【正文】 動報警系統(tǒng)發(fā)展史上具有里程碑的意義 [3]。 第三階段， 20 世紀 80 年代初期 ，總線型火災報警系統(tǒng)開始興起，在火災報警領域中邁出了一大步，并得到了較普遍的應用。這一階段，火災報警系統(tǒng)簡單，僅靠單一的溫度參量進行火災判斷。 有關資料統(tǒng)計表明：凡是安裝了火災自動報警系統(tǒng)的場所，發(fā)生了火災一股地說都能及早報警，不會釀成重大火災。 Transducer 目 錄 緒論 概述 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 課題研究背景及意義 第２章 火災報警系統(tǒng)整體方案設計 火災產(chǎn)生的原理與過程 系統(tǒng)整體方案設計 ． 1 系統(tǒng)總體功能概述 ． 2 系統(tǒng)硬件總體構架 ． 2 系統(tǒng)軟件總體構架 火災報警系統(tǒng)的類型 火災報警系統(tǒng)的原理 第 3 章 火災報警 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)核心芯片選擇 ． 1 傳感器介紹 ． 2 ISD1420 語音芯片 ． 3 80C51 簡介 ． 4 AD 轉(zhuǎn)換芯片 ． 5 數(shù)碼管顯示電路 單片機外圍接口電路 信號處理電路 數(shù)據(jù)采集電路 報警電路 . 1 語音報警電路 . 2 光報警電路 數(shù)碼管顯示電路 第 4 章 火災報警 系統(tǒng)軟件設計 軟件開發(fā)環(huán)境 火災報警系統(tǒng)程序設計 ． 1 主程序流程圖 ． 2 主程序初始化流程圖 ． 3 數(shù)據(jù)采集 子 程序 ． 4 火災判斷與報警程序 參考文獻 致謝 附錄 1 附錄 2 緒論 概述 無線火災傳感器硬件和軟件平臺的設計對于整個系統(tǒng)的開發(fā)與應用至關重要，作為整個系統(tǒng)的底層支 持，其必然向微型化、高度集成化、網(wǎng)絡化、節(jié)能化、智能化的方向發(fā)展，近幾年，隨著計算機成本下降和微處理器體積縮小，開發(fā)和構造火災智能無線報警系統(tǒng)將有廣闊的應用前景。 關鍵詞 ： 火災報警 。實踐表明 ,單片機 技術在系統(tǒng)報警和其它一些自動控制領域中有著廣泛的應用前景。編號： 本科畢業(yè)論文（設計） 題目 ： 基于 80C51智能火災語音報警系統(tǒng)設計 系 （院）： 信息工程系 姓 名： 劉元 學 號： 0835140145 專 業(yè)： 通信工程 年 級： 0801 指導教師： 姚巧鴿 職 稱： 講師 完成日期： 2020425 摘 要 目前，隨著電子產(chǎn)品在人類生活中的使用越來越廣泛，由此引起的火災也越來越多，在我們生活得四周到處潛伏著火災隱患。 該系統(tǒng)能自動完成對布測點檢測，確認火警后能自動報警，并顯示火情點，記錄火災發(fā)生時間。 單片機 。工程試驗結果充分顯示了技術的可行性和實現(xiàn)的有效性。 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 根據(jù)現(xiàn)代戰(zhàn)爭的突發(fā)性、立體性和區(qū)域不確定性 ,使攻防界線模糊 ,作戰(zhàn)方向多變 ,戰(zhàn) 火災自動報警系統(tǒng)已有百余年的發(fā)展歷史， 19 世紀 40 年代美國誕生的火災報警裝置標志著火災自動報警系統(tǒng)首次進入人們的視野 [1]。但是它易受環(huán)境中其他干擾源的影響，靈敏度低，響應速度慢，無法判斷陰燃 火災，也無法滿足智能化火災報警系統(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。 近年來，采用無線通信方式的火災自動報警系統(tǒng)在國外悄然興起。 在我國，采用的 無線通信方式的火災自動報警系統(tǒng)日益受到重視。 課題研究的背景和意義 在各種災害中，火災是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會發(fā)展的主要災害之一。相比較而言，亞洲地區(qū)發(fā)生火災次數(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、消防設施不完善等因素有關。一旦發(fā)生火災，將對人的生命和財產(chǎn)造成極大的危害 [7]。 火災自動報警系統(tǒng)能迅速監(jiān)測火情，可發(fā)現(xiàn)人們不易發(fā)覺的火災早期特征，可將火災帶來的生命財產(chǎn)損失降到最低限度。 第２章 火災報警系統(tǒng)整體方案設計 火災產(chǎn)生原理及過程 火災是一種失去人為控制的由燃燒造成的災害，產(chǎn)生火災的基本要素是可燃物、助燃物和點火源。一般氣溶膠的分子較小 (直徑 )。同時，發(fā)出含有紅、紫外線的火焰，散發(fā)出大量的熱量 [11]。陰燃就是在疏松或顆粒介質(zhì)中形成的緩慢進行的熱解和氧化反應，它能長時間自行維持并傳播，當條件發(fā)生變化時，或者自行熄滅，或者轉(zhuǎn)化為明火。 