【正文】 奪回了大部分國內(nèi)市場，使得現(xiàn)在大多國外產(chǎn)品只有招架之功，這是典型的自力更生，走自己的路 。當然目前而言，我們基本占據(jù)的是國內(nèi)市場，對外還剛啟動。中國企業(yè)正虎視眈眈，準備進軍海外市場。 現(xiàn)狀及特點 消防報警產(chǎn)品是一個系列產(chǎn)品，包括火災探測設備、信息傳輸設備、報警分析控制器、消防控制聯(lián)動。是物理傳感技術、自動控制、計算機技術、數(shù)據(jù)傳輸和管理、智能樓宇等技術的綜合集成，屬于高新技術。依托中國多年的基本建設的發(fā)展，這個行業(yè)也得到發(fā)展，具備了和國外知名企業(yè)抗衡的能力。在目前中國許多冠名以高新技術的行業(yè)中，中國企業(yè)大多做的是下游的制造和服務，分取極少一部分的利潤，象消防報警產(chǎn)品那樣又擁有自我知識產(chǎn) 權，又擁有大量市場的行業(yè)其實是很少的。 在消防報警產(chǎn)品的技術含量上，國內(nèi)產(chǎn)品和國外產(chǎn)品差距不是很大，許多指標已經(jīng)超越，存在的問題是：類似于國外消防報警產(chǎn)品的大批量規(guī)?；纳a(chǎn)才剛起步，有待于積累經(jīng)驗和技術；也因此在產(chǎn)品一致性和長期穩(wěn)定性上有一些差距；國內(nèi)正在形成權重的大型企業(yè)和集團，這樣可以帶領國內(nèi)的各家企業(yè)去沖擊海外市場，并最終占領海外的消防報警市場。 3 2 設計要求及方案 設計目的與基本要求 目的是設計一個由單片機控制的火災自動報警系統(tǒng)，采用溫度傳感器和煙霧傳感器，對溫度及煙霧的情況進行實時監(jiān)測，能對 周圍環(huán)境的溫度及煙霧的突變進行報警。通過這個設計提高自己對單片機的使用能力，了解和掌握溫度傳感器和煙霧傳感器的使用，鞏固自己在大學所學知識，增強自己的實際操作能力。 要求所設計的火災自動報警系統(tǒng)能夠?qū)囟群蜔熿F進行實時監(jiān)測，出現(xiàn)異常狀況能夠進行報警，起到早期發(fā)現(xiàn)火災和通報火災的作用。 主要應用方向與設計構(gòu)思 本設計主要用于居民住宅區(qū)、機房、辦公室等小型防火單位，是為人們提供的一種簡單的、廉價實用的火災自動報警裝置。 本火災自動報警系統(tǒng)應由觸發(fā)器件、警報裝置、顯示裝置以及數(shù)據(jù)處理等裝置組成。觸發(fā)器件包括 自動或者手動產(chǎn)生報警信號的器件，如 DS18B20 溫度傳感器， MQ2氣體傳感器，手動報警按鈕。警報裝置包括聲音報警裝置（蜂鳴器）和光報警裝置（ LED燈）。顯示裝置是 CAI3461BH 數(shù)碼管 模塊，能夠?qū)崟r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 單片機作為主控芯片進行數(shù)據(jù)處理和各項操作。其中 MQ2 氣體傳感器需要配置放大電路和 A/D 轉(zhuǎn)換模塊對其信號進行處理，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 本火災自動報警系統(tǒng)中，以 AT89S51 單片機為主控核心，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，可以直接發(fā)送至單片機進行處理。 MQ2 氣體傳感器輸出的信號一般比較微弱，需要經(jīng)過前置電路對其進行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足單片機對輸入信號的要求。 MQ2 半導體煙霧傳感器屬于電阻型，因此只需串聯(lián)一個參考電阻，再經(jīng)過一個放大電路即可發(fā)送給 ADC0804 采集，信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換模塊后傳送進入單片機進行 4 處理。 單片機內(nèi)部程序中預先設定報警臨界 值，包括溫度過高報警和氣體濃度過高報警。單片機正常工作后，判斷所接收到的數(shù)據(jù)是否達到報警臨界值，如果到達報警值單片機控制蜂鳴器和 LED 燈進行報警，如果沒有達到報警值單片機繼續(xù)接收并處理新數(shù)據(jù)。如果單片機接收到報警按鍵信號，直接報警。單片機實時向 CAI3461BH 數(shù)碼管 顯示模塊輸出顯示信號，液晶顯示模塊顯示周圍環(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 控制器模塊設計 在自動火災報警系統(tǒng)的設計中，單片機是其核心部件。單片機一 方面要接收來自傳感器送來的感應信號和故障檢測信號，另一方面要對不同信號分別進行處理，控制后續(xù)電路的相應工作，同時還要查詢是否有按鍵按下的請求。如今市面上比較普遍的單片機主要是 89S51 系列。 89S51 單片機應用普遍，工具多，易上手，片源廣，價格低，編程靈活，控制簡單，很適合我們所要制作的火災自動報警系統(tǒng)。 AT89S51 單片機 AT89S51 單片機是低功耗的、具有 4KB 在線 可 編程 Flash 存儲器的單片機。它與通用 80C51 系列單片機的指令系統(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 儲器編程。