畢業(yè)設計-火災報警系統(tǒng)研究與實施

1、石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計火災報警系統(tǒng)研究與實施Research and Implementation of Fire Alarm System指導教師簽字時 間年 月 日摘要隨著“信息時代”的到來，傳感器技術得到了飛速發(fā)展。傳感器作為獲取信息的重要手段之一，廣泛應用于機械、磁場變化、電子科技等領域。其中，電阻式火焰?zhèn)鞲衅?，由于其靈敏性能高、反應快、價格低廉的特點在火災報警系統(tǒng)中的應用也越來越廣泛。本文以電阻式火焰?zhèn)鞲衅骱蛦纹瑱C技術為核心，設計出了一款性能好且價格低廉的紅外火災報警器。系統(tǒng)采用電阻式火焰?zhèn)鞲衅鲗崿F(xiàn)紅外線檢測，具有靈敏性能高、反應快等優(yōu)點，而且價格低廉，通過A/D數(shù)模轉換模塊

2、，實現(xiàn)模擬量轉換成數(shù)字量；采用的STC89C52單片機，其整合了A/D轉換等資源，具有高速、低耗等優(yōu)點。以STC89C52單片機結合火焰?zhèn)鞲衅鳛楹诵牡幕馂膱缶骺蓪崿F(xiàn)根據(jù)紅外線強弱報警、紅外線強弱顯示、報警數(shù)據(jù)界限等功能。是一種結構簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的火災報警器，這款火災報警器具有一定使用價值。關鍵字：火焰?zhèn)鞲衅骷t外線報警器STC89C52單片機AbstractWith the coming of the Information Age, sensor technology has achieved rapid development. As one of the im

3、portant access to get information, its widely used in areas including machine, magnetic identify, electronic technology and others fields. Among them, the flame sensor has been increasingly widely used in the system of fire alarm becourse of its performance having advantages such as high sensitivity

4、, quick response and low price.This essay concentrates on the flame resistance sensor and microcontroller technology . It has designed a new kind of the infrared fire alarm, with good performance and low price. The system adopts flame sensor resistance to perform infrared detection, which it has the

5、 advantages like high sensitivity and quick response and low price. It transforms analog signal into digital signal by means of A/D digital-analog converter module.I adpopt STC89C52 SCM，which reorganize materials like A/D conversion, which has high speed and low energy consumption.The fire alarms co

6、uld perform such function as infrared intensity of the alarm, infrared strength of the display, alarm data limits ,which central port is a combination of STC89C52 SCM and flame sensor . It is simple structure and stable performance and its convenience and inexpensive and intelligent. It is of a cert

7、ain useful value.Key words:Flame sensorInfrared alarmSTC89C52SCMI目錄 TOC o 1-3 f h z u TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295510719 第1章緒論 PAGEREF _Toc295510719 h 1 HYPERLINK l _Toc295510720 1.1課題研究的要求以及目的意義 PAGEREF _Toc295510720 h 1 HYPERLINK l _Toc295510721 1.1.1課題研究的要求 PAGEREF _Toc295510721 h 1 HYPERL

8、INK l _Toc295510722 1.1.2課題研究的目的意義 PAGEREF _Toc295510722 h 1 HYPERLINK l _Toc295510723 1.2國內外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc295510723 h 1 HYPERLINK l _Toc295510724 1.2.1國內研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc295510724 h 1 HYPERLINK l _Toc295510725 1.2.2國外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc295510725 h 2 HYPERLINK l _Toc295510726 1.3論文研究內容及創(chuàng)新點 PAGEREF

9、_Toc295510726 h 3 HYPERLINK l _Toc295510727 1.3.1主要研究內容 PAGEREF _Toc295510727 h 3 HYPERLINK l _Toc295510728 1.3.2主要創(chuàng)新點 PAGEREF _Toc295510728 h 3 HYPERLINK l _Toc295510729 第2章火災報警器的方案設計 PAGEREF _Toc295510729 h 4 HYPERLINK l _Toc295510730 2.1火災報警器的設計思路 PAGEREF _Toc295510730 h 4 HYPERLINK l _Toc2955107

10、31 2.2火焰?zhèn)鞲衅鬟x定方案 PAGEREF _Toc295510731 h 4 HYPERLINK l _Toc295510732 2.2.1火焰?zhèn)鞲衅骱喗?PAGEREF _Toc295510732 h 4 HYPERLINK l _Toc295510734 2.2.2選用火焰?zhèn)鞲衅鞯脑?PAGEREF _Toc295510734 h 5 HYPERLINK l _Toc295510735 2.2.3火焰?zhèn)鞲衅鞯姆诸?PAGEREF _Toc295510735 h 5 HYPERLINK l _Toc295510736 2.2.4火焰?zhèn)鞲衅鞯倪x定 PAGEREF _Toc2955107

11、36 h 6 HYPERLINK l _Toc295510737 2.3火災報警器的整體設計方案 PAGEREF _Toc295510737 h 6 HYPERLINK l _Toc295510738 2.3.1紅外火災報警器的工作原理 PAGEREF _Toc295510738 h 6 HYPERLINK l _Toc295510739 2.3.2紅外火災報警器的結構 PAGEREF _Toc295510739 h 7 HYPERLINK l _Toc295510740 2.3.3紅外火災報警器的功能 PAGEREF _Toc295510740 h 7 HYPERLINK l _Toc295

