【文章內(nèi)容簡介】 災(zāi)判決和統(tǒng)籌管理方面，一般分為分散式、集中式和分布式，分散式系統(tǒng)由非智能型控制器若干智能型探測節(jié)點(diǎn)組成，由探測節(jié)點(diǎn)完成火災(zāi)狀態(tài)的判斷 。集中式系統(tǒng)由智能型控制器和若干非智能探測節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，探測節(jié)點(diǎn)僅將火災(zāi)參量傳送給控制器，由控制器智能地判斷火災(zāi)狀態(tài)；分布式系統(tǒng)的控制器和探測節(jié)點(diǎn)均為智能型，也是今后火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的發(fā)展方向。 本章小結(jié) 本章 主要 敘述了 課題研究的背景和意義 以及國內(nèi)外火災(zāi)火災(zāi)報警系統(tǒng)的發(fā)展 狀況。 4 第二章 火災(zāi)報警 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)的功能要求 根據(jù)系統(tǒng)方案和安全原則對該任務(wù)有以下幾點(diǎn)要求： 要求所使用的傳感器靈敏度高，可靠性好，能夠準(zhǔn)確的監(jiān)測火災(zāi)參數(shù)。 要求選用的單片機(jī)對信號做出準(zhǔn)確的的分析處理。 當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時房間能及時發(fā)出聲音報警。 有緊急報警按鍵，可以通過按鍵調(diào)試溫度臨界值。 能夠顯示煙霧濃霧和當(dāng)前溫度數(shù)值。 傳感器送來的煙霧濃度對應(yīng)的微小的電壓信號經(jīng)過放大，轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號送入單片機(jī)； 溫度值 則直接送入單片機(jī)， 然后， 煙霧信號 在單片機(jī)內(nèi) A/D 轉(zhuǎn)換、濃度比 較，對數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理，將數(shù)字化電壓信號轉(zhuǎn)化成為對應(yīng)的十進(jìn)制濃度值；最后，將實(shí)際可燃性氣體濃度 和當(dāng)前溫度值 送入數(shù)碼管，并判斷濃度值 和溫度值 是否超出報警限，當(dāng)濃度 和溫度值 處于正常狀態(tài)綠燈長亮，當(dāng)煙霧濃度 和溫度值 超出設(shè)定的限定值時，發(fā)出聲音報警并伴隨紅燈閃亮。 主要應(yīng)用方向與設(shè)計(jì)構(gòu)思 本設(shè)計(jì)主要用于 居民住宅區(qū)、機(jī)房、辦公室等小型防火單位， 是為人們提供的一種簡單的 、廉價實(shí)用的火災(zāi)自動報警裝置 。 本火災(zāi)自動報警系統(tǒng)應(yīng)由觸發(fā)器件、警報裝置、顯示裝置以及數(shù)據(jù)處理等裝置組成。觸發(fā)器件包括自動或者手動產(chǎn)生報警信號 的器件，如 DS18B20 溫度傳感器， MQ2 氣體傳感器，手動報警按鈕。警報裝置包括聲音報警裝置（蜂鳴器）和光報警裝置（ LED 燈 ）。顯示裝置是八段數(shù)碼管，能夠?qū)崟r顯示由 DS18B20 溫度傳感器和 MQ2 氣體傳感器所傳送的數(shù)據(jù)。采用 AT89S51 單片機(jī)作為主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和各項(xiàng)操作。其中 MQ2 氣體傳感器需要配置放大電路和 A/D 轉(zhuǎn)換模塊對其信號進(jìn)行處理，采用 LM324 芯片做放大電路， ADC0832 芯片制作 A/D 轉(zhuǎn)換模塊。 系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)及可行性論證 本火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中，以 AT89S51 單片機(jī)為主控核 心，使用 DS18B20 溫度傳感器采集溫度信息，使用 MQ2 氣體傳感器采集氣體信息。 DS18B20 采集的數(shù)據(jù)為數(shù)字信號，可以直接發(fā)送至單片機(jī)進(jìn)行處理。 MQ2 氣體傳感 5 器輸出的信號一般比較微弱，需要經(jīng)過前置電路對其進(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足單片機(jī)對輸入信號的要求。 MQ2 半導(dǎo)體煙霧傳感器屬于電阻型，因此只需串聯(lián)一個參考電阻，再經(jīng)過一個放大電路即可發(fā)送給 ADC0832 采集，信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換模塊后傳送進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理。 單片機(jī)內(nèi)部程序中預(yù)先設(shè)定報警臨界值，包括溫度過高報警和氣體濃度過高報警。單片機(jī)正常工作 后，判斷所接收到的數(shù)據(jù)是否達(dá)到報警臨界值，如果到達(dá)報警值單片機(jī)控制蜂鳴器和 LED 燈進(jìn)行報警，如果沒有達(dá)到報警值單片機(jī)繼續(xù)接收并處理新數(shù)據(jù)。如果單片機(jī)接收到報警按鍵信號，直接報警。 單片機(jī)實(shí)時向八段數(shù)碼管顯示模塊輸出顯示信號，八段數(shù)碼顯示模塊顯示周圍環(huán)境溫度和氣體 濃度 數(shù)值 。 系統(tǒng)工作原理框圖 如圖 所示 。 A T 89S 51 控制模塊 溫度采集模塊 按鍵報警模塊 煙霧探測模塊 聲光報警模塊 數(shù)碼管顯示模塊 圖 系統(tǒng)工作原理框圖 微處理器的選擇 單片機(jī)是本方案的靈魂，所以 主控單元 選擇是非常重要的。下面 將 8031 和 AT89S51特性 進(jìn)行 比 較。 8031 片內(nèi)不帶程序存儲器 ROM，使用時用戶需外接程序存儲器和一片邏輯電路74LS373，外接的程序存儲器多為 EPROM 的 2764 系列。用戶若想對寫入到 EPROM 中的程序進(jìn)行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后可寫入。寫入到外接程序存儲器的程序代碼沒有什么保密性可言。 由于上述類型的單片機(jī)應(yīng)用的早，影響很大，已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。