【導(dǎo)讀】務(wù)書的要求，根據(jù)學(xué)校教學(xué)管理的有關(guān)規(guī)定，同意參加畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。本文介紹了一種適用于多種公共場(chǎng)所的基于單片機(jī)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。片機(jī)的無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)上位機(jī)采用AT89C51單片機(jī)作為主控芯片，可分。為主控模塊、存儲(chǔ)模塊、人機(jī)對(duì)話模塊包括數(shù)碼管和鍵盤和無(wú)線射頻通信模塊。及無(wú)線射頻通信模塊。該系統(tǒng)具有很好的可靠性和實(shí)時(shí)性，具有廣泛的市場(chǎng)前景。居民住進(jìn)了高層塔樓，企業(yè)搬進(jìn)了摩天CBD，高層建筑有效利用空。間，節(jié)約了城市中本就十分緊張的土地資源。任何事物的發(fā)展都具有兩面性，高?；馂?zāi)的發(fā)生概率也在大幅增加。加之現(xiàn)代建筑的密閉性較強(qiáng)，一旦發(fā)生火災(zāi)，整。AT89C51單片機(jī)作為控制中心，接受、處理?；馂?zāi)探測(cè)器輸出的煙霧濃度信號(hào)、溫度信號(hào)，并進(jìn)行聲光報(bào)警。

　　

【正文】 圖 所示。 圖 晶振電路與復(fù)位電路 聲光報(bào)警電路 聲光報(bào)警電路在 AT89C51 的控制下，可以根據(jù)不同的情況（火災(zāi)、異常、故障 ，發(fā)出不同的聲光信號(hào)報(bào)警。 聲音報(bào)警電路如圖 所示。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的 I/O 口是無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)的，所以要利用放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來(lái)放大電流就可以了。聲報(bào)警電路由單片機(jī)的 P10 引腳進(jìn)行控制，當(dāng) P10 輸出的電平為 高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音報(bào)警；否則，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音 [24]。 圖 蜂鳴器報(bào)警 光報(bào)警電路路如圖 ，其中單片機(jī)的 P2 口進(jìn)行控制， P2 口的 ～ 分別控制 4 個(gè)發(fā)光二極管，予以光報(bào)警，如圖所示。 ～ 控制的燈依次為紅色 火災(zāi)信號(hào)燈 、紅色 異常信號(hào)燈 、黃色 故障信號(hào)燈 和綠色 正常信號(hào)燈 。當(dāng) ～ 輸出低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈便會(huì)發(fā)光報(bào)警。 圖 光報(bào)警 數(shù)據(jù)采集電路 本設(shè)計(jì)中的 A/D 使用的是通用 8 位芯片 ADC0809，芯片的幾個(gè)重要管腳功能如下： ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng) ALE 線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0IN7 上的一路模擬量輸入 START 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)當(dāng) ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應(yīng)保持低電平。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng) EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 OE 為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器 向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。因內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路 圖 AT89C51 與 ADC0809 接口電路 當(dāng) AT89C51 的 ALE 端口不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)， AT89C51 的 ALE 端以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，故晶振設(shè)定 12MKz，再經(jīng)過(guò)二分頻電路，單片機(jī)即可向 ADC0809 輸出 500KHz 的時(shí)鐘信號(hào)。二分頻電路由 D 觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)， R、S 端接地， D 接 Q 非， Q 端作為輸出端， CLK 接 AT89C51 的 ALED 端。 D 觸發(fā)器的特性方程為 （ 35） 由于當(dāng) CP 1 時(shí)， D 觸發(fā)器有效； CP 0 時(shí)，觸發(fā)器保持原來(lái)狀態(tài)。故 D 觸發(fā)器能實(shí)現(xiàn)對(duì) ALE 端口的信號(hào)二分頻 [28]。由于本火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)只采集溫度、煙霧信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)理的溫度、煙霧信號(hào)分別進(jìn)入 ADC0809 的 IN0 和 IN1 端口，其余輸入引腳接地， 8 個(gè)數(shù)字量輸出引腳接 AT89C51 的 P0 口。單片機(jī)的 P0 口接受ADC0809 傳輸來(lái) 8 位數(shù)字量，向 A/D 輸出的 8 位地址經(jīng)地址鎖存器 74LS373 鎖存，選擇低 3 位地址作為 A/D 的通道選通地 址。 ADC0809 通道選通如表 。 