【正文】 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℃ 范圍內的溫度； (6) 設計靈活、功率極低，采用極小巧的 SC70 封裝，大小與美國國冢半導體的標準型號 LM20 溫度傳感完全相同。 (5) 可鎖存三態(tài)輸出，輸出電平與 TTL電平兼容。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 火災報警系統(tǒng)的硬件設計 21 的工作，也就是需要濾波。本設計中使用石英晶體，電容的容值設定為 30pF。由于溫度、煙霧信號調理電路運放 LM324 接直流電源，電路中有直流，所以在電路中設計了起隔直通交的電容 C C C7。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]。 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)。當 AT89C51 知道 A/D 轉換完成后，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，轉換結果的數(shù)字量輸出到單片機上。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據采集子程序、火災判斷與報警子程序等 [14,22] 。然后分別由 C51 及 A51 編譯器編譯生成目標文件 (OBJ)。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，此地址經譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 由于本設計中數(shù)模轉換芯片使用的是 ADC0809，其工作的時鐘信號為500KHz，因其內部沒有時鐘電路，時鐘信號由外部 AT89C51 的 ALE 端口提供。設 帶通截止頻率為 Hf ，則當 Hff? 時，上式的分母的模應等于 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 火災報警系統(tǒng)的硬件設計 23 圖 33 晶振電路與復位電路 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]。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（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成內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。 電容濾波電路是最常見、也最簡單的濾波電路 [22]。 ADC0809的 引腳功能 ： D7D0 ： 8位數(shù)字量輸出引腳 第 2 章 火災報警系統(tǒng)整體方案設計 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。它也有線型和點型兩種結構。 第 2 章 火災報警系統(tǒng)整體方案設計 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。我們將煙霧顆粒使光產生散射的性質制成優(yōu)良的煙霧傳感器。 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。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)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。另外，該引腳被略微拉高。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。如今市面上比較普遍的單片機有 51 系列與 STC 系列?；馂臋z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，在火災報警系統(tǒng)中被廣泛使用。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，報警時點亮相應的指示燈，如日本 ―日探 ‖公司生產的 CPF 火災報警系統(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，安裝此類系統(tǒng)比較繁瑣，特別是校線工作量較大。 (1) 智能化 火災自動報警系統(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)據模擬量并充分采用模糊邏輯和人工神經網絡技術等進行計算處理，對各項環(huán)境數(shù)據進行對比判斷，從而準確地預報和探測火災，避免誤報和漏報現(xiàn)象。經過幾年的發(fā)展， 隨著國家對減災、防災得更加重視，和消防市場利潤的吸引，火災自動報警系統(tǒng)和消防廣播、消防電源、及相關配套產品的生產廠家開始增多。 火災報警系統(tǒng)的類型 根據火災報警系統(tǒng)中所使用的探測器種類的不同，火災報警系統(tǒng)可以分為以下四種 [5]： (1) 感溫型火災報警系統(tǒng) 由于火災發(fā)生時燃燒物會產生大量的熱量，使得周圍溫度迅速變化。 歐洲和北美發(fā)生的火災較多，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施完善有關；亞洲居住人數(shù)最多，發(fā)生火災次數(shù)較少，但死亡人數(shù)較多，這與亞洲經濟發(fā)展程度不高、消防設施不完善等因素有關。 3. 煙塵實驗結果分析。 火災作為危害人類生存的大敵，越來越受到人們的重視。感煙型火災報警系統(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換為電信號來觸發(fā)報警。同時根據場地不同，不同工作方式的系統(tǒng)也已使用，如無線火災自動報警系統(tǒng)，空氣取樣火災自動報警系統(tǒng)等，設備容量也有小系統(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。此外，利用納米粒子化學活性強、化學反應選擇性好的特性，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。由于采用了先進的計算機控制技術，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使用場合、時間進行設定和調整，如可設定白天、夜間、休息日不同靈敏度。