【正文】 1 1 緒論 本論文的研究背景 近 年來 ，隨著 科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展 ， 生產(chǎn)力水平達(dá)到了前所未有的高度。在這些場(chǎng)所內(nèi)，各種電氣電子設(shè)備高度集中且處于長(zhǎng)期運(yùn)行狀 態(tài)，電氣設(shè)備過載、過熱、短路的火災(zāi)隱患較多；另外，由于此類場(chǎng)所人群集中且易燃物較多，也從客觀上制造了火災(zāi)隱患。一般情況下，一場(chǎng)火災(zāi)發(fā)生過程都伴隨著煙 、溫、光等信號(hào)的產(chǎn)生?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是隨時(shí)警惕火災(zāi)、及時(shí)報(bào)警和輸出聯(lián)動(dòng)滅火信號(hào)的忠實(shí)哨兵，是早期報(bào)警的有力手段。 我國(guó)自 1985 年以來，單片機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用取得了一定的進(jìn)展，尤其進(jìn)入 90年代以后，在自動(dòng)控制、智能儀表、自動(dòng)測(cè)試、家電、通訊領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用，其中用單片機(jī)開發(fā)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警器就是很好的一例?？梢姡瑥男盘?hào)的接收處理到報(bào)警消防，完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，單片機(jī)在其中起到了關(guān)鍵的作用?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)是長(zhǎng)年不間斷運(yùn)行的設(shè)備，要求具有高度可靠的性能。 (2)監(jiān)控智能：在傳統(tǒng)的百家系統(tǒng)中監(jiān)控功能智能由硬件邏輯電路來完成?？垢蓴_智能采用各種消除干擾的軟件技術(shù) (如數(shù)字濾波等 )，把干擾信號(hào)限制到最低限度，提高和系統(tǒng)的抗干擾能力。 火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可靠性的提高體現(xiàn)在用智能技術(shù)處理傳感器提供的火災(zāi)信息上 —— 人們建立了多種火災(zāi)探測(cè)算法、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式，也有從事研究非火災(zāi)探測(cè)的模式。而與 之配套的硬件則采用復(fù)合多傳感等傳感方式，為判斷火災(zāi)提供更加充分的火災(zāi)信息。雖然我國(guó)應(yīng)用自動(dòng)報(bào)警裝置的時(shí)間并不長(zhǎng)，但是據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，準(zhǔn)確報(bào)警事例已達(dá)數(shù)千次。 加入 WTO 以來，面對(duì)高新技術(shù)的發(fā)展機(jī)遇和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)國(guó)際化的競(jìng)爭(zhēng)挑戰(zhàn)，我國(guó)消防電子產(chǎn)品逐漸和世界接軌，向高可靠、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的早期火災(zāi)探測(cè)報(bào)警技術(shù)發(fā)展。當(dāng)然選擇這個(gè)課題，首先，立足于自動(dòng)化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)；其次，尊重于自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)要求；最后，體現(xiàn)了本專業(yè)工程訓(xùn)練的要求。軟件方面則側(cè)重于考查學(xué)生運(yùn)用匯編語言的編程能力。 本 論文 的設(shè)計(jì)要求 本設(shè)計(jì)以賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)為題 ，通過對(duì)煙濃度、溫度等火災(zāi)參數(shù)的感知，采用單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，使用智能識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的檢測(cè)，并在監(jiān)測(cè)到火情信息后，產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)打開聯(lián)動(dòng)消防裝置。 （ 3）設(shè)計(jì)備用電源，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，會(huì)自動(dòng)切斷賓館用電電路，轉(zhuǎn)換為備用電源供電?，F(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)報(bào)警器通過對(duì)傳 感器火情信息的檢測(cè)，使用智能識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的監(jiān)測(cè)。傳感器所要達(dá)到的任務(wù)目標(biāo)必須準(zhǔn)確無誤地反應(yīng)傳感器在規(guī)定的工作環(huán)境中的作用。 第二，單片機(jī)的選取。本設(shè)計(jì)的接口芯片采用并行接口芯片 8243。報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)在隨后章節(jié)會(huì)詳細(xì)說明。 第六，消防聯(lián)動(dòng)裝置。本火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低等特點(diǎn)。該系統(tǒng)的傳感器選用開關(guān)量傳感器。 9 圖 22 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 ~ ~ 報(bào)警電路 8243 CS PROG P2 74LS48 8243 CS PROG P2 BS212 4 4 7 16 16 AT89S51 10 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)在 中已經(jīng)作了初步的探討，本章將繼續(xù)講述該系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)并予以深化。聲光報(bào)警模塊由單片機(jī)和報(bào)警電路組成，由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)不同的聲光報(bào)警（異常報(bào)警、故障報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警）功能。 離子感煙傳感器由兩個(gè)電離室組成，外電離室有空與外界相通，煙霧可進(jìn)入電離室，而內(nèi)電離室是密封的，煙霧不能進(jìn)入。 在電極之間放有 α 放射源 241 镅，由于它持續(xù)不斷地放射出 α 射線， α 粒子以高速運(yùn)動(dòng)，撞擊空氣分子，從而使極板間空氣分子電離為正離子和負(fù)離子 (電子 )，這樣電極之間原來不導(dǎo)電的空氣具有了導(dǎo)電性，實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程的裝置我 們稱它為電離室。當(dāng)電離電流增加到一定值時(shí)，外加電壓再增高，電離電流也會(huì)增加，此電流稱之為飽和電流 Is，如圖 33所示。如圖 34 所示。 如圖 35 所示： 圖 35 檢測(cè)電離室和補(bǔ)償電離室示意圖 開關(guān)電路 回路電壓 U U1 U2 補(bǔ)償電離室 檢測(cè)電離室 14 當(dāng)外電離室進(jìn)入燃燒生成物或者煙霧時(shí)，部分正離子和負(fù)離子被吸附到燃燒生成物和煙霧顆粒上，（燃燒生成物或者煙霧要比離子大 1000 倍左右），所 以它們?cè)陔妶?chǎng)中的速度就比原來要慢的多，并且在移動(dòng)中還有部分正負(fù)離子中和，這樣到達(dá)正負(fù)極板的離子數(shù)量想對(duì)減少，即離子電流變小。無煙霧時(shí)， A點(diǎn)電位約為 1/2E。它有兩個(gè)電子室及一個(gè)放射源（ AM241） ,對(duì)外有三個(gè)引出腳： A電極（接電源正端 +9V）、 B電極（接地）、 C 電極（收集電極即輸出端），外形如圖 37所示。 用電加熱器加熱到 440～ 480℃時(shí)，對(duì)不同材料所產(chǎn)生的煙霧，其傳感器收集電極電位變化 時(shí)的靈敏度見表 31所示： 表 31 UD— 02 型離子感煙傳感器對(duì)煙霧靈敏度（收集電極電位變化△ V＝ ） 燃燒材料 煙霧含量（ mg/ 3m ） 陰暗度 (%) 硅橡膠 26 乙烯基材料 29 紙煙 115 3 過濾紙 40 棉花 56 C B A A A B C 外離子室 內(nèi)離子室 16 離子感煙傳感器專用集成電路 DQ295 由于離子感煙傳感器的廣泛應(yīng)用，與之配套的專用集成電路得到了迅速發(fā)展， DQ295 是與 UD— 02 型離子感煙傳感器相配套的專用集成電路。 