基于ATC單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警器

1、火災(zāi)報(bào)警器內(nèi)容摘要：多少年來，火災(zāi)一直是人們所遭遇的最主要災(zāi)害之一，曾對人類的文明造成了重大破壞，許多著名的建筑大都?xì)в诨馂?zāi)。由火災(zāi)引發(fā)的重大安全事故比比皆是，所以人類一直也未停止過對它的研究。本文介紹了一種適用于多種公共場所的基于單片機(jī)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。本系統(tǒng)以AT89C51為主控制器，DS18B20溫度傳感器為感溫器件，離子感煙傳感器為感煙元件，將煙霧和溫度等信號(hào)轉(zhuǎn)化為可檢測的電信號(hào)。然后將傳感器輸出的電信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換電路 ,完成煙霧傳感器和溫度傳感器輸出的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，再由單片機(jī)判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。若發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)會(huì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和LED指示燈報(bào)警。該系統(tǒng)主要由煙感數(shù)據(jù)采集模塊

2、、單片機(jī)控制模塊、驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警模塊組成，采用高性能的單片機(jī)芯片為核心和高靈敏度的離子感煙傳感器和溫度傳感器，而且利用聲音和指示燈兩種報(bào)警形式進(jìn)行報(bào)警提示，大大的提高了系統(tǒng)的精確性和可靠性。關(guān)鍵詞：火災(zāi)報(bào)警器 離子感煙探測器 AT89C51單片機(jī) DS18B20Fire AlarmAbstract: For many years, fire was people encountered the main disasters, had to human civilization caused major damage. Many famous buildings mostly destroyed

3、in the fire. A major safety accident caused by a fire can be found everywhere, so human beings have never stopped studying it. This paper introduces a kind of fire alarm system based on single chip microcomputer, which is suitable for many kinds of public places.The system takes the AT89C51 as the m

4、ain controller, and the DS18B20 temperature sensor is a temperature sensor, the ion sensor is a sensor, and the signal can be converted into a detectable signal. Then the sensor output of the electrical signal into the A/D conversion circuit, complete the smoke sensor and temperature sensor output a

5、nalog signal to digital signal conversion, and then by the microcontroller to determine whether the scene of fire. If a fire occurs, the system will drive the buzzer and LED indicator alarm. The system mainly by the smoke sense data collection module, MCU control module, drive the sound and light al

6、arm module, as the core and high sensitivity of ion smoke sensor and temperature sensor with high performance single chip, and the use of sound and the indicator lamp two types of alarm, alarm, greatly improve the accuracy and reliability of the system.Key words: fire alarm smoke detector AT89C51 MC

7、U DS18B20目錄1 緒論11.1 課題研究背景11.2國內(nèi)外火災(zāi)報(bào)警器研究歷史11.3 火災(zāi)報(bào)警技術(shù)的發(fā)展趨勢32 火災(zāi)報(bào)警器系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)32.1火災(zāi)產(chǎn)生的原理42.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求43 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53.1煙感傳感器5 煙感傳感器選擇53.1.2 離子式感煙探測器介紹53.2 溫度傳感器63.2.1 溫度傳感器選擇63.2.2 DS18B20工作原理63.2.3 DS18B20特性73.2.4 DS18B20注意事項(xiàng)83.3 單片機(jī)芯片的選擇83.3.1 AT89C51簡介93.3.2 AT89C51管腳功能說明104 火災(zāi)報(bào)警器軟件實(shí)現(xiàn)與調(diào)試114.1 信號(hào)處理電路114.2 聲

