【正文】 （ 煙霧和溫度同時出現(xiàn)異常 ） 時，能立即發(fā)出語音、光火災(zāi)警報 [9] 。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障時，能發(fā)出故障報警信號。 單片機是此報警系統(tǒng)的核心，其原理是通過現(xiàn)場的傳感器（煙感和溫感）將非電信 號變成電信號，再通過信號調(diào)理電路進行調(diào)理（放大、濾波等），使之滿足 A/D 轉(zhuǎn)換器的要求，最后 A/D 轉(zhuǎn)換器在將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號 ，在由單片機判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。且在這個頻率范圍內(nèi)，日常雜音很少，所以，可以在很大程度上避免環(huán)境對探測器的干擾。所以，針對這兩種氣體進行監(jiān)測將會在很大程度上反映出環(huán)境中有燃燒現(xiàn)象發(fā)生，而且早期報警的效果比感煙探測器好。 火災(zāi)發(fā)生的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物主要成分 為 H2O、 一氧化碳 CO、二氧化碳 CO碳氫化合物（ CxHy）。 可燃氣體通常是指城市煤氣、石油液化氣、汽油蒸汽、酒精蒸汽、天然氣以及煤礦瓦斯等易燃易爆、有毒有害的氣體?；馂?zāi)火焰在發(fā)展的過程中其形狀有一個不斷變化和持續(xù)的過程，而普通火焰，如打火機點火、蠟燭燃燒、煤氣火焰等，以及高溫發(fā)光源，如白熾燈、電爐等，則沒有這個 變化過程。另外，在產(chǎn)生火光之前就 有大量煙霧產(chǎn)生的場合，不宜單獨采用紫外火四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 焰探測器，必須與其它感煙探測器聯(lián)合使用。由于光輻射的傳播速度快 （ 83 10m /s ） ，且火焰探測器的傳感器件接收光輻射的響應(yīng)時間極短 （ ms 數(shù)量級 ） ，因而火焰探測器響應(yīng)速度也極快。差定溫復(fù)合火災(zāi)探測器是兼有差溫、定溫兩種功能的感溫火災(zāi)探測器。 由于可采用敏感元件繁多，如熱敏電阻、熱電偶、雙金屬片、易熔金屬、膜盒式半導(dǎo)體元件等，故而感溫式火災(zāi)探測器的種類也頗多。 圖 21 火災(zāi)煙霧和溫度變化曲線圖 煙霧信號 溫度信號 火災(zāi)產(chǎn)物 不可見煙 可見煙 火焰 高溫 早期 陰火 起火 溫度 熄滅 時間 何凡：基于單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計 4 火災(zāi)報警器的類型 （ 1） 感煙火災(zāi)探測 感煙式火災(zāi)探測器具有早期報警的效果，是目前使用最為廣泛的一種探測器?；鹇訉?dǎo)致了火勢的擴大，形成了火災(zāi)根據(jù)火災(zāi)發(fā)生的場所不同，一般將火災(zāi)分成建筑火災(zāi)，森林火災(zāi)；根據(jù)燃燒空間的不同可分為受 限空間火災(zāi)和開放空間火災(zāi)。當(dāng)可燃物是液 體和固體時，因為它們難與空氣均勻混合，所以它們?nèi)紵幕具^程是當(dāng)外部提供一定的能量時，液體或固體先蒸發(fā)成蒸汽或分解出可燃氣體 （ 如 CO、 H2 等 ） ，同時還形成一些氣溶膠。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，并顯示出火災(zāi)的位 置?；馂?zāi)檢測模塊由溫度檢測和煙霧檢測構(gòu)成，其溫度傳感器選用 AD590，氣體傳感器選用 TGS202。一旦發(fā)生火災(zāi)，將對人的生命和財產(chǎn)造成極大的危害 [5]。其中，歐美地區(qū)發(fā)生的火災(zāi)較多，死亡人數(shù)卻相對較少，這與歐美發(fā)達國家的生活水平以及消防技術(shù)和設(shè)施有關(guān) ； 相比較而言，亞洲地區(qū)發(fā)生火災(zāi)次數(shù)較少，但死亡人數(shù)較多，這與亞洲經(jīng)濟發(fā)展程度不高、消防設(shè)施不完善等因素有關(guān)?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)的智能性主要體現(xiàn)在火災(zāi)判決和統(tǒng)籌管理方面，一般分為分散式、集中式和分布式，分散式系統(tǒng)由非智能型控制器若干智能型探測節(jié)點組成，由探測節(jié)點完成火災(zāi)狀態(tài)的判斷 。 19 世紀(jì) 40 年代美國誕生的火災(zāi)報警裝置標(biāo)志著火災(zāi)自動報警系統(tǒng)首次進入人們的視野 [2]?；馂?zāi)的發(fā)生的隨機性，是說人們無法事前準(zhǔn)確預(yù)測何地、何時、何物將發(fā)生火災(zāi)，以及火災(zāi)現(xiàn)場規(guī)模大小、火勢呈現(xiàn)方式。從燃燒的角度看，火災(zāi)的實質(zhì)是燃燒，是一種自然現(xiàn)象，但絕大多數(shù)火災(zāi)同人的因素有關(guān)，是社會現(xiàn)象。 AD590。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 基于單片機火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 生 ： 何凡 學(xué) 號 ： 10021010404 專 業(yè) ： 自 動 化 班 級 ： 指導(dǎo)教師 ： 范 燾 四川理工學(xué)院自動化與電子信息學(xué)院 二 O 一 四 年 六 月 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） I 摘 要 本文設(shè)計了一種以單片機為基礎(chǔ)，同時集成了 語音芯片 ISD14 A/D 轉(zhuǎn)換器 、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) ， 火災(zāi)探測器通過對火 災(zāi) 發(fā)出的物理 、 化學(xué)現(xiàn)象 ——燃燒氣 體、煙霧粒子、溫度的探測，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，火災(zāi)報警器再發(fā)出報警信號。 