【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 度急劇上升。該種類探測(cè)器中熱敏元件的阻值隨溫差發(fā)生變化，從而將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，并進(jìn)行報(bào)警處理。 火災(zāi)探測(cè)器發(fā)展特點(diǎn) 隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，應(yīng)用需求不斷提高，普通類型的感溫、感煙火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)已不能滿足需要，運(yùn)用高新技術(shù)的新型探測(cè)器在不斷研發(fā)，其特點(diǎn)是： ]3[ （ 1）功能更新 現(xiàn)代火災(zāi)探測(cè)器的最大特征之一就是判別功能和判定決定權(quán)不僅從觀念上分離，而且在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)分別執(zhí)行。早期的判別功能和判定決定權(quán)合二為一，由設(shè)置在探測(cè)器中的傳感器件實(shí)現(xiàn)，因而處理問題死板且易受干擾。而現(xiàn)代火災(zāi)探測(cè)傳感器的判別功能和判定決定權(quán)由軟件控制，能濾除干擾，識(shí)別真假火災(zāi)，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)智能判斷。 （ 2）可靠性提高 火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可靠性的提高首先體現(xiàn)在用智能技術(shù)處理傳感器提供的火 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 災(zāi)信息。人們采用多種火災(zāi)探測(cè)算法和復(fù)合多傳感等傳感方式，為判斷火災(zāi)提供了更加充分可靠的信息。模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等 高新技術(shù)用于火災(zāi)的判別，大大提高火災(zāi)探測(cè)的可靠性。 （ 3）報(bào)警時(shí)間提前 新型火災(zāi)探測(cè)器已不局限于對(duì)已發(fā)生的火災(zāi)及時(shí)報(bào)警，可以在火災(zāi)發(fā)生之前的幾小時(shí)或幾天內(nèi)，識(shí)別潛在的火災(zāi)危險(xiǎn)性，實(shí)現(xiàn)超早期火災(zāi)報(bào)警。 火災(zāi)探測(cè)器新技術(shù) （ 1）高靈敏度探測(cè)技術(shù)應(yīng)用目前已研究開發(fā)出激光式高靈敏度感煙火災(zāi)探測(cè)器、吸氣式高靈敏度火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)和氣體火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)等超早期火災(zāi)探測(cè)報(bào)警產(chǎn)品。這些系統(tǒng)采用激光粒子計(jì)數(shù)原理、激光散射原理監(jiān)視被保護(hù)空間，以單位體積內(nèi)粒子增加的多少來判斷是否可能發(fā)生火災(zāi)。與普通感煙火災(zāi)探測(cè)報(bào)警 系統(tǒng)相比，這種系統(tǒng)的探測(cè)靈敏度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)甚至更多。但目前，這種技術(shù)還僅限于對(duì)煙粒子的探測(cè)，在應(yīng)用中不同程度地受到了應(yīng)用場(chǎng)所環(huán)境的限制。 （ 2）氣體濃度探測(cè)技術(shù)應(yīng)用利用氣體和氣體成分對(duì)火災(zāi)早期階段生成物或構(gòu)成火災(zāi)的要素進(jìn)行探測(cè)的火災(zāi)探測(cè)技術(shù)，也能夠?qū)崿F(xiàn)超早期火災(zāi)探測(cè)。易燃易爆場(chǎng)所一旦爆炸起火，火勢(shì)蔓延速度極快，難以控制，人們?yōu)榇藢ｉT開發(fā)研制了在火災(zāi)爆炸事故之前，從可燃?xì)怏w濃度方面進(jìn)行故障和火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性等方面預(yù)測(cè)的線型可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。它采用光學(xué)原理，利用不同氣體光譜特性的差別進(jìn)行氣體濃度探測(cè)，從根 本上解決了點(diǎn)型可燃?xì)怏w傳感元件穩(wěn)定性差、壽命短等缺陷，用于大面積可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警時(shí)，性能價(jià)格比較高，其原理還可擴(kuò)展用于其他場(chǎng)所氣體泄漏的監(jiān)測(cè)。 （ 3）多信息技術(shù)應(yīng)用早期的火災(zāi)探測(cè)器對(duì)于火災(zāi)信息的反應(yīng)是輸出信息“ 0”或“ 1”即開關(guān)量，其他信息僅圍繞反映開關(guān)是否正常、能否動(dòng)作等。而現(xiàn)代火災(zāi)探測(cè)器是對(duì)火災(zāi)過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有些探測(cè)器實(shí)質(zhì)上只起傳感器的作用。因此，其火災(zāi)信息量明顯增加。另一方面，各種單一傳感器提供的火災(zāi)信息均混雜非火災(zāi)信息，給從傳感器提供的火災(zāi)信息上判別火災(zāi)增加了難度，人們于是開始研究基于新型探測(cè)原理的 傳感器件（如氣體傳感器等）和復(fù)合探測(cè)器，對(duì)火災(zāi)過程的多參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，配以智能判別技術(shù)，以達(dá)到減少誤報(bào)，提高可靠性的目的。細(xì)微特征的辨識(shí)也是從提供信息角度識(shí)別火災(zāi)的一種方法。采用單片機(jī)的智能火災(zāi)探測(cè)器，可以打破采樣受控制器控制的被動(dòng)局面，主動(dòng)獲取對(duì)于識(shí)別真假火災(zāi)參數(shù)非常重要的細(xì)微信息。