【正文】 具有里程碑的意義 [3]。 第三階段， 20 世紀(jì) 80 年代初期，總線型火 災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)開始興起，在火災(zāi)報(bào)警領(lǐng)域中邁出了一大步，并得到了較普遍的應(yīng)用。這一階段，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)簡(jiǎn)單，僅靠單一的溫度參量進(jìn)行火災(zāi)判斷。 有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)表明：凡是安裝了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的場(chǎng)所，發(fā)生了火災(zāi)一股地說都能及早報(bào)警，不會(huì)釀成重大火災(zāi)。 Transducer 目 錄 第 1 章 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(zāi)報(bào)警系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 火災(zāi)產(chǎn)生的原理與過程 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) ． 1 系統(tǒng)總體功能概述 ． 2 系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架 ． 2 系統(tǒng)軟件總體構(gòu)架 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的類型 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的原理 第 3 章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)核心芯片選擇 ． 1 傳感器介紹 ． 2 ISD1420 語音芯片 ． 3 80C51 簡(jiǎn)介 ． 4 AD 轉(zhuǎn)換芯片 ． 5 數(shù)碼管顯示電路 單片機(jī)外圍接口電路 信號(hào)處理電路 數(shù)據(jù)采集電路 報(bào)警電路 . 1 語音報(bào)警電路 . 2 光報(bào)警電路 數(shù)碼管顯示電路 第 4 章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件開發(fā)環(huán)境 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) ． 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(zāi)判斷與報(bào)警程序 參考文獻(xiàn) 致謝 附錄 1 附錄 2 緒論 概述 無線火災(zāi)傳感器硬件和軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用至關(guān)重要，作為整個(gè)系統(tǒng)的底層支持，其必然 向微型化、高度集成化、網(wǎng)絡(luò)化、節(jié)能化、智能化的方向發(fā)展，近幾年，隨著計(jì)算機(jī)成本下降和微處理器體積縮小，開發(fā)和構(gòu)造火災(zāi)智能無線報(bào)警系統(tǒng)將有廣闊的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞 ： 火災(zāi)報(bào)警 。實(shí)踐表明 ,單片機(jī) 技術(shù)在系統(tǒng)報(bào)警和其它一些自動(dòng)控制領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題目 ： 基于單片機(jī)的智能火災(zāi)語音報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 校： 系 （院）：電子電氣工程學(xué)院 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)：通信工程 指導(dǎo)教師： 完成日期： 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(zāi)也越來越多，在我們生活的四周到處潛伏著火災(zāi)隱患。 該系統(tǒng)能自動(dòng)完成對(duì)布測(cè)點(diǎn)檢測(cè)，確認(rèn)火警后能自動(dòng)報(bào)警，并顯示火情點(diǎn)，記錄火災(zāi)發(fā)生時(shí)間。 單片機(jī) 。工程試驗(yàn)結(jié)果充分顯示了技術(shù)的可行性和實(shí)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(zhēng)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(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)已有百余年的發(fā)展歷史， 19世紀(jì) 40 年代美國誕生的火災(zāi)報(bào)警裝置標(biāo)志著火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)首次進(jìn)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(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(bào)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(bào)警定位。 近年來，采用無線通信方式的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)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(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)日益受到重視。 課題研究的背景和意義 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。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(jì)發(fā)展程度不高、消防設(shè)施不完善等因素有關(guān)。一旦發(fā)生火災(zāi)，將對(duì)人的生命和財(cái)產(chǎn)造成極大的危害 [7]。 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能迅速監(jiān)測(cè)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(cái)產(chǎn)損失降到最低限度。 第２章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 火災(zāi)產(chǎn)生原理及過程 火災(zāi)是一種失去人為控制的由燃燒造成的災(zāi)害，產(chǎn)生火災(zāi)的基本要素是可燃物、助燃物和點(diǎn)火源。一般氣溶膠的分子較小 (直徑 )。同時(shí)，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(jìn)行的熱解和氧化反應(yīng)，它能長(zhǎng)時(shí)間自行維持并傳播，當(dāng)條件發(fā)生變化時(shí)，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(shí)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(dá)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(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體功能概述 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)一般由火災(zāi)探測(cè)器、報(bào)警器組成。圖 為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 [14] 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 單片機(jī)是整個(gè)報(bào)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(chǎng)溫度、煙霧等非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，調(diào)理電路將傳感器輸出的電信號(hào)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(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，單片機(jī)判斷現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)生火災(zāi)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障時(shí)，能發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。一旦真出現(xiàn)火災(zāi) (煙霧和溫度同時(shí)出現(xiàn)異常 )時(shí)，能立即發(fā)出語音、光火災(zāi)警報(bào) [15] 。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報(bào)警子程序等，系統(tǒng)程序流程圖如圖 所示。 