基于單片機實現(xiàn)的火災(zāi)報警器設(shè)計.doc

單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計論文 09屆 自動化 專業(yè) 。 班級 題 目 火災(zāi)報警器設(shè)計 姓 名 逐 陌 學(xué) 號 0906。 指導(dǎo)教師 中科院 二一二 年 六 月 二 日一、火災(zāi)報警的基本原理 本報警器的工作原理:當(dāng)發(fā)現(xiàn)警情時,探測器將警報信號通過傳感器接口送入單片機,單片機的報警中斷程序開始運行,調(diào)用撥號子程序按照預(yù)置號碼進行撥號。此時單片機控制mt8880 發(fā)送雙音頻信號撥號,并檢測呼叫信號以判定是否可以調(diào)用語音模塊進行語音報警。當(dāng)沒有警情時,可以通過另一部話機撥打本機,振鈴檢測電路將振鈴音信號轉(zhuǎn)換成ttl 信號傳送給單片機,由單片機計數(shù)；當(dāng)經(jīng)過預(yù)設(shè)的振鈴無人摘機時,系統(tǒng)就會自動摘機,調(diào)用遠程設(shè)置子程序進行遠程錄音、查詢警情等操作。語音報警系統(tǒng)主要完成的功能：感溫傳感器和感煙傳感器通過采集現(xiàn)場信號輸入中央處理器,若判斷出兩種傳感器中有一種動作, 表明有異常現(xiàn)象,發(fā)異常語音報警信號“溫度超限”或“煙霧報警”,同時相應(yīng)的指示燈亮。此時,若另一傳感器也動作,則停止異常報警,而進入火警報警狀態(tài),有現(xiàn)場語音“火警”報警提示,火警指示燈亮。同時系統(tǒng)調(diào)用遠程報警模塊,開始逐個撥叫預(yù)設(shè)的報警電話,直至有一個報警電話撥通,并收到回碼。在撥號后首先判斷電話線的狀態(tài)是否為回鈴音及對方是否摘機。如是,播放錄制好的語音報警內(nèi)容,如“某某區(qū)某某單元某某樓層某某房間發(fā)生火警”。否則掛機,撥打下一個號碼。二、設(shè)計方案 硬件電路主要包括單片機電路，2路傳感器報警信號電路,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路， 語音報警電路，震鈴檢測電路、模擬摘機和dtmf解調(diào)電路，以及主備電控制電路部分。1溫度煙霧傳感器2信號調(diào)理器3a/d轉(zhuǎn)換器6收發(fā)碼電路5單片機at89c514現(xiàn)場聲光報警系統(tǒng)圖1 報警電路方框圖如圖1所示, 報警器硬件由溫度煙霧信號采集模塊、聲光報警模塊以及單片機與收發(fā)碼模塊組成。圖中1, 2, 3 組成數(shù)據(jù)采集模塊, 4, 5 組成現(xiàn)場聲光報警模塊, 5,6組成遠程報警模塊。其中, 1 為傳感器(包括煙感和溫感) , 將現(xiàn)場溫度、煙霧等非電信號轉(zhuǎn)化為電信號；2為信號調(diào)理電路, 將傳感器輸出的電信號進行調(diào)理(放大、濾波等), 使之滿足a/d 轉(zhuǎn)換的要求； 3為a/d 轉(zhuǎn)換電路, 完成將溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。聲光報警模塊由單片機和報警電路組成, 由單片機控制實現(xiàn)不同的聲光報警(異常報警、故障報警、火災(zāi)報警) 功能。單片機與遠程報警模塊由單片機、mt8880收發(fā)碼電路組成, 實現(xiàn)遠程報警。三、硬件設(shè)計1. mt8880接收電路的設(shè)計圖2 mt8880接收電路連線圖當(dāng)mt8880作為dtmf接收器的時候，dtmf信號經(jīng)由in和in輸入，經(jīng)過運算放大濾除信號中的撥號音頻率，然后發(fā)送到雙音頻濾波器，分離出低頻組和高頻組信號，通過數(shù)字計數(shù)的方式檢出dtmf信號的頻率，并且通過譯碼器譯成4位二進制碼。4位二進制編碼被鎖存在接收數(shù)據(jù)寄存器中，此時狀態(tài)寄存器中的延時控制識別位復(fù)位，狀態(tài)寄存器中的接收數(shù)據(jù)寄存器滿標(biāo)識位置位，對外而言，當(dāng)寄存器中的延時控制識別位復(fù)位時，irql/cp由高電平變?yōu)榈碗娖?。