多路自動報警控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、多路自動報警/ 控制系統(tǒng)的設(shè)計（1 引言 2 正文“原理，設(shè)計，實驗，應(yīng)用”結(jié)論）引言：隨著城市的不斷發(fā)展，城市的住房及辦公樓也越來越集中，其中也產(chǎn)生了一項不利的因素，那就是： 樓宇的復(fù)雜化給小區(qū)、辦公大樓的安全帶來了更大程度上的隱患。出于安全的考慮， 也為了便于管理，大廈的智能化管理模式應(yīng)用而生。同時隨著高性價比、嵌入式微控制器的廣泛應(yīng)用，作為智能大廈自動化系統(tǒng)一部分的火災(zāi)報警/ 控制系統(tǒng)及紅外線防盜系統(tǒng)有走向分布式智能控制系統(tǒng)的趨勢。這種分布式控制系統(tǒng)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的探測器和控制模塊及其它模塊中，使它們各自具有了數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，由過去的控制室設(shè)備來完成的功能下載到智能化的現(xiàn)

2、場設(shè)備來完成，從而適應(yīng)工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的方向。本課題主要研究的是應(yīng)用單片機技術(shù)來實現(xiàn)現(xiàn)場的報警/ 控制裝置到主控制臺的多路的自動打鈴報警系統(tǒng)，在這里有必要介紹一下單片機。單片機是單片微型計算機的簡稱，它是把組成微型計算機的各功能部件：中央處理器cpu 、隨機存取存儲器ram 、i/o 接口電路、定時器 / 計數(shù)器以及串行通訊接口等部件制作在一塊集成芯片中，構(gòu)成一個完整的微型計算機。單片機的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體上同步，經(jīng)歷了四個階段：第一階段：（1971-1974 年） ：1971 年 11 月美國intel公司首先設(shè)計成集成度為2000只晶體管 / 片的

3、微處理器intel4004，并且配有隨機存取存儲器ram ，只讀存儲器rom 和移位寄存器等芯片，構(gòu)成第一臺mcs-4微型計算機。1972 年 4 月 intel公司又研制成功了功能較強的8 位微處理器intel8008，在此期間faircnild公司也研制成f8 微處理器。這些微處理器雖說還不是單片機，但是從此拉開了研制單片機的序幕。第二階段：（1974-1978 年） ：初級單片機階段。以intel公司的mcs-48為代表。這個系列的單片機內(nèi)集成有8 位 cpu 、并行 i/o 口、 8 位定時器 / 計數(shù)器，尋址范圍不大于4k，且無串行口。第三階段：（1978-1983 年） ：高性能單

4、片機階段。在這一階段推出的單片機普遍帶有串行口，有多級中斷處理系統(tǒng)、16 位定時器 / 計數(shù)器。片內(nèi)ram 、rom 容量增大，且尋址范圍可達 64k 字節(jié)，有的還帶有a/d 轉(zhuǎn)換器接口。 這類單片機有intel公司的 mcs-51 ，motorola公司的 6801 和 zilog公司的 z8 等。由于這類單片機的應(yīng)用范圍極其廣泛, 各公司正在大力改進其結(jié)構(gòu)及性能. 所以 , 這個系列的各類產(chǎn)品是目前國內(nèi)外產(chǎn)品的主流.其中mcs-51 系列產(chǎn)品 , 由于其優(yōu)良的性能價格比, 特別適合我國的國情, 隨著我國經(jīng)濟建設(shè)步伐的加大, 在各方面得到了很大的應(yīng)用. 第四階段 :(1983-):8位單片機

