.1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境195.2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)20第6章 功能仿真驗(yàn)證分析316.1關(guān)于仿真與編程軟件276.2 Protues仿真原理圖27第7章 總結(jié)30致 謝31參考文獻(xiàn)32附錄33摘 要近年來(lái)，火災(zāi)是造成人們財(cái)產(chǎn)和人生安全損失的罪魁禍?zhǔn)字?。在世界上發(fā)生頻率最高的災(zāi)難就是火災(zāi)，全世界幾乎每天都有火災(zāi)發(fā)生。隨著社會(huì)主義現(xiàn)代化的發(fā)展，城里的高層建筑，地下商場(chǎng)以及大型的建筑群日益增多?；馂?zāi)的隱患也伴隨著社會(huì)的發(fā)展

3、而逐年升高?；馂?zāi)出現(xiàn)的次數(shù)及其造成的生命財(cái)產(chǎn)損失在逐年上升，火災(zāi)一旦發(fā)生，對(duì)人的生命財(cái)產(chǎn)是極大的危害【1】。本次設(shè)計(jì)通過(guò)AT89C51單片機(jī)和MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器為核心設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警器從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警、故障自診斷、濃度級(jí)別顯示、報(bào)警設(shè)置、溫度顯示及與溫度報(bào)警值設(shè)定等功能。是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能 、穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的煙霧報(bào)警器。能夠有效的預(yù)防火災(zāi)，減少火災(zāi)造成的財(cái)產(chǎn)損失【13】。 關(guān)鍵詞：報(bào)警器；AT89C51；傳感器；火災(zāi)預(yù)防Abstract Fire almost every day all over the world. With the development of

4、 socialist modernization，the city of high-rise buildings，underground shopping malls and large buildings is increasing. The hidden danger of the fire also increased year by year along with the development of the society. Cruel calamity，it is the people understood that with the increasing of social we

5、alth，the development of social economy，the dangers of fire brings us constantly expanding. He destroyed not only material wealth. But also caused the social anxiety and confusion. Also directly threaten the safety of life，to the soul of people caused great trauma，reduce unnecessary loss for the peop

6、le. Automatic fire alarm system is to protect peoples life and property safety and invention，and with the continuous improvement of modern technology. In a way,the function，and structure. AT89C51 and MQ - 2 type semiconductor resistance type smoke sensor as the core design of the smoke alarm can rea

7、lize alarm,fault self-diagnosis，concentration level display，alarm limit setting，temperature and the temperature alarm value set. Is a kind of simple structure， stable performance，easy to use，low cost， intelligent smoke alarm. Has a certain practical value.Keywords: smoke alarm；AT89C51；sensor；III 第1章

8、 緒論1.1課題的研究及其意義在各種災(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。火災(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人至75000人。歐洲和北美發(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)家的生活水平高以及消防設(shè)施完善有關(guān)；亞洲居住人數(shù)最多，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11?；馂?zāi)早已成為我國(guó)常發(fā)性和破壞性以及影響力最強(qiáng)的災(zāi)害之一?；馂?zāi)是世界上發(fā)生頻率較高的一

9、種災(zāi)害，幾乎每天都有火災(zāi)發(fā)生。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2。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(lèi)、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

10、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?；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3。1.2火災(zāi)報(bào)警的發(fā)展趨勢(shì)最初始的火災(zāi)報(bào)警就是通過(guò)人工來(lái)實(shí)現(xiàn)的，例如通過(guò)人工的方式，當(dāng)有人發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了火災(zāi)時(shí)，就通過(guò)呼叫通知其他的人來(lái)滅火。伴隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們漸漸的研制出了高科技來(lái)防范火災(zāi)的發(fā)生，省去了很多的人力物力。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候報(bào)警設(shè)備發(fā)出報(bào)警信號(hào)，人們就可以以最快的速度抵達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行撲救，來(lái)達(dá)到減輕損失，這就是火災(zāi)報(bào)

11、警的前身【4】。自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，從發(fā)展歷程來(lái)看，可分為三個(gè)階段：1，自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)為多線型。每個(gè)傳感器有三根線，除了兩根電源線還有一根報(bào)警線。報(bào)警模塊必須向傳感器提供電源，報(bào)警顯示裝置和信號(hào)線相連，當(dāng)某個(gè)傳感器發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，系統(tǒng)會(huì)相應(yīng)的點(diǎn)亮相關(guān)的燈來(lái)提示人們，有火災(zāi)發(fā)生。在國(guó)外，如日本“日探”公司最早生產(chǎn)的（CPF）自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。它的主要作用是報(bào)警，或者在聯(lián)合一些簡(jiǎn)單的聯(lián)動(dòng)裝置，例如蜂鳴器，顯示器等。這個(gè)系統(tǒng)對(duì)其外圍傳感器設(shè)備不能進(jìn)行故障排查功能，只有當(dāng)電源線斷電的時(shí)候才能作出反應(yīng)。這個(gè)系統(tǒng)的缺點(diǎn)是校驗(yàn)工作量特別大，安裝也是十分的繁瑣，和容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。2，自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)為總線型。這種自動(dòng)

12、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)使用了功能比較全面的微型處理器。如單芯片微型計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）。各個(gè)模塊和傳感器用地址編碼形式。通過(guò)控制器和總線的方式進(jìn)行信號(hào)的傳送。傳感器的報(bào)警形式是數(shù)字量，硬件的條件決定了它的靈敏度。靈敏度是不能調(diào)節(jié)的。這種系統(tǒng)能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編程，是各個(gè)模塊能較為靈活的控制聯(lián)動(dòng)裝置，這個(gè)系統(tǒng)能對(duì)自身的故障進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，對(duì)外圍的裝置的故障也能進(jìn)行排查，它的最大的缺點(diǎn)就是很難區(qū)分故障的類(lèi)型。現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)大多數(shù)的自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是此類(lèi)產(chǎn)品。這是因?yàn)檫@種系統(tǒng)有很好的自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測(cè)功能，再加上施工簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。所以很多的單位使用這種報(bào)警系統(tǒng)。3，自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)為智能型。因?yàn)橄冗M(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了自

