【正文】 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)。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。 本報(bào)警器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可維護(hù)性好。 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)。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)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 ； i0 ； i ) for (j=4 ； j0 ； j ) for (k=248 ； k0 ； k ) ； } } ． 4 火災(zāi)判斷與報(bào)警程序 36 固定門限檢測(cè)法是使用最早，且應(yīng)用最廣泛的火災(zāi)探測(cè)方法，優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算量小且易于實(shí)現(xiàn)，其原理是根據(jù)火災(zāi)探測(cè)器的信號(hào)幅值作為火災(zāi)報(bào)警的依據(jù)，并與固定的閾值進(jìn)行比較 [16]：當(dāng)信號(hào)幅值超過(guò)報(bào)警閾值時(shí)，則發(fā)出報(bào)警，否則解除報(bào)警 [17]。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)。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。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。系統(tǒng)程序流程圖如圖 所示。 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) ． 1 主程序流程圖 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)控制器上采用 80C51 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、語(yǔ)音報(bào)警和 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)。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。 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。 第 4 章 火災(zāi) 報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境 32 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)。 31 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)據(jù)采集進(jìn)來(lái)并被成功地由模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后，就被傳送到系統(tǒng)的顯示模塊，讓人們更直接地觀察到相關(guān)數(shù)據(jù)。采樣時(shí)，把相應(yīng)的模擬電壓信號(hào)從 Vi 端送進(jìn) LM324A 進(jìn)行放大處理后，從 Vo 端輸出送入 A/D 轉(zhuǎn)換電路。 對(duì)于傳感器輸出的模擬信號(hào)，一般要用運(yùn)算放大器對(duì)其進(jìn)行調(diào)理或 放大，以滿足 A/D 轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入模擬量幅值及極性的要求。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。 當(dāng) P20=0 時(shí)，與寫信號(hào) WR 共同選通 ADC0809。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。 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 80C51的 P0口。 圖 39 1 80C51 與 ADC0809 接口仿真電路 27 圖 39 2 80C51 與 ADC0809 接口電路原理圖 當(dāng) 80C51 的 ALE 端口不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)， 80C51 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)。 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) 26 換得到的數(shù)據(jù)。 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0IN7 上的一路模擬量輸入 . 當(dāng) =0 時(shí)，與寫信號(hào) WR 共同選通 ADC0809。 25 圖 38 80C51 晶振和復(fù)位電路原理圖 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， 煙霧、溫度傳感器的輸出端經(jīng)過(guò)放大電路后分別接到 ADC0809 的 IN0 和 IN1。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則 VCC 的 +5V 電平就會(huì)直接加到 REST 端，系統(tǒng)復(fù)位。 80C51的復(fù)位信號(hào)是從 REST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。本設(shè)計(jì)中使用石英晶體，電容的容值設(shè)定為30pF。 單片機(jī)外圍接口電路 晶振電路 晶振電路為單片機(jī) 80C51 工作提供時(shí)鐘信號(hào)，芯片中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器， 引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。同樣由單片機(jī)向ICM7218 寫控制字及數(shù)據(jù)，編程部分像給外部 RAM 寫數(shù)據(jù)一樣簡(jiǎn)單。 （ 6） 轉(zhuǎn)換速度取于決芯片的時(shí)鐘頻率。 （ 2）最大不可調(diào)誤差： ADC0809為 ? 1LSB。 目前有很多類型的 A／ D 轉(zhuǎn)換芯片，它們?cè)谵D(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度、分辨率以及使用價(jià)值上都各具特色，綜合全部因素設(shè)計(jì)決定采用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8 通道 ， 8位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809。完成 A／ D轉(zhuǎn)換的器件即為 A／ D轉(zhuǎn)換器。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向 I/O接口，也可以將每 1 位用于第 2功能，而且 P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第 1 功能的輸入輸出或第 2 功能。 (C)P2 口（ 21腳～ 28 腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P2 口，一般可作為準(zhǔn)雙 向 I/O接口。對(duì)于片內(nèi)含有 EPROM 的單片機(jī)，當(dāng) EPROM 編程時(shí)，從 P0口輸入指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。 