【文章內(nèi)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(chǔ) 字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 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。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。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。 電源模塊的設(shè)計(jì) 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(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]。 電源部分原理圖如圖 31 所示 。 220V的交流電通過變壓器 T1 轉(zhuǎn)變?yōu)?12V的交流電，經(jīng) D1~D4（ 1N4007）整流以后將 12V的交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓，再經(jīng)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(jīng) IC4（ 7805）穩(wěn)壓后得到的 +5V的電壓，為接收主機(jī)整機(jī)電路供電 [16]。電容 C13（ ）能改善負(fù)載的瞬態(tài)影響，從而為接收主機(jī)提供穩(wěn)定的工作電壓。 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。 220V的交流電通過變壓器 T1 轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，?jīng) D1~D4整流以后將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓，再經(jīng)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(guān)系為 VO=（ ~） Vi。 電容濾波電路工作原理：電容器是一個(gè)儲(chǔ)存電能的倉庫。在電路中，當(dāng)有電壓加到電容器兩端的時(shí)候，便對(duì)電容器充電，把電能儲(chǔ)存在電容器中；當(dāng)外加電壓失去（或降低）之后，電容器將把儲(chǔ)存的電能再放出來。充電的時(shí)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(shí)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(fù)載電阻值越大，充電和放電所需要的時(shí)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(dān)濾波的任務(wù)。 圖 32 整流濾波基本電路圖 電容量越大，負(fù)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(dá)到一定值以后，再加大電容量對(duì)提高濾波效果已無明顯作用。所以通常應(yīng)根據(jù)負(fù)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(diào)式三端穩(wěn)壓器，固定式三端穩(wěn)壓器的常見產(chǎn)品有輸出固定正電壓的 LM78系列和輸出固定負(fù)電壓的 LM79系列，如 LM7805 輸出電壓為 +5V， LM7905 輸出電壓為－ 5V?？烧{(diào)式三端穩(wěn)壓器 能輸出連續(xù)可調(diào)的直流電壓，其中LM317 系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓， LM337 系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的負(fù)電壓。穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流、過熱保護(hù)電路。 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 復(fù)位電路 復(fù)位電路的基本功能是 [9]：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)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(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。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。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位，本設(shè)計(jì)采用的是手動(dòng)按鈕復(fù)位。 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。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則 Vcc 的 +5V電平就會(huì)直接加到 REST 端，系統(tǒng)復(fù)位。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，設(shè)計(jì)完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。復(fù)位電路中 SWPB 為手動(dòng)復(fù)位開關(guān)，電容 C10 可避免高頻諧波對(duì)電路的干擾。 AT89C51 的復(fù)位電路如圖33 所示。 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。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]。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(gòu)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(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 FpF p? 。本設(shè)計(jì)中使用石英晶體，電容的容值設(shè)定為 30pF。 AT89C51 的復(fù)位電路如圖 33 所示。 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 圖 33 晶振電路與復(fù)位電路 光電感煙傳感器 對(duì)各類火災(zāi)檢測傳感器進(jìn)行比較后，根據(jù)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的實(shí)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(nèi)安裝的探測器，可以探測可見和不可見的煙霧，具有對(duì)火災(zāi)進(jìn)行早期預(yù)報(bào)功能 [3]。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)。在輸入回路中，光電感煙探測器內(nèi)的接口電路十分關(guān)鍵。通過探測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]。 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(zhuǎn)化成電壓或者電流信號(hào) [2,5,11]，通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、 濃度處理 及報(bào)警控制等工作。