基于單片機(jī)的火災(zāi)應(yīng)急照明系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 PAGE29 / NUMPAGES29畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書中文摘要基于單片機(jī)的火災(zāi)應(yīng)急照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要:火災(zāi)是指在時(shí)間和空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害。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。人類能夠?qū)疬M(jìn)行利用和控制，是文明進(jìn)步的一個(gè)重要標(biāo)志。所以說人類使用火的歷史與同火災(zāi)作斗爭(zhēng)的歷史是相伴相生的，人們?cè)谟没鸬耐瑫r(shí)，不斷總結(jié)火災(zāi)發(fā)生的規(guī)律，盡可能地減少火災(zāi)與其對(duì)人類造成的危害?；馂?zāi)，幾乎是和火的利用同時(shí)發(fā)生的，隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代家庭用火、用電量正在逐年增加，火災(zāi)發(fā)生的頻率越來越高，火災(zāi)不僅毀壞物質(zhì)財(cái)產(chǎn)，造成社會(huì)秩序的混亂，還直接或間接危害生命，給人們

2、的心靈造成極大的危害。每年都有許多人被火災(zāi)奪去生命。由于人們的疏忽而發(fā)生的火災(zāi)與爆炸，不僅造成人員的大量傷亡，還承受著嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。本文設(shè)計(jì)了一種在火災(zāi)情況下由單片機(jī)控制的應(yīng)急照明系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)以MCS-51單片機(jī)為核心，符合消防應(yīng)急燈具國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB17945-2000。論文首先分析了常用消防應(yīng)急燈如何工作，隨后說明火災(zāi)情況下如何觸發(fā)應(yīng)急照明，然后介紹本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)應(yīng)急照明，著重介紹單片機(jī)的工作、火災(zāi)信號(hào)處理和火災(zāi)信號(hào)延時(shí)處理。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī) 火災(zāi)應(yīng)急照明傳感器畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書外文摘要Design of emergency lighting system based on single

3、 chip fireABSTRACTThe fire is out of control in time and space on the disaster caused by burning. In a variety of disasters, fire is most often, the most common one of the main disasters threatening public safety and social development. Human beings can onFire use and control, is an important symbol

4、 of civilization and progress. So that human use of fire history with the sameFire fighting history associated with health, people in fire at the same time, constantly sum up the rule of fire occurrence,As far as possible damage to reduce fire and cause for mankind. Fire, and fire are almost the use

5、 of simultaneous,With the continuous development of modern society, modern home with fire, electricity consumption is increasing year by year, more and more high frequency of fire, fire not only destroy the material property, cause social disorder, but also directly or indirectly harm to life, the s

6、oul of the people caused great harm. Every year many people killed by fire. Fire and explosion due to the negligence of the people, not only caused a large number of casualties, also suffer serious economic losses.This paper introduces a design of emergency lighting system in case of fire by single-

7、chip microcomputer control. This design to MCS-51 microcontroller as the core, in line with the national fire emergency luminaries standard GB17945-2000. The thesis first analyzes how to use fire emergency lamp. Then, how to trigger emergency lighting a fire situation. Then it describes how the syst

8、em design to achieve the emergency lighting, emphatically introduces the main microcontroller work, fire signal processing and fire signal processing delay.Key words：Singlechip Sensor 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc3585470751 引言 PAGEREF _Toc358547075 h 5HYPERLINK l _Toc3585470761.1消防應(yīng)急照明的技術(shù)背景 PA

9、GEREF _Toc358547076 h 5HYPERLINK l _Toc3585470771.2相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀與趨勢(shì) PAGEREF _Toc358547077 h 5HYPERLINK l _Toc3585470781.3本次研究思想 PAGEREF _Toc358547078 h 6HYPERLINK l _Toc3585470792設(shè)計(jì)工作 PAGEREF _Toc358547079 h 7HYPERLINK l _Toc3585470802.1常用消防應(yīng)急燈介紹 PAGEREF _Toc358547080 h 7HYPERLINK l _Toc3585470812.1.1應(yīng)急照

