【正文】 ................... 26 主程序流程 ........................................................................................................ 26 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 主程序初始化流程圖 ........................................................................................ 27 數(shù)據(jù)采集子程序 ................................................................................................ 28 火災(zāi)判斷與報警程序 ........................................................................................ 30 火災(zāi)報警數(shù)據(jù)處理方法 ............................................................................. 30 火災(zāi)判斷與報警 ........................................................................................... 30 系統(tǒng)仿真 ............................................................................................................ 31 第 5 章 結(jié)束語 ................................................ 35 致謝 ........................................................ 36 參考文獻(xiàn) ..................................................... 37 附錄 ........................................................ 38 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 1 章 引 言 研究背景 火災(zāi)是指 在時間和空間上失去控制，對財產(chǎn)和人身造成一定損害的燃燒現(xiàn)象稱為火災(zāi)。由此，火災(zāi)報警器在消防工作的作用尤為突出了。據(jù)聯(lián)合 國 “世界火災(zāi)統(tǒng)計中心 （ WFSC） 2020 統(tǒng)計資料 ”，全球每年大約發(fā)生火災(zāi) 600 萬至 700 萬次，全球每年死于火災(zāi)的人數(shù)約為 65000 至 75000 人。為此，本系統(tǒng)由火災(zāi)檢測模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊和聲光報警模塊組成。其中可燃物為氣體時，根據(jù)它和空氣混合方式的不同可以分成預(yù)混燃燒和擴(kuò)散燃燒兩種。其中，不可見煙發(fā)生在火災(zāi)早期，可以根據(jù)火災(zāi)產(chǎn)生氣體進(jìn)行探測；在火災(zāi)的陰燃期出現(xiàn)可見煙霧信號可用于探測；起火階段可以根據(jù)火焰進(jìn)行探測；高溫階段可以利用溫度信號進(jìn)行探測。差溫火災(zāi)探測器根據(jù)升溫速率來動作，如果升溫速率超過預(yù)定值時則發(fā)出報警信號。其中紫外火焰探測器不受風(fēng)雨、陽光、高濕度、氣壓變化、極限環(huán)境濕度等影響，能在室外使用，但在雷電及電弧光有大量紫外線產(chǎn)生的場所運(yùn)用此設(shè)備時，必須采取一定措施以防止非火災(zāi)報警。 （ 5） 氣體火災(zāi)探測 目前氣體火災(zāi)探測器主要有兩類：可燃?xì)怏w型（主要探測對象是還原性氣體）和燃燒氣體產(chǎn)物型（主要探測對象是 CO 和 CO2）。這些氣體比煙霧粒子產(chǎn)生得早 ， 在感煙火災(zāi)探測器尚未發(fā)出報警信號前已達(dá)到相當(dāng)大的濃度。報警器將接收到火警信號后經(jīng)分析處理發(fā)出報警信號，警示消防控制中心的值班人員，并在屏幕上顯示出火災(zāi)的位置 ，整體電路的框圖如圖 22 所示 ： 圖 22 火災(zāi)報警系統(tǒng)的原理圖 系統(tǒng)硬件結(jié) 構(gòu) 該火災(zāi)報警系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、聲光報警模塊組成。 （ 4） 火災(zāi)報警功能。主程序是一個無限循環(huán)體，其流程是：首先在上電之后系統(tǒng)的各部分包括單片機(jī)各個端口輸入輸出的設(shè)置、外圍驅(qū)動電路和數(shù)據(jù)存儲電路等完成初始化，其次是對芯片內(nèi)的程序進(jìn)行初始化，接下來執(zhí)行火災(zāi)報警系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，數(shù)據(jù)通信任務(wù)和查詢判斷任務(wù) 。 圖 31 AD590 應(yīng)用電路圖 AD590 +5V VT 10mv/K 100?W 1000? R 何凡：基于單片機(jī)的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計 10 AD590 的規(guī)格如下： （ 1） 其輸出電流是以絕對溫度零度（ 273）為基準(zhǔn)，溫度每增加 1℃ ，它會增加 1 A? 