【正文】 ............................................................................................ 27 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................... 28 附錄 A ........................................................................................................................................... 30 附錄 B ........................................................................................................................................... 31 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 第 1章 緒 論 近年來隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透，單片機(jī) [1]的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測日新月益得更新。本文給出用軟件方式實(shí)現(xiàn)火 災(zāi)報(bào)警的單片機(jī)程序，對于硬件電路，采集信號(hào)由 MQ2[6]和 DS18B20 完成，而接受部分則只需要在單片機(jī)系統(tǒng)中添加一個(gè) A/D[7]芯片就可完成。 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，從發(fā)展過程來看，大體可分為三個(gè)階段 : 第一階段為多線型火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，每個(gè)探測器除需提供兩根電源線外，還需提供一根報(bào)警信號(hào)線，探測器電源由報(bào)警器提供，探測器的信號(hào)線均連接到報(bào)警顯示盤上，報(bào)警時(shí)點(diǎn)亮相應(yīng)的指示燈，如日本“日探”公司生產(chǎn)的 CPF 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。探測器和模塊通過總線與控制器實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳送。目前國內(nèi)生產(chǎn)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)大多數(shù)為此類產(chǎn)品。 智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)屬于樓宇自動(dòng)化范疇，是當(dāng)前樓宇自動(dòng)化的一個(gè)主要構(gòu)成系統(tǒng)。 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由觸發(fā)器件、火災(zāi)報(bào)警裝置、火災(zāi)警報(bào)裝置及具有其他輔助功能的裝置組成。從傳統(tǒng)型走向智能型，是國內(nèi)外火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。 智能火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)： ，智能系統(tǒng)采用了設(shè)有專用芯片的模擬量探測器，對煙霧和灰塵等影響實(shí)施自動(dòng)補(bǔ)償，同時(shí)有數(shù)字量的探測器，直接將采集的信號(hào)信息送入控制器進(jìn)行自動(dòng)處理，從而為實(shí)現(xiàn)各種智能特性、解決無災(zāi)誤報(bào)和準(zhǔn)確報(bào)警奠定了技術(shù)基礎(chǔ)； ，解決了對不同工 程的適應(yīng)性，又提高了運(yùn)行的可靠性； ，既完成了總線報(bào)警，又實(shí)現(xiàn)了總線聯(lián)動(dòng)控制，徹底避免了控制輸出與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的長距離穿線布管，大大方便了系統(tǒng)布線設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)必將得到更快的發(fā)展?；馂?zāi)報(bào)警控制器擔(dān)負(fù)著為火災(zāi)探測器提供穩(wěn)定的工作電源 。 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 第 2 章 方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的主要功能及原理 目的和要求 本次設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一種分布式智能火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟硬件的組成和實(shí)現(xiàn)。在智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求編寫程序，繪制 Protel[13]原理圖來達(dá)到設(shè)計(jì)的最優(yōu)化和理想化、實(shí)用化。 圖 模塊框圖 系統(tǒng)芯片的選擇 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)是本方案的靈魂，所以我們選擇是需要慎之又慎，下面我們來拿 8031 和STC89C5RC 做一下比較。 由于上述類型的單片機(jī)應(yīng)用 的早，影響很大，已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。顯而易見，這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。也就是 51 芯片的 31 腳控制著單片機(jī)程序從內(nèi)部讀取還是從外部讀取，31 腳接電源，程序從內(nèi)部讀取， 31 腳接地，程序從外部讀取，其他無須改動(dòng)。 位數(shù)越高，其分辨率也越高，但價(jià)格也越貴。加之內(nèi)部含有三態(tài)輸入緩沖電路，可直接與各種微處理器連接，且無須附加邏輯接口電路，內(nèi)部 設(shè)置的高精參考電壓源和時(shí)鐘電路，使它不需要任何外部電路和時(shí)鐘信號(hào)，就能完成 A/D 轉(zhuǎn)換功能，應(yīng)用非常方便。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煙霧的能力。一般連續(xù)使用兩個(gè)月后應(yīng)對傳感器進(jìn)行量程校準(zhǔn)，這種經(jīng)常性對傳感器的維護(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。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。傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器如熱電偶傳感器。 。這種測溫方法精度比較高，并可測量物體內(nèi)部的溫度分布。此種測穩(wěn)方法的主要特點(diǎn)是可測量運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的小目標(biāo)及熱容量小或變化迅速的對象，也可測量溫度場的溫度分布，但受環(huán)境的影響比較大。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。本設(shè)計(jì)首要的一個(gè)關(guān)鍵任務(wù)就是掌握傳感器的工作方法及編碼和解碼，才能完成對火災(zāi)信號(hào)的接收，即在了解傳感器的是使用方法后，將傳感器技術(shù)應(yīng)用到單片機(jī)中，發(fā)出控制指令，然后實(shí)現(xiàn)報(bào)警。