總的來說，普通可燃物在燃燒時表現(xiàn)為以下形式：首先是產(chǎn)生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣充足的條件下才能達到全部燃燒，產(chǎn)生火焰，發(fā)出可見光和不可見光，并散發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度升高。 圖 起火過程曲線 系統(tǒng)總體方案設計 系統(tǒng)總體功能概述 火災報警系統(tǒng)一般由火災探測器、報警器組成。 圖 為火災報警系統(tǒng)的結構框圖 [14] 圖 系統(tǒng)結構框圖 單片機是整個報警系統(tǒng)的核心 ，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 ，單片機判斷現(xiàn)場是否 發(fā)生火災。當系統(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 (煙霧和溫度同時出現(xiàn)異常 )時，能立即發(fā)出 語音、 光火災警報 [15] 。本系統(tǒng)主要包括數(shù) 據(jù)采集子程序、火災判斷與報警子程序等，系統(tǒng) 程序流程圖如圖 所示。 火災報警系統(tǒng)的類型 根據(jù)火災報警系統(tǒng)中所使用的探測器種類的不同，火災報警系統(tǒng)可以分為以下四種： （ 1）感溫型火災報警系統(tǒng) 由于火災發(fā)生時燃燒物會產(chǎn)生大量的熱量，使得周圍溫度迅速變化。在火災發(fā)生的初期，由于溫度比較低，許多物質(zhì)都處于陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙霧。感光型火災報警 系統(tǒng)就是通過響應火災中產(chǎn)生的光特性，即擴散火焰的光強度和閃爍頻率，來觸發(fā)報警系統(tǒng)的。 火災探測器的原理 火災發(fā)生時，必然會伴隨著產(chǎn)生煙霧、高溫和火光，探測器對這些都很敏感。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。近年來還出現(xiàn)了激光感煙探測器，它也是利用光電感應原理，不同的是光源改用激光束。正常的情況下，探測器的電路斷開，當溫度升到一定值時，由于金屬膨脹、延伸，導體接通，于是發(fā)出了信號。 （ 3）光輻射探測器。 火災報警器是重要的安全設備，一切重要的場所，如大型物資倉庫、隧道、大型船舶、高層建筑都應該安裝。 AD590 是美國 Analog Devices 公司生產(chǎn)的一種電流型二端溫度傳感器。 圖 31 AD590 應用電路圖 AD590 有以下特點： AD590 的測溫范圍 55℃～ +150℃ 。 輸出電阻為 710MΩ； 精度高。 TGS202 氣體傳感器能探測 CO2, CO, 甲烷、煤氣等多種氣體 ,他靈敏度高 ,穩(wěn)定性好 ,適合于火災中氣體的探測。模擬和數(shù)字電源端最好分別走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容應盡量靠近芯片。 邊沿觸發(fā)放音（ /PLAYE） ： 此端出現(xiàn)下降沿時，芯片開始放音。當以差分形式連接話筒時 ，可減小噪聲，提高共模抑制比。對話筒輸入來說， ANA OUT 端應通過外接電容連至本端。節(jié)電模式下 ,它們保持為低電平。 語音段的尋址 語音芯片與單片機的連接，常通過串行口來實現(xiàn)，串行口也可以通過輔助電路分時多用。 （ 1）電源引腳 VCC 和 VSS VCC（ 40 腳）：接 +5V 電源正端； VSS（ 20 腳）：接 +5V 電源正端。在單片機內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。 （ A） RST/VPD（ 9腳）： RST 即為 RESET， VPD 為備用電源，所以該引腳為單片機的上 電復位或掉電保護端。當從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機器周期 PESN 兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。若超出該范圍時，自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當不接外部存儲器與不擴展 I/O 接口時，它可作為準雙向 8 位輸入 /輸出接口。 (B)P1 口（ 1 腳～ 8 腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P1 口，可作為準雙向 I/O 接口使用。當接有外部程序存儲器或擴展 I/O 接口且尋址范圍超過 256 個字節(jié)時， P2口用于高 8 位地址總線送出高 8位地址。 P3口的第 2 功能見下表 表 1 單片機 管腳含義 綜上所述， MCS— 51 系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點： 1).