【正文】 奪回了大部分國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，使得現(xiàn)在大多國(guó)外產(chǎn)品只有招架之功，這是典型的自力更生，走自己的路 。當(dāng)然目前而言，我們基本占據(jù)的是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，對(duì)外還剛啟動(dòng)。中國(guó)企業(yè)正虎視眈眈，準(zhǔn)備進(jìn)軍海外市場(chǎng)。 現(xiàn)狀及特點(diǎn) 消防報(bào)警產(chǎn)品是一個(gè)系列產(chǎn)品，包括火災(zāi)探測(cè)設(shè)備、信息傳輸設(shè)備、報(bào)警分析控制器、消防控制聯(lián)動(dòng)。是物理傳感技術(shù)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸和管理、智能樓宇等技術(shù)的綜合集成，屬于高新技術(shù)。依托中國(guó)多年的基本建設(shè)的發(fā)展，這個(gè)行業(yè)也得到發(fā)展，具備了和國(guó)外知名企業(yè)抗衡的能力。在目前中國(guó)許多冠名以高新技術(shù)的行業(yè)中，中國(guó)企業(yè)大多做的是下游的制造和服務(wù)，分取極少一部分的利潤(rùn)，象消防報(bào)警產(chǎn)品那樣又擁有自我知識(shí)產(chǎn) 權(quán)，又擁有大量市場(chǎng)的行業(yè)其實(shí)是很少的。 在消防報(bào)警產(chǎn)品的技術(shù)含量上，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品和國(guó)外產(chǎn)品差距不是很大，許多指標(biāo)已經(jīng)超越，存在的問(wèn)題是：類(lèi)似于國(guó)外消防報(bào)警產(chǎn)品的大批量規(guī)模化的生產(chǎn)才剛起步，有待于積累經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)；也因此在產(chǎn)品一致性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性上有一些差距；國(guó)內(nèi)正在形成權(quán)重的大型企業(yè)和集團(tuán)，這樣可以帶領(lǐng)國(guó)內(nèi)的各家企業(yè)去沖擊海外市場(chǎng)，并最終占領(lǐng)海外的消防報(bào)警市場(chǎng)。 3 2 設(shè)計(jì)要求及方案 設(shè)計(jì)目的與基本要求 目的是設(shè)計(jì)一個(gè)由單片機(jī)控制的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，采用溫度傳感器和煙霧傳感器，對(duì)溫度及煙霧的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能對(duì) 周?chē)h(huán)境的溫度及煙霧的突變進(jìn)行報(bào)警。通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)提高自己對(duì)單片機(jī)的使用能力，了解和掌握溫度傳感器和煙霧傳感器的使用，鞏固自己在大學(xué)所學(xué)知識(shí)，增強(qiáng)自己的實(shí)際操作能力。 要求所設(shè)計(jì)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能夠?qū)囟群蜔熿F進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)異常狀況能夠進(jìn)行報(bào)警，起到早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)和通報(bào)火災(zāi)的作用。 主要應(yīng)用方向與設(shè)計(jì)構(gòu)思 本設(shè)計(jì)主要用于居民住宅區(qū)、機(jī)房、辦公室等小型防火單位，是為人們提供的一種簡(jiǎn)單的、廉價(jià)實(shí)用的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置。 本火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)由觸發(fā)器件、警報(bào)裝置、顯示裝置以及數(shù)據(jù)處理等裝置組成。觸發(fā)器件包括 自動(dòng)或者手動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)的器件，如 DS18B20 溫度傳感器， MQ2氣體傳感器，手動(dòng)報(bào)警按鈕。警報(bào)裝置包括聲音報(bào)警裝置（蜂鳴器）和光報(bào)警裝置（ LED燈）。顯示裝置是 CAI3461BH 數(shù)碼管 模塊，能夠?qū)崟r(shí)顯示由 DS18B20 溫度傳感器和MQ2 氣體傳感器所傳送的數(shù)據(jù)。采用 AT89S51 單片機(jī)作為主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和各項(xiàng)操作。其中 MQ2 氣體傳感器需要配置放大電路和 A/D 轉(zhuǎn)換模塊對(duì)其信號(hào)進(jìn)行處理，采用 LM324 芯片做放大電路， ADC0804 芯片制作 A/D 轉(zhuǎn)換模塊。 