【正文】 、故障自診斷、濃度顯示、報(bào)警限設(shè)置、延時(shí)報(bào)警等，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的煙霧傳感器，具有一定的實(shí)用價(jià)值。而無線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)能夠滿足目前要求，它具有安裝容易、快捷、便宜、無需布線、 對(duì)建筑物表面的最小破壞性、對(duì)功能變化的易適應(yīng)性等特點(diǎn)。在這一階段，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)普遍采用多線制布局方式，布線、調(diào)試、系統(tǒng)可靠性是系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。無線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)起初僅用于特殊場(chǎng)合，如博物館、名勝古跡等不宜布線的場(chǎng)合，而且其價(jià)格也比較高 [4]。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 萬至 700 萬次，全球每年死于火災(zāi)的人數(shù)約為 65000 至 75000 人。殘酷的現(xiàn)實(shí)讓人們逐漸認(rèn)識(shí)到監(jiān)控預(yù)警和消防工作的重要性，良好的監(jiān)控系統(tǒng)和及時(shí)的報(bào)警機(jī)制可以大大降低人員的傷亡，為社會(huì)減少不必要的損失 [8]。根據(jù)可燃?xì)怏w與空氣混合方式不同有兩種燃燒方式，如果在燃燒前，可燃?xì)饩团c空氣均勻混和，則稱之為預(yù)混燃燒；如果可燃?xì)怏w和空氣分別進(jìn)入燃燒區(qū)邊混合邊燃燒，則稱之為擴(kuò)散燃燒 。其中的氣溶膠、煙霧、火焰和熱量都稱為火災(zāi)參量，通過對(duì)這些參量的測(cè)定便可確定是否存在火災(zāi)?；鹧嫒紵螅杆俾?，產(chǎn)生大量的 熱使得環(huán)境溫度升高，如果能將這時(shí)能夠探測(cè)到有效地溫度值，就可以比較及時(shí)地控制火災(zāi)。 本文設(shè)計(jì)的用于小型防火單位的單片機(jī)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)具有以下特點(diǎn) : (1)能對(duì)室內(nèi)煙霧 (CO2, CO) 及溫度突變進(jìn)行報(bào)警 ,具有 聲、光雙重報(bào)警功能。且由于其體積小、操作維護(hù)方便、成本低廉等 , 具有廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)探測(cè)溫度參數(shù)的不同，一般可以將感溫型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)分為定溫式、溫差式等幾種。 （ 4）復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 如果報(bào)警系統(tǒng)同時(shí)對(duì)溫度、煙霧和光輻射中的兩種或兩種以上參數(shù)做出響應(yīng)，那么它就是復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。還有一種叫光電感應(yīng)探測(cè)器，它有一個(gè)發(fā)光元件和一個(gè)光敏元件，平常光源發(fā)出的光，通過透鏡射到光敏元件上，電路維持正常，如果有煙霧從中阻隔，到達(dá)光敏元件上的光就顯著減弱，于是光敏元件就把光強(qiáng)的變化變成電的變化，通過放大電路向人們報(bào)警。這兩種探測(cè)器都屬定溫型，即當(dāng)外界溫度超過某一限值時(shí)就會(huì)報(bào)警；還有一類是差溫型，升溫的速度超過特定值時(shí)，便會(huì)感應(yīng)報(bào)警。 第 3 章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)核心芯片選擇 傳感器介紹 AD590 溫度傳感器 要準(zhǔn)確地進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警 ， 選擇合適的溫度和煙霧傳感器是準(zhǔn)確報(bào)警的前提。 電源電壓可在 4V6V 范圍變化，電流 TI變化 1 A? ，相當(dāng)于溫度變化 1K。選擇適當(dāng)?shù)碾娮枳柚?,使得當(dāng)氣體濃度達(dá)到一定程度 (如 CO 濃度達(dá)到 0106%)時(shí) ,VA 端獲得適當(dāng)?shù)碾妷?。 錄音指示（ /RECLED） ： 處于錄音狀態(tài)時(shí)，此端為低，可驅(qū)動(dòng) LED。單端使用時(shí)必須在輸出端和喇叭間接耦合電容 ,而雙端輸出既不用電容又能將功率提高 4 倍 。發(fā)送 結(jié)束，中斷由軟件清零。對(duì)于 CHMOS 芯片，該引腳懸空不接。 （ D） EA/Vpp（ 31 腳）： EA為訪問外部程序儲(chǔ)器控制信號(hào)，低電平有效。它分時(shí)提供 8 位雙向數(shù)據(jù)總線。 (D)P3 口（ 10 腳～ 17 腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P3 口。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。 （ 5） 可鎖存三態(tài)輸出，輸出電平與 TTL電平兼容。其引腳圖和內(nèi) 部框圖如圖 37 所示。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。 80C51 的復(fù)位電路如圖 所示。當(dāng) EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。故 D 觸發(fā)器能實(shí)現(xiàn)對(duì) ALE 端口的信號(hào)二分頻。 LE 端接至單片機(jī)的地址鎖存允許 ALE 端。 信號(hào)處理電路 圖 310 信號(hào)處理電路 由于傳感器輸出的模擬信號(hào)比較微弱，且含有干擾信號(hào)，所以系統(tǒng)需要將信號(hào)進(jìn)行放大 、過濾 。 