5、鞏固發(fā)展及16 位單片機推出階段. 此階段主要特征是一方面發(fā)展 16位單片機及專用單片機; 另一方面不斷完善高檔8位單片機 , 改善其結(jié)構(gòu) ,以滿足不同的用戶需要. 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛, 按照單片機的特點, 單片機可分為單機應(yīng)用和多機應(yīng)用. 1.單機應(yīng)用在一個應(yīng)用系統(tǒng)中, 只使用一個單片機, 這是目前應(yīng)用最多的方式, 單片機應(yīng)用的主要領(lǐng)域有 : (1) 測控系統(tǒng) . 用單片機可以構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng), 自適應(yīng)控制系統(tǒng), 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等.例如 , 溫室人工氣候控制, 水閘自動控制, 電鍍生產(chǎn)線自動控制,氣輪機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng), 機器人軸處理器等 . (2) 智能儀表 . 用單片機改造原有的測量,

6、控制儀表 , 能促進儀表向數(shù)字化, 智能化 , 多功能化 , 綜合化 , 柔性化發(fā)展 . 如溫度 , 壓力 , 流量 , 濃度顯示 , 控制儀表等 . 通過采用單片機軟件編程技術(shù) , 使長期以來測量儀表中的誤差修正, 線形化處理等難題迎刃而解. (3) 機電一體化產(chǎn)品. 單片機與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品結(jié)合, 使傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化, 控制智能化 , 構(gòu)成新一代的機電一體化產(chǎn)品. 例如在電傳打字機的設(shè)計中由于采用了單片機, 取代了近千個機械部件; 在數(shù)控機床的簡易控制機中, 采用單片機可提高可靠性及增強功能, 降低控制機成本 . (4) 智能接口 . 在計算機系統(tǒng), 特別是較大型的工業(yè)測控系統(tǒng)中, 如

7、果用單片機進行接口的控制與管理 , 單片機與主機可并行工作, 可以大大提高系統(tǒng)的運行速度.例如在大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中 , 用單片機對模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換接口進行控制不僅可提高采集速度, 還可對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理,如數(shù)字濾波 , 線形化處理 , 誤差修正等 . 2.多機應(yīng)用單片機的多機應(yīng)用系統(tǒng)可分為功能集散系統(tǒng), 并行多機處理及局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng). (1) 功能集散系統(tǒng). 多功能集散系統(tǒng)是為了滿足工程系統(tǒng)多種外圍功能要求而設(shè)置的多機系統(tǒng) . 例如一個加工中心的計算機系統(tǒng)除完成機床加工運行控制外, 還要控制對刀系統(tǒng), 坐標(biāo)指示 , 刀庫管理 , 狀態(tài)監(jiān)視 , 伺服驅(qū)動等機構(gòu). (2) 并行多機控制系統(tǒng). 并行多機控

8、制系統(tǒng)主要解決工程應(yīng)用系統(tǒng)的快速性問題, 以便構(gòu)成大型實時工程應(yīng)用系統(tǒng). 典型的有快速并行數(shù)據(jù)采集, 處理系統(tǒng) , 實時圖象處理系統(tǒng)等. (3) 局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng). 單片機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的出現(xiàn), 使單片機應(yīng)用進入了一個新的水平. 目前單片機構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要是分布式測控系統(tǒng). 單片機主要用于系統(tǒng)中的通信控制, 以及構(gòu)成各種測控子級系統(tǒng). 在該多路自動報警/控制系統(tǒng)中 , 主要采用了單片機的多機應(yīng)用, 局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原理. 由于 intel 公司的 8051 單片機具有較高的性價比,故采用 8051 作為主要部件. 設(shè)計原理：1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1 所示，它由三個層次構(gòu)成，各種探測器、控制

9、模塊、編碼模塊和手報按鈕等處于現(xiàn)場控制底層，和各個區(qū)域控制器相連. 區(qū)域控制器處于過程監(jiān)控層的位置， 由 mcs8051單片機作為主控部件，通過驅(qū)動電路與總線回路相連，可實現(xiàn)和控制器、功能模塊間的全數(shù)字通信，并實現(xiàn)聯(lián)動控制。管理層也采用mcs8051單片機， 通過與區(qū)域控制器交換信息，可外接振鈴實現(xiàn)報警、ld 顯示器顯示警報來源等功能操作，如有必要還可以通過網(wǎng)關(guān)聯(lián)入城市消防和110 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心， 以實現(xiàn)雙重管理和監(jiān)控，作到及時傳送火災(zāi)及竊案發(fā)生地點信息，起到快速反應(yīng)的功能。2 硬件設(shè)計：3 軟件設(shè)計主機程序：org0100hajmp go go: clr p2.1 ;警報復(fù)位按鈕清零mov

