【文章內容簡介】 ANT1,ANT2：天線接口 9． IREF：參考電流輸入 (4)工作模式 通過配置寄存器可將 nRF241L01 配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電四種工作模式 ： 待機模式 1主要用于降低電流損耗，在該模式下晶體振蕩器仍然是工作的 。 待機模式 2則是在當 FIFO 寄存器為空且 CE=1 時進入此模式； 待機模式下，所有配置字仍然保留。 在掉電模式下電流損耗最小，同時 nRF24L01 也不工作，但其所有配置寄存 基于單片機的智能火災報警器設計 9 器的值仍然保留 [16]。 表 2 工作模式 模式 PWRUP PRIMRX CE FIFO 寄存器模式 接收模式 發(fā)射模式 發(fā)射模式 待機模式 2 待機模式 1 掉電 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 — — 1 1 1～ 0 1 0 — — 數(shù)據(jù)在 TX FIFO寄存器中 停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完 TX FIFO 為空 無數(shù)據(jù)傳輸 — nrf24l01 在不同模式下的引腳功能 表 3 nrf24l01引腳功能 引腳名稱 方向 發(fā)送模式 接收模式 待機模式 掉電模式 CE CN SCK MOSI MISO IRQ 輸入 輸入 輸入 輸入 三態(tài)輸出 輸出 高電平 高電平 低電平 — SPI片選使能，低電平使能 SPI時鐘 SPI串行輸入 SPI串行輸出 中斷，低電平使能 基于單片機的智能火災報警器設計 10 3 智能火災報警系統(tǒng)硬件電路設計 電壓轉換電路 由于本設計采用的是無線火災信號傳輸，所用的無線發(fā)送 傳輸模塊式NRF24L01,該模塊所需要的標準電壓值為 ，由于其他部分的電壓值是 5V，所以，需要將 5V 的電壓值轉換成 的電壓值。 圖 31 電壓轉換電路 為實現(xiàn)此目的，本系統(tǒng)主要采用了 AMS1117 作為轉換芯片， AMS1117 是 三端可調或固定電壓 輸出電流為 1A 線路調整率： %（最大）負載調整率： %（最大）封裝類型： SOT223。 工作溫 度 范圍： 40～ 125176。C 輸入電壓： 15V 焊接溫度（ 25 秒）： 265176。C 存儲溫度： 65～ 150176。C 5V，電壓從 Vin 輸入，輸出的 電壓接到 NRF24L01 的 Vcc 引腳。 信號調理電路 由于從傳感器中輸出的模擬信號是比較微弱，且含有干擾信號，所以系統(tǒng)需要將信號進行放大和濾波， 由于煙霧信號調理電路運放 LM324 接直流電源，電路中有直流，所以在電路中設計了起隔直通交的電容 C3。 由于本設計只采用煙霧信號進行檢測火災，且煙霧傳感器輸出電壓較大，能達到幾伏，所以不需要放大煙霧信號，只需要將信號濾波處理，煙霧信號調理電路如圖 31所示。 基于單片機的智能火災報警器設計 11 圖 32 煙霧信號調理電路 濾波電路能使有用頻率信號通過，同時抑制無用頻率成分，濾除或衰減無用頻率 信號到足夠小。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)絡的級數(shù)，系統(tǒng)使用二階濾波器電路。由于在火災發(fā)生早期，溫度煙霧信號是一種緩變信號，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)絡直接與反向電壓跟隨器電路相連，可構成煙霧調理電路中的簡單二階低通濾波器電路[19]。 二階低通濾波電路中 R1=R2=1K ,C4=C5= 。 LPF 電路電壓放大倍數(shù)為： ? ?? ?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 為信號頻率二次冪的函數(shù)式，故為二階 LPF。設帶通截止頻率為 Hf ，則當 Hff? 時，上式的分母的模應等于 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 40dB/十倍頻，但是有由于 Hf 遠離 0f ， 基于單片機的智能火災報警器設計 12 即在 0ff? 處，信號的放大倍數(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來獲得濾波器衰減斜率 [20]。 復位與晶振電路 復位電路 復位是單片機的初始化操作，單片機在啟動時都需要復位，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 ,外部復位電路通常用一個電阻和一個電容實現(xiàn)。 AT89C52 的復 位信號是從 REST 引腳輸入到芯片內的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 REST 引腳上有一個高電平并維持 2 個機器周期 (24 個振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應并將系統(tǒng)復位。