【正文】 號仿真圖 .................................................................................................... 21 圖 15 火災(zāi)信號仿真圖 .................................................................................................... 21 圖 16 正常信號仿真圖 .................................................................................................... 22 圖 17 異常信號仿真圖 .................................................................................................... 22 IV 基于 8051 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 本文設(shè)計(jì)了一種基于公用電話網(wǎng) ,利用單片機(jī) 805 DTMF信號收發(fā)芯片 MT8880、集成語音芯片 ISD1420, 集成溫度傳感器 AD590 和氣體傳感器 TGS202等 ,利用多傳感器信息融合技術(shù) ,完成語音報(bào)警的實(shí)用、可靠的單片機(jī)語音自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) ,著重講述了該系統(tǒng)的組成形式及工作原理。實(shí)踐表明 ,單片機(jī) 技術(shù)在系統(tǒng)報(bào)警和 其它一些自動(dòng)控制領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。 該系統(tǒng)能自動(dòng)完成對布測點(diǎn)檢測，確認(rèn)火警后能自動(dòng)報(bào)警，并顯示火情點(diǎn)，記錄火災(zāi)發(fā)生時(shí)間。 【關(guān)鍵詞】 單片機(jī) 傳感器 數(shù)據(jù)處理 報(bào)警 The Design of Automatic Fire Alarm System Based on 8051 Abstract This paper design a method that use single chip puter and digital voice chip ISD1420 to realize remote voice alarm, gives out the hardware structure and software of system, Based on the singlechip microputer AT89C51, dial chip MT8880 and speech chip ISD1420,temperature sensor AD590 and gas sensor TGS202 are used, and the multisensors information processing method is adopted . Practice the enunciation, The singlechip microputer technique has the extensively applied foreground in system alarm and other automatic control realm. This system can automatically to monitor the points which are acute to temperature. It can also send out alarm, show the points and record the occurring time when a fire has broke out. 【 Key words】 MCU Transducer Data Process Alarm 1 緒論 概述 無線火災(zāi)傳感器硬件和軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)對于整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用至關(guān)重要，作為整個(gè)系統(tǒng)的底層支持，其必然向微型化、高度集成化、網(wǎng)絡(luò)化、節(jié)能化、智能化的方向發(fā)展，近幾年，隨 著計(jì)算機(jī)成本下降和微處理器體積縮小，開發(fā)和構(gòu)造火災(zāi)智能無線報(bào)警系統(tǒng)將有廣闊的應(yīng)用前景。工程試驗(yàn)結(jié)果充分顯示了技術(shù)的可行性和實(shí)現(xiàn)的有效性。隨著智能樓宇技術(shù)應(yīng)用的迅速發(fā)展，商業(yè)市場對火災(zāi)報(bào)警器的需求不斷增長，目前主要使用的是智能型總線制分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，雖然在系統(tǒng)安裝方面比過去大大方便，但仍然不能滿足現(xiàn)代需要，其安裝成本約占設(shè)備成本的 33%～ 70%。而無線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)能夠滿足目前要求，它具有安裝容易、快捷、便宜、無需布線、對建筑物表面的最小破壞性、對功能變化的易適應(yīng)性等特點(diǎn)。 有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)表明：凡是 安裝了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的場所，發(fā)生了火災(zāi)一股地說都能及早報(bào)警，不會(huì)釀成重大火災(zāi)。 國內(nèi)外研究狀況 雖然 WSN(Wireless Sensor Networks)正處于完善的迅速發(fā)展時(shí)期，但并沒有妨礙它在各領(lǐng)域的應(yīng)用。德國、日本、美國等發(fā)達(dá)國家對無線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的研究投入大量人力、財(cái)力。無線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是典型的多傳感器的事件驅(qū)動(dòng)型無線傳感器網(wǎng)絡(luò) WSN，但又具有其特殊要求： 1 系統(tǒng)的可靠性、可信度、必須考慮室內(nèi)多路徑散射、回波、干擾、中斷、碰撞探測等處理 ； 2系統(tǒng)的最小工作生命周期為 5 年 ； 3 總機(jī)和探測器間 必須雙向通信 ； 4 報(bào)警信號的傳輸時(shí)間必須在 10 秒內(nèi) ； 5 系統(tǒng)干擾、故障探測反映時(shí)間要小于 100 秒。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)綜合了微電子技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，能夠協(xié)同地實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對其進(jìn)行處理，處理后的信息通過無線方式發(fā)送，并以自組多跳 (Self Organizing Hop)的網(wǎng)絡(luò)方式傳送給數(shù)據(jù)處理中心。 