【文章內容簡介】 10ms 來完成。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。 此外， AT89C51 設有穩(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。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 電源模塊的設計 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。集成電路型穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、帶負載能力強、使用方便等特點，因此得到了廣泛的應用 [22]。 電源部分原理圖如圖 31 所示 。 220V的交流電通過變壓器 T1 轉變?yōu)?12V的交流電，經 D1~D4（ 1N4007）整流以后將 12V的交流電壓變成脈動的直流電壓，再經濾波電容 C11（ 470μF）和 C12（ ）濾除紋波，輸出 +12V 的直流電壓。+12V的直流電壓經 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]。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。 2021 畢業(yè)設計論文 2021 畢業(yè)設計論文 圖 31 電源部分原理圖 整流濾波基本電路圖如圖 32 所示。 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。 電容濾波電路工作原理：電容器是一個儲存電能的倉庫。在電路中，當有電壓加到電容器兩端的時候，便對電容器充電，把電能儲存在電容器中；當外加電壓失去（或降低）之后，電容器將把儲存的電能再放出來。充電的時候，電容器兩端的電壓逐漸升高，直到接近充電電壓；放電的時候，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失。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。這種電容帶 兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來承擔濾波的任務。 圖 32 整流濾波基本電路圖 電容量越大，負載電阻愈大，濾波效果越好，輸出波形越趨于平滑，輸出電壓也越高。但是，電容量達到一定值以后，再加大電容量對提高濾波效果已無明顯作用。所以通常應根據負載電用和輸出電壓的大小選擇最佳電容量。 常見集成穩(wěn)壓器有固定式三端壓器與可調式三端穩(wěn)壓器，固定式三端穩(wěn)壓器的常見產品有輸出固定正電壓的 LM78系列和輸出固定負電壓的 LM79系列，如 LM7805 輸出電壓為 +5V， LM7905 輸出電壓為－ 5V?？烧{式三端穩(wěn)壓器 能輸出連續(xù)可調的直流電壓，其中LM317 系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調的正電壓， LM337 系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調的負電壓。穩(wěn)壓器內部含有過流、過熱保護電路。 2021 畢業(yè)設計論文 2021 畢業(yè)設計論文 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。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復位。單片機在啟動時都需要復位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。AT89C51 的復位信號是從 REST 引腳輸入到芯片內的施密特 觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 REST 引腳上有一個高電平并維持2 個機器周期（ 24 個振蕩周期）以上，則 CPU 就可以響應并將系統(tǒng)復位。單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位，本設計采用的是手動按鈕復位。 手動按鈕復位需要人為在復位輸入端 REST 上加入高電平 ,采用的辦法是在REST 端和正電源 Vcc 之間接一個按鈕。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)復位。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數十毫秒，所以，設計完全能夠滿足復位的時間要求。復位電路中 SWPB 為手動復位開關，電容 C10 可避免高頻諧波對電路的干擾。 AT89C51 的復位電路如圖33 所示。 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。這個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成自激振蕩器 [6,15]。電路中的外接石英晶體及電容 C C6 接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路，系統(tǒng)的晶振電路如圖 33 所示。由于外接電容 C C6 的容量大小會輕微影 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 FpF p? 。本設計中使用石英晶體，電容的容值設定為 30pF。 AT89C51 的復位電路如圖 33 所示。 2021 畢業(yè)設計論文 2021 畢業(yè)設計論文 圖 33 晶振電路與復位電路 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。光電感煙傳感器是一 種室內安裝的探測器，可以探測可見和不可見的煙霧，具有對火災進行早期預報功能 [3]。在火災發(fā)生初期，當進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，光電感煙探頭底座上的指示燈將點亮，同時送出報警電壓信號。在輸入回路中，光電感煙探測器內的接口電路十分關鍵。通過探測器接口電路可以將探頭報警電壓信號轉變?yōu)椴煌l率的電信號傳送到控制器，由控制器判別處理，確定火災位置報警 [19]。 煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是氣 電變換器，它將可燃性氣體在 空氣 中的含量（即濃度）轉化成電壓或者電流信號 [2,5,11]，通過 A/D 轉換電路將模擬量轉換成數字量后送到單片機，進而由單片機完成數據處理、 濃度處理 及報警控制等工作。