【文章內(nèi)容簡介】 災(zāi)報警系統(tǒng)主要有激光感煙式、光電感煙式和離子感煙式等。 (3)感光型火災(zāi)報警系統(tǒng) 物質(zhì)燃燒不但會產(chǎn)生煙霧和熱量，同時也會產(chǎn)生可見或不可見的光輻射。感光型火災(zāi)報警系統(tǒng)就是通過響應(yīng)火災(zāi)中產(chǎn)生的光特性，即擴(kuò)散火焰的光強(qiáng)度和閃爍頻率，來觸發(fā)報警系統(tǒng)的。根據(jù)感應(yīng)的敏感波長，可以將感光型火災(zāi)報警系統(tǒng)分為對波長較短的光輻射敏感的紫外報警系統(tǒng)和對波長較長的光 輻射敏感的紅外報警系統(tǒng)。 (4)復(fù)合型火災(zāi)報警系統(tǒng) 如果報警系統(tǒng)同時對溫度、煙霧和光輻射中的兩種或兩種以上參數(shù)做出響應(yīng)，那么它就是復(fù)合型火災(zāi)報警系統(tǒng)。目前復(fù)合型火災(zāi)報警系統(tǒng)有感溫感煙型、感煙感光型、感溫感光型等多種形式。 火災(zāi)探測器原理 火災(zāi)發(fā)生時，必然會伴隨著產(chǎn)生煙霧、高溫和火光，探測器對這些都很敏感。當(dāng)有煙霧、高溫、火光產(chǎn)生的時候，它就改變平時的正常狀態(tài)，引起電流、電壓或機(jī)械部分發(fā)生變化或位移，再通過放大、傳輸?shù)冗^程發(fā)出警報聲，有的還能同時發(fā)出燈光信號并顯示發(fā)生火災(zāi)的部位、地點(diǎn)。 火災(zāi)探測器主要分感煙、感溫、光輻射三大類： (1)感煙探測器。一種是離子感煙探測器，它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅241，電離產(chǎn)生的正負(fù)離子，在電場的作用下各向正負(fù)電極移動。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。一旦有煙霧竄逃外電離室，干擾了帶電粒子的正常運(yùn)動，電流、電壓就有所改變，破壞了內(nèi)外電離室之間的平衡，于是就發(fā)出了信號。還有一種叫光電感應(yīng)探測器，它有一個發(fā)光元件和一個光敏元 第 8 頁 共 61 頁 件，平常光源發(fā)出的光，通過透鏡射到光敏元件上，電路維持正常，如果有煙霧從中阻隔，到達(dá)光敏元件上的光就顯著減弱，于 是光敏元件就把光強(qiáng)的變化變成電的變化，通過放大電路向人們報警。還有一種叫管道抽吸式感煙探測器，他的工作原理與光電感應(yīng)探測器中另一種散射型相似，通過煙霧的反射或散射產(chǎn)生光敏電流，主要用在船舶上。近年來還出現(xiàn)了激光感煙探測器，它也是利用光電感應(yīng)原理，不同的是光源改用激光束。這種探測器采用半導(dǎo)體器件，體積小、價格低、耐震動、壽命長，很有發(fā)展前途。 (2)感溫探測器。一種是運(yùn)用金屬熱脹冷縮的特性。正常的情況下，探測器的電路斷開，當(dāng)溫度升到一定值時，由于金屬膨脹、延伸，導(dǎo)體接通，于是發(fā)出了信號。一種是利用某些金屬易熔 的特性，在探測器里固定一塊低熔點(diǎn)合金，當(dāng)溫度升到它的熔點(diǎn)（ 70～ 90℃ ）時，金屬熔化，借助彈簧的作用力，使觸頭相碰，電路接通，發(fā)出信號。這兩種探測器都屬定溫型，即當(dāng)外界溫度超過某一限值時就會報警；還有一類是差溫型，升溫的速度超過特定值時，便會感應(yīng)報警。如將兩者結(jié)合起來，便成為差定溫組合式。 (3)光輻射探測器。一種是紅外光輻射探測器。物質(zhì)在燃燒時，由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生閃爍的紅外光輻射使硫化鉛紅外光敏元件感應(yīng)，轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)放大后，就能向人們報警。另一種是紫外光輻射探測器，則利用有機(jī)化合物燃燒時，火光中的紫外光， 使紫外光敏管的電極激發(fā)出離子，通過繼電器等，就能打開開關(guān)電路報警 [8]。 火災(zāi)報警器是重要的安全設(shè)備，一切重要的場所，如大型物資倉庫、隧道、大型船舶、高層建筑都應(yīng)該安裝。它還可以與自動滅火設(shè)備一起組成自動報警、自動滅火的 ―自動消防隊(duì) ‖。 防盜系統(tǒng)整體設(shè)計 本次家用防盜報警系統(tǒng)是一種新型的電子安全報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設(shè)計以AT89C51 為核心，將傳感器檢測技術(shù)、智能控制和無線電技術(shù)相結(jié)合，從而形成一個防盜報警系統(tǒng)。系統(tǒng)總體構(gòu)成主要包括防盜檢測、斷電保護(hù)及報警電路設(shè)計、密碼控制電路（鍵盤輸入及顯示）、無線 電控制四個模塊 [9]。 具體原理框圖如圖 。 第 9 頁 共 61 頁 圖 防盜系統(tǒng)整體設(shè)計框圖 防盜系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計 (1)門磁探測技術(shù) 其本質(zhì)就是一個門磁開關(guān)，由永磁體和門磁主體兩大部分組成。當(dāng)兩部分靠得近時，處于報警守候狀態(tài)，當(dāng)拉開一定距離后，便觸發(fā)報警系統(tǒng)。 (2)數(shù)字芯片編 /譯碼技術(shù) 編碼芯片采用專用集成芯片 VD5026，譯碼處理器則采用與之配套生產(chǎn)的集成芯片 VD5027，它們都是 CMOS 大規(guī)模數(shù)字集成電路。