WSN 的應(yīng)用前景十分廣闊，在軍事、工農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測，醫(yī)療護(hù)理、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域都有潛在的應(yīng)用價(jià)值，已 經(jīng)引起了許多國家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。 課題研究背景及目的 2 我國的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有、從簡單到復(fù)雜的發(fā)展過程 , 其智能化程度也越來越高。目前國內(nèi)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(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的研發(fā) , 他們采用集中區(qū)域報(bào)警控制方式 , 其系統(tǒng)復(fù)雜、成本較高。而在居民住宅區(qū)、機(jī)房、辦公室等小型防火單位 , 需要設(shè)置一種單一或區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、廉價(jià)實(shí)用的火災(zāi)自動(dòng)探測報(bào)警裝置 , 因此 , 研制一種結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉的語音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)火災(zāi)報(bào)警器是非常必要 的。 3 2 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 概述 硬件電路主 要包括單片機(jī)電路， 2 路傳感器報(bào)警信號電路 ,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路， 語音報(bào)警電路，震鈴檢測電路、模擬摘機(jī)和 DTMF 解調(diào)電路，以及主備電控制電路部分。 圖 1 報(bào)警電路方框圖 如圖 1 所示 , 報(bào)警器硬件由溫度煙霧信號采集模塊、聲光報(bào)警模塊以及單片機(jī)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(bào)警模塊 , 5,6 組成遠(yuǎn)程報(bào)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(jìn)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(bào)警模塊由單片機(jī)和報(bào)警電路組成 , 由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)不同的聲光報(bào)警 (異常報(bào)警、故障報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警 ) 功能。單片機(jī)與 遠(yuǎn)程報(bào)警 模塊由單片機(jī)、 MT8880 收發(fā)碼電路組成 , 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警。 系統(tǒng)芯片 和 器件 的選擇 傳感器介紹 溫度傳感器 AD590 1 溫 度 煙 霧 傳 感 器 2 信 號 調(diào) 理 器 3 A/ D 轉(zhuǎn) 換 器 6 收 發(fā) 碼 電 路 5 單片機(jī)AT89C51 4 現(xiàn)場聲光報(bào)警系統(tǒng) 4 要準(zhǔn)確地進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警 ， 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 。 AD590 是美國 Analog Devices 公司生產(chǎn)的一種電流型二端溫度傳感器。電路如圖 2 所示。由于 AD590 是電流型溫度傳感器 ， 他的輸出同絕對溫度成正比 ，即 1μA/k， 而數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 的輸入要求是電壓量 [2]， 所以在 AD590 的負(fù)極接出一個(gè) 1kΩ的電阻 R 和一個(gè) 100Ω的可調(diào)電阻 W ， 將電流量變?yōu)殡妷毫克腿?ADC0809。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻 ， 便可在輸出端 VT 獲得與絕對溫度成正比的電壓量 ， 即 10 mV/K。 圖 2 AD590 應(yīng)用電路圖 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 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。如圖 3所示 ,當(dāng) TGS202 探測到 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 TGS202 應(yīng)用電路圖 ISD1420 語音芯片 5 ISD1420 引腳 圖 4 ISD1420 引腳 ISD1420 各引腳及其功能介紹 電源（ VCCA， VCCD）芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并且分別引到外封裝上，這樣可使噪聲最小。模擬和數(shù)字電源端最好分別走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容應(yīng)盡量靠近芯片。 地線（ VSSA， VSSD）芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線，這兩個(gè)腳最好在引腳焊盤上相連。 錄音（ /REC）低電平有效。只要 /REC 變低（不管芯片處在節(jié)電狀態(tài)還是正在放音），芯片即開始錄音。 邊沿觸發(fā)放音（ /PLAYE）此端出現(xiàn)下降沿時(shí)，芯片開始放音。 電平觸發(fā)放音（ /PLAYL）此端出現(xiàn)下降沿時(shí)，芯片開始放音。 錄音指示（ /RECLED）處于錄音狀態(tài)時(shí)，此端為低，可驅(qū)動(dòng) LED。 話筒參考（ MIC REF）此端是前置放大器的反向輸入。當(dāng)以差分形式連接話筒時(shí) ，可減小噪聲，提高共模抑制比。 自動(dòng)增益控制（ AGC） AGC 動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器整前置境益以補(bǔ)償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量（從耳語到喧嘩囂聲）時(shí)失真都能保持最小。 模擬輸出（ ANA OUT）前置