【正文】 穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的煙霧報(bào)警器。 確定論文的架構(gòu) 煙霧報(bào)警器控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 煙霧報(bào)警器控制系統(tǒng)軟件編程設(shè)計(jì) 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ，完成設(shè)計(jì)（論文）初稿 提交中期檢查表 根據(jù)指導(dǎo)教師修改意見進(jìn)行修改，并最終定稿完成情況：到現(xiàn)在為止，我通過查找資料和指導(dǎo)老師的指導(dǎo)完成了以上部分內(nèi)容，使我對(duì)煙霧報(bào)警器控制系統(tǒng)有了更為深刻的了解，通過軟、硬件的設(shè)計(jì)和整體調(diào)試，使我積累了更豐富的經(jīng)驗(yàn)。2．內(nèi)容：對(duì)煙霧報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行整體功能分析，實(shí)現(xiàn)硬件和軟件設(shè)計(jì)，對(duì)所選芯片做簡(jiǎn)單介紹，分模塊實(shí)現(xiàn)各部分功能。目前國(guó)內(nèi)廠家多偏重用于大型倉(cāng)庫(kù)、商場(chǎng)、高級(jí)寫字樓、賓館等場(chǎng)所大型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的研發(fā)，他們采用集中區(qū)域報(bào)警控制方式，其系統(tǒng)復(fù)雜、成本較高。本系統(tǒng)是一個(gè)由單片機(jī)控制的火災(zāi)煙霧濃度、溫度檢測(cè)系統(tǒng)，它將傳感器輸出地電壓信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換、濾波、線性化，由單片機(jī)將電壓值轉(zhuǎn)換為氣體濃度和溫度送 LED 顯示，并判斷是否超過報(bào)警上限，若超過，則發(fā)出聲光報(bào)警。在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一。人類能夠?qū)疬M(jìn)行利用和控制，是文明進(jìn)步的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)用戶可以自己設(shè)定報(bào)警上限和定時(shí)時(shí)間，使用戶可以根據(jù)實(shí)際情況方便的掌握安全狀況。而在居民住宅區(qū)、機(jī)房、辦公室等小型防火單位，需要設(shè)置一種單一或區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、廉價(jià)實(shí)用的火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)報(bào)警裝置，因此，研制一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的語(yǔ)音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)火災(zāi)報(bào)警器是非常必要的。3．研究途徑和方法：通過對(duì)課題的分析，然后進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研，對(duì)現(xiàn)用煙霧報(bào)警器控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行研究，確定論文的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)所需的軟硬件。下一步將要撰寫論文準(zhǔn)備參加答辯。具有一定的實(shí)用價(jià)值。集中報(bào)警是將接收到的信號(hào)以聲光方式顯示出來，其屏幕上也具體顯示出著火的樓層和房間號(hào)，機(jī)上停走的時(shí)鐘記錄下首次報(bào)警時(shí)間性，利用本機(jī)專用電話，還可迅速發(fā)出指示和向消防隊(duì)報(bào)警。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。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)。為使報(bào)警裝置更加完善，可以在聲音報(bào)警基礎(chǔ)上，加入光閃報(bào)警，變化的光信號(hào)可以引起用戶注意，彌補(bǔ)嘈雜環(huán)境中聲音報(bào)警的局限。單片機(jī)作為硬件電路的核心，它的選型將在第三章詳述。 煙霧傳感器介紹(1)煙霧傳感器的分類 煙霧傳感器種類繁多，從檢測(cè)原理上可以分為三大類： (a)利用物理化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如半導(dǎo)體煙霧傳感器、接觸燃燒煙霧傳感器等。