表 ADC0809 通道選通 通入通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 本設(shè)計(jì)使用 74LS373 作為地址鎖存器，當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE為低電平時(shí)，輸出端 O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng) OE 為高電平時(shí)， O0~O7 呈高阻態(tài)，既不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。圖中三態(tài)允許控制端 O0~O7 狀態(tài)與輸入端 D0~D7 狀態(tài)相同；當(dāng) LE 由“ 1”變?yōu)椤?0”時(shí)，數(shù)據(jù)輸入鎖存器中。 LE 端接至單片機(jī)的地址鎖存允許 ALE 端。 當(dāng) P20 0 時(shí)，與寫信號(hào) WR 共同選通 ADC0809。圖中 ALE 信號(hào)與 START 信號(hào)連在一起，在 WR 信號(hào)的前沿寫入地址信號(hào)，在其后沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。當(dāng) ALE 端口變?yōu)楦唠娖剑瑢?74LS373 輸出端的低 3 位地址存入 A/D 的地址鎖存器中，此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 START 上升沿將 A/D 內(nèi)的寄存器清零，下降沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 端變成低電平，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。例如，輸出地址 F8H 可選通通道 IN0，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換；輸出地址F9H 可選通通道 IN1，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 ADC0809 的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào) EOC 接到 AT89C51 的 INT1 引腳，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換完成后， EOC 變?yōu)楦唠娖剑硎巨D(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器 ,并產(chǎn)生產(chǎn)生中斷。當(dāng) AT89C51知道 A/D 轉(zhuǎn)換完成后， P20 與讀信號(hào) RD 共同控制下的 A/D 端口 OE 電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，輸出三態(tài)門打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到單片機(jī)上。 5 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境 本系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的 匯編語(yǔ)言而采用 C 語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。因?yàn)?C 語(yǔ)言的描述由函數(shù)組成，是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，所以更容易實(shí)現(xiàn)模塊化，而且具有可讀性好，易于移植等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還有匯編語(yǔ)言一樣的位操作功能的硬件詳細(xì)控制指令 [29]。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面，可以使用結(jié)構(gòu)體和數(shù)組，能夠處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)，可用于實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。 本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國(guó) Keil Software 公司出品的 Keil C51，是51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。 Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點(diǎn)， Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能 體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 C51 工具包的整體結(jié)構(gòu)中，μ Vision 與 Ishell 分別是 C51 for Windows 和for Dos 的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 IDE ，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。然后分別由 C51 及 A51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件 .OBJ 。目標(biāo)文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng) C51 連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文 件 .ABS 。 ABS 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex 文件，以供調(diào)試器 dScope51 或 tScope51 使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì) 目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)控制器上采用 AT89C51 作為主控芯片，其主要功能包括：控制IO 端口、邏輯判斷處理、驅(qū)動(dòng)外部電路和 A/D 采樣等，該部分是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)智能化的集中體現(xiàn)。 