基于單片機的智能型火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)

1、河南機電職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 論文題目：基于單片機的火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)所屬系部： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級： 電氣自動化專業(yè) 13-3 學(xué)生姓名： 郭 云 龍 指導(dǎo)老師： 刑 任 周 摘 要科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展與進(jìn)步給人們的生活帶來了前所未有的便利，如電力技術(shù)的迅猛發(fā)展與應(yīng)用，合成材料的誕生，新能源的不斷涌現(xiàn)，自動化程度的不斷提高等等，使人們的衣食住行條件得到了極大的改善。然而其負(fù)面的作用也隨之凸顯出來，如液化石油氣，各種電子產(chǎn)品，易燃裝飾材料等我們身邊經(jīng)常接觸到的一些普通生活用品，為火災(zāi)的發(fā)生埋下了巨大的隱患，人們在享受科技帶來的便利之外無時不在受到潛在的火災(zāi)的威脅。當(dāng)現(xiàn)場煙霧或者溫度發(fā)生異常，或者發(fā)生火

2、災(zāi)時，可實現(xiàn)聲光報警、煙霧濃度、溫度報警限設(shè)置、故障自診斷、延時報警等，是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的煙霧傳感器，具有 一定的實用價值。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：AT89C51AT89C51 單片機；智能報警；傳感器；控制器單片機；智能報警；傳感器；控制器I目錄摘 要.I第 1 章 緒論.11.1 課題背景 .11.2 智能火災(zāi)報警監(jiān)測系統(tǒng)的新動向 .1第 2 章 火災(zāi)報警系統(tǒng)及其整體方案設(shè)計.42.1 火災(zāi)發(fā)生時的特點.42.2 火災(zāi)報警系統(tǒng)功能及其類型 .52.3 本系統(tǒng)的總體方案設(shè)計.62.3.1 本設(shè)計的研究范圍.62.3.2 系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu).72.3.3 系統(tǒng)軟件總

3、體結(jié)構(gòu).8第 3 章 系統(tǒng)的硬件選擇與設(shè)計.103.1 主要芯片的選擇.103.1.1 單片機的選擇.103.1.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇.113.2 傳感器的選擇.143.2.1 火災(zāi)探測器的分類 .143.2.2 溫度探測器的選定.153.2.3 煙霧傳感器的選擇.173.3 各電路模塊的設(shè)計.203.3.1 單片機外圍接口電路 .20（1）晶振電路.203.3.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路 .213.3.3 煙霧信號調(diào)理電路.233.3.4 聲報警電路.243.3.5 報警器故障自診斷.24第 4 章 電路的軟件設(shè)計.244.1 軟件開發(fā)環(huán)境.244.2 火災(zāi)報警系統(tǒng)程序設(shè)計.244.2.1 主程

4、序流程圖 .244.2.2 主程序初始化流程圖.254.2.3 數(shù)據(jù)采集子程序 .264.2.4 火災(zāi)判斷與報警程序.274.2.5 濾波子程序.28第 5 章 電路調(diào)試與仿真.295.1 關(guān)于仿真與編程軟件 .295.2 PROTUES仿真原理圖.30II第 6 章 總結(jié)與展望.306.1 總結(jié).306.2 展望.31參考文獻(xiàn).33致 謝.340第 1 章 緒論1.1 課題背景近年來全國火災(zāi)事故頻繁發(fā)生，造成人、財、物的巨大損失。用戶對火災(zāi)報警以至自動消防系統(tǒng)的要求越來越高。針對多起火災(zāi)事故的分析，排除水壓不足等因素外，現(xiàn)有的消防隔斷未能起到應(yīng)有的作用，是造成重大損失的關(guān)鍵。本文基于上述考慮

5、，通過研發(fā)全自動智能防火卷閘門電氣控制系統(tǒng)，滿足了防火卷閘門的各種動作狀態(tài)要求，也滿足了用戶的不同使用環(huán)境的需要。其主要功能是在火災(zāi)發(fā)生時，控制防火卷閘門可靠、準(zhǔn)確地運行，實現(xiàn)防火卷閘門的一步降或二步降，達(dá)到分區(qū)防火，控制火勢蔓延，減少火災(zāi)損失的目的。防火卷閘門控制方式主要分為手動調(diào)整自動與聯(lián)動等各種控制方式同時預(yù)留和上位機的通訊接口，為自動消防系統(tǒng)作好前期準(zhǔn)備。同時，通過溫度傳感器和煙霧傳感器檢測出信號，通過控制電路使電話自動撥號（119） ，并報告現(xiàn)場地址。這對有效、快速撲救具有積極意義。本系統(tǒng)適用于各種消防環(huán)境，尤其適合于不能用水做滅火介質(zhì)的地方，如圖書館、檔案館、計算機房等處。因單片機

6、集成度高，故該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，成本低等優(yōu)點。1.2 智能火災(zāi)報警監(jiān)測系統(tǒng)的新動向火災(zāi)報警系統(tǒng)最初是單機式報警，即：只有現(xiàn)場報警功能，如果有火災(zāi)信號，火災(zāi)現(xiàn)場發(fā)出聲音警報，然后通知消防部門，這種報警方式在布防現(xiàn)場起到了一定的作用，但是存在較大的局限性。總線制火災(zāi)報警系統(tǒng)通過小區(qū)內(nèi)的局域總線作為物理網(wǎng)絡(luò)，徹底擺脫電話線制的局限，其基本組成是:報警控制器，探測器，總線和報警中心的接警計算機。報警控制器連接多個探測器。報警控制器通過總線與接警計算機相連，按一定的協(xié)議通信，對發(fā)生的火災(zāi)信號進(jìn)行幾次校對，確認(rèn)后發(fā)出聲光報警?？偩€制報警系統(tǒng)具有先進(jìn)性、開放性、獨立性、擴展性、高效性和經(jīng)濟性等特點