8、光報(bào)警電路124.2.1 聲報(bào)警電路124.2.2 光報(bào)警電路134.3 系統(tǒng)調(diào)試134.3.1 編程KEIL環(huán)境介紹13調(diào)試步驟145 結(jié)束語15參考文獻(xiàn)16火災(zāi)報(bào)警器1 緒論1.1 課題研究背景進(jìn)入上世紀(jì)90年代后，我國經(jīng)濟(jì)步入高速發(fā)展的時(shí)期，城市化建設(shè)不斷加快，城市建筑也由分散式低密度向集中式高密度過渡，林立的高層建筑成了城市的主要的標(biāo)志。任何事物的發(fā)展都具有兩面性，高層建筑中各種通訊線路、動(dòng)力和照明線路、以及各種系統(tǒng)中線路縱橫交錯(cuò)，還有現(xiàn)代人類大量使用煤氣、天然氣，甚至是煙花等火災(zāi)隱患致使火災(zāi)的發(fā)生概率也在大幅增加?；馂?zāi)是一種在時(shí)空上失去控制的燃燒所引發(fā)的災(zāi)害，加之現(xiàn)代建筑的密閉性較強(qiáng)

9、，一旦發(fā)生火災(zāi)，整幢大樓就像一個(gè)大的火爐，而樓梯道、各種通風(fēng)管道、線路豎井都是效果極佳的火筒，從而給滅火施救造成了巨大的難度。由火災(zāi)導(dǎo)致的后果給人類、社會(huì)和自然造成的危害越來越大，它不僅毀壞物質(zhì)財(cái)產(chǎn)，而且還直接危脅人們的生命安全，給人們的心靈造成極大的傷害。殘酷的火災(zāi)引發(fā)的重大安全事故比比皆是，因此，人類從未停止過對火災(zāi)發(fā)生后及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)控制的研究，火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。隨著科技的發(fā)展和人們需求的不斷提高，火災(zāi)報(bào)警器在功能、結(jié)構(gòu)、形式等方面也在不斷完善。1.2 國內(nèi)外火災(zāi)報(bào)警器研究歷史在各種災(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

10、，幾乎每天都有火災(zāi)發(fā)生。據(jù)聯(lián)合國“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)600萬至700萬次，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)卻相對較少，這與歐美發(fā)達(dá)國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，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，

11、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。一旦發(fā)生火災(zāi)，將對人的生命和財(cái)產(chǎn)造成極大的危害?；馂?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。1890年在英國，感溫式火災(zāi)探測器研制成功并應(yīng)用于火災(zāi)探測系統(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。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)測技術(shù)也相應(yīng)迅速發(fā)展，各種類型的火災(zāi)探測器相繼問世，并日漸完善，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，其發(fā)展過程可以分為以下幾個(gè)階段:第一階段，

12、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，采用的探測器主要是感溫式的探測器，它通過采集溫度信號(hào)，然后判定是否超出設(shè)定的閥值，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，無法判斷陰燃火災(zāi)，也無法滿足智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的要求。第二階段，20世紀(jì)40年代末，開始了離子感煙探測器的研究。這一研究引起了人們的重視，隨后離子感煙探測器得到廣泛應(yīng)用，并逐漸占據(jù)了絕大部分市場，迫使感溫式探測器退居其次；到70年代末，光電式感煙探測器在光電技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，并很快得到大力發(fā)展。它的使用

13、壽命長，抗干擾能力強(qiáng)，沒有離子感煙探測器的放射性問題。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，采用有線連接對工程要求高。第四階段，從20世紀(jì)80年代中后期開始，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，各種智能型的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)相繼出現(xiàn)。

14、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。近年來，采用無線通信方式的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)在國外悄然興起。這種系統(tǒng)引入了無線電通信技術(shù)，利用無線通信方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線通信方式，將大多的電器裝置通過無線連接方式進(jìn)行信息傳輸與控制，適用于各類建筑和場所。無線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)起初僅用于特殊場合，如博物館、名勝古跡等不宜布線的場合，而且其價(jià)格也比較高。隨著科技進(jìn)步和元器件成本的降低，無線火災(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)的競爭力。在我國，采用的無線通信方式的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)日益受到重視。由于其具

15、有安裝簡便、對建筑物無損壞作業(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節(jié)點(diǎn)組成，由探測節(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節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，探測節(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。1.3 火災(zāi)報(bào)警技術(shù)的發(fā)展趨勢在我國，采用的無線通信方式的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)日益受到重視。由于其具有安

