【正文】 uter, Intelligent alarm, Sensor, Controller目 錄1 緒論 1 選題的背景及意義 1 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r和現(xiàn)狀 1 火災(zāi)報警系統(tǒng)發(fā)展歷程 1 國內(nèi)外火災(zāi)報警系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 2 火災(zāi)顯示盤控制器軟件設(shè)計的研究內(nèi)容2 火災(zāi)報警系統(tǒng)及其整體方案設(shè)計 4 火災(zāi)發(fā)生時的特點(diǎn) 4 5 本系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 6 本設(shè)計的研究范圍 6 系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu) 7 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu) 83 系統(tǒng)的硬件選擇與設(shè)計 9 主要芯片的選擇 9 單片機(jī)的選擇 9 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇 10 傳感器的選擇 13 13 溫度探測器的選定 14 煙霧傳感器的選擇 16 各電路模塊的設(shè)計 19 19 A/D轉(zhuǎn)換電路 20 煙霧信號調(diào)理電路 22 光報警電路 23 聲報警電路 23 報警器故障自診斷 234 火災(zāi)報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計 24 軟件開發(fā)環(huán)境 24 火災(zāi)報警系統(tǒng)程序設(shè)計 24 24 主程序初始化流程圖 25 25 火災(zāi)判斷與報警程序 26 濾波子程序 275功能仿真驗(yàn)證分析 29 29 Protues仿真原理圖 296 總結(jié)與展望 30 總結(jié) 30 展望 31致 謝 32參考文獻(xiàn) 33附 錄 34
1 緒論 選題的背景及意義火災(zāi)早已成為我國常發(fā)性和破壞性以及影響力最強(qiáng)的災(zāi)害之一。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)，智能報警，傳感器，控制器AbstractThe rapid development and progress of science and technology has brought unprecedented convenience to people39?；诖耍疚膹纳钪械膶?shí)際情況著手，設(shè)計了一種適用于多種公共場所的基于單片機(jī)的火災(zāi)智能報警系統(tǒng)。56
畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書摘 要科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展與進(jìn)步給人們的生活帶來了前所未有的便利，如電力技術(shù)的迅猛發(fā)展與應(yīng)用，合成材料的誕生，新能源的不斷涌現(xiàn)，自動化程度的不斷提高等等，使人們的衣食住行條件得到了極大的改善。該火災(zāi)報警系統(tǒng)是以AT89C51單片機(jī)作為控制中心，接受、處理火災(zāi)探測器輸出的煙霧濃度信號、溫度信號，并進(jìn)行聲光報警。s life,as the rapid development of electric technology and application of posite materials, the constantly emerging of the new energy, the constant improvement of the degree of automation, etc. make people39。隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市高層、地下建筑以及大型綜合性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)發(fā)生的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢。從過往火災(zāi)發(fā)生的原因調(diào)查也表明:1)、人為大意因素造成火災(zāi)發(fā)生更為頻繁，人員傷亡、財產(chǎn)損失也更為重大。這樣的系統(tǒng)能連續(xù)不間斷監(jiān)控可能的火災(zāi)信息，能把火災(zāi)發(fā)生的可能性在早期階段就給予消除或者及時報警，將火災(zāi)導(dǎo)致的財產(chǎn)損失降到最低點(diǎn)，控制人員傷亡到最小的范圍內(nèi)[8]。