為了便于系統(tǒng)維護(hù)，在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中采用了模塊化程序設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)各個(gè)模塊的具體功能都是通過(guò)子程序調(diào)用 實(shí)現(xiàn)的。既使得程序結(jié)構(gòu)清晰，又便于以后進(jìn)一步擴(kuò)展其功能。本系統(tǒng)主要包括主程序、溫度煙霧數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報(bào)警子程序等 [ 4 ]。系統(tǒng)程序流程圖如圖 所示。 圖 程序流程圖 主程序是一個(gè)無(wú)限循環(huán)體，其流程是：首先在上電之后系統(tǒng)的各部分包括單片機(jī)輸出輸入端口的設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、外圍驅(qū)動(dòng)電路等完成初始化，接下來(lái)執(zhí)行火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集程序、火災(zāi)判斷、報(bào)警程序。系統(tǒng)初始化后， AT89C51的 P26 和 P10 口為低電平， P2 P24 和 P25 口為高電平，所以只有綠燈 D8 亮，D D D7 不亮，蜂 鳴器不報(bào)警。 集程序 數(shù)據(jù)采集是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。為了降低誤報(bào)率，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)溫度煙霧采用了兩次采集、兩次判斷的方法。每次采集溫度煙霧數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存入單片機(jī)的寄存器，然后在火災(zāi)判斷程序中，將采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)生火災(zāi)。具體流程是：系統(tǒng)和程序初始化后，驅(qū)動(dòng) ADC0809的 IN0 對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，單片機(jī)接受轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，存入寄存器，由INT1 中斷服務(wù)程序完成；系統(tǒng)延時(shí) 10ms，驅(qū)動(dòng) ADC0809 的 IN1 對(duì)煙霧信號(hào)進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后存入寄存器。系統(tǒng)延時(shí) 50ms， 進(jìn)行第二次溫度煙霧信號(hào)采集，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入寄存器中。單片機(jī)每次驅(qū)動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換后等待外部中斷 1，當(dāng) ADC0809 的 EOC 端變?yōu)?1 時(shí)，即中斷到來(lái)，說(shuō)明 A/D 轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，通過(guò)中斷服務(wù)程序讀取轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 由于設(shè)計(jì)采用的是模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能是通過(guò)調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)的。在數(shù)據(jù)采集子程序中，一次溫度煙霧信號(hào)采集延時(shí) 10ms，是讓 ADC0809 準(zhǔn)備好進(jìn)行下一次信號(hào)轉(zhuǎn)換。當(dāng)系統(tǒng)采集 2 次溫度煙霧信號(hào)后，轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入單片機(jī)的寄存器中，系統(tǒng)再調(diào)用火災(zāi)判斷子程序。系統(tǒng)溫度煙霧信號(hào)采集程序流程圖如圖 所示。 圖 數(shù)據(jù)采集流程圖 在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)中使用了延時(shí)程序，延時(shí) 10ms 的程序如下： void delay_10ms uint i while i uchar i ， j ， k ； for i 5 ； i 0 ； i for j 4 ； j 0 ； j for k 248 ； k 0 ； k ； ，與閾值相比較信號(hào)為，變換函數(shù)為 T[ ]，則固定門限檢測(cè)可表示為： ， （ 41） 其中，表示判定為火災(zāi)，表示判定為非火災(zāi)， S 為報(bào)警閾值 [31]。 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中使用的是溫度傳感器 LM94022 和離子煙霧傳感器 NIS09C，煙霧傳感器輸出電壓 v 與煙霧濃度 p 關(guān)系為： v +，溫度傳感器使用的靈敏度是 ℃。在本設(shè)計(jì)中報(bào)警溫度設(shè)為 57℃，煙霧報(bào)警濃度設(shè)為 ％， （ 42） 系統(tǒng)對(duì)溫度和煙霧進(jìn)行了兩次數(shù)據(jù)采集與判斷，每次信號(hào)采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值比較 ，當(dāng)溫度≥ 57℃，溫度異常，置寄存器變量 a 為 1，否則為 0；當(dāng)煙霧濃度≥ ％，煙霧濃度異常，置寄存器變量 b 為 1，否則為 0。