【正文】 C 多種封裝； 8) 商用級芯片溫寬為 0℃到 70℃，工業(yè)級芯片溫寬為 40℃到 85℃。 基于單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 17 第 3 章 ． 系統(tǒng)硬件設(shè)計 火災(zāi)報警系統(tǒng)選用 Atmel 公司的 AT89S52 作為主控制器，它是一款低功耗、高性能的 8 位單片機，具有 8K 可編程 Flash 存儲器，與 89C51 系列產(chǎn)品完全兼容。華氏器件器件 67～ +257℉，以 ℉遞增； g)溫度以 9 位數(shù)字量讀出； h)溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間 200ms(典型值 )； 基于單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 15 i)用戶可定義非易失性溫度報警設(shè)置； j)報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度 (溫度報警條件 )的器件； k)應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費品、溫度計或任何熱感系統(tǒng)。 綜上所述，離子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。由于離子感煙傳感器中的內(nèi)外電離室是采用串聯(lián)連接方式 (如圖 22 所示 )，外電離室的等效電阻是變化的 (隨煙霧而變 )，可等效為一只可調(diào)電阻 RP，而外電離室等效，電阻 R 是不變的，故圖 22 電路又可以等效為圖 23 的形式。一般連續(xù)使用兩個月后應(yīng)對傳感器進行量程校準，這種經(jīng)常性對傳感器的維護，無形中加大了工作人員的工作量，同時增加了報警器的維護成本。在測量和比較元件中，紅外射線被煙霧有選擇地吸收了。但這種傳感器制造成本高，檢測煙霧范圍有限，在檢測環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢。 當屋頂坡度θ大于 45176。 火災(zāi)探測器的選擇 1)根據(jù)火災(zāi)的特點選擇探測器 ： 基于單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 5 a)火災(zāi)初期有陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙和少量熱，很小或沒有火焰輻射，應(yīng) 選用感煙探測器。感煙式火災(zāi)探測器有離子感煙式、光電感煙式、激光感煙式等幾種型式。盡管目前火災(zāi)探測器的實報與誤報比例在 10:1 以下，但是隨著火災(zāi)自動探測系統(tǒng)應(yīng)用的日益普遍，其絕對數(shù)量不斷增加，經(jīng)常產(chǎn)生誤報會降低自動探測系統(tǒng)的可信度，造成不必要的損失，影響它的應(yīng)用。國外的產(chǎn)品和品牌一統(tǒng)天下，占領(lǐng)中國的大部分市場。隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市化進程的加快，我國的火災(zāi)發(fā)生次數(shù)、造成的損失呈上升趨勢。 論文設(shè)計的煙霧報警器由煙霧信號采集電路與單片機控制電路兩大部分構(gòu)成。而在居民住宅區(qū)、機房、辦公室等小型防火單位 , 需要設(shè)置一種單一或區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、廉價實用的火災(zāi)自動探測報警裝置 , 因此 , 研制一種結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的語音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)火災(zāi)報警器是非常必要的。德、日、美等國家就采用計算機與用戶終端的傳感器或者用戶終端信號采集器相連 ，對火災(zāi)自動報警設(shè)備實時監(jiān)控以及故障遠程傳輸。因為此階段盡管產(chǎn)生了大量的煙霧，充滿建筑內(nèi)的空間，但環(huán)境溫度并不高，尚未蔓延發(fā)展到嚴重的程度。據(jù)火焰的光特性，目前使用的火焰探測器有兩種 ： 一種是對波長較短的光輻射敏感的紫外探測器，另一種是對波長較長的光輻射敏感的紅外探測器。 b)可能產(chǎn)生陰燃或者發(fā)生火災(zāi)不及早報警將造成 重大損失的場所，不宜選用感溫探測器；溫度在 0℃ 以下的場所，不宜選用定溫探測器 ； 正常情況下溫度變化大的場所，不宜選用差溫探測器。 煙霧傳感器介紹 1)煙霧傳感器的分類 煙霧傳感器種類繁多，從檢測原理上可以分為三大類： a)利用物理化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如半導(dǎo)體煙霧傳感器、接觸燃 燒煙霧傳感器等。高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性煙霧和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。 4)常見煙霧傳感器可檢測煙霧種類 由于煙霧的種類繁多，一種類型的煙霧傳感器不可能檢測所有的氣體，通常只能檢測某一種或兩種特定性質(zhì)的煙霧。 