12、510741 第3章火災報警器的硬件設計 PAGEREF _Toc295510741 h 9 HYPERLINK l _Toc295510742 3.1單片機的選型 PAGEREF _Toc295510742 h 9 HYPERLINK l _Toc295510743 3.1.1單片機的選擇 PAGEREF _Toc295510743 h 9 HYPERLINK l _Toc295510744 3.1.2STC89C52簡介 PAGEREF _Toc295510744 h 10 HYPERLINK l _Toc295510745 3.2火災報警器硬件電路設計 PAGEREF _Toc29551

13、0745 h 13 HYPERLINK l _Toc295510746 3.2.信號采集電路 PAGEREF _Toc295510746 h 13 HYPERLINK l _Toc295510747 3.2.2聲音報警電路 PAGEREF _Toc295510747 h 14 HYPERLINK l _Toc295510748 3.2.3數(shù)碼管的顯示電路 PAGEREF _Toc295510748 h 15 HYPERLINK l _Toc295510749 3.2.4狀態(tài)燈電路 PAGEREF _Toc295510749 h 18 HYPERLINK l _Toc295510751 3.2.

14、5鍵盤電路 PAGEREF _Toc295510751 h 18 HYPERLINK l _Toc295510752 第4章火災報警器軟件設計 PAGEREF _Toc295510752 h 19 HYPERLINK l _Toc295510753 4.1STC89系列單片機調試及開發(fā)工具 PAGEREF _Toc295510753 h 19 HYPERLINK l _Toc295510754 4.2主程序流程設計 PAGEREF _Toc295510754 h 19 HYPERLINK l _Toc295510755 第5章系統(tǒng)調試 PAGEREF _Toc295510755 h 22 HY

15、PERLINK l _Toc295510756 第6章結論與展望 PAGEREF _Toc295510756 h 25 HYPERLINK l _Toc295510757 參考文獻 PAGEREF _Toc295510757 h 26 HYPERLINK l _Toc295510758 致謝 PAGEREF _Toc295510758 h 27 HYPERLINK l _Toc295510759 附錄 PAGEREF _Toc295510759 h 28 HYPERLINK l _Toc295510760 附錄A外文資料 PAGEREF _Toc295510760 h 28 HYPERLINK

16、 l _Toc295510762 附錄B硬件原理圖 PAGEREF _Toc295510762 h 38 HYPERLINK l _Toc295510763 附錄C程序清單 PAGEREF _Toc295510763 h 39 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 第1章緒論1.1課題研究的要求以及目的意義1.1.1課題研究的要求本文設計的系統(tǒng)是一款新型的電子紅外報警系統(tǒng)，本文的設計是將火焰?zhèn)鞲衅魈綔y與智能控制相結合，通過對指定地區(qū)紅外的變化情況進行監(jiān)測，當出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時進行報警，以便通知工作人員進行相應的處理，以防止火災對人員生命財產造成傷害。這款電子紅外報警系統(tǒng)具有一下優(yōu)點：系統(tǒng)采用模塊化設計，

17、前端傳感器系統(tǒng)能夠快速，準確的檢測到現(xiàn)場的異常狀況，進行準確可靠的報警，而且這款報警系統(tǒng)造價低廉，使用方便，智能化，適合室內場所使用。1.1.2課題研究的目的意義“火災”，是指在時間或空間上失去控制的燃燒所造成的災害。在各種災害中，火災是最經常、最普遍地威脅公眾安全和社會發(fā)展的主要災害之一。人類能夠對火進行利用和控制，是文明進步的一個重要標志。火，給人類帶來文明進步、光明和溫暖。但是，失去控制的火，就會給人類造成巨大的災難。對于火災，在我國古代，人們就總結出“防為上，救次之，戒為下”的經驗。隨著社會的不斷發(fā)展，在社會財富日益增多的同時，導致發(fā)生火災的危險性也在增多， 火災的危害性也越來越大。據(jù)

18、統(tǒng)計， 我國 70 年代火災年平均損失不到2.5 億元， 80 年代火災年平均損失不到 3.2 億元。進入 90 年代， 特別是 1993 年以來，火災造成的直接財產損失上升到年均十幾億元，年均死亡數(shù)千人。實踐證明，隨著社會和經濟的發(fā)展，消防工作的重要性就越來越突出。由此，火災報警器在消防工作就的作用也尤為突出了。1.2國內外研究現(xiàn)狀1.2.1國內研究現(xiàn)狀我國的火災自動報警控制系統(tǒng)經歷了從無到有、從簡單到復雜的發(fā)展過程，其智能化程度也越來越高。但目前國內外廠家多偏重用于大型倉庫、商場、高級寫字樓、賓館等場所大型火災報警系統(tǒng)的研發(fā)，他們采用集中區(qū)域報警控制方式，其系統(tǒng)復雜、成本較高。而在居民住宅

19、區(qū)、機房、辦公室等小型防火單位，需要設置一種單一或區(qū)域聯(lián)網、廉價實用的火災報警系統(tǒng)，因此，研制一種結構簡單、價格低廉的基于單片機與溫度控制傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骰ヂ?lián)的簡單實用小型火災報警系統(tǒng)是非常必要的。1.2.2國外研究現(xiàn)狀二十世紀八十年代至九十年代，隨著經濟建設和半導體、微電子、光電、計算機和信息等科學技術的迅速發(fā)展，國外火災自動報警技術以市場為導向，以應用高新技術為先導，以減少誤報率、提高可靠性、靈敏度和擴大探測范圍為根本目的，在開展基礎理論和應用技術研究、老產品技術改造、新產品開發(fā)、標準和規(guī)范制修訂、產品質量認證和檢驗、系統(tǒng)設計安裝和維護、擴大應用范圍和提高應用效益等方面，都有了很大的發(fā)展

