【正文】 1 1 緒論 本論文的研究背景 近 年來 ，隨著 科學技術(shù)日新月異的發(fā)展 ， 生產(chǎn)力水平達到了前所未有的高度。在這些場所內(nèi)，各種電氣電子設(shè)備高度集中且處于長期運行狀 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，一場火災(zāi)發(fā)生過程都伴隨著煙 、溫、光等信號的產(chǎn)生?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)是隨時警惕火災(zāi)、及時報警和輸出聯(lián)動滅火信號的忠實哨兵，是早期報警的有力手段。 我國自 1985 年以來，單片機的開發(fā)和應(yīng)用取得了一定的進展，尤其進入 90年代以后，在自動控制、智能儀表、自動測試、家電、通訊領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用，其中用單片機開發(fā)的火災(zāi)自動報警器就是很好的一例?？梢?，從信號的接收處理到報警消防，完全實現(xiàn)了自動控制，單片機在其中起到了關(guān)鍵的作用?；馂?zāi)報警系統(tǒng)是長年不間斷運行的設(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 )，把干擾信號限制到最低限度，提高和系統(tǒng)的抗干擾能力。 火災(zāi)探測報警系統(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。雖然我國應(yīng)用自動報警裝置的時間并不長，但是據(jù)不完全統(tǒng)計，準確報警事例已達數(shù)千次。 加入 WTO 以來，面對高新技術(shù)的發(fā)展機遇和國內(nèi)市場國際化的競爭挑戰(zhàn)，我國消防電子產(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)探測報警技術(shù)發(fā)展。當然選擇這個課題，首先，立足于自動化專業(yè)的培養(yǎng)目標；其次，尊重于自動化專業(yè)的教學要求；最后，體現(xiàn)了本專業(yè)工程訓練的要求。軟件方面則側(cè)重于考查學生運用匯編語言的編程能力。 本 論文 的設(shè)計要求 本設(shè)計以賓館火災(zāi)自動報警系統(tǒng)為題 ，通過對煙濃度、溫度等火災(zāi)參數(shù)的感知，采用單片機進行信號處理，使用智能識別算法實現(xiàn)對火災(zāi)的檢測，并在監(jiān)測到火情信息后，產(chǎn)生聲光報警信號，同時打開聯(lián)動消防裝置。 （ 3）設(shè)計備用電源，當發(fā)生火災(zāi)時，會自動切斷賓館用電電路，轉(zhuǎn)換為備用電源供電。現(xiàn)場火災(zāi)報警器通過對傳 感器火情信息的檢測，使用智能識別算法實現(xiàn)對火災(zāi)的監(jiān)測。傳感器所要達到的任務(wù)目標必須準確無誤地反應(yīng)傳感器在規(guī)定的工作環(huán)境中的作用。 第二，單片機的選取。本設(shè)計的接口芯片采用并行接口芯片 8243。報警裝置的設(shè)計在隨后章節(jié)會詳細說明。 第六，消防聯(lián)動裝置。本火災(zāi)報警系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低等特點。該系統(tǒng)的傳感器選用開關(guān)量傳感器。 9 圖 22 火災(zāi)報警系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 ~ ~ 報警電路 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 賓館火災(zāi)自動報警系統(tǒng)硬件的設(shè)計在 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)計并予以深化。聲光報警模塊由單片機和報警電路組成，由單片機控制實現(xiàn)不同的聲光報警（異常報警、故障報警、火災(zāi)報警）功能。 離子感煙傳感器由兩個電離室組成，外電離室有空與外界相通，煙霧可進入電離室，而內(nèi)電離室是密封的，煙霧不能進入。 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 粒子以高速運動，撞擊空氣分子，從而使極板間空氣分子電離為正離子和負離子 (電子 )，這樣電極之間原來不導電的空氣具有了導電性，實現(xiàn)這個過程的裝置我 們稱它為電離室。當電離電流增加到一定值時，外加電壓再增高，電離電流也會增加，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 檢測電離室和補償電離室示意圖 開關(guān)電路 回路電壓 U U1 U2 補償電離室 檢測電離室 14 當外電離室進入燃燒生成物或者煙霧時，部分正離子和負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 以它們在電場中的速度就比原來要慢的多，并且在移動中還有部分正負離子中和，這樣到達正負極板的離子數(shù)量想對減少，即離子電流變小。無煙霧時， A點電位約為 1/2E。它有兩個電子室及一個放射源（ AM241） ,對外有三個引出腳： 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，對不同材料所產(chǎn)生的煙霧，其傳感器收集電極電位變化 時的靈敏度見表 31所示： 表 31 UD— 02 型離子感煙傳感器對煙霧靈敏度（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警聲（每 24 各時鐘脈沖檢測一次）。 