【正文】 ..........................................19 第 3 章 火災(zāi)報警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ....................................................................20 電源模塊的設(shè)計(jì) ....................................................................................20 單片機(jī)小系統(tǒng)電路 ................................................................................22 晶振電路 .........................................................................................22 復(fù)位電路 .........................................................................................22 傳感器控制電路 ....................................................................................23 聲光報警電路 ........................................................................................25 數(shù)據(jù)采集與分析電路 ............................................................................27 本章小結(jié) ................................................................................................29 第 4 章 火災(zāi)報警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ........................................................................30 基于 Keil C51 軟件開發(fā)環(huán)境 ...............................................................30 火災(zāi)報警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) ........................................................................ 30 數(shù)據(jù)采集程序 ................................................................................. 32 火災(zāi)判斷與報警 ............................................................................. 32 本章小結(jié) ................................................................................................ 34 結(jié)論 ...................................................................................................................... 38 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................. 36 致謝 ...................................................................................................................... 38 附錄 1 開題報告 附錄 2 文獻(xiàn)綜述 附錄 3 中期報告 附錄 4 外文翻譯 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 概述 研究背景 火災(zāi)是世界上發(fā)生頻率較高的一種災(zāi)害，幾乎每天都有火災(zāi)發(fā)生，據(jù)聯(lián)合國 “ 世界火災(zāi)統(tǒng)計(jì)中心（ WFSC） 20xx 統(tǒng)計(jì)資料 ” ，全球每年約發(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 人至 75000 人 [1]。大賓館、酒店、商場、圖書館、博物館、檔案館和辦公樓等，自動滅火系統(tǒng)已成為必不 可少的安保裝置。因此，設(shè)計(jì)簡單實(shí)用的火災(zāi)報警控制系統(tǒng)有著防止和減少 火災(zāi)危害、保護(hù)人身安全和財產(chǎn)安全的重要意義。 (3) 感光型火災(zāi)報警系統(tǒng) 物質(zhì)燃燒不但會產(chǎn)生煙霧和熱量，同時也會產(chǎn)生可見或不可見的光輻射。這時期，我國生產(chǎn)火災(zāi)報警產(chǎn)品的企業(yè)也得到了快速發(fā)展，部分企業(yè)進(jìn)行了合資生產(chǎn)、技術(shù)合作，取得了不菲的成績，也造就了現(xiàn)今市場上許多有實(shí)力的商家，部分技術(shù)已接近或趕上了國際水平 [7]。 國外一些較發(fā)達(dá)的國家，具有火災(zāi)預(yù)防、報警、撲救、善后處理等比較完善的消防體系。傳統(tǒng)火災(zāi)自動報警與現(xiàn)代自動報警系統(tǒng)的區(qū)別主要在于探測 器本身的性能，其中現(xiàn)代自動報警系統(tǒng)使系統(tǒng)確定火災(zāi)的數(shù)據(jù)處理能力和自動化程度大為增加，減少了誤報警的概率，增加了系統(tǒng)可靠性，這是現(xiàn)代火災(zāi)探測報警技術(shù)的發(fā)展方向 [13]。 (3) 小型化 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的小型化是指探測部分或者說網(wǎng)絡(luò)中的 “ 子系統(tǒng) ” 小型化。 另外，火災(zāi)報警系統(tǒng)，從發(fā)展過程來看，大體可分為三個階段 [14,15]： 第一階段：多線型火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。 本文主要研究內(nèi)容 本系統(tǒng)采用 ATMEL公司的 AT89C51 單片機(jī) [1,16]作為處理器設(shè)計(jì)了一種智能火災(zāi)報警器，主要包括：信號采集及前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、聲光報警電路等部分組成可以實(shí)現(xiàn)聲光報警、故障自診斷、報警限設(shè)置、延時報警等功能 [4,17]。其中火災(zāi)檢測傳感器是檢測火災(zāi)是否發(fā)生的專門儀器，可根據(jù)建筑物或?qū)嵉?場所的要求，安裝不同類型的火災(zāi)檢測傳感器。 總體方案設(shè)計(jì) 由以上的分析，本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)框圖如圖 21 所示，該系統(tǒng)工作中 傳感器的探頭將探測的物理信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)信號放大電路處理后送入單片機(jī)，單片機(jī)對該信號進(jìn)行判斷，如果該值超出安全范轉(zhuǎn)，單片機(jī)就會立即輸出報警信號。同時，在能夠滿足報警器設(shè)計(jì)的計(jì)算速度及接口數(shù)的要求的同類型單片機(jī)中，要考慮選擇價 格低廉且體積輕巧的機(jī)型，在保證了報警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。