13、動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)之中，這樣就使自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有了飛躍的發(fā)展。傳感器的報(bào)警由過(guò)去的開(kāi)關(guān)量變成了數(shù)字量。智能系統(tǒng)給人民帶來(lái)了很多的優(yōu)點(diǎn)。人們可以根據(jù)不同的保護(hù)環(huán)境設(shè)置不同的火災(zāi)報(bào)警靈敏度。如果是環(huán)境變化較大的地方，傳感器的靈敏度就要求要低一些。對(duì)于環(huán)境變化不大的地方或者比較重要的地方對(duì)于火災(zāi)要求比較嚴(yán)格的場(chǎng)所，要求傳感器的靈敏度就比較高。1.3報(bào)警系統(tǒng)的特點(diǎn)自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)于保護(hù)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全是十分重要的，目前，在自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在家庭中的使用率是很低的，與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比我們國(guó)家市場(chǎng)的發(fā)展才剛剛起步，尤其是家庭自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)認(rèn)可度普遍更低，隨著人們火災(zāi)防范意識(shí)的提高，會(huì)有更多的人意識(shí)到火

14、災(zāi)防范的重要性?？梢酝茰y(cè)自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)即將會(huì)有很廣闊的發(fā)展空間。目前，國(guó)內(nèi)的一些企業(yè)也開(kāi)始重視智能報(bào)警系統(tǒng)的市場(chǎng)，開(kāi)始研制一些早期的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。比如，有我國(guó)南京消防公司生產(chǎn)的超早期火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。（SH97300）是高靈敏度激光吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。它的靈敏度可以達(dá)到0.0042dB/m。比最早期的煙霧傳感器的靈敏度高一百倍以上。并且也具有安裝方便，價(jià)格便宜，智能報(bào)警等諸多特點(diǎn)。這個(gè)系統(tǒng)被大量的應(yīng)用于重要的場(chǎng)合，如圖書(shū)館、計(jì)算機(jī)房，資料室等等。但是在國(guó)內(nèi)的很多的重要地方的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是從外國(guó)進(jìn)口的設(shè)備或引進(jìn)的技術(shù)，系統(tǒng)的靈敏度和環(huán)境的匹配能力有限，探測(cè)的煙霧濃度范圍，和節(jié)能設(shè)計(jì)

15、方面還需要很大的提高。在推廣之前還有很多的技術(shù)瓶頸需要解決，毋庸置疑的是未來(lái)的最先進(jìn)的自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)推廣的應(yīng)用和人類(lèi)防火意識(shí)的不斷增強(qiáng)，會(huì)被越來(lái)越多的用戶所信賴。應(yīng)用的范圍也會(huì)越來(lái)越廣泛，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)的更新也會(huì)不斷的發(fā)展【5】。1.4系統(tǒng)的研究范圍 在任何場(chǎng)合都有可能發(fā)生火災(zāi)，但是在不同場(chǎng)合發(fā)生火災(zāi)的預(yù)兆也不盡相同。例如，居民小區(qū)，各種超市百貨商店都有很多易燃的物品，有較高人員密集的火車(chē)站、商場(chǎng)、加油站、網(wǎng)吧、電影院、倉(cāng)庫(kù)等其他易燃易爆的場(chǎng)合，還有一些現(xiàn)代化手段場(chǎng)合如汽車(chē)上，飛機(jī)，船舶運(yùn)輸?shù)?，其中有些地方發(fā)生火災(zāi)是很緩慢的，漸漸的溫度升高，這樣使燃點(diǎn)很低的材料達(dá)

16、到了燃點(diǎn)發(fā)生燃燒，如果不能得到及時(shí)的控制，火勢(shì)逐漸的變大，最后無(wú)法控制，發(fā)生火災(zāi)造成人員和財(cái)產(chǎn)的損失。自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)能夠根據(jù)溫度，和煙霧的濃度發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，及時(shí)報(bào)警，如果這種類(lèi)型的火災(zāi)警報(bào)，隨著時(shí)間的推移，將能夠有效地控制火災(zāi)。對(duì)于一些火災(zāi)發(fā)生得更快，通常只有幾秒鐘十秒鐘的時(shí)間大火將達(dá)到無(wú)法控制的狀態(tài)。本文研究了預(yù)警和響應(yīng)火災(zāi)一般場(chǎng)合，這樣的火災(zāi)是溫度較慢，溫度會(huì)逐漸的升高，可燃物沒(méi)有產(chǎn)生火災(zāi)之前會(huì)產(chǎn)生煙霧和其它有害氣體。系統(tǒng)涉及的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)比較溫度、煙密度測(cè)試，信號(hào)，聲音報(bào)警，不同的報(bào)警顯示的不同的危險(xiǎn)。在基于AT89C51作為控制芯片，接受和處理火災(zāi)探測(cè)器輸出信號(hào)，溫度信號(hào)，煙霧濃度及聲光報(bào)警

17、器的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)【6】。這個(gè)設(shè)計(jì)單片機(jī)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)為家用系統(tǒng)，有以下幾個(gè)特點(diǎn):1、能夠室內(nèi)煙霧等有害氣體和溫度的突然變化報(bào)警含有聲、光雙重報(bào)警。2、系統(tǒng)故障報(bào)警，單發(fā)生硬件故障，可以發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。3、異常報(bào)警。環(huán)境異常時(shí)(如煙塵濃度太大或高溫)，它可以發(fā)送一個(gè)警報(bào)信號(hào)異常，注意盡量避免火災(zāi)。4、火災(zāi)報(bào)警。火災(zāi)一旦發(fā)生(煙霧和溫度異常同時(shí)發(fā)生)，聲音報(bào)警可以即時(shí)發(fā)出信號(hào)。它類(lèi)似于現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警系統(tǒng)的仿真，系統(tǒng)安全可靠，較低的誤警率。由于其體積小，易操作和維護(hù)，成本低，具有廣闊的應(yīng)用前景。第2章 自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)2.1火災(zāi)發(fā)生的條件火災(zāi)產(chǎn)生需要一定的條件，包括燃燒物、助燃劑和達(dá)到一定的燃

