【導讀】務書的要求，根據(jù)學校教學管理的有關(guān)規(guī)定，同意參加畢業(yè)設計（論文）答辯。本文介紹了一種適用于多種公共場所的基于單片機火災報警系統(tǒng)。片機的無線火災報警系統(tǒng)。系統(tǒng)上位機采用AT89C51單片機作為主控芯片，可分。為主控模塊、存儲模塊、人機對話模塊包括數(shù)碼管和鍵盤和無線射頻通信模塊。及無線射頻通信模塊。該系統(tǒng)具有很好的可靠性和實時性，具有廣泛的市場前景。居民住進了高層塔樓，企業(yè)搬進了摩天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?；馂牡陌l(fā)生概率也在大幅增加。加之現(xiàn)代建筑的密閉性較強，一旦發(fā)生火災，整。AT89C51單片機作為控制中心，接受、處理?；馂奶綔y器輸出的煙霧濃度信號、溫度信號，并進行聲光報警。

　　

【正文】 圖 所示。 圖 晶振電路與復位電路 聲光報警電路 聲光報警電路在 AT89C51 的控制下，可以根據(jù)不同的情況（火災、異常、故障 ，發(fā)出不同的聲光信號報警。 聲音報警電路如圖 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。聲報警電路由單片機的 P10 引腳進行控制，當 P10 輸出的電平為 高電平時，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 [24]。 圖 蜂鳴器報警 光報警電路路如圖 ，其中單片機的 P2 口進行控制， P2 口的 ～ 分別控制 4 個發(fā)光二極管，予以光報警，如圖所示。 ～ 控制的燈依次為紅色 火災信號燈 、紅色 異常信號燈 、黃色 故障信號燈 和綠色 正常信號燈 。當 ～ 輸出低電平時，對應的信號燈便會發(fā)光報警。 圖 光報警 數(shù)據(jù)采集電路 本設計中的 A/D 使用的是通用 8 位芯片 ADC0809，芯片的幾個重要管腳功能如下： ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當 ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(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)換啟動信號當 ST 上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應保持低電平。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當 EOC 為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 OE 為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器 向單片機輸出轉(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)部沒有時鐘電路 圖 AT89C51 與 ADC0809 接口電路 當 AT89C51 的 ALE 端口不訪問外部存儲器時， AT89C51 的 ALE 端以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，故晶振設定 12MKz，再經(jīng)過二分頻電路，單片機即可向 ADC0809 輸出 500KHz 的時鐘信號。二分頻電路由 D 觸發(fā)器實現(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 CP 1 時， D 觸發(fā)器有效； CP 0 時，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)。故 D 觸發(fā)器能實現(xiàn)對 ALE 端口的信號二分頻 [28]。由于本火災報警系統(tǒng)只采集溫度、煙霧信號，經(jīng)過調(diào)理的溫度、煙霧信號分別進入 ADC0809 的 IN0 和 IN1 端口，其余輸入引腳接地， 8 個數(shù)字量輸出引腳接 AT89C51 的 P0 口。單片機的 P0 口接受ADC0809 傳輸來 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 本設計使用 74LS373 作為地址鎖存器，當三態(tài)允許控制端 OE為低電平時，輸出端 O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。當 OE 為高電平時， O0~O7 呈高阻態(tài)，既不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，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 LE 由“ 1”變?yōu)椤?0”時，數(shù)據(jù)輸入鎖存器中。 LE 端接至單片機的地址鎖存允許 ALE 端。 當 P20 0 時，與寫信號 WR 共同選通 ADC0809。圖中 ALE 信號與 START 信號連在一起，在 WR 信號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉(zhuǎn)換。當 ALE 端口變?yōu)楦唠娖?，?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 A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 端變成低電平，指示轉(zhuǎn)換正在進行。例如，輸出地址 F8H 可選通通道 IN0，實現(xiàn)對溫度傳感器輸出的模擬量進行轉(zhuǎn)換；輸出地址F9H 可選通通道 IN1，實現(xiàn)對煙霧傳感器輸出的模擬量進行轉(zhuǎn)換。 