【正文】 電容 C13（ ）能改善負載的瞬態(tài)影響 ，從而為接收主機提供穩(wěn)定的工作電壓。 (6) 轉(zhuǎn)換速度取于決芯片的時鐘頻率。其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8 路模擬輸入信號中的一個進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 LM94022 的管腳排列如圖 27 示。其中線型是當局部環(huán)境溫度上升達到 規(guī)定值時，可熔絕緣物熔化使兩導(dǎo)線短路，從而產(chǎn)生火災(zāi)報警信號。 綜上所述，光電感煙探測器在正常運行中對煙霧的識別能力較強，穩(wěn)定性較好。當火災(zāi)陰燃階段，煙霧顆粒進入光敏室，紅外光源（發(fā)光元件）發(fā)射的在煙霧顆粒上產(chǎn)生散射。選擇光譜 范圍在 0. 54～ 0. 95181。然而必須注意散射能力也依賴散射函數(shù) )(2Us? 。在陰燃階段會產(chǎn)生大量的煙霧顆粒和一氧化碳等大量有害氣體。 在火災(zāi)發(fā)生前往往伴隨著煙霧的產(chǎn)生，因此，我們就需要選擇一種能夠及時檢測空氣中煙霧含量的傳感器來進行火災(zāi)發(fā)生的預(yù)警。 火災(zāi)檢測傳感器的選擇及原理 光電感煙傳感器 對各類火災(zāi)檢測傳感器進行比較后，根據(jù)設(shè)計 本系統(tǒng)的實際情況出發(fā)，系統(tǒng)采用光電感煙傳感器。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。 EA/VPP ：當 EA 保 持 低 電平 時， 則在 此期 間外 部程 序存 儲 器燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 （ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時當 8051 通電，時鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 單片機是煙霧檢測報警器的核心部件，一方面它要接收來自傳感器的煙霧濃度的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對兩種信號分別進行處理，控制后續(xù)電路的相應(yīng)工作；同時，查詢是否有鍵按下的命令。環(huán)境中各種因素，如：靜電、灰塵顆粒、氣流、殺蟲劑、磁場、氣溫劇烈變化、水蒸氣等都會與火災(zāi)發(fā)生時的狀況接近，從而使報警設(shè)備發(fā)生誤判而報警。 完成系統(tǒng)軟件算法流程設(shè)計。由于采用了先進的計算機控制技術(shù)，智能化程度大大提高，探測器的報警形式采用數(shù)字量，并可通 過軟件對其靈敏度根據(jù)使用場合、時間進行設(shè)定和調(diào)整，如可設(shè)定白天、夜間、休息日不同靈敏度。此外，該系統(tǒng)的子機與主機可以進行雙向智能信息交 流，使整個系統(tǒng)的響應(yīng)速度及運行能力空前提高，誤報率幾乎接近零，靈敏度比傳統(tǒng)探測器高1000 倍以上，能探測到物質(zhì)高熱分解出的微粒子，并在火災(zāi)發(fā)生前的 30min 到 120min 預(yù)警，確保了系統(tǒng)的高靈敏性和高可靠性。此外，利用納米粒子化學(xué)活性強、化學(xué)反應(yīng)選擇性好的特性，將納米材料制成氣體探測器或光電感煙探測器，用來探測有毒氣體、易燃易爆氣體、蒸氣及煙霧的濃度并進行預(yù)警，具有反映快、準確性高的特點，目前已列為我國消防科研工作者的重點研究開發(fā)課題。這種管理運作方式已經(jīng)取得了良好的效果。同時根據(jù)場地不同，不同工作方式的系統(tǒng)也已使用，如無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，空氣取樣火災(zāi)自動報警系統(tǒng)等，設(shè)備容量也有小系統(tǒng)如 500 點、中型系統(tǒng)如 500 至 20xx 點、大型系統(tǒng)如 3000 點以上的多種型號。進入 80 年代后，國內(nèi)主要廠家也多是模仿國外產(chǎn)品，或是引進國外技術(shù)進行生產(chǎn)，沒有真正意義上的核心技術(shù)，并且市場也剛 剛開始發(fā)育。感煙型火災(zāi)報警系統(tǒng)就是對空氣中可見或不可見的煙霧粒子進行探測，然后將煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)換為電信號來觸發(fā)報警。研制火災(zāi)報警控制器的目的是為了立足于掌握核心開發(fā)技術(shù)，降低系統(tǒng)成本。 火災(zāi)作為危害人類生存的大敵，越來越受到人們的重視。 光電式感煙 傳感器 與溫度傳感器LM94022 的組合使用保證了報警的可靠性 ，減小了系統(tǒng)的誤報率 。 3. 煙塵實驗結(jié)果分析。 3．按學(xué)院指定的地點進行設(shè)計，嚴格按照進度計劃完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。 歐洲和北美發(fā)生的火災(zāi)較多，死亡人數(shù)卻相對較少，這與歐美發(fā)達國家的生活水平高以及消防設(shè)施完善有關(guān)；亞洲居住人數(shù)最多，發(fā)生火災(zāi)次數(shù)較少，但死亡人數(shù)較多，這與亞洲經(jīng)濟發(fā)展程度不高、消防設(shè)施不完善等因素有關(guān)。一旦發(fā)生火災(zāi)，將對人的生命財產(chǎn)造成極大的危害，于是人們開始尋求一種早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的方法，以便控制和撲滅火災(zāi)，減少損失，保障生命安全。 