【文章內(nèi)容簡介】 GS=00 時(shí)， 25℃ 時(shí)的輸出電壓為 1168 mV， 50℃ 時(shí)的輸出電壓為 1299 mV，則其平均靈敏度為 mV /℃ ； 50℃ 時(shí)的輸出電壓為 760 mV， 75℃ 時(shí)的輸出電壓為 619 mV，則其平均靈敏度為 mV /℃ 。表 2 中 GS==00 時(shí)，靈敏度為 mV /℃ 。 第 8 頁 共 25 頁 單片機(jī)及 A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇 本設(shè)計(jì)的控制芯片使用的是 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C51， AT89C51 是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ) 器 （ FPEROM） 和 128 字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） 的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 AT89C51 是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)， 片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口。 芯片可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程， 其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 A/D轉(zhuǎn)換電路采用了常用的 8位 8通道數(shù)模轉(zhuǎn)換專用芯片 ADC0808， ADC0808由 8路模擬開頭、地址鎖存與譯碼器、 8位 A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成，芯片引腳圖如圖 。 圖 ADC0808 芯片 的 引腳 圖 ADC0808的 主要性能指標(biāo)為 : （ 1） 分辨率為 8位。 （ 2） 最大不可調(diào)誤差 ： ADC0808為 ? 1LSB。 （ 3） 單電源 +5v供電，基準(zhǔn)電壓由外部提供，典型值為 +5v，此時(shí)允許輸入模擬電壓為 0— 5V。 （ 4） 具有鎖存控制的 8路模擬選通開關(guān)。 （ 5） 可鎖存三態(tài)輸出，輸出電平與 TTL電平兼容。 （ 6） 轉(zhuǎn)換速度取 于 決 芯片的時(shí)鐘頻率。 當(dāng) 時(shí)鐘頻率 500KHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 128μ s。 第 9 頁 共 25 頁 4 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 前端 信號(hào)調(diào)理電路 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 。 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。 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 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)了起隔直通交的電容 C CC7。 系統(tǒng)采用 固定門限檢測法 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。 電路設(shè)計(jì)中要求高輸入低輸出，故放大電路、濾波電路的前置電阻 R R8 的阻值設(shè)為 10K。由于運(yùn)放 LM324 的輸 入級(jí)是差動(dòng)放大電路，要求兩端輸入回路參數(shù)對稱，即NPRR? ， 1 //NFR R R? ，故 5 4 6//R R R? ， 5 ? 。依據(jù)運(yùn)算放大器“虛短”、“虛斷”特性，有 uu??? 。電壓放大倍數(shù)為 ： 644Fuf RRA RR? ? ? ?， 5ufA ?? （ 31） 濾波電路能使有用頻率信號(hào)通過，同時(shí)抑制無用頻率成分，濾除或衰減無用頻率信號(hào)到足夠小。一階濾波電路過渡帶較寬，幅頻特性的最大衰減頻率僅為 20dB/十倍頻。為使濾波器的濾波特性接近理想特性，即在通頻帶內(nèi)特性曲線更平緩在同頻帶外特性曲線衰減更陡峭，只有增加網(wǎng)絡(luò)的級(jí)數(shù)，系統(tǒng)使用二階濾波器電路 [9]。由于 在 火災(zāi) 發(fā)生早期，溫度煙霧 信號(hào)是一種緩變信號(hào)， 故系統(tǒng)使用二階有源低通濾波器電路（ Low Pass Filter， LPF） 。將串聯(lián)的兩節(jié) RC 低通網(wǎng)絡(luò)直接與反向電壓跟隨器電路相連，可構(gòu) 成煙霧、溫度調(diào)理電路中的簡單二階 低通濾波器電路 。二階低通濾波電路中 89 1R R R K? ? ? ，89 0 .1C C C F?? ? ? 。 LPF 電路電壓放大倍數(shù)為 ： 第 10 頁 共 25 頁 ? ?? ?u 2113As sR C sR C? ?? （ 32） 用 j? 取代 s，且令0 12f RC??， 0 KHz? ，得出電壓放大倍數(shù)為 ： 200113uA ffj? ???????? （ 33） 由于為信號(hào)頻率二次冪的函數(shù)式，故為二階 LPF。設(shè)帶通截止頻率為 Hf ，則當(dāng)Hff? 時(shí)，上式的分母的模應(yīng)等于 2 ，可解出二階 LPF 的上限截止頻率為 ： ? ， KHz? （ 34） 二階低通濾波電路的衰減斜率可達(dá) 40dB/十倍頻，但是有由于 Hf 遠(yuǎn)離 0f ，即在0ff? 處，信號(hào)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(jià)來獲得濾波器衰 減斜率 ， 溫度信號(hào)調(diào)理電路以及 煙霧信號(hào)調(diào)理電路 如圖 所示 圖 溫度信號(hào)調(diào)理電路 以及煙霧信號(hào)調(diào)理電路 晶振 電路與 復(fù)位 電路 及 聲光報(bào)警電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)由晶振電路和復(fù)位電路組成，如圖 所示 第 11 頁 共 25 頁 圖 晶振電路與復(fù)位電路 聲光報(bào)警電路在 AT89C51 的控制下，可以根據(jù)不同的情況（火災(zāi)、異常、正常 )，發(fā)出不同的聲光信號(hào)報(bào)警。 聲音報(bào)警電路如圖 所示。 由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的 I/O 口是無法直接驅(qū)動(dòng)的，所以要利用放大電路來驅(qū)動(dòng)， 一般使用三極管 來放大電流就可以了。聲報(bào)警電路由單片機(jī)的 P21 引腳進(jìn)行控制，當(dāng) P21 輸出 的電平為 高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音報(bào)警。 圖 蜂鳴器報(bào)警 光報(bào)警 電路路如圖 ，其中 單片機(jī)的 P2 口進(jìn)行控制， P2口的 ～ 分別控制 3 個(gè)發(fā)光二極管，予以光報(bào)警，如圖所示。 ～ 控制的燈依次為紅色 (火災(zāi)信號(hào)燈 ) 、黃色 (異常 信號(hào)燈 )和綠色 (正常信號(hào)燈 ) 。當(dāng) ～ ，對應(yīng)的信號(hào)燈便會(huì)發(fā)光報(bào)警。 第 12 頁 共 25 頁 圖 光報(bào)警 數(shù)據(jù)采集電路 本設(shè)計(jì)中的 A/D 使 用的是通用 8位芯片 ADC0808，芯片的幾個(gè)重要管腳功能如下：ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng) ALE 線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A， B， C 三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0IN7 上的一路模擬量輸入 ，通道選擇如表所示。 START 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào) ， 當(dāng) START 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， START 應(yīng)保持低電平。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明 正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 OE 為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 由于本設(shè)計(jì)中數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片使用的是 ADC0808，其工作的時(shí)鐘信號(hào)為 500KHz， 因 其內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路 ，時(shí)鐘信號(hào)由外部 AT89C51 的 ALE 端口提供。 系統(tǒng) AT89C51與 ADC0808接口電路如圖 所示。 第 13 頁 共 25 頁 圖 AT89C5