在這個設(shè)計中采用 NIS09C型離子感煙傳感器。 2)離子感煙傳感器的原理 離子感煙傳感器的工作原理 為： P1和 P2是一相對的電極，在電極之間放有 ?放射源镅 241，由于它持續(xù)不斷地放射出 ?射線， ?粒子以高速運動，撞擊空氣分子，從而使極板間空氣分子電離為正離子和負離子 (即電子 )，這樣電極之間原 來不導(dǎo)電的空氣具有了導(dǎo)電性，實現(xiàn)這個過程的裝置稱為電離室，如 圖 24 所示 ： 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 12 射 線E1P2P 2 4 1 A mI 圖 24 電離電流的形成 如果在極板 P1 和 P2 間加上一個電壓 E，極板間原來做雜亂無章的正負離子，此時在電場的作用下，正負離子做有規(guī)則的運動，正離子向負極運動，負離子向正極運動，從而形成了電離電流 I。 火災(zāi)中氣體煙霧主要是 CO2和 CO。溫度值格式如 表 26 所示，其中 “S”為標志位，對應(yīng)的溫度計算：當符號位 S=0 時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當 S=1時，先將補碼變換為原碼，再計算十進制值。 目前市場上的單片機從數(shù)據(jù)總線 寬度上來分主要有 8 位機、 16 位機、 32 位機，其中， 32 位單片機近年來在信號分析與處理、語音處理、數(shù)字圖像處理等數(shù)字信號處理運用領(lǐng)域得到了廣泛的運用。 DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 當此 2 位數(shù)據(jù)為 “ 1” 、 “ 0” 時，只對 CH0 進行單通道轉(zhuǎn)換。 溫度采集 模塊 圖 35 溫度采集模塊 DS18B20 的數(shù)據(jù)輸出端接單片機 ，其對應(yīng)的指示燈接在 。 聲光報警及手動模塊 程序 報警程序?qū)懺诙〞r程序中 ，以實現(xiàn) 1S 鐘揚聲器響一次，指示燈閃爍一次。由 ADC0832 輸出的是8 位二進制數(shù)，然后經(jīng)程序轉(zhuǎn)換為實際電壓值顯示，其分辨率為 ，在這精確到基于單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 27 。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 28 第 5 章 ． 總結(jié) 與展望 系統(tǒng) 總結(jié) 在 PROTUES 中對火災(zāi)報警系統(tǒng)進行了仿真，仿真結(jié)果如下 ： 圖 51 無 火警信號 時仿真結(jié)果 基于單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 29 圖 52 有煙霧時 報警 圖 53 溫度過高時報警 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 30 由此可見，此設(shè)計實現(xiàn)了 多路 探測報警、顯示 時間、地點 、溫度 等功能，基本上達到了題目的要求。(temp10=56))P0=display_code[0]。LED4=0。系統(tǒng)分為 五 個模塊：煙霧采集、 溫度采集、 顯示、聲光及手動報警、靈敏度選擇。 作為單通道模擬信號輸入時 ADC0832 的輸入電壓是 0~5V 且 8 位分辨率時的電壓精度為 。但由于 DO 端與 DI 端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。 圖 32 單片機引角圖 ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ，它體積小， 兼容性強，性價比高。 溫度傳感器采用 DS18B20。 1)DS18B20 的特性如下： a)獨特的 單線接口僅需一個端口引腳進行通訊； b)簡單的多點分布應(yīng)用； c)無需外部器件； d)可通過數(shù)據(jù)線供電； e)零待機功耗； f)測溫范圍 55～ +125℃，以 ℃遞增。 圖 27 檢測電離室和補償電離室示意圖 電離室采用這種串聯(lián)的方式，主要是為 了減少環(huán)境溫度、濕度、氣壓等自然條件的變化對電離電流的影響，提高離子感煙探測器的環(huán)境使用能力和穩(wěn)定性。 在另一方面，由于內(nèi)電離室是密封的，無煙霧粒子進入，離子電流是恒定的。 因此，經(jīng)常對傳感 器進行標定，是保證其準確性的必要的途徑。 g)紅外傳感器 紅外傳感器通常用兩束紅外光進行煙霧測量，主光束通過測量元件內(nèi)的目標煙基于單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 9 霧，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考煙霧。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣 泛的應(yīng)用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個領(lǐng)域，其產(chǎn)量僅次于半導(dǎo)體煙霧傳感器的一類傳感器。 7) 探測器宜水平安裝，如必須傾斜安裝時，傾斜角不應(yīng)大于 45176。 6)復(fù)合式火災(zāi)探測器 ： 復(fù)合式火災(zāi)探測器是對兩種或兩種以上火災(zāi)參數(shù)響應(yīng)的探測器，它有感煙感溫式、感煙感光式，感溫感光式等幾種型式 。