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基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真(存儲(chǔ)版)

  

【正文】 ................... 26 主程序流程 ........................................................................................................ 26 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(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(bào)警程序 ........................................................................................ 30 火災(zāi)報(bào)警數(shù)據(jù)處理方法 ............................................................................. 30 火災(zāi)判斷與報(bào)警 ........................................................................................... 30 系統(tǒng)仿真 ............................................................................................................ 31 第 5 章 結(jié)束語(yǔ) ................................................ 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(jì)(論文) 1 第 1 章 引 言 研究背景 火災(zāi)是指 在時(shí)間和空間上失去控制,對(duì)財(cái)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(bào)警器在消防工作的作用尤為突出了。據(jù)聯(lián)合 國(guó) “世界火災(zāi)統(tǒng)計(jì)中心 ( WFSC) 2020 統(tǒng)計(jì)資料 ”,全球每年大約發(fā)生火災(zāi) 600 萬(wàn)至 700 萬(wàn)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(cè)模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)處理模塊和聲光報(bào)警模塊組成。其中可燃物為氣體時(shí),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(jiàn)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(cè);在火災(zāi)的陰燃期出現(xiàn)可見(jiàn)煙霧信號(hào)可用于探測(cè);起火階段可以根據(jù)火焰進(jìn)行探測(cè);高溫階段可以利用溫度信號(hào)進(jìn)行探測(cè)。差溫火災(zāi)探測(cè)器根據(jù)升溫速率來(lái)動(dòng)作,如果升溫速率超過(guò)預(yù)定值時(shí)則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。其中紫外火焰探測(cè)器不受風(fēng)雨、陽(yáng)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(chǎng)所運(yùn)用此設(shè)備時(shí),必須采取一定措施以防止非火災(zāi)報(bào)警。 ( 5) 氣體火災(zāi)探測(cè) 目前氣體火災(zāi)探測(cè)器主要有兩類(lèi):可燃?xì)怏w型(主要探測(cè)對(duì)象是還原性氣體)和燃燒氣體產(chǎn)物型(主要探測(cè)對(duì)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(cè)器尚未發(fā)出報(bào)警信號(hào)前已達(dá)到相當(dāng)大的濃度。報(bào)警器將接收到火警信號(hào)后經(jīng)分析處理發(fā)出報(bào)警信號(hào),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(bào)警系統(tǒng)的原理圖 系統(tǒng)硬件結(jié) 構(gòu) 該火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、聲光報(bào)警模塊組成。 ( 4) 火災(zāi)報(bào)警功能。主程序是一個(gè)無(wú)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(gè)端口輸入輸出的設(shè)置、外圍驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路等完成初始化,其次是對(duì)芯片內(nèi)的程序進(jìn)行初始化,接下來(lái)執(zhí)行火災(zāi)報(bào)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(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 AD590 的規(guī)格如下: ( 1) 其輸出電流是以絕對(duì)溫度零度( 273)為基準(zhǔn),溫度每增加 1℃ ,它會(huì)增加 1 A? 輸出電流。如圖 32 所示,當(dāng) TGS202 探測(cè)到 CO2 或者 CO 時(shí),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(shí),芯片開(kāi)始放音。 喇叭輸出( SP+、 SP): 這對(duì)輸出端能驅(qū)動(dòng) 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(yǔ)音輸出時(shí),串行口向 CPU 申請(qǐng)中 斷,響應(yīng)中斷后, CPU 便可以從串行數(shù)據(jù)中識(shí)別出語(yǔ)音段編號(hào),輸出語(yǔ)音信號(hào)。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí),對(duì)于 HMOS 單片機(jī),該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間, PESN 信號(hào)將不出現(xiàn)。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O 口時(shí), P0 口為地址 /數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口。對(duì)于 EPROM 編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí), P2 口接四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(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(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間指 A/D 轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號(hào)到來(lái)開(kāi)始,到輸出端得何凡:基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。 VCC : +5V工作電壓 。 OE:數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào),輸入,高電平有效。當(dāng)時(shí)鐘頻率 500KHz時(shí),轉(zhuǎn)換時(shí)間為128μs。