【導讀】器硬件部分和軟件部分的方法和過程。論文設(shè)計的煙霧報警器由煙霧信號采集電路。與單片機控制電路兩大部分構(gòu)成。感器和DS18B20溫度傳感器。NIS-09C是對CO、CO2、煤氣等多種煙霧氣體有良好敏。感特性的半導體敏感器件。它的靈敏度適中，具有響應與恢復特性好，長期工作穩(wěn)。定性、受環(huán)境影響較小等優(yōu)點。信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳送給單片機，然后對火災情況進。行判斷，根據(jù)判定情況來決定報警與否，同時對相關(guān)信息進行顯示。達到設(shè)定的濃度時，發(fā)出聲光報警，或者在溫度大于一定值時報警。器的小型化和智能化。種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉的煙霧報警器。

　　

【正文】 TL/CMOS 相兼容； 基于單片機的火災報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 19 4) 5V電源供電時輸入電壓在 0～ 5V之間； 5) 工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為 32?S； 6) 一般功耗僅為 12mW； 7) 8P\14P— DIP(雙列直插 )、 PICC 多種封裝； 8) 商用級芯片溫寬為 0℃到 70℃，工業(yè)級芯片溫寬為 40℃到 85℃。 芯片引角說明，如圖 33 所示： 12345678C H 0CSC H 1G N D)( REFCC VVC L KD 0D I 圖 33 ADC0832 引角圖 CS 片選使能，低電平芯片使能。 CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用。 GND 芯片參考 0 電位 (地 )。 DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 D0 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 CLK 芯片時鐘輸入。 VCC/VREF 電源輸入及參考電壓輸入 (復用 )。 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換 芯片，其 最高分辨可達 256 級，可以適應一般的模擬量轉(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 32?S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，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，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。 單片機對 ADC0832 的控制原理： 正常情況下 ADC0832 與單片機的接口應為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 CS 、 CLK、 DO、DI。但由于 DO 端與 DI 端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當 ADC0832 未工作時其 CS 輸入端應為高電平，此時芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意。當要進行 A/D 轉(zhuǎn)換時，須先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入時鐘脈沖， DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第 1 個時鐘 脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟陜西科技大學畢業(yè)論文 20 始信號。在第 3 個脈沖下沉之前 DI 端應輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。 當此 2 位數(shù)據(jù)為 “ 1” 、 “ 0” 時，只對 CH0 進行單通道轉(zhuǎn)換。當 2 位數(shù)據(jù)為 “ 1” 、 “ 1”時，只對 CH1 進行單通道轉(zhuǎn)換。當 2 位數(shù)據(jù)為 “ 0” 、“ 0” 時，將 CH0 作為正輸入端 IN+，CH1 作為負輸入端 IN進行輸入。當 2 位數(shù)據(jù)為 “ 0” 、 “ 1” 時，將 CH0 作為負輸入端IN， CH1 作為正輸入端 IN+進行輸入。到第 3 個脈沖的下沉之后 DI 端的輸入電平就失去輸入作用，此后 DO/DI 端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 DO 進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第 4個脈沖下沉開始由 DO 端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 DATA7，隨后每一個脈沖下沉 DO 端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第 11 個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第 11 個字節(jié)的下沉輸出 DATD0。