10、明的分類 PAGEREF _Toc358547081 h 7HYPERLINK l _Toc3585470822.1.2自帶電源型消防應(yīng)急燈具工作原理 PAGEREF _Toc358547082 h 7HYPERLINK l _Toc3585470832.1.3消防應(yīng)急燈具的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) PAGEREF _Toc358547083 h 8HYPERLINK l _Toc3585470842.2火災(zāi)信號(hào)處理 PAGEREF _Toc358547084 h 9HYPERLINK l _Toc3585470852.3系統(tǒng)總體方案 PAGEREF _Toc358547085 h 10HYPERLINK l

11、 _Toc3585470862.3.1系統(tǒng)總體功能概述 PAGEREF _Toc358547086 h 10HYPERLINK l _Toc3585470872.3.2系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架 PAGEREF _Toc358547087 h 11HYPERLINK l _Toc3585470882.3.3系統(tǒng)軟件總體構(gòu)架 PAGEREF _Toc358547088 h 12HYPERLINK l _Toc3585470893 火災(zāi)應(yīng)急照明系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc358547089 h 13HYPERLINK l _Toc3585470903.1系統(tǒng)核心芯片選擇 PAGEREF _Toc3

12、58547090 h 13HYPERLINK l _Toc3585470913.1.1傳感器介紹 PAGEREF _Toc358547091 h 13HYPERLINK l _Toc3585470923.1.2.80C51芯片 PAGEREF _Toc358547092 h 14HYPERLINK l _Toc3585470933.1.3.A/D轉(zhuǎn)換器 PAGEREF _Toc358547093 h 16HYPERLINK l _Toc3585470943.2復(fù)位電路 PAGEREF _Toc358547094 h 18HYPERLINK l _Toc3585470953.3數(shù)據(jù)采集電路 PA

13、GEREF _Toc358547095 h 19HYPERLINK l _Toc3585470963.4信號(hào)處理電路 PAGEREF _Toc358547096 h 21HYPERLINK l _Toc3585470973.5應(yīng)急照明與報(bào)警電路 PAGEREF _Toc358547097 h 22HYPERLINK l _Toc3585470984火災(zāi)應(yīng)急照明系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc358547098 h 24HYPERLINK l _Toc3585470994.1火災(zāi)應(yīng)急照明系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc358547099 h 24HYPERLINK l _Toc358

14、5471004.1.1主程序流程圖 PAGEREF _Toc358547100 h 24HYPERLINK l _Toc3585471014.2.2數(shù)據(jù)采集子程序 PAGEREF _Toc358547101 h 25HYPERLINK l _Toc358547102總結(jié) PAGEREF _Toc358547102 h 28HYPERLINK l _Toc358547103參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc358547103 h 291 引言1.1消防應(yīng)急照明的技術(shù)背景所謂應(yīng)急照明，是指在非正常情況下才能使用的照明設(shè)施，包括：備用照明、疏散照明、安全照明。隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷增強(qiáng)，人民生活水平

15、的日益提高，公眾聚集場(chǎng)所越來越多，公眾聚集場(chǎng)所火災(zāi)事故也日益頻繁，特別是群死群傷惡性火災(zāi)時(shí)有發(fā)生，不但造成了大量人員傷亡，而且影響了社會(huì)政治穩(wěn)定。這些火災(zāi)的發(fā)生，大多是因?yàn)檫@些場(chǎng)所發(fā)生火災(zāi)時(shí)缺少必要可靠地應(yīng)急照明和疏散指示，致使火災(zāi)發(fā)生后被困人員不能與時(shí)疏散，被煙熏窒息而死。消防應(yīng)急燈具作為一種重要的消防器材，廣泛應(yīng)用于賓館、商場(chǎng)、娛樂場(chǎng)所等公眾聚集場(chǎng)所，其功能是這些場(chǎng)所發(fā)生火災(zāi)或市電斷電后，應(yīng)急燈具自動(dòng)照明，引導(dǎo)被困人員疏散。消防應(yīng)急疏散照明技術(shù)是一項(xiàng)重要的就生疏散技術(shù)。近幾年來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高大而復(fù)雜的智能建筑日益增多，對(duì)消防安全的要求越來越高，消防應(yīng)急燈具的品種不斷增多，性能

