【正文】 溫度值。圖315 DS18B20測溫原理3. DS18B20 的封裝和供電方式DS18B20 是 DS1820 的升級產(chǎn)品，一般封裝為 TO92，比 DS1820 的PR35 封裝更小。DS18B20 只有三根外引線：單線數(shù)據(jù)傳輸端口 DQ、共用地線 GND、外供電源線 VDD。DS18B20 有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時 VDD 接地，它是通過內(nèi)部電容在空閑時從數(shù)據(jù)線獲取能量，來完成溫度轉(zhuǎn)換，完成溫度轉(zhuǎn)換的時間較長。當(dāng)使用數(shù)據(jù)總線寄生供電時，供電端必須接地，同時總線口在空閑的時候必須保持高電平，以便對傳感器充電。但當(dāng)所測溫度超過 100℃時，DS18B20 的漏電流增大，傳感器從 I/O 線上獲取的電流不足以維持DS18B20 通訊所需的電流，此時只能選用外部供電方式。比較而言，寄生電源方式少用一根導(dǎo)線，但它完成溫度測量所需的時間較長，而外部電源方式測量速度則要快些。因此，本系統(tǒng)采用外部供電方式。DS18B20與單片機(jī)電路連接圖如316。圖316 DS18B20與單片機(jī)電路連接圖 煙霧監(jiān)測電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用離子式煙霧傳感器設(shè)計(jì)煙霧報警電路。離子煙霧報警是通過測量空氣中的正負(fù)電荷的平衡來工作的。這種報警器的傳感器是一個離子室。內(nèi)部有一小片放射性物質(zhì)（離子源），這種物質(zhì)能在感應(yīng)室內(nèi)流動的空氣中產(chǎn)生一股微小的電流。當(dāng)煙霧粒子進(jìn)入到感應(yīng)室后，就會擾亂那里的正負(fù)電荷的平衡，同時也會使這股電流發(fā)生變化。當(dāng)煙霧逐漸加重，正負(fù)電荷的不平衡性就會加強(qiáng)。當(dāng)這種平衡性達(dá)到一定的限度，就會發(fā)出報警信號。在本設(shè)計(jì)中，選用NIS09聲光傳感器。它是離子式煙霧傳感器，是日本NEMOTO公司專為檢測延誤而精心設(shè)計(jì)的新型傳感器。它的輸出模擬量與我們所用的A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0832）輸入等級不相符合（+，A/D轉(zhuǎn)換器的輸入量程是0～+5V）。因此，設(shè)計(jì)時先將傳感器輸出電壓分壓后，再輸入A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端口。檢測方式：離子型，一源兩室。放射參數(shù)：電源電壓是DC 9V，+，電流損耗是27+3pA ，+。NIS09特性參數(shù)如表32所示：(a)靈敏度特性（）。(b)電源電壓特性（25℃ 60﹪RH）。(c)溫濕度特性 溫度特性（溫度60﹪）。(d)溫度特性（溫度25℃）源：放射元素是媚241，.=（29K—37KBq）。工作環(huán)境：，最大24V；溫度是050℃，最大1060℃。典型特性:表32 NIS09特性參數(shù)（a）靈敏度特性(9V) （b）電源電壓特性聲光強(qiáng)度 （%英尺）輸出電壓（V）誤差（△V） 0177。01177。177。2177。177。3177。177。4177。177。5177。177。電源電壓輸出電壓（V）6177。9177。12177。15177。18177。 濕度（%C）輸出（V）30177。60177。90177。溫度（℃）輸出（V） 0177。25177。50177。（C) 溫度特性 （d）溫度ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。ADC0832管腳圖如圖317。圖317 ADC0832管腳圖煙霧傳感器NIS09輸出的模擬量信號，經(jīng)過分壓后，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832的CH0腳輸入，輸出結(jié)果經(jīng)DO和DI引腳輸入控制器。煙霧監(jiān)測電路如圖318。圖318 煙霧監(jiān)測電路 系統(tǒng)子機(jī)電源電路設(shè)計(jì)火災(zāi)報警器系統(tǒng)子機(jī)電源模塊對整個子機(jī)系統(tǒng)提供電源，使其能夠正常工作。本子機(jī)采用9V鋰電池供電。經(jīng)過濾波電容附去電源波動后，為煙霧傳感器供電。