3 系統(tǒng)硬件組成和基本工作原理 系統(tǒng)工作原 理 本火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中，以 AT89S51 單片機(jī)為主控核心，使用 DS18B20 溫度傳感器采集溫度信息，使用 MQ2 氣體傳感器采集氣體信息。 DS18B20 采集的數(shù)據(jù)為數(shù)字信號(hào)，可以直接發(fā)送至單片機(jī)進(jìn)行處理。 MQ2 氣體傳感器輸出的信號(hào)一般比較微弱，需要經(jīng)過(guò)前置電路對(duì)其進(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)的要求。 MQ2 半導(dǎo)體煙霧傳感器屬于電阻型，因此只需串聯(lián)一個(gè)參考電阻，再經(jīng)過(guò)一個(gè)放大電路即可發(fā)送給 ADC0804 采集，信號(hào)經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換模塊后傳送進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行 4 處理。 單片機(jī)內(nèi)部程序中預(yù)先設(shè)定報(bào)警臨界 值，包括溫度過(guò)高報(bào)警和氣體濃度過(guò)高報(bào)警。單片機(jī)正常工作后，判斷所接收到的數(shù)據(jù)是否達(dá)到報(bào)警臨界值，如果到達(dá)報(bào)警值單片機(jī)控制蜂鳴器和 LED 燈進(jìn)行報(bào)警，如果沒(méi)有達(dá)到報(bào)警值單片機(jī)繼續(xù)接收并處理新數(shù)據(jù)。如果單片機(jī)接收到報(bào)警按鍵信號(hào)，直接報(bào)警。單片機(jī)實(shí)時(shí)向 CAI3461BH 數(shù)碼管 顯示模塊輸出顯示信號(hào)，液晶顯示模塊顯示周?chē)h(huán)境溫度和氣體數(shù)值。 下圖是系統(tǒng)工作原理框圖： 圖 系統(tǒng)原理圖 控制器模塊設(shè)計(jì) 在自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是其核心部件。單片機(jī)一 方面要接收來(lái)自傳感器送來(lái)的感應(yīng)信號(hào)和故障檢測(cè)信號(hào)，另一方面要對(duì)不同信號(hào)分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路的相應(yīng)工作，同時(shí)還要查詢是否有按鍵按下的請(qǐng)求。如今市面上比較普遍的單片機(jī)主要是 89S51 系列。 89S51 單片機(jī)應(yīng)用普遍，工具多，易上手，片源廣，價(jià)格低，編程靈活，控制簡(jiǎn)單，很適合我們所要制作的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。 AT89S51 單片機(jī) AT89S51 單片機(jī)是低功耗的、具有 4KB 在線 可 編程 Flash 存儲(chǔ)器的單片機(jī)。它與通用 80C51 系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳兼容。片內(nèi)的 Flash 可允許在線重新編程，也可使用非易失性存 儲(chǔ)器編程。他將通用 CPU和在線可編程 Flash集成在一個(gè)芯片上，形成了功能強(qiáng)大、使用靈活和具有較高性能性價(jià)比的微控制器 [4]。 按鍵報(bào)警 DS18B20 MO2 LM324 ADC0804 AT89S51 單片 機(jī) CAI3461BH 蜂鳴器 LED 燈 5 圖 AT89S51 引腳圖 AT89S51 具有如下特性：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器含有 4KB 的 Flash 存儲(chǔ)器，允許在線編程，擦寫(xiě)周期可達(dá) 1000 次；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含 128 字節(jié)的 RAM； I/O 口具有 32 根可編程 I/O 線； 具有兩個(gè) 16 位 I/O 線；中斷系統(tǒng)具有 6 個(gè)中斷源、 5 個(gè)終端矢量、 2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)；串行口是一個(gè)全雙工的串行通信口；具有兩個(gè)數(shù)據(jù)指針DPTR0 和 DPTR1；低功耗節(jié)電模式有節(jié)電模式和掉電模式；包含 3 級(jí)程序鎖定位；AT89S51 的電源電壓為 ；振蕩器頻率 033MHz；具有片內(nèi)看門(mén)狗定時(shí)器；靈活的在線片內(nèi)編程模式（字節(jié)和頁(yè)編程模式）；具有斷電標(biāo)志模式 POF。 89S51 相對(duì)于 89C51 增加的新功能包括：新增加很多功能，性能有了較大提升，價(jià)格基本不變，甚至比 89C51 更低； ISP 在線編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢(shì)在于改寫(xiě)單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離，是一個(gè)強(qiáng)大易用的功能；最高工作頻率為 33MHz，大家都知道 89C51 的極限 工作頻率是 24M，就是說(shuō) S51 具有更高工作頻率，從而具有了更快的計(jì)算速度；具有雙工 UART 串行通道；內(nèi)部集成看門(mén)狗計(jì)時(shí)器，不再需要像 89C51 那樣外接看門(mén)狗計(jì)時(shí)器單元電路；雙數(shù)據(jù)指示器；電源關(guān)閉標(biāo)識(shí)；全新的加密算法，這使得對(duì)于 89S51 的解密變?yōu)椴豢赡埽绦虻谋Ｃ苄源蟠蠹訌?