16、裝簡便、對建筑物無損壞作業(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節(jié)點(diǎn)組成，由探測節(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節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，探測節(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。近幾年來，單片機(jī)已逐步深入應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各部門及人們生活的各個(gè)方面。各種類型的單片機(jī)也根據(jù)社會(huì)的需求而

17、開發(fā)出來。單片機(jī)是器件級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)際上它是一個(gè)微控制器或微處理器。由于它功能齊全，體積小，成本低，因此它可以應(yīng)用到任何電子系統(tǒng)中去，同樣，它也可以廣泛應(yīng)用于報(bào)警技術(shù)領(lǐng)域，使各類報(bào)警裝置的功能更加完善，可靠性大大提高，以滿足社會(huì)發(fā)展的需求。2 火災(zāi)報(bào)警器系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 火災(zāi)探測器是消防自動(dòng)報(bào)警的眼睛。它將火災(zāi)信號(hào)快速傳到報(bào)警控制器,發(fā)出警報(bào)信號(hào)。火災(zāi)報(bào)警器要根據(jù)火災(zāi)的特點(diǎn)、針對保護(hù)對象的特點(diǎn)進(jìn)行選擇探測器，做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)經(jīng)濟(jì)合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2.1 火災(zāi)產(chǎn)生的原理火災(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。可燃物以氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形態(tài)存在

18、，助燃物通常是空氣中的氧氣。一般可燃物在燃燒時(shí)先產(chǎn)生燃燒氣體，繼而產(chǎn)生煙霧，在氧氣充足的條件下就會(huì)完全燃燒而產(chǎn)生火焰，發(fā)出可見光和不可見光，并散發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度升高，其過程如圖2.1-1中曲線所示。起火過程中，剛開始會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧且持續(xù)的時(shí)間相對較長，而此時(shí)現(xiàn)場的環(huán)境溫度還不是太高沒有驟變，若此時(shí)煙感傳感器感應(yīng)到了煙霧就可以及時(shí)報(bào)警并在火勢沒擴(kuò)大之前讓人們提前預(yù)防和撤離，這樣就可以把火災(zāi)損失控制在最小限度。等到火焰燃燒后，它會(huì)快速蔓延，產(chǎn)生大量的熱而導(dǎo)致環(huán)境溫度的升高，若能感受到溫度的變化而報(bào)警提醒人們就可以比較及時(shí)地控制火災(zāi)。若以此硬件設(shè)計(jì)中我會(huì)加入溫度傳感器和煙感傳感器配合工作,

19、互補(bǔ)各自的不足，大大的降低了報(bào)警器的誤報(bào)率。圖2.1-1 火災(zāi)時(shí)溫度和煙霧隨時(shí)間變化曲線2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求根據(jù)以上火災(zāi)發(fā)生過程的分析，對火災(zāi)報(bào)警器作以下要求：(1)聲、光雙重報(bào)警功能。 (2)異常報(bào)警功能。當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)異常(如煙霧濃度過大或是溫度較高)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。(3)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)出聲光火災(zāi)警報(bào)。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)是根據(jù)火災(zāi)發(fā)生過程的特點(diǎn)針對于單片機(jī)原理及其應(yīng)用展開的。根據(jù)方案設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)主要由煙感數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)控制模塊、驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警模塊組成。圖3-1為系統(tǒng)框架圖。圖3-1 火災(zāi)