20、，出現(xiàn)了許多新產品、新技術，使火災自動探測報警系統(tǒng)從火災探測、報警傳輸、信號處理、報警控制顯示到與其他系統(tǒng)聯(lián)動等一系列功能和可靠性大大提高、完善，大大減少誤報率，大大增強人們預防現(xiàn)代化各種火災的能力，為保衛(wèi)人類生命，財產防火安全發(fā)揮了重要作用，成為現(xiàn)代消防技術中的一種必不可少、具有廣闊發(fā)展前途的前沿消防領先技術和手段。目前，國外普遍采用的火災自動報警技術，主要有兩種：一種是非智能火災自動報警技術，包括嫁接新技術的老式或傳統(tǒng)火災自動報警技術，七十年代末出現(xiàn)的可尋址火災自動報警技術和八十年代初期出現(xiàn)的模擬量可尋址火災自動報警技術，這些技術盡管高技術含量少，但由于成本低，能滿足眾多小型民用和商業(yè)防火

21、保護需要，而被許多國家廣泛應用。另一種是代表現(xiàn)代化火災自動報警技術發(fā)展水平和發(fā)展趨勢的智能火災自動報警技術，包括從八十年代中期開始發(fā)到九十年代中期已發(fā)展成熟，并得到廣泛應用的采用具有人工智能理論和技術的高級算法軟件的智能集中型模擬量可尋址智能火災自動報警技術（既由智能控制器做報警決策的智能火災自動報警技術）和九十年代初期開發(fā)，并得到應用的采用人工智能理論和技術的高級算法軟件（主要指模糊邏輯和神經網絡軟件技術）的智能分布型智能火災自動報警技術（即由智能探測器做報警決策的智能火災自動報警技術）。其中，智能集中型智能火災自動報警技術發(fā)展最快、應用最廣、現(xiàn)已成為智能火災自動報警技術中的一種主導技術，其

22、中，由50只左右模擬量可尋址感煙探測器構成的小型智能集中型智能火災自動探測系統(tǒng)發(fā)展最快、應用數(shù)量最多，不僅大大改進了小空間的防火安全，而且也推動了火災報警工業(yè)的發(fā)展。智能火災自動報警技術主要用于解決大、中型空間防火安全和多種系統(tǒng)的聯(lián)動問題。當前，智能火災自動報警技術發(fā)展的一個顯著特點和重要趨勢是模糊邏輯和神經網絡高級算法軟件人工智能理論和交互技術被越來越多的智能火災自動探測系統(tǒng)采用，已成為智能火災自動報警技術中的前沿技術和核心技術。1.3論文研究內容及創(chuàng)新點1.3.1主要研究內容本文以火焰?zhèn)鞲衅骱蛦纹瑱C技術為核心，與其它電子技術相結合，設計出了一款性能好且價格低廉的紅外火災報警器。其中選用火焰

23、傳感器實現(xiàn)紅外線檢測，具有靈敏性能高、反應快等優(yōu)點，而且價格低廉，通過A/D數(shù)模轉換模塊，實現(xiàn)模擬量轉換成數(shù)字量，選用的STC89C52單片機，與A/D轉換相結合，具有高速、低耗等優(yōu)點。 以STC89C52單片機結合火焰?zhèn)鞲衅鳛楹诵牡幕馂膱缶骺蓪崿F(xiàn)根據(jù)紅外線強弱報警、紅外線強弱顯示、報警數(shù)據(jù)界限等功能。是一種結構簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的火災報警器，這款火災報警器具有一定使用價值。1.3.2主要創(chuàng)新點本文設計的紅外報警系統(tǒng)主要創(chuàng)新點在于是面對廣大普通用戶，其價格低廉，操作簡單，采用火焰?zhèn)鞲衅魅z測外界紅外的變化，通過單片機STC89C52去進行簡單的處理，以達到報警效果，并

24、能夠設定數(shù)據(jù)報警界限，用戶更能夠在本設計的原有基礎上，進行簡單的器材添加，做成多效果，多層次的火災報警器。第2章火災報警器的方案設計2.1火災報警器的設計思路紅外火災報警器是能夠檢測環(huán)境中的紅外線變化，并具有報警功能的儀器，儀器的最基本組成部分應包括:紅外信號采集電路、模數(shù)轉換電路、單片機控制電路。紅外信號采集電路一般由火焰?zhèn)鞲衅鲗⒓t外信號轉化為模擬的電信號。模數(shù)轉換電路將從紅外信號采集電路送出的模擬信號轉換成單片機可識別的數(shù)字信號后送入單片機。單片機對該數(shù)字信號進行處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進行分析，是否小于或等于某個預定值(也就是報警界限)，如果小于則啟動報警電路發(fā)出報警聲音，反之則為正常狀態(tài)