7、。1總線制報警系統(tǒng)還具有以下特點:1. 零使用、維護(hù)成本: 因為物理網(wǎng)絡(luò)為小區(qū)內(nèi)自己鋪設(shè)的局域總線，在使用和維護(hù)上不需要投入資金，真正做到一次投資、終生受益。2. 報警反應(yīng)高效、快速: 因其系統(tǒng)是采用數(shù)碼流直接傳輸，不用撥號和模擬調(diào)制，真正做到即時警報、即時接警，從報警發(fā)生到中心警示，只需0.1s左右。3. 擴展方便、兼容性好: 智能小區(qū)的大多數(shù)子系統(tǒng)都通過小區(qū)的局域總線傳輸信號，增減報警控制器不需要對總線改造。4. 集成度高，功能性好: 總線制報警系統(tǒng)的安裝配置可以通過接警中心計算機的軟件進(jìn)行設(shè)置，還能與其他子系統(tǒng)互連.智能火災(zāi)報警監(jiān)測系統(tǒng)作為智能化系統(tǒng)中的子系統(tǒng)之一，同樣承載著智能建筑所面

8、臨的挑戰(zhàn)與機遇。針對居住的環(huán)境不同，用戶對于智能火災(zāi)報警監(jiān)測系統(tǒng)的要求也不是一成不變的。因而智能火災(zāi)報警監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計中要考慮這些因素。既要易于使用、安裝和維護(hù)，又要有利于擴張和升級，還要考慮與其他系統(tǒng)的集成和信息共享，關(guān)注計算機、通信技術(shù)的發(fā)展對系統(tǒng)帶來的影響?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)屬于樓宇自動化范疇，是當(dāng)前樓宇自動化的一個主要構(gòu)成系統(tǒng)。其設(shè)置目的是為了防止和減少火災(zāi)危害，保護(hù)人身和財產(chǎn)安全?；馂?zāi)報警技術(shù)是預(yù)防火災(zāi)的一項基礎(chǔ)工作，應(yīng)用范圍廣泛。報警早，損失少，不僅對發(fā)生火災(zāi)的單位和個人具有重要作用，而且對公安消防監(jiān)督機構(gòu)及時撲滅火災(zāi)、減少人員傷亡和財產(chǎn)損失同樣具有十分重要的現(xiàn)實意義?；馂?zāi)自動報警系

9、統(tǒng)由觸發(fā)器件、火災(zāi)報警裝置、火災(zāi)警報裝置及具有其他輔助功能的裝置組成。隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、形式越來越靈活多樣，很難精確劃分為幾種固定的模式。火災(zāi)自動報警技術(shù)趨向于智能化系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可組合成任何形式的火災(zāi)自動報警網(wǎng)絡(luò)形式，既可以是區(qū)域報警系統(tǒng)，又可以是集中報警系統(tǒng)或控制中心報警系統(tǒng)形式。所謂智能火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)是：使用探測器件將火災(zāi)發(fā)生期間所產(chǎn)生的煙、溫、光等信號以模擬量形式，連同外界相關(guān)的環(huán)境參數(shù)一起傳送給報警器，報警器再根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)及內(nèi)部存儲的大量數(shù)據(jù)，利用火災(zāi)模型判據(jù)來判斷火災(zāi)是否存在，這樣的系統(tǒng)稱為智能火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)為解決火

10、災(zāi)報警系統(tǒng)存在的兩個難題（誤報、漏報）提供了新的方法和手段，并在處理火災(zāi)真?zhèn)畏矫姹憩F(xiàn)出明顯的有效性和創(chuàng)新性，這是火災(zāi)自動報警系統(tǒng)在技2術(shù)上的飛躍。從傳統(tǒng)型走向智能型，是國內(nèi)外火災(zāi)自動報警系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。 智能火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)具有如下特點：（1）為全面有效地反映被監(jiān)視環(huán)境的各種細(xì)微變化，智能系統(tǒng)采用了設(shè)有專用芯片的模擬量探測器，對濕度和灰塵等影響實施自動補償，對電干擾及線路分布參數(shù)的影響進(jìn)行自動處理，從而為實現(xiàn)各種智能特性、解決無災(zāi)誤報和準(zhǔn)確報警奠定了技術(shù)基礎(chǔ)；（2）系統(tǒng)采用主從式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，解決了對不同工程的適應(yīng)性，又提高了運行的可靠性；（3）利用全總線計算機通信技術(shù)，既完成了總線報

11、警，又實現(xiàn)了總線聯(lián)動控制，徹底避免了控制輸出與執(zhí)行機構(gòu)之間的長距離穿線布管，大大方便了系統(tǒng)布線設(shè)計和現(xiàn)場施工；（4）系統(tǒng)采用大容量的控制矩陣和交叉查尋軟件包，以軟件編程代替了硬件組合，提高了消防聯(lián)動的靈活性和可修改性；（5）具有豐富的自診斷功能，為系統(tǒng)維護(hù)及正常運行提供了有利條件。3第 2 章 火災(zāi)報警系統(tǒng)及其整體方案設(shè)計2.1 火災(zāi)發(fā)生時的特點火災(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、助燃物和點火源?？扇嘉镆詺鈶B(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形態(tài)存在，助燃物通常是空氣中的氧氣。它們?nèi)紵幕具^程是當(dāng)從外部獲取一定的能量時，液體或固體先蒸發(fā)成蒸汽或分解出可燃?xì)怏w(如 CO、H2

12、等)的分子團(tuán)、灰燼和未燃燒的物質(zhì)顆粒懸浮在空氣中，稱之為氣溶膠。在產(chǎn)生氣溶膠的同時，產(chǎn)生分子較大的液體或固體微粒，稱為煙霧?？偟膩碚f，普通可燃物在燃燒時表現(xiàn)為以下形式：首先是產(chǎn)生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣充足的條件下才能達(dá)到全部燃燒，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。起火過程中，起初和陰燃兩個階段所占的時間比較長，若探測器就應(yīng)該從此階段開始進(jìn)行探測，就可以火災(zāi)損失控制在最小限度?；鹧嫒紵?，迅速蔓延，產(chǎn)生大量的熱使得環(huán)境溫度升高，如果能將這時能夠探測到有效地溫度值，就可以比較及時地控制火災(zāi)。起火過程曲線如圖 2-1 所示。圖2-1 起火過程曲線42.2 火災(zāi)報