火災(zāi)報警系統(tǒng)的類型 根據(jù)火災(zāi)報警系統(tǒng)中所使用的探測器種類的不同，火災(zāi)報警系統(tǒng)可以分為以下四種 [5]： (1) 感溫型火災(zāi)報警系統(tǒng) 由于火災(zāi)發(fā)生時燃燒物會產(chǎn)生大量的熱量，使得周圍溫度迅速變化。感光型火災(zāi)報警系統(tǒng)就是通過響應(yīng)火災(zāi)中產(chǎn)生的光特性，即擴散火焰的第 1 章 緒論 3 光強度和閃爍頻率，來觸發(fā)報警系統(tǒng)的 [5,6]。經(jīng)過幾年的發(fā)展， 隨著國家對減災(zāi)、防災(zāi)得更加重視，和消防市場利潤的吸引，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和消防廣播、消防電源、及相關(guān)配套產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家開始增多。政府每年都要撥出大筆資金用于消防設(shè)備更新、人員培訓(xùn)燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 以及消防設(shè)施維護。 (1) 智能化 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)智能化是使探測系統(tǒng)能模仿人的思維，主動采集環(huán)境溫度、濕度、灰塵、光波等數(shù)據(jù)模擬量并充分采用模糊邏輯和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等進行計算處理，對各項環(huán)境數(shù)據(jù)進行對比判斷，從而準確地預(yù)報和探測火災(zāi)，避免誤報和漏報現(xiàn)象。如果火災(zāi)自動報警系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，那么系統(tǒng)中的中心控制器等設(shè)備就會變得很小，甚至對較小的報警設(shè)備安裝單位就可以不再獨立設(shè)置，而依靠網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備、服務(wù)資源進行判斷、控制、報警，這樣火災(zāi)自動報警系統(tǒng)安裝、使用、管理就變得簡單、省錢、方便。每個探測器除需提供兩根 電源線外，還需提供一根報警信號線，探測器電源由報警器提供，探測器的信號線均連接到報警顯示盤上，報警時點亮相應(yīng)的指示燈，如日本 ―日探 ‖公司生產(chǎn)的 CPF 火災(zāi)報警系統(tǒng)，此類系統(tǒng)的功能一般以報警為主，輔以一些簡單的聯(lián)動功能（也為多線制），如驅(qū)動警鈴等，其報警器對外圍探測器無故障檢測功能，只會對電源線的斷線做出故障反應(yīng)，安裝此類系統(tǒng)比較繁瑣，特別是校線工作量較大。是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的火災(zāi)報警器，具有一定的實用價值?；馂?zāi)檢測傳感器 [5,11]主要分為感煙探測器、感溫探測器、光輻射探測器和復(fù)合型探測器四大類，其中光電感煙探測器穩(wěn)定性能較好，誤報率低，壽命長等優(yōu)點，在火災(zāi)報警系統(tǒng)中被廣泛使用。顯示電路能夠準確的顯示出火災(zāi)險情的具體地點，報警電路對工作人員起到警示的作用，從而及時的警示工作人員做出相應(yīng)的處理。如今市面上比較普遍的單片機有 51 系列與 STC 系列。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。然而，初始復(fù)位不改變 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的狀態(tài)。另外，該引腳被略微拉高。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “ 1” 且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在輸入回路中，光電感煙探測器內(nèi)的接口電路十分關(guān)鍵。 氣溶膠粒子與光相互作用時，能發(fā)生兩種不同的衰減過程：吸收和散射。這些煙霧顆粒分布界面極大，性質(zhì)也不穩(wěn)定，容易使光產(chǎn)生散射。我們將煙霧顆粒使光產(chǎn)生散射的性質(zhì)制成優(yōu)良的煙霧傳感器。接受光譜取在 0. 5～ 1. 2181。 第 2 章 火災(zāi)報警系統(tǒng)整體方案設(shè)計 15 圖 24 散射光式光電式煙霧傳感器原理示意圖 如圖 25示光電感煙傳感器電路原理圖 圖 25 光電傳感器電路原理圖 通過大量的實驗 [4,17]， 得出了發(fā)光元件與受光元件的夾角等于 136176。m 圖 26 光電煙霧傳感器對不同直徑煙粒子的響應(yīng)曲線 溫度傳感器 溫度探測器是利用熱敏方式來檢測環(huán)境溫度進行報警的探測器，用于檢測被測物體和環(huán)境的溫度，當超出或低于標準值時發(fā)出報警。它也有線型和點型兩種結(jié)構(gòu)。完成 A/D 轉(zhuǎn)換的器件即為 A/D 轉(zhuǎn)換器 [20]。 ADC0809的 引腳功能 ： D7D0 ： 8位數(shù)字量輸出引腳 第 2 章 火災(zāi)報警系統(tǒng)整體方案設(shè)計 19 IN0IN7 ： 8位模擬量輸入引腳 GND ：地 REF（ +） ：參考電壓正端 REF（ ） ：參考電壓負端 START ： A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端 ALE ：地址鎖存允許信號輸入端 ADC0809的 主要性能指標為 [20,21]： (1) 分辨率為 8位。