片內(nèi)含4K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM）和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 STC89C5RC單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 (3)并行輸入輸出 (I/O)口： STC89C5RC 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 (7)中斷系統(tǒng)： STC89C5RC 具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（ PSEN ）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，當(dāng) AT89S51從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí) 。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容。 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 11 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t leN u m be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 8 J un 20 10 S he e t o f F i l e : C : \ P R O G R A M F I L E S \ P R O T E L 99S E 漢化版 \ E X A M P L E S \ C 51 C .D D BD r a w n B y :C2C1Y1X T A L 2X T A L 1G N DX T A L 2X T A L 1G N D外部信號(hào)震蕩輸入NC內(nèi)部振蕩電路 外部振蕩電路 圖 32 振蕩電路 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 C C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián) 振蕩電路，對外電容 C C2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF（177。 由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一個(gè) 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有特殊要求，電腦最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。單片機(jī)系統(tǒng)在上電啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位。 單片機(jī)的外部復(fù)位電路有上電復(fù)位和上電和按鍵均有效的復(fù)位方式兩種。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 ALE— 地址鎖存允許信號(hào)。本信號(hào)有時(shí)簡寫為 ST。 ADC0809 的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請求信號(hào)使用。 OE— 輸出允許信號(hào)。 Vref— 參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。 (3)轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μ s。 (7)低功耗，約 15mW。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。 ADC0809 有 4 條地址輸入和控制線。通道選擇表如下表所示。內(nèi)部管腳連接圖如圖 37 所示。 （ 2）初始化時(shí)，使 ST 和 OE 信號(hào)全為低電平。 （ 6）當(dāng) EOC 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給 OE 高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫 (SnO2)。 Rs 表示傳感器在不同濃度氣體中的電阻值； Ro 表示傳感器在 1000ppm 氫氣中的電阻值； 圖中所 有測試都是在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下完成的。 圖 1 圖 2 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 圖 3是傳感器的基本測試電路。這種傳感器具有輕微的極性， Vc 需用直流電源。封裝好的氣敏元件有 6 只針狀管腳，其中 4 個(gè)用于信號(hào)取出，2 個(gè)用于提供加熱電流。 2℃ Vc:177。 DS18B20 單線數(shù)字溫度計(jì) （ 1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。 （ 5）溫度范圍 55℃～ +125℃，在 10～ +85℃時(shí)精度177。 （ 8）測量結(jié)果直接輸出數(shù) 字信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳送 CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。 64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的 48位 是該 DS18B20 自身的序 列號(hào)， 最后 8 位 是前面 56 位的 循環(huán)冗余 校驗(yàn)碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 LS Byte bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 MS Byte 表 1: DS18B20 溫度值格式表 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測 得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實(shí)際溫度。C 0000 0111 1101 0000 07D0h +85176。C 0000 0000 0000 1000 0008h +0176。C 1111 1110 011 1111 FE6Fh 55176。 表 4： 溫度分辨率設(shè)置表 。在 DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用 戶不要去改動(dòng)。C 1111 1111 1111 1000 FFF8h 176。C 0000 0001 1001 0001 0191h +176。 （ 3） DS18B20 溫度傳感器的存儲(chǔ)器 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存 RAM 和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL 和結(jié)構(gòu)寄存 器。 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 （ 2） DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量。 2. DSl8B20 的引腳，如右圖所示。 （ 6）可編程分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度為 ℃、 ℃、 ℃和℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。 （ 3） DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫。 5% Vh: 177。 V AC or DC RL 負(fù)載電阻 可調(diào) RH 加熱電阻 31Ω177。為更好利用傳感器的性能，需要選擇恰當(dāng)?shù)腞L 值。其中 VH 用于為傳感器提供特定的工作溫度。 Rs 表示在含 1000ppm 丙烷、不同溫 /濕度下傳感器的電阻值； Ro 表示在含 1000ppm 丙烷、 20℃ /65%RH 環(huán)境條件下傳感器的電阻值 圖 1是傳感器典型的靈敏度特性曲線。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號(hào)。這個(gè)模塊主要包括兩