ADC0809 的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號 EOC 接到 AT89C51 的 INT1 引腳，當 A/D 轉(zhuǎn)換完成后， EOC 變?yōu)楦唠娖?，表示轉(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 AT89C51知道 A/D 轉(zhuǎn)換完成后， P20 與讀信號 RD 共同控制下的 A/D 端口 OE 電平變?yōu)楦唠娖綍r，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到單片機上。 5 火災報警系統(tǒng)程序設計 軟件開發(fā)環(huán)境 本系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的 匯編語言而采用 C 語言進行程序設計。因為 C 語言的描述由函數(shù)組成，是一種結(jié)構(gòu)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 [29]。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面，可以使用結(jié)構(gòu)體和數(shù)組，能夠處理復雜的數(shù)據(jù)，可用于實時處理系統(tǒng)。 本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國 Keil Software 公司出品的 Keil C51，是51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。 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。 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 的集成開發(fā)環(huán)境 IDE ，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(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文件 .OBJ 。目標文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) C51 連接定位生成絕對目標文 件 .ABS 。 ABS 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標準的 Hex 文件，以供調(diào)試器 dScope51 或 tScope51 使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對 目標板進行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。 火災報警系統(tǒng)程序設計 火災報警系統(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)動外部電路和 A/D 采樣等，該部分是火災報警系統(tǒng)智能化的集中體現(xiàn)。 為了便于系統(tǒng)維護，在火災報警系統(tǒng)的軟件設計中采用了模塊化程序設計方法，系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用 實現(xiàn)的。既使得程序結(jié)構(gòu)清晰，又便于以后進一步擴展其功能。本系統(tǒng)主要包括主程序、溫度煙霧數(shù)據(jù)采集子程序、火災判斷與報警子程序等 [ 4 ]。系統(tǒng)程序流程圖如圖 所示。 圖 程序流程圖 主程序是一個無限循環(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輸出輸入端口的設置、數(shù)據(jù)存儲電路、外圍驅(qū)動電路等完成初始化，接下來執(zhí)行火災報警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集程序、火災判斷、報警程序。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 鳴器不報警。 集程序 數(shù)據(jù)采集是火災報警系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。為了降低誤報率，系統(tǒng)設計時對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)存入單片機的寄存器，然后在火災判斷程序中，將采集的數(shù)據(jù)與設定的閾值進行比較，判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災。具體流程是：系統(tǒng)和程序初始化后，驅(qū)動 ADC0809的 IN0 對溫度信號進行 A/D 轉(zhuǎn)換，單片機接受轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，存入寄存器，由INT1 中斷服務程序完成；系統(tǒng)延時 10ms，驅(qū)動 ADC0809 的 IN1 對煙霧信號進行A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后存入寄存器。系統(tǒng)延時 50ms， 進行第二次溫度煙霧信號采集，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入寄存器中。