本設(shè)計中可按照功能分為探測器模塊、控制器模塊和報警模塊三部分，探測器模塊能夠有效識別火災(zāi)信息，減少誤報；主控單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對火災(zāi)情況進(jìn)行實(shí)時、準(zhǔn)確、快速的控制；報警模塊可以完成火災(zāi)報警和顯示相關(guān)信息功能。但是它易受環(huán)境中其他干擾源的影響，靈敏度低，響應(yīng)速度慢，無法判斷陰燃火災(zāi)，也無法滿足智能化火災(zāi)報警系統(tǒng)的要求。它使得布線工作量顯著減少，安裝調(diào)試更加容易，更能精確報警定位。 國內(nèi)外火災(zāi)報警系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的高科技成果不斷被應(yīng)用到火災(zāi)報警系統(tǒng)，特別是近十幾年的發(fā)展，先進(jìn)的智能型火災(zāi)報警系統(tǒng)，依靠其高靈敏度、低誤報率、安裝簡便靈活、便于集中監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)，目前在國外得到了廣泛應(yīng)用。目前，國內(nèi)一些企業(yè)也已經(jīng)瞄準(zhǔn)早期智能報警系統(tǒng)的市場，開始研制一些早期智能報警系統(tǒng)的雛形產(chǎn)品。但是由于國內(nèi)的火災(zāi)報警系統(tǒng)較多的是進(jìn)口產(chǎn)品或是靠引進(jìn)技術(shù)，其系統(tǒng)的靈敏度、對環(huán)境變化的自適應(yīng)能力、探測濃度范圍、以及節(jié)電設(shè)計方面還有待進(jìn)一步研究提高，在應(yīng)用到市場之前還有很多問題需要解決。解析出相應(yīng)的預(yù)存于FLASH電子盤中16點(diǎn)陣漢字庫中的漢字字模，將取出的漢字字模數(shù)據(jù)輸出內(nèi)藏HD61202及其兼容控制驅(qū)動器圖形液晶顯示模塊的大屏幕液晶顯示器LCD（分辨率128*64）中顯示，并可根據(jù)上翻下翻按鍵查詢歷史信息，還可按消音見取消報警聲音?？扇嘉镆詺鈶B(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形態(tài)存在，助燃物通常是空氣中的氧氣。同時，發(fā)出含有紅、紫外線的火焰，散發(fā)出大量的熱量。通過大量的研究表明陰燃是誘發(fā)火災(zāi)的重要原因。起火過程曲線如圖21所示。傳感器
放大電路
A/D轉(zhuǎn)換
單片機(jī)
狀態(tài)指示燈
聲音報警
LCD顯示
按鍵
串口接口
電子盤
溫度傳感器
圖22 智能火災(zāi)報警系統(tǒng)框圖火災(zāi)報警系統(tǒng)，一般由火災(zāi)探測器、聯(lián)動單元和控制器三部分組成。（2）感煙型火災(zāi)報警系統(tǒng)感煙型火災(zāi)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。目前復(fù)合型火災(zāi)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。對于這類火災(zāi)我們只能從根本上采取措施杜絕一切可能產(chǎn)生火災(zāi)的因素，否則后果不堪設(shè)想。它通過不斷的向現(xiàn)場發(fā)射巡檢信號來監(jiān)視現(xiàn)場的溫度、煙霧濃度等，并不斷反饋給報警控制器，控制器將接到的信號與內(nèi)存的正常整定值比較、判斷確定是否有火災(zāi)的發(fā)生。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障時，能發(fā)出故障報警信號。一旦真出現(xiàn)火災(zāi)(煙霧和溫度同時出現(xiàn)異常)時，能立即發(fā)出聲光警報。本設(shè)計一單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心，以傳感器作為其測溫裝置，來實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計。如果大于則啟動報警電路發(fā)出報警聲音和顯示非正常狀態(tài)，反之則為正常狀態(tài)。其主要由煙霧傳感數(shù)據(jù)采集程序、溫度傳感數(shù)據(jù)采集程序、聲光報警程序等三個部分組成，其中，煙霧傳感數(shù)據(jù)采集程序完成對煙霧濃度的采集并進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；溫度采集程序顯示對現(xiàn)場的溫度進(jìn)行采集；系統(tǒng)的工作原理是：先通過傳感器 (包括溫感和煙感)將現(xiàn)場溫度、煙霧等非電信號轉(zhuǎn)化為電信號，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 ,最后由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，單片機(jī)判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。為了降低誤報率，系統(tǒng)采用多次采集、多次判斷的方法。