如果出現(xiàn)異常情況， 、 輸出 高 電平 ， 輸出低電平 ， 控制 綠色發(fā)光二級(jí)管的發(fā) 光。 本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國(guó) Keil Software 公司出品的 Keil C51，是 51系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)。 ABS 文件由OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex 文件，以供調(diào)試器 dScope51 或 tScope51 使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì) 目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。 ． 2 主程序初始化流程圖 主程序初始化流程圖如圖 42 所示。系統(tǒng)延時(shí) 50ms，進(jìn)行第二次溫度煙霧信號(hào)采集，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入寄存器中。經(jīng)過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 ， = 臨 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 a 為 1，否則為 0； 當(dāng) 煙霧濃度≥ ％，煙霧濃度異常，置 寄存器變量 b 為 1，否則為 0。是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的火災(zāi)報(bào)警器，具有一定的實(shí)用價(jià)值 。在設(shè)計(jì)過程中，自己也學(xué)到了許多新的知識(shí)，有很多感悟和體驗(yàn)心得。 uchar Tem=,Smok=。WR=1。Smok2=Smok1。 //選通 IN0，轉(zhuǎn)換溫度信號(hào) WR=0。Smok1=P0}。k0。 if (Smok2 Smok ) b2=1。b=1) {P22=1。P22=1； P24=1； P25=1。 //溫度煙霧標(biāo)志位只有一個(gè) 1，異常 if(a=0amp。P24=1。P22=1； P24=1； P25=1。b=0) {P23=0。 if(a=1amp。 if(Smok1 Smok) b1=1。j0。 //選通 IN1，轉(zhuǎn)換煙霧信號(hào) WR=0。 //系統(tǒng)隔 20s對(duì)現(xiàn)場(chǎng)判斷 }。 //初始化 while(1) //主程序 { caiji _wenyan ()。 void main() { P21=1。在此一并感謝！ 大學(xué)四年的時(shí)光轉(zhuǎn)瞬即逝，在 黃淮學(xué)院 的學(xué)習(xí)和生活是我人生中一段非常寶貴而難忘的經(jīng)歷。由于上述缺點(diǎn)的存在 ,此系統(tǒng)不是很完善，還有待進(jìn)一步改進(jìn)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)過努力，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)。 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℃ 。 每次采集 溫度煙霧 數(shù)據(jù)后 ，將數(shù)據(jù)存入單片機(jī)的寄存器，然后在火災(zāi)判斷程序中，將采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)生火災(zāi) 。 圖 程序流程圖 主程序是一個(gè)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)輸出輸入端口的設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、外圍驅(qū)動(dòng)電路等完成初始化，接下來執(zhí)行火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集程序、火災(zāi)判斷、報(bào)警程序。然后分別由C51 及 A51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件 (.OBJ)。因?yàn)?C 語(yǔ)言的描述由函數(shù)組成，是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，所以更容易實(shí)現(xiàn)模塊化，而且具有可讀性好，易于移植等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還有匯編語(yǔ)言一樣的位操作功能的硬件詳細(xì)控制指令 [29]。 報(bào)警電路 語(yǔ)音報(bào)警電路 圖 312 語(yǔ)音報(bào)警電路 AD 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)傳輸給 P0 口，讀取 P0 口的內(nèi)容跟設(shè)定的值 進(jìn) 行判 定，如果大于設(shè)定值， 輸出低電平，控制語(yǔ)音芯片 ISD1420 的發(fā)出 火災(zāi) 語(yǔ)音報(bào)警 . 如果小于于設(shè)定值， 輸出高電平，說明正常，沒有火災(zāi)發(fā)生。 ADC0809 的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào) EOC 接到 80C51 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 三態(tài)允許控制端 OE接地，表示三態(tài)門一直打開。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 80C51 的 ALE 端。 START： 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。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，設(shè)計(jì)完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。 