【正文】 報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 為了便于系統(tǒng)維護(hù)和功能擴(kuò)充，采用了模塊化程序設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)各個(gè)模塊的具體功能都是通過(guò)子程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)的 ， 既使得程序結(jié)構(gòu)清晰，又便于以后進(jìn)一步擴(kuò)展其功能 。開發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。 Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 第 4 章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 基于 Keil C51 軟件開發(fā)環(huán)境 本系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的匯編語(yǔ)言而采用 C 語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。 ADC0809 的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào) EOC 接到 AT89C51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。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。圖中 三態(tài)允許控制端 OE 接地，表示三態(tài)門一直打開。單片機(jī)的 P0 口接受 ADC0809 傳輸來(lái) 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。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 AT89C51的 ALED 端。 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) [19]。 START為轉(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。當(dāng) P23～ P26 輸出低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈便會(huì)發(fā)光報(bào)警。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的 I/O 口是無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)的，所以要利用放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來(lái)放大電流就可以了。 LPF 電路電壓放大倍數(shù)為： 2u )s(s31 1s RCRCA ???）（ (32) 用 ?j 取代 s，且令 RC?2f0 ? ， KH? ，得出電壓放大倍數(shù)為： 020uff3jff11???????????A (33) 由于為信號(hào)頻率二次冪的函數(shù)式，故為二階 LPF。 為使濾波器的濾波特性接近理想特性，即在通頻帶內(nèi)特性曲線更平緩在同頻帶外特性曲線衰減更陡峭，只有增加網(wǎng)絡(luò)的級(jí)數(shù)，系第 3 章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 25 統(tǒng)使用二階濾波器電路 [8]。由于運(yùn)放 LM324 的輸入級(jí)是差動(dòng)放大電路，要求兩端輸入回路參數(shù)對(duì)稱，即 PN RR ? ， FN RRR //1? ，故 645 //RRR ? ，KR ? 。煙霧傳感器輸出電壓較大，能達(dá)到幾伏，不需要放大煙霧信號(hào)，只需要將信號(hào)濾波處理，煙霧信號(hào)調(diào)理電路如圖 35所示。AT89C51 的復(fù)位電路如圖 33 所示。 手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 REST 上加入高電平 ,采用的辦法是在 REST 端和正電源 Vcc 之間接一個(gè)按鈕。單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。由于外接電容 C C6 的容量大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容的容量大小范圍為 30 10pF pF? ；如果使用陶瓷諧振，則電容容量大小為40 10 FpF p? 。穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)電路。但是，電容量達(dá)到一定值以后，再加大電容量對(duì)提高濾波效果已無(wú)明顯作用。充電的時(shí)候，電容器兩端的電壓逐漸升高，直到接近充電電壓；放電的時(shí)候，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失。這種脈動(dòng)直流一般是不能直接用來(lái)給無(wú)線電裝供電的。 220V 的交流電通過(guò)變壓器 T1 轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，?jīng) D1~D4 整流以后將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓，再經(jīng)濾波電容 C11 濾除紋波，輸出直流電壓 VO， VO與交流電壓 Vi的關(guān)系為 VO=（ ~）Vi。 220V 的交流電通過(guò)變壓器 T1 轉(zhuǎn)變?yōu)?2V 的交流電，經(jīng) D1~D4（ 1N4007）整流以后將 12V 的交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓，再經(jīng)濾波電容 C11（ 470μF）和 C12（ ）濾除紋波，輸出+12V 的直流電壓。 本章小結(jié) 本章主要介紹了該火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)和各種器件的 詳細(xì)介紹和正確選澤主要包括控制芯片 AT89C5 AD 轉(zhuǎn)換器和傳感器，并介紹了該火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的傳感器的工作原理。 (4) 具有鎖存控制的 8路模擬選通開關(guān)。 