25、。為了方便檢測與監(jiān)控，使儀器測試人員及用戶能夠直觀地觀察到環(huán)境中的紅外光值，可將紅外光值送到顯示屏中。方便調節(jié)報警界限，加入了按鍵功能。為使報警裝置更加完善，在聲音報警的同時加入了光閃報警，變化的光信號可以引起用戶注意，彌補嘈雜環(huán)境中聲音報警的局限。以上是根據(jù)報警器應具備的功能，提出的整體設計思路。火焰?zhèn)鞲衅骷皢纹瑱C是紅外光檢測報警器的兩大核心，根據(jù)報警器功能的需要，選擇合適、精確、經濟的火焰?zhèn)鞲衅骷皢纹瑱C芯片是至關重要的。火焰?zhèn)鞲衅鞯倪x型在下一節(jié)詳細介紹。單片機作為硬件電路的核心，它的選型將在第3章詳細介紹。2.2火焰?zhèn)鞲衅鬟x定方案2.2.1火焰?zhèn)鞲衅骱喗樵斫榻B：遠紅外火焰?zhèn)鞲衅髂軌蛱綔y到

26、波長在700納米1000納米范圍內的紅外光，探測角度為60，其中紅外光波長在880納米附近時，其靈敏度達到最大。遠紅外火焰探頭將外界紅外光的強弱變化轉化為電流的變化，通過A/D轉換器反映為0255范圍內數(shù)值的變化。外界紅外光越強，數(shù)值越小；紅外光越弱，數(shù)值越大。功能用途：遠紅外火焰?zhèn)鞲衅骺梢杂脕硖綔y火源或其它一些波長在700納米1000納米范圍內的熱源。在機器人比賽中，遠紅外火焰探頭起著非常重要的作用，它可以用作機器人的眼睛來尋找火源或足球。利用它可以制作滅火機器人、足球機器人等。2.2.2選用火焰?zhèn)鞲衅鞯脑蚧鹧媸怯筛鞣N燃燒生成物、中間物、高溫氣體、碳氫物質以及無機物質為主體的高溫固體微粒構

27、成的?；鹧娴臒彷椛渚哂须x散光譜的氣體輻射和連續(xù)光譜的固體輻射。不同燃燒物的火焰輻射強度、波長分布有所差異，但總體來說，其對應火焰溫度的12m近紅外波長區(qū)域具有最大的輻射強度。例如汽油燃燒時的火焰輻射強度的波長。發(fā)生火災的過程中必定有火焰的出現(xiàn)，那么我們利用火焰的這個特性制作一款簡單的火災報警器，其原理簡單，效果明顯。2.2.3火焰?zhèn)鞲衅鞯姆诸惢鹧姘l(fā)射出的光是一種電磁波，其波長在0.210m或更寬的范圍內。人眼能感覺到的電磁波波長為0.380.78m，范圍非常窄。火焰?zhèn)鞲衅骶褪抢么嗽?，檢測0.38m以下的紫外線和0.78m以上的紅外線。實用化的火焰?zhèn)鞲衅鞣诸惾缦拢?(1)紫外線檢出型輻射式傳

28、感器(受光元件是利用UV(紫外線)透鏡GM(光敏)光電效應放電管，對波長0.1850.245m火焰輻射光進行感受。放電管加上200300V的電壓，對光電效應(photoelectric effect)產生的脈沖電壓進行計數(shù)，啟動開關電路。由于太陽光的波長是0.28m以上，所以該傳感器可用在石化工業(yè)露天監(jiān)測場合。這種傳感器的感受波長與熒光燈、水銀燈、白熾燈等照明光波波長也不相同，故誤動作很少。紫外線波長短，容易衰減，塵埃附著會使檢測器靈敏度下降，在室外使用時必須勤于維護，經常清掃和檢查。(2)二氧化碳共鳴輻射檢出型傳感器(CO2 resonated cheeked out radiation f

29、lame transducer)二氧化碳加熱，在4.4m特征峰值時產生共鳴。按該輻射原理檢出的火焰?zhèn)鞲衅骷捶Q二氧化碳共鳴輻射檢出型傳感器?？扇嘉锏娜紵裏崾谷紵傻亩趸細怏w受熱，即產生其特有的共鳴輻射光譜。利用有高敏感度光導元件（硒化鉛）作為感受元件，采用濾光片(3.55.5m)可檢出共鳴輻射光譜。波長4.4m的二氧化碳特征輻射光譜存在于有火焰的情況下。因此，自然光、人工光源幾乎不干擾這個信號。該種檢測器可以用于室內、室外任何防燃、防爆場合。(3)紅外線檢出型輻射式傳感器(fixed radiation flame transducer by infrared rays cheek out

30、 type)火焰輻射的0.78m以上紅外線，由硅光電二極管和光敏晶體管等檢測。它是采用0.78m以下的紅外濾光片濾去干擾波長以防止錯誤動作而檢測定輻射波長的傳感器。這種檢測器由于跟太陽光的波長分布相近，所以不適用于室外場合監(jiān)測。(4)二波長檢出型閃爍式傳感器(dual wavelength checked out flashing type transducer)火焰溫度大約為11001600K(8271327)。太陽光和照明光溫度比火焰溫度高(白熾燈大約為2800K)，因而火焰光是紅外區(qū)長波長段，自然光和照明光是光譜中紅外區(qū)域短波長段。根據(jù)檢出這兩種波長的差來判斷其屬于哪一段的原理制成的傳感