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第二章 總體設(shè)計(jì)及方案論證 火災(zāi)智能監(jiān)測(cè)及防火自動(dòng)控制系統(tǒng)是有傳感器，信號(hào)變換，單片機(jī)及相應(yīng)的信號(hào)顯示、輸出部分組成。通過溫度和煙霧傳感器采集信號(hào)，經(jīng)過單片機(jī)與其設(shè)定值進(jìn)行比較后，根據(jù)差值和內(nèi)部的軟件設(shè)計(jì)來對(duì)溫度高 低和煙霧濃度進(jìn)行檢測(cè)及控制，及時(shí)準(zhǔn)確的報(bào)警和滅火，實(shí)現(xiàn)物資損失降低到最小。 工藝技術(shù)要求 由于本系統(tǒng)是為直接應(yīng)用于工廠，所以所有參數(shù)必須與相關(guān)產(chǎn)品相匹配，下面我們就以硅鋼片退火的相關(guān)參數(shù)為例來進(jìn)行設(shè)計(jì)： 利用單片機(jī)結(jié)合各類傳感器，實(shí)現(xiàn)樓宇（庫(kù)房） 現(xiàn)場(chǎng)溫度、煙氣信號(hào)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。 當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)生把盆景及控制信號(hào)。 報(bào)警信號(hào)包括聲、光報(bào)警和電話語音報(bào)警，并通過通訊接口給相關(guān)部門發(fā)送火災(zāi)位置信號(hào)。 控制信號(hào)用于的自動(dòng)控制（溫感一步降、煙感兩步 降，同時(shí)具有手動(dòng)控制功能）和自動(dòng)噴淋、排風(fēng)換氣裝置的啟動(dòng)，要求系統(tǒng)控制精度高，響應(yīng)速度快 ，動(dòng)作時(shí)間小于 5 秒，工作可靠。 本設(shè)計(jì)可以獨(dú)立單元房間（面積 100 平方米）設(shè)計(jì)，要求系統(tǒng)可以方便地實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 系統(tǒng)硬件及信號(hào)由 AT89S51單片機(jī)內(nèi)部有非易失性 Flash存儲(chǔ)器分別包含 128 字節(jié) RAM 、 32 條 I/O 口線、 3 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 6 輸入 4 優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)、 1 個(gè)串行 I/O口（可用于多機(jī)通信、 I/O擴(kuò)展或全雙工 UART） 以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。使用 AT89S51芯片 ， 能夠滿足需要 ， 還可以使外圍器件盡可能少 ， 另外價(jià)格也便宜 ， 所以選用它 。 防火門及相應(yīng)的控制 、 動(dòng)力機(jī)構(gòu)安裝完畢后，首先要確定時(shí)間 。 通過 傳 送信號(hào)給單片機(jī) ， 通知單片機(jī)要開始設(shè)置時(shí)間 。 有 3個(gè)時(shí)間要設(shè)置 ： 防火門的全程上升 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 時(shí)間和全程下降時(shí)間及從頂下降到中位所需的時(shí)間 。 所確定的時(shí)間被存在 EEPROM中 。 上述 3個(gè)時(shí)間存入 EEPROM后 ， 就可以隨意按動(dòng) “ 上 ”、“ 下 ”、“ 停 ” 3個(gè)按鈕中的任何一個(gè) ， 使防火門運(yùn)行或停止 。 通常使防火門停在最高處 ， 當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí) ，防火門向下運(yùn)行 ， 切斷火勢(shì)曼延的通路 。 發(fā)生火災(zāi)時(shí) ， 防火門的工作模 式有如下幾種 ， 我們可以預(yù)先做以下設(shè)置 。 ]5[ 1） 煙霧二步降 。 發(fā)生火災(zāi) ， 一般都是煙先竄到防火門 ， 火后一步到 。 防火門的傳感器感知到煙信號(hào)后 ， 防火門立即開始下降 ， 并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào) 。 防火門下降到中位 （ 通常門已關(guān)閉一半 ， 下面一半開著 ， 讓人逃生 ） 停止下降 ， 延時(shí)一段時(shí)間 ， 以便讓里面的人逃生 ， 而后繼續(xù)下降 （ 稱作第二步下降 ）， 直到防火門完全關(guān)閉為止 。 在第二步下降過程中 ， 只要有人按動(dòng) “ 上 ”、“ 下 ”、“ 停 ” 3個(gè)按鈕中的任何一個(gè) ， 門就會(huì)自動(dòng)上升到中位 ， 以便人逃離火場(chǎng) 。 2） 煙溫二步降 。 火 災(zāi)發(fā)生 ， 煙霧先到達(dá) ， 這時(shí)防火門附近的溫度還處在正常范圍 。 防火門感知此煙 ， 立即下降到中位 ， 并在中位停下來 ， 以便人員逃生 。 在防火門附近的溫度上升到一定的高度以前 ， 防火門將一直停在中位 。 當(dāng)防火門的感應(yīng)系統(tǒng)感知到防火門附近的溫度達(dá)到比較高的程度后 ， 防火門開始第二步下降 ，從中位下降到把整個(gè)門關(guān)閉 。 因?yàn)橹挥袦囟冗_(dá)到一定的高度 ， 才說明火將曼延過來 ， 須迅速?gòu)氐钻P(guān)閉防火門 。 防火門在第二步下降的過程中 ， 若有人按動(dòng) “ 上 ”、“ 下 ”、“ 停 ” 3個(gè)按鈕中任何一鈕 ， 門都將上升到中位 。 到達(dá)中位后 ， 將立刻開始下降 ， 但只要有人再次按任何一鈕 ， 門 仍將上升到中位 。 不論是煙霧二步降還是煙溫二步降 ， 當(dāng)門徹底關(guān)閉后 ， 只要有人按上述 3個(gè)鈕任一鈕 ， 門就上升到中位 ， 以讓人逃離火場(chǎng) 。 3） 高溫處理 。 不論初始設(shè)置的是煙霧二步降還是煙溫二步降 ， 只要高溫先到達(dá)或是與煙霧信號(hào)同時(shí)到達(dá) ， 防火門都將從頂不停地一直下降到底 。 還有一種情形也會(huì)導(dǎo)致 “ 高溫處理 ” ： 若火災(zāi)發(fā)生時(shí)沒有高溫 ， 當(dāng)防火門從頂下降到中位前或下降到中位后在中位停留的時(shí)間內(nèi) ， 檢測(cè)到有高溫信號(hào) ， 防火門系統(tǒng)將自動(dòng)轉(zhuǎn)入 高溫處理， 立即開始第二步下降 。 