【正文】 各具特色，綜合全部因素設(shè)計(jì)決定采用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8 通道， 8 位逐次 逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809[21]。其主要特性如 [18]下： (1) 工作電壓低，可在 電壓下工作；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(cè)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。它有線型和點(diǎn)型兩種結(jié)構(gòu)。m 時(shí) ， 光電感煙傳感器響應(yīng)最好 。當(dāng)光敏室無煙霧顆粒時(shí)散光極微弱。用砷化鎵（ GaAs）紅外二極管作為發(fā)光元件。 由上式可以看到散射能力與圓球體積平方成正比，因此從這方面來說，煙霧較大的顆粒比較小的顆粒散射能力要大得多。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 物質(zhì)燃燒會(huì)產(chǎn)生煙霧和有害氣體。由此可見，傳感器的選型是非常重要的。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。 RST：復(fù)位輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 圖 22 AT89C51 芯片的引腳圖 AT89C51 管腳作用 [1,9] P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 AT89C51 的引腳圖如圖 22 示，芯片可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程，其將通用的微處理器和Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一 起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本 [1,16]。 (2) 報(bào)警系統(tǒng)誤報(bào)、漏報(bào)現(xiàn)象也是目前火災(zāi)報(bào)警行業(yè)主要存在的問題，自從火災(zāi)探測(cè)器問世以來，長期困擾產(chǎn)業(yè)界的就是上述兩種現(xiàn)象。 學(xué)習(xí)使用 Protel DXP 20xx 完成硬件電路。這是當(dāng)今世界的主要發(fā)展趨勢(shì)。該系統(tǒng)除采用先進(jìn)的激光探測(cè)技術(shù)和獨(dú)特的主動(dòng)式空氣采樣技術(shù)以外，還采用了 ―人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ‖算法，具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力、學(xué)習(xí)能力、容錯(cuò)能力和并行處理能力，近乎于人類的神經(jīng)思燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 維。我國目前應(yīng)用的火災(zāi)探測(cè)器按其響應(yīng)和工作原理基本可分為感煙、感溫、火焰、可燃?xì)怏w探測(cè)器以及兩種或幾種探測(cè)器的組合等，其中，感煙探 測(cè)器一枝獨(dú)秀，但光纖線性感溫探測(cè)技術(shù)、火焰自動(dòng)探測(cè)技術(shù)、氣體探測(cè)技術(shù)、靜電探測(cè)技術(shù)、燃燒聲波探測(cè)技術(shù)、復(fù)合式探測(cè)技術(shù)代表了火災(zāi)探測(cè)技術(shù)發(fā)展和開發(fā)應(yīng)用研究的方向。此外，這些國家在監(jiān)控系統(tǒng)管理方面比較規(guī)范，專門成立一個(gè)監(jiān)控服務(wù)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的責(zé)任是保證火災(zāi)報(bào)警數(shù)據(jù)通信暢通，為用戶服務(wù)，對(duì)用戶負(fù)責(zé)，同時(shí)向消防部隊(duì)傳送可靠的火災(zāi)報(bào)警信息，而消防部門的主要責(zé)任是對(duì)此類服務(wù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行資質(zhì)審查及監(jiān)督管理。兩總線、 RS23 RS48 CAN 等現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)普及，可與計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)編程 [10]。 國內(nèi)外火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 我國火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)起步較發(fā)達(dá)國家晚幾十年，從上世紀(jì) 70 年代我國才開始研制生產(chǎn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品。在 火災(zāi)發(fā)生的初期，由于溫度比較低，許多物質(zhì)都處于陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙霧。火災(zāi)報(bào) 警控制器擔(dān)負(fù)著監(jiān)視探測(cè)器及系統(tǒng)自身的工作狀況、處理火災(zāi)探測(cè)器輸出的報(bào)警信號(hào)、進(jìn)行聲光報(bào)警、指示報(bào)警的具體部位、時(shí)間及執(zhí)行相應(yīng)的輔助控制等任務(wù)。我國每年的起火次數(shù)較少，但死亡人數(shù)較高，這說明我國的消防保護(hù)體系對(duì)保護(hù)生命安全還有一定的差距，因此現(xiàn)階段有必要提高全民的防火安全觀念，提高我國消防設(shè)施水平。 火災(zāi)報(bào)警控制器 AT89C51 是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的核心。 2. 完成系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其軟件算法流程。 