但是，任何一個(gè)完整的煙霧傳感器都必須具備以下條件： (a)能選擇性地檢測(cè)某種單一煙霧，而對(duì)共存的其它煙霧不響應(yīng)或低響應(yīng)； (b)對(duì)被測(cè)煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測(cè)允許范圍內(nèi)的煙霧濃度；(c)對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好；(d)長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性好； (e)使用壽命長(zhǎng)； (f)制造成本低，使用與維護(hù)方便 [2]。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度的恢復(fù)的可能，但是如果長(zhǎng)期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會(huì)不斷下降，導(dǎo)致傳感器最終喪失檢測(cè)煙霧的能力。一般連續(xù)使用兩個(gè)月后應(yīng)對(duì)傳感器進(jìn)行量程校準(zhǔn)，這種經(jīng)常性對(duì)傳感器的維護(hù)，無形中加大了工作人員的工作量，同時(shí)增加了報(bào)警器的維護(hù)成本 [3]。因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體煙霧傳感器作為報(bào)警器煙霧信息采集部分的核心。另外由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)越快，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間就越快。 煙霧檢測(cè)報(bào)警器的結(jié)構(gòu) 為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場(chǎng)所對(duì)可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計(jì)的可燃性煙霧報(bào)警器不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應(yīng)具有顯示可燃煙霧濃度、故障自檢、延時(shí)報(bào)警功能及可接計(jì)算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)測(cè)和實(shí)時(shí)控制等功能。系統(tǒng)應(yīng)采用高性能的單片機(jī)，要求工作穩(wěn)定、測(cè)量精度高、通用性強(qiáng)、功耗低，保證報(bào)警器的精確性及可靠性，而且最好體積小，成本低有利于減少報(bào)警器的體積，降低報(bào)警器的成本。因?yàn)槿藢?duì)變化的信號(hào)更為敏感，所以變化的聲音及燈光更容易引起用戶的注意。 (7)自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置的擴(kuò)展功能 留有繼電器接口，可以帶動(dòng)排風(fēng)扇或大功率蜂鳴器，也可以控制管道電子閥門，可在報(bào)警的同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)安全裝置。并且也要考慮選擇低價(jià)實(shí)用的機(jī)型，并為研制同一系列的低功耗產(chǎn)品做準(zhǔn)備。（3） 2KB 數(shù)據(jù) Flash（EEPROM）。（7） 全雙工異步串行口（UART）。（11）MAX810 專用復(fù)位電路和硬件看門狗 [6]。常見的運(yùn)算放大器中，LM324 價(jià)格低廉、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)比較突出，所以本設(shè)計(jì)中的前置放大電路采用 LM324 作為電路的運(yùn)算放大器。在圖 3 中，根據(jù)運(yùn)放的“虛短”和“虛斷”的特點(diǎn)可知，I = I+ = 0，所以 V = Vo*R3/R3 + R4 +Vref*R4/R3 + R4 (1)而且 V = V+ = ViVo = Vi*（R3 + R4）/R3 (2)所以本放大電路的放大倍數(shù) A =1+ R4/R3 ，此放大電路為同相比例放大電路，它的放大倍數(shù)總是大于或等于 1。如果不接 R3 和 R4，則此電路就成了“電壓跟隨器” ，它可以減少電路模塊間由于阻抗引起的干擾。它利用滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生一個(gè)參考電壓 Vref，再利用電壓跟隨器把電壓輸入到運(yùn)算放大電路的電壓參考端。