13、警系統(tǒng)功能及其類型火災(zāi)報警系統(tǒng)一般由火災(zāi)探測器、區(qū)域報警器和集中報警器組成?；馂?zāi)探測器通過對火災(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，將探測到的火情信號轉(zhuǎn)化成火警電信號傳遞給火災(zāi)報警控制器。區(qū)域報警器將接收到火警信號后經(jīng)分析處理發(fā)出聲光報警信號，警示消防控制中心的值班人員，并在屏幕上顯示出火災(zāi)的房間號。集中報警是將接收到的信號以聲光形式表現(xiàn)出來，其屏幕上也顯示出著火的樓層和房間號，利用本機專用電話還可迅速發(fā)出指示和向消防隊報警。此外，也可以控制有關(guān)的滅火系統(tǒng)或?qū)⒒馂?zāi)信號傳輸給消防控制室。整體電路的框圖如圖 2-2 所示及其類型。圖 2-2 智能

14、火災(zāi)報警系統(tǒng)框圖火災(zāi)報警系統(tǒng)，一般由火災(zāi)探測器、聯(lián)動單元和控制器三部分組成。由火災(zāi)探測器首先探測到火災(zāi)的萌芽而后通過聯(lián)動單元傳輸至控制器分析其形勢從而實現(xiàn)是否報警?；馂?zāi)報警系統(tǒng)除了具有預(yù)防報警之外，還有遙控檢測功能，它能夠根據(jù)總臺的監(jiān)測預(yù)防的要求而有所對其功能模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。根據(jù)火災(zāi)報警系統(tǒng)中所使用的探測器種類的不同，火災(zāi)報警系統(tǒng)可以分為以下四種：（1）感溫型火災(zāi)報警系統(tǒng)根據(jù)探測溫度參數(shù)的不同，一般可以將感溫型火災(zāi)報警系統(tǒng)分為定溫式、傳感器放大電路A/D轉(zhuǎn)換微型計算機狀態(tài)指示燈聲音報警濃度溫度顯示按鍵串口通信5溫差式等幾種。（2）感煙型火災(zāi)報警系統(tǒng)感煙型火災(zāi)報警系統(tǒng)主要有激光感煙式、光電感煙

15、式和離子感煙式等。（3）感光型火災(zāi)報警系統(tǒng)感光型火災(zāi)報警系統(tǒng)就是通過響應(yīng)火災(zāi)中產(chǎn)生的光特性，即擴散火焰的光強度和閃爍頻率，來觸發(fā)報警系統(tǒng)的。根據(jù)感應(yīng)的敏感波長，可以將感光型火災(zāi)報警系統(tǒng)分為對波長較短的光輻射敏感的紫外報警系統(tǒng)和對波長較長的光輻射敏感的紅外報警系統(tǒng)。（4）復(fù)合型火災(zāi)報警系統(tǒng)如果報警系統(tǒng)同時對溫度、煙霧和光輻射中的兩種或兩種以上參數(shù)做出響應(yīng)，那么它就是復(fù)合型火災(zāi)報警系統(tǒng)。目前復(fù)合型火災(zāi)報警系統(tǒng)有感溫感煙型、感煙感光型、感溫感光型等多種形式。2.3 本系統(tǒng)的總體方案設(shè)計2.3.1 本設(shè)計的研究范圍火災(zāi)的發(fā)生場合各異，因而火災(zāi)發(fā)生前和發(fā)生時出現(xiàn)的情況也各不相同，比如在居民住宅樓，易燃物

16、品較復(fù)雜的各型商場、超市，人員密集度較高的的網(wǎng)吧、影院，車庫、糧庫、油庫等各種類型倉庫，汽車、飛機、輪船等現(xiàn)代化的交通工具等場合，有些火災(zāi)發(fā)生的比較緩慢，隨著濕度，溫度等的慢慢變化，導(dǎo)致易燃物品接近并達(dá)到著火點而產(chǎn)生煙霧和明火，若此時不能得到有效控制則火勢會逐漸蔓延，一致釀成大禍。對這一類火災(zāi)如果提高警惕，及時發(fā)現(xiàn)，就能夠有效控制火災(zāi)的發(fā)生。而對于有些發(fā)生較快的火災(zāi)，通常只有幾秒十幾秒的時間火勢便達(dá)到無法控制的地步，如2012年8月26日凌晨發(fā)生在陜西省延安市安塞縣境內(nèi)的一起觸目驚心的重大車禍，大量的甲醇瞬間燃燒，車內(nèi)乘客根本沒有時間逃生。對于這類火災(zāi)我們只能從根本上采取措施杜絕一切可能產(chǎn)生火

17、災(zāi)的因素，否則后果不堪設(shè)想。本文主要研究的是一般場合下的火災(zāi)火災(zāi)的預(yù)警與應(yīng)對，此類火災(zāi)發(fā)生比較緩慢，發(fā)生之前伴隨有溫度的非正常變化，火苗出現(xiàn)之前的煙霧等有害氣體的產(chǎn)生。方案涉及到現(xiàn)場溫度的檢測，煙霧濃度的檢測，信號的采集與對比，6聲音報警，不同險情的不同燈光顯示等。該火災(zāi)報警系統(tǒng)是以AT89C51單片機作為控制中心，接受、處理火災(zāi)探測器輸出的煙霧濃度信號、溫度信號，并進(jìn)行聲光報警。它通過不斷的向現(xiàn)場發(fā)射巡檢信號來監(jiān)視現(xiàn)場的溫度、煙霧濃度等，并不斷反饋給報警控制器，控制器將接到的信號與內(nèi)存的正常整定值比較、判斷確定是否有火災(zāi)的發(fā)生。本文設(shè)計的用于小型防火單位的單片機火災(zāi)報警系統(tǒng)具有以下特點:（1

18、）能對室內(nèi)煙霧（CO2，CO）及溫度突變進(jìn)行報警,具有聲、光雙重報警功能。（2）系統(tǒng)故障報警功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障時，能發(fā)出故障報警信號。（3）異常報警功能。當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)異常(如煙霧濃度過大或是溫度較高)時，能發(fā)出異常報警信號，引起人們注意，盡可能避免火災(zāi)的發(fā)生。（4）火災(zāi)報警功能。一旦真出現(xiàn)火災(zāi)(煙霧和溫度同時出現(xiàn)異常)時，能立即發(fā)出聲光警報。據(jù)類似本系統(tǒng)的報警器現(xiàn)場模擬實驗表明,本系統(tǒng)安全可靠,誤報率低。且由于其體積小、操作維護(hù)方便、成本低廉等,具有廣闊的應(yīng)用前景。2.3.2 系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)（1）硬件系統(tǒng)組成一個完整的火災(zāi)報警系統(tǒng)，必須包含以下幾個部分：系統(tǒng)控制模塊，火災(zāi)探測模塊，數(shù)據(jù)