火撲滅后 ， 防火門系統(tǒng)檢測(cè)到既無煙又無高溫 ， 則確認(rèn)火已滅 ， 便自動(dòng)關(guān)閉報(bào)警信號(hào) ， 防火門自動(dòng)上升到正常位置 。 方案論證 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)是本方案的靈魂，所以我們選擇是需要慎之又慎，下面我們來拿 8031和 AT89S51 做一下比較。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 8031 片內(nèi)不帶程序存儲(chǔ)器 ROM，使用時(shí)用戶需外接程序存儲(chǔ)器和一片邏輯電路 373，外接的程序存儲(chǔ)器多為 EPROM 的 2764 系列。用戶若想對(duì)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，之后再可寫入。寫入到外接程序存儲(chǔ)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(gè)版本一樣，雖都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，絕大多數(shù)管腳也兼容；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，因他不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K程序存儲(chǔ)器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦 除、改寫，一般專為 ATMEL AT89Cx 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機(jī)對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)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(dòng)成果。而且 AT89S51 目前的售價(jià)比 8031 還低，市場(chǎng)供應(yīng)也很充足。 單對(duì) 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（ GND），單片機(jī)在啟動(dòng)后就到外面程序存儲(chǔ)器讀取指令；而 8051/8751/89S51 因內(nèi)部有程序存儲(chǔ)器 ， 31 腳接高電平（ Vcc），單片機(jī)啟動(dòng)后直接在內(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， 31 腳接電源，程序從內(nèi)部讀取， 31腳接地，程序從外部讀取，其他無須改動(dòng)。另外， AT89S51 替換 8031 后因不用外存儲(chǔ)器，不必安裝原電路的外存儲(chǔ)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、鎖存器及片外 RAM等等，使整個(gè)設(shè)計(jì)顯得簡(jiǎn)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，但價(jià)格也越貴。而就其結(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)的需要，我選擇的 A/D 轉(zhuǎn)換器是ADC0809。 ADC0809 是美國(guó) Analog Device 公司生產(chǎn)的 8 位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速率高，自帶三態(tài)輸出緩沖電路，且能與 CMOS 及 TTL 兼容。加之內(nèi)部含有三態(tài)輸入緩沖電路，可直接與各種微處理器連接，且無須附加邏輯接口電路，內(nèi)部設(shè)置的高精參考電壓源和時(shí)鐘電路，使它不需要任何外部電路和時(shí)鐘信號(hào)，就能完成 A/D 轉(zhuǎn)換功能，應(yīng)用非常方便。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第三章 單片機(jī) AT89S51原理 AT89S51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)。片內(nèi)含4K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM）和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89S51 單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 主要性能參數(shù)： AT89S51 管腳圖，如圖 31。 圖 31 AT89S51 管腳圖 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4K字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲(chǔ)器 1000 次擦寫中期 全靜態(tài)操作： 0Hz—— 24MHz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 128*8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 32個(gè)可編程 I/O 口線 2個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 6個(gè)中斷源 可編程串行 UART 通道 低功耗空閑和掉電式 功能特性概述： AT89S51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4K字節(jié) Flash 閃存存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個(gè) I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)， AT89S51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容。但振蕩器停止工作并禁止其它所有工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 AT89S51 方框圖 圖 32 AT89S51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（