輸出電流。如圖 32 所示，當(dāng) TGS202 探測到 CO2 或者 CO 時，傳感器的內(nèi)阻變小， VA 迅速上升。 電平觸發(fā)放音（ /PLAYL）：此端出現(xiàn)下降沿時，芯片開始放音。 喇叭輸出（ SP+、 SP）： 這對輸出端能驅(qū)動 16Ω 以上的喇叭。定義好串行口的工作方式（串行口控制寄存 器 SCON 字節(jié)地址為 98H，可位尋址），當(dāng)由按鍵輸入或其它需要語音輸出時，串行口向 CPU 申請中 斷，響應(yīng)中斷后， CPU 便可以從串行數(shù)據(jù)中識別出語音段編號，輸出語音信號。當(dāng)采用外部時鐘時，對于 HMOS 單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間， PESN 信號將不出現(xiàn)。當(dāng)接有外部程序存儲器或擴(kuò)展I/O 口時， P0 口為地址 /數(shù)據(jù)分時復(fù)用口。對于 EPROM 編程和進(jìn)行程序校驗時， P2 口接四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 收輸入的 8 位地址。 A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率以輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示； （ 2） 轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間指 A/D 轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號到來開始，到輸出端得何凡：基于單片機(jī)的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計 16 到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時間。 VCC ： +5V工作電壓 。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng)時鐘頻率 500KHz時，轉(zhuǎn)換時間為128μs。電路中的外接是應(yīng)盡及兩個電容接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，系統(tǒng)的晶振電路如圖 37所示。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位，本設(shè)計采用的是手動按鈕復(fù)位。由于系統(tǒng)采用的是單極性供電，所以采用同向比例放大電路，可以減少硬件的開銷；反之，如果擦藥反向放大，則一般需要利用雙極性供電，這就是需要系統(tǒng)額外的利用變壓芯片產(chǎn)生一個負(fù)壓，這顯然會釀成浪費(fèi)。 （ 2）電壓放大倍數(shù) A=1+R4/R3，即輸出電壓與輸入電壓的幅值成正比且相位相同，所以此電路實現(xiàn)了同相比例放大。 本設(shè)計中的 A/D 使用的是通用 8 位芯片 ADC0809， 煙霧、溫度傳感器的輸出端經(jīng)過放大電路后分別接到 ADC0809 的 IN0 和 IN1。 如圖 38 所示。 WRITE、 MODE是寫控制位和模式控制位，分別接單片機(jī) 、 。在開發(fā)大型軟件時更能 體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。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。 圖 42 主程序初始化流程圖 N Y 定時器初始化 開中斷 關(guān)閉蜂鳴器 打開綠燈 是否報警 設(shè)定初值 開始 返回 何凡：基于單片機(jī)的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計 28 數(shù)據(jù)采集子程序 數(shù)據(jù)采集是火災(zāi)報警系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)系統(tǒng)采集 2 次溫度煙霧信號后，轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù) 存入單片機(jī)的寄存器中，系統(tǒng)再調(diào)用火災(zāi)判斷子程序。經(jīng)過換算可得出溫度煙霧傳感器輸出火災(zāi)報警臨界電壓值為： = 臨 ， V 溫度 =17V 火災(zāi)判斷與報警 系統(tǒng) 對溫度和煙霧進(jìn)行了兩次數(shù)據(jù)采集與判斷 ，每次信號 采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù) 與設(shè)定的閾值比較，當(dāng) 溫度≥ 57℃，溫度異常，置寄存器變量 w 為 1，否則為 0； 當(dāng) 煙霧濃度≥ ％，煙霧濃度異常，置 寄存器變量 s 為 1，否則為 0。IN1 和 IN0 分別接煙霧探測和溫度探測， 將 煙霧的臨界值為 ，溫度的臨界值為 并且以 及 47℃ 為報警值 ， 通過滑動電位器來改變輸入值的大小 。操作方便，成低。而且，對工程設(shè)計的流程和步驟有了清晰的認(rèn)識，為自己日后的學(xué)習(xí)和研究打下了堅實的基礎(chǔ)。 sbit OE = P2^2。 sbit A5=P0^4。 display()。 IE = 0x82。 Smok2=b。 baojing()。 while(!EOC)。//******選通 1 道 ST = 0。 OE = 0。 P3=LED[disbuff[0]]。 delayMS(60)。 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 43 else w1=0。 