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發(fā)生時的狀況接近，從而使報警設備發(fā)生誤判而報警。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。當振蕩器復位器件時，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)即初始復位。 EA/VPP ：當 EA 保 持 低 電平 時， 則在 此期 間外 部程 序存 儲 器燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 12 （ 0000HFFFFH），不管是否有內部程序存儲器。 火災檢測傳感器的選擇及原理 光電感煙傳感器 對各類火災檢測傳感器進行比較后，根據設計 本系統(tǒng)的實際情況出發(fā)，系統(tǒng)采用光電感煙傳感器。在陰燃階段會產生大量的煙霧顆粒和一氧化碳等大量有害氣體。選擇光譜 范圍在 0. 54～ 0. 95181。 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。 LM94022 的管腳排列如圖 27 示。 (6) 轉換速度取于決芯片的時鐘頻率。 電容濾波電路工作原理：電容器是一個儲存電能的倉庫。 復位電路 復位電路的基本功能是 [9]：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。 系統(tǒng)采用固定門限檢測法 [12,14]判斷火災是否發(fā)生，溫度閾值設定為 57℃ ，煙霧濃度閾值設燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 24 定為 %每英尺。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（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，其中單片機的 P2 口進行控制， 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。故D 觸發(fā)器能 實現(xiàn)對 ALE 端口的信號二分頻 [1,14]]。 本章小結 本章主要介紹了該火災報警系統(tǒng)的硬件電路設計。 為了降低誤報率，系統(tǒng)采用了多次采集、多次判斷的方法。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。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，在其后沿啟動轉換。 OE＝ 1，輸出轉換得到的數(shù)據； OE＝ 0，輸出數(shù)據線呈高阻狀態(tài) [19]。 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。AT89C51 的復位電路如圖 33 所示。穩(wěn)壓器內部含有過流、過熱保護電路。 220V 的交流電通過變壓器 T1 轉變?yōu)榻涣麟?，?D1~D4 整流以后將交流電壓變成脈動的直流電壓，再經濾波電容 C11 濾除紋波，輸出直流電壓 VO， VO與交流電壓 Vi的關系為 VO=（ ~）Vi。 圖 28 ADC0809 引腳 圖 A/D轉換電路采用了常用的 8位 8通道數(shù)模轉換專用芯片 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]。 2． 差 溫式探測器 ： 差溫式探測器是在規(guī)定時間內，火災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探測器。當無煙霧顆粒進入光敏室時，受光元件不產生光電流，這就實現(xiàn)了將煙霧信號轉變?yōu)殡娦盘柕奈锢砘A [12]。這就說明太大的顆粒散射能力也不強。 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型探測器，點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]。 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。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。在給出地址 “ 1” 時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。同時，在能夠滿足報警器設計的計算速度及接口數(shù)的要求的同類型單片機中，要考慮選擇價 格低廉且體積輕巧的機型，在保證了報警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎上，能夠不提高成本，縮小體積。其中火災檢測傳感器是檢測火災是否發(fā)生的專門儀器，可根據建筑物或實地 場所的要求，安裝不同類型的火災檢測傳感器。 另外，火災報警系統(tǒng)，從發(fā)展過程來看，大體可分為三個階段 [14,15]： 第一階段：多線型火災自動報警系統(tǒng)。傳統(tǒng)火災自動報警與現(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)確定火災的數(shù)據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)代火災探測報警技術的發(fā)展方向 [13]。這時期，我國生產火災報警產品的企業(yè)也得到了快速發(fā)展，部分企業(yè)進行了合資生產、技術合作，取得了不菲的成績，也造就了現(xiàn)今市場上許多有實力的商家，部分技術已接近或趕上了國際水平 [7]。因此，設計簡單實用的火災報警控制系統(tǒng)有著防止和減少 火災危害、保護人身安全和財產安全的重要意義。 關鍵詞 火災報警系統(tǒng) ； 單片機 ； 傳感器 ； 聲光報警 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） II Abstract Fire has bee destructive and often made and most influential disasters. With the rapid economic development and urban construction, urban highrise and underground buildings and largescale integrated architectural increasin