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復位。單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位，本設計采用的是手動按鈕復位。 上電自動復位是通過外部復位電路給電容 C充電加至 RST引腳一個短的高電平信號，此信號隨著 Vcc 對電容 C的充電過程而逐漸回落，即 RST 引腳上的高電平持續(xù)時間取決于電容的充電時間。因此為保證系統(tǒng)能可靠地復位， RST引腳上的高電平必須維持足夠長的時間。 手動按鈕復位需要人為在復位輸入端 RST 上加入高電平 ,采用的辦法是在RST 端和正電源 Vcc 之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則 Vcc 的 +5V 電平就會直接加到 RST 端，系統(tǒng)復位。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，設計完全能夠滿足復位的時間要求。復位電路中 SWPB 為手動復位開關，電容 Ch1 可避免高頻諧波對電路的干擾。如圖 33 所示。 晶振電路 晶振是 晶體振蕩器 的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個 電阻 并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡， 晶振電路為單片機工作提供時鐘信號，這個信號就是單片機的工作速度，芯片中有一個用于構成內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成自激振蕩器。電路中的外接石英晶 基于單片機的智能火災報警器設計 13 體及兩個電容接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路，系統(tǒng)的晶振電路如圖33 所示。由于外接電容的容量大小會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 30PF～ 10PF；如果使用陶瓷諧振，則電容容量大小范圍 40PF～ 10PF。本設計中使用石英晶體，電容的容值設定為 30pF。晶體振蕩頻率的范圍通常是在 至 12MHZ，晶體的頻率越高，單片機的運行速度 也就越快。但反過來，運行速度越快對存儲器的速度要求就越高，對 PCB 的工藝要求也高。晶體和電容應盡可能安裝得與單片機靠近，減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作。 圖 33 復位與晶振電路 聲光報警電路 聲光報警是一種通過聲音和各種光來向人們發(fā)出示警信號 的方式。如果出現(xiàn)火情，聲光報警電路就會在單片機的控制下，發(fā)出聲光警示信息。 在聲報警電路中，由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的 I/O 口是無法直接驅動的，所以要利用放大電路來驅動，一般使用三極管來放大電流就可以了。聲音報警電 路由單片機的 引腳進行控制，當 輸出的電平為低電平時，三極管導通，蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音報警；否則，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音。由單片機的 P2 口進行光報警控制，當有火警信號出 基于單片機的智能火災報警器設計 14 現(xiàn)時， 口會處于低電平，發(fā)光二極管出現(xiàn)閃爍，形成光報警。 圖 34聲光報警電路 基于單片機的智能火災報警器設計 15 4 智能火災報警系統(tǒng)軟件設計 軟件開發(fā)環(huán)境 本系統(tǒng)采用 C 語言進行程序設計。 C語言是美國國家標準協(xié)會（ ANSI）制定的編程語言標準， 1987 年 ANSI 公布了 87ANSIC，即現(xiàn)行 的標準Ｃ語言。 C 語言的描述由函數(shù)組成，是一種結構化的程序設計語言，所以更容易實現(xiàn)模塊化，而且具有可讀性好，易于移植等優(yōu)點，同時還有匯編語言一樣的位操作功能的硬件詳細控制指令。 在本系統(tǒng)的軟件編程使用的是 Keil C51， Keil C51 是美國 Keil Software公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā) 環(huán)境（ uVision）將這些部分組合在一起。運行 Keil 軟件需要 WIN9 NT、 WIN202 WINXP 等操作系統(tǒng)。如果你使用 C語言編程，那么 Keil 幾乎就是你的不二之選，即使不使用 C 語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點， Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能 體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。