傳感器作為煙霧檢測報警器的信號采集部分，是檢測電路的核心組成部分之一。由此可見，傳感器的選型是非常重要的。 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2021 畢業(yè)設計論文 2021 畢業(yè)設計論文 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]。 散射光型光電感煙探測器基本光路示意圖如圖 24示光源光軸和光電接收器成特定角度，在無煙粒子時光電接受器件接受不到光源發(fā)出的 光；煙粒子進入探測室（光學暗室、迷宮）后，探測器光源發(fā)出的光線接受到煙的散射，在一定角度內 光電接收器件才能接收散射光，產生有用電信號。 根據瑞利散射理論，空氣中的煙霧顆?？梢越瓶闯梢粋€微小的圓球，這時的瑞利比 ( 散射能力 ) 為 [12,17]： )()()( 2202 UKVR sssp h ???? ?? (21)式中：)os(3)( 32 UUCSi nUUUs ??? 為散射函數； 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； s???0 為反差因子。 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。然而必須注意散射能力也依賴散射函數 )(2Us? 。同時上式還與 ?SR 和 ? 有關，因而當球（煙霧顆粒） 較大而 ?sR 較大時，隨著散射角 ? 的增大，函數 )(2Us? 下降較大；球小時，情況就相反。這就說明太大的顆粒散射能力也不強。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。對火災初期形成的煙霧進行可靠的探測，可以用紅外光作為散射光源。 如圖 24所示在一個不受外界光線影響，但煙霧可以進出的光敏室中裝有紅外發(fā)光元件（光源）和紅外受光元件（光敏器件）。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。用砷化鎵（ GaAs）紅外二極管作為發(fā)光元件。選擇光譜范圍在 0. 54～ 0. 95181。m之間。光敏管采用硅（ Si）光電池。接受光譜取在 0. 5～ 1. 2181。m 之間。根據瑞利散射學說當煙霧顆粒直徑小于光源波長時。散射光強同波長的四次方成反比。當光敏室無煙霧顆粒時散光極微弱。當火災陰燃階段，煙霧顆粒進入光敏室，紅外光源（發(fā)光元件）發(fā)2021 畢業(yè)設計論文 2021 畢業(yè)設計論文 射 的在煙霧顆粒上產生散射。光敏二極管（受光元件）發(fā)生阻抗變化產生光電流。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]。 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。時 ， 受光元件狀態(tài)最佳。圖 26為光電煙霧傳感器對不同直徑煙粒子的響應曲線。當煙霧顆粒直徑在 0. 5～ 0. 9181。m 時 ， 光電感煙傳感器 響應最好 。 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。因此本系統(tǒng)所采用的火災報警探測器是光電感煙探測器，由它把物質初期燃燒所產生的煙霧信號轉換成支流電壓信號，通過導線傳輸給報警器，發(fā)出聲光報2021 畢業(yè)設計論文 2021 畢業(yè)設計論文 警信號。 靈敏度 顆粒直徑 /181。m 圖 26 光電煙霧傳感器對不同直徑煙粒子的響應曲線 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。 火災時物質的燃燒產生大量的熱量，使周圍溫 度發(fā)生變化。溫度探測器是對警戒范圍中某一點或某一線路周圍溫度變化時響應的火災探測器，它是將溫度的變化轉換為電信號以達到報警目的 [2,13]。根據監(jiān)測溫度參數的不同，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)定時間內，火災引起的溫度上升超過某個定值時啟動報警的火災探測器。它有線型和點型兩種結構。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線短路，從而產生火災報警信號。點型定溫式探測器利用雙金屬片、易熔金屬、熱電偶熱敏半導體電阻等元件，在 規(guī)定的溫度值上產生火災報警信號。 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。它也有線型和點型兩種結構。線型差溫式探測器是根據廣 泛的熱效應而動作的，點型差溫式探 測器是根據局部的熱效應而動作的，主要感溫器件是空氣膜盒、熱敏半導體電阻元件等。 2021 畢業(yè)設計論文 2021 畢業(yè)設計論文 溫度探測器使用的是美國國家半導體公司生產的集成溫度傳感器 LM94022，該傳感器屬于高精度模擬輸出 CMOS 溫度傳感器，不僅工作電壓低、靜態(tài)電流小和輸出功率極低，而且能與模數轉換器 (ADC)配合使用。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仍可保持極高的靈敏度； (4) 可提供 4個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。 LM94022 的管腳排列如圖 27 示。 GND2GS01OUT3VDD4GS15Q1LM94022 圖 27 LM94022 管腳排列 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]。 溫度傳感器使用的是高精度模擬輸出 CMOS 溫度傳感器LM94022，該傳感器的末級為推挽輸出，輸出電壓與感測的溫度成反比，即溫度越高輸出電壓越低；可提供 4 個不同增益讓用戶自行選擇，其中包括 ℃ 、 mV /℃ 、 /℃ 及 /℃ 。 本設計溫度傳感器靈敏度選擇℃ ，所以 LM94022 的 GS0 和 GS1 端口都接地，溫度信號調理電路如圖34 所示。煙霧傳感器輸出電壓較大，能達到幾伏，不需要放大煙霧信號，只需要將信號濾波處理，煙霧信號調理電路如圖 35 所示。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2021 畢業(yè)設計論文 2021 畢業(yè)設計論文 的電容 C C C7。 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℃ ，煙霧濃度閾值設定為 %每英尺。 圖 34 溫度信號調理電路 電路設計中要求高輸