在 FIASH 編程時， P0口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。在給出地址 “ 1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施 加 12V 編程電源（ VPP）。 芯片擦除：整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在火災(zāi)發(fā)生初期，當(dāng)進(jìn)入光電感煙探頭中采樣室的煙濃度超過由參考室的門限值時，光電感煙探頭底座上的指示燈將點(diǎn)亮，同時送出報警電壓信號。 圖 23 常用光電傳感器 光電感煙原理 光電感煙探測器也是點(diǎn)型探測器，點(diǎn)型光電感煙探測器是利用煙粒子散射和吸收光原理工作的，主要有兩種形式：散射光型光電感煙探測器和減光型光電感煙探測器的 [5,13]。m 之間。這就說明太大的顆粒散射能力也不強(qiáng)。光敏管采用硅（ Si）光電池。當(dāng)無煙霧顆粒進(jìn)入光敏室時，受光元件不產(chǎn)生光電流，這就實(shí)現(xiàn)了將煙霧信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕奈锢砘A(chǔ) [12]。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 靈敏度 顆粒直徑 /181。 2． 差 溫式探測器 ： 差溫式探測器是在規(guī)定時間內(nèi)，火災(zāi)引起的溫度上升速率超過某個規(guī)定值時啟動報警的火災(zāi)探測器。但是大多數(shù)單片機(jī)本身只能識別和處理數(shù)字量，因此必須經(jīng)過模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換 （ A/D轉(zhuǎn)換 ） ，才能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)對被控對象的識別和處理。 圖 28 ADC0809 引腳 圖 A/D轉(zhuǎn)換電路采用了常用的 8位 8通道數(shù)模轉(zhuǎn)換專用芯片 ADC0809，ADC0809由 8路模擬開頭、地址鎖存與譯碼器、 8位 A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存 緩沖器組成，芯片引腳圖如圖 28所示 [20,21]。 本章小結(jié) 本章主要介紹了該火災(zāi)報警系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)和各種器件的 詳細(xì)介紹和正確選澤主要包括控制芯片 AT89C5 AD 轉(zhuǎn)換器和傳感器，并介紹了該火災(zāi)報警系統(tǒng)的傳感器的工作原理。 220V 的交流電通過變壓器 T1 轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，?jīng) D1~D4 整流以后將交流電壓變成脈動的直流電壓，再經(jīng)濾波電容 C11 濾除紋波，輸出直流電壓 VO， VO與交流電壓 Vi的關(guān)系為 VO=（ ~）Vi。充電的時候，電容器兩端的電壓逐漸升高，直到接近充電電壓；放電的時候，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失。穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流、過熱保護(hù)電路。單片機(jī)在啟動時都需要復(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。AT89C51 的復(fù)位電路如圖 33 所示。由于運(yùn)放 LM324 的輸入級是差動放大電路，要求兩端輸入回路參數(shù)對稱，即 PN RR ? ， FN RRR //1? ，故 645 //RRR ? ，KR ? 。 LPF 電路電壓放大倍數(shù)為： 2u )s(s31 1s RCRCA ???）（ (32) 用 ?j 取代 s，且令 RC?2f0 ? ， KH? ，得出電壓放大倍數(shù)為： 020uff3jff11???????????A (33) 由于為信號頻率二次冪的函數(shù)式，故為二階 LPF。當(dāng) P23～ P26 輸出低電平時，對應(yīng)的信號燈便會發(fā)光報警。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài) [19]。單片機(jī)的 P0 口接受 ADC0809 傳輸來 8 位數(shù)字量，向 A/D 輸出的 8 位地址經(jīng)地址鎖存器 74LS373 鎖存，選擇低 3 位地址作為 A/D 的通道選通地址。圖中 ALE信號與 START信號連在一起，在 WR 信號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉(zhuǎn)換。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 第 4 章 火災(zāi)報警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 基于 Keil C51 軟件開發(fā)環(huán)境 本系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的匯編語言而采用 C 語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。開發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。 第 4 章 火災(zāi)報警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 31 火災(zāi)報警系統(tǒng)控制器上采用 AT89C51 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)。 為了降低誤報率，系統(tǒng)采用了多次采集、多次判斷的方法。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 本章小結(jié) 本章主要介紹了該火災(zāi)報警系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)。 LE 端接至單片機(jī)的地址鎖存允許 ALE 端。故D 觸發(fā)器能 實(shí)現(xiàn)對 ALE 端口的信號二分頻 [1,14]]。當(dāng) EOC 為高電平時， 表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 36 蜂鳴器報警 圖 37 光報警電路 光報警電路路如圖 37，其中單片機(jī)的 P2 口進(jìn)行控制， P2 口的 P23～P26 分別控制 4 個發(fā)光二極管，予以光報警，如圖所示。將串聯(lián)的兩節(jié) RC 低通網(wǎng)絡(luò)直接與反向電壓跟隨器電路相連，可構(gòu)成煙霧、溫度調(diào)理電路中的簡單二階低通濾波器電路 [9,22]。 系統(tǒng)采用固定門限檢測法 [12,14]判斷火災(zāi)是否發(fā)生，溫度閾值設(shè)定為 57℃ ，煙霧濃度閾值設(shè)燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 定為 %每英尺。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，設(shè)計(jì)完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。 復(fù)位電路 復(fù)位電路的基本功能是 [9]：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。 常見集成穩(wěn)壓器有固定式三端壓器與可調(diào)式三端穩(wěn)壓器，固定式三端穩(wěn)壓器的常見產(chǎn)品有輸出固定正電壓的 LM78系列和輸出固定負(fù)電壓的LM79系列，如 LM7805 輸出電壓為 +5V， LM7905 輸出電壓為－ 5V。 電容濾波電路工作原理：電容器是一個儲存電能的倉庫。