【正文】 片機的接口電路設計。(3) LED數(shù)碼管驅(qū)動芯片ICM7218A與單片機的接口電路及其與數(shù)碼管的硬件連接。(4) 設計主要軟件程序模塊，完成軟件設計。2 火災自動報警系統(tǒng)的工作原理 系統(tǒng)總體功能概述 本文采用以AT89C51單片機為核心，溫度傳感器、氣體傳感器、聲光報警模塊以及數(shù)碼管顯示模塊設計了一種可檢測溫度、可燃氣體濃度的火災報警器，可以實現(xiàn)聲光報警、濃度顯示、溫度顯示。是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉的火災報警器，具有一定的實用價值。整體電路的框圖如下圖1所示：單片機放大電路氣體傳感器AD轉(zhuǎn)換聲光報警溫度傳感器溫度、濃度顯示圖1整體電路框圖 火災報警系統(tǒng)的類型 根據(jù)火災報警系統(tǒng)中所使用的探測器種類的不同，火災報警系統(tǒng)可以分為以下四種：（1） 感溫型火災報警系統(tǒng) 由于火災發(fā)生時燃燒物會產(chǎn)生大量的熱量，使得周圍溫度迅速變化。感溫型火災報警系統(tǒng)就是通過判斷周圍溫度變化而產(chǎn)生響應的火災報警系統(tǒng)，再把溫度的變化轉(zhuǎn)換為電信號以達到判斷報警的目的。根據(jù)探測溫度參數(shù)的不同，一般可以將感溫型火災報警系統(tǒng)分為定溫式、溫差式等幾種。 (2) 感煙型火災報警系統(tǒng)煙霧是早期火災的重要特征之一。在火災發(fā)生的初期，由于溫度比較低，許多物質(zhì)都處于陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙霧。感煙型火災報警系統(tǒng)就是對空氣中可見或不可見的煙霧粒子進行探測，然后將煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)換為電信號來觸發(fā)報警。感煙型火災報警系統(tǒng)主要有激光感煙式、光電感煙式和離子感煙式等。（3） 感光型火災報警系統(tǒng) 物質(zhì)燃燒不但會產(chǎn)生煙霧和熱量，同時也會產(chǎn)生可見或不可見的光輻射。感光型火災報警系統(tǒng)就是通過響應火災中產(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)感應的敏感波長，可以將感光型火災報警系統(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） 復合型火災報警系統(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，那么它就是復合型火災報警系統(tǒng)。目前復合型火災報警系統(tǒng)有感溫感煙型、感煙感光型、感溫感光型等多種形式。 火災探測器的分類及工作原理（1） 感煙探測器一般分為分離子型，光電型，紅外對射型，激光型等 。① 離子感煙式探測器是點型探測器，它是在電離室內(nèi)含有少量放射性物質(zhì)，可使電離室內(nèi)空氣成為導體，允許一定電流在兩個電極之間的空氣中通過，射線使局部空氣成電離狀態(tài)，經(jīng)電壓作用形成離子流，這就給電離室一個有效的導電性。當煙粒子進入電離化區(qū)域時，它們由于與離子相接合而降低了空氣的導電性，形成離子移動的減弱。當導電性低于預定值時，探測器發(fā)出警報。光電感煙探測器也是點型探測器，它是利用起火時產(chǎn)生的煙霧能夠改變光的傳播特性這一基本性質(zhì)而研制的。根據(jù)煙粒子對光線的吸收和散射作用。② 光電感煙探測器又分為遮光型和散光型兩種。根據(jù)接入方式和電池供電方式等的不同，又可分為聯(lián)網(wǎng)型煙感，獨立型煙感，無線型煙感。③ 紅外光束感煙探測器是線型探測器，它是對警戒范圍內(nèi)某一線狀窄條周圍煙氣參數(shù)響應的火災探測器。它同前面兩種點型感煙探測器的主要區(qū)別在于線型感煙探測器將光束發(fā)射器和光電接受器分為兩個獨立的部分，使用時分裝相對的兩處，中間用光束連接起來。紅外光束感煙探測器又分為對射型和反射型兩種。（2） 感溫探測器火災時物質(zhì)的燃燒產(chǎn)生大量的熱量，使周圍溫度發(fā)生變化。感溫探測器是對警戒范圍中某一點或某一線路周圍溫度變化時響應的火災探測器。它是將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電信號以達到報警目的。根據(jù)監(jiān)測溫度參數(shù)的不同，一般用于工業(yè)和民用建筑中的感溫式火災探測器有定溫式、差溫式、差定溫式等幾種。 ① 定溫式探測器。