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 第 3 章 火災(zāi)報警系統(tǒng)的硬件設(shè)計 電源模塊的設(shè)計 電源模塊部分主要由整流電 路、濾波電路、集成穩(wěn)壓電路等組成。 電容濾波電路是最常見、也最簡單的濾波電路 [22]。電容器的容量越大，負載電阻值越大，充電和放電所需要的時間越長。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 單片機小系統(tǒng)電路 晶振電路 晶振電路為單片機 AT89C51 工作提供時鐘信號，芯片中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。 AT89C51 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。 第 3 章 火災(zāi)報警系統(tǒng)的硬件設(shè)計 23 圖 33 晶振電路與復(fù)位電路 傳 感器控制電路 由于傳感器輸出的模擬信號比較微弱，且含有干擾信號，所以系統(tǒng)需要將信號進行放大和濾波 [2,10]。依據(jù)運算放大器 “ 虛短 ” 、 “ 虛斷 ” 特性，有 ??? uu 。設(shè) 帶通截止頻率為 Hf ，則當 Hff? 時，上式的分母的模應(yīng)等于 2 ，可解出二階 LPF 的上限截止頻率為： ?H ， KHH ? (34) 二階低通濾波電路的衰減斜率可達 40dB/十倍頻，但是 又 由于 Hf 遠離0f ，即在 0ff? 處，信號的放大倍數(shù)已急劇下降，所以該濾波電路以降低濾波器通頻帶為代價來獲得濾波器衰減斜率 [3,22]。 第 3 章 火災(zāi)報警系統(tǒng)的硬件設(shè)計 27 數(shù)據(jù)采集 與分析 電路 本 設(shè)計中的 A/D 使用的是通用 8 位芯片 ADC0809，芯片的幾個重要管腳功能如下 [18]： ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。 由于本設(shè)計中數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片使用的是 ADC0809，其工作的時鐘信號為500KHz，因其內(nèi)部沒有時鐘電路，時鐘信號由外部 AT89C51 的 ALE 端口提供。 ADC0809 通道選通如表 31。當ALE 端口變?yōu)楦唠娖?，?74LS373 輸出端的低 3 位地址存入 A/D 的地址鎖存器中，此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。因為 C 語言的描述由函數(shù)組成，是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計語言，所以更容易實現(xiàn)模塊化，而且具有可讀性好，易于移植等優(yōu)點，同時還有匯編語言一樣的位操作功能的硬件詳細控制 指令 [6,8]。然后分別由 C51 及 A51 編譯器編譯生成目標文件 (OBJ)。系統(tǒng)程序流程圖如圖 41 所示。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報警子程序等 [14,22] 。另外重要的一點，Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。當 AT89C51 知道 A/D 轉(zhuǎn)換完成后，P20 與讀信號 RD 共同控制下的 A/D 端口 OE電平變?yōu)楦唠娖綍r，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到單片機上。鎖存允許端 LE 為高電平時，輸出端 Q0~Q7 狀態(tài)與輸入端 D0~D7狀態(tài)相 同；當 LE 由 “ 1” 變?yōu)?“ 0” 時，數(shù)據(jù)輸入鎖存器中。 D 觸發(fā)器的特性方程為 [3,15] DQ ??1n （ 35） 由于當 CP=1 時， D 觸發(fā)器有效； CP=0 時，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。聲報警電路由單片機的 P10 引腳 進行控制，當 P10 輸出的電平為高電平時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音報警；否則，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音 [6,22]。由于在火災(zāi)發(fā)生早期，溫度煙霧信號是一種緩變信號 [3,18]，故系統(tǒng)使用二階有源低通濾波器電路（ Low Pass Filter， LPF）。由于溫度、煙霧信號調(diào)理電路運放 LM324 接直流電源，電路中有直流，所以在電路中設(shè)計了起隔直通交的電容 C C C7。當人為按下按鈕時，則 Vcc的 +5V 電平就會直接加到 REST 端，系統(tǒng)復(fù)位。本設(shè)計中使用石英晶體，電容的容值設(shè)定為 30pF。所以通常應(yīng)根據(jù)負載電用和輸出電壓的大小選擇最佳電容量。要把脈動直流變成波形平滑的直流，還需要再做一番 “ 填平取齊 ”第 3 章 火災(zāi)報警系統(tǒng)的硬件設(shè)計 21 的工作，也就是需要濾波。 +12V 的直流電壓經(jīng) IC4（ 7805）穩(wěn)壓后得到的 +5V 的電壓，為接收主機整機電路供電 [16]。 (5) 可鎖存三態(tài)輸出，輸出電平與 TTL電平兼容。 目前有很多類型的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，它們在轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度、分辨率以及使用價值上都