它是將探測部位煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)換為電信號實現(xiàn)報警目的一種器件。它只在控制機中有 智能功能而在探測器中沒有智能功能，而真正的智能系統(tǒng)應(yīng)該是可以根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境自動調(diào)整運行參數(shù)，具有自我學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力等一系列高級功能的系統(tǒng)。 二十多年前，中國的消防報警產(chǎn)品剛剛起步，無論產(chǎn)品技術(shù)含量、產(chǎn)品系列完整性、使用性，還是社會影響程度都是相當?shù)偷??；馂?zāi)早已成為我國常發(fā)性和破壞性以及影響力最強的災(zāi)害之一 ，對人們的生命財產(chǎn)造成極大的危害。 根據(jù)設(shè)計要求、使用環(huán)境、成本等因素，選用 NIS09C 型半導(dǎo)體電阻式煙霧 傳感器 和 DS18B20 溫度傳感器 。 發(fā)展趨勢 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。 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 力的商家，部分技術(shù)已接近或趕上了國際水平。 l)感溫式火災(zāi) 探測器 ： 火災(zāi)時物質(zhì)的燃燒產(chǎn)生大量的熱量，使周圍溫度發(fā)生變化。紫外火焰探測器是敏感高強度火焰發(fā)射紫外光譜的一種探測器，它使用一種固態(tài)物質(zhì)作為敏感元件，如碳化硅或硝酸鋁，也可使用一種充氣管作為敏感元件。 c)有下列情形的場所，不宜選用火焰探測器： ① 可能發(fā)生無焰火災(zāi)； ② 在火焰出現(xiàn)前有濃煙擴散； ③ 探測器的鏡頭易被污染； ④ 探測器的 “ 視線 ” 易被遮擋； ⑤ 探測器易被陽光或其他光源直接或間接照射； ⑥ 在正常情況下，有明火作業(yè)以及 X射線、弧光等影響。 b)利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導(dǎo)煙霧傳感器、光干涉煙霧傳 感器、紅外傳感器等。高分子煙霧傳感器具有對特定煙霧分子靈敏度高，選擇性好， 且結(jié)構(gòu)簡單，能在常溫下使用，可以彌補其它煙霧傳感器的不足。例如氧化物半導(dǎo)體煙霧傳感器主要檢測各種還原性煙霧，如 CO、 H C2H5OH、 CH3OH 等。 離子式感煙傳感器 NIS09C 的簡介 1)離子感煙傳感器的組成 常見的離子感煙傳感器主要由內(nèi)外兩個電離室為主構(gòu)成。施加電壓 E 愈高，電離電流愈大。 NIS09C 煙霧傳感器能探測 CO CO、 甲烷、煤氣等多種氣體，它靈敏度高，穩(wěn)定性好，適合于火災(zāi)中氣體的探測。 DSI8B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 TH 做比較，若 TTH 或 TTL，則將該器件內(nèi)的告警標志置位，并對主機發(fā)出的告警搜索命令做出響應(yīng)。 但在工業(yè)測控現(xiàn)場，占主導(dǎo)地位的還是 8位機和 16位機。 D0 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。當 2 位數(shù)據(jù)為 “ 1” 、 “ 1”時，只對 CH1 進行單通道轉(zhuǎn)換。 聲光及手動報警模塊 圖 35 聲光及手動報警模塊 揚聲器接在單片機 ，報警煙接 。 主要語句如下： if(temp10baojingzhi||TC2==0||TC3==0||TC4==0||(aj%2==1)) { LAM=1。程序為： temp1=ADC_read(0x00)。 另外，此設(shè)計是對 探測器 探頭持續(xù)探測，可以有效減少誤報、漏報等，還可針對有 風 的環(huán)境調(diào)節(jié)靈敏度 ，而且系統(tǒng)簡便、經(jīng)濟。amp。LED3=0。 本章小結(jié) 根據(jù)題目要求選擇所需芯片并 設(shè) 計了各模塊的硬件電路。最后將 CS 置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了。 單片機對 ADC0832 的控制原理： 正常情況下 ADC0832 與單片機的接口應(yīng)為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 CS 、 CLK、 DO、DI。 綜上所述，我們 選用 STC89S52單片機 。 它的靈敏度適中，具有響應(yīng)與恢復(fù)特性好，長期工作穩(wěn)定性、受環(huán)境影響較小等優(yōu)點。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面帶來了令人滿意的效果。 圖 26 單極性電離室示意圖 一般離子感煙器的電離室均 設(shè)計成單極性的，因為當發(fā)生火災(zāi)時，煙霧進入電離室后，單極性電離室要比雙極性電離室的電離電流變化大，也就是說可以得到較大的基于單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 13 電壓變化量，從而可以提高離子感煙探測器的靈敏度，在實際的離子感煙