16、不斷改進(jìn)，技術(shù)水平有了提高。未來應(yīng)急疏散照明技術(shù)發(fā)展有以下幾大特點(diǎn)：熒光燈、白熾燈光源技術(shù)被場(chǎng)致發(fā)光光源技術(shù)所取代。低位應(yīng)急照明安裝技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用。向智能化、環(huán)保等高科技方向發(fā)展。1.2相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀與趨勢(shì) 我國(guó)目前尚未出臺(tái)火災(zāi)應(yīng)急照明設(shè)計(jì)的專門標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，現(xiàn)有規(guī)范所規(guī)定的名詞、術(shù)語、標(biāo)準(zhǔn)與其做法尚不統(tǒng)一。網(wǎng)上有不少關(guān)于火災(zāi)預(yù)警的設(shè)計(jì)和很多的普通消防應(yīng)急設(shè)計(jì)。有不少專家也提出了他們的看法：“火災(zāi)應(yīng)急照明系統(tǒng)是建筑安全保障體系的一個(gè)重要組成部分。完善的火災(zāi)應(yīng)急照明設(shè)計(jì)，應(yīng)在電源設(shè)置、導(dǎo)線選型與敷設(shè)、燈具選擇與布置、燈具控制方式、疏散指示燈等各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范，保證在火災(zāi)緊急狀態(tài)下發(fā)揮

17、應(yīng)有的作用?！?可見，現(xiàn)在火災(zāi)應(yīng)急照明技術(shù)還是不太成熟的。大部分研究都在處理應(yīng)急照明燈的外部硬件設(shè)備。也由于本人的能力有限，本次設(shè)計(jì)主要從軟件方面應(yīng)用單片機(jī)處理火災(zāi)信號(hào)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急照明。1.3本次研究思想 本次設(shè)計(jì)首先分析常用應(yīng)急燈如何實(shí)現(xiàn)應(yīng)急照明，然后介紹如何觸發(fā)火災(zāi)應(yīng)急照明，接著說明系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)火災(zāi)應(yīng)急照明，著重介紹單片機(jī)是如何工作的。說明每個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)。2設(shè)計(jì)工作2.1常用消防應(yīng)急燈介紹2.1.1應(yīng)急照明的分類按照不同的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)急照明可分為不同的類型，表2-1所示為應(yīng)急照明的具體分類表。 按功能分 照明或標(biāo)志照明和標(biāo)志消防應(yīng)急燈 按工作方式分 持續(xù)工作型、非持續(xù)工作型按應(yīng)急供電方式分 自帶電源

18、型、集中電源型按工作實(shí)現(xiàn)方式分 獨(dú)立控制型、集中控制型、字母控制型 按安裝高度分 高位安裝型、低位安裝型、高地位復(fù)合安裝型 按用途分 消防應(yīng)急照明燈、消防應(yīng)急標(biāo)志燈、消防應(yīng)急照明標(biāo)志燈表2-1應(yīng)急照明的分類表2.1.2自帶電源型消防應(yīng)急燈具工作原理對(duì)于常明應(yīng)急疏散應(yīng)急標(biāo)志燈和應(yīng)急疏散照明燈具來說，由于應(yīng)用要求的多樣性，他們?cè)谶@些元件的選擇上也會(huì)有很大的差異。下面簡(jiǎn)要說明兩種應(yīng)急燈具的器件構(gòu)成和工作原理：對(duì)于常明應(yīng)急疏散標(biāo)志燈來說，目前市場(chǎng)上一般采用濾光散射LED作為光源，也有部分廠家會(huì)使用EL（場(chǎng)致發(fā)光源）和熒光燈。由于綠光LED的功耗較小，其使用的蓄電池一般為3.6V。且電池容量也不大（80