它們組合應(yīng)用起來就可構(gòu)成一個發(fā)射、 —接收的數(shù)字編譯碼系統(tǒng)。 (3)無線發(fā)射接收技術(shù) 無 線發(fā)射電路部分主要運(yùn)用高頻功率放大器的原理制成，以 LC 諧振網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載構(gòu)成諧振功率放大器。無線接收電路由超再生接收、放大、整形、譯碼電路組成，經(jīng)過一系列處理，可以產(chǎn)生直接驅(qū)動報警電路的電信號。 (4)智能報警技術(shù) 在報警電路部分， 555 芯片構(gòu)成多諧振蕩器來驅(qū)動聲光報警，使報警功能更趨智能化，隨時準(zhǔn)確把握防盜情況 [10]。 E2PROM存儲電路 門磁傳感器探測 編碼 解碼 信號接收 信號發(fā)射 AT89C51 單 片 機(jī) 的 控 制 信 號 產(chǎn) 生 鍵盤輸入及顯示 電 機(jī) 驅(qū) 動 LED 指示燈 現(xiàn)場報警 第 10 頁 共 61 頁 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 主要器件選型 核心處理器單片機(jī)的選擇 單片機(jī)是一塊硅片上集成了微處理器 (CPU)、存儲器 (RAM、 ROM、 EPROM)和各種輸入、輸出接口 (定時器／計數(shù)器、并行 I／ O、串行口、 A／ D 轉(zhuǎn)換器及脈沖調(diào)制器 PWM 等 )的微控制芯片。 在火災(zāi)報警器的設(shè)計中，單片機(jī)是其核心部件。它一方面要接收來自傳感器送來的溫度、煙霧對應(yīng)的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對這兩種信號分別進(jìn)行處理，以控制后續(xù)電路進(jìn)行相應(yīng)動作；與此同時查詢是否有鍵按下的請求。在單片機(jī)完成這些工作的過程中，尤其是信號處理中，比較濃度值后送入顯示的軟件實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，要求單片機(jī)具備較快的運(yùn)算速度，使檢測人員能夠較準(zhǔn)確地觀測到煙霧濃度，并根據(jù)情況進(jìn)行相應(yīng)的處理。并且也要考慮選擇低 價實(shí)用的機(jī)型，并為研制同一系列低功耗產(chǎn)品做準(zhǔn)備 [11]。根據(jù)多方面的比較，本設(shè)計選用 ATMEL 公司的 AT89S52 單片機(jī)作為控制器。 AT89S52 是一個低功耗、高性能的 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi) 含 8k Bytes(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)。芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的計算機(jī) AT89S52 可為許 多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 Flash存儲空間，支持最大 64K外部存儲擴(kuò)展。根據(jù)不同的運(yùn)行速度和功耗的要求，時鐘頻率可以設(shè)置在 033M 之間。片內(nèi)資源有 4組 I/O控制端口、 3個定時器、 8個中斷、軟件設(shè)置低能耗模式、看門狗和斷電保護(hù)?？梢栽?4V到 壓范圍內(nèi)正常工作 [12]。不斷發(fā)展的半導(dǎo)體工藝也讓該單片機(jī)的功耗不斷降低。根據(jù)本次設(shè)計的具體情況，采用雙列直插 DIP40 封裝。 AT89S52 引腳圖 所示。 第 11 頁 共 61 頁 圖 DIP40 封裝 AT89S52 引腳圖 在智能防盜系統(tǒng)中，核心仍 然是單片機(jī)。主要負(fù)責(zé)控制鍵盤，顯示，無線通信，電機(jī)驅(qū)動以及聲光報警模塊協(xié)調(diào)工作。本系統(tǒng)選用 AT89C51 作為主控芯片。 AT89C51是一種帶 4K字節(jié) FLASH存儲器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)，由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的AT89C51是一種高效微控制器 [13]。 AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 AT89S52是 AT89C51升級版，它們都是 8051的內(nèi)核， 52是 51的增強(qiáng)型， S52比 C51,定時器多一個 T2， RAM 多 128B， ROM 多 4K，中斷多 2 個，多一個看門狗 ,在掉電、數(shù)據(jù)指針等方面還有一些改進(jìn)， S52 的最高外接晶振可以達(dá)到33MHz， C51 大概只有 24MHz。另外 S52 比 C51 還增加了 ISP 功能，就是在線可編程功能，這可是很有用的功能哦，首先是省去購買編程器的錢，另外，對于買不起仿真器或希望能板上調(diào)試（就是插在成品電路板上調(diào)試）的人來說十分有價值，你可以隨時更新插在電路板上的單片機(jī)的程序，十 分方便。當(dāng)然 S51 也具備這一功能， C51 和 C52 都不具備 [14]。在本文中它們兩個系統(tǒng)是相互獨(dú)立存在的，互相之間沒有進(jìn)行通信。 