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的類型 根據(jù)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中所使用的探測(cè)器種類的不同，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可以分為以下四種： （ 1）感溫型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 由于火災(zāi)發(fā)生時(shí)燃燒物會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，使得周圍溫度迅速變化。在火災(zāi)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(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就是通 過響應(yīng)火災(zāi)中產(chǎn)生的光特性，即擴(kuò)散火焰的光強(qiáng)度和閃爍頻率，來觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)的。 火災(zāi)探測(cè)器的原理 火災(zāi)發(fā)生時(shí)，必然會(huì)伴隨著產(chǎn)生煙霧、高溫和火光，探測(cè)器對(duì)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(cè)器，它也是利用光電感應(yīng)原理，不同的是光源改用激光束。正常的情況下，探測(cè)器的電路斷開，當(dāng)溫度升到一定值時(shí)，由于金屬膨脹、延伸，導(dǎo)體接通，于是發(fā)出了信號(hào)。 （ 3）光輻射探測(cè)器。 火災(zāi)報(bào)警器是重要的安全設(shè)備，一切重要的場(chǎng)所，如大型物資倉庫、隧道、大型船舶、高層建筑都應(yīng)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(yīng)用電路圖 AD590 有以下特點(diǎn)： AD590 的測(cè)溫范圍 55℃～ +150℃ 。 輸出電阻為 710MΩ； 精度高。 TGS202 氣體傳感器能探測(cè) 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(zāi)中氣體的探測(cè)。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(yīng)盡量靠近芯片。 邊沿觸發(fā)放音（ /PLAYE） ： 此端出現(xiàn)下降沿時(shí)，芯片開始放音。當(dāng)以差分形式連接話筒時(shí) ，可減小噪聲，提高共模抑制比。對(duì)話筒輸入來說， ANA OUT 端應(yīng)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(jī)的連接，常通過串行口來實(shí)現(xiàn)，串行口也可以通過輔助電路分時(shí)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(jī)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(jī)的上 電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)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(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)不接外部存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展 I/O 接口時(shí)，它可作為準(zhǔn)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(zhǔn)雙向 I/O 接口使用。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 接口且尋址范圍超過 256 個(gè)字節(jié)時(shí)， 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(jī) 管腳含義 綜上所述， MCS— 51 系列單片機(jī)的引腳作用可歸納為以下兩點(diǎn)： 1).單片機(jī)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(qǐng)求輸入端，低電平有效） INT1（中斷 1 請(qǐng)求輸入端，低電平有效） T0（時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)脈沖端） T1（時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1數(shù)脈沖端） WR（部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端，低電平有效） RD（部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效） 2).單片機(jī)對(duì)外呈 3 總線形式，由 P P0 口組成 16 位地址總線；由 P0 口分時(shí)復(fù)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(duì)輸入信號(hào)的分辨能力。其內(nèi)部有一個(gè) 8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通 8 路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn) 換。 （ 3）單電源 +5v供電，基準(zhǔn)電壓由外部提供，典型值為 +5v，此時(shí)允許輸入模擬電壓為 0— 5V。當(dāng)時(shí)鐘頻率 500KHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為128μ s。 當(dāng)單片機(jī)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(gè)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(gòu)成自激振蕩器。 復(fù)位電路 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，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(fù)位信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 REST 引腳上有一個(gè)高電平并維持 2 個(gè)機(jī)器周期 (24 個(gè)振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，設(shè)計(jì)完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)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(dòng)信號(hào) ， 當(dāng) START 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， START應(yīng)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(shí)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(jī)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(hào)與 START 信號(hào)連在一起，在 WR 信號(hào)的前沿寫入地址信號(hào)，在其后沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。 ADC0809 的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào) EOC 接到 80C51 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，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器 ,并產(chǎn)生產(chǎn)生中斷。在本報(bào)警器電路中，同樣要對(duì)兩類傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)理。 報(bào)警電路 語音報(bào)警電路 圖 312 語音報(bào)警電路 AD 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)傳輸給 P0 口，讀取 P0 口的內(nèi)容跟設(shè)定的值進(jìn)行判 定，如果大于設(shè)定值， 輸出低電平，控制語音芯片 ISD1420 的發(fā)出火災(zāi)語音報(bào)警 . 如果小于于設(shè)定值， 輸出高電平，說明正常，沒有火災(zāi)發(fā)生。在本系統(tǒng) 中，對(duì) LED進(jìn)行的是動(dòng)態(tài)掃描，除了給顯示器提供段的輸入之外，還要對(duì)顯示器進(jìn)行位控制。因?yàn)?C 語言的描述由函數(shù)組成，是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言，所以更容易實(shí)現(xiàn)模塊化，而且具有可讀性好，易于移植等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還有匯編語言一樣的位操作功能的硬件詳細(xì)控制指令 [29]。另外重要的一點(diǎn)， Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的