else s2=0。 delayMS(60)。0x7f。 A7=0。 何凡：基于單片機(jī)的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計 42 b=P1。 ST=1。 ST = 0。 disbuff[2]=dianyan0/10%10。 shuju_caiji()。 TH0 = 0x14。 uchar code LED[]= { 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90 }。 sbit A3=P0^2。 fenxi()。 但其中也遇到一些問題，例如在數(shù)據(jù)采集時程序上編寫的問題 ，但通過各方資料順利解決， 通過這次設(shè)計 ，更加深入的理解和掌握了這方面的知識，對本專業(yè)的認(rèn)識也更加深入，使自己對本專業(yè)更加的熱愛，對本科階段四年的學(xué)習(xí)做了進(jìn)一步的總結(jié)，更加明確了自己學(xué)習(xí)的目標(biāo)和方向。 圖 43 溫度異常 何凡：基于單片機(jī)的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計 34 圖 44 表示的是現(xiàn)場 火災(zāi)，此時的溫度煙霧高于臨界的電壓值。 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 系統(tǒng)仿真 本系統(tǒng)采用單片機(jī)常用的仿真軟件 Proteus 進(jìn)行仿真， Proteus 的 ADC0809 是不能仿真的所以在此借用 ADC0808 來代替。 火災(zāi)報警系統(tǒng)中使用的是溫度傳感器 AD590 和煙霧傳感器 TGS202，煙霧傳感器輸出電壓 v 與煙霧濃度 p 關(guān)系為： v=+，溫度傳感器使用的靈敏度是 V/℃ 。 由于設(shè)計采用的是模塊化設(shè)計，系統(tǒng)實現(xiàn)報警功能是通過調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)的。首先設(shè)定定時器工作方式，然后開系統(tǒng)中斷，以便響應(yīng)中斷定時，及時對氣體濃度和溫度進(jìn)行采樣。 主程序流程 火災(zāi)報警系統(tǒng)控制器上采用 80C51 作為主控芯片 ， 其主要功能包括 ： 控制 IO端口、邏輯判斷處 理、驅(qū)動外部電路、語音報警和 A/D 采樣等，該部分是火災(zāi)報警系統(tǒng)智能化的集中體現(xiàn)。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。在本系統(tǒng)中，對 LED 進(jìn)行的是動態(tài)掃描，除了給顯示器提供段的輸入之外，還要對顯示器進(jìn)行位控制。由于ADC0809 片內(nèi)無時鐘，故利用 8051 提供的地址鎖存使信號 ALE 經(jīng) D 觸發(fā)器二分頻獲得時鐘。所以調(diào)節(jié)滑動變阻器，就可以直接改變放大電路的參考電壓。 同相 比例運(yùn)算電路有 以下幾個特點： （ 1）同相比例運(yùn)算放大電路時一個深度的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 36 80C51 晶振和復(fù)位電路原理圖 信號處理 電路 傳感器輸出信號一般比較微弱，需要經(jīng)過前置電路對其進(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足單片機(jī)對輸入信號的要求。 80C51的復(fù)位信號是從 REST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。 何凡：基于單片機(jī)的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計 18 單片機(jī)外圍 接口電 晶振電路 晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)在串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，晶振電路為單片機(jī)工作提供時鐘信號，這個信號就是單片機(jī)的工作速度，芯片中有一 個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反向放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。 （ 5）可鎖存三態(tài)輸出，輸出電平與 TTL電平兼容。 EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出。 圖 35 ADC0809 引腳 圖 ADC0809 的引腳功能： D7D0： 8 位數(shù)字量輸出引腳。完成 A/D 轉(zhuǎn)換的器件即為 A/D 轉(zhuǎn)換器。 P2 口（ 21 腳～ 28 腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P2 口，一般可作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口。 （ 4）輸入 /輸出（ I/O）引腳 P0 口、 P1 口、 P2 口及 P3 口 P0 口（ 39 腳～ 22 腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P0 口。 ALE/P（ 30 腳）：當(dāng)訪問外部存儲器時， ALE（允 許地址鎖存信號）以每機(jī)器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在 P0 口的低 PSEN（ 29 腳 ）：