【正文】 .............................................................................. 27 主程序流程圖 .................................................................................................... 27 主程序初始化流程圖 ......................................................................................... 28 濾波子程序 ....................................................................................................... 28 線性化子程序 .................................................................................................... 29 報(bào)警子程序 ....................................................................................................... 31 鍵盤處理子程序 ................................................................................................ 34 結(jié)論 ................................................................................................................................ 35 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................... 36 致 謝 ............................................................................................................................... 37 附 錄 ............................................................................................................................... 38 程 序 ........................................................................................................................ 39 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 摘 要 目前，隨著電子產(chǎn)品在人類生活中的使用越來越廣泛，由此引起的火災(zāi)也越來越多，在我們生活得四周到處潛伏著火災(zāi)隱患。 嚴(yán)峻的事實(shí)證明，隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)財(cái)富日益增加，火災(zāi)給人類、社會(huì)和自然造成的危害范圍不斷擴(kuò)大，它不僅毀壞物質(zhì)財(cái)產(chǎn)，造成社會(huì)秩序的混亂，還直接威脅生命安全，給人們的心靈造成極大的傷害。 2. 溫度傳感器 AD590、煙霧傳感器 TGS20 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 的選擇以及與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)。整體電路的框圖如圖 21所示： 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。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。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。正常的情況下，探測器的電路斷開，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)。 火災(zāi)報(bào)警器是重要的安全設(shè)備，一切重要的場所，如大型物資倉庫、隧道、大型船舶、高層建筑都應(yīng)該安裝。可燃?xì)怏w與空氣混合，在較強(qiáng)火源作用下產(chǎn)生預(yù)混燃燒?？焖侔l(fā)展火焰則是火災(zāi)擴(kuò)散的速度特別快，這種類型的火災(zāi)一般為空氣中混有大量可燃?xì)怏w。 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器， 2 個(gè)全雙工串行通信口。綜合以上觀點(diǎn)，本論文選定 AT89C51 作為本系統(tǒng)的核心。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門 電流，當(dāng) P2 口被寫 “ 1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。在平時(shí)， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 圖 31 電源部分原理圖 整流濾波基本電路圖如圖 32 所示。但是，電容量達(dá)到一定值以后，再加大電容量對提高濾波效果已無明顯作用。AT89C51 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。 晶振電路 晶振電路為單片機(jī) AT89C51 工作提供時(shí)鐘信號(hào)，芯片中有一個(gè)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。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(shí)，光電感煙探頭底座上的指示燈將點(diǎn)亮，同時(shí)送出報(bào)警電壓信號(hào)。 根據(jù)瑞利散射理論，空氣中的煙霧顆?？梢越瓶闯梢粋€(gè)微小的圓球，這時(shí)的瑞利比 ( 散射能力 ) 為 [12,17]： )()()( 2202 UKVR sssp h ???? ?? (21)式中：)os(3)( 32 UUCSi nUUUs ??? 為散射函數(shù)； 24 ??? SinRU S? ； SR 為圓球半徑； 為波長；? ? 為散射角； sphV 為圓球的體積； K 為散射測量中的物理常數(shù)； s???0 為反差因子。在兩者之間加上遮光部件，且之間形成角度以避免受光元件直接接收發(fā)光元件發(fā)出的光線。散射光強(qiáng)同波長的四次方成反比。當(dāng)煙霧顆粒直徑在 0. 5～ 0. 9181。根據(jù)監(jiān)測溫度參數(shù)的不同，一般用于工業(yè)和民用建筑中的溫度探測器有 [4,14,17]： 1． 定溫式探測器 ： 定溫式探測器是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，火災(zāi)引起的溫度上升超過某個(gè)定值時(shí)啟動(dòng)報(bào)警的火災(zāi)探測器。其主要特 性如 [18]下：(1) 工作電壓低，可在 ；且工作電壓范圍寬，為 — ； (2) 靜態(tài)電流小，典型值為 5． 41μA； (3) 末級(jí)為推挽輸出，輸出電壓與感測的溫度成反比，確保芯片即使在較高的溫度范圍內(nèi)仍可保持極高的靈敏度； (4) 可提供 4個(gè)不同增益讓用戶自行選擇，其中包括 ℃ 、 mV /℃ 、 /℃及 /℃ ； (5) 溫度范圍寬，可以監(jiān)控由 50℃ 至 150℃ 范圍內(nèi)的溫度； (6) 設(shè)計(jì)靈活、功率極低，采用極小巧的 SC70 封裝，大小與美國國冢 半導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào) LM20 溫度傳感完全相同。 