隨后輸出 8 位數(shù)據(jù)，到第 19 個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標志著一次 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將 CS 置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了。 作為單通道模擬信號輸入時 ADC0832 的輸入電壓是 0~5V 且 8 位分辨率時的電壓精度為 。如果作為由 IN+與 IN輸入的輸入時，可是將電壓值設(shè)定在某一個較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進行 IN+與 IN的輸入時，如果 IN的電壓大于 IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為 00H。 煙霧采集模塊 圖 34 煙霧采集模塊 煙霧傳感器 NIS09C 的輸出為模擬信號，其輸出電壓經(jīng) ADC0832 轉(zhuǎn)換為 8 位二進制數(shù)字信號，然后經(jīng)單片機 口輸入單片機。 考慮到要在多個房間進行探測，可設(shè)置多個傳感器探頭， 這個設(shè)計中設(shè)置了四路探測信號，將其余三路用開關(guān)代替。 另有四基于單片機的火災報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 21 個指示燈，與四路探測信號相對應，如果有一路信號探測出有 火災信號 ，相應的指示煙點亮。 溫度采集 模塊 圖 35 溫度采集模塊 DS18B20 的數(shù)據(jù)輸出端接單片機 ，其對應的指示燈接在 。 聲光及手動報警模塊 圖 35 聲光及手動報警模塊 揚聲器接在單片機 ，報警煙接 。 探測器探測到火情后， 單片機控制 輸出高電壓，三極管 Q1 導通， 揚聲器發(fā)聲， 同時報警 燈 閃爍。 接手動按鈕，可以人工報警。 陜西科技大學畢業(yè)論文 22 顯示 模塊 圖 36 顯示模塊 a b c d e f g ha bcdefgh 圖 37 共陽極 7 段數(shù)碼管 顯示模塊 采用七段數(shù)碼管，顯示報警時間和 煙霧濃度、 溫度 。數(shù)碼管段選接單片機P0 口，位選接 P2 口。報警時間顯示分和秒，探測 溫度 精確到 1℃ 。 靈敏度選擇模塊 圖 38 靈敏度選擇模塊 基于單片機的火災報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 23 如圖所示， 該模塊 采用一個單刀雙擲開關(guān)進行靈敏 度的選擇，兩個端分別接在單片機 和 ，設(shè)置煙霧濃度分別為 2%/英尺、 4%/英尺。 靈敏度可調(diào)節(jié)的實用意義在于 系統(tǒng)應用在有風的環(huán)境中時，將靈敏度調(diào)高可 更早一步 探測煙霧信息 ，減少火災引起的損失。 本章小結(jié) 根據(jù)題目要求選擇所需芯片并 設(shè) 計了各模塊的硬件電路。系統(tǒng)分為 五 個模塊：煙霧采集、 溫度采集、 顯示、聲光及手動報警、靈敏度選擇。 陜西科技大學畢業(yè)論文 24 第 4 章．系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)主程序簡介 開 始系 統(tǒng) 初 始 化 ，T 0 定 時 5 0 m s讀 取 A / D 轉(zhuǎn) 換 數(shù) 據(jù)檢 測 按 鍵顯 示選 擇 靈 敏 度中 斷計 時 到 1 s ？秒 加 1 ， 聲 光 報 警有 火 災 信 號 ？否否是是是否否計 時 到 1 s ?秒 加 1 ， 聲 光 報 警檢 測 按 鍵停 止 報 警 圖 41 系統(tǒng)流程圖 整個 軟件分為三大部分：主程序、子程序、定時程序，其中主程序調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)煙霧采集、 溫度采集、 手動報警、顯示等功能，定時程序?qū)崿F(xiàn)聲光報警及計時功能。 煙霧采集模塊程序 該模塊 主要是芯片 ADC0832 的編程，其時序圖如圖 42： 基于單片機的火災報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 25 圖 42 ADC0832 時序圖 由于 ADC0832 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間僅為 32?S,所以 A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采樣頻率可以很快，從而也保證某些場合對 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)實時 性的要求。數(shù)據(jù)讀取程序以子程序調(diào)用的形式出現(xiàn)，方便了程序的移植。 