19、轉(zhuǎn)換模塊以及報警模塊。本設(shè)計一單片機作為控制系統(tǒng)的核心，以傳感器作為其測溫裝置，來實現(xiàn)火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計。該設(shè)計可以對室內(nèi)外溫度以及煙霧實時采集可檢測，當(dāng)所測溫度或者煙霧濃度高于臨界溫度時自動報警。溫度信號或者煙霧濃度信號采集電路將溫度信號或者煙霧濃度信號以數(shù)字信號的形式送入單片機。狀態(tài)。（2）硬件系統(tǒng)控制方案設(shè)計報警系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、單片機控制模塊、聲光報警模塊組成。7圖 2-3 為火災(zāi)報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。煙煙霧霧，溫溫度度傳傳感感器器信信號號調(diào)調(diào)理理電電路路A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換電電路路單單片片機機聲聲光光報報警警 煙煙霧霧，溫溫度度顯顯示示 圖 2-3 火災(zāi)報警系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖火災(zāi)報警系

20、統(tǒng)主要實現(xiàn)對火災(zāi)現(xiàn)場的測試工作，從而啟動火災(zāi)報警系統(tǒng)。其主要由煙霧傳感數(shù)據(jù)采集程序、溫度傳感數(shù)據(jù)采集程序、聲光報警程序等三個部分組成，其中，煙霧傳感數(shù)據(jù)采集程序完成對煙霧濃度的采集并進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；溫度采集程序顯示對現(xiàn)場的溫度進(jìn)行采集；系統(tǒng)的工作原理是：先通過傳感器 (包括溫感和煙感)將現(xiàn)場溫度、煙霧等非電信號轉(zhuǎn)化為電信號，調(diào)理電路將傳感器輸出的電信號進(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，單片機判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。報警程序設(shè)置報警的下限，當(dāng)外界指標(biāo)超出限制，將進(jìn)行聲光報警。2.3.3 系統(tǒng)軟件總體

21、結(jié)構(gòu)為了便于系統(tǒng)維護(hù)和功能擴充，采用了模塊化程序設(shè)計方法，系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實現(xiàn)的。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、8火災(zāi)判斷與報警子程序等，系統(tǒng)程序流程圖如圖2-4所示。為了降低誤報率，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)對現(xiàn)場情況進(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各個端口輸入輸出的設(shè)置、外圍驅(qū)動電路和數(shù)據(jù)存儲電路等完成初始化，其次是對芯片內(nèi)的程序進(jìn)行初始化，接下來執(zhí)行火災(zāi)報警系統(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)。圖 2-4 程序流程圖開始手動復(fù)位火

22、災(zāi)報警正常異常報警溫度煙霧信號采集判斷初始化報警判斷9第 3 章 系統(tǒng)的硬件選擇與設(shè)計3.1 主要芯片的選擇3.1.1 單片機的選擇（1）單片機的比較 單片機是本方案的靈魂，所以我們選擇是需要慎之又慎，下面我們來拿8031 和 AT89C51 做一下比較。8031 片內(nèi)不帶程序存儲器 ROM，使用時用戶需外接程序存儲器和一片邏輯電路 373，外接的程序存儲器多為 EPROM 的2764 系列。用戶若想對寫入到 EPROM 中的程序進(jìn)行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫入。寫入到外接程序存儲器的程序代碼沒有什么保密性可言。由于上述類型的單片機應(yīng)用的早，影響很大，已成為事實上

23、的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。后來很多芯片廠商以各種方式與 Intel 公司合作，也推出了同類型的單片機，如同一種單片機的多個版本一樣，雖都在不斷的改變制造工藝，但內(nèi)核卻一樣，也就是說這類單片機指令系統(tǒng)完全兼容，絕大多數(shù)管腳也兼容；在使用上基本可以直接互換。我們統(tǒng)稱這些與 8051 內(nèi)核相同的單片機為“51系列單片機” 。在眾多的 51 系列單片機中，要算 ATMEL 公司的 AT89C51 更實用，因他不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K 程序存儲器是FLASH 工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，在眾多的 51 系列單片機中，要算 ATMEL 公司的 AT89C51

24、 更實用，因他不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K 程序存儲器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMELAT89Cx 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動成果。而且 AT89C51 目前的售價比 8031 還低，市場供應(yīng)也很充足。單對 AT89C51 來說，在實際電路中可以直接互換 8051 和8751，替換 8031 只是第 31 腳有區(qū)別，8031 因內(nèi)部沒有 ROM，31 腳需接地（GND），單片機在啟動后就

25、到外面程序存儲器讀取指令；而8051/8751/89C51 因內(nèi)部有程序存儲器，31 腳接高電平（Vcc），單片機啟動后直接在內(nèi)部讀取指令。也就是 51 芯片的 31 腳控制著單片機程序從內(nèi)部讀取還是從外部讀取，31 腳接電源，程序從內(nèi)部讀取，31 腳接10地，程序從外部讀取，其他無須改動。由于內(nèi)部 RAM 的存在，可以減少 I/O擴展芯片、鎖存器及片外 RAM 等等，使整個設(shè)計顯得簡單明了。單片機是報警系統(tǒng)的核心部件，一方面它要接收來自傳感器的煙霧濃度和溫度的模擬信號數(shù)字信號和故障檢測信號，另一方面要對兩種信號分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路的相應(yīng)工作，這一過程的軟件實現(xiàn)，需要單片機有較快的運算速