他將通用 CPU和在線可編程 Flash集成在一個芯片上，形成了功能強大、使用靈活和具有較高性能性價比的微控制器 [4]。 按鍵報警 DS18B20 MO2 LM324 ADC0804 AT89S51 單片 機 CAI3461BH 蜂鳴器 LED 燈 5 圖 AT89S51 引腳圖 AT89S51 具有如下特性：片內(nèi)程序存儲器含有 4KB 的 Flash 存儲器，允許在線編程，擦寫周期可達 1000 次；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器內(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 16 位 I/O 線；中斷系統(tǒng)具有 6 個中斷源、 5 個終端矢量、 2個中斷優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)；串行口是一個全雙工的串行通信口；具有兩個數(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)看門狗定時器；靈活的在線片內(nèi)編程模式（字節(jié)和頁編程模式）；具有斷電標志模式 POF。 89S51 相對于 89C51 增加的新功能包括：新增加很多功能，性能有了較大提升，價格基本不變，甚至比 89C51 更低； ISP 在線編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離，是一個強大易用的功能；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 S51 具有更高工作頻率，從而具有了更快的計算速度；具有雙工 UART 串行通道；內(nèi)部集成看門狗計時器，不再需要像 89C51 那樣外接看門狗計時器單元電路；雙數(shù)據(jù)指示器；電源關閉標識；全新的加密算法，這使得對于 89S51 的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加強，這樣就可以有效的保護知識產(chǎn)權不被侵犯。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，也就是說所有教科書、網(wǎng)絡教程上的程序（不論教科書上采用的單片機是 8051 還是 89C51 還 6 是 MCS51 等等），在 89S51 上一樣可以照常運行，這就是所謂的向下兼容。 顯示模塊設計 本火災自動報警系統(tǒng)需要實現(xiàn)對周圍環(huán)境溫度和氣體的實時監(jiān)測，故需要顯示模塊來顯示周圍環(huán)境的溫度和氣體變量。采用 SMC1602A 液晶顯示模塊可以實時清楚的顯示周圍環(huán)境變量，該液晶顯示模塊能夠同時顯示 16x02 即 32 個字符，也就是 16列 2 行，便于獨立顯示溫度和氣體變量。 CAI3461BH 數(shù)碼管介紹 其主要技術參數(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)碼管使用注意事項說明： （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；焊接時間：５Ｓ （３）表面有保護膜的產(chǎn)品 ,可以在使用前撕下來。這類數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陽極就是把所有 LED 的陽極連接到共同接點 ，而每個 LED 的陰極分 別為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 及 dp（小數(shù)點）；共陰極則是把所有 LED 的陰極連接到共同接點 ，而每個 LED 的陽極分別為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 及 dp（小數(shù)點），如下圖所示。圖中的 8 個 LED 分別與上面那個圖中的 A~DP 各段相對應，通過控制各個 LED 的亮滅來顯示數(shù)字。實際的數(shù)碼管的引腳是怎樣排列對于單個數(shù)碼管來說，從它的正面看進去，左下角那個腳為 1 腳，以逆時針方向依次為 1~10 腳，左上角那個腳便是 10 腳了，上面兩個圖中的數(shù)字分別與這 10 個管腳一一對應。注意， 3 腳和8 腳是連通的，這兩個都是公共腳。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，因為里面有 4 個數(shù)碼管，所以它有 4 個公共端，加上 a~dp，共有 12 個引腳 。 溫度采集模塊設計 8 本設計的測溫元件采用 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，該產(chǎn)品采用美國 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備數(shù)字測溫和控制領域。使用DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，可以感測周圍環(huán)境溫度變化，并將數(shù)據(jù)傳送給單片機進行處理，實現(xiàn)周圍環(huán)境 實時溫度的監(jiān)測。 