如果用irqlcp作為單片機的中斷信號，irql由高電平變?yōu)榈碗娖?，向cpu發(fā)出中斷請求，當(dāng)cpu響應(yīng)中斷，讀出寄存器中的數(shù)據(jù)后，irql返回高電平。mt8880的d0d3與單片機的p1.0p1.3相連，p1.4p1.7分別與ck，rso，csl，r/wl相連。2. 發(fā)送電路設(shè)計圖3 mt8880發(fā)送電路連線圖當(dāng)mt8880作為發(fā)送器時數(shù)據(jù)總線上d0d3四位二進制碼被鎖存在發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中8，發(fā)送的dtmf信號頻率由3.58 mhz的晶振分頻產(chǎn)生。分頻器首先從基準(zhǔn)頻率分離出8個不同頻率的正弦波，行列計數(shù)器根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)，以八取二方式分離出一個高頻信號和一個低頻信號，經(jīng)開關(guān)電容做da轉(zhuǎn)換，在加法器中合成dtmf信號，并從tone端輸出，電路圖如圖7所示。應(yīng)用mt8880使dtmf信號的收發(fā)功能于一體，完成dtmf信號的編碼與解碼，達到數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?. 燈光報警電路由at89c51 p0 口的p0.0p0.3 分別控制4 個發(fā)光二極管, 予以光報警, 如圖8所示。p114p117 控制的燈依次為綠色(正常信號燈)、黃色(故障信號燈)、紅色(異常信號燈)和紅色(火災(zāi)信號燈)。當(dāng)這些輸出端輸出低電平時, 對應(yīng)的信號燈便會發(fā)光報警。圖4 光報警電路4. 系統(tǒng)總體電路圖四、軟件設(shè)計1. 數(shù)據(jù)采集子程序數(shù)據(jù)采集部分的程序設(shè)計包括：驅(qū)動adc0809 的in0和in1進行a/d 轉(zhuǎn)換,分別由子程序adc1 (溫度轉(zhuǎn)換) 和adc2 (煙霧濃度轉(zhuǎn)換) 完成；單片機接收轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù), 存入指定內(nèi)存單元, 由int1 中斷服務(wù)程序完成。每次驅(qū)動a/d轉(zhuǎn)換后等待外部中斷, 中斷到來說明a/d 轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成, 通過中斷服務(wù)程序讀取轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。a/ d 采樣程序如下: 本程序分住程序和中斷服務(wù)程序兩部分。主程序用來對中斷初始化，給adc0809發(fā)起動脈沖和送模擬量路數(shù)地址等。中斷服務(wù)程序用來從adc 接受a/d轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量和判斷一遍采集完否。參考程序如下： 主程序： org 0a00h mov r1, #30h /輸入數(shù)據(jù)區(qū)始址送r1 mov r4, #2 /模擬量總路數(shù)送r4 mov r2, #00h /in0地址送r2 setb ea /開cpu中斷 setb ex1 /允許int1l中斷 setb it1 /即int1l為邊沿觸發(fā) mov r0, #0f0h /送端口地址f0h到r0 mov a, r2 /in0地址送a movx r0, a /送in0地址到a/d sjmp $ /等待中斷或其它中斷服務(wù)程序: org 0013h ajmp cint1 /轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序 org 0100hcint1: mov r0, #0f0h /端口地址送r0movx a, r0 /輸入數(shù)字量amov r1, a /存入輸入數(shù)據(jù)區(qū)inc r1 /輸入數(shù)據(jù)區(qū)指針加1inc r2 /修改模擬量路數(shù)地址mov a, r2 /下個模擬量路數(shù)地址送amovx r0, a /送下路模擬量路數(shù)地址,并啟a/ddjnz r4, loop /若未采集完2路,則loopclr ex1 /若已采集完2路,則關(guān)int1l中斷l(xiāng)oop:reti /中斷返回end2. 