26、度，使儀表監(jiān)測人員能夠觀測到實時的煙霧濃度，并進(jìn)行相應(yīng)處理。同時。AT89C51 單片機應(yīng)用普遍，工具多，易上手，片源廣，價格低，且適合民用、商用，用途更廣泛。綜合以上觀點，本論文選定 AC89C51 作為本系統(tǒng)的核心。（2）關(guān)于 AT89C51本設(shè)計的控制芯片使用的是 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C51，AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM）和 128 字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。AT89C51 是一個低功耗高性能單片機，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（CPU）和Flash 存儲單元，可靈活

27、應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。40 個引腳，32 個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口，2 個 16 位可編程定時計數(shù)器,2 個全雙工串行通信口。AT89C51 的引腳圖如圖 3-1 所示。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 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。EA/VPP31X119X218R ESET9R D/P3717WR /P3616P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138

28、P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/PR DG30P31/TXD11P30/R XD10AT89C 51圖3-1 AT89C51的引腳圖113.1.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇（1）模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片參數(shù)的比較模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)亦稱模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換，與數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換相反，是將連續(xù)的模擬量（如象元的灰階、電壓、電流等）通過取樣轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量。例如，對圖象掃描后，形成象元列陣，把每個象元的亮度（灰階）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字表示，即經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，構(gòu)成數(shù)字圖象。通常有電子式的模/數(shù)轉(zhuǎn)換和

29、機電式模/數(shù)轉(zhuǎn)換二種。在遙感中常用于圖象的傳輸，存貯以及將圖象形式轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的處理。例如：圖像的數(shù)字化等。選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的條件：轉(zhuǎn)換速率 sps：1 秒內(nèi)轉(zhuǎn)換多少次，有 200Ksps 的，1Msps 的等；分辨率 bit：一次轉(zhuǎn)換的帶寬，比如 12bit，16bit，8bit 等；輸入信號范圍：可轉(zhuǎn)換的最大信號和最小信號范圍；電源電壓：工作電源是多少伏，是否區(qū)分模擬和數(shù)字電源；輸出接口：是并行數(shù)據(jù)總線、SPI、還是其它總線等，數(shù)據(jù)輸出速率是多少；封裝：是 DIP 直插的，還是 SO 貼片的，還是其他封裝的等；參考源：參考源是單一參考源，還是多參考源，參考電壓使多少等；輸入通道：是單通道

30、轉(zhuǎn)換，還是多通道轉(zhuǎn)換等；功耗：功耗也是需要考慮的問題之一。A/D 轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來分，有 8 位、10 位、12 位、16 位等。位數(shù)越高，其分辨率也越高，但價格也越貴。而就其結(jié)構(gòu)而言，有單一的 A/D轉(zhuǎn)換器，有內(nèi)含多路開關(guān)的 A/D 轉(zhuǎn)換器。美國 Analog Device 公司生產(chǎn)的 8 位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809 轉(zhuǎn)換速率高，自帶三態(tài)輸出緩沖電路，可直接與各種典型的 8 位或 16 位的微處理器相連而無需附加邏輯接口電路，且能與 CMOS 及 TTL 兼容。是目前我國應(yīng)用最為廣泛，價格適中的 A/D 轉(zhuǎn)換器。加之內(nèi)部含有三態(tài)輸入緩沖電路，可直接與各種微處理器連接，且

31、無須附加邏輯接口電路，內(nèi)部設(shè)置的高精參考電壓源和時鐘電路，使它不需要任何外部電路和時鐘信號，就能完成 A/D 轉(zhuǎn)換功能，應(yīng)用非常方便。綜合以上各種條件和因素，也根據(jù)本設(shè)計的需要，我選擇的 A/D 轉(zhuǎn)換器是 ADC0809。（2）關(guān)于 ADC0809ADC0809 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8 通道，8 位逐次逼近式 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存12譯碼后的信號，只選通 8 路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。ADC0809由 8路模擬開頭、地址鎖存與譯碼器、8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成，腳圖如主要特性：. 8

32、 路輸入通道，8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8 位。. 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕? 轉(zhuǎn)換時間為 100s(時鐘為 640kHz 時)，130s（時鐘為 500kHz 時） 。. 單個+5V 電源供電。. 模擬輸入電壓范圍 0+5V，不需零點和滿刻度校準(zhǔn)。 . 工作溫度范圍為-40+85 攝氏度。. 低功耗，約 15mW。（3）內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，它由 8 路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8 位開關(guān)樹型 A/D 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。（4）外部特性（引腳功能）ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式

33、封裝，下面說明各引腳功能。IN0IN7：8 路模擬量輸入端。D0D7：8 位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少 100ns 寬）使其啟動（脈沖上升沿使 0809 復(fù)位，下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換） 。EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平） 。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：

34、時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于 640KHZ。REF（+） 、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。Vcc：電源，單一+5V 電源。GND：地。13（5）ADC0809 工作過程首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到 A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC 變?yōu)楦唠娖剑甘?A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng) OE 輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送：A/D

35、 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn) A/D 轉(zhuǎn)換的完成，因為只有確認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。.定時傳送方式對于一種 A/D 轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如 ADC0809 轉(zhuǎn)換時間為 128s，相當(dāng)于 6MHz 的 MCS-51 單片機共 64 個機器周期。可據(jù)此設(shè)計一個延時子程序，A/D 轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用此子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。.查詢方式A/D 轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如 ADC0809 的 EOC 端。因此可以用查詢方式，測試 EOC 的狀態(tài)，即可

36、確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。.中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時，OE 信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機接受。3.2 傳感器的選擇3.2.1 火災(zāi)探測器的分類火災(zāi)探測器是火災(zāi)報警系統(tǒng)的現(xiàn)場探測部件，它的好壞直接關(guān)系到整個系統(tǒng)是否正常運行，它是整個系統(tǒng)最為重要的部件，是識別火災(zāi)是否發(fā)生的專門14儀器。在發(fā)生火災(zāi)時，探測器通過把火災(zāi)發(fā)生時產(chǎn)生的各種非電量參數(shù)（如煙、氣體濃度等）轉(zhuǎn)化成電量參數(shù)從而得到統(tǒng)一測量參數(shù)，然后再傳送給控制