傳感器作為煙霧檢測報(bào)警器的信號(hào)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(diǎn)型探測器，點(diǎn)型光電感煙探測器是利用煙粒子散射和2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)光電接受器件接受不到光源發(fā)出的 光；煙粒子進(jìn)入探測室（光學(xué)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(nèi) 光電接收器件才能接收散射光，產(chǎn)生有用電信號(hào)。 根據(jù)瑞利散射理論，空氣中的煙霧顆粒可以近似看成一個(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。 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(shù) )(2Us? 。同時(shí)上式還與 ?SR 和 ? 有關(guān)，因而當(dāng)球（煙霧顆粒） 較大而 ?sR 較大時(shí)，隨著散射角 ? 的增大，函數(shù) )(2Us? 下降較大；球小時(shí)，情況就相反。這就說明太大的顆粒散射能力也不強(qiáng)。我們將煙霧顆粒使光產(chǎn)生散射的性質(zhì)制成優(yōu)良的煙霧傳感器。對(duì)火災(zāi)初期形成的煙霧進(jìn)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(gè)不受外界光線影響，但煙霧可以進(jìn)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(jù)瑞利散射學(xué)說當(dāng)煙霧顆粒直徑小于光源波長時(shí)。散射光強(qiáng)同波長的四次方成反比。當(dāng)光敏室無煙霧顆粒時(shí)散光極微弱。當(dāng)火災(zāi)陰燃階段，煙霧顆粒進(jìn)入光敏室，紅外光源（發(fā)光元件）發(fā)2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 射 的在煙霧顆粒上產(chǎn)生散射。光敏二極管（受光元件）發(fā)生阻抗變化產(chǎn)生光電流。當(dāng)無煙霧顆粒進(jìn)入光敏室時(shí)，受光元件不產(chǎn)生光電流，這就實(shí)現(xiàn)了將煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的物理基礎(chǔ) [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(shí)驗(yàn) [4,17]， 得出了發(fā)光元件與受光元件的夾角等于 136176。時(shí) ， 受光元件狀態(tài)最佳。圖 26為光電煙霧傳感器對(duì)不同直徑煙粒子的響應(yīng)曲線。當(dāng)煙霧顆粒直徑在 0. 5～ 0. 9181。m 時(shí) ， 光電感煙傳感器 響應(yīng)最好 。 綜上所述，光電感煙探測器在正常運(yùn)行中對(duì)煙霧的識(shí)別能力較強(qiáng)，穩(wěn)定性較好。因此本系統(tǒng)所采用的火災(zāi)報(bào)警探測器是光電感煙探測器，由它把物質(zhì)初期燃燒所產(chǎn)生的煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)換成支流電壓信號(hào)，通過導(dǎo)線傳輸給報(bào)警器，發(fā)出聲光報(bào)2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 警信號(hào)。 靈敏度 顆粒直徑 /181。m 圖 26 光電煙霧傳感器對(duì)不同直徑煙粒子的響應(yīng)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(jìn)行報(bào)警的探測器，用于檢測被測物體和環(huán)境的溫度，當(dāng)超出或低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)發(fā)出報(bào)警。 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。溫度探測器是對(duì)警戒范圍中某一點(diǎn)或某一線路周圍溫度變化時(shí)響應(yīng)的火災(zāi)探測器，它是將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以達(dá)到報(bào)警目的 [2,13]。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。它有線型和點(diǎn)型兩種結(jié)構(gòu)。其中線型是當(dāng)局部環(huán)境溫度上升達(dá)到 規(guī)定值時(shí)，可熔絕緣物熔化使兩導(dǎo)線短路，從而產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。點(diǎn)型定溫式探測器利用雙金屬片、易熔金屬、熱電偶熱敏半導(dǎo)體電阻等元件，在 規(guī)定的溫度值上產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。 2． 差溫式探測器 ： 差溫式探測器是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，火災(zāi)引起的溫度上升速率超過某個(gè)規(guī)定值時(shí)啟動(dòng)報(bào)警的火災(zāi)探測器。它也有線型和點(diǎn)型兩種結(jié)構(gòu)。線型差溫式探測器是根據(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。 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 溫度探測器使用的是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)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(shù)轉(zhuǎn)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(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。 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(hào)比較微弱，且含有干擾信號(hào)，所以系統(tǒng)需要將信號(hào)進(jìn)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(jí)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(gè)不同增益讓用戶自行選擇，其中包括 ℃ 、 mV /℃ 、 /℃ 及 /℃ 。 本設(shè)計(jì)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(hào)調(diào)理電路如圖34 所示。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。由于溫度、煙霧信號(hào)調(diào)理電路運(yùn)放 LM324 接直流電源，電路中有直流，所以在電路中設(shè)計(jì)了起隔直通交2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)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(zāi)是否發(fā)生，溫度閾值設(shè)定為 57℃ ，煙霧濃度閾值設(shè)定為 %每英尺。 圖 34 溫度信號(hào)調(diào)理電路 電路設(shè)計(jì)中要求高輸