火災(zāi)判斷程序為了降低誤報率, 系統(tǒng)采用了多次采集、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)對現(xiàn)場情況進行判斷:00h 表示正常；01h 表示異常；02h 表示火災(zāi)。然后綜合多次判斷結(jié)果做出最終的火情判斷。具體判斷方法如下:(1) 對溫度和煙霧進行了兩次數(shù)據(jù)采集與判斷溫度100 , 溫度異常, 置標(biāo)志位為1, 否則為0；煙霧(co, co2) 濃度0106% , 煙霧濃度異常, 置標(biāo)志位為1, 否則為0。(2) 根據(jù)溫度和煙霧的異常標(biāo)志位判斷現(xiàn)場情況2 個標(biāo)志位均為0, 表示情況正常, 給53h 或56h 單元送00h； 2 個中僅有1 個為1, 表示情況異常, 送01h；2 個均為1, 表示有火災(zāi)發(fā)生, 送02h。(3) 綜合兩次情況做最后判斷,并予以報警若53h 和56h 中數(shù)據(jù)不相同, 說明是誤報, 調(diào)故障報警子程序；否則按該單元中的數(shù)據(jù)調(diào)相應(yīng)的報警子程序。00h 為情況正常, 返回；01h 為情況異常, 調(diào)異常報警子程序；02h 為現(xiàn)場有火災(zāi), 調(diào)火災(zāi)報警子程序, 并向消防中心報告火情。3. 電話報警流程設(shè)計電話報警模塊主要通過中斷服務(wù)程序來實現(xiàn)。該程序的基本流程是:報警器摘機,自動撥叫號碼簿上相應(yīng)的報警號碼,如110、119 ,或一組用戶的自己設(shè)置的固定電話號碼、手機號碼。撥叫時,報警器摘機后先對電話線上的信號進行檢測,檢測到撥號音就撥號,檢測不到撥號音說明電話線已有問題,無法撥號,就自動掛機。撥號后等待三秒再檢測有無回鈴音或忙音,如果都沒有,就表明已經(jīng)接通,可以進行語音報警。如遇回鈴音就等待三秒再檢測,若等待三次后線路仍然不通,就撥叫下一個號碼；若遇忙音就先掛機再等待10s ,重新?lián)芴?如此三次后仍然撥不通,就撥叫下一個號碼,直到將電話簿上的所有號碼撥完為止。自動電話語音報警程序在發(fā)生報警時調(diào)用,其程序流程圖如圖10所示。 nnyyyn電話語音報警程序是否報警？報警性質(zhì)語音從電話數(shù)據(jù)庫中查找電話號碼電話撥號電話連接成功？電話占線？播放語音程序結(jié)束等待10s撥打下一電話號碼圖5 報警流程圖報警撥號后對方回鈴音和忙音的區(qū)別： 按規(guī)定回鈴音為1s 高電平4 s 低電平方波信號，忙音為高電平和低電平均為0135s方波信號，回鈴音和忙音呼叫時間60s，60s后自動掛機。當(dāng)有報警信號送單片機時,通過軟件模擬摘機,預(yù)留電話撥號輸出后,在接到第一聲回鈴音或忙音時,定時器開始定時，計數(shù)器開始計輸入的回鈴音或忙音的個數(shù)。然后判別在60 s 內(nèi)，若計數(shù)值大于15個脈沖(這時無論60s定時到否)則表示對方為忙音,，應(yīng)掛機，撥打下一個報警電話。若在60 s 內(nèi)計數(shù)小于14個脈沖，則表示為回鈴音。若在少于12個脈沖中間回鈴音中斷表示對方有人接聽，可以播放報警信號對應(yīng)的報警語音12。若60 s 內(nèi)一直有回鈴音，且定時到，表示對方無人接聽，則掛機撥打下一個報警電話，直到電話報警完成。4. mt8880的數(shù)據(jù)發(fā)送程序設(shè)計yn開始mt8880初始化串口初始化r1=1?