圖 34 溫度信號(hào)調(diào)理電路 電路設(shè)計(jì)中要求高輸 入低輸出，故放大電路、濾波電路的前置電阻 R R8的阻值設(shè)為 10K 和 1K[15]。 二 階 低 通濾 波 電路 中 KRRRRR 1141398 ????? ，F(xiàn)CCCCC ? ????? 。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，控制或測量對象的有關(guān)變量，往往是一些連續(xù) 變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、位移、速度等物理量。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的 8 位通用 A/D 芯片。當(dāng)時(shí)鐘頻率 500KHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為128μs。紅燈亮表示環(huán)境中煙霧濃度、溫度超過報(bào)警限值，提醒用戶盡快采取相應(yīng)措施。 數(shù)據(jù)采集 與分析 電路 本設(shè)計(jì)中的 A/D 使用的是通用 8 位芯片 ADC0809，芯片的幾個(gè)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(jì)中數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片使用的是 ADC0809，其工作的時(shí)鐘信號(hào)為500KHz，因其內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，時(shí)鐘信號(hào)由外部 AT89C51 的 ALE 端口提供。 ADC0809 通道選通如表 31。當(dāng) 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。預(yù)熱同時(shí)，對傳感器加熱絲故障檢測，采用軟件方式檢測傳感器加熱絲或電纜線是否斷線或者接觸不良。然后關(guān)閉蜂鳴器，開啟綠燈，設(shè)置報(bào)警限初值。電壓值與氣體濃度之間是開始 設(shè)定采樣次數(shù) 調(diào)用 A/D 采樣 求第二個(gè)到第九個(gè)采樣值的累加和 將累加和求平均值 送入寄存器 N Y 已達(dá)到設(shè)定次數(shù) 將采樣值排序 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 非線性的關(guān)系，為了實(shí)時(shí)顯示煙霧濃度需要對其進(jìn)行線性化處理。 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)。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)。尤其在我剛拿到一個(gè)帶有陌生專業(yè)術(shù)語的題目想退縮時(shí)，王老師的一翻教導(dǎo)令我受益匪淺。他們給了我很多的建議和幫助。特此感謝！通過本次設(shè)計(jì)，讓我明白了很多。還有，人要不斷的接受新知識(shí)，學(xué)習(xí)新知識(shí)，這樣才能在以后的人生道路上堅(jiān)強(qiáng)的走下去。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。是一種結(jié)構(gòu)簡單、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 。分段插值法線性化程序流程圖如圖 45 所示： 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 報(bào)警子程序 當(dāng)煙霧濃度或溫度值超過報(bào)警限設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲，對應(yīng)通道的紅燈閃亮，以提示操作人員采取安全對策或自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置，從而保障生產(chǎn)安全，圖 45 線性化子程序 開始讀取濾波電壓 X查表并確定 X 所在電壓區(qū)間求電壓值 X 與所在區(qū)間下限差X m = X X i求 X 所在區(qū)間的上下限濃度值的差 Z = f ( X i + 1 ) f ( X i )求上下限電壓值的差 Xd = X i + 1 X i求 Z 與 Xd 的比 K = Z / X d求出 K 與 X 的和 S = K * X m求出 f ( X )= f ( X i )+ S保存濃度值返回2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 避免火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。干擾通常只影響個(gè)別開始 定時(shí)器初始化 開中斷 關(guān)閉蜂鳴器，打開綠燈 設(shè)定初值 Y N 是否保持報(bào)警初值 返回 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與其他采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)相差比較大。AT89S52 單片機(jī)對傳感器檢測到的煙霧濃度和溫度信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換、平均值法濾波、線性化處理后，將檢測值 與報(bào)警限設(shè)定值相比較，判斷是否報(bào)警。例如，輸出地址 F8H 可選通通道 IN0，實(shí)現(xiàn)對溫度傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換；輸出地址 F9H 可選通通道 IN1，實(shí)現(xiàn)對煙霧傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng) OE 為高電平時(shí)，Q0~Q7 呈高阻態(tài)，既不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 圖 38 AT89C51 與 ADC0809 接口電路 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 當(dāng) AT89C51 的 ALE 端口不訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)， AT89C51 的 ALE 端以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，故晶振設(shè)定 12MKz，再經(jīng)過二分頻電路，單片機(jī)即可向 ADC0809 輸出 500KHz 的時(shí)鐘信號(hào)。 A， B和 C為地址輸入線，用于選通 IN0IN7上的一路模擬量輸入，通道選擇如表所示。 4 個(gè)按鍵分別接到片。 聲音報(bào)警電路如圖 39 所示。 ADC0809的 引腳功能： D7D0 ： 8位數(shù)字量輸出引腳 IN0IN7 ： 8位模擬量輸入引腳 GND ：地 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 REF（ +） ：參考電壓正端 REF（ ） ：參考電壓負(fù)端 START ： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端 ALE ：地址鎖存允許信號(hào)輸入端 ADC0809的 主要性能指標(biāo)為 [20,21]： (1) 分辨率為 8位。完成 A/D 轉(zhuǎn)換的器件即為 A/D 轉(zhuǎn)換器圖 36 信號(hào)處理電路 1 2 3 4 5 6AB