18、點(diǎn)。發(fā)生火災(zāi)是指燃燒過(guò)程中失去了控制造成的災(zāi)害?？扇嘉镉腥N形態(tài)，即固態(tài)，氣態(tài)和液態(tài)。一般來(lái)講空氣中的氧氣被看作為助燃劑?？扇嘉锶紵话闶窃谕饨绔@得了內(nèi)能是溫度升高達(dá)到了燃點(diǎn)，這時(shí)液體或者固體也會(huì)分解成可燃?xì)怏w(如CO、H2等)，這些物質(zhì)顆粒懸浮在空中，被成為氣溶膠。在生成氣溶膠的時(shí)候，會(huì)生成一些比較大顆粒物質(zhì)，被叫做煙霧。當(dāng)可燃物燃燒以后使其表面繼續(xù)產(chǎn)生可燃?xì)怏w或者煙霧，而且燃燒的面積將增大，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生明火，火焰會(huì)發(fā)出紅外線和紫外線并且產(chǎn)生大量的熱能。產(chǎn)生的這些氣溶膠，明火，煙霧和熱能都稱之為火災(zāi)參量，通過(guò)這些物質(zhì)能提前的發(fā)現(xiàn)火災(zāi)是否存在，由于火災(zāi)發(fā)生時(shí)有很多不同的現(xiàn)象，可將火災(zāi)分為無(wú)明火，

19、明火和快速火焰等。根據(jù)大量的火災(zāi)事實(shí)證明，無(wú)明火的燃燒是形成火災(zāi)的重要原因【8】。一般來(lái)說(shuō)，一般可燃物在燃燒時(shí)候會(huì)有一些現(xiàn)象，一開(kāi)始會(huì)出現(xiàn)可燃性的氣體，后來(lái)會(huì)出現(xiàn)煙霧，在空氣流通性比較好的情況下也就是氧氣比較多的時(shí)候才會(huì)完全的燃燒產(chǎn)生明火。發(fā)出紅外線，紫外線，并且發(fā)出大量的熱量。使周?chē)沫h(huán)境溫度迅速上升。在剛開(kāi)始燃燒過(guò)程無(wú)明火所占的時(shí)間比較長(zhǎng)，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧，但是由于燃燒的不夠劇烈，所以溫度也不是很高，如果產(chǎn)生煙霧報(bào)警器就能發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，就能及時(shí)的撲滅火災(zāi)，減小損失。當(dāng)產(chǎn)生明火時(shí)，很快的蔓延開(kāi)來(lái)，使周?chē)沫h(huán)境溫度和快的升高。這時(shí)溫度傳感器能探測(cè)到溫度異常發(fā)出報(bào)警，就能很快的控制火勢(shì)，火災(zāi)的過(guò)

20、程如下圖2.1所示。圖2.1 火災(zāi)發(fā)生過(guò)程2.2自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的組成火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的組成是報(bào)警裝置，傳感器模塊，還有其他的輔助功能，如噴水裝置，通風(fēng)裝置等，在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中，觸發(fā)器件就是產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)的裝置（有自動(dòng)的和手動(dòng)的兩種）。最主要的元件是傳感器和報(bào)警裝置。傳感器通過(guò)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出的化學(xué)或物理變化（如發(fā)出的紅外線，溫度上升還有產(chǎn)生的煙霧，和一些可燃性氣體）把這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，發(fā)送到火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，使火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警消息。區(qū)域報(bào)警器將接收到消息發(fā)出報(bào)警信號(hào)。提醒值班人員火災(zāi)發(fā)生的地點(diǎn)，請(qǐng)及時(shí)的滅火。由火災(zāi)探測(cè)器、聯(lián)動(dòng)單元和控制器組成了自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，先由傳感器探測(cè)到煙霧，或者是

21、溫度的異常，然后傳遞給單片機(jī)，由單片機(jī)判斷是否報(bào)警，這個(gè)系統(tǒng)除了有自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警功能以外還能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自檢，檢測(cè)設(shè)備是否能正常工作。而且能夠現(xiàn)場(chǎng)編程，實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的靈活運(yùn)用。由于自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)傳感器的不同，可以將自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)分為下面四種：(1)溫度傳感器型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)這種報(bào)警系統(tǒng)是根據(jù)火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候形成的火焰，把周?chē)臏囟壬?，使溫度傳感器產(chǎn)生電信號(hào)，來(lái)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)。(2)煙霧傳感器型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)目前國(guó)內(nèi)主要有激光感煙式、光電感煙式和離子感煙式等煙霧傳感器型。(3)感光型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)感光型報(bào)警系統(tǒng)是根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)火焰產(chǎn)生的光，還有光閃爍的頻率來(lái)使光感傳感器產(chǎn)生電信號(hào)。觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警。

22、由于敏感光的波長(zhǎng)的不同，這種系統(tǒng)可以對(duì)紫外線的輻射進(jìn)行探測(cè)，因?yàn)樽贤饩€的波長(zhǎng)比較短。也可以對(duì)紅外線進(jìn)行探測(cè)，紅外線的波長(zhǎng)相對(duì)較長(zhǎng)。(4)綜合性火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)如果對(duì)上述三種報(bào)警系統(tǒng)任意結(jié)合兩種或兩種以上的報(bào)警系統(tǒng)就稱之為綜合性的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的可靠性運(yùn)行比較好，可以綜合的探測(cè)火災(zāi)，確保及時(shí)發(fā)出警報(bào)【10】。2.3系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)2.3.1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)選擇1、方案一采用單片機(jī)為主控芯片。煙霧采集芯片采集信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，傳遞給單片機(jī)，經(jīng)過(guò)顯示，報(bào)警。顯示部分單片機(jī)系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換芯片煙霧傳感器報(bào)警模塊圖2.2 方案一2、方案二 采用單片機(jī)為主控芯片，同樣經(jīng)過(guò)煙霧傳感器，再經(jīng)信號(hào)處理模塊，

23、然后A/D轉(zhuǎn)換，最后傳遞給單片機(jī)。同樣溫度模塊把溫度傳遞給單片機(jī)，送至顯示部分和報(bào)警部分。顯示部分單片機(jī)系統(tǒng)信號(hào)處理模塊A/D轉(zhuǎn)換芯片煙霧傳感器溫度傳感器報(bào)警模塊圖2.3 方案二為了使系統(tǒng)能夠可靠的運(yùn)行，溫度傳感器將溫度傳遞給單片機(jī)，更準(zhǔn)確的把現(xiàn)場(chǎng)的信息傳遞給單片機(jī)，信號(hào)處理模塊能有效的提高報(bào)警的靈敏度。所以本系統(tǒng)選擇方案二。3、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案一個(gè)完整的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，必須包含以下部分：傳感器、控制器、數(shù)據(jù)處理器和報(bào)警模塊。這個(gè)系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)結(jié)合傳感器的溫度測(cè)量設(shè)備，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?？梢詫?duì)室內(nèi)和室外實(shí)時(shí)采集溫度和煙霧濃度，如果發(fā)現(xiàn)測(cè)量溫度或煙塵濃度高于臨界值報(bào)警。溫度傳