ADC0832 數(shù)據(jù)讀取程序流程： 結(jié) 束開 始使 能 芯 片產(chǎn) 生 時 鐘 信 號輸 入 通 道 控 制 字選 取 2字 節(jié) 數(shù) 據(jù)字 節(jié) 數(shù) 據(jù) 校 驗將 值 送 入 指 定 寄 存 器 圖 43 ADC0832 數(shù)據(jù)讀取程序流程 圖 煙霧傳感器 輸出電壓大于 ADC0832 的輸入電壓，因此將 ADC0832 的模式選擇為差分輸入，負輸入端 IN為 3V。 陜西科技大學畢業(yè)論文 26 溫度采集 模塊程序 該模塊主要是 DS18B20 程序，其流程圖如圖 44 所示： D S18B 20初 始 化讀 取 一 個 字 節(jié)寫 一 個 字 節(jié)讀 取 當 前 溫 度溫 度 值 送 顯 示 模 塊結(jié) 束 一 次 循 環(huán) 圖 44 DS18B20 測溫流程 本設(shè)計中設(shè) 置溫度超過 45℃時報警。 聲光報警及手動模塊 程序 報警程序?qū)懺诙〞r程序中 ，以實現(xiàn) 1S 鐘揚聲器響一次，指示燈閃爍一次。 主要語句如下： if(temp10baojingzhi||TC2==0||TC3==0||TC4==0||(aj%2==1)) { LAM=1。 tcount++。 if(tcount==20) { tcount=0。 second++。 SPK=~SPK。 LAM=~LAM。 } }else{LED1=0。LED2=0。LED3=0。LED4=0。LAM=0。second=0。minite=0。} 手動報警按鈕的功能為按奇數(shù)次報警，按偶數(shù)次停止報警。 顯示模塊程序 顯示分為三部分： 時間、 ADC0832 輸出的電壓、煙霧濃度。由 ADC0832 輸出的是8 位二進制數(shù)，然后經(jīng)程序轉(zhuǎn)換為實際電壓值顯示，其分辨率為 ，在這精確到基于單片機的火災報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 27 。程序為： temp1=ADC_read(0x00)。 temp10=temp1*196/1000+30。 P2=weima[i]。 P0=display_code[time[i]]。 i++。 if(i==2||i==7)DISX=0。 if(i==6)P0=display_code[10]。 濃度顯示根據(jù)煙霧傳感器 NIS09C 的靈敏度特性編寫程序，如： if((i==5)amp。amp。(temp10=56))P0=display_code[0]。 靈敏度選擇程序 靈敏度 設(shè)置了兩個值，通過改變報警 值來實現(xiàn)，只有兩句程序： if(SWH1==0)baojingzhi=53。 if(SWH2==0)baojingzhi=47。 分別對應濃度值為 2%/英尺、 4%/英尺。 本章小結(jié) 經(jīng)過反復實驗和調(diào)試，將各模塊程序編寫完畢，實現(xiàn)了基本的功能。 實際上各模塊程序并不獨立，與其它部分相互滲透 ，共同完成整體功能。 陜西科技大學畢業(yè)論文 28 第 5 章 ． 總結(jié) 與展望 系統(tǒng) 總結(jié) 在 PROTUES 中對火災報警系統(tǒng)進行了仿真，仿真結(jié)果如下 ： 圖 51 無 火警信號 時仿真結(jié)果 基于單片機的火災報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 29 圖 52 有煙霧時 報警 圖 53 溫度過高時報警 陜西科技大學畢業(yè)論文 30 由此可見，此設(shè)計實現(xiàn)了 多路 探測報警、顯示 時間、地點 、溫度 等功能，基本上達到了題目的要求。 另外，此設(shè)計是對 探測器 探頭持續(xù)探測，可以有效減少誤報、漏報等，還可針對有 風 的環(huán)境調(diào)節(jié)靈敏度 ，而且系統(tǒng)簡便、經(jīng)濟。 但是還存在一些不足之處，如報警時間不能存儲、 濃度不夠精確 、對于灰塵、水滴、小昆 蟲等可能產(chǎn)生誤報等 ， 懇請各位老師和同仁予以批評指正。 系統(tǒng)展望 在此 論文研制的報警器的基礎(chǔ)上，可以再做適當?shù)墓δ軘U展，使煙霧報警器的功能更加完善，安全性更高，使用更加方便等。為了能夠進一步提高安全性，可以在自動聲光報警的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)帶動煙霧管道關(guān)斷等功能。 火災自動報警系統(tǒng)應用技術(shù)的還有很大的發(fā)展趨勢具體有這幾個方面： 網(wǎng)絡化：火災自動報警系統(tǒng)網(wǎng)絡化是用計算機技術(shù)將控制器之間、探測器之間、系統(tǒng)內(nèi)部、各個系統(tǒng)之間以及城市 “119”報警中心等通過一定的網(wǎng)絡協(xié)議進行相互連接，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的調(diào)用， 對火災自動報警系統(tǒng)實行網(wǎng)絡監(jiān)控管理，使各個獨立的系統(tǒng)組成一個大的網(wǎng)絡，實現(xiàn)網(wǎng)絡內(nèi)部各系統(tǒng)之間的資源和信息共享，使城市 “ 119” 報警中心的人員能及時、準確掌握各單位的有關(guān)信息，對各系統(tǒng)進行宏觀管理，