37、器。其特點是實時性，準(zhǔn)確性。其能夠?qū)崟r跟隨各種非電量參數(shù)的變化而變化。火災(zāi)探測器根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時所產(chǎn)生的物理現(xiàn)象可以分為：感溫型、感煙型、圖光型、感聲型、氣敏型五大類。但在實際應(yīng)用中，考慮到測量的方便性還有實用性，我們經(jīng)常用到的火災(zāi)探測器主要是感煙型、感溫型、感光型、可燃?xì)怏w型、復(fù)合型五大類。（1）感煙型火災(zāi)探測器。感煙型火災(zāi)探測器可以分為離子感煙型探測器和光電感煙型探測器。其中離子感煙型探測器是利用煙霧對具有放射性性質(zhì)的镅 241 的影響，從而通過檢測電路檢測其反應(yīng)，并做出響應(yīng)。但是由于含有放射性物質(zhì)，在一定程度上會污染環(huán)境，不利于彩色環(huán)保。光電感煙型探測器是基于煙霧粒子對光線產(chǎn)生散射、吸收原

38、理而做成的煙霧探測器。（2）感溫型火災(zāi)探測器。在火災(zāi)起火燃燒過程中會產(chǎn)生大量的熱量，使周圍的溫度急劇升高。通過對溫度變化轉(zhuǎn)換為電信號從而可以得到所測量范圍的溫度參數(shù)所作出響應(yīng)的探測器就是感溫型火災(zāi)探測器。根據(jù)測量依據(jù)的不同，可以把感溫型火災(zāi)探測器分為定溫型、差溫型和差定溫型三種類型。（3）感光型火災(zāi)探測器?；馂?zāi)燃燒時會產(chǎn)生火焰，并伴隨著發(fā)射出各種輻射光線。根據(jù)所探測火焰輻射的光線不同，感光型火災(zāi)探測器可以分為兩大種：一種對波長較長的光輻射敏感的紅外光輻射探測器，另一種對波長較短的光輻射敏感的紫外光輻射探測器。（4）可燃?xì)怏w火災(zāi)探測器。在火災(zāi)起火燃燒的過程除了會產(chǎn)生煙霧、熱量、光三種產(chǎn)物外，還會

39、產(chǎn)生多種可燃?xì)怏w。可燃?xì)怏w火災(zāi)探測器是對探測的單一或者多種可燃?xì)怏w濃度做出響應(yīng)的探測器。（5）復(fù)合型火災(zāi)探測器。復(fù)合型火災(zāi)探測器即使能夠?qū)煞N或兩種以上的火災(zāi)參數(shù)做出響應(yīng)的探測器。現(xiàn)在市面上常用地復(fù)合型火災(zāi)探測器主要有有煙溫復(fù)合型探測器，煙溫氣三復(fù)合型探測器，光電、離子、感溫三復(fù)型合探測器等。本文僅探討現(xiàn)場溫度與煙霧這兩項與火災(zāi)的發(fā)生相關(guān)的指標(biāo)的檢測，其他15與火災(zāi)相關(guān)的因素本文未予探討。3.2.2 溫度探測器的選定（1）本設(shè)計溫度探測器的選擇條件根據(jù)監(jiān)測溫度參數(shù)的不同，一般用于工業(yè)和民用建筑中的溫度探測器有定溫式、差溫式、差定溫式等幾種。.定溫式探測器。定溫式探測器是在規(guī)定時間內(nèi)，火災(zāi)引起的

40、溫度上升超過某個定值時啟動報警的火災(zāi)探測器。它有線型和點型兩種結(jié)構(gòu)。其中線型是當(dāng)局部環(huán)境溫度上升達(dá)到 規(guī)定值時，可熔絕緣物熔化使兩導(dǎo)線短路，從而產(chǎn)生火災(zāi)報警信號。.差溫式探測器。差溫式探測器是在規(guī)定時間內(nèi)，火災(zāi)引起的溫度上升速率超過某個規(guī)定值時啟動報警的火災(zāi)探測器。它也有線型和點型兩種結(jié)構(gòu)。線型差溫式探測器是根據(jù)廣 泛的熱效應(yīng)而動作的，點型差溫式探測器是根據(jù)局部的熱效應(yīng)而動作的，主要感溫器件是空氣膜盒、熱敏半導(dǎo)體電阻元件等。.差定溫式探測器。差定溫式探測器結(jié)合了定溫和差溫兩種作用原理并將兩種探測器結(jié)構(gòu)組合在一起。差定溫式探測器一般多是膜盒式或熱敏半導(dǎo)體電阻式等點型組合式探測器。在溫度傳感器的選

41、型過程中考慮的因素：被測對象的溫度是否需記錄、報警和自動控制，是否需要遠(yuǎn)距離測量和傳送。測溫范圍的大小和精度要求。測溫元件大小是否適當(dāng)。在被測對象溫度隨時間變化的場合，測溫元件的滯后能否適應(yīng)測溫要求。被測對象的環(huán)境條件對測溫元件是否有損害。價格如保，使用是否方便。綜合以上多種原因，經(jīng)對比，本文溫度探測器使用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，其引腳與實物樣式如圖3-4所示。（）關(guān)于DS18B20DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼 封裝式，型號多種多樣，有16LTM8877，LTM8874等。. DS18B20的主要特性：適應(yīng)電壓范圍更

42、寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電。圖3-4 DS18B20數(shù)字溫度傳感器引腳圖與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。溫范圍55+125，在-10+85時精度為0.5?？删幊痰姆直媛蕿?12位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫。在9位分辨率時最多在 93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨

43、率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。負(fù)壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。. DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。.DS18B20引腳定義：DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地） 。V D D3I/O2G N D1D S 18B 20173.2.3 煙霧傳感器的選擇（）煙

44、霧傳感器的比較分析.離子式煙霧傳感器該煙霧報警器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運用到各消防報警系統(tǒng)中，性能遠(yuǎn)優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報警器。.光電式煙霧傳感器光電煙霧報警器內(nèi)有一個光學(xué)迷宮，安裝有紅外對管，無煙時紅外接收管收不到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光，當(dāng)煙塵進(jìn)入光學(xué)迷宮時，通過折射、反射，接收管接收到紅外光，智能報警電路判斷是否超過閾值，如果超過發(fā)出警報。 兩種傳感器的比較:離子煙霧報警器對微小的煙霧粒子的感應(yīng)要靈敏一些，對各種煙能均衡響應(yīng)；而前向式光電煙霧報警器對稍大的煙霧粒子的感應(yīng)較靈敏，對灰煙、黑煙響應(yīng)差些。當(dāng)發(fā)生熊熊大火時，空氣中煙霧的