綜合兩次溫度煙霧信號(hào)的采集，根據(jù)溫度和煙霧的寄存器變量 a 和 b 的狀態(tài)，判斷現(xiàn)場(chǎng)情況： 2 個(gè)寄存器變量均為 0，表示情況正常； 2 個(gè)中僅有 1 個(gè)為 1，表示情況異常； 2 個(gè)均為 1，表示有火災(zāi)發(fā)生。系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行報(bào)警判斷后，間隔 15s后（通過(guò)系統(tǒng)的延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)），再一次采集現(xiàn)場(chǎng)的溫度煙霧信號(hào)進(jìn)行判斷，即每一次聲光報(bào)警持續(xù) 15s，直到系統(tǒng)做出下一次判斷結(jié)果。 當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為 00 時(shí)，表示正常， AT89C51 的 P26 口變成低電平，綠燈 D8 亮； 當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為 01 或 10 時(shí)，表示異常， P25 口變?yōu)榈碗娖剑?P10 口變?yōu)楦唠娖?，黃燈 D7 亮，蜂鳴器報(bào)警； 當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為 11 時(shí)，表示發(fā)生火災(zāi)， P23 口變?yōu)榈碗娖剑?P10 口變?yōu)楦唠娖剑t燈 D5 亮，蜂鳴器報(bào)警； 如果兩次采集同一種信號(hào)寄存器變量不相同，說(shuō)明系統(tǒng)出現(xiàn)故障， P24 口變?yōu)榈碗娖剑?P10 口變?yōu)楦唠娖剑t燈 D6 亮，蜂鳴器報(bào)警。 6 總結(jié)與展望 總結(jié) 本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī) AT89C51 的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)安全可靠，誤報(bào)率低，操作方便，成本較低。本設(shè)計(jì)拋棄了傳統(tǒng)的使 用單一傳感器探測(cè)報(bào)警，采用了溫度傳感器 LM94022 和煙霧傳感器 NIS90C 相結(jié)合的多傳感器探測(cè)方法，使系統(tǒng)靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短，在火災(zāi)發(fā)生的早期就能準(zhǔn)確的報(bào)警。系統(tǒng)使用了8 位 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809，以通用芯片 AT89C51 作為系統(tǒng)的控制器。系統(tǒng)在采集溫度煙霧信號(hào)時(shí)，采用多次采集，多次判斷的方法，降低了誤報(bào)率。在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方面，采用了模塊化程序設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)各個(gè)模塊的具體功能都是通過(guò)子程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)的。既使得程序結(jié)構(gòu)清晰，又便于以后進(jìn)一步擴(kuò)展其功能，也便于系統(tǒng)的維護(hù)。 當(dāng)發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)以聲光的形式 發(fā)出報(bào)警。在系統(tǒng)中設(shè)置了 1 個(gè)蜂鳴器，實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警；并且還設(shè)置了 4 個(gè)發(fā)光二極管，分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的正常、異常、火災(zāi)、故障狀態(tài)。如果系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障，能發(fā)出故障報(bào)警；如果只有一種信號(hào)參數(shù)出現(xiàn)異常 如煙霧濃度過(guò)大或是溫度較高 ，能發(fā)出異常報(bào)警信號(hào)；如果煙霧和溫度同時(shí)出現(xiàn)異常，則說(shuō)明有火災(zāi)，發(fā)出火災(zāi)警報(bào)。 由于時(shí)間緊迫和個(gè)人能力有限，本文設(shè)計(jì)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)還存在許多需要完善和作進(jìn)一步研究的問(wèn)題，如： （ 1）火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)判斷的算法有待進(jìn)一步的研究改進(jìn)，應(yīng)用更先進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊識(shí)別等智能算法，降低系統(tǒng)的誤報(bào)率，提高靈敏度 。 （ 2）火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)沒(méi)有聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)不能通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)向消防指揮中心報(bào)警。 （ 3）用戶不能根據(jù)自己的需要設(shè)定火災(zāi)報(bào)警閾值。 展望 二十一世紀(jì)是網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，在計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展下，火災(zāi)探測(cè)報(bào)警技術(shù)的更新變化也非常明顯，總體來(lái)看，主要的發(fā)展變化是：數(shù)字技術(shù)和新工藝、新材料的應(yīng)用，改進(jìn)系統(tǒng)能力和減少維護(hù)要求，向著高可靠、低誤報(bào)和網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。