報(bào)警裝置采用無源壓電式 KM3712x 型蜂鳴器 [7]，較一般的蜂鳴器體積大，聲音響亮，適用于家用煤氣報(bào)警器的報(bào)警聲音源。顯示濃度級(jí)別，其主要技術(shù)參數(shù)如下： 模塊工作電壓： ～ 工作電流： 80m A,每段 10mA字高： 環(huán)境相對(duì)濕度：85％ 視角：6:00 工作溫度：10～+50176。綠燈常亮表示正常狀態(tài)，環(huán)境中可燃煙霧濃度極低。若過一點(diǎn)時(shí)間濃度仍超出報(bào)警限，報(bào)警器會(huì)再次鳴叫提醒用戶。 當(dāng)報(bào)警器自診斷發(fā)現(xiàn)傳感器連接不正常，就會(huì)發(fā)出長(zhǎng)鳴聲音警報(bào)，并伴隨黃燈閃爍，提醒用戶及時(shí)排除傳感器連接問題 [8]。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。目標(biāo)文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)C51 連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ISP 工具的功能主要是將由 PC機(jī)串接來的 8 位并行數(shù)據(jù)與單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)與STC12C5410AD 的 RXD 及 TXD 口通訊。 煙霧檢測(cè)報(bào)警器軟件流程及設(shè)計(jì) 在論文中，軟件解決的主要問題是檢測(cè)煙霧傳感器的煙霧濃度信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波，線性化處理，段式液晶濃度顯示，按鍵功能設(shè)置，以及報(bào)警器聲光警報(bào)。本論文的主程序設(shè)計(jì)先對(duì)傳感器預(yù)熱三分鐘，預(yù)熱同時(shí)，對(duì)傳感器加熱絲故障檢測(cè)，采用軟件方式檢測(cè)傳感器加熱絲或電纜線是否斷線或者接觸不良。Y開始初始化傳感器預(yù)熱、故障檢測(cè)鍵盤處理報(bào)警限設(shè)置報(bào)警子程序平均值法濾波線性化處理設(shè)置指示燈狀態(tài)YN是否按下模式切換A/D 轉(zhuǎn)換N是否超過報(bào)警限濃度顯示圖 9 主程序流程圖 主程序初始化流程圖主程序初始化流程圖如圖 10 所示。方式 1 狀態(tài)下定時(shí)器的工作寄存器 THTL1 是全 16 位參與操作。 如果采用一般的平均值法，則干擾將“平均”到計(jì)算結(jié)果上去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾而引起的煙霧濃度采樣值的偏差。 在實(shí)際應(yīng)用中，N 可取任何值，但為了加快測(cè)量計(jì)算速度，本論文數(shù)字濾波的設(shè)計(jì)中N 取 10。但是標(biāo)定時(shí)輸出曲線往往不是一條理想的直線，所以要對(duì)標(biāo)定曲線進(jìn)行線性化處理，用一條擬合直線近似代替輸出曲線，線性化是智能儀表的典型功能之一。在誤差許可范圍內(nèi)，根據(jù)標(biāo)定曲線形狀，以及單片機(jī)處理能力，把曲線分 成若干小段，對(duì)每小段分別線性化。為防止誤報(bào)，在程序設(shè)計(jì)上，對(duì)煙霧濃度進(jìn)行快速重復(fù)檢測(cè)和延時(shí)報(bào)警，以區(qū)別出是管道中煙霧的泄漏，還是由于暫短打開閥門產(chǎn)生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報(bào)。開始掃描鍵值是否有鍵按下延時(shí) 10ms 消抖是否有鍵按下提取鍵值調(diào)用鍵盤處理子程序結(jié)束NNYYY圖 15 鍵盤處理子程序流程圖5 實(shí)驗(yàn)誤差分析在測(cè)量?jī)x器的實(shí)際使用中，造成誤差的來源很多，通常是多種誤差源綜合作用的結(jié)果。本儀器使用數(shù)據(jù)的計(jì)算全部是由STC12C5410AD 完成的，可以直接執(zhí)行 1616 bit 定點(diǎn)乘法和 32247。運(yùn)放誤差是造成前置放大誤差的主要原因，運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓，輸入失調(diào)電流是影響電路精度的重要因素。本系統(tǒng)選用 ACDC 電源模塊，將 220V 市電轉(zhuǎn)化為 5V 直流電壓，分別給模擬電路和數(shù)字電路供電。但環(huán)境溫度、濕度對(duì)傳感器有一定的影響。結(jié)論煙霧檢測(cè)報(bào)警器可保障生產(chǎn)與生活的安全，避免火災(zāi)和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和安全生產(chǎn)所必備的儀器，具有廣闊的市場(chǎng)空間與發(fā)