圖 28 ADC0809 引腳 圖 A/D轉(zhuǎn)換電路采用了常用的 8位 8通道數(shù)模轉(zhuǎn)換專用芯片 ADC0809，ADC0809由 8路模擬開頭、地址鎖存與譯碼器、 8位 A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存 緩沖器組成，芯片引腳圖如圖 28所示 [20,21]。不同類型的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度相差甚遠(yuǎn)； (3) 轉(zhuǎn)換誤差 ： 轉(zhuǎn)換誤差表示 A/D 轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別，常用最低有效位的倍數(shù)表示； (4) 線性度 ： 線性度指實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。但是大多數(shù)單片機(jī)本身只能識(shí)別和處理數(shù)字量，因此必須經(jīng)過(guò)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換 （ A/D轉(zhuǎn)換 ） ，才能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)對(duì)被控對(duì)象的識(shí)別和處理。差定溫式探測(cè)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(cè)器 溫度探測(cè)器使用的是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的集成溫度傳感器LM94022，該傳感器屬于高精度模擬輸出 CMOS 溫度傳感器，不僅工作電壓低、靜態(tài)電流小和輸出功率極低，而且能與模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)配合使用。 2． 差 溫式探測(cè)器 ： 差溫式探測(cè)器是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，火災(zāi)引起的溫度上升速率超過(guò)某個(gè)規(guī)定值時(shí)啟動(dòng)報(bào)警的火災(zāi)探測(cè)器。根據(jù)監(jiān)測(cè)溫度參數(shù)的不同，一般用于工業(yè)和民用建筑中的溫度探測(cè)器有 [4,14,17]： 1． 定溫式探測(cè)器 ： 定溫式探測(cè)器是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，火災(zāi)引起的溫度上升超過(guò)某個(gè)定值時(shí)啟動(dòng)報(bào)警的火災(zāi)探測(cè)器。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 靈敏度 顆粒直徑 /181。當(dāng)煙霧顆粒直徑在 0. 5～ 0. 9181。當(dāng)無(wú)煙霧顆粒進(jìn)入光敏室時(shí)，受光元件不產(chǎn)生光電流，這就實(shí)現(xiàn)了將煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的物理基礎(chǔ) [12]。散射光強(qiáng)同波長(zhǎng)的四次方成反比。光敏管采用硅（ Si）光電池。在兩者之間加上遮光部件，且之間形成角度以避免受光元件直接接收發(fā)光元件發(fā)出的光線。這就說(shuō)明太大的顆粒散射能力也不強(qiáng)。 根據(jù)瑞利散射理論，空氣中的煙霧顆粒 可以近似看成一個(gè)微小的圓球 ，這時(shí)的瑞利比 ( 散射能力 ) 為 [12,17]： )()()( 2202 UKVR sssp h ???? ?? (21)式中： )os(3)(32 UUCS in UUUs ??? 為散射函數(shù)； 24 ??? SinRU S? ； SR 為圓球半徑； 為波長(zhǎng)；? ? 為散射角； sphV 為圓球的體積； K 為散射測(cè)量中的物理常數(shù)； s???0 為反差因子。m 之間。 散射光型光電感煙探測(cè)器基本光路示意圖如圖 24示光源光軸 和光電接收器成特定角度，在無(wú)煙粒子時(shí)光電接受器件接受不到光源發(fā)出的光；煙粒子進(jìn)入探測(cè)室（光學(xué)暗室、迷宮）后，探測(cè)器光源發(fā)出的光線接受到煙的散射，在一定角度內(nèi) 光電接收器件才能接收散射光，產(chǎn)生有用電信號(hào)。 圖 23 常用光電傳感器 光電感煙原理 光電感煙探測(cè)器也是點(diǎn)型探測(cè)器，點(diǎn)型光電感煙探測(cè)器是利用煙粒子散射和吸收光原理工作的，主要有兩種形式：散射光型光電感煙探測(cè)器和減光型光電感煙探測(cè)器的 [5,13]。傳感器作為煙霧檢測(cè)報(bào)警器的信號(hào)采集部分，是檢測(cè)電路的核心組成部分之一。在火災(zāi)發(fā)生初期，當(dāng)進(jìn)入光電感煙探頭中采樣室的煙濃度超過(guò)由參考室的門限值時(shí)，光電感煙探頭底座上的指示燈將點(diǎn)亮，同時(shí)送出報(bào)警電壓信號(hào)。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 芯片擦除：整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施 加 12V 編程電源（ VPP）。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。在給出地址 “ 1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接第 2 章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 11 收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “ 1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在 FIASH 編程時(shí)， P0口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。綜合以上觀點(diǎn)，本論文選定 AT89C51 作為本系統(tǒng)的核心。同時(shí)，在能夠滿足報(bào)警器設(shè)計(jì)的計(jì)算速度及接口數(shù)的要求的同類型單片機(jī)中，要考慮選擇價(jià) 格低廉且體積輕巧的機(jī)型，在保證了報(bào)警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。 40 個(gè)引腳，32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ， 2 個(gè)全雙工串行通信口。 