20 （ 4）輸入 /輸出（ I/O）引腳 P0口、 P1 口、 P2口及 P3 口 (A)P0 口（ 39腳～ 22 腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P0 口。當(dāng)EA 端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 4KB（ MS— 52 子系 列為 8KB）。 （ B） ALE/ P （ 30腳）：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（允許地址鎖存信號(hào)）以每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出，用于鎖存出現(xiàn)在 P0 口的低 （ C） PSEN(29 腳 ):片外程序存儲(chǔ)器讀選通輸出端 ,低電平有效。 （ 3）控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳 控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳有 RST/VPD、 ALE/P、 PSEN 和 EA/VPP 等 4種形式。 XTAL2（ 18 腳）：接外部晶體的另一端。 80C51 芯片 80C51 芯片的引腳及功能 圖 34 80C51 芯片的引腳圖 19 下面按引腳功能分為 4個(gè)部分?jǐn)⑹鰝€(gè)引腳的功 能。 地址（ A0~A7） ： 地址端有兩個(gè)作用，取決于最高（ MSB）兩位 A A6 的狀態(tài)。錄音時(shí) ,它們都呈高阻態(tài) 。 模擬輸入（ ANA IN） ： 此端即芯片錄音 的輸入信號(hào)。 話筒參考（ MIC REF） ： 此端是前置放大器的反向輸入。只要 /REC 變低（不管芯片處在節(jié)電狀態(tài)還是正在放音），芯片即開(kāi)始錄音。 圖 32 TGS202 應(yīng)用電路圖 ISD1420 語(yǔ)音芯片 ISD1420 引腳 17 圖 3 3 ISD1420 引腳 ISD1420 各引腳及其功能介紹 電源（ VCCA， VCCD） ： 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并且分別引到外封裝上，這樣可使噪聲最小。 TGS202 氣體傳感器 火災(zāi)中氣體煙霧主要是 CO2 和 CO。 AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損壞。通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻 ， 便可在輸出端 VT 獲得與絕對(duì)溫度成正比的電壓量 ， 即 10 mV/K。綜合考慮各因素 ， 本文選擇集成溫度傳感器 AD590 和氣體傳感器 TGS202 用作采集系統(tǒng)的敏感元件 。另一種是紫外光輻射探測(cè)器，則利用有機(jī)化合物燃燒時(shí)，火光中的紫外光，使紫外光敏管的電極激發(fā)出離子，通過(guò)繼電器等，就能打開(kāi)開(kāi)關(guān)電路報(bào)警。如將兩者結(jié)合起來(lái)，便成為差定溫組合式。一種是運(yùn)用金屬熱脹冷縮的特性。還有 一種叫管道抽吸式感煙探測(cè)器，他的工作原理與光電感應(yīng)探測(cè)器中另一種散射型相似，通過(guò)煙霧的反射或散射產(chǎn)生光敏電流，主要用在船舶上。一種是離子感煙探測(cè)器，它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅 241，電離產(chǎn)生的正負(fù)離子，在電場(chǎng)的作用下各向正負(fù)電極移動(dòng)。目前復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有感溫感煙型、感煙感光型、感溫感光型等多種形式。 （ 3）感光型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 物質(zhì)燃燒不但會(huì)產(chǎn)生煙霧和熱量，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生可見(jiàn)或不可見(jiàn)的光輻射。 (2)感煙型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 煙霧是早期火災(zāi)的重要特征之一。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)各個(gè)端口輸入輸出的設(shè)置、外圍驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路等完成初始化，其次是對(duì)芯片內(nèi)的程序進(jìn)行初始化，接下來(lái)執(zhí)行火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集任務(wù)， 13 數(shù)據(jù)通信任務(wù)和查詢判斷任務(wù)。 系統(tǒng)軟件總體構(gòu)架 為了便于系統(tǒng)維護(hù)和功能擴(kuò)充，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。 (4)火災(zāi)報(bào)警功能。 (2)系統(tǒng)故障報(bào)警功能。整體電路的框圖如圖 2２所示 ： 11 系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架 報(bào)警系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)控制模塊、聲光報(bào)警模塊組成。起火過(guò)程曲線如圖 所示 [13]。通過(guò)大量的研究表明陰燃是誘發(fā)火災(zāi)的重要原因 [12]。 根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生現(xiàn)象的不同，可 以將火災(zāi)分為慢速陰燃、明火和快速發(fā)展火焰等。著火后，燃燒產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面繼續(xù)放出可燃?xì)怏w，并形成擴(kuò)散燃燒。液體和固體是凝聚態(tài)物質(zhì)，難與空氣均勻混合，它們?nèi)紵幕具^(guò)程是當(dāng)從外部獲取一定的能量時(shí)，液體或固體先蒸發(fā)成蒸汽或分解出可燃?xì)怏w (如 CO、 H2等 )的分子團(tuán)、灰燼和未燃燒的物質(zhì)顆粒懸浮在空氣中，稱之為氣溶膠?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能對(duì)火災(zāi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確報(bào)警，有著防止和減少火災(zāi)危害、保護(hù)人身安全和財(cái)產(chǎn)安全的重要意義，有著很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) (FAS)就是為了滿足這一需求而研制出的，并且其自身的技術(shù)水平也在隨著人們需求的不斷地提高，在功能、結(jié)構(gòu)、形式等方面不斷地完善。隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市高層、地下以及大型綜合性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)發(fā)生的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢(shì)。其中，歐美地區(qū)發(fā)生的火災(zāi)較多，死亡人數(shù)卻相對(duì)較少，這與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的生活水平以及消防技術(shù)和設(shè)施有關(guān) 。集中式系統(tǒng)由智能型控制器和若干非智能探測(cè) 7 節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，探測(cè)節(jié)點(diǎn)僅將火災(zāi)參量傳送給控制器，由控制器