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)不被侵犯。兼容性方面：向下完全兼容 51 全部字系列產(chǎn)品，比如 805 89C51 等等早期 MCS51 兼容產(chǎn)品，也就是說(shuō)所有教科書(shū)、網(wǎng)絡(luò)教程上的程序（不論教科書(shū)上采用的單片機(jī)是 8051 還是 89C51 還 6 是 MCS51 等等），在 89S51 上一樣可以照常運(yùn)行，這就是所謂的向下兼容。 顯示模塊設(shè)計(jì) 本火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)h(huán)境溫度和氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，故需要顯示模塊來(lái)顯示周?chē)h(huán)境的溫度和氣體變量。采用 SMC1602A 液晶顯示模塊可以實(shí)時(shí)清楚的顯示周?chē)h(huán)境變量，該液晶顯示模塊能夠同時(shí)顯示 16x02 即 32 個(gè)字符，也就是 16列 2 行，便于獨(dú)立顯示溫度和氣體變量。 CAI3461BH 數(shù)碼管介紹 其主要技術(shù)參數(shù)如下： 模塊工作電壓： ~ 工作電流： 80ma,每段 10ma 字 高： 環(huán)境相對(duì)濕度： 85％ 視角： 6:00 工作溫度： 10~+50176。C 顯示方式：反射式正顯示存儲(chǔ)溫度： 20～ +60176。C 接口方式： 8 線并行接口 圖 數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 7 圖 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 數(shù)碼管引腳圖數(shù)碼管使用注意事項(xiàng)說(shuō)明： （１）數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角； （２）焊接溫度：２６０度；焊接時(shí)間：５Ｓ （３）表面有保護(hù)膜的產(chǎn)品 ,可以在使用前撕下來(lái)。這類(lèi)數(shù)碼管可以分為共陽(yáng)極與共陰極兩種，共陽(yáng)極就是把所有 LED 的陽(yáng)極連接到共同接點(diǎn) ，而每個(gè) LED 的陰極分 別為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 及 dp（小數(shù)點(diǎn)）；共陰極則是把所有 LED 的陰極連接到共同接點(diǎn) ，而每個(gè) LED 的陽(yáng)極分別為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 及 dp（小數(shù)點(diǎn)），如下圖所示。圖中的 8 個(gè) LED 分別與上面那個(gè)圖中的 A~DP 各段相對(duì)應(yīng)，通過(guò)控制各個(gè) LED 的亮滅來(lái)顯示數(shù)字。實(shí)際的數(shù)碼管的引腳是怎樣排列對(duì)于單個(gè)數(shù)碼管來(lái)說(shuō)，從它的正面看進(jìn)去，左下角那個(gè)腳為 1 腳，以逆時(shí)針?lè)较蛞来螢?1~10 腳，左上角那個(gè)腳便是 10 腳了，上面兩個(gè)圖中的數(shù)字分別與這 10 個(gè)管腳一一對(duì)應(yīng)。注意， 3 腳和8 腳是連通的，這兩個(gè)都是公共腳。還有一種比 較常用的是四位數(shù)碼管，內(nèi)部的 4 個(gè)數(shù)碼管共用 a~dp 這 8 根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因?yàn)槔锩嬗?4 個(gè)數(shù)碼管，所以它有 4 個(gè)公共端，加上 a~dp，共有 12 個(gè)引腳 。 溫度采集模塊設(shè)計(jì) 8 本設(shè)計(jì)的測(cè)溫元件采用 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，該產(chǎn)品采用美國(guó) DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。使用DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，可以感測(cè)周?chē)h(huán)境溫度變化，并將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)周?chē)h(huán)境 實(shí)時(shí)溫度的監(jiān)測(cè)。 DS18B20 介紹 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)提供 9 位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。信息經(jīng)過(guò)單線接口送入 DS18B20 或從 DS18B20 送出，因此從中央處理器到 DS18B20 僅需連接一條線（和地）。讀、寫(xiě)和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，而不 需要外部電源。 DS18B20 具有獨(dú)特的單線接口，只需 1 個(gè)接口引腳即可通信；多點(diǎn)能力使分布式溫度檢測(cè)應(yīng)用得以簡(jiǎn)化；不需要外部元件；可用數(shù)據(jù)線供電，不需備份電源；測(cè)量范圍從 55℃ 至 +125℃ ，增量值為 ℃ 。