24、感器把溫度信號(hào)（數(shù)字形式）發(fā)送給單片機(jī)，煙霧濃度信號(hào)是模擬信號(hào)，用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將其變成數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)。單片機(jī)數(shù)字信號(hào)濾波處理和數(shù)據(jù)分析之后判斷是否大于或等于預(yù)設(shè)值，即臨界溫度報(bào)警或煙塵濃度。如果煙霧濃度大則觸發(fā)報(bào)警電路，開(kāi)始發(fā)出報(bào)警聲音則顯示非正常狀態(tài)，否則這是一個(gè)正常的狀態(tài)。這個(gè)系統(tǒng)的整體方案如圖2.4所示。控制裝置聲音報(bào)警狀態(tài)指示燈煙霧濃度顯示煙霧傳感器A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)處理溫度傳感器AT89C51圖2.4自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警框圖 第3章 系統(tǒng)硬件模塊的選擇3.1 主要芯片的選擇 3.1.1 單片機(jī)的選擇單片機(jī)是本系統(tǒng)最重要的部分，它不但要接收煙霧傳感器傳來(lái)的模擬信號(hào)和溫度傳感器傳來(lái)的數(shù)字信號(hào)還有故障

25、檢測(cè)信號(hào)，而且還有對(duì)兩種信號(hào)和記憶值對(duì)比，然后控制相應(yīng)的報(bào)警。同時(shí)，單片機(jī)查詢是否有按鍵按下。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的這些功能之中，對(duì)轉(zhuǎn)換好的信號(hào)做數(shù)字濾波，再對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，這些過(guò)程是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的。這對(duì)單片機(jī)的要求是計(jì)算速度較快。這樣儀表檢測(cè)人員才能夠正確的觀察到事實(shí)的煙霧濃度。并作出相應(yīng)的處理。但是在滿足系統(tǒng)的計(jì)算速度的同時(shí)還要考慮到他的價(jià)格和體積。在保證系統(tǒng)能夠可靠的性能和精確性能的同時(shí)不提高成本，縮小體積。在實(shí)際應(yīng)用之中AT89C51單片機(jī)應(yīng)用的很廣泛，開(kāi)發(fā)的工具和多，容易學(xué)習(xí)，價(jià)格低，這樣是最適合民用，商用，用途是十分的廣泛的，根據(jù)以上優(yōu)點(diǎn)，本篇論文用AT89C51作為報(bào)警器的核心部件

26、。本論文的控制芯片是AT89C51，它是由ATMEL公司生產(chǎn)的，AT89C51是一種含有4K字節(jié)的可擦除可編圖3.1 單片機(jī) 程的只讀存儲(chǔ)器，還有128字節(jié)的隨機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器的高性能、低電壓CMOS8位的微處理器的單芯片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。這款單片機(jī)是一種高性能低功耗的芯片。片內(nèi)有八位的中央處理器，和Flash存儲(chǔ)單元，可以在各個(gè)系統(tǒng)之中靈活的運(yùn)用。它本身有四十個(gè)引腳，三十二個(gè)外部I/O端口，有兩個(gè)外部中斷，兩個(gè)十六位的可編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。兩個(gè)全雙工串行通信端口。AT89C51的引腳圖如圖3-1所示。芯片能用常規(guī)方法進(jìn)行編程，同樣也可以在線編寫(xiě)。尤其是反復(fù)擦寫(xiě)的存儲(chǔ)器能夠有效的降低成

27、本。3.1.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇A/D轉(zhuǎn)換器的種類(lèi)很多，就位數(shù)來(lái)分，有8位、10位、12位、16位等。位數(shù)越高，其分辨率也越高，但價(jià)格也越貴。而就其結(jié)構(gòu)而言，有單一的A/D轉(zhuǎn)換器，有內(nèi)含多路開(kāi)關(guān)的A/D轉(zhuǎn)換器。本次論文選用的是ADC0832芯片。圖3.2 ADC0832芯片的引腳圖ADC0832 具有以下特點(diǎn)：1、 芯片的分辨率是八位的；2、 有兩個(gè)輸入模擬量的通道；3、 芯片的輸入輸出的電平和TTL、COMS是通用的；4、 電源的供電范圍也比較廣泛，五伏電源供電，輸入的電壓在零到五伏之間；5、 工作頻率是250KHZ，轉(zhuǎn)換的時(shí)間是32us；6、 芯片的功耗很小，大約是15mw；7、 封裝類(lèi)

28、型比較多如雙列直插、PICC等多種封裝；8、 商用的芯片溫度范圍是比較寬泛的在零到七十?dāng)z氏度之間，工業(yè)用芯片的溫度是零下40攝氏度到85攝氏度。ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32S，芯片有兩個(gè)數(shù)據(jù)的輸出能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，這樣能把轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)誤差率降低。芯片的轉(zhuǎn)換速度也比較快而且穩(wěn)定。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過(guò)DI 數(shù)據(jù)輸入端，能夠很方便的選擇通道。3.2 傳感器的選擇3.2.1煙霧傳感器的選擇1、煙霧傳感器的比

29、較（1）離子式煙霧傳感器這種煙霧傳感器是用一種技術(shù)比較良好，工作性能比較穩(wěn)定的的傳感器它的用途也比較廣泛，現(xiàn)在已經(jīng)被應(yīng)用到各種消防報(bào)警系統(tǒng)中，性能十分的優(yōu)越，比氣敏電阻類(lèi)的傳感器要好很多。（2）光電式煙霧傳感器這種傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一套比較復(fù)雜的光通道，有紅外對(duì)管，當(dāng)沒(méi)有煙霧的時(shí)候接受設(shè)備是接受不到紅外發(fā)射器發(fā)出來(lái)的紅外線，但是當(dāng)有煙霧進(jìn)入光學(xué)通道的時(shí)候，由于各種折射和反射，此時(shí)接收器就能接受到紅外線，這時(shí)控制系統(tǒng)通過(guò)和記憶值的比較來(lái)判斷是否發(fā)生火災(zāi)，如果超過(guò)了記憶的數(shù)值就發(fā)出報(bào)警信號(hào)。離子式與光電式的比較：離子式的煙霧傳感器對(duì)于比較微小的煙霧粒子會(huì)更加敏感，另外對(duì)于各種煙霧均有響應(yīng)；而向前式光