再經(jīng)過采用COMS技術(shù)的三端口低功耗電壓調(diào)整器LM7805，將9V電源變換為芯片AT08S52和ADC0832所需的5V電源。系統(tǒng)子機(jī)電源電路如圖319。圖319 系統(tǒng)子機(jī)電源電路LM7805允許的輸入電壓可達(dá)35V，輸出5V 的固定電壓；輸出電壓差典型值50mV；LM7805的靜態(tài)電流功耗典型值8mA；輸出阻抗：15mΩ；LM7805的工作溫度系數(shù)0OC～125OC；存儲溫度65OC～150OC；封裝采用TO220。4 火災(zāi)報警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)總體采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，自動火災(zāi)報警器系統(tǒng)軟件主要分為控制器軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)子機(jī)軟件設(shè)計(jì)。其中又可分為各模塊子程序的設(shè)計(jì)。 火災(zāi)報警控制器軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中的火災(zāi)報警控制器采用C語言對AT89S52單片機(jī)進(jìn)行程序編寫[21，22]。主要分為火災(zāi)報警控制器主程序、時鐘程序、液晶程序、尋鍵程序、存儲程序和通訊子程序幾個模塊。幾個模塊共同工作完成火災(zāi)報警控制器的主要功能。 火災(zāi)報警控制器主程序 火災(zāi)報警控制器主程序是火災(zāi)報警系統(tǒng)上電后最先運(yùn)行的程序，其功能是對單片機(jī)及外圍器件進(jìn)行初始化，及相應(yīng)的參數(shù)配置。初始化完成后，液晶進(jìn)入初始顯示界面。當(dāng)有鍵按下時，查詢是否為功能鍵。為功能鍵時，按照不同鍵碼執(zhí)行不同子功能程序。如果不是功能鍵，程序回到液晶初始界面顯示，等待下次人機(jī)交互。當(dāng)無線通訊模塊接收到火災(zāi)報警信號時，進(jìn)入報警中斷程序。手動復(fù)位或報警信號消除后，液晶再次進(jìn)入初始顯示界面?；馂?zāi)報警控制器主程序流程如圖41。圖41 火災(zāi)報警控制器主程序流程圖 火災(zāi)報警控制器時鐘程序[20]時鐘芯片采用 DS1302，其軟件程序主要包括初始化、寫時鐘芯片、讀時鐘芯片。在發(fā)生火警、故障等時，要把相應(yīng)的時間信息同其他相關(guān)信息寫入存儲器芯片中，當(dāng)用戶用要進(jìn)行查詢等操作的時候，方便讀出。當(dāng)主控芯片AT89S52對時鐘芯片DS1302 進(jìn)行讀寫操作時，要先發(fā)送帶有打開寫保護(hù)的命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位應(yīng)為邏輯0 表示寫保護(hù)無效，反之為1即進(jìn)行寫保護(hù)。次高位為指定是時鐘數(shù)據(jù)還是RAM 數(shù)據(jù)，為0 表示指定時鐘數(shù)據(jù)，為1 表示指定RAM 數(shù)據(jù)。最低位為指定是寫操作還是讀操作，0 表示寫操作，為1 表示讀操作。在DS1302 的時鐘日歷或RAM 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時首先發(fā)送命令字節(jié)。若進(jìn)行單字節(jié)傳送，8 位命令字節(jié)傳送結(jié)束之后，在下2 個SCLK 周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下8 個SCLK 周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。在控制指令字輸入后的下一個SCLK 時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0 開始。同樣，在緊跟8 位的控制指令字后的下一個SCLK 脈沖的下降沿讀出DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0 位到高位7。DS1302 時鐘芯片流程如圖4圖4圖44。 圖42 DS1302初始化流程 圖43 DS1302寫時鐘流程 圖44 DS1302讀時鐘流程 火災(zāi)報警控制器液晶顯示程序液晶顯示模塊是人機(jī)交互的窗口。液晶顯示程序首先對液晶屏幕進(jìn)行初始化，顯示當(dāng)前的年月日、時間開機(jī)界面。