18 離子感煙火災(zāi)報警器應(yīng)用電路 (1)電路原理： 離子感煙火災(zāi)報警器的應(yīng)用電路見圖 310 所示。此電平下降的信號加到集成塊的第 15 腳，使集成塊觸發(fā)工作，第 11 腳就輸出調(diào)制的報警信號，推動壓電陶瓷報警喇叭發(fā)出響亮的報警聲。 AT89S51 是一種低功耗 /低電壓、高性能的 8位單片機、片內(nèi)帶有 4K 字節(jié)的 FLASH 可編程，可擦除只讀存儲器（ EPROM）， 它采用了 COMS 工藝和 ATMEL公司的高密度非易失性存儲器技術(shù)。 時鐘電路和工作方式 (1)時鐘電路 AT89S51 內(nèi)部有一個由反向放大器所構(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。若 PD和 IDL 同時為 1，則先激活掉電方式。有了中斷系統(tǒng)能使計算機的功能更強、效率更高、使用更加方便靈活。由 IP設(shè)置個中斷源的優(yōu)先級，同一優(yōu)先級內(nèi)的各中斷源同時提出XTAL1 XTAL2 外部 振蕩器 XTAL1 XTAL2 內(nèi)部方式 時鐘電路 外部方式 時鐘電路 OC 門 +5V 21 中斷請求時，由內(nèi)部查詢電路確定其響應(yīng)次序。 ① 中斷源： MCS51單片機有五個中斷源。 ② 中斷請求標志位：有五個中斷請求標志位。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，當某中斷源的中斷請求被 CPU響應(yīng)之后， CPU將通過硬件自動地把相應(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個中斷源的中斷請求標志位以及定時器 /計數(shù)器的控制位，均設(shè)置在定時控制寄存器 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)先級分為高低 2級，并遵循以下 2條基本原則： 1)低優(yōu)先級中斷源可以被高優(yōu)先級中斷源中斷，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。它們的詳細過程在此就不贅述。只有當該信號為高電平時，芯片才會根據(jù)控制端的控制信號發(fā)出報警聲，否則不會發(fā)聲報警。 圖 312 聲音報警接口 LED 顯示器 由 P2 口的 ~ 分別控制 BS212 共陰數(shù)碼管 ，予以進行光報警并顯示著火的房間號。本設(shè)計中選用的是 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 符號和引腳 圖 314 共陰極 LED 顯示器 用 LED 顯示器顯 示十六進制數(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)容進行“邏輯或”及“邏輯與”運算后再寫入該端口。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，然后通過電源檢測控制部分電路連接到主板的電源系統(tǒng)。 由于火災(zāi)自動報警系統(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 點的要求，需要在電源檢測控制部分電路上設(shè)計儲電部分，通常采用幾個大容量的電解電容并連到 5V電壓上即可 。 本設(shè)計 中的消防聯(lián)動裝置用的是電磁閥控制，其工作原理簡單，操作簡單，經(jīng)濟實用。在實際工程應(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 顯示及報警子程序 計算報警點地址 延時 顯示高位數(shù)碼 置循環(huán)設(shè)計初值 循環(huán)顯示完否？ 顯示低位數(shù)碼 延時 返回 N Y 35 聯(lián)動消防 CPL RET 延時子程序 DELAD1: MOV R5,04H ；延時子程序 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)計的基于 AT89S51 單片機的火災(zāi)自動控制系統(tǒng)，是以賓館、商場、夜總會等人員密集且有較多易燃物的場所為設(shè)計對象的。 在第一、二章中，筆者針對火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的基本狀況作了簡要分析，并指出 我國消防電子產(chǎn)品 的發(fā)展方向是： 高可靠、智能化、網(wǎng)絡(luò)化 。④ 便于維護和擴展。在本科階段未能接觸，短短的 2 個月的畢業(yè)設(shè)計中，不可能形成全面系統(tǒng)的概念，因此，在本設(shè)計中對聯(lián)動消防裝置的設(shè)計很是粗淺。從整體性能上看，配置更加優(yōu)越、技術(shù)更為先進、操作更為方便，且擴展性能良好。當然，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警效果。由于所設(shè)計的系統(tǒng)較為簡單，因此程序編寫不甚復(fù)雜，但是考慮到實際工作及今后火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的發(fā)展，具體的編程及程序調(diào)試工作還有待今后進一步的研究和學習。 楊 老師不僅教會了我們書本上的知識，還教會了我們怎樣學習、怎樣工作，更重要的是教會了我們怎樣做人。目前， 我的 畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)順利完工，這里面也蘊涵著他們的