19、0mAH）。常明應(yīng)急疏散標(biāo)志的外觀一般偏薄，內(nèi)部不能直接使用電力變壓器降壓以提供控制電路所需工作電源，一般在控制電路中引入由電子變壓器為主體的開關(guān)電源。目前其控制電路主要由分離器件搭配使用IC（如555、LM358）完成。狀態(tài)顯示燈一般由紅黃綠三色LED燈來表示，狀態(tài)顯示燈一般安裝在應(yīng)急燈的側(cè)面。測(cè)試開關(guān)一般和狀態(tài)顯示燈放置在一起，一般采用普通的按鈕開關(guān)，它的作用主要是便于建筑管理人員的日常維護(hù)和檢查。常明應(yīng)急疏散標(biāo)志燈的工作原理：如果市電電壓正常并且電池電壓和光源狀況也正常，則狀態(tài)指示燈綠燈、充電狀態(tài)燈紅燈亮，故障則指示燈滅，控制電路控制開關(guān)給LED燈供電，保持疏散顯示正常，同時(shí)控制電路檢測(cè)

20、市電電壓、電池電壓和光源，提供充電回路給蓄電池就行慢充電；如果滿充電完成，則充電指示燈紅燈滅。如果在市電正常情況下，出現(xiàn)電池開路、電池短路等故障，故障指示燈（黃燈）亮，提示管理人員需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查和維修；當(dāng)市電電壓低于應(yīng)急轉(zhuǎn)換電壓時(shí)，控制電路轉(zhuǎn)入應(yīng)急狀態(tài)，此時(shí)備用電源和光源的通路被打開，保證光源能正常的工作；當(dāng)電池電壓低于規(guī)定的放電電壓時(shí)，控制電路應(yīng)斷開電池的所有放電回路，同時(shí)整個(gè)控制電路應(yīng)停止工作以避免蓄電池的漏電。對(duì)于雙頭應(yīng)急疏散照明燈，其光源可以是白熾投射燈、熒光燈、鹵素?zé)舻?，由于一般?duì)照明燈亮度要求較高，很少會(huì)使用LED作為光源；基于同樣的原因，應(yīng)急疏散照明燈使用的蓄電池種類較多、電

21、池容量更大。目前使用的有3.6V、6V、12V等多種電池，同時(shí)一般要求電池額定容量大于1000mAH。由于應(yīng)急照明燈對(duì)體積要求不高，所以市場(chǎng)上大部分采用的是小功率電力變壓器?？刂齐娐废鄬?duì)常明應(yīng)急疏散燈控制電路簡(jiǎn)單，因?yàn)椴恍枰峁┏Ｃ魍?。狀態(tài)顯示燈和測(cè)試開關(guān)的功能和設(shè)置和常明疏散燈類似，不過安放位置在應(yīng)急燈的正面。應(yīng)急疏散照明等的工作原理和常明應(yīng)急疏散燈類似，不同的是試點(diǎn)情況下，光源不亮，因此，應(yīng)急疏散照明燈應(yīng)能檢測(cè)光源開路是否，如果出現(xiàn)光源故障，故障指示燈亮。2.1.3消防應(yīng)急燈具的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)下表2-2列出了和控制電路設(shè)計(jì)直接相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)GB17945-2000?？紤]到該標(biāo)準(zhǔn)屬于對(duì)消防應(yīng)急燈的基