等效的華氏溫度范圍是 67176。F 至 257176。F；以 9位數(shù)字方式讀出溫度；在 1 秒（典型值）內(nèi)把溫度變換為數(shù)字；用戶可定義的，非易失性的溫度告警設(shè)置；告誡搜索命令識(shí)別和尋址溫度在編定的極限之外的器件（溫度告警情況）；應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)類(lèi)產(chǎn) 品，溫度計(jì)或任何熱敏系統(tǒng)。 圖 DS18B20 封裝 圖 DS18B20 引腳圖 3.. DS18B20 的使用方法 DS18B20 的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。 DS18B20 共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是： ROM 只讀存儲(chǔ)器，用于存放 DS18B20ID 編碼，其前 8 位是單線系列編碼（ DS18B20 的編碼是 19H），后面 48位是芯片唯一的序列號(hào)，最后 8 位是以上 56 的位的 CRC 碼（冗余校驗(yàn)）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶更改。 DS18B20 共 64 位 ROM。 RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算 9 和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失， DS18B20 共 9 個(gè)字節(jié) RAM，每個(gè)字節(jié)為 8 位。第 2 個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 4 個(gè)字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。在上電復(fù)位時(shí) 其值將被刷新。第 5 個(gè)字節(jié)則是用戶第 3 個(gè)EEPROM 的鏡像。第 8 個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。第 9 個(gè)字節(jié)為前 8 個(gè)字節(jié)的 CRC 碼。 EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)， DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在鏡像，以方便用戶操作。在每一次讀溫度之前都必須進(jìn)行復(fù)雜的且精準(zhǔn)時(shí)序的處理，因?yàn)?DS18B20的硬件簡(jiǎn)單結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致軟件的巨大開(kāi)消，也是盡力減少有形資產(chǎn)轉(zhuǎn)化為無(wú)形資產(chǎn)的投入， 是一種較好的節(jié)約之道。 氣體采集模塊設(shè)計(jì) 氣體采集模塊是能夠檢測(cè)環(huán)境中的煙霧等氣體的濃度，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送至主控芯片，其最基本組成部分應(yīng)包括：氣體信號(hào)采集電路、模擬放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路。氣體信號(hào)采集電路一般由氣體傳感器和模擬放大電路組成，將煙霧等氣體信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從煙霧檢測(cè)電路送出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī) [6] [7]。 MQ2 傳感器介紹 本設(shè)計(jì)中采用的 MQ2 型半導(dǎo)體可燃?xì)怏w 敏感元件 煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是氣 電變換器 ，它將可燃性氣體在空氣中的含量 (即濃度 )轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號(hào)，通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報(bào)警控制等工作。 MQ2 型半導(dǎo)體可燃?xì)怏w 敏感元件 煙霧傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)格便宜，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低等優(yōu)點(diǎn)。因此，本設(shè)計(jì)采用 MQ2 氣體傳感器作為報(bào)警器煙霧信息采集部分的核心。 MQ2 型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料，屬于表面離子式 N 型半導(dǎo)體。當(dāng)處于 200~300176。C 溫度時(shí)，二氧化錫吸附空氣中的 氧，形成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當(dāng)與煙霧接觸時(shí)，如果晶粒間界處的勢(shì)壘受到該煙霧的調(diào)制而變化，就會(huì)引起表面電導(dǎo)率的變化。利用這一點(diǎn)就可以獲得這種煙霧存在的信息。 10 遇到可燃煙霧（如 CH4 等）時(shí)，原來(lái)吸附的氧脫附