在液晶初始時鐘界面，按功能鍵進(jìn)入主菜單。液晶屏與主控芯片AT89S52使用并行通信方式。當(dāng)火災(zāi)報警探測器檢測到火警、故障通過火災(zāi)系統(tǒng)子機(jī)上報火災(zāi)報警控制器，不管當(dāng)前液晶屏顯示的是什么界面，都立刻切換到火警界面。如果有火警信號，則顯示火警并點(diǎn)亮紅色火警燈，如果有故障信號，則顯示故障并點(diǎn)亮黃色故障燈。液晶顯示程序流程如圖45。圖45 液晶顯示程序流程圖 火災(zāi)報警控制器存儲子程序[20]火災(zāi)報警系統(tǒng)子機(jī)為了存儲火災(zāi)、故障及火災(zāi)報警探測器登錄情況采用芯片AT24C16A。它是高效的EEPROM 器件，采用I2C 總線結(jié)構(gòu)。I2C總線采用兩線制，由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL構(gòu)成。I2C總線對數(shù)據(jù)通信時序進(jìn)行了嚴(yán)格的定義。在I2C總線上，數(shù)據(jù)是伴隨著時鐘脈沖，一位一位地傳送的，數(shù)據(jù)位由高到低傳送，每位數(shù)據(jù)占一個時鐘脈沖。I2C總線上的在時鐘線SCL高電平期間，數(shù)據(jù)線SDA的狀態(tài)就表示要傳送的數(shù)據(jù)，高電平為數(shù)據(jù)1，低電平為數(shù)據(jù)0。在數(shù)據(jù)傳送時，SDA上數(shù)據(jù)的改變在時鐘線為低電平時完成，而SCL為高電平時，SDA必須保持穩(wěn)定，否則SDA上的變化會被當(dāng)作起始或終止信號而致使數(shù)據(jù)傳輸停止。 圖46 I2C總線的起始信號和終止信號 火災(zāi)報警控制器無線通訊子程序[20] 對于無線通訊，出現(xiàn)最大的問題就是通訊可靠性，因?yàn)闊o線通訊的通訊介質(zhì)是無線電波，大氣穩(wěn)定性、同頻干擾、拍頻差頻干擾等，都會使通訊中斷，或者出現(xiàn)誤碼阻礙，所以必須解決。解決這些問題的最好方法就是編寫通信協(xié)議。 nRF401是一款FSK調(diào)制無線通訊芯片，有最大20KBPS速率通訊帶寬，實(shí)際上最大值在19KBPS左右，最低通訊頻率在500BPS左右. 當(dāng)從 RX 到 TX 模式時，數(shù)據(jù)輸入腳（DIN）必須保持為高至少1ms 才能發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)從 TX 到 RX 模式時，數(shù)據(jù)輸出腳（DOUT）要至少 3ms 以后有數(shù)據(jù)輸出。 從待機(jī)模式到接收模式，當(dāng) PWR＿UP 輸入設(shè)成 1 時，經(jīng)過 3ms時間后，DOUT 腳輸出數(shù)據(jù)才有效所示。從待機(jī)模式到發(fā)射模式，所需穩(wěn)定的最大時間是 2ms。在上電過程中 TXEN 的輸入腳必須保持為低，以便于頻率合器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)由上電進(jìn)入發(fā)射模式時，TXEN 必須保持 1ms 以后才可以往 DIN 發(fā)送數(shù)據(jù)。從上電到接收模式過程中，芯片將不會接收數(shù)據(jù)，DOUT 也不會有有效數(shù)據(jù)輸出，直到電壓穩(wěn)定達(dá)到 以上，并且至少保持 5ms。如果采用外部振蕩器，這個時間可以縮短到 3ms。 圖 47，圖 48 給出了發(fā)送端和接收端的程序流程圖，以便更好的說明無線通信的協(xié)議。圖47 發(fā)送端程序流程圖 圖 48 接收端程序流程圖 火災(zāi)報警系統(tǒng)子機(jī)軟件設(shè)計(jì) 火災(zāi)報警系統(tǒng)子機(jī)主程序火災(zāi)報警系統(tǒng)子機(jī)采用AT89S52作為主控芯片[34]。系統(tǒng)子機(jī)在火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)采集溫度和煙霧信號，處理后將報警信號通過無線設(shè)備發(fā)送給主控機(jī)?；馂?zāi)報警系統(tǒng)子機(jī)流程如圖49。圖49 火災(zāi)報警系統(tǒng)子機(jī)流程 溫度測量子程序 首先由系統(tǒng)子機(jī)發(fā)出DS18B20地址，地址符合，DS18B20回送本機(jī)地址，并改變SM2，DS18B20在與系統(tǒng)子機(jī)建立聯(lián)系后，跟著以查詢方式接收ROM命令。