ISD1420?；馂?zāi)的發(fā)生過程是復(fù)雜的，常常表現(xiàn)出普遍性、隨機性、必然性和相似性。這種特性告誡人們要時時刻刻預(yù)防火災(zāi)，不可麻痹懈怠 [1]。 1890 年 在英國，感溫式火災(zāi)探測器研制成功并 應(yīng)用于火災(zāi)探測系統(tǒng)，標(biāo)志著火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的發(fā)展走上正軌 [3]。集中式系統(tǒng)由智能型控制器和若干非智能探測節(jié)點構(gòu)成，探測節(jié)點僅將火災(zāi)參量 傳送給控制器，由控制器智能地判斷火災(zāi)狀態(tài)；分布式系統(tǒng)的控制器和探測節(jié)點均為智能型，也是今后火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的發(fā)展方向[4]。據(jù)統(tǒng)計，我國 70 年代火災(zāi)年平均損失不到 億元， 80 年代火災(zāi)年平均損失接近 億元。 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)能迅速監(jiān)測火情，可發(fā)現(xiàn)人們不易發(fā)覺的火災(zāi)早期特征，可將 火災(zāi)帶來的生命財產(chǎn)損失降到最低限度。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊選用常用ADC0809。這是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉、智能化的煙霧傳感器，具有一定實用價值。這些氣相形式的可燃物與空氣混合，在較強火源作用下產(chǎn)生預(yù)混燃燒。 典型的受限空間固體物質(zhì)火災(zāi)點火源的發(fā)展都要經(jīng)歷四個階段 :早期、陰燃、火焰和放熱。感煙火災(zāi)探測器可分為離子型、光電型、電容式和半導(dǎo)體型等幾種。根據(jù)感熱效果和結(jié)構(gòu)型式，可將它們分為定溫火災(zāi)探測器、差溫火災(zāi)探測器和差定溫復(fù)合火災(zāi)探測器。 （ 3） 感光火災(zāi)探測器 感光火災(zāi)探測器又稱為火焰探測器，僅適用于有焰燃燒，只能在起火階段進行探測，不適合于火災(zāi)早期探測。它對于環(huán)境中氣流速度也沒什么限制，這類探測器適用于生產(chǎn)、儲存和運輸高度易燃物質(zhì)（特別是可燃液體火災(zāi)或爆炸品）的危險性場所以及昂貴設(shè)備或關(guān)鍵設(shè)施對火情有特殊監(jiān)測需要的地方。一般紫外火焰探測器同快速滅火系統(tǒng)和抑爆系統(tǒng)聯(lián)動 [8]，組成快速自動報警滅火系統(tǒng)和自動報警抑爆系統(tǒng)。這樣就形成了火災(zāi)識別和探測算法的重要基礎(chǔ)。這些氣體主要含有烷類、烴類、烯類、醇類、氫以及一氧化碳等成分。一般情況下， CO 和 CO2 在空氣中的含量極低。 （ 6） 燃燒聲音火災(zāi)探測 聲音火災(zāi)探測器利用燃燒所特有的次聲波現(xiàn)象制成的聲音傳感器。 技術(shù)實現(xiàn)的方法 火災(zāi)報警系統(tǒng)是由火災(zāi)探測部分和報警部分組成。如果發(fā)生火災(zāi)，就以聲光進行報警。 （ 3） 異常報警功能。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。 Y 開始 初始化 溫度煙霧信號采集 報警判斷 正常 火災(zāi)報警 N 何凡：基于單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計 8 為了降低誤報率，系統(tǒng)采用多次采集、多次判斷的方法。由于 AD590 精度高、價格低、不需要輔助電源、線性好，常用于測溫和熱電偶冷端補償 [10]。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 ， 所以在 AD590 的負極接出一個 1kΩ 的電阻 R 和一個 100Ω 的可調(diào)電阻 W， 將電流量變?yōu)殡妷毫克腿階DC0809。 （ 3） 供電電壓范圍 +4V 到 +30V。 TGS202 氣體傳感器 火災(zāi)中氣體煙霧主要是 CO2 和 CO。 圖 32 TGS202 應(yīng)用電路圖 VA V1 V2 R 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 ISD420 語音芯片 圖 33 ISD1420 引腳 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。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。 話筒參考（ MIC REF）：此端是前置放大器的反向輸入。 模擬輸入（ ANA IN） ： 此端即芯片錄音的輸入信號。錄音時 ， 它們都呈高阻態(tài) 。 地址（ A0~A7）：地址端有兩個作用，取決于最高（ MSB）兩位 A A6 的狀態(tài)。 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 80C51 芯片 圖 34 80C51 芯片的引腳圖 下面按引腳功能分為 4 個部分敘述個引腳的功能。 XTAL2（ 18 腳）：接外部晶體的另一端。 （ 3）控制信號或與其它 電源復(fù)用引腳 控制信號或與其它電源復(fù)用引腳有 RST/VPD、 ALE/P、 PSEN 和 EA/VPP 等 4種形式。 