45、微小粒子較多，而悶燒的時候，空氣中稍大的煙霧粒子會多一些。如果火災(zāi)發(fā)生后，產(chǎn)生了大量的煙霧的微小粒子，離子煙霧報警器會比光電煙霧報警器先報警。這兩種煙霧報警器時間間隔不大，但是這類火災(zāi)的蔓延極快，此類場所建議安裝離子煙霧報警器較好。另一類悶燒火災(zāi)發(fā)生后，產(chǎn)生了大量的稍大的煙霧粒子，光電煙霧報警器會比離子煙霧報警器先報警，這類場所建議安裝光電煙霧報警器。.氣敏式煙霧傳感器氣敏傳感器是一種檢測特定氣體的傳感器。它主要包括半導(dǎo)體氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學(xué)氣敏傳感器等，其中用的最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器。它的應(yīng)用主要有：一氧化碳?xì)怏w的檢測、瓦斯氣體的檢測、煤氣的檢測、氟利昂（R11、R12

46、）的檢測、呼氣中乙醇的檢測、人體口腔口臭的檢測等等。它將氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)這些電信號的強弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中的存在情況有關(guān)的信息，從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控、報警；還可以通過接口電路與計算機組成自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。氣敏式煙霧傳感器的典型型號有 MQ-2 氣體傳感器。該傳感器常用于家庭和工廠的氣體泄漏裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測。18氣敏式煙霧傳感器與離子式煙霧傳感器的比較：火災(zāi)煙霧是由氣、液、固體微粒群組成的混合物，具有體積、質(zhì)量、溫度、電荷等物理特性。離子型煙霧探測器是通過相當(dāng)于煙敏電阻的電離室引起的電壓變化來感知煙霧

47、粒子的微電流變化裝置。當(dāng)煙霧粒子進(jìn)入電離室，改變了電離室空氣的電離狀態(tài)，從而宏觀表現(xiàn)為電離室的等效電阻增加引起電離室兩端的電壓增大，由此來確定空氣中的煙霧狀況。而氣敏式傳感器是探測空氣中某些可燃?xì)怏w的成分，所以在火災(zāi)探測方面，氣敏式傳感器性能并不如離子式傳感器。探測空氣中可燃?xì)怏w的含量。有效地探測煤氣、液化石油氣、然氣、一氧化碳等多種可燃性氣體的微量泄漏。適用于石油、化工、煤炭、電力、冶金、電子等工業(yè)企業(yè)，以及煤氣廠、液化石油氣站、氫氣站等生產(chǎn)和貯存可燃性氣體的場所。通過比較分析，本設(shè)計的感煙探測器采用的是日本 NEMOTO 公司生產(chǎn) NIS-09C 離子型感煙探測器，內(nèi)部有微量的放射性物質(zhì)媚

48、(Am)241，探測器被金屬電極覆蓋，放射能不會泄露。它對白色、灰白和黑色煙霧都有良好的響應(yīng)，符合美國UL217 標(biāo)準(zhǔn)，歐洲 EN-54-7 標(biāo)準(zhǔn)及 GB4715-93 國家標(biāo)準(zhǔn)。NIS-09C 是具有低功耗、普適性的傳感器，適用于高靈敏度煙霧探測器、火災(zāi)報警系統(tǒng)。（2）煙霧檢測器工作原理首先，傳感器送來的煙霧濃度對應(yīng)的微小的電壓信號經(jīng)過放大，轉(zhuǎn)化成大的電壓信號送入 AT89C51 單片機；后，在 AT89C51 單片機內(nèi) A/D 轉(zhuǎn)換、濃度比較，對數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理，將數(shù)字化電壓信號轉(zhuǎn)化成為對應(yīng)的十進(jìn)制濃度值；最后，將實際可燃性氣體濃度送入液晶，并判斷濃度值是否超出報警限，另外由于煙霧傳感器

49、需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反映越快，響應(yīng)時間和恢復(fù)時間就越快。為提高響應(yīng)時間，保證傳感器準(zhǔn)確地、穩(wěn)定地工作，報警器需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個 5V 的電壓。為了保證其可靠性，在輸出 5V 的電壓的同時，進(jìn)行故障監(jiān)測。當(dāng)傳感器加熱絲或電纜線和傳感器斷線和接觸不良時，進(jìn)行故障報警，發(fā)出聲光報警信號。當(dāng)然幾種狀態(tài)的報警信號是各不相同的。煙霧檢測器的功能如下：.自診斷故障功能、.看門狗自檢單片機狀態(tài)功能調(diào)用單片機中的看門狗程序，定時檢查單片機工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)單片機出現(xiàn)死循環(huán)狀態(tài)，立即復(fù)位，保證報警器工作正常。19.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

50、處理數(shù)據(jù)，也可以在計算機上更改報警限值等。（3）關(guān)于 NIS-09C在本次設(shè)計中，我們選用 NIS-09C 煙霧傳感器。它是離子式煙霧傳感器，是日本 NEMOTO 公司專為檢測延誤而精心設(shè)計的新型傳感器。檢測方式：離子型，一源兩室。放射參數(shù)：電源電壓是 DC9v，輸出電壓是 5.6+0.4v電流損耗是 27+3pA，靈敏度是 0.6+0.1v。特性參數(shù)如下表所示：.靈敏度特性（根據(jù) UL217 標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速 0.1M/秒）.電源電壓特性（2560RH）.溫濕度特性 溫度特性（溫度 60）.溫度特性（溫度 25）源：放射元素是媚 241，放射量是平均33.3KBq=0.9uCi（29K37KBq）

51、。.工作環(huán)境：電源電壓是 DC6.0-18.0V，最大 24V；溫度是 0-50，最大-10-60，溫度 95。保存溫度-25-80，溫度 95。NIS-09C 離子煙霧探測器探測到的是煙霧濃度模擬量，煙霧濃度 p 和輸出電壓 v 之間是近似線性的關(guān)系，其特性曲線方程：v=-0.3p+5.6。3.3 各電路模塊的設(shè)計3.3.1 單片機外圍接口電路（1）晶振電路晶振電路為單片機 80C51 工作提供時鐘信號，芯片中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振蕩器一起構(gòu)成自激振蕩器。電