30、電煙霧傳感器對(duì)于顆粒相對(duì)較大的煙霧粒子是最敏感的，但是對(duì)于黑煙和灰色的煙塵響應(yīng)能力相對(duì)較差。當(dāng)火災(zāi)很大，而且煙霧濃度也比較大的時(shí)候，空氣中的煙霧的微小顆粒比較多，而且當(dāng)無(wú)明火的燃燒會(huì)有更多的含有大顆粒的煙霧。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生大量的比較小的顆粒，這時(shí)候離子式傳感器會(huì)產(chǎn)生較大的電壓的變化，此時(shí)離子煙霧傳感器會(huì)先報(bào)警。光電式的傳感器會(huì)相對(duì)慢一些，但是兩者的間隔時(shí)間不大，但是這種火災(zāi)發(fā)展的速度極快，發(fā)生后會(huì)迅速變大，這種場(chǎng)合適合安裝響應(yīng)快的傳感器，建議安裝離子傳感器。還有一種就是沒(méi)有明火的火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng),會(huì)產(chǎn)生這時(shí)粒子較大顆粒的煙霧，這種場(chǎng)合適合用光電傳感器。（3）氣敏式煙霧傳感器這種傳感器是用于

31、識(shí)別氣體的傳感器。他們主要是包括接觸燃燒式、半導(dǎo)體氣敏式和電化學(xué)式傳感器等，在這些傳感器中用的最廣泛的就是半導(dǎo)體氣敏傳感器。它的應(yīng)用主要有：瓦斯氣體的探測(cè)、氟利昂的探測(cè)、一氧化碳?xì)怏w的探測(cè)、還有酒精的探測(cè)等等。它能將氣體的種類(lèi)和氣體的濃度相關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，根據(jù)這些電信號(hào)的大小就能得到和待測(cè)氣體在空氣中的濃度大小，從而可以進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警；還可通過(guò)一些接口電路和計(jì)算機(jī)相連接形成一個(gè)系統(tǒng)，能夠自動(dòng)的檢測(cè)、控制和報(bào)警。氣敏式煙霧傳感器的最經(jīng)典的型號(hào)是MQ-2氣體傳感器。這種傳感器常用與家庭和工廠的氣體泄漏裝置，適用于很多種氣體，包括液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的檢測(cè)?；馂?zāi)

32、中的煙霧是有固體顆粒，還有可燃性氣體混合而成的，有很多的物理特性比如體積、質(zhì)量、溫度、電荷等物理特性。離子型煙霧傳感器改變電壓的變化是通過(guò)煙敏電阻的電離室引起的。通過(guò)電壓的變化來(lái)表述火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)煙霧離子的微電流變化裝置。當(dāng)電離室中有煙霧時(shí)，就會(huì)改變電離室空氣的電離狀態(tài)，這是就相當(dāng)于電離室的等效電阻增大，電阻增大就會(huì)引起電離室兩端電壓的改變，從而確定空氣中的煙霧狀態(tài)情況。而氣體傳感器是探測(cè)空氣中可燃性氣體的含量，在家庭中能對(duì)于煤氣，一氧化碳等有害性氣體進(jìn)行探測(cè)。通過(guò)比較分析，本設(shè)計(jì)的感煙探測(cè)器采用的是MQ2傳感器，因?yàn)殡x子式傳感器NIS-90內(nèi)部有微量的放射性物質(zhì)，有可能泄漏，對(duì)人體和環(huán)境都有一定的

33、危害。本次設(shè)計(jì)是家庭火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。通過(guò)研究選擇MQ2煙霧傳感器。MQ2型號(hào)傳感器功耗比較低，用途比較廣泛，適用于高靈敏度煙霧傳感器火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。2、關(guān)于煙霧傳感器本論文用的是二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料的傳感器，型號(hào)為MQ-2，這種傳感器是N型半導(dǎo)體表面離子式。給傳感器一個(gè)預(yù)熱電源（五伏直流電源），但溫度加熱到200300溫度時(shí)候，空氣中的氧氣被二氧化錫所吸附，氧氣變成負(fù)離子吸附在表面，這樣半導(dǎo)體中的電子就會(huì)減少，從而導(dǎo)電能力減弱，使電阻值增加。當(dāng)空氣中有煙霧的時(shí)候，晶粒間界處的勢(shì)壘受到該煙霧的調(diào)制而變化，就會(huì)使電阻值發(fā)生變化。就是利用這一點(diǎn)把煙霧的濃度的信息轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，當(dāng)煙霧的濃度越大，電阻率就

34、會(huì)變小電阻就減小。圖3.3 煙霧傳感器實(shí)物圖傳感器的特性及主要技術(shù)指標(biāo)：(1) MQ-2型傳感器的一般特點(diǎn) (a)MQ-2型傳感器對(duì)天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對(duì)烷類(lèi)煙霧更為敏感。 (b)MQ-2型傳感器具有良好的重復(fù)性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。初始穩(wěn)定，響應(yīng)時(shí)間短，長(zhǎng)時(shí)間工作性能好。(c)MQ-2型傳感器具有良好的抗干擾性，可準(zhǔn)確排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息，例如酒精和煙霧等。 (d)電路設(shè)計(jì)電壓范圍寬，24V以下均可；加熱電壓50.2V。(2) MQ-2型傳感器的特性參數(shù)。(a)回路電壓：(Vc) 524V。(b)取樣電阻：(RL) 0.120K。(c)加熱電壓：(VH)50.

35、2V。(d)加熱功率：(P)約750mW。(e)靈敏度：以甲烷為例R0(air)/RS (0.1%CH4)5。(f)響應(yīng)時(shí)間：Tres10秒。(g)恢復(fù)時(shí)間：Trec30秒。 引腳說(shuō)明：1、 A1或A2為輸出的一端。2、 H為加熱接線段。3、 B1或B2為輸出另一端。3.2.2 溫度探測(cè)器的選定1、本次論文溫度傳感器的選擇要求由于溫度檢測(cè)的參數(shù)的不同，一般情況用于民用建筑和工業(yè)上的溫度傳感器有差溫式、定溫式、差定溫式等等。對(duì)于選擇那種溫度傳感器我們需要考慮的因素有：A 所測(cè)量的溫度是不是要求記錄并且報(bào)警和自動(dòng)控制，是不是要求遠(yuǎn)距離傳送和遠(yuǎn)距離傳輸。B 要求的測(cè)量的溫度大小和精度要求。C 傳感器

