【正文】 最重要的是一個(gè)人如果無(wú)法獨(dú)立完成一件事情，那么，同學(xué)和朋友就是你的依靠。 王老師之外，還要感謝我的同學(xué)們。王老師要指導(dǎo)很多同學(xué)的論文，加上本來(lái)就有教學(xué)任務(wù)，工作量之大可想而知，而我對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，是個(gè)初 學(xué)者。在我遇到困難時(shí)能耐心解答直至我明白。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、溫度顯示及按鍵控制。 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)。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)閥門產(chǎn)生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報(bào)。 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。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。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。同時(shí)送入顯示器顯示通道及相應(yīng)的數(shù)字量。 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 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 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 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。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?，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。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。圖中 三態(tài)允許控制端 OE 接地，表示三態(tài)門一直打開(kāi)。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。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。 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) [19]。 START 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，當(dāng) START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，START 應(yīng)保持低電平。 RST： S4 復(fù)位鍵，使系統(tǒng)復(fù)位。 、 、 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。黃燈亮表示傳感器加熱絲發(fā)生斷線或者接觸不良。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。 (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。其內(nèi)部有一個(gè) 8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通 8 路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 A/D 轉(zhuǎn)換器的主要性能參數(shù)有： (1) 分辨率 ： 分辨率表示 A/D 轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力。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。 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 信號(hào)處理電路 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。將串聯(lián)的兩節(jié) RC 低通網(wǎng)絡(luò)直接與反向電壓跟隨器電路相連，可構(gòu)成煙霧、溫度調(diào)理電路中的簡(jiǎn)單二階低通 濾 波 器電 路 [9,22] 。電壓放大倍數(shù)為： 464u RRRRA Ff ?? ， 6uf ??A (31) 圖 35 煙霧信號(hào)調(diào)理電路 濾波電路能使有用頻率信號(hào)通過(guò)，同時(shí)抑制無(wú)用頻率成分，濾除或衰減無(wú)用頻率信號(hào)到足夠小。 系統(tǒng)采用固定門限檢測(cè)法 [12,14]判斷火災(zāi)是否發(fā)生，溫度閾值設(shè)定為 57℃ ，煙霧濃度閾值設(shè)定為 %每英尺。 溫度傳感器使用的是高精度模擬輸出 CMOS 溫度傳感器LM94022，該傳感器的末級(jí)為推挽輸出，輸出電壓與感測(cè)的溫度成反比，即溫度越高輸出電壓越低；可提供 4 個(gè)不同增益讓用戶自行選擇，其中包括 ℃ 、 mV /℃ 、 /℃ 及 /℃ 。 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 溫度探測(cè)器使用的是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的集成溫度傳感器 LM94022，該傳感器屬于高精度模擬輸出 CMOS 溫度傳感器，不僅工作電壓低、靜態(tài)電流小和輸出功率極低，而且能與模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)配合使用。點(diǎn)型定溫式探測(cè)器利用雙金屬片、易熔金屬、熱電偶熱敏半導(dǎo)體電阻等元件，在 規(guī)定的溫度值上產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。溫度探測(cè)器是對(duì)警戒范圍中某一點(diǎn)或某一線路周圍溫度變化時(shí)響應(yīng)的火災(zāi)探測(cè)器，它是將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以達(dá)到報(bào)警目的 [2,13]。因此本系統(tǒng)所采用的火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器是光電感煙探測(cè)器，由它把物質(zhì)初期燃燒所產(chǎn)生的煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)換成支流電壓信號(hào)，通過(guò)導(dǎo)線傳輸給報(bào)警器，發(fā)出聲光報(bào)2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 警信號(hào)。圖 26為光電煙霧傳感器對(duì)不同直徑煙粒子的響應(yīng)曲線。光敏二極管（受光元件）發(fā)生阻抗變化產(chǎn)生光電流。根據(jù)瑞利散射學(xué)說(shuō)當(dāng)煙霧顆粒直徑小于光源波長(zhǎng)時(shí)。m之間。 如圖 24所示在一個(gè)不