31、器就是二波長檢出型傳感器。(5)單波長檢出型閃爍傳感器(single wavelength cheeked out flashing type transducer)主要用于空氣輸送管道內。與空氣同時被輸送的可燃性物質，因高速移動中產生靜電造成過熱等原因會發(fā)生短時間內閃爍火花。單波長檢出型閃爍傳感器是見火即檢測、要求響應速度很快的一種傳感器。檢出火災危險的同時也要求迅速采取消防措施，以防止重大火災事故的發(fā)生1。 2.2.4火焰?zhèn)鞲衅鞯倪x定此次設計由于自身條件的限制以及畢業(yè)設計要求的規(guī)定，我們決定選用紅外線檢出型輻射式傳感器(fixed radiation flame transducer by

32、 infrared rays cheek out type)，這款火焰?zhèn)鞲衅魍耆珴M足了我們畢業(yè)設計的需求，而且價格便宜，適合作為面對廣大群眾的產品開發(fā)。2.3火災報警器的整體設計方案2.3.1紅外火災報警器的工作原理本文中紅外火災報警器采用STC89C52單片機為控制核心，采用火焰?zhèn)鞲衅鳛樾畔⒉杉瘋鞲衅鳌Ｊ紫?，火焰?zhèn)鞲衅鱾鱽淼募t外線強弱程度對應的微小電壓信號（模擬數(shù)據(jù)），傳送到A/D模數(shù)轉換模塊，經A/D模數(shù)轉換模塊的程序計算，轉換成數(shù)字信號，傳送到STC89C52單片機，經燒拷在單片機里的算法程序運行之后，由單片機輸出口傳送到數(shù)碼管，顯示數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)在由單片機STC89C52判斷是否達到我們

33、設定的數(shù)據(jù)界限，如果達到，那么我們設定好的LED燈就會閃爍，同時向蜂鳴器發(fā)送一個+5V電壓，蜂鳴器就會發(fā)出聲音。與此同時，我們可以通過鍵盤發(fā)出信號，選擇我們在STC89C52單片機中已經燒拷的程序執(zhí)行“選擇數(shù)據(jù)界限”，以達到控制報警界限的目的。在這個電路中，我們所使用的都是+5V直流電壓。2.3.2紅外火災報警器的結構為適應家庭和一些公共場所對人身以及財產安全的防護要求，設計的紅外火災報警器應不僅能在光亮環(huán)境下起作用，而且應具有顯示紅外線強度功能及實時控制等功能。我們的主要思想是在傳統(tǒng)的火災報警器的基礎上，盡量提高準確性，降低成本，縮小體積。下圖是我們所設計的火災報警器的系統(tǒng)結構圖，以單片機S

34、TC89C52為核心，結合外圍電子設備，共同完成信息采集、數(shù)模轉換、信息顯示、聲音及閃爍報警、按鍵輸入等功能。系統(tǒng)采用單片機STC89C52，要求工作穩(wěn)定、測量精度高、保證報警器的精確性及可靠性，而且最好體積小，成本低，有利于減少報警器的體積，降低報警器的成本。蜂鳴器報警火焰?zhèn)鞲衅鰽/D轉換模塊光報警數(shù)碼管顯示鍵盤輸入 STC89C52單片機擴展功能數(shù)碼管顯示圖2-1紅外火災報警器的結構2.3.3紅外火災報警器的功能(1).與上位機通訊功能可以實現(xiàn)與計算機串口通訊，對報警器采取統(tǒng)一控制，以及便于采集和處理數(shù)據(jù)，也可以在計算機上更改報警限值等。（2）紅外數(shù)據(jù)顯示功能通過數(shù)碼管可以顯示紅外線強度值

35、，而且可以顯示設置狀態(tài)，顯示通過鍵盤設置的報警界限數(shù)值，這個設計有利于用戶觀察和設置報警器的狀態(tài)，以為了解外界環(huán)境的狀態(tài)。（3）蜂鳴器報警功能這款火災報警器，當外界紅外線強度超出預設數(shù)值時，蜂鳴器開始報警，而且聲音較為急促，可以更好的引起用戶的注意。我們的設計沒有添加自動回復功能，其目的是為了防止用戶麻痹大意之下沒有注意聲音報警，防止災害的發(fā)生。（4）閃光報警功能在這款紅外火災報警器中，我們設定了一個LED燈為光閃爍報警。在嘈雜的環(huán)境中，聲音報警不容易引起用戶的注意，但是當我們看見一盞很明顯的燈在閃爍時就會引起注意，當然在我們所提供的實物中這個LED燈并沒有這么顯眼，需要進一步的外接更容易引起

36、用戶注意的燈。（5）鍵盤控制報警界限功能這款紅外火災報警我們設定了鍵盤控制報警界限功能，可以通過鍵盤設定系統(tǒng)的額定報警界限，這個設計是為了適應在不同的環(huán)境下，在不同的光線條件下造成誤報。（6）擴展功能這款紅外洪災報警器，采用一塊單片機程序開發(fā)板，可以擴展更多的功能，例如：可以加上煙霧傳感器，可以加上溫度傳感器，擴展成更加完美的火災報警器；可以加上光敏傳感器，做成一款具有防盜功能的火災報警器。第3章火災報警器的硬件設計在報警儀的設計中，單片機是其核心部件。它一方面要接收來自傳感器送來的紅外線強度對應的模擬信號轉換來的數(shù)字信號，另一方面要對信號進行處理，控制后續(xù)電路進行相應動作;于此同時查詢是否有