ALE/P（ 30 腳）：當(dāng)訪問外部存儲器時， ALE（允 許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在 P0 口的低 PSEN（ 29 腳 ）： 片外程序存儲器讀選通輸出端 ， 低電平有效。當(dāng) EA 端保持高電平時，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器 4KB（ MS—52 子系列為 8KB）。 （ 4）輸入 /輸出（ I/O）引腳 P0 口、 P1 口、 P2 口及 P3 口 P0 口（ 39 腳～ 22 腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P0 口。對于片內(nèi)含有 EPROM 的單片機，當(dāng) EPROM 編程時，從 P0 口輸入指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗程序時，則輸 出指令字節(jié)。 P2 口（ 21 腳～ 28 腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P2 口，一般可作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向 I/O 接口，也可以將每 1 位用于第 2 功能，而且 P3 口的每一條引腳均可獨立定義為第 1 功能的輸入輸出或第 2 功能。完成 A/D 轉(zhuǎn)換的器件即為 A/D 轉(zhuǎn)換器。 目前有很多類型的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，它們在轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度、分辨率以及使用價值上都各具特色，綜合全部因素設(shè)計決定采用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS 工藝 8 通道， 8 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809。 圖 35 ADC0809 引腳 圖 ADC0809 的引腳功能： D7D0： 8 位數(shù)字量輸出引腳。 REF（ +）：參考電壓正端 。 EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出。 ADC0809主要性能指標(biāo)： （ 1）分辨率為 8位。 （ 5）可鎖存三態(tài)輸出，輸出電平與 TTL電平兼容。 ICM7218 的輸出可直接驅(qū)動 LED 顯示器 ， 不需外接驅(qū)動電路 ， 工作電壓為 +5V， 其構(gòu)成的顯示電路結(jié)構(gòu)簡單 ， 使用方便。 何凡：基于單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計 18 單片機外圍 接口電 晶振電路 晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)在串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，晶振電路為單片機工作提供時鐘信號，這個信號就是單片機的工作速度，芯片中有一 個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反向放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。本文使用的石英晶體，電容的容值設(shè)定為 30PF。 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)人為按下按鈕時，則 VCC 的 +5V 電平就會直接加到 REST 端，系統(tǒng)復(fù)位。 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 36 80C51 晶振和復(fù)位電路原理圖 信號處理 電路 傳感器輸出信號一般比較微弱，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。 LM324 是單片機高增益四運算放大器，可在較寬電壓范圍的單電源或雙電源下工作，其電源電流很小且與電源電壓無關(guān)，四個運放一致性好；其輸入流電阻式文檔補償?shù)?，也不需要外接頻率補償，可做到輸出電平與數(shù)字電路的兼容。 同相 比例運算電路有 以下幾個特點： （ 1）同相比例運算放大電路時一個深度的電壓串聯(lián)負反饋電路。 （ 3）由于引入了深度電壓串聯(lián)負反饋，因此電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。所以調(diào)節(jié)滑動變阻器，就可以直接改變放大電路的參考電壓。當(dāng) =0 時，與寫信號WR 共同選通 ADC0809。由于ADC0809 片內(nèi)無時鐘，故利用 8051 提供的地址鎖存使信號 ALE 經(jīng) D 觸發(fā)器二分頻獲得時鐘。 何凡：基于單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計 24 狀態(tài)指示燈電路 圖 310 狀態(tài)指示燈 AD 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號傳輸給 P0 口，讀取 P0 口的內(nèi)容跟設(shè)定的值進行判定，如果大于設(shè)定值， 、 輸出高電平， 輸出低電平，控制黃色發(fā)光二級管的發(fā)光，說明發(fā)生火災(zāi)。在本系統(tǒng)中，對 LED 進行的是動態(tài)掃描，除了給顯示器提供段的輸入之外，還要對顯示器進行位控制。 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 311 數(shù)碼管顯示電路 何凡：基