36、元件的封裝是否合適。 D 所測(cè)量的溫度隨時(shí)間的變化速度，由于測(cè)量元件有滯后的世間，滯后的時(shí)間是否滿足要求。E 所測(cè)量的場(chǎng)合對(duì)測(cè)量的元件是不是有影響和危害。F 經(jīng)濟(jì)性，元件的價(jià)格，和使用的方便性。根據(jù)以上的這些因素，經(jīng)過(guò)考慮，本次論文溫度傳感器使用的是DS18B20數(shù)字溫度傳感器。DS18B20的特點(diǎn)DS18B20數(shù)字溫度傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接線相對(duì)方便，有不同型式的封裝，不同的封裝可以用于多種場(chǎng)合，封裝如管道式、不銹鋼、磁鐵吸附式、螺紋式封裝，型號(hào)多種可以根據(jù)所需的場(chǎng)合選擇適合的傳感器。圖3.4 DS18B20數(shù)字溫度傳感器引腳圖這種溫度傳感器的主要特點(diǎn)：A 這中傳感器能實(shí)用很寬泛的電壓，使用電壓

37、范圍是：3.05.5V，一般不用獨(dú)立的電源，可以在寄生電源上工作。B 比較方便的數(shù)據(jù)接口方式，這種溫度傳感器和單片機(jī)相鏈接的時(shí)候只需要一條數(shù)據(jù)線就能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和傳感器的雙向通訊。C 本傳感器支持多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的功能，幾個(gè)傳感器可以并聯(lián)在一個(gè)三條線上，能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)測(cè)試功能。D本傳感器使用的時(shí)候不用任何的外圍元件，所有的傳感器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路都繼承在一起。E 本傳感器可以測(cè)量的溫度范圍是 55+125，當(dāng)溫度在-10+85的范圍內(nèi)它的精度為0.5。F 可編程的分辨率是912位，這樣的分辨率分別是0.5、0.25、0.125和0.0625，這樣就能適應(yīng)需要高精度測(cè)量的場(chǎng)合。G 九位的分辨率轉(zhuǎn)換時(shí)間是93

38、.75ms，當(dāng)把分辨率設(shè)置為12為的時(shí)候需要的時(shí)間是750ms速度較快。H 測(cè)量的結(jié)果能以數(shù)字的型式發(fā)出去。用一根線以串行的型式傳遞給CPU，同時(shí)也可以傳送CRC校驗(yàn)碼，這樣傳感器就有很強(qiáng)的抗干擾能力，和糾錯(cuò)的能力。I 負(fù)壓特性：當(dāng)電源的極性不小心接反的時(shí)候芯片不能燒毀，然而芯片也不能正常工作。2、DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。DS18B20的內(nèi)部主要是由四部分構(gòu)成的，包括ROM光刻（64為）、溫度傳感器、溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL(非揮發(fā))、和配置寄存器。3、DS18B20引腳定義：A，DQ是數(shù)字信號(hào)的輸出/輸入端；B，GND是電源接地；C，VDD是芯片電源供電的輸入端。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候，煙

39、霧傳感器將煙霧的濃度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)放大器，把信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，把有效信號(hào)傳遞給A/D轉(zhuǎn)換器，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號(hào)，再傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將這些數(shù)字信號(hào)進(jìn)行和記憶的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，分析是否發(fā)生火災(zāi)，然后把濃度轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制送到顯示部分進(jìn)行顯示，發(fā)出聲光報(bào)警。但是煙霧傳感器是在溫度很高的情況才能正常的工作，所以在報(bào)警系統(tǒng)必須有預(yù)熱的時(shí)間，才能發(fā)揮正常的作用。報(bào)警器需要向傳感器提供一個(gè)五伏的直流電源，為了使系統(tǒng)運(yùn)行可靠性增強(qiáng)，在提供電源的同時(shí)，進(jìn)行故障檢測(cè)。如果煙霧傳感器的加熱電阻絲或者電纜線和傳感器的電源線接觸不良，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，但是這種報(bào)警信號(hào)是和火災(zāi)的報(bào)警信號(hào)是不同的。煙

40、霧檢測(cè)器的功能如下：（1） 當(dāng)系統(tǒng)自身發(fā)生故障的時(shí)候能夠自己排查。（2）單片機(jī)有看門(mén)狗進(jìn)行自檢單片機(jī)的狀態(tài)。使用單片機(jī)的看門(mén)狗的功能，看門(mén)狗定時(shí)的檢測(cè)單片機(jī)的工作狀態(tài)，如果單片機(jī)進(jìn)入死循環(huán)的狀態(tài)，馬上給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位信號(hào)，保證系統(tǒng)的正常工作。第4章 系統(tǒng)硬件模塊的設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)外圍接口電路1、晶振電路晶振電路是給單片機(jī)工作提供時(shí)鐘信號(hào)的，芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益的反相放大器用于形成內(nèi)部的振蕩器。引腳XTAL1是這個(gè)放大器的輸入端子，XTAL2是這個(gè)放大器的輸出端子。在片外的陶瓷諧振器或者是石英晶體作為反饋元件和放大器形成了一個(gè)自激振蕩器。系統(tǒng)的晶振如圖3-7所示，但是外接的兩個(gè)電容的容量不同會(huì)對(duì)

41、振蕩頻率的高低有一點(diǎn)影響，還有工作的穩(wěn)定性，對(duì)于起振的難易程度和溫度的穩(wěn)定性能也是有影響的。例如使用的是石英晶體，電容的大小應(yīng)該是三十皮法左右，但是用的是陶瓷振蕩器電容的容量就應(yīng)該是四十皮法左右。本論文使用的是石英晶體，電容選擇的是三十皮法。2、復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是：當(dāng)系統(tǒng)得電的時(shí)候提供一個(gè)復(fù)位信號(hào)，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定的時(shí)候在撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)。為了使運(yùn)行可靠，當(dāng)電源穩(wěn)定時(shí)候在經(jīng)過(guò)一段延時(shí)后再撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)。作用是為了防止當(dāng)電源開(kāi)關(guān)的瞬間有抖動(dòng)從而影響復(fù)位。復(fù)位是在單片機(jī)啟動(dòng)過(guò)程起作用的，這樣使處理器和系統(tǒng)的每個(gè)部件都處在初始的狀態(tài)，然后開(kāi)始工作。單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是有復(fù)位引腳（REST）進(jìn)入到芯片里面