37、鍵按下的請求。在單片機完成這些的工作中，尤其是信號處理中，比較紅外線強度后送入顯示的實現(xiàn)比較復雜，要求單片機具備較快的運算速度，使工作人員能夠較準確地觀測到紅外線強度，并根據(jù)情況做進行相應處理。并且也要考慮選擇低價實用的機型。根據(jù)多方面的比較，本設計選用STC89C52單片機。3.1單片機的選型3.1.1單片機的選擇在報警儀的設計中，單片機是核心部件。它一方面要接收來自傳感器送來的紅外線強度對應的模擬信號轉換來的數(shù)字信號，另一方面要對信號進行處理，控制后續(xù)電路進行相應動作。于此同時查詢是否有鍵按下的請求。在單片機實現(xiàn)的功能中，將模數(shù)轉換后的信號經單片機運算后送數(shù)碼管顯示，這一過程的軟件實現(xiàn)，需

38、要單片機有較快的運算速度，使儀表監(jiān)測人員能夠觀測到實時的紅外線強度，并進行相應處理。同時，在能夠滿足報警器設計的計算速度及接口數(shù)的要求的同類型單片機中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧的機型，在保證了報警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎上，能夠不提高成本，縮小體積。如今市面上比較普遍的單片機有8051系列與STC系列。8051系列單片機雖然應用普遍，工具多，易上手，片源廣，價格低，但是速度慢，功耗大，適合民用，商用，不適合工業(yè)用途。STC系列單片機是一款新型單片機。與傳統(tǒng)的單片機相比，具有價格低、運算速度快、功耗低、功能強的優(yōu)點。指令代碼完全兼容8051，但由于采用單時鐘方式，運算速度快8-12

39、倍。內部集成高可靠復位電路，針對高速通信、智能控制、強干擾場合2。兩者相比較，我們決定選用STC系列單片機作為我們的核心部分。3.1.2STC89C52簡介STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。單片機總控制電路如下：時鐘電路圖3-1STC89C52簡圖STC89C52內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，

40、引腳RXD和TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內部方式產生或外部方式產生。內部方式的時鐘電路如圖3-2 a所示，在RXD和TXD引腳上外接定時元件，內部振蕩器就產生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.212MHz之間選擇，電容值在530pF之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調的作用。外部方式的時鐘電路如圖3-2 b所示，RXD接地，TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號。片內時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機使用。如圖3-2所示，RXD接地，

41、TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號。片內時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機使用。RXD接地，TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號。片內時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機使用。 圖3-2時鐘電路2.復位及復位電路（1）復位操作復位是單片機的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，

42、為擺脫困境，也需按復位鍵重新啟動。除PC之外，復位操作還對其他一些寄存器有影響，它們復位狀態(tài)如表3-1所示。表3-1一些寄存器的復位狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H（2）復位信號及其產生RST引腳是復位信號的輸入端。復位信號是高電平有效，其有效時間應持續(xù)24個振蕩周期(即二個機器周期)以上。若使用的頗率為6MHz的晶振，則復位信號持續(xù)時間應超過

43、4us才能完成復位操作。整個復位電路包括芯片內、外兩部分。外部電路產生的復位信號(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內復位電路在每個機器周期的S5P2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內部復位操作所需要的信號。復位操作有上電自動復位相按鍵手動復位兩種方式。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。這佯，只要電源VCC的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復位初始化。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復位是通過使復位端經電阻與VCC電源接通而實現(xiàn)的；而按鍵脈沖復位則是利用RC微分電路產生的正脈沖來實現(xiàn)的，上述電路圖中的電阻、電容參

44、數(shù)適用于6MHz晶振，能保證復位信號高電平持續(xù)時間大于2個機器周期。本系統(tǒng)的復位電路采用上電復位方式。STC89C52具體介紹如下：主電源引腳（2根）：1、VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源。GND(Pin20)：接地線。2、接晶振引腳（2根）：XTAL1(Pin19)：片內振蕩電路的輸入端。XTAL2(Pin20)：片內振蕩電路的輸出端。3、控制引腳（4根）：RST/VPP(Pin9)：復位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號。PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號。EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內外部選

45、通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內部程序存儲器讀指令3。4、可編程輸入/輸出引腳（32根）：STC89C52單片機有4組8位的可編程I/O口，分別為P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7。P1口（Pin1Pin8）：8位準雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 。P2口（Pin21Pin28）：8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 。P3口（Pin10Pin17）：8位準雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7。STC89C52主要功能如表2所示4。表3-2STC89C5

46、2主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復擦寫Flash ROM32個雙向I/O口256x8bit內部RAM3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率0-24MHz2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設置睡眠和喚醒功能3.2火災報警器硬件電路設計我們的硬件電路設計采用Protel 99 SE系統(tǒng)畫出電路原理圖5, 以下介紹各個模塊原理圖。3.2.信號采集電路圖3-4信號采集電路我們采用火焰?zhèn)鞲衅鬟M行信號的采集，本系統(tǒng)采用的是火焰?zhèn)鞲衅鳎簿褪钦f，當一個紅外光敏電阻在接受到光信號時，電阻發(fā)生變化，從而引起電路電壓