由圖 39 可以看出 ， A1 是檢測(cè)電池電壓的比較器，電池的分壓與內(nèi)部穩(wěn)壓管相比較，若電池電壓較高，比較器 A1端輸出高電平；若電池電壓不足（內(nèi)部設(shè)置的閥值電壓為 ～ ），則 A1 輸出低電平，并給出電池電壓不足的報(bào)警聲（每 24 各時(shí)鐘脈沖檢測(cè)一次）。 18 離子感煙火災(zāi)報(bào)警器應(yīng)用電路 (1)電路原理： 離子感煙火災(zāi)報(bào)警器的應(yīng)用電路見圖 310 所示。此電平下降的信號(hào)加到集成塊的第 15 腳，使集成塊觸發(fā)工作，第 11 腳就輸出調(diào)制的報(bào)警信號(hào)，推動(dòng)壓電陶瓷報(bào)警喇叭發(fā)出響亮的報(bào)警聲。 AT89S51 是一種低功耗 /低電壓、高性能的 8位單片機(jī)、片內(nèi)帶有 4K 字節(jié)的 FLASH 可編程，可擦除只讀存儲(chǔ)器（ EPROM）， 它采用了 COMS 工藝和 ATMEL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)。 時(shí)鐘電路和工作方式 (1)時(shí)鐘電路 AT89S51 內(nèi)部有一個(gè)由反向放大器所構(gòu)成的振蕩電路， XTAL1 和 XTAL2 分別為振蕩電路的輸入端和輸出端，時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。晶體可以在 到 12MHZ 之間選擇。只要保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHZ 的方波信號(hào)。若 PD和 IDL 同時(shí)為 1，則先激活掉電方式。有了中斷系統(tǒng)能使計(jì)算機(jī)的功能更強(qiáng)、效率更高、使用更加方便靈活。由 IP設(shè)置個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)，同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)的各中斷源同時(shí)提出XTAL1 XTAL2 外部 振蕩器 XTAL1 XTAL2 內(nèi)部方式 時(shí)鐘電路 外部方式 時(shí)鐘電路 OC 門 +5V 21 中斷請(qǐng)求時(shí)，由內(nèi)部查詢電路確定其響應(yīng)次序。 ① 中斷源： MCS51單片機(jī)有五個(gè)中斷源。 ② 中斷請(qǐng)求標(biāo)志位：有五個(gè)中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。中斷允許控制位存放在特殊功能寄存器 IE中。 ⑤ 中斷源的入口地址：不同中斷源均有不同的中斷矢量，當(dāng)某中斷源的中斷請(qǐng)求被 CPU響應(yīng)之后， CPU將通過硬件自動(dòng)地把相應(yīng)中斷 源的中斷入口地址 (又稱中斷矢量地址 )裝入 PC中，即從此地址開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序。 5個(gè)中斷源的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位以及定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的控制位，均設(shè)置在定時(shí)控制寄存器 TCON和串行口控制寄存器 SCON中 。 ④ 中斷管理 受 IP寄存器控制， CPU將各中斷源的優(yōu)先級(jí)分為高低 2級(jí)，并遵循以下 2條基本原則： 1)低優(yōu)先級(jí)中斷源可以被高優(yōu)先級(jí)中斷源中斷，反之不能。 若存在上述任一種情況，中斷查詢結(jié)果就被取消。它們的詳細(xì)過程在此就不贅述。只有當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，芯片才會(huì)根據(jù)控制端的控制信號(hào)發(fā)出報(bào)警聲，否則不會(huì)發(fā)聲報(bào)警。 圖 312 聲音報(bào)警接口 LED 顯示器 由 P2 口的 ~ 分別控制 BS212 共陰數(shù)碼管 ，予以進(jìn)行光報(bào)警并顯示著火的房間號(hào)。本設(shè)計(jì)中選用的是 BS212 共陰數(shù)碼管，故在此只談共陰極接法 —— 把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。各位代碼的關(guān)系如表 32所示： 25 表 32 各位代碼的關(guān)系 代碼位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示段 dp g f e d c b a 圖 313 符號(hào)和引腳 圖 314 共陰極 LED 顯示器 用 LED 顯示器顯 示十六進(jìn)制數(shù)的字型代碼如表 33 所示。