參 考 資 料 單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用 傳感技術(shù)及應(yīng)用 相關(guān)學(xué)術(shù)期刊 周 次 1—4 周 5—8 周 9—12 周 13—16 周 17—18 周 應(yīng) 完 成 的 內(nèi) 容 查閱相關(guān)資料 分析確定設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件調(diào)試與實(shí)驗(yàn) 修改論文， 準(zhǔn)備答辯 指導(dǎo)教師： 劉永紅 職稱： 副教授 20xx 年 11 月 27 日 系級(jí)教學(xué)單位審批： 年 月 日 摘要 I 摘要 火災(zāi)已成為我國常發(fā)性和破壞性以及影響力最強(qiáng)的災(zāi)害之一。 火災(zāi)早已成為我國常發(fā)性和破壞性以及影響力最強(qiáng)的災(zāi)害之一。火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就是為了滿足這一需求而研制出來的，并越來越被人們所接受，其自身技術(shù)水平也隨著人們需求的不斷提高，在功能、結(jié)構(gòu)、形式等方面不斷地完善。感溫型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就是通過判斷周圍溫度變化而產(chǎn)生響應(yīng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，再把溫度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以達(dá)到判斷報(bào)警的目的。根據(jù)感應(yīng)的敏感波長，可以將感光型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)分為對(duì)波長較短的光輻射敏感 的紫外報(bào)警系統(tǒng)和對(duì)波長較長的光輻射敏感的紅外報(bào)警系統(tǒng)。其中以秦皇島海灣、北京利達(dá)、北京國泰怡安 為代表的國產(chǎn)品牌逐步發(fā)展壯大起來。德國、日本、美國等國家就采用計(jì)算機(jī)與用戶終端的傳感器或者用戶終端信號(hào)采集器相連，對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控以及故障遠(yuǎn)程傳輸 [12]。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，能依據(jù)探測(cè)到的各種信息對(duì)火場(chǎng)的范圍、火勢(shì)的大小、煙的濃度以及火的蔓延方向等給出詳細(xì)的描述，甚至可配合電子地圖進(jìn)行形象顯示、對(duì)出動(dòng)力量和撲救方法等給出合理化建議，以實(shí)現(xiàn)各方面快速準(zhǔn)確反應(yīng)聯(lián)動(dòng)，最大限度地降低人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，而且火災(zāi)中探測(cè)到的各種數(shù)據(jù)可作為準(zhǔn)確判定起火原因、調(diào)查火災(zāi)事故責(zé)任的科學(xué)依據(jù)。 (4) 社區(qū)化 目前我國火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)只被安裝在重要建筑上，而在美國、日本等發(fā)達(dá)國家，包括許多居民家庭 都安裝了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。 第二階段：總線型火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。首先 選擇合理傳感器、控制芯片 AT89C5 AD 轉(zhuǎn)換器、 LED 等主要器件。 使用火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品的目的就是及早報(bào)告火災(zāi)的發(fā)生，從而迅速有效的控制火災(zāi)，把損失降到最低。 第 2 章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 9 圖 21 系統(tǒng)原理及組成框圖 器件選 型 控制芯片的選型 本設(shè)計(jì)的控制芯片使用的是 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C51， AT89C51是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可 編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM）和 128 字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī) [5,15]。 STC系列雖然功耗低，精簡指令集，抗干擾性好，可靠性高，但是存在溢出隱患問題，而且更適用于工業(yè)用途； AT89C51 單片機(jī)應(yīng)用普遍，工具多，易上手，片源廣，價(jià)格低，且適合民用、商用。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。通過探測(cè)器接口電路可以將探頭報(bào)警電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌l率的電信號(hào)傳送到控制器，由控制器判別處理，確定火災(zāi)位置報(bào)警 [19]。散射是粒子以同樣的波長再輻射已接收的光能，再輻射可在所有的方向上發(fā)生，但在不同方向上其強(qiáng)度通常不同。當(dāng)煙塵顆粒直徑在 0. 5～ 1181。對(duì)火災(zāi)初期形成的煙霧進(jìn)行可靠的探測(cè)，可以用紅外光作為散射光源。m 之間。時(shí) ，受光元件狀態(tài)最佳。 火災(zāi)時(shí)物質(zhì)的燃燒產(chǎn)生大量的熱量，使周圍溫度發(fā)生變化。線型差溫式探測(cè)器是根據(jù)廣 泛的熱效應(yīng)而 動(dòng)作的，點(diǎn)型差溫式探 測(cè)器是根據(jù)局部的熱效應(yīng)而動(dòng)作的，主要感溫器件是空氣膜盒、熱敏半導(dǎo)體電阻元件等。 A/D 轉(zhuǎn)換器的主要性能參數(shù)有： 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 (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。 (2) 最大不可調(diào)誤差： ADC0809為 ? 1LSB。集成電路型穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、帶負(fù)載能力強(qiáng)、使用方便等特點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用 [22]。電容濾波電路的主要作用是把整流器輸出電壓中的波動(dòng)成分盡可能地減小，改造成接近恒穩(wěn)的直流電。這種電容 帶兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來承擔(dān)濾波的任務(wù)。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振蕩器一起構(gòu)成自激振蕩器 [6,15]。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 REST引腳上有一個(gè)高電平并維持 2 個(gè)機(jī)器周期 （ 24 個(gè)振蕩周期 ） 以上，則 CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。 溫度傳感器使用的是高精度 模擬輸出 CMOS 溫度傳感器 LM94022，該傳感器的末級(jí)為推挽輸出，輸出電壓與感測(cè)的溫度成反比，即溫度越高輸出電壓越低；可提供 4 個(gè)不同增益讓用戶自行選擇，其中包括 ℃ 、 mV /℃ 、 /℃ 及 /℃ 。電壓放大倍數(shù)為： 464u RRRRA Ff ?? ， 6uf ??A (31) 圖 35 煙霧信號(hào)調(diào)理電路 濾波電路能使有用頻率信號(hào)通過，同時(shí)抑制無用頻率成分，濾除或衰減無用頻率信號(hào)到足夠小。 聲光報(bào)警電路 聲光報(bào)警電路在 AT89C51 的控制下，可以根據(jù)不同的情況（火災(zāi)、異常、故障 )，發(fā)出不同的聲光信號(hào)報(bào)警。當(dāng) ALE 線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。系統(tǒng) AT89C51 與 ADC0809 接口電路如圖 38 所示。 表 31 ADC0809 通道選通 通入通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 A B C 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 本設(shè)計(jì)使用 74LS373 作為地址鎖存器，當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE為低電平時(shí)，輸出端 Q0~Q7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。 START 上升沿將A/D 內(nèi)的寄存器清零，下降沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 端變成低電平，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面，可以使用結(jié)構(gòu)體和數(shù)組，能夠處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)，可用于實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。目標(biāo)文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) C51 連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件 (ABS)。 開始初始化第一次溫度煙霧信號(hào)采集第二次溫度煙霧信號(hào)采集報(bào)。 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 為了便于系統(tǒng)維護(hù)和功能擴(kuò)充，采用了模塊化程序設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)各個(gè)模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)的 ， 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 。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。 ADC0809 的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào) EOC 接到 AT89C51的 INT1 引腳，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換完成后， EOC 變?yōu)楦唠娖剑硎巨D(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 AT89C51的 ALED 端。 START為轉(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。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的 I/O 口是無法直接驅(qū)動(dòng)的，所以要利用放大電路來驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來放大電流就可以了。 為使濾波器的濾波特性接近理想特性，即在通頻帶內(nèi)特性曲線更平緩在同頻帶外特性曲線衰減更陡峭，只有增加網(wǎng)絡(luò)的級(jí)數(shù)，系第 3 章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 25 統(tǒng)使用二階濾波器電路 [8]。煙霧傳感器輸出電壓較大，能達(dá)到幾伏，不需要放大煙霧信號(hào)，只需要將信號(hào)濾波處理，煙霧信號(hào)調(diào)理電路如圖 35所示。 手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 REST 上加入高電平 ,采用的辦法是在 REST 端和正電源 Vcc 之間接一個(gè)按鈕。由于外接電容 C C6 的容量大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容的容量大小范圍為 30 10pF pF? ；如果使用陶瓷諧振，則電容容量大小為40 10