47、的變化。當我們采集的這個模擬量數(shù)據(jù)輸入到A/D模數(shù)轉換模塊的時候，A/D模數(shù)轉換模塊把它轉化成一個數(shù)字量，傳輸給單片機STC89C52進行處理。那么這就完成了信號的采集。圖3-4是我們本次設計的火災報警器信息采集模塊。火焰?zhèn)鞲衅鞑糠钟煽勺冸娮?，保護電阻，光敏電阻，保護電容組成。其工作原理是：當外界光線發(fā)生變化，火焰?zhèn)鞲衅鞴饷綦娮枳柚低瑫r發(fā)生變化，導致電路中電流發(fā)生變化，相應的電壓發(fā)生變化，而這個信號相應的通過輸出線傳到PCF8951芯片（A/D數(shù)模轉換模塊），這這個模塊中進行的是傳感器傳出的模擬量轉換成數(shù)字量的過程6。在這個電路中，我們可以通過改變可變電阻的阻值調節(jié)信號大小，而且我們可以看到在

48、火焰?zhèn)鞲衅髦羞€添加了很多保護傳感器安全的器件，這就保證了我們火災報警器的使用壽命。3.2.2聲音報警電路聲音報警器電路圖如圖3-5所示。報警裝置采用無源壓電式KM3712x型蜂鳴報警器，較一般的蜂鳴器體積大，聲音響亮，適用于作為報警器的報警聲音源7。當三極管Q1導通，蜂鳴器報警。蜂鳴器報警是單片機STC89C52的PWM功能，如果紅外線強度達到報警限，單片機控制P1.3口輸出占空比一定的脈沖，報警時蜂鳴器會發(fā)出聲音。在火災報警系統(tǒng)中，當傳感器采集的信息超過我們預先設定好的報警界限數(shù)值時，單片機就會給聲音報警系統(tǒng)一個信號，使聲音報警電路發(fā)出報警信息。圖3-5聲音報警電路3.2.3數(shù)碼管的顯示電路

49、報警器強度顯示采用數(shù)碼管。顯示紅外線強度級別，其主要技術參數(shù)如下:1、工作電壓：05V。2、74HC573 11腳接VCC，鎖存不起作用，相當于直通。相應的賦值“1”有效。3、74HC138 A、B、C賦值 0-7，則輸出端分別是Y0-Y7，置“0”，如P2=0，則Y0=0。下面對在此電路中用到的74HC573和74HC138進行一下簡單介紹：74HC573：八進制 3態(tài)的非反轉透明鎖存器。SL74HC573 跟 LS/AL573 的管腳一樣。器件的輸入是和標準 CMOS 輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和 LS/ALSTTL 輸出兼容。當鎖存使能端LE為高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的（也

50、就是說輸出同 步）。當鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。u36755X出能直接接到 CMOS，NMOS 和 TTL 接口上。u25805X作電壓范圍：2.0V6.0V 。圖3-6SL74HC573引腳u20302X輸入電流：1.0uA 。 CMOS 器件的高噪聲抵抗特性。LE為鎖存控制端。表3-374HC573引腳介紹OE120VCC1D2191Q2D3182Q3D4173Q4D5164Q5D6155Q6D7146Q7D8137Q8D9128QGND1011LE 表3-474HC573引腳功能1腳3態(tài)允許控制端低電平有效1D8D數(shù)據(jù)輸入端1Q8Q數(shù)據(jù)輸出端74HC573引腳

51、圖74HC138：作為一款高速CMOS器件74HC138引腳兼容低功耗TTL（LSTTL）系列。74HC138譯碼器可接受3位二進制加權地址輸入（A0, A1和A2），并當使用時，提供8個互斥的低電平有效輸出（Y0至Y7）。74HC138特有3個使能輸入端：兩個低有效（E1和E2）和一個高有效（E3）。除非E1和E2設低電平且E3置高，否則74HC138將保持所有輸出為高。利用這種復合使能特性，僅需4片74HC138芯片和1個反相器，即可輕松實現(xiàn)并行擴展，組合成為一個1-32（5線到32線）譯碼器。任選一個低電平有效使能輸入端，作為數(shù)據(jù)輸入，而把其余的使能輸入端，作為選通端，則74HC138亦

52、可充當一個8輸出多路分配器，未使用的輸入端，必須保持綁定在各自合適的高電平有效或低電平有效狀態(tài)。74HC138與74HC238邏輯功能一致，只不過74HC138為反相輸出。CD74HC138 ，CD74HC238和CD74HCT138 ， CD74HCT238是高速硅柵CMOS解碼器，適合內存地址解碼或數(shù)據(jù)路由應用。74HC138 作用原理于高性能的存貯譯碼或要求傳輸延遲時間短的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),在 高性能存貯器系統(tǒng)中,用這種譯碼器可以提高譯碼系統(tǒng)的效率。將快速賦能電路用于高速存貯器時,譯碼器的延遲時間和存貯器的賦能時間通常小于存貯器的典型存取時間,這就是說由前位的系統(tǒng)譯碼器所引起的有效系統(tǒng)延遲可

53、以忽略不計。HC138 按照三位二進制輸入碼和賦能輸入條件,從8個輸出端中譯出一個 低電平輸出。兩個低電平有效的賦能輸入端和一個高電平有效的賦能輸入端，減少了擴展所需要的外接門或倒相器,擴展成24 線譯碼器不需外接門;擴展成32 線譯碼器,只需要接一個外接倒相器。在解調器應用中,賦能輸入端可用作數(shù)據(jù)輸入端8。復合使能輸入輕松實現(xiàn)擴展 兼容JEDEC標準no.7A 存儲器芯片譯碼選擇的理想選擇低電平有效互斥輸出 ESD保護 HBM EIA/JESD22-A114-C超過2000 V MM EIA/JESD22-A115-A超過200 V 溫度范圍 -40+85 -40+125 多路分配功能。圖3