52、路中的外接石英晶體及電容 C2、C3 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，系統(tǒng)的晶振電路如圖 3-3 所示。由于外接電容 C2、C3 的容量大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容的容量大小范圍為；如3010pFpF果使用陶瓷諧振，則電容容量大小為。本設(shè)計中使用石英晶體，4010 FpFp電容的容值設(shè)定為 30pF。20（2）復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。單片機在啟動

53、時都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(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，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 REST 引腳上有一個高電平并維持2 個機器周期(24 個振蕩周期)以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位，本設(shè)計采用的是手動按鈕復(fù)位。手動按鈕復(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 之間接一個按鈕。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，設(shè)計完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。復(fù)位電路中

54、SW-PB 為手動復(fù)位開關(guān)，電容 C1 可避免高頻諧波對電路的干擾。AT89C51 晶振電路與復(fù)位電路如圖 3-5，圖 3-6 所示。圖 3-5 AT89C51 單片機的晶振電路21圖 3-6 AT89C51 單片機的復(fù)位電路、3.3.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路經(jīng)氣敏傳感器所檢測的電壓信號為模擬信號，無法直接被單片機所識別，所以在經(jīng)過放大電路后對信號進(jìn)行 A/D 裝換，將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸入單片機 A/D 轉(zhuǎn)換電路采用了常用的 8 位 8 通道數(shù)模轉(zhuǎn)換常用芯片 ADC0809，煙霧、溫度傳感器的輸出端分別接到 ADC0809 的 IN0 和 IN1。 ADC0809 的通道選擇地址由AT89S

55、52 的 P0.0P0.2 經(jīng)地址鎖存器 74LS373 輸出提供定的存儲單元。由于ADC0809 片內(nèi)無時鐘，故利用 8051 提供的地址鎖存使能信號 ALE 經(jīng) D 觸發(fā)器四分頻后獲得時鐘。因為 ALE 信號的頻率是單片機時鐘頻率的 1/6，如果時鐘頻率為 12MHZ，則 ALE 信號的頻率為 2MHZ，經(jīng)四分頻后為 500KHZ，與 ADC0809 的典型值吻合。電路圖如圖 3-7 所示。當(dāng) AT89C51 的 ALE 端口不訪問外部存儲器時，AT89C51 的ALE 端以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，故晶振設(shè)定 12MKz，再經(jīng)過二分頻電路，單片機即可向 ADC0809

56、 輸出 500KHz 的時鐘信號。二分頻電路由 D 觸發(fā)器實現(xiàn)，R、S 端接地，D 接 Q 非，Q 端作為輸出端，CLK 接 AT89C51的 ALED 端。D 觸發(fā)器的特性方程為 n 1QD 由于當(dāng) CP=1 時，D 觸發(fā)器有效；CP=0 時，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)。故 D 觸發(fā)器能實現(xiàn)對 ALE 端口的信號二分頻。由于本火災(zāi)報警系統(tǒng)只采集溫度、煙霧22信號，經(jīng)過調(diào)理的溫度、煙霧信號分別進(jìn)入 ADC0809 的 IN-0 和 IN-1 端口，其余輸入引腳接地，8 個數(shù)字量輸出引腳接 AT89C51 的 P0 口。單片機的 P0 口接受 ADC0809 傳輸來 8 位數(shù)字量，向 A/D 輸出的 8

57、 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。圖 3-7 AD 轉(zhuǎn)換電路本設(shè)計使用 74LS373 作為地址鎖存器，當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時，輸出端 O0O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負(fù)載或總線。當(dāng) OE 為高電平時，O0O7 呈高阻態(tài)，既不驅(qū)動總線，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，輸出端 O0O7 狀態(tài)與輸入端 D0D7 狀態(tài)相同；當(dāng) LE 由“1”變?yōu)椤?”時，數(shù)據(jù)輸入鎖存器中。LE 端接至單片機的地址鎖存允許 ALE端。當(dāng) P20=0

58、 時，與寫信號 WR 共同選通 ADC0809。圖中 ALE 信號與 START 信號連在一起，在 WR 信號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉(zhuǎn)換。當(dāng) ALE 端口變?yōu)楦唠娖?，?74LS373 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 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，實現(xiàn)對溫度傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換；輸23出地址 F9H 可選通通道 IN1，實現(xiàn)對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

59、狀態(tài)信號 EOC 接到 AT89C51 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，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器,并產(chǎn)生產(chǎn)生中斷。當(dāng) AT89C51 知道 A/D 轉(zhuǎn)換完成后，P20 與讀信號 RD 共同控制下的 A/D 端口 OE電平變?yōu)楦唠娖綍r，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到單片機上。3.3.3 煙霧信號調(diào)理電路濾波電路能使有用頻率信號通過，同時抑制無用頻率成分，濾除或衰減無用頻率信號到足夠小。為使濾波器的濾波特性接近理想特性，即在通頻帶內(nèi)特性曲線更平緩在同頻帶外特性曲線衰減更陡峭，只有增加網(wǎng)絡(luò)的級數(shù)，系統(tǒng)使用二階濾波器電路。由于在火災(zāi)發(fā)生早期，溫度煙霧信

60、號是一種緩變信號25，故系統(tǒng)使用二階有源低通濾波器電路（Low Pass Filter，LPF） 。將串聯(lián)的兩節(jié) RC 低通網(wǎng)絡(luò)直接與反向電壓跟隨器電路相連，可構(gòu)成煙霧、溫度321411U3ALM 324R 6100k+5VR 41KC 90.1uFC 80.1uF+9VOUT3VC C1GND2Q2NIS-09CIN1圖 3-8 煙霧信號調(diào)理電路調(diào)理電路中的簡單二階低通濾波器電路。二階低通濾波電路中，891RRRK。890.1CCCF3.3.4 聲報警電路其電路圖如圖 3-9 所示R 210KQ1NPNB UZZER+5VP1.4圖 3-10 聲報警電路243.3.5 報警器故障自診斷判斷傳