42、的觸發(fā)器中的。在系統(tǒng)正常工作的時(shí)候，同時(shí)振蕩器穩(wěn)定后，如果復(fù)位引腳上有高電平信號(hào)并且持續(xù)了兩個(gè)周期以上即二十四個(gè)振蕩周期。單片機(jī)的處理器就會(huì)響應(yīng)把系統(tǒng)給復(fù)位。單片的有兩種復(fù)位方式，一種是手動(dòng)按鈕復(fù)位，另一種是上電復(fù)位，這個(gè)論文采用的是手動(dòng)復(fù)位。手動(dòng)復(fù)位是在需要復(fù)位的時(shí)候按下按鈕使復(fù)位端子加上高電平，采取的措施是在復(fù)位端和單片機(jī)的單元上接一個(gè)按鈕，當(dāng)想復(fù)位的時(shí)候，電源的電平就會(huì)接到復(fù)位端子上，則系統(tǒng)就會(huì)復(fù)位。人的動(dòng)作相對(duì)于系統(tǒng)是很慢的，按鈕的時(shí)間最快也是幾十毫秒。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S1為手動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)，電容C3可避免高頻諧波對(duì)電路的干擾。AT89C51晶振電路與復(fù)位電

43、路如圖4.1，圖4.2所示。圖4.1 AT89C51單片機(jī)的晶振電路圖4.2 AT89C51單片機(jī)的復(fù)位電路4.2 AD轉(zhuǎn)換電路ADC0832是的5號(hào)和6號(hào)引腳由于不同時(shí)有效，為了節(jié)省單片機(jī)的接口所以連接在一起使用，當(dāng)此引腳輸入的串行數(shù)據(jù)是1、0的時(shí)候則是選擇的通道0，當(dāng)輸入的是1、1的時(shí)候選擇的是通道1，當(dāng)輸入的是0、0的時(shí)候通道零接模擬信號(hào)的正相輸入端，通道一接輸入信號(hào)的負(fù)相。當(dāng)引腳的串行數(shù)據(jù)是0、1的時(shí)候零通道接入的是模擬信號(hào)的負(fù)相輸入端，一通道接入的是正相。本次論文只是用單相一通道，所以單片機(jī)的P37口首先個(gè)給轉(zhuǎn)換芯片一個(gè)低電平，激活芯片，然后在給芯片5、6號(hào)引腳一個(gè)1.0的信號(hào)，選中

44、通道0。當(dāng)?shù)谌齻€(gè)時(shí)鐘脈沖下降的時(shí)候D0(6)開(kāi)始進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)工作，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)是第四個(gè)的下降沿時(shí)候D0開(kāi)始輸出數(shù)據(jù)的高位DATA7當(dāng)像一個(gè)脈沖繼續(xù)輸出直到DATA0，然后開(kāi)始反向輸出即輸DATA0DATA7，此次轉(zhuǎn)換結(jié)束。芯片和單片機(jī)的接口如圖4.3所示。圖4.3 ADC08324.3 煙霧信號(hào)調(diào)理電路 圖4.4 煙霧信號(hào)處理模塊煙霧傳感器的處理信號(hào)圖4.4所示，當(dāng)煙霧濃度上升的時(shí)候，4(6)腳的電壓上升，使比較器的U-電壓升高，當(dāng)電壓大于U+的時(shí)候輸出負(fù)電平，這使發(fā)光二極管發(fā)光，提醒監(jiān)視員，有異常情況發(fā)生，同時(shí)三極管的基極變?yōu)榈碗娖?，三極管由飽和區(qū)變?yōu)榻刂箙^(qū)，輸出的TTL電平是低電平。同時(shí)在4

45、（6）腳上輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器和電容的濾波，根據(jù)虛斷可知 （3-1） （3-2）虛短可知 （3-3）所以這將傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行了放大，可以增加報(bào)警系統(tǒng)的靈敏度。使用放大器可以是輸入的電阻增大，提高傳感器的靈敏度。4.3.1 光報(bào)警電路此類(lèi)報(bào)警根據(jù)單片機(jī)所給電壓，確定LED燈中的電流流向，以驅(qū)動(dòng)燈發(fā)光。連接電路如圖4.5所示。圖中當(dāng)單片機(jī)為低電平時(shí)，小燈是亮的；高電平時(shí)，小燈滅。圖4.5 光報(bào)警電路4.3.2 聲報(bào)警電路當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，煙霧傳感器和溫度傳感器將接受到的信息傳送給AT89C51單片機(jī)由單片機(jī)判斷是否超過(guò)預(yù)警值，超過(guò)則讓報(bào)警器報(bào)警，其中報(bào)警器中的聲報(bào)警電路圖如圖4.6所示。圖4.6

46、聲報(bào)警電路4.4 報(bào)警器故障自診斷判斷傳感器電源連接情況，在傳感器的地端串聯(lián)一個(gè)電阻R，當(dāng)傳感器正常連接時(shí)，電阻和傳感器分壓，此時(shí)電阻兩端有微弱的電壓，單片機(jī)可以通過(guò)P2.1口檢測(cè)到：如果傳感器電源連接不正常，則會(huì)產(chǎn)生斷路，檢測(cè)到電阻兩端電壓為0V。4.5顯示部分LED數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體的發(fā)光器件，它的組成是發(fā)光二極管，通過(guò)點(diǎn)亮不同的二極管來(lái)顯示所需要的數(shù)字，可以顯示09的數(shù)字。數(shù)碼管按照發(fā)光二極管的數(shù)量可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管。八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，按照能顯示八的個(gè)數(shù)可分為一位、兩位、四位等。按照二極管的連接方式可分為共陰極和共陽(yáng)極。其中共陰極指的是數(shù)碼管之中的發(fā)光二極管所

47、有的陰極都連接在一起，同理共陽(yáng)極是指所有的陽(yáng)極都連接在一起形成一個(gè)公共端。共陽(yáng)極的數(shù)碼管當(dāng)控制端輸入的是低電平相應(yīng)的發(fā)光二極管就會(huì)發(fā)光，當(dāng)輸入端是高電平的時(shí)候相應(yīng)的二極管就熄滅。為了提高單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，大多選的都是共陽(yáng)極，本論文選擇的也是共陽(yáng)極數(shù)碼管。動(dòng)態(tài)數(shù)碼管是指每個(gè)數(shù)碼管的a b c d e f g相同的字母都連接在一起，每個(gè)數(shù)碼管的公共端作為片選端子，當(dāng)輸入端子連接到P0時(shí)候，P0輸出一個(gè)字符，所有的數(shù)碼管都是相同的，但是要看那個(gè)數(shù)碼管顯示就要相應(yīng)顯示的數(shù)碼管的片選端子為高電平。高電平的會(huì)發(fā)光，低電平的不會(huì)發(fā)光，通過(guò)選通不同的數(shù)碼管數(shù)碼管閃爍發(fā)光，由于時(shí)間比較短，所以人的眼睛分辨不出來(lái)