定溫式探測器是在規(guī)定時間內(nèi)，火災引起的溫度上升超過某個定值時啟動報警的火災探測器。它有線型和點型兩種結(jié)構(gòu)。其中線型是當局部環(huán)境溫度上升達到 規(guī)定值時，可熔絕緣物熔化使兩導線短路，從而產(chǎn)生火災報警信號。點型定溫式探測器利用雙金屬片、易熔金屬、熱電偶熱敏半導體電阻等元件，在規(guī)定的溫度值上產(chǎn)生火災報警信號?！　、?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 泛的熱效應而動作的，點型差溫式探測器是根據(jù)局部的熱效應而動作的，主要感溫器件是空氣膜盒、熱敏半導體電阻元件等?！、?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體電阻式等點型組合式探測器。 ?。?） 感光式火災探測器物質(zhì)燃燒時，在產(chǎn)生煙霧和放出熱量的同時，也產(chǎn)生可見或不可見的光輻射。感光式火災探測器又稱火焰探測器，它是用于響應火災的光特性。即擴散火焰燃燒的光照強度和火焰的閃爍頻率的一種火災探測器。根據(jù)火焰的光特性，目前使用的火焰探測器有兩種：一種是對波長較短的光輻射敏感的紫外探測器，另一種是對波長較長的光輻射敏感的紅外探測器。紫外火焰探測器是敏感高強度火焰發(fā)射紫外光譜的一種探測器，它使用一種固態(tài)物質(zhì)作為敏感元件，如碳化硅或硝酸鋁，也可使用一種充氣管作為敏感元件。紅外光探測器基本上包括一個過濾裝置和透鏡系統(tǒng)，用來篩除不需要的波長，而將收進來的光能聚集在對紅外光敏感的光電管或光敏電阻上。感光式火災探測器宜安裝在有瞬間產(chǎn)生爆炸的場所。如石油、炸藥等化工制造的生產(chǎn)存放場所等。(4)可燃氣體探測器是對單一或多種可燃氣體濃度響應的探測器?？扇細怏w探測器有催化型、紅外光學型兩種類型。 催化型可燃氣體探測器是利用難熔金屬鉑絲加熱后的電阻變化來測定可燃氣體濃度 。當可燃氣體進入探測器時，在鉑絲表面引起氧化反應（無焰燃燒），其產(chǎn)生的熱量使鉑絲的溫度升高，而鉑絲的電阻率便發(fā)生變化。 紅外光學型是利用紅外傳感器通過紅外線光源的吸收原理來檢測現(xiàn)場環(huán)境的碳氫類可燃氣體 3 系統(tǒng)硬件設計 核心芯片選擇 單片機 在火災報警器的設計中，單片機是其核心部件。它一方面要接收來自經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換后的氣體數(shù)字信號和DS18B20的溫度數(shù)字信號，另一方面要對這兩種信號分別進行處理，以控制后續(xù)電路進行相應動作。在單片機完成這些工作的過程中，尤其是信號處理中，比較濃度和溫度值后送入顯示的軟件實現(xiàn)比較復雜，要求單片機具備較快的運算速度，使檢測人員能夠較準確地觀測到可燃氣體濃度和溫度值，并根據(jù)情況進行相應的處理。并且也要考慮選擇低價實用的機型，并為研制同一系列的低功耗產(chǎn)品做準備。根據(jù)多方面的比較，本設計選用ATMEL公司的AT89C51單片機作為控制器。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。其中有三級程序存儲器鎖定、1288位內(nèi)部RAM、32可編程I/O線、兩個16位定時器/計數(shù)器、5個中斷源、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。其引腳圖如下圖2所示。圖2 AT89C51引腳圖 溫度傳感器（1） DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器，即“一線器件”，其具有獨特的優(yōu)點：① 用單總線的接口方式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。單總線具有經(jīng)濟性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，使用方便等優(yōu)點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。② 測量溫度范圍寬，測量精度高 DS18B20 的測量范圍為 55 ℃ ~+ 125 ℃ ； 在 10~+ 85176。C 范圍內(nèi)，精度為 177。 176。C 。③ 在使用中不需要任何外圍元件。④ 持多點組網(wǎng)功能多個DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的單線上，實現(xiàn)多點測溫。