20、報(bào)警器系統(tǒng)框架圖3.1 煙感傳感器 煙感傳感器選擇煙感探測器可以分為離子感煙探測器和光電感煙探測器，本系統(tǒng)采用的是離子感煙探測器。離子感煙傳感器對于煙霧氣顆粒檢測很有效，它會(huì)使兩極板間空氣分子電離為正、負(fù)離子，使原來不導(dǎo)電的空氣帶電。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，正離子和負(fù)離子被吸附到煙霧粒子上，使正、負(fù)離子相互中和的概率增加，這樣煙霧粒子濃度大小可以以電流變化量大小表示出來，實(shí)現(xiàn)對火災(zāi)參數(shù)的檢測。 離子式感煙探測器介紹離子感煙式探測器是典型探測器，它是在電離室內(nèi)含有少量放射性物質(zhì)（镅-241），可使電離室內(nèi)空氣成為導(dǎo)體，允許一定電流在兩個(gè)電極之間的空氣中通過，射線使局部空氣成電離狀態(tài)，經(jīng)電壓作用形成離子流，

21、這就給電離室一個(gè)有效的導(dǎo)電性。當(dāng)煙粒子進(jìn)入電離化區(qū)域時(shí)，它們由于與離子相接合而降低了空氣的導(dǎo)電性，形成離子移動(dòng)的減弱。當(dāng)導(dǎo)電性低于預(yù)定值時(shí)，探測器發(fā)出警報(bào)。圖-1為離子式感煙探測器。離子感煙探測器有雙源雙室和單源雙室之分，它利用放射源制成敏感元件，并由內(nèi)電離室KR、外電室KM及電子線路或編碼線路構(gòu)成。雙源雙室探測器是由兩塊性能一致的放射源片（配對）制成互相串聯(lián)的兩個(gè)電室及電子線路組成的火災(zāi)探測裝置。一個(gè)電室開孔稱為采樣電離室（或稱為外電室），煙可以順利進(jìn)入，另一個(gè)是封閉電離室，稱為參考電離室（或內(nèi)電離室），煙無法進(jìn)入僅能與外界溫度相通。在串聯(lián)的兩個(gè)電離室兩端直接接入直流電源，兩電離室形成一個(gè)分

22、壓室。兩電離室電壓之和等于工作電壓，流過兩個(gè)電離室電流相同。采用內(nèi)、外電離室串聯(lián)的方法，是為了減少環(huán)境溫度、濕度、氣壓等自然條件對電離電流的影響，提高穩(wěn)定性，防止誤報(bào)。圖-1 離子式感煙探測器3.2 溫度傳感器 溫度傳感器選擇溫度傳感器一般分為定溫式和差溫式。溫度傳感器只有在溫度發(fā)生較為大的變化時(shí)才能檢測到，而溫度突然升高時(shí)火災(zāi)已經(jīng)發(fā)生，火苗已經(jīng)出現(xiàn)，所以溫度傳感器檢測不適用于火災(zāi)發(fā)生的早期，但可在火災(zāi)發(fā)生時(shí)煙霧較少時(shí)再次報(bào)警，它往往感測的范圍較小，一般安裝在不宜安裝感煙探測器的區(qū)域。本文選擇的溫度傳感器是DS18B20。DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后最新推出的一

23、種改進(jìn)型智能溫度傳感器。DS18B20可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0V-5.5 V，其測溫范圍：-55 -125 ，固有測溫分辨率為0.5 。 DS18B20工作原理DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，其實(shí)物圖如圖-1。圖-1 DS18B20實(shí)物圖與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式，可以分別在93.75 ms和750 ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量,并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫，其原理圖如圖-2所示。溫度變

24、換功率來源于數(shù)據(jù)總線,總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而使DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、 傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進(jìn),給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。圖3.2.2-2 DS18B20工作原理圖 DS18B20特性DS18B20具有以下特性：u 獨(dú)特的單線接口方式。DS18B20與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。u 在使用中不需要任何外圍元件。u 可用數(shù)據(jù)線供電,電壓范圍：3.0V-5.5 V。u 測溫范圍：-55 -125 ，固有測溫分辨率為0.1