10、r5,#1fh ;從機數(shù)mov r2,#00h ；被尋址從機地址start: mov r3,#01h ；命令從機發(fā)數(shù)據(jù)給主機mov r1,#60h ；數(shù)據(jù)長度送60h acall kerboard1 ;有地址輸入則轉(zhuǎn)向屏蔽地址子程序lcall mcom ；調(diào)用通訊子程序check: mov a,#61h ； 61h 的從機狀態(tài)數(shù)據(jù)送累加器cjnz a,#00h,alarm;不正常跳到警報程序normal: inc r2 ；正常，地址加一，繼續(xù)查詢djnz r5,start ；查到 31 號機后跳到0 號機ljmp go alarm: jb p2.1,normal ； 讀警報復(fù)位按鈕， 如為高電

11、平， 則消除警報，轉(zhuǎn)為正常setb p2.3 ;拉響警鈴display: mov a,62h ；用十進制顯示62h 中的地址anl a,#0f0h swap a mov b,#10h mul ab mov r6,a mov a,#62h anl a,#0fh add a,r6 mov r6,a anl a,#0f0h swap a mov p1,a setb p1.4 mov a,r6 anl a,#0fh mov p1,a setb p1.5 clr p1 ljmp alarm ；不停地報警直到有復(fù)位按鈕按下mcom: mov tomd,#20h ；初始化t1 為定時器方式，模式2 mov

12、tl1,#0f3h ；置計數(shù)器常數(shù)mov th1,#0f3h setb tr1 ；啟動計時器t1 mov pcon, #80h ； smod=1 mov scon,#0d8h ；串行口方式3，允許接收，tb8=1 tx_addr: mov a,r2 ；發(fā)送地址幀setb p2.0 ；令 sn75176b 呈發(fā)送狀態(tài)mov sbuf,a loop1: jnb ti,loop1 clr ti clr p2.0 ；令 sn75176b 呈接收狀態(tài)rx_reply: jbc ri,if_agree ；等待從機應(yīng)答sjmp rx_reply if_agree: mov a,sbuf ；判斷應(yīng)答地址是否符

13、合xrl a,r2 jz tx_comd comeback: mov a,#0ffh ；重新聯(lián)絡(luò)setb tb8 setb p2.0 mov sbuf,a loop2:jnb ti,loop2 clr ti sjmp tx_addr tx_comd: clr tb8 ；地址符合，給tb8 置 0，準(zhǔn)備送命令mov a,r3 ； r3 內(nèi)容為控制代碼setb p2.0 mov sbuf,a ；送命令loop3:jnb ti,loop3 clr ti clr p2.0 rx_state: jbc ri,if_right ；準(zhǔn)備接收從機狀態(tài)字節(jié)sjmp rx_st ate if_right : mo

14、v a,sbuf ；判從機是否接到非法命令jbc acc.7,go_on ；若正確就繼續(xù)，否則返回重新聯(lián)絡(luò)sjmp comeback go_on: cjnz r3,#00h,receive ；要求從機發(fā)送就跳轉(zhuǎn)jnb acc.0,comeback tx_bytes: mov a,r4 ；主機發(fā)送數(shù)據(jù)給從機setb p2.0 mov sbuf,a wait1:jbc ti,tx_data sjmp wait1 tx_dat a: mov a,r0 mov sbuf,a wait2:jnb ti,w ait2 clr ti inc r0 djnz r4,tx_dat a ret receive:

15、clr p2.0 ； sn75176b 呈接收狀態(tài)jnb acc.1,comeback ；從機未準(zhǔn)備就緒跳重新聯(lián)絡(luò)rx_bytes: jnb ri,rx_bytes ；接收數(shù)據(jù)塊長度mov a,sbuf mov r4,a；數(shù)據(jù)塊長度存r4，用以計數(shù)mov r1,a；數(shù)據(jù)塊長度保存在60h 中inc r1 ；指向存儲數(shù)據(jù)地址rx_dat a: jnb ri,rx_dat a ；準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)clr ri mov a,sbuf mov r1,a；存放數(shù)據(jù)inc r1 ；存放指針加一djnz r4,rx_dat a ；未接收完就繼續(xù)ret ；返回主程序4 工作原理結(jié)論：該多路自動報警/ 控制系統(tǒng)中，采

16、用8051 單片機作為區(qū)域控制器，各種探測器及手動裝置作為外部事物輸入設(shè)備，用打鈴及l(fā)ed來提示報警和顯示警報來源。由于采用了單片機作為控制元件，使得原先復(fù)雜的編碼/ 譯碼電路可以用軟件來實現(xiàn)，大大簡化了硬件線路。在多機通訊上采用rs-485 總線傳輸標(biāo)準(zhǔn)，保證了信號遠距離的可靠傳輸，可完成對多區(qū)域遠距離的監(jiān)控報警與消防控制，適用于多點測量系統(tǒng)，具有很好的通用性和實用性。作為一個在安全管理中十分重要的系統(tǒng)，該多路自動報警/ 控制系統(tǒng)具有安全可靠的優(yōu)點，即該系統(tǒng)既能在出現(xiàn)異常情況時及時地打鈴報警又能在受干擾的環(huán)境下盡可能的不謊報。該系統(tǒng)實時性強，即控制響應(yīng)（包括命令響應(yīng)、報警響應(yīng)等）的速度快，能

17、實時地跟蹤現(xiàn)場情況并對發(fā)生的事件進行處理；可靠性高， 不但在正常的情況下能穩(wěn)定可靠地工作，而且對用戶操作和外圍設(shè)備具有很強的抗干擾能力；能和多媒體pc進行通信。且在設(shè)計時本著生產(chǎn)成本與設(shè)備靈活、電路簡潔的設(shè)計原則，盡量選用了功耗低、體積小的電子器件，有效地降低了用戶成本。該多路報警 / 控制系統(tǒng)還采用了先進的分布式控制方式，即將專用微處理器置入傳統(tǒng)的探測器和控制模塊及其它模塊中，使它們各自具有了數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，由過去的控制室設(shè)備來完成的功能下載到智能化的現(xiàn)場設(shè)備來完成。從這個角度來看，該系統(tǒng)已具備現(xiàn)場總線技術(shù)的部分特點，由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)具有節(jié)省硬件數(shù)量與投資、節(jié)省安裝與維護費用、用戶可

18、自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來集成系統(tǒng)、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、功能模塊化等許多優(yōu)點，因而已成為工業(yè)控制領(lǐng)域一個新時代的開始，它也成為多路自動報警/ 控制系統(tǒng)今后發(fā)展的方向。綜合看來，該多路自動報警/ 控制系統(tǒng)的應(yīng)用前景十分廣闊，必將憑借其廉價、安裝方便、電路簡潔的特點成為智能樓宇開發(fā)中的首選系統(tǒng)。參考文獻： 1 陽憲惠，主編. 現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用. 第 1 版. 北京：清華大學(xué)出版社，1999 2 郭敏 . 一種新型編 / 譯碼器件在報警/ 控制系統(tǒng)中的應(yīng)用. 計算機應(yīng)用研究，1998（5） 3 何立民 .mcs 51 系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計. 北京：北京航空航天大學(xué)，1990 4 李華 .mcs-51 系列單片機實用接口技術(shù). 北京 : 北京航空航