總體方案設(shè)計(jì) 由以上的分析，本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)框圖如圖 21 所示，該系統(tǒng)工作中 傳感器的探頭將探測(cè)的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大電路處理后送入單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行判斷，如果該值超出安全范轉(zhuǎn)，單片機(jī)就會(huì)立即輸出報(bào)警信號(hào)。而造成上述問題的罪魁禍?zhǔn)拙褪怯捎谌狈σ?guī)范、統(tǒng)一的通 訊標(biāo)準(zhǔn)。其中火災(zāi)檢測(cè)傳感器是檢測(cè)火災(zāi)是否發(fā)生的專門儀器，可根據(jù)建筑物或?qū)嵉?場(chǎng)所的要求，安裝不同類型的火災(zāi)檢測(cè)傳感器。完成信號(hào)采集、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)分析、聲光報(bào)警模塊。 本文主要研究?jī)?nèi)容 本系統(tǒng)采用 ATMEL公司的 AT89C51 單片機(jī) [1,16]作為處理器設(shè)計(jì)了一種智能火災(zāi)報(bào)警器，主要包括：信號(hào)采集及前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、聲光報(bào)警電路等部分組成可以實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、故障自診斷、報(bào)警限設(shè)置、延時(shí)報(bào)警等功能 [4,17]。 第三階段：智能型火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。 另外，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，從發(fā)展過(guò)程來(lái)看，大體可分為三個(gè)階段 [14,15]： 第一階段：多線型火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。 (5) 高靈敏性 以早期火災(zāi)智能預(yù)警系統(tǒng)為代表。 (3) 小型化 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的小型化是指探測(cè)部分或者說(shuō)網(wǎng)絡(luò)中的 “ 子系統(tǒng) ” 小型化。 (2) 多樣化 第 1 章 緒論 5 火災(zāi)探測(cè)技術(shù)的多樣化。傳統(tǒng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與現(xiàn)代自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的區(qū)別主要在于探測(cè) 器本身的性能，其中現(xiàn)代自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)使系統(tǒng)確定火災(zāi)的數(shù)據(jù)處理能力和自動(dòng)化程度大為增加，減少了誤報(bào)警的概率，增加了系統(tǒng)可靠性，這是現(xiàn)代火災(zāi)探測(cè)報(bào)警技術(shù)的發(fā)展方向 [13]。他們將自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警作為公共報(bào)警手段接入監(jiān)控系統(tǒng)，并有效運(yùn)行多年，使消防指揮中心能夠快速準(zhǔn)確判斷火 災(zāi)地點(diǎn)、火災(zāi)類型，并調(diào)度消防部隊(duì)迅速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，自動(dòng)報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)在此起到了很大的作用。 國(guó)外一些較發(fā)達(dá)的國(guó)家，具有火災(zāi)預(yù)防、報(bào)警、撲救、善后處理等比較完善的消防體系。用戶界面多采用 VB 或 C 語(yǔ)言等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編制，使用方便、直觀。這時(shí)期，我國(guó)生產(chǎn)火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品的企業(yè)也得到了快速發(fā)展，部分企業(yè)進(jìn)行了合資生產(chǎn)、技術(shù)合作，取得了不菲的成績(jī)，也造就了現(xiàn)今市場(chǎng)上許多有實(shí)力的商家，部分技術(shù)已接近或趕上了國(guó)際水平 [7]。目前復(fù)合型火災(zāi)報(bào)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。 (3) 感光型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 物質(zhì)燃燒不但會(huì)產(chǎn)生煙霧和熱量，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生可見或不可見的光輻射。 (2) 感煙型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 煙霧是早期火災(zāi)的重要特征之一 [5]。因此，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用的火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)有著防止和減少 火災(zāi)危害、保護(hù)人身安全和財(cái)產(chǎn)安全的重要意義?；馂?zāi)報(bào)警探測(cè)器是監(jiān)視周圍環(huán)境狀況的 “ 感覺器官 ” ，而火災(zāi)報(bào)警控制器則是系統(tǒng)的 “ 神經(jīng) ” 、 “ 大腦 ” ，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。大賓館、酒店、商場(chǎng)、圖書館、博物館、檔案館和辦公樓等，自動(dòng)滅火系統(tǒng)已成為必不 可少的安保裝置。我國(guó) 20xx 年《中國(guó)火災(zāi)統(tǒng) 計(jì)年鑒》記載，從 1950 年至 1999 年，全國(guó)共發(fā)生火災(zāi) 3258105 起，死亡人數(shù) 165499 人，傷 313766 人，直接經(jīng)濟(jì)損失 1828億元 [1]。 關(guān)鍵詞 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) ； 單片機(jī) ； 傳感器 ； 聲光報(bào)警 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)