【導(dǎo)讀】襖裊肄蒄螀襖膆芇蚆袃荿蒃螞袃肈莆薈袂膁薁袇袁芃莄螃袀蒞蕿蠆罿肅莂薅羈膇薈蒀羇芀莀蝿羇聿薆螅羆膂葿蟻羅芄蚄薇羄莆蕆袆羃肆芀螂肂膈蒅蚈肁芀羋薄肁羀蒄蒀肀膂芆袈聿芅薂螄肈莇蒞蝕肇肇薀薆肆腿莃裊膆芁薈螁膅莄莁蚇膄肅薇薃螀芆莀蕿蝿莈蚅袇蝿肈蒈螃螈膀蚃蠆螇節(jié)蒆薅螆莄艿襖裊肄蒄螀襖膆芇蚆袃荿蒃螞袃肈莆薈袂膁薁袇袁芃莄螃袀蒞蕿蠆罿肅莂薅羈膇薈蒀羇芀莀蝿羇聿薆螅羆膂葿蟻羅芄蚄薇羄莆蕆袆羃肆芀螂肂膈蒅蚈肁芀羋薄肁羀蒄蒀肀膂芆袈聿芅薂螄肈莇蒞蝕肇肇薀薆肆腿莃裊膆芁薈螁膅莄莁蚇膄肅薇薃螀芆莀蕿蝿莈蚅袇蝿肈蒈螃螈膀蚃蠆螇節(jié)蒆薅螆莄艿襖裊肄蒄螀襖膆芇蚆袃荿蒃螞袃肈莆薈袂膁薁袇袁芃莄螃袀蒞蕿蠆罿肅莂薅羈膇薈蒀羇芀莀蝿羇聿薆螅羆膂葿蟻羅芄蚄薇羄莆蕆袆羃肆芀螂肂膈蒅蚈肁芀羋薄肁羀蒄蒀肀膂芆袈聿芅薂螄肈莇蒞蝕肇肇薀薆肆腿莃裊膆芁薈螁膅莄莁蚇膄肅薇薃螀芆莀蕿蝿莈蚅袇蝿肈蒈螃螈膀蚃蠆螇節(jié)蒆薅螆莄艿襖裊肄蒄螀襖膆芇蚆袃荿蒃螞袃肈莆

　　

【正文】 圖 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 8 M a y 20 1 0 S he e t o f F i l e : C : \ P r og r a m F i l e s \ D e s i gn E x p l o r e r 9 9 S E \ L i b r a r y \ S c h \ M yD e s i gn 5 . d d bD a w n B y:D1紅D2黃D3綠R5 4 7 0R44 70R34 70V C Cp 2. 2p 2. 3p 2. 4圖 310 狀態(tài)指示燈電路 Xxxx 本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 14 頁(yè) 圖 311 控制按 鍵連接示意圖 狀態(tài)指示燈及控制鍵電路如圖 3 311 所示，單片機(jī) AT89S52 的 、 控制輸出的狀態(tài)指示燈。綠燈亮表示正常狀態(tài)，環(huán)境中沒(méi)有火災(zāi)危險(xiǎn)。黃燈亮表示傳感器加熱絲發(fā)生斷線或者接觸不良。紅燈亮表示環(huán)境中煙霧濃度、溫度超過(guò)報(bào)警限值，提醒用戶盡快采取相應(yīng)措施。 控制鍵電路采用獨(dú)立式按鍵設(shè)計(jì)。 4 個(gè)按鍵分別接到片。 、 、 和 RST，對(duì)于這種鍵各程序可以采用中斷查詢的方法，功能就是：檢測(cè)是否有鍵閉合，如有鍵閉合，則去除鍵抖動(dòng)，判斷鍵號(hào)并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理。 4 個(gè) 鍵定義如下： ： S1 功能轉(zhuǎn)換鍵，按此鍵則開(kāi)始鍵盤(pán)控制。 ： S2 加，按此鍵則溫度設(shè)定值加一度或煙霧濃度增加 ％。 ： S3 減，按此鍵則溫度設(shè)定減少一度或煙霧濃度減少 ％。 RST： S4 復(fù)位鍵， 使 系統(tǒng)復(fù)位。 報(bào)警器故障自診斷 判斷傳感器電源連接情況。在傳感器的地端串聯(lián)一個(gè)電阻 R，當(dāng)傳感器正常連接時(shí)，電阻和傳感器分壓，此時(shí)電阻兩端有微弱的電壓，單片機(jī)可以通過(guò) 口檢測(cè)到：如果如果傳感器電源連接不正常，則會(huì)產(chǎn)生斷路，檢測(cè)到電阻兩端電壓為 0。 Xxxx 本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 15 頁(yè) 第 4 章 系統(tǒng)軟件 設(shè)計(jì) 主程序流程圖 主程序流程圖如圖 41所示： 圖 41 主程序流程圖 Y 開(kāi)始 初始化 傳感器預(yù)熱、故障檢測(cè) 鍵盤(pán)處理 報(bào)警限設(shè)置 報(bào)警子程序 平均值法濾波 線性 化處理 設(shè)置指示燈狀態(tài) Y N 是否按下模式切換 A/D 轉(zhuǎn)換 N 是否超過(guò)報(bào)警限 濃度顯示 Xxxx 本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 16 頁(yè) 首先要給傳感器預(yù)熱三分鐘，因?yàn)閭鞲衅餍枰A(yù)熱一段時(shí)間才能正常采集煙霧和溫度信息。預(yù)熱同時(shí)，對(duì)傳感器加熱絲故障檢測(cè)，采用軟件方式檢測(cè)傳感器加熱絲或電纜線是否斷線或者接觸不良。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。AT89S52 單片機(jī)對(duì)傳感器檢測(cè)到的煙霧濃度和溫度信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換、平均值法濾波、線性化處理后，將檢測(cè) 值與報(bào)警限設(shè)定值相比較，判斷是否報(bào)警。同時(shí)送入顯示器顯示通道及相應(yīng)的數(shù)字量。主程序還包括狀態(tài)指示燈及按鍵功能，中斷子程序等，使報(bào)警器功能更加完善，給用戶帶來(lái)便利。 主程序初始化流程圖 主程序初始化流程圖如圖 32所示。這部分實(shí)現(xiàn)的功能包括各種 I/O輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、寄存器初始化、中斷使能等。