然后單片機(jī)發(fā)送讀寄存器命令，把DS18B20寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)放入單片機(jī)RAM的指定地址中[35]。程序流程框圖見圖 410。圖410 溫度測量子程序流程框圖 煙霧測量子程序煙霧傳感器輸出模擬信號，系統(tǒng)子機(jī)通過AD0832將數(shù)據(jù)讀出。ADC0832是通過串行方式進(jìn)行傳送，數(shù)據(jù)傳送每次只傳送一位。單片機(jī)讀取AD0832需要嚴(yán)格按照時序進(jìn)行，否則會讀出錯誤數(shù)據(jù)。煙霧測量子程序流程如圖411。圖411 煙霧測量子程序流程 本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的軟件編寫，主要分為兩大部分：火災(zāi)報警控制器軟件部分和火災(zāi)報警系統(tǒng)子機(jī)軟件部分。詳細(xì)講述了火災(zāi)報警系統(tǒng)每個小功能模塊程序編寫思想、編寫流程。火災(zāi)報警系統(tǒng)硬件與軟件相互配合，實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)報警系統(tǒng)對火警、探測、報警、顯示等功能。使系統(tǒng)成為監(jiān)測現(xiàn)場的衛(wèi)士，從相當(dāng)大的程度上減少由于火災(zāi)造成的各種損失。5 結(jié)論火災(zāi)報警器可保障生產(chǎn)與生活的安全，避免火災(zāi)和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和安全生產(chǎn)所必備的儀器，具有廣闊的市場空間與發(fā)展前景。通過對現(xiàn)有火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的研究及大量文獻(xiàn)資料的閱讀，分析了現(xiàn)行火災(zāi)報警系統(tǒng)的利弊，提出了基于單片機(jī)的無線傳輸火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。無線傳輸方式改變了原有的雙總線的火災(zāi)報警信息傳輸方式，這既使工程施工上變的方便、快捷，也提高了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的實(shí)用性。本系統(tǒng)分為兩大部分，分別是火災(zāi)報警控制器和火災(zāi)報警系統(tǒng)子機(jī)。系統(tǒng)子機(jī)上的火災(zāi)報警探測器是安置在施工現(xiàn)場，對火情、火警進(jìn)行監(jiān)測的設(shè)備。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境不同，可以采用感溫或感煙。選用DS18B20做為溫度測量的傳感器，選用離子式NIS09聲光傳感器做為煙霧測量的傳感器，系統(tǒng)子機(jī)和控制器通訊采用無線傳輸方式，火災(zāi)報警控制器與火災(zāi)報警系統(tǒng)子機(jī)采用AT89S52芯片作為核心器件，該芯片功能多，使用簡單，硬件設(shè)計(jì)靈活。軟件編程上采用C語言。本火災(zāi)自動報警系統(tǒng)從硬件設(shè)計(jì)、軟件編程等設(shè)計(jì)合理，很好的實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)報警系統(tǒng)功能。將無線通信技術(shù)應(yīng)用于火災(zāi)控制領(lǐng)域，是火災(zāi)報警行之有效的解決方案。本系統(tǒng)具有安裝方便、報警及時，操作簡單的特點(diǎn)。通過這次設(shè)計(jì)，更加深入的理解和掌握了這方面的知識，對本專業(yè)的認(rèn)識也更加深入，使自己對本專業(yè)更加的熱愛，對本科階段四年的學(xué)習(xí)做了進(jìn)一步的總結(jié)，更加明確了自己學(xué)習(xí)的目標(biāo)和方向。在設(shè)計(jì)過程中，自己也學(xué)到了許多新的知識，有很多感悟和體驗(yàn)心得。而且，對工程設(shè)計(jì)的流程和步驟有了清晰的認(rèn)識，為自己日后的學(xué)習(xí)和研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。附錄A 原理圖火災(zāi)報警控制器原理圖：圖A1 控制器CPU電路圖A2 無線通信電路圖A