氣體傳感器的選擇 氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)電信號的轉(zhuǎn)換器。探測頭通過氣體傳感器對氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制 第 12 頁 共 61 頁 冷處理儀表顯示部分。根據(jù)測量對象與測量環(huán)境、靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍我選用 TGS202 氣體傳感器作為本火災(zāi)探測的氣體傳感器，火災(zāi)中氣體煙霧主要是 CO2 和 CO， TGS202 氣 體傳感器能探測 CO2 ， 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。如上圖所示，當(dāng) TGS202 探測到 CO2 或 CO 時，傳感器的內(nèi)阻變小， VA 迅速上升。選擇適當(dāng)?shù)碾娮枳柚担沟卯?dāng)氣體濃度達(dá)到一定程度（如 CO 濃度達(dá)到 ﹪）時， VA 端獲得適當(dāng)?shù)碾妷海ㄔO(shè)為 3V）。圖 為 TGS202 檢測電路。 圖 TGS202 檢測電路 溫度傳感器的選擇 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有 LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。封裝后的 DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機(jī)房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和 控制領(lǐng)域。 DS18B20 采用一線通信接口。因?yàn)橐痪€通信接口，必須在先完成 ROM 設(shè)定，否則記憶和控制功能將無法使用。主要首先提供以下功能命令之一： （ 1）讀 ROM； （ 2） ROM 匹配； （ 3）搜索 ROM； （ 4）跳過 ROM； （ 5）報警檢查。 第 13 頁 共 61 頁 若指令成功地使 DS18B20完成溫度測量，數(shù)據(jù)存儲在 DS18B20的存儲器。一個控制功能指揮指示 DS18B20 的演出測溫。測量結(jié)果將被放置在 DS18B20 內(nèi)存中，并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的指揮，閱讀內(nèi)容的片上存儲器。溫度報 警觸發(fā)器 TH和 TL都有一字節(jié) EEPROM 的數(shù)據(jù)。如果 DS18B20 不使用報警檢查指令，這些寄存器可作為一般的用戶記憶用途。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換。寫 TH,TL 指令以及配置字節(jié)利用一個記憶功能的指令完成。通過緩存器讀寄存器。所有數(shù)據(jù)的讀，寫都是從最低位開始。 DS18B20 封裝如圖 所示： 圖 DS18B20 封裝圖 無線通信模塊芯片的選擇 本文選用 nrf24L01 作為門控系統(tǒng)的無線通信模塊， nrf24L01 是由 NORDIC 生產(chǎn)的工作在 — 的 ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片。無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型 ―SchockBurst‖模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器。輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過 SPI 接口進(jìn)行設(shè)置。幾乎可以連接到各種單片機(jī)芯片，并完成無線數(shù)據(jù)傳送工 作。 極低的電流消耗：當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為 0dBm 時電流消耗為 ，接收模式時為 ，掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低。 NRF24L01 主要有以下一系列優(yōu)點(diǎn)： 小體積， QFN20 4x4mm 封裝 寬電壓工作范圍， ~，輸入 引腳 可承受 5V電壓輸入 (1)工作溫度范圍， 40℃ ～ +80℃ (2)工作頻率范圍， ～ (3)發(fā)射功率可選擇為 0dBm、 6dBm、 12dBm 和 18dBm 第 14 頁 共 61 頁 (4)數(shù)據(jù)傳輸速率 支持 1Mbps、 2Mbps[2] (5)低功耗設(shè)計，接收時工作電流 ， 0dBm 功率發(fā)射時 ，掉電模式時僅為 900nA (6)126 個通訊通道， 6 個數(shù)據(jù)通道，滿足多點(diǎn)通訊和調(diào)頻需要 (7)增強(qiáng) 型 ―ShockBurst‖工作模式，硬件的 CRC 校驗(yàn)和 點(diǎn)對多點(diǎn)的地址控制 (8)數(shù)據(jù)包每次可傳輸 1～ 32Byte 的數(shù)據(jù) (9)4 線 SPI通訊端口，通訊速率最高可達(dá) 8Mbps，適合與各種 MCU連接， 編程 簡單 (10)可通過 軟件 設(shè)置工作頻率、通訊地址、 傳輸速率 和數(shù)據(jù)包長度 (11)MCU 可通過 IRQ 引腳快判斷是否完