25、 。u 通過編程可實(shí)現(xiàn)9-12位的數(shù)字讀數(shù)方式。u 用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。u 負(fù)壓特性,電源極性接反時(shí),不會(huì)因發(fā)熱而燒毀,但不能正常工作。 DS18B20注意事項(xiàng)主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換時(shí)，在每一次讀寫之前，都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位，而且該復(fù)位要求主CPU要將數(shù)據(jù)線下拉500s，然后釋放。DS18B20收到信號(hào)后將等待1660s左右，之后再發(fā)出60240s的低脈沖。主CPU收到此信號(hào)即表示復(fù)位成功。實(shí)際上，較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償。由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送方式，因此，在對DS18B20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格地保證讀寫時(shí)序，否則

26、，將無法正確讀取測溫結(jié)果。 對于在單總線上所掛DS18B20的數(shù)量問題，一般人們會(huì)誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20，而在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。若單總線上所掛DS18B20超過8個(gè)時(shí)，則需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，因此，在進(jìn)行蓄電池單體多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)該問題要加以注意。 連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜且其傳輸長度超過50 m時(shí)，讀取的測溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。而將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150 m，如采用帶屏蔽層且每米絞合次數(shù)更多的雙絞線電纜，則正常通信距離還可以進(jìn)一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變造成的，因此

27、，在用DS18B20進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。3.3 單片機(jī)芯片的選擇單片機(jī)是煙感報(bào)警器系統(tǒng)最重要的部分，可以說是它的心臟。它用來接收信號(hào)并根據(jù)判斷結(jié)果驅(qū)動(dòng)報(bào)警裝置。51系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)錢便宜，程序空間大，I/O口多，它是檢測系統(tǒng)中比較理想的選擇。本設(shè)計(jì)使用的控制芯片是ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51，高性能CMOS8位微處理器。AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。40個(gè)引腳， 2個(gè)全雙工串行通信口。芯片可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程，其將通用的微處理器和F

28、lash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，能反復(fù)擦寫有效地降低開發(fā)成本。本設(shè)計(jì)主要采用AT89C51芯片。AT89C51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。3.3.1 AT89C51簡介硬件設(shè)計(jì)中最核心的器件是單片機(jī)AT89C51。AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasa

29、ble Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，其實(shí)物圖如圖3.3.1-1。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜

30、態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。圖3.3.1-1 AT89C51實(shí)物圖 AT89C51管腳功能說明AT89C51共有40個(gè)管腳，其管腳分布如圖3.1.2-1所示，下面介紹各管腳的功能。圖3.3.2-1 AT89C51管腳分布圖VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被

31、定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須接上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流

32、。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如圖3.3.2-1所示：表3.3.2-1 P3口管

33、腳功能口管腳功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（計(jì)時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（計(jì)時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）51系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)錢便宜，程序空間大，I/O口多，它是檢測系統(tǒng)中比較理想的選擇。它一方面控制A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，另一方面，將采集到的數(shù)字電壓值經(jīng)計(jì)算機(jī)處理得到相應(yīng)的二進(jìn)制代碼，與設(shè)定的值作比較。AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)整個(gè)系統(tǒng)的軟件編程就是通過匯編語言對單片機(jī)80C51實(shí)現(xiàn)其控制功

34、能。 4 火災(zāi)報(bào)警器軟件實(shí)現(xiàn)與調(diào)試4.1 信號(hào)處理電路為了便于系統(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4.1-1所示。圖4.1-1 系統(tǒng)程序流程圖AT89C51單片機(jī)好比一個(gè)橋梁，聯(lián)系著傳感器和報(bào)警電路設(shè)備。當(dāng)周圍的環(huán)境達(dá)到我們設(shè)定的數(shù)值時(shí)，聲光傳感器把被測的物理量作為輸入?yún)?shù)，轉(zhuǎn)換為電量（電流、電壓、電阻等等）輸出。物理量和測量范圍的不同，傳感器的工作機(jī)理和結(jié)構(gòu)就不同。通常傳感器輸出的電信號(hào)是模擬信號(hào)（已有許多新型傳感器采用數(shù)字量輸出）。當(dāng)信號(hào)的數(shù)值符合A/D轉(zhuǎn)換器的