22、本要求，所以從提高產(chǎn)品性能的目的出發(fā)，本課題的主題設(shè)計(jì)完全遵循這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。表2-2 GB17945-2000標(biāo)準(zhǔn)序號(hào) 參數(shù) 具體標(biāo)準(zhǔn)5.1.1應(yīng)急轉(zhuǎn)換時(shí)間消防應(yīng)急燈具應(yīng)急轉(zhuǎn)換時(shí)間應(yīng)不大于5s，離危險(xiǎn)區(qū)域?qū)嵱玫南缿?yīng)急燈具應(yīng)急轉(zhuǎn)換時(shí)間不大于0.25s5.1.2應(yīng)急工作時(shí)間消防應(yīng)急燈具的應(yīng)急工作時(shí)間應(yīng)不小于90min5.1.7主電故障保護(hù)應(yīng)急狀態(tài)下不受主電供電線路短路、接地的影響5.1.8測(cè)試按鈕消防應(yīng)急照明燈具應(yīng)設(shè)有模擬交流電源供電故障的自復(fù)式實(shí)驗(yàn)按鈕，不應(yīng)設(shè)影響應(yīng)急功能的開關(guān)5.1.9故障顯示自帶電源型消防應(yīng)急照明燈具應(yīng)設(shè)置主電、充電、故障狀態(tài)指示燈。主電狀態(tài)用紅色，充電狀態(tài)用綠色，故障狀態(tài)用黃

23、色5.1.10光源故障保護(hù)消防應(yīng)急燈具在未接入光源、光源不能正常工作或光源規(guī)格不符合要求等異常情況時(shí)，內(nèi)部元件表面溫度應(yīng)不超過90，且不影響電池的正常充電。光源正常后，消防應(yīng)急燈具應(yīng)能正常工作。5.1.15充電保護(hù)消防應(yīng)急燈具應(yīng)具有過充電保護(hù)和充電回路短路保護(hù)，充電回路短路時(shí)其內(nèi)部器件表面溫度不應(yīng)超過90。重裝電池后，應(yīng)急燈具應(yīng)能正常工作。消防應(yīng)急燈的充電時(shí)間應(yīng)大于24h，最大連續(xù)過充電電流不應(yīng)超過0.05CSA5.1.16過放電保護(hù)電池放電終止電壓應(yīng)不小于額定電壓的80%，放電終止后，在未重新充電條件下，即使電池電壓恢復(fù)，消防應(yīng)急燈具也不應(yīng)重新啟動(dòng)，且靜態(tài)泄放電流不應(yīng)大于0.1CSA5.1.

24、18轉(zhuǎn)換電壓消防應(yīng)急燈具在主電電壓為132-187V范圍內(nèi)，不應(yīng)由主電狀態(tài)轉(zhuǎn)入應(yīng)急狀態(tài)。由主電狀態(tài)轉(zhuǎn)入應(yīng)急狀態(tài)時(shí)的主電電壓應(yīng)在132-187V范圍內(nèi)，由應(yīng)急狀態(tài)轉(zhuǎn)為正常狀態(tài)的電壓不應(yīng)大于187V5.1.20連續(xù)轉(zhuǎn)換應(yīng)急照明狀態(tài)消防應(yīng)急照明燈具應(yīng)能完成10次“完全充電-放電終止-完全充電”循環(huán)的充電、放電過程。末次放電時(shí)間應(yīng)不低于首次放電時(shí)間的85%2.2火災(zāi)信號(hào)處理 火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展是一個(gè)非常復(fù)雜的非平穩(wěn)過程，火災(zāi)一旦發(fā)生便以接觸式（物質(zhì)流）和非接觸式（能量流）的形式向外釋放能量。接觸式包括可燃?xì)怏w、燃燒氣體和煙霧、氣溶膠等。非接觸式包括聲音、輻射等?；馂?zāi)探測(cè)技術(shù)就是利用敏感元件將火災(zāi)中出現(xiàn)的