首先設(shè)定定時(shí)器工作方式，然后開(kāi)系統(tǒng)中斷，以便響應(yīng)中斷定時(shí)，及時(shí)對(duì)氣體濃度和溫度進(jìn)行采樣。然后關(guān)閉蜂鳴器，開(kāi)啟綠燈，設(shè)置報(bào)警限初值。 圖 42 主程序初始化流程圖 濾波子程序 在對(duì)氣體濃度采樣時(shí)，可能會(huì)遇到尖脈沖干擾的現(xiàn)象。干擾通常只影響個(gè)別開(kāi)始 定時(shí)器初始化 開(kāi)中斷 關(guān)閉蜂鳴器，打開(kāi)綠燈 設(shè)定初值 Y N 是否保持報(bào)警初值 返回 Xxxx 本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 17 頁(yè) 采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與其他采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)相差比較大。如果采用一般的平均值法，則干擾將“平均”到計(jì)算結(jié)果上去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾而引起的煙霧濃度采樣值的偏差。 為此，可采取去極值平均濾波法，先對(duì) N 個(gè)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，去掉其中的最大值和最小值，然后計(jì)算余下的 N– 2 個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。這種方法既可濾去脈沖干擾又可濾去小的隨機(jī) 干擾。保證報(bào) 警器檢測(cè)煙霧濃度的準(zhǔn)確性，減小誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)的可能。 圖 44 濾波子程序流程圖 線性化子程序 本論文報(bào)警器使用的 TGS202 型傳感器的電阻是隨著可燃?xì)怏w濃度值的升高而降低的，因此輸入單片機(jī)的電壓也是隨之降低的。電壓值與氣體濃度之間是開(kāi)始 設(shè)定采樣次數(shù) 調(diào)用 A/D 采樣 求第二個(gè)到第九個(gè)采樣值的累加和 將累加和求平均值 送入寄存器 N Y 已達(dá)到設(shè)定次數(shù) 將采樣值排序 Xxxx 本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 18 頁(yè) 非線性的關(guān)系，為了實(shí)時(shí)顯示煙霧濃度需要對(duì)其進(jìn)行線性化處理。 在誤差許可范圍內(nèi)，根據(jù)標(biāo)定曲線形狀，以及單片機(jī)處理能力，把曲線分成若干小段，對(duì)每小段分別線性化 根據(jù)分段線性插值法求 輸入單片機(jī)的某一電壓值對(duì)應(yīng)的煙霧濃度的 公式如下： 式中， N 為所分區(qū)間個(gè)數(shù)， f(x)為實(shí)際煙霧檢測(cè)濃度， x 為實(shí)際氣體檢測(cè)濃度對(duì)應(yīng)的電壓值， xi是區(qū)間的下限濃度對(duì)應(yīng)電壓值， xi+1是區(qū)間的上限濃度對(duì)應(yīng)電壓值， f(xi)為區(qū)間下限煙霧濃度值， f(xi+1)為區(qū)間上限煙霧濃度值。分段插值法線性化程序流程圖如圖 45 所示： Xxxx 本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 19 頁(yè) 報(bào)警子程序 當(dāng)煙霧濃度或溫度值超過(guò)報(bào)警限設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲，對(duì)應(yīng)通道的紅燈閃亮，以提示操作人員采取安全對(duì)策或自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置，從而保障生產(chǎn)安全，圖 45 線性化子程序 開(kāi)始讀取濾波電壓 X查表并確定 X 所在電壓區(qū)間求電壓值 X 與所在區(qū)間下限差X m = X X i求 X 所在區(qū)間的上下限濃度值的差 Z = f ( X i + 1 ) f ( X i )求上下限電壓值的差 Xd = X i + 1 X i求 Z 與 Xd 的比 K = Z / X d求出 K 與 X 的和 S = K * X m求出 f ( X )= f ( X i )+ S保存濃度值返回Xxxx 本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 20 頁(yè) 避免火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。為防止誤報(bào)，在程序設(shè)計(jì)上，對(duì)煙霧濃度和溫度進(jìn)行快速重復(fù)檢測(cè)和延時(shí)報(bào)警，以區(qū)別出時(shí)管道中煙霧的泄露，還是由于暫時(shí)打開(kāi)閥門(mén)產(chǎn)生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報(bào)。