8031片內(nèi)不帶程序存儲器ROM，使用時用戶需外接程序存儲器和一片邏輯電路373，外接的程序存儲器多為EPROM的2764系列。后來很多芯片廠商以各種方式與Intel公司合作，也推出了同類型的單片機(jī)，如同一種單片機(jī)的多個版本一樣，雖都在不斷的改變制造工藝，但內(nèi)核卻一樣，也就是說這類單片機(jī)指令系統(tǒng)完全兼容，絕大多數(shù)管腳也兼容；在使用上基本可以直接互換。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動成果。由于內(nèi)部RAM的存在，可以減少I/O擴(kuò)展芯片、鎖存器及片外RAM等等，使整個設(shè)計顯得簡單明了。AT89C51單片機(jī)應(yīng)用普遍，工具多，易上手，片源廣，價格低，且適合民用、商用，用途更廣泛。40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口。例如，對圖象掃描后，形成象元列陣，把每個象元的亮度（灰階）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字表示，即經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，構(gòu)成數(shù)字圖象。選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的條件：① 轉(zhuǎn)換速率sps：1秒內(nèi)轉(zhuǎn)換多少次，有200Ksps的，1Msps的等；② 分辨率bit：一次轉(zhuǎn)換的帶寬，比如12bit，16bit，8bit等；③ 輸入信號范圍：可轉(zhuǎn)換的最大信號和最小信號范圍；④ 電源電壓：工作電源是多少伏，是否區(qū)分模擬和數(shù)字電源；⑤ 輸出接口：是并行數(shù)據(jù)總線、SPI、還是其它總線等，數(shù)據(jù)輸出速率是多少；⑥ 封裝：是DIP直插的，還是SO貼片的，還是其他封裝的等；⑦ 參考源：參考源是單一參考源，還是多參考源，參考電壓使多少等；⑧ 輸入通道：是單通道轉(zhuǎn)換，還是多通道轉(zhuǎn)換等；⑨ 功耗：功耗也是需要考慮的問題之一。美國Analog Device公司生產(chǎn)的8位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809轉(zhuǎn)換速率高，自帶三態(tài)輸出緩沖電路，可直接與各種典型的8位或16位的微處理器相連而無需附加邏輯接口電路，且能與CMOS及TTL兼容。（2）關(guān)于ADC0809ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。32 ADC0809芯片的引腳圖③. 轉(zhuǎn)換時間為100μs(時鐘為640kHz時)，130μs（時鐘為500kHz時）。⑦. 低功耗，約15mW。D0～D7：8位數(shù)字量輸出端。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。REF（+）、REF（）：基準(zhǔn)電壓。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。當(dāng)OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。①. 定時傳送方式對于一種A/D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 傳感器的選擇火災(zāi)探測器是火災(zāi)報警系統(tǒng)的現(xiàn)場探測部件，它的好壞直接關(guān)系到整個系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，它是整個系統(tǒng)最為重要的部件，是識別火災(zāi)是否發(fā)生的專門儀器?；馂?zāi)探測器根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時所產(chǎn)生的物理現(xiàn)象可以分為：感溫型、感煙型、圖光型、感聲型、氣敏型五大類。其中離子感煙型探測器是利用煙霧對具有放射性性質(zhì)的镅241的影響，從而通過檢測電路檢測其反應(yīng)，并做出響應(yīng)。在火災(zāi)起火燃燒過程中會產(chǎn)生大量的熱量，使周圍的溫度急劇升高?；馂?zāi)燃燒時會產(chǎn)生火焰，并伴隨著發(fā)射出各種輻射光線?？扇?xì)怏w火災(zāi)探測器是對探測的單一或者多種可燃?xì)怏w濃度做出響應(yīng)的探測器。本文僅探討現(xiàn)場溫度與煙霧這兩項(xiàng)與火災(zāi)的發(fā)生相關(guān)的指標(biāo)的檢測，其他與火災(zāi)相關(guān)的因素本文未予探討。它有線型和點(diǎn)型兩種結(jié)構(gòu)。它也有線型和點(diǎn)型兩種結(jié)構(gòu)。差定溫式探測器一般多是膜盒式或熱敏半導(dǎo)體電阻式等點(diǎn)型組合式探測器。ｄ在被測對象溫度隨時間變化的場合，測溫元件的滯后能否適應(yīng)測溫要求。