接受數(shù)據(jù)r1清0發(fā)送數(shù)據(jù)到mt888050ms延時圖6 mt8880的數(shù)據(jù)發(fā)送圖程序清單如下： org 0000h ajmp main org 0100hmain: mov 30h, #08h mov 31h, #04h mov 32h, #07h mov 33h, #09h mov 34h, #04h mov 35h, #06h mov 36h, #02h clr p1.6 /cs寫crb,crb對mt8880進行初始化 clr p1.4 /ck clr p1.7 /r/w setb p1.5 /rso mov p1,#0dh /寫cra set p1.4 /觸發(fā)ck信號 nopnopclr p1.4 /清ck信號mov p1,#00h /寫crbsetb p1.4 /觸發(fā)ck信號nopnopclr p1.4 /清ck信號setb p1.6 /關(guān)閉片選end:clr p1.6 /cs 選擇mt8880的發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器clr p1.4 /ckclr p1.5 /rsoclr p1.7 /r/wlloop: mov r0, 30hmov r1,#7h /將發(fā)送的數(shù)據(jù)個數(shù)給r1寄存器mov a, r0 /將數(shù)據(jù)首地址給寄存器mov p1,a /將數(shù)據(jù)送入p1口setb p1.4 /觸發(fā)ck信號acall delay /調(diào)用延時子程序clr p1.4 /清ck信號inc r0 /數(shù)據(jù)地址加一djnz r1,loop /數(shù)據(jù)個數(shù)減一 5. mt8880數(shù)據(jù)接收程序設(shè)計ynyn開始mt8880初始化串口初始化p1.2=1?接收數(shù)據(jù)t1=1?發(fā)送數(shù)據(jù)t1清“0”圖7 mt8880的數(shù)據(jù)接收流程圖程序清單如下： org 0000hajmp main org 0100hmain:mov 30h,#00h /賦初值給30-36的地址范圍mov 31h, #00hmov 32h, #00hmov 33h, #00hmov 34h, #-00hmov 35h, #00hmov 36h, #00hmov tmod,#20 /初始化定時器/計數(shù)器作為波特率發(fā)生器mov tl1,#0fdh /裝入低位的記數(shù)初值mov th1,#0fdh /裝入重裝值9600的波特率clr et1 /禁止t1中斷setb tr1 /t1啟動mov scon,#40h /串口初始化為方式1mov pcon,#00h /使smod=0clr p1.6 /cs寫cra,crb對mt8880進行初始化clr p1.4 /ckclr p1.7 /r/wsetb p1.5 /rsomov p1,#2dh /寫cra setb p1.4 /觸發(fā)ck 信號 nop nop clr p1.4 /清ck信號 mov p1,#20h /寫crb setb p1.4 /單發(fā)ck信號 nop nop clr p1.4 /清ck信號setb p1.6 /關(guān)閉片選nopnop mov r0,30h /接收數(shù)據(jù)的首地址mov r1,#7h /接收數(shù)據(jù)的個數(shù)五、結(jié)論 本系統(tǒng)是將單片機和多傳感器信息融合,完成語音報警的實用、可靠的單片機語音自動報警系統(tǒng)，它具有功能強、靈活性高、可靠性好、抗干擾能力強、實時性高等優(yōu)點。不過，還存在一些缺陷，比如：系統(tǒng)需要的模塊較多，編寫程序時有點復(fù)雜。希望在以后的研究中進一步優(yōu)化整個系統(tǒng)。盡量簡化線路數(shù)量和布線方式,減少設(shè)備種類,系統(tǒng)功能盡可能由軟件實現(xiàn),提高系統(tǒng)可靠性和維護性,同時建立良好的人機界面,方便人們使用。總之，此系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)還是比較簡單、容易實現(xiàn)自動報警功能，符合安全系統(tǒng)的規(guī)則和要求。設(shè)計總結(jié)：由于時間緊迫和個人