由于各端口均為 4 位，因此十分適宜用于 BCD 碼的輸入 /輸出。 表 34 8243 芯片 P2 口傳 送控制命令時(shí)各位的定義 芯片端口地址 端口工 作方式 0 0 P4 0 0 輸入 0 1 P5 0 1 輸出 1 0 P6 1 0 或 1 1 P7 1 1 與 表 34 中的“或”、“與”方式是指分別把輸出的數(shù)據(jù)同被尋址端口的內(nèi)容進(jìn)行“邏輯或”及“邏輯與”運(yùn)算后再寫入該端口。由于 P4～ P7端口的輸出具有鎖存功能，則在 PROG 的上跳沿后輸出的數(shù)據(jù)將一直保持在相應(yīng)的端口上；但輸入無鎖存，因此要求外部輸入的數(shù)據(jù)在PROG 為低電平時(shí)需保持有效，僅在完成數(shù)據(jù)的輸入后才可予以撤除。本章的電源系統(tǒng)，選擇穩(wěn)壓的電源，然后通過電源檢測(cè)控制部分電路連接到主板的電源系統(tǒng)。 由于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的連線要求是 24V 電壓，所以電源系統(tǒng)選擇的是能輸出 24V 和 5V 的穩(wěn)壓電源模塊以及 24V 備電電池。 (4)根據(jù)第 3 點(diǎn)的要求，需要在電源檢測(cè)控制部分電路上設(shè)計(jì)儲(chǔ)電部分，通常采用幾個(gè)大容量的電解電容并連到 5V電壓上即可 。 本設(shè)計(jì) 中的消防聯(lián)動(dòng)裝置用的是電磁閥控制，其工作原理簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)情況再做變化 。根據(jù)流程圖編程如下所列。定義為 ～ （ X=4～ 7）。 圖 451 顯示及報(bào)警子程序 計(jì)算報(bào)警點(diǎn)地址 延時(shí) 顯示高位數(shù)碼 置循環(huán)設(shè)計(jì)初值 循環(huán)顯示完否？ 顯示低位數(shù)碼 延時(shí) 返回 N Y 35 聯(lián)動(dòng)消防 CPL RET 延時(shí)子程序 DELAD1: MOV R5,04H ；延時(shí)子程序 1 DELAD2: MOV R6,0F0H DELAD3: MOV R7,0F7H DELAD4: NOP NOP DJNZ R7, DELAD4 DJNZ R6, DELAD3 DJNZ R5, DELAD2 RET DELAD5: MOV R5,02H ；延時(shí)子程序 2 DELAD6: MOV R6,0FFH DJNZ R6,$ DJNZ R5,DELAD6 36 5 總結(jié)與展望 總結(jié) 本文所設(shè)計(jì)的基于 AT89S51 單片機(jī)的火災(zāi)自動(dòng)控制系統(tǒng)，是以賓館、商場(chǎng)、夜總會(huì)等人員密集且有較多易燃物的場(chǎng)所為設(shè)計(jì)對(duì)象的。 在第一、二章中，筆者針對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的基本狀況作了簡(jiǎn)要分析，并指出 我國(guó)消防電子產(chǎn)品 的發(fā)展方向是： 高可靠、智能化、網(wǎng)絡(luò)化 。④ 便于維護(hù)和擴(kuò)展。在本科階段未能接觸，短短的 2 個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，不可能形成全面系統(tǒng)的概念，因此，在本設(shè)計(jì)中對(duì)聯(lián)動(dòng)消防裝置的設(shè)計(jì)很是粗淺。從整體性能上看，配置更加優(yōu)越、技術(shù)更為先進(jìn)、操作更為方便，且擴(kuò)展性能良好。當(dāng)然，如果采用綜合性傳感器，譬如感煙感光傳感器、感煙感溫傳感器或者在本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上再并聯(lián)感光傳感器和感溫傳感器，肯定能取得更好的報(bào)警效果。由于所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，因此程序編寫不甚復(fù)雜，但是考慮到實(shí)際工作及今后火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展，具體的編程及程序調(diào)試工作還有待今后進(jìn)一步的研究和學(xué)習(xí)。 楊 老師不僅教會(huì)了我們書本上的知識(shí)，還教會(huì)了我們?cè)鯓訉W(xué)習(xí)、怎樣工作，更重要的是教會(huì)了我們?cè)鯓幼鋈恕Ｄ壳埃?我的 畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)順利完工，這里面也蘊(yùn)涵著他們的