復(fù)位電路 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，圖 37 ICM7218 引腳圖及內(nèi)部框圖 撤銷復(fù)位信號(hào)。 當(dāng)單片機(jī)寫入模式控制字后， ICM7218 以約定的方式接收顯示數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)寫入靜態(tài)顯示 RAM 中。 （ 3） 單電源 +5v供電，基準(zhǔn)電壓由外部提供，典型值為 +5v，此時(shí)允許輸入模擬電壓為 0— 5V。 A／ D 轉(zhuǎn)換器的主要性能參數(shù)有： (1) 分辨率分辨率表示 A／ D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 接口且尋址范圍超過 256 個(gè)字節(jié)時(shí)， P2口用于高 8 位地址總線送出高 8位地址。當(dāng)不接外部存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展 I/O 接口時(shí)，它可作為準(zhǔn)雙向 8 位輸入 /輸出接口。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期 PESN 兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。 語(yǔ)音段的尋址 語(yǔ)音芯片與單片機(jī)的連接，常通過串行口來實(shí)現(xiàn)，串行口也可以通過輔助電路分時(shí)多用。對(duì)話筒輸入來說， ANA OUT 端應(yīng)通過外接電容連至本端。 邊沿觸發(fā)放音（ /PLAYE） ： 此端出現(xiàn)下降沿時(shí)，芯片開始放音。 TGS202 氣體傳感器能探測(cè) CO2, CO, 甲烷、煤氣等多種氣體 ,他靈敏度高 ,穩(wěn)定性好 ,適合于火災(zāi)中氣體的探測(cè)。 圖 31 AD590 應(yīng)用電路圖 AD590 有以下特點(diǎn)： AD590 的測(cè)溫范圍 55℃～ +150℃ 。 火災(zāi)報(bào)警器是重要的安全設(shè)備，一切重要的場(chǎng)所，如大型物資倉(cāng)庫(kù)、隧道、大型船舶、高層建筑都應(yīng)該安裝。正常的情況下，探測(cè)器的電路斷開，當(dāng)溫度升到一定值時(shí)，由于金屬膨脹、延伸，導(dǎo)體接通，于是發(fā)出了信號(hào)。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。感光型火災(zāi)報(bào)警 系統(tǒng)就是通過響應(yīng)火災(zāi)中產(chǎn)生的光特性，即擴(kuò)散火焰的光強(qiáng)度和閃爍頻率，來觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)的。 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的類型 根據(jù)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中所使用的探測(cè)器種類的不同，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可以分為以下四種： （ 1）感溫型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 由于火災(zāi)發(fā)生時(shí)燃燒物會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，使得周圍溫度迅速變化。一旦真出現(xiàn)火災(zāi) (煙霧和溫度同時(shí)出現(xiàn)異常 )時(shí)，能立即發(fā)出 語(yǔ)音、 光火災(zāi)警報(bào) [15] 。 圖 為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 [14] 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 單片機(jī)是整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的核心 ，系統(tǒng)的 工作原理是 ： 先通過傳感器 (包括溫感和煙感 )將現(xiàn)場(chǎng)溫度、煙霧 等非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)， 調(diào)理電路 將傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理 (放大、濾波等 )，使之滿足 A /D 轉(zhuǎn)換的要求 ,最后由 A /D 轉(zhuǎn)換電路 ,完成將溫度傳 感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換 ，單片機(jī)判斷現(xiàn)場(chǎng)是否 發(fā)生火災(zāi)。 總的來說，普通可燃物在燃燒時(shí)表現(xiàn)為以下形式：首先是產(chǎn)生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣充足的條件下才能達(dá)到全部燃燒，產(chǎn)生火焰，發(fā)出可見光和不可見光，并散發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度升高。同時(shí)，發(fā)出含有紅、紫外線的火焰，散發(fā)出大量的熱量 [11]。 第２章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 火災(zāi)產(chǎn)生原理及過程 火災(zāi)是一種失去人為控制的由燃燒造成的災(zāi)害，產(chǎn)生火災(zāi)的基本要素是可燃物、助燃物和點(diǎn)火源。一旦發(fā)生火災(zāi)，將對(duì)人的生命和財(cái)產(chǎn)造成極大的危害 [7]。 課題研究的背景和意義 在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全