25、物理化學(xué)特征轉(zhuǎn)換為另一種易于處理的物理量。各種探測(cè)器對(duì)應(yīng)的火災(zāi)物理參量如下圖2-1所示。 輻射-火焰探測(cè)器 火焰（非接觸式） 形狀-圖像探測(cè)器 溫度-感溫傳感器 靜電探測(cè)器 火災(zāi) 燃燒產(chǎn)物 固體產(chǎn)物 微粒 離 （接觸式） 感煙探測(cè)器 光 煙霧形狀-圖像傳感器 氣體產(chǎn)物-氣體傳感器 燃燒聲音（非接觸式）-聲音傳感器圖2-1各種探測(cè)器對(duì)應(yīng)的火災(zāi)物理參量圖2.3系統(tǒng)總體方案2.3.1系統(tǒng)總體功能概述火災(zāi)應(yīng)急系統(tǒng)一般由火災(zāi)探測(cè)器、應(yīng)急照明系統(tǒng)組成。火災(zāi)探測(cè)器通過對(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)化成電信號(hào)傳遞給單片機(jī)。單片機(jī)將接

26、收到的電信號(hào)經(jīng)分析處理后發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，打開應(yīng)急燈，其整體功能如圖2-2所示。傳 感 器放大電路A/D轉(zhuǎn)換 單片機(jī)狀態(tài)指示燈應(yīng)急燈按鍵通過串口通信發(fā) 送火災(zāi)信號(hào)圖2-2系統(tǒng)整體功能圖2.3.2系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)控制模塊、應(yīng)急照明模塊組成，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。 煙霧 溫度信號(hào)處理電路 A/D轉(zhuǎn)換電路 單片機(jī)火災(zāi)應(yīng)急照明數(shù)據(jù)采集模塊圖2-3系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的工作原理是：先通過傳感器將現(xiàn)場(chǎng)的溫度、煙霧等非電信號(hào)轉(zhuǎn)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)換電路完成由溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬

27、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，系統(tǒng)將打開應(yīng)急照明。2.3.3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)程序流程如下圖2-4所示。初始化煙霧溫度信號(hào)采集判斷應(yīng)急照明手動(dòng)復(fù)位是否正常是是圖2-4系統(tǒng)程序流程圖為了降低誤打開應(yīng)急照明率，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

28、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，接下來執(zhí)行火災(zāi)應(yīng)急照明系統(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)。3 火災(zāi)應(yīng)急照明系統(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AD590溫度傳感器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。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，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

29、DC0809。通過調(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10mV/K，應(yīng)用電路如圖3-1所示。圖3-1 AD590應(yīng)用電路圖b.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0106%)時(shí),VA端獲得適當(dāng)?shù)碾妷?。圖3-2 TGS202應(yīng)用電路圖3.1.2.80C51芯片圖3-3為80C51的引腳圖。圖3-3

30、80C51芯片的引腳圖下面按引腳功能分為4個(gè)部分?jǐn)⑹龈鱾€(gè)引腳的功能。（1）電源引腳VCC和VSS VCC（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XTAL2 XTAL1（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，

31、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

32、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，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問外部數(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)，無論片內(nèi)有無程序存儲(chǔ)器，均只訪問外部程序存儲(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。

33、（4）輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口與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.

34、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功能見下表3-1所示。

35、表3-1 P3口的第2功能 引腳 第二功能P3.0 RXD（串行口輸入端）P3.1TXD（串行口輸出端）P3.2INT0（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（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖端）P3.5T1（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)脈沖端）P3.6WR(數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選信信號(hào)輸出端，低電平有效)P3.7RD（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。

36、3.1.3.A/D轉(zhuǎn)換器 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)過模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換(A/D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A/D轉(zhuǎn)換的器件即為AD轉(zhuǎn)換器。ADC0809是美國(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，其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(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。芯片引腳圖如圖3-4所示,內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖3-5所示。圖

37、3-4 ADC0809引腳圖圖3-5 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)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：接地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

38、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。3.2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，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動(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與系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。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)