（２）關(guān)于DS18B20DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼 封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等。ｄDS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。ｇ在9位分辨率時最多在 ，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻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。兩種傳感器的比較:離子煙霧報警器對微小的煙霧粒子的感應(yīng)要靈敏一些，對各種煙能均衡響應(yīng)；而前向式光電煙霧報警器對稍大的煙霧粒子的感應(yīng)較靈敏，對灰煙、黑煙響應(yīng)差些。另一類悶燒火災(zāi)發(fā)生后，產(chǎn)生了大量的稍大的煙霧粒子，光電煙霧報警器會比離子煙霧報警器先報警，這類場所建議安裝光電煙霧報警器。它將氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)這些電信號的強(qiáng)弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中的存在情況有關(guān)的信息，從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控、報警；還可以通過接口電路與計算機(jī)組成自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。離子型煙霧探測器是通過相當(dāng)于煙敏電阻的電離室引起的電壓變化來感知煙霧粒子的微電流變化裝置。有效地探測煤氣、液化石油氣、然氣、一氧化碳等多種可燃性氣體的微量泄漏。NIS09C是具有低功耗、普適性的傳感器，適用于高靈敏度煙霧探測器、火災(zāi)報警系統(tǒng)。當(dāng)傳感器加熱絲或電纜線和傳感器斷線和接觸不良時，進(jìn)行故障報警，發(fā)出聲光報警信號。（3）關(guān)于NIS09C在本次設(shè)計中，我們選用NIS09C煙霧傳感器。特性參數(shù)如下表所示：①. 靈敏度特性（）②. 電源電壓特性（25℃60﹪RH）③. 溫濕度特性 溫度特性（溫度60﹪）④. 溫度特性（溫度25℃）源：放射元素是媚241，=（29K——37KBq）。 各電路模塊的設(shè)計（1）晶振電路晶振電路為單片機(jī)80C51工作提供時鐘信號，芯片中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。本設(shè)計中使用石英晶體，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。圖35 AT89C51單片機(jī)的晶振電路圖36 AT89C51單片機(jī)的復(fù)位電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路經(jīng)氣敏傳感器所檢測的電壓信號為模擬信號，無法直接被單片機(jī)所識別，所以在經(jīng)過放大電路后對信號進(jìn)行A/D裝換，將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸入單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換電路采用了常用的8位8通道數(shù)模轉(zhuǎn)換常用芯片ADC0809，煙霧、溫度傳感器的輸出端分別接到ADC0809的IN0和IN1。圖中ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號EOC接到AT89S52的INT1引腳，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖?，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，產(chǎn)生中斷。電路圖如圖37所示。故D觸發(fā)器能實(shí)現(xiàn)對ALE端口的信號二分頻。當(dāng)OE為高電平時，O0~O7呈高阻態(tài)，既不驅(qū)動總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)P20=0時，與寫信號WR共同選通ADC0809。例如，輸出地址F8H可選通通道IN0，實(shí)現(xiàn)對溫度傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換；輸出地址F9H可選通通道IN1，實(shí)現(xiàn)對煙霧傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。一階濾波電路過渡帶較寬，幅頻特性的最大衰減頻率僅為20dB/十倍頻。二階低通濾波電路中。在傳感器的地端串聯(lián)一個電阻R，當(dāng)傳感器正常連接時，電阻和傳感器分壓，此時電阻兩端有微弱的電壓，：如果如果傳感器電源連接不正常，則會