DS18B20 介紹 DS18B20 數(shù)字溫度計提供 9 位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。信息經(jīng)過單線接口送入 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 具有獨特的單線接口，只需 1 個接口引腳即可通信；多點能力使分布式溫度檢測應用得以簡化；不需要外部元件；可用數(shù)據(jù)線供電，不需備份電源；測量范圍從 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置；告誡搜索命令識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件（溫度告警情況）；應用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費類產(chǎn) 品，溫度計或任何熱敏系統(tǒng)。 圖 DS18B20 封裝 圖 DS18B20 引腳圖 3.. DS18B20 的使用方法 DS18B20 的溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。 DS18B20 共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是： ROM 只讀存儲器，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，最后 8 位是以上 56 的位的 CRC 碼（冗余校驗）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設置不由用戶更改。 DS18B20 共 64 位 ROM。 RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算 9 和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失， DS18B20 共 9 個字節(jié) RAM，每個字節(jié)為 8 位。第 2 個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 4 個字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上電復位時 其值將被刷新。第 5 個字節(jié)則是用戶第 3 個EEPROM 的鏡像。第 8 個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第 9 個字節(jié)為前 8 個字節(jié)的 CRC 碼。 EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(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行復雜的且精準時序的處理，因為 DS18B20的硬件簡單結(jié)果就會導致軟件的巨大開消，也是盡力減少有形資產(chǎn)轉(zhuǎn)化為無形資產(chǎn)的投入， 是一種較好的節(jié)約之道。 氣體采集模塊設計 氣體采集模塊是能夠檢測環(huán)境中的煙霧等氣體的濃度，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送至主控芯片，其最基本組成部分應包括：氣體信號采集電路、模擬放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機控制電路。氣體信號采集電路一般由氣體傳感器和模擬放大電路組成，將煙霧等氣體信號轉(zhuǎn)化為模擬的電信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從煙霧檢測電路送出的模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機可識別的數(shù)字信號后送入單片機 [6] [7]。 MQ2 傳感器介紹 本設計中采用的 MQ2 型半導體可燃氣體 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，通過 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，進而由單片機完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報警控制等工作。 MQ2 型半導體可燃氣體 敏感元件 煙霧傳感器具有靈敏度高、響應快、抗干擾性好、使用方便、價格便宜，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護成本較低等優(yōu)點。因此，本設計采用 MQ2 氣體傳感器作為報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體氣敏材料，屬于表面離子式 N 型半導體。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，就會引起表面電導率的變化。利用這一點就可以獲得這種煙霧存在的信息。 10 遇到可燃煙霧（如 CH4 等）時，原來吸附的氧脫附