單片機功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第 2功能； 引腳 第 2功能 RXD（串行口輸入端 0） TXD（串行口輸出端） INT0（部中斷 0 請求輸入端，低電平有效） INT1（中斷 1請求輸入端，低電平有效） T0（時器 /計數(shù)器 0計數(shù)脈沖端） T1（時器 /計數(shù)器 1數(shù)脈沖端） WR（部數(shù)據(jù) 存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效） RD（部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效） 2).單片機對外呈 3總線形式，由 P P0 口組成 16 位地址總線；由 P0 口分時復用作為數(shù)據(jù)總線 。 A／ D 轉(zhuǎn)換器的主要性能參數(shù)有： (1) 分辨率分辨率表示 A／ D轉(zhuǎn)換器對輸入信號的分辨能力。其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8 路模擬輸入信號中的一個進行 A/D 轉(zhuǎn) 換。 （ 3） 單電源 +5v供電，基準電壓由外部提供，典型值為 +5v，此時允許輸入模擬電壓為 0— 5V。 當 時鐘頻率 500KHz時，轉(zhuǎn)換時間為128μ s。 當單片機寫入模式控制字后， ICM7218 以約定的方式接收顯示數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)寫入靜態(tài)顯示 RAM 中。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振蕩器一起構成自激振蕩器。 復位電路 復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，圖 37 ICM7218 引腳圖及內(nèi)部框圖 撤銷復位信號。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 REST 引腳上有一個高電平并維持 2 個機器周期 (24 個振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應并將系統(tǒng)復位。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，設計完全能夠滿足復位的時間要求。 ADC0809 的通道選擇地址由80C51 的 ～ 經(jīng)地址鎖存器 74LS373 輸出提供 。 START： 轉(zhuǎn)換啟動信號 ， 當 START 上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， START 應保持低電平。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。二分頻電路由 D觸發(fā)器實現(xiàn)， R、 S端接地， D 接 Q非， Q 端作為輸出端， CLK 接 80C51 的 ALE 端。單片機的 P0 口接受 ADC0809傳輸來 8位數(shù)字量，向 A/D 輸出的 8位地址經(jīng)地址鎖存器 74LS373 鎖存，選擇低3位地址作為 A/D 的通道選通地址。圖中 三態(tài)允許控制端 OE接地，表示三態(tài)門一直打開。圖中 ALE 信號與 START 信號連在一起，在 WR 信號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉(zhuǎn)換。 ADC0809 的轉(zhuǎn)換結束狀態(tài)信號 EOC 接到 80C51 的 INT1 引腳，當 A/D 轉(zhuǎn)換完成后， EOC 變?yōu)楦唠娖?，表示轉(zhuǎn)換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器 ,并產(chǎn)生產(chǎn)生中斷。在本報警器電路中，同樣要對兩類傳感器的輸出信號進行放大調(diào)理。 報警電路 語音報警電路 圖 312 語音報警電路 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)容跟設定的值 進 行判 定，如果大于設定值， 輸出低電平，控制語音芯片 ISD1420 的發(fā)出 火災 語音報警 . 如果小于于設定值， 輸出高電平，說明正常，沒有火災發(fā)生。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。因為 C 語言的描述由函數(shù)組成，是一種結構化的程序設計語言，所以更容易實現(xiàn)模塊化，而且具有可讀性好，易于移植等優(yōu)點，同時還有匯編語言一樣的位操作功能的硬件詳細控制指令 [29]。另外重要的一點， Keil C51 生成的目標代碼效