【文章內(nèi)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(dāng) 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(zāi)報警器設(shè)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(zāi)報警器設(shè)計 10 3 智能火災(zāi)報警系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 電壓轉(zhuǎn)換電路 由于本設(shè)計采用的是無線火災(zāi)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(zhuǎn)換成 的電壓值。 圖 31 電壓轉(zhuǎn)換電路 為實現(xiàn)此目的，本系統(tǒng)主要采用了 AMS1117 作為轉(zhuǎn)換芯片， AMS1117 是 三端可調(diào)或固定電壓 輸出電流為 1A 線路調(diào)整率： %（最大）負載調(diào)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(diào)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(diào)理電路運放 LM324 接直流電源，電路中有直流，所以在電路中設(shè)計了起隔直通交的電容 C3。 由于本設(shè)計只采用煙霧信號進行檢測火災(zāi)，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(diào)理電路如圖 31所示。 基于單片機的智能火災(zāi)報警器設(shè)計 11 圖 32 煙霧信號調(diào)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(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)的級數(shù)，系統(tǒng)使用二階濾波器電路。由于在火災(zāi)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(luò)直接與反向電壓跟隨器電路相連，可構(gòu)成煙霧調(diào)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(shè)帶通截止頻率為 Hf ，則當(dāng) Hff? 時，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 40dB/十倍頻，但是有由于 Hf 遠離 0f ， 基于單片機的智能火災(zāi)報警器設(shè)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(fù)位與晶振電路 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機的初始化操作，單片機在啟動時都需要復(fù)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(fù)位電路通常用一個電阻和一個電容實現(xiàn)。 AT89C52 的復(fù) 位信號是從 REST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)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(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)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(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位，本設(shè)計采用的是手動按鈕復(fù)位。 上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)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(fù)位， RST引腳上的高電平必須維持足夠長的時間。 手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)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(dāng)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(fù)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(shè)計完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。復(fù)位電路中 SWPB 為手動復(fù)位開關(guān)，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(luò)， 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(gòu)成內(nèi)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(gòu)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(zāi)報警器設(shè)計 13 體及兩個電容接在放大器的反饋回路中構(gòu)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(shè)計中使用石英晶體，電容的容值設(shè)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(yīng)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(fù)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(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)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(dāng) 輸出的電平為低電平時，三極管導(dǎo)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(dāng)有火警信號出 基于單片機的智能火災(zāi)報警器設(shè)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(zāi)報警器設(shè)計 15 4 智能火災(zāi)報警系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件開發(fā)環(huán)境 本系統(tǒng)采用 C 語言進行程序設(shè)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(jié)構(gòu)化的程序設(shè)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(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)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(diào)試器等在內(nèi)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(diào)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(diào)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。