后來很多芯片廠商以各種方式與 Intel 公司合作，也推出了同類型的單片機(jī)，如同一種單片機(jī)的多個 6 版本一樣，雖然在不斷的改變制造工藝，但內(nèi)核卻一樣，也就是說這類單片 機(jī)指令系統(tǒng)完全兼容；在使用上基本可以直接互換。我們統(tǒng)稱這些與 8051 內(nèi)核相同的單片機(jī)為：“ 51系列單片機(jī)?！? 在眾多的 51 系列單片機(jī)中，要算 ATMEL公司的 AT89S51 更實(shí)用，因?yàn)樗坏?8051指令，管腳完全兼容，而且其內(nèi)片的 4K 程序存儲器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89Sx 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動成果。而且 AT89S51 目前的售價比 8031 還低，市場供應(yīng)業(yè)很充足。 單對 AT89S51 來說，在實(shí)際電路中可以直接互換 8051 和 8751，替換 8031 只是第 31腳有區(qū)別， 8031 因內(nèi)部沒有 ROM， 31 腳需接地（ GHD） ,單片機(jī)在啟動后就到外面程序存儲器讀取指令；而 805 875 89C51 因內(nèi)部有程序存儲器， 31 腳接高電平（ Vcc） ,單片機(jī)啟動后直接接在內(nèi)部讀取指令。也就是 51 芯片的 31 腳控制著單片機(jī)程序從內(nèi)部讀取還是從外部讀取。另外， AT89S51 替換 8031 后因不用外存儲器，不必安裝原電路的外存儲器和 373 芯片。 由于 內(nèi)部 RAM 的存在，可以減少 I/O 擴(kuò)展芯片、鎖存器及外 RAM 等等，使整個設(shè)計(jì)顯得簡單明了，所以我們選擇 AT89S51。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來分，有 8 位、 10 位、 12 位、 16 位等。位數(shù)越高，其分辨率也越高，但是價格也越貴。而就其它結(jié)構(gòu)而言，有單一的 A/D 轉(zhuǎn)換器，有內(nèi)含多路開關(guān)的 A/D 轉(zhuǎn)換器。根據(jù)本設(shè)計(jì)的需求，我們選擇的 A/D 轉(zhuǎn)換器是 ADC0832。 ADC0832 是屬于連續(xù)漸進(jìn)式（ Successive Approximation Method）的 A/D 轉(zhuǎn)換器，這類型的 A/D 轉(zhuǎn)換器除了轉(zhuǎn)換速度快（幾十至幾百 us）、分辨率高外， 還 有價錢便宜的優(yōu)點(diǎn)，普遍被應(yīng)用于微電腦的接口設(shè)計(jì)上。在單片機(jī)操作中， ADC0832 不需要單片機(jī)通過總線寫入數(shù)據(jù)，只使用的上升沿，因此 P0 口的地址信號或數(shù)據(jù)信號在寫操作（信號為低）過程中不起作用（對 ADC0832 沒有影響）。 在單片機(jī)讀操作過程中， ADC0832 會在信號的作用下把轉(zhuǎn)換完成傳送到總線，如果使用 “MOVX”指令可以是任意的地址址。 溫度傳感器的選擇 方案一：選用 LM324A 運(yùn)算放大器，將其設(shè)計(jì)成比例控制調(diào)節(jié)器，輸出電壓與熱敏 7 電阻的 阻值成正比，再用 A/D 轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。但這種方案電路復(fù)雜、成本較高，且需要多次檢測后方可使采樣精確，過于煩瑣。 方案二：采用 DALLAS 公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，其直接輸出數(shù)字式溫度信息，方便、抗干擾性強(qiáng)，獨(dú)特的單線接口方式，使其在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。測量溫度范圍為 55～ +125℃ ，在10～ +85℃ 范圍內(nèi)，精度為 177。0 .5℃ 。 綜合各方面考慮，本系統(tǒng)采用采用更為優(yōu)秀的 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，降低了成本和電路的復(fù) 雜程度，提高了電路的運(yùn)行質(zhì)量。 煙霧傳感器的選擇 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，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，是儀表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。 MQ2 氣體傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對可燃?xì)怏w有良好的靈敏度，對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度較高、壽命長、成本低。 MQ2 氣體傳感器所使用的 氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫 (SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。 MQ2 氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。 顯示模塊的選擇 顯示有 3 種顯示電路：二極管顯示電路、八段數(shù)碼管顯示電路、液晶顯示器顯示電路。 二極管顯示電路具有接法簡單，使用的元器件少 ，并且可以有多種不同的顏色顯示，成本低、控制簡單等優(yōu)點(diǎn)。但顯示字符有限，只能顯示亮和不亮。考慮到本系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)需要，二極管顯示電路不能滿足其要求。只能作為指示電路來使用。 液晶顯示器 LCD1602 可以顯示字符且功耗較低。但是顯示面積 大 ， 能夠 顯示中文，人機(jī)界面友好，可以具有顯示信息量大，可視面積大，畫面效果好，數(shù)字式接口，功率消耗小，顯示信息量大等優(yōu)點(diǎn)在日常生活中廣泛應(yīng)用，但是價格昂貴，不適合本設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 八段數(shù)碼管顯示電路可以顯示 0—9 十個數(shù)字和簡單的字符，有動態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式。其占用單片機(jī)端口較多，控 制比較復(fù)雜，只能顯示簡單的字符，顯示信息量有 8 限，不能顯示字符和中文，