48、的，看上去是每個(gè)數(shù)碼管都在發(fā)光。這就是動(dòng)態(tài)顯示。如4.7圖所示。圖4.7 顯示電路4.5.1控制電路報(bào)警溫度用按鍵S2，S3，S4來(lái)設(shè)置，S2為調(diào)整鍵，按一次可調(diào)整報(bào)警上限溫度值，按兩次可調(diào)整報(bào)警下限溫度值，按三次數(shù)碼管恢復(fù)到正常溫度顯示。S5是緊急呼叫按鍵，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的控制電路圖4.8如圖所示圖4.8 控制電路第5章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)5.1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境本次論文沒(méi)有用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，采用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，然后通過(guò)Protues軟件進(jìn)行仿真調(diào)試，最后根據(jù)調(diào)試得出應(yīng)有的結(jié)果。因?yàn)镃語(yǔ)言比較簡(jiǎn)練，他是由函數(shù)組成的，設(shè)計(jì)的時(shí)候結(jié)構(gòu)比較分明，幾個(gè)函數(shù)模塊可以分別調(diào)用，當(dāng)調(diào)試程序的時(shí)候，如果出現(xiàn)問(wèn)

49、題更容易排查，改進(jìn)程序的時(shí)候也容易找到相應(yīng)的模塊。同時(shí)也兼容匯編語(yǔ)言的微操作功能。5.2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)5.2.1主程序設(shè)計(jì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)控制器的控制系統(tǒng)是采用AT89C51作為控制芯片，主要功能模塊包括：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)。為了使系統(tǒng)方便維護(hù)，自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用的是模塊化設(shè)計(jì)程序，這些模塊的作用是通過(guò)調(diào)用子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這樣使程序有清晰的結(jié)構(gòu)。但需要擴(kuò)展程序的時(shí)候也很方便。這個(gè)系統(tǒng)主要包括主程序、火災(zāi)判斷和報(bào)警子程序，還有溫度煙霧數(shù)據(jù)采集子程序。系統(tǒng)的程序流程圖見(jiàn)圖5.1所示。上電復(fù)位后單片機(jī)

50、的各個(gè)功能模塊首先初始化，然后利用傳感器對(duì)火災(zāi)報(bào)警器部分進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，判斷是否有火災(zāi)發(fā)生，如果有火災(zāi)產(chǎn)生，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。開(kāi)始初始化第一次煙霧溫度信號(hào)采集判斷報(bào)警？ Y N 第二次煙霧溫度信號(hào)采集判斷異常報(bào)警報(bào)警？ 正常 手動(dòng)復(fù)位火災(zāi)報(bào)警圖5.1主程序設(shè)計(jì)5.2.2 主程序初始化設(shè)計(jì)主程序的流程圖如圖5.2所示，這部分的主要作用是要設(shè)定I/O端口的輸入輸出的狀態(tài)設(shè)定、開(kāi)中斷、寄存器的初始化等等。先要設(shè)定定時(shí)器的工作方式，在開(kāi)啟中斷系統(tǒng)，用來(lái)響應(yīng)中斷的定時(shí)器，并且及時(shí)對(duì)氣體的

51、濃度進(jìn)行采樣。然后把蜂鳴器關(guān)掉，同時(shí)開(kāi)啟綠燈，設(shè)置報(bào)警的初值。開(kāi)始定時(shí)器初始化值開(kāi)中斷關(guān)閉蜂鳴器打開(kāi)綠燈是否報(bào)警？Y設(shè)定初值 N返回圖5.2 初始化設(shè)計(jì)開(kāi)始5.2.3煙霧濃度處理設(shè)計(jì)ADC0832初始化 數(shù)據(jù)采集大于上限? N Y Y 結(jié)束圖5.3煙霧濃度子程序 當(dāng)煙霧濃度超過(guò)報(bào)警設(shè)定值時(shí)，報(bào)警器發(fā)出一種近似警笛的鳴叫聲，對(duì)應(yīng)通道的紅燈閃亮，以提示操作人員采取安全對(duì)策或自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置，從而保障生產(chǎn)安全，避免火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。5.2.4溫度采集設(shè)計(jì)（1） DS18B20的初始化 圖5.4 復(fù)位時(shí)序圖單片機(jī)先給數(shù)據(jù)線一個(gè)高電平，然后做延時(shí)，最后在將電平拉低，這個(gè)延時(shí)的范圍不是很?chē)?yán)格，大約

52、在480960us之間就可以。再將數(shù)據(jù)線電平拉高。這時(shí)等待初始化完成，一般在1560us之間芯片會(huì)給單片機(jī)一個(gè)低電平，但是一般要進(jìn)行時(shí)間限定，防止無(wú)限的等待，進(jìn)入死循環(huán)。如果單片機(jī)接收到了一個(gè)低電平，單片機(jī)還是要進(jìn)行延時(shí)480us，然后將數(shù)據(jù)線的電平拉高，初始化完成。(2) DS18B20的寫(xiě)數(shù)據(jù)圖5.5寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)序圖先把數(shù)據(jù)線電平拉低，然后延時(shí)15us，然后從低到高位發(fā)送數(shù)據(jù)（CCH由于本設(shè)計(jì)只用了一個(gè)DS18B20所以要跳過(guò)ROM）一次只能發(fā)送一位。延時(shí)45us。把數(shù)據(jù)線拉高。然后不斷的重復(fù)上面的過(guò)程，直到整個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。最后還是要把數(shù)據(jù)線上的電位拉高。（3） DS18B20讀數(shù)據(jù) 圖5.6讀數(shù)據(jù)時(shí)序圖把數(shù)據(jù)線的電位拉高，再做延時(shí)處理大約2us，把數(shù)據(jù)線拉低，延時(shí)6us，把數(shù)據(jù)線的電平拉高，做延時(shí)處理大約4us。然后讀數(shù)據(jù)線上的狀態(tài)為，做處理，進(jìn)行延時(shí)，然