電路中的外接是應(yīng)盡及兩個(gè)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(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位,本設(shè)計(jì)采用的是手動(dòng)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(kāi)銷(xiāo);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(gè)負(fù)壓,這顯然會(huì)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(shí)現(xiàn)了同相比例放大。 本設(shè)計(jì)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(guò)放大電路后分別接到 ADC0809 的 IN0 和 IN1。 如圖 38 所示。 WRITE、 MODE是寫(xiě)控制位和模式控制位,分別接單片機(jī) 、 。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能 體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。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(shí)器初始化 開(kāi)中斷 關(guān)閉蜂鳴器 打開(kāi)綠燈 是否報(bào)警 設(shè)定初值 開(kāi)始 返回 何凡:基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 數(shù)據(jù)采集子程序 數(shù)據(jù)采集是火災(zāi)報(bào)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(hào)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(guò)換算可得出溫度煙霧傳感器輸出火災(zāi)報(bào)警臨界電壓值為: = 臨 , V 溫度 =17V 火災(zāi)判斷與報(bào)警 系統(tǒng) 對(duì)溫度和煙霧進(jìn)行了兩次數(shù)據(jù)采集與判斷 ,每次信號(hào) 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(cè)和溫度探測(cè), 將 煙霧的臨界值為 ,溫度的臨界值為 并且以 及 47℃ 為報(bào)警值 , 通過(guò)滑動(dòng)電位器來(lái)改變輸入值的大小 。操作方便,成低。而且,對(duì)工程設(shè)計(jì)的流程和步驟有了清晰的認(rèn)識(shí),為自己日后的學(xué)習(xí)和研究打下了堅(jiān)實(shí)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(jì)(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(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(wèn)題,例如在數(shù)據(jù)采集時(shí)程序上編寫(xiě)的問(wèn)題 ,但通過(guò)各方資料順利解決, 通過(guò)這次設(shè)計(jì) ,更加深入的理解和掌握了這方面的知識(shí),對(duì)本專(zhuān)業(yè)的認(rèn)識(shí)也更加深入,使自己對(duì)本專(zhuān)業(yè)更加的熱愛(ài),對(duì)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(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 圖 44 表示的是現(xiàn)場(chǎng) 火災(zāi),此時(shí)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(jì)(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(lái)代替。 火災(zāi)報(bào)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(jì)采用的是模塊化設(shè)計(jì),系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能是通過(guò)調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)的。首先設(shè)定定時(shí)器工作方式,然后開(kāi)系統(tǒng)中斷,以便響應(yīng)中斷定時(shí),及時(shí)對(duì)氣體濃度和溫度進(jìn)行采樣。 主程序流程 火災(zāi)報(bào)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(dòng)外部電路、語(yǔ)音報(bào)警和 A/D 采樣等,該部分是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)智能化的集中體現(xiàn)。 Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具,全 Windows 界面。在本系統(tǒng)中,對(duì) LED 進(jìn)行的是動(dòng)態(tài)掃描,除了給顯示器提供段的輸入之外,還要對(duì)顯示器進(jìn)行位控制。由于ADC0809 片內(nèi)無(wú)時(shí)鐘,故利用 8051 提供的地址鎖存使信號(hào) ALE 經(jīng) D 觸發(fā)器二分頻獲得時(shí)鐘。所以調(diào)節(jié)滑動(dòng)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(gè)特點(diǎn): ( 1)同相比例運(yùn)算放大電路時(shí)一個(gè)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(jì)(論文) 19 圖 36 80C51 晶振和復(fù)位電路原理圖 信號(hào)處理 電路 傳感器輸出信號(hào)一般比較微弱,需要經(jīng)過(guò)前置電路對(duì)其進(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)整,滿足單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)的要求。 80C51的復(fù)位信號(hào)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(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 單片機(jī)外圍 接口電 晶振電路 晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱,在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)在串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò),晶振電路為單片機(jī)工作提供時(shí)鐘信號(hào),這個(gè)信號(hào)就是單片機(jī)的工作速度,芯片中有一 個(gè)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(hào),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(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí), ALE(允 許地址鎖存信號(hào))以每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出,用于鎖存出現(xiàn)在 P0 口的低 PSEN( 29 腳 ):
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