單片機每次驅(qū)動 A/D 轉(zhuǎn)換后等待外部中斷 1，當 ADC0809 的 EOC 端變?yōu)?1 時，即中斷到來，說明 A/D 轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，通過中斷服務程序讀取轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 由于設計采用的是模塊化設計，系統(tǒng)實現(xiàn)報警功能是通過調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)的。在數(shù)據(jù)采集子程序中，一次溫度煙霧信號采集延時 10ms，是讓 ADC0809 準備好進行下一次信號轉(zhuǎn)換。當系統(tǒng)采集 2 次溫度煙霧信號后，轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入單片機的寄存器中，系統(tǒng)再調(diào)用火災判斷子程序。系統(tǒng)溫度煙霧信號采集程序流程圖如圖 所示。 圖 數(shù)據(jù)采集流程圖 在火災自動報警系統(tǒng)的程序設計中使用了延時程序，延時 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 ； ，與閾值相比較信號為，變換函數(shù)為 T[ ]，則固定門限檢測可表示為： ， （ 41） 其中，表示判定為火災，表示判定為非火災， S 為報警閾值 [31]。 火災報警系統(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 ℃。在本設計中報警溫度設為 57℃，煙霧報警濃度設為 ％， （ 42） 系統(tǒng)對溫度和煙霧進行了兩次數(shù)據(jù)采集與判斷，每次信號采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)與設定的閾值比較 ，當溫度≥ 57℃，溫度異常，置寄存器變量 a 為 1，否則為 0；當煙霧濃度≥ ％，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)場情況： 2 個寄存器變量均為 0，表示情況正常； 2 個中僅有 1 個為 1，表示情況異常； 2 個均為 1，表示有火災發(fā)生。系統(tǒng)對現(xiàn)場進行報警判斷后，間隔 15s后（通過系統(tǒng)的延時程序?qū)崿F(xiàn)），再一次采集現(xiàn)場的溫度煙霧信號進行判斷，即每一次聲光報警持續(xù) 15s，直到系統(tǒng)做出下一次判斷結(jié)果。 當系統(tǒng)狀態(tài)為 00 時，表示正常， AT89C51 的 P26 口變成低電平，綠燈 D8 亮； 當系統(tǒng)狀態(tài)為 01 或 10 時，表示異常， P25 口變?yōu)榈碗娖剑?P10 口變?yōu)楦唠娖?，黃燈 D7 亮，蜂鳴器報警； 當系統(tǒng)狀態(tài)為 11 時，表示發(fā)生火災， P23 口變?yōu)榈碗娖剑?P10 口變?yōu)楦唠娖?，紅燈 D5 亮，蜂鳴器報警； 如果兩次采集同一種信號寄存器變量不相同，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障， P24 口變?yōu)榈碗娖剑?P10 口變?yōu)楦唠娖?，紅燈 D6 亮，蜂鳴器報警。 6 總結(jié)與展望 總結(jié) 本文設計了一種基于單片機 AT89C51 的火災自動報警系統(tǒng)，系統(tǒng)安全可靠，誤報率低，操作方便，成本較低。本設計拋棄了傳統(tǒng)的使 用單一傳感器探測報警，采用了溫度傳感器 LM94022 和煙霧傳感器 NIS90C 相結(jié)合的多傳感器探測方法，使系統(tǒng)靈敏度高、響應時間短，在火災發(fā)生的早期就能準確的報警。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時，采用多次采集，多次判斷的方法，降低了誤報率。在系統(tǒng)的軟件設計方面，采用了模塊化程序設計方法，系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實現(xiàn)的。既使得程序結(jié)構(gòu)清晰，又便于以后進一步擴展其功能，也便于系統(tǒng)的維護。 當發(fā)生火災，系統(tǒng)以聲光的形式 發(fā)出報警。在系統(tǒng)中設置了 1 個蜂鳴器，實現(xiàn)聲音報警；并且還設置了 4 個發(fā)光二極管，分別對應系統(tǒng)的正常、異常、火災、故障狀態(tài)。如果系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障，能發(fā)出故障報警；如果只有一種信號參數(shù)出現(xiàn)異常 如煙霧濃度過大或是溫度較高 ，能發(fā)出異常報警信號；如果煙霧和溫度同時出現(xiàn)異常，則說明有火災，發(fā)出火災警報。 由于時間緊迫和個人能力有限，本文設計的火災報警系統(tǒng)還存在許多需要完善和作進一步研究的問題，如： （ 1）火災報警系統(tǒng)判斷的算法有待進一步的研究改進，應用更先進的神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊識別等智能算法，降低系統(tǒng)的誤報率，提高靈敏度 。 （ 2）火災報警系統(tǒng)沒有聯(lián)網(wǎng)，當發(fā)生火災時不能通過電話網(wǎng)絡向消防指揮中心報警。 （ 3）用戶不能根據(jù)自己的需要設定火災報警閾值。 展望 二十一世紀是網(wǎng)絡化時代，在計算機技術(shù)、微電子技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的迅速發(fā)展下，火災探測報警技術(shù)的更新變化也非常明顯，總體來看，主要的發(fā)展變化是：數(shù)字技術(shù)和新工藝、新材料的應用，改進系統(tǒng)能力和減少維護要求，向著高可靠、低誤報和網(wǎng)絡化、智能化方向發(fā)展。