35、輸入等級(jí)時(shí)，可以不用放大器放大；當(dāng)信號(hào)的數(shù)值不符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級(jí)時(shí)，就需要放大器放大。而我們選擇前者，不需要用放大器，選擇數(shù)值符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級(jí)，這樣就可以簡化整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)置。傳感器將物理信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可以利用識(shí)別的電信號(hào)給單片機(jī)，這里我們選擇單片機(jī)的P1.0為輸入方式，接收到信號(hào)的單片機(jī)經(jīng)過程序的設(shè)定會(huì)由P2.0作為單片機(jī)的輸出直接啟動(dòng)報(bào)警電路。圖4.1-2為系統(tǒng)總電路圖。4.2 聲光報(bào)警電路 聲報(bào)警電路聲光報(bào)警電路在AT89C51的控制下，可根據(jù)溫度和煙霧反饋在異常情況下發(fā)出聲光信號(hào)報(bào)警。聲音報(bào)警電路如圖-1所示。蜂鳴器工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的I/O

36、口是無法直接驅(qū)動(dòng)的，要利用放大電路來驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來放大電流就即可。聲報(bào)警電路由單片機(jī)的P10引腳進(jìn)行控制，當(dāng)P10輸出的電平為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音報(bào)警。-1 蜂鳴器報(bào)警 光報(bào)警電路光報(bào)警電路路如圖，其中單片機(jī)的P2口進(jìn)行控制，P2口的P2.3P2.6分別控制4個(gè)發(fā)光二極管，予以光報(bào)警，如圖所示。當(dāng)P2.3P2.6輸出低電平時(shí)，對應(yīng)的信號(hào)燈便會(huì)發(fā)光報(bào)警。-1 燈光報(bào)警電路4.3 系統(tǒng)調(diào)試 編程KEIL環(huán)境介紹Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、

37、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢。KEILC51標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為80C51微控制器的軟件開發(fā)提供了C語言環(huán)境,同時(shí)保留了匯編代碼高效,快速的特點(diǎn)。C51編譯器的功能不斷增強(qiáng)，更加貼近CPU本身，及其它的衍生產(chǎn)品。C51已被完全集成到uVision2的集成開發(fā)環(huán)境中，這個(gè)集成開發(fā)環(huán)境

38、包含：編譯器，匯編器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，項(xiàng)目管理器，調(diào)試器。uVision2 IDE可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。      4.3.2 調(diào)試步驟 (1) 源文件的建立：使用菜單“File-New”或者點(diǎn)擊工具欄的新建文件按鈕，即可在項(xiàng)目窗口的右側(cè)打開一個(gè)新的文本編輯窗口，在該窗口中輸入?yún)R編語言源程序。保存該文件，加上擴(kuò)展名（.asm或a51），這里將文件保存為examl1.asm。（2）建立工程文件：點(diǎn)擊“Project-New Project”菜單，出現(xiàn)以個(gè)對話框，要求給工程起一個(gè)名字，我們輸入examl1,不需要擴(kuò)展名，點(diǎn)擊保存按鈕，出現(xiàn)

39、第二個(gè)對話框。這個(gè)對話框要求選擇目標(biāo)CPU（即我們所使用的芯片型號(hào)80C51）點(diǎn)擊ATMEL前面的“+”號(hào)，展開該層，點(diǎn)擊其中的80C51，然后點(diǎn)擊確定按鈕?；氐街鹘缑?，此時(shí)，在工程窗口的文件頁中，出現(xiàn)了“Targ et1”，前面有 “+”號(hào)，點(diǎn)擊“+”展開，可以看到下一層的“Source Group1”,這時(shí)的工程還是一個(gè)空工程，里面什么文件也沒有，需要手動(dòng)把剛才編寫好的源程序加入，點(diǎn)擊“Souce Group”使其反白顯示，然后，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，出現(xiàn)一個(gè)下拉菜單。選中其中的“Add file to Group”Souce Group1”，對話框，要求尋找源文件，注意該對話框下面的“文件類型“默認(rèn)為C