報(bào)警子程序流程圖如圖 46所示。 Xxxx 本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 21 頁(yè) 圖 46 報(bào)警子程序流程圖 N Y N Y Y 開(kāi)始 讀取處理后的氣體濃度值或溫度值 延遲 20 秒后采集一組數(shù)據(jù) Y N 是否煙霧濃度≥％或溫度≥ 100℃ 傳感器故障自診斷 傳感器有問(wèn)題 返回 啟動(dòng)故障報(bào)警 復(fù)位鍵是否按下 煙霧濃度≥ ％或溫度≥ 100℃ 溫度≥ 100℃ N 啟動(dòng)火災(zāi)報(bào)警 Xxxx 本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 22 頁(yè) 鍵盤(pán)處理子程序 按鍵處理子程序流程圖如圖 47 所示。 圖 47 鍵盤(pán)處理子程序流程圖 開(kāi)始 掃描鍵值 是否有鍵按下 延時(shí) 10ms 消抖 是否有鍵按下 提取鍵值 調(diào)用鍵盤(pán) 處理子程序 結(jié)束 N N Y Y Xxxx 本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 23 頁(yè) 結(jié)論 火災(zāi)報(bào)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(chǎng)空間與發(fā)展前景。 本論文是在對(duì)煙霧、溫度傳感器和報(bào)警技術(shù)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，全面比較國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)，合理地確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)儀器的整體設(shè)計(jì)和各個(gè)組成部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)努力，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)。本系統(tǒng)通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)以 AT89S52 單片機(jī)為核心的火災(zāi)報(bào)警器可以實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、故障自診斷、濃度顯示、報(bào)警限設(shè)置、延時(shí)報(bào)警等功能。是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的火災(zāi)報(bào)警器，具有一定的實(shí)用價(jià)值 。 本報(bào)警器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可維護(hù)性好。由于實(shí)現(xiàn)了對(duì)普通環(huán)境中煙霧濃度和溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，因此具有非常普遍的意義，能廣泛應(yīng)用于居民家庭、企事業(yè)單位等多方面的安全防范。 但是也存在不少的不足。由于電源的波動(dòng)，傳感器的電氣特性等問(wèn)題，使得A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果有時(shí)波動(dòng)很大 ，這樣就可能出現(xiàn)誤報(bào)警。由于時(shí)間的關(guān)系，系統(tǒng)中本應(yīng)具有的串行通信的功能沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，而只是實(shí)現(xiàn)了煙霧濃度、溫度顯示及按鍵控制。由于上述缺點(diǎn)的存在 ,此系統(tǒng)不是很完善，還有待進(jìn)一步改進(jìn)。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)，更加深入的理解和掌握了這方面的知識(shí)，對(duì)本專(zhuān)業(yè)的認(rèn)識(shí)也更加深入，使自己對(duì)本專(zhuān)業(yè)更加的熱愛(ài)，對(duì)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(guò)程中，自己也學(xué)到了許多新的知識(shí)，有很多感悟和體驗(yàn)心得。而且，對(duì)工程設(shè)計(jì)的流程和步驟有了清晰的認(rèn)識(shí)，為自己日后的學(xué)習(xí)和研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。Xxxx 本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 24 頁(yè) 參考文獻(xiàn) [1] 孫育才， MCS51 系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用，第 4 版，東南大學(xué)出版社， 2020