39、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)位電路如下圖3-6所示。圖3-6 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)過放大電路后分別接到ADC0809的IN0和I

40、N1。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

41、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接口電路如下圖3-7所示。圖3-7 80C51與ADC0809接口電路圖當(dāng)80C51的ALE端口不訪問外部存儲(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12MHz，再經(jīng)過二分頻電路，單片機(jī)即可向ADC0809輸出500K

42、Hz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通道選通如下表3-2所示。表3-

43、2 ADC0809通道選通表通入通道IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7A00001111B00110011C01001010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)門一直打開。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)一樣；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)，與寫信號(hào)WR共同選

44、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

45、，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)門打開，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)輸入模擬量幅值與極性的要求。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，其電路如圖3-8所示。圖3-8信號(hào)處理電路圖圖中從傳感器采集過來的微弱電壓信號(hào)，經(jīng)過電壓放大器的放大，得到較強(qiáng)的模擬電壓信號(hào)。采樣時(shí)，把相應(yīng)的

46、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應(yīng)急照明與報(bào)警電路火災(zāi)信號(hào)數(shù)據(jù)處理辦法火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中使用的是溫度傳感器AD590和煙霧傳感器TGS202，煙霧傳感器輸出電壓V與溫度P關(guān)系為：，溫度傳感器使用的靈敏度是。在本設(shè)計(jì)中應(yīng)急溫度設(shè)為57.煙霧應(yīng)急濃度為3.2%英尺。經(jīng)過計(jì)算可以得到輸出火災(zāi)應(yīng)急臨界電壓值為：火災(zāi)判斷與應(yīng)急照明 系統(tǒng)對(duì)溫度和煙霧進(jìn)行了兩次數(shù)據(jù)采集與判斷，每次信號(hào)采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值比較，當(dāng)溫度57時(shí)表明溫度異常，置寄存器變量a為1，否則為0；當(dāng)煙霧濃度3.2時(shí)表明煙霧濃度異常，置寄存器變量b為1，否則為0。綜合兩次溫度

47、煙霧信號(hào)的采集，根據(jù)溫度和煙霧的寄存器變量a和b的狀態(tài)，判斷現(xiàn)場(chǎng)情況：2個(gè)寄存器變量均為0，表示情況正常；2個(gè)中僅有1個(gè)為1，表示情況異常；2個(gè)均為1，表示有火災(zāi)發(fā)生。系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行報(bào)警判斷后，間隔20s后（通過系統(tǒng)的延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)），再一次采集現(xiàn)場(chǎng)的溫度煙霧信號(hào)進(jìn)行判斷，即每一次應(yīng)急照明時(shí)間持續(xù)90min，直到系統(tǒng)做出下一次判斷結(jié)果。圖3-9應(yīng)急照明與報(bào)警電路圖上圖3-9所示為應(yīng)急照明與報(bào)警電路圖，圖中紅、黃、綠三個(gè)發(fā)光二極管為共陽接法，所以當(dāng)端口為低電平時(shí)被點(diǎn)亮，具體工作工程如下： 當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為00時(shí)，表示正常，80C51的P2.2口變成低電平，綠燈亮； 當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為01或10時(shí)，表示異常，P2.3口變?yōu)榈碗娖?，P2.0口變?yōu)楦唠娖?，黃燈亮，三極管Q1被接通，蜂鳴器報(bào)警；當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為11時(shí)，表示發(fā)生火災(zāi)，P2.4口變?yōu)榈碗娖?，P2.1口變?yōu)楦唠娖?，紅燈亮，三極管Q2接通，由于三極管Q2的接通使三極管Q3也接通，使應(yīng)急照明電路接通。4火災(zāi)應(yīng)急照明系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1火災(zāi)應(yīng)急照明系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.1.1主程序流程圖為了便于系統(tǒng)維護(hù)，在火災(zāi)應(yīng)急照明系統(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)判斷與應(yīng)急照明子