⑤ 供電方式靈活 DS18B20可以通過內(nèi)部寄生電路從數(shù)據(jù)線上獲取電源。因此，當數(shù)據(jù)線上的時序滿足一定的要求時，可以不接外部電源，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。⑥ 測量參數(shù)可配置 DS18B20 的測量分辨率可通過程序設定 9~12 位。⑦ 負壓特性 電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。⑧ 掉電保護功能 DS18B20 內(nèi)部含有 EEPROM ，在系統(tǒng)掉電以后，它仍可保存分辨率及報警溫度的設定值。DS18B20 具有體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟、可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍，適合于構(gòu)建自己的經(jīng)濟的測溫系統(tǒng)，（2） DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由4部分組成：64 位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。ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個DS18B20的64位序列號均不相同。64位ROM的排的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X^8＋X^5＋X^4＋1）。 ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。圖3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（3） DS18B20引腳封裝如下圖4所示。其中GND為電源地。 DQ為數(shù)字信號輸入／輸出端。 VDD為外接供電電源輸入端。圖4 DS18B20引腳封裝（4） DS18B20有兩種供電方式：寄生電源強上拉供電方式和外部電源供電方式 。本設計采用外部電源供電方式。電路圖如下圖5所示。圖5 DS18B20外部電源供電(5) 16位數(shù)據(jù)，存儲在DS18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，；如果溫度小于0，這5位為1， 溫度。 例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+℃的數(shù)字輸出為0191H，℃的數(shù)字輸出為FE6FH，55℃的數(shù)字輸出為FC90H 。數(shù)據(jù)溫度表見表1。表1 DS18B20溫度數(shù)據(jù)表溫度數(shù)字輸出（二進制）數(shù)字輸出（十六進制）+125℃0000 0111 1101 000007D0H+85℃0000 0101 0101 00000550H+0000 0001 1001 00010191H+℃0000 0000 1010 001000A2H+℃0000 0000 0000 10000008H0℃0000 0000 0000 00000000H℃1111 1111 1111 1000FFF8H℃1111 1111 0101 1110FF5EH℃1111 1110 0110 1111FE6FH55℃1111 1100 1001 0000FC90H 氣體傳感器本設計采用MQ2型半導體電阻式氣體傳感器。當處于200~300176。C溫度時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當與煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘受到該煙霧的調(diào)制而變化，就會引起表而電導率的變化。利用這一點就可以獲得這種煙霧存在的信息。遇到可燃煙霧（如CH4等）時，原來吸附的氧脫附，而由可燃煙霧以正離子狀態(tài)吸附在二氧化錫半導體表面；氧脫附放出電子，煙霧以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使二氧化錫半導體導帶電子密度增加，電阻值下降。而當空氣中沒有煙霧時，二氧化錫半導體又會自動恢復氧的負離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是MQ2型燃性氣體傳感器檢測可燃煙霧的原理。（1）MQ2型傳感器的一般特點如下： ① MQ2型傳感器對天然氣、液化