54、-7數(shù)碼管的顯示電路在我們的設計中，數(shù)碼管的顯示部分主要有兩個功能：一個是顯示外界紅外線的強弱數(shù)據(jù)，這個是由A/D數(shù)模轉換模塊提供給單片機STC89C52，在由單片機STC89C52通過送給74HC573芯片和74HC138芯片，以控制右側數(shù)碼管的顯示，而左側數(shù)碼管的數(shù)據(jù)，是通過鍵盤設置，將應該顯示數(shù)據(jù)送給單片機STC89C52，在由單片機STC89C52通過送給74HC573芯片和74HC138芯片，以控制右側數(shù)碼管的顯示。在火災報警系統(tǒng)中，左側的數(shù)碼管受鍵盤的控制，當我們預先在鍵盤輸入報警界限值后，單片機會把這個數(shù)值在這個數(shù)碼管中顯示出來。而右側的數(shù)碼管，是傳感器采集數(shù)據(jù)后，經A/D轉換電

55、路把模擬量轉換成數(shù)字量之后，由單片機輸出，顯示在這個數(shù)碼管上的。3.2.4狀態(tài)燈電路狀態(tài)燈主要是采用LED燈，如圖3-10所示。當單片機STC89C52的引腳P1.3置0時， LED燈閃爍。圖3-8狀態(tài)燈電路在火災報警系統(tǒng)監(jiān)測到火災情況時，由單片機輸出一個信息，燈光閃爍報警就會跟隨聲音報警一起發(fā)出報警信息。3.2.5鍵盤電路圖3-9鍵盤電路圖3-9中S1-S4可以配置成獨立按鍵，通過跳帽J11切換，J11有三根插針組成，圖上跳到右端，在獨立按鍵配置中，應該把跳帽跳到左端。這個時候獨立按鍵才可以使用。其中包含兩個外部中斷，INT0和INT1，從電路圖中也可以看出跳線方式9。在我們的火災報警系統(tǒng)中

56、，鍵盤主要是作為報警界限值輸入的器件，我們在應用這個設計產品時，首先要做的就是通過鍵盤設定報警界限值。第4章火災報警器軟件設計4.1STC89系列單片機調試及開發(fā)工具本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國Keil software公司出品的Keil C51，是51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上更有明顯的優(yōu)勢10。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows界面。另外重要的一點，Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。Keil

57、C51工具包的整體結構中，Vision與Ishell分別是C51 for Window和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(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編譯器編譯生成日標文件(.OBJ)。日標文件由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經C51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉換成標準的Hex文件，以供調試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中11。4.2主程序流

58、程設計主程序流程圖如下圖所示，首先我們要給傳感器預熱一下。程序初始化結束后，系統(tǒng)進入監(jiān)控狀態(tài)。STC89C52單片機對傳感器檢測的紅外線強度信號進行A/D轉換，將濃度值與報警限設定值利比較，判斷是否報警。同時送入數(shù)碼管顯示紅外線強度值。主程序還包括狀態(tài)指示燈及按鍵功能設置，中斷子程序、延遲程序等，使報警器功能更加完善，給用戶帶來便利12。開始程序初始化鍵盤掃描及鍵值處理鍵盤掃描及鍵值處理是否按下模式切換A/D轉換數(shù)碼管顯示程序處理是否超過界限YYNN進入報警界限模式進入報警處理程序結束圖4-1程序主流程圖火災報警系統(tǒng)在啟動開始時，我們首先系統(tǒng)要做的是所有程序的初始化過程，因為我們在上次使用關閉

59、儀器時程序不定就是運行完一個周期。初始化完畢之后是對火焰?zhèn)鞲衅鞯念A熱，這個時間很短。本設計采用的是電阻式傳感器，大家都知道，電阻是受溫度的影響的，那么在我們應用一起之前首先就是要讓傳感器適應工作環(huán)境。與此同時，單片機要應用程序對鍵盤進行掃描以及對鍵值的處理，這個過程中是應用了鍵盤去抖子程序、延遲子程序等等。當準備工作做完之后，系統(tǒng)會在自動進入運行模式即進入報警界限設置模式。進入到這個模式就是我們主程序的運行開始。首先通過傳感器采集到的模擬量傳入A/D轉換器中轉換成數(shù)字量，這個量會導入單片機，單片機通過程序輸入到數(shù)碼管。與此同時，將這個值與我們預先設定好的報警界限值進行比較，如果超過界限就報警，

60、如果沒有超過界限就返回主程序，繼續(xù)循環(huán)。第5章系統(tǒng)調試紅外線報警器完成之后最重要的環(huán)節(jié)就是對其進行調試及誤差分析。在調試過程中，我們主要是針對A/D轉換量化進行調節(jié)。因為我們所面臨的問題就是報警器能不能準確的采集到外界紅外線的真確信息。首先，我們要做的就是真正的去觀察當外界有火焰的時候，在探頭距離火焰的位置有多遠時A/D轉換系統(tǒng)能夠檢驗出信息，這是需要我們切身檢驗的。經實驗證實，我們的探頭在10 m之內是能夠準確檢驗出數(shù)據(jù)的。圖5-1實際測試探頭感受距離傳感器的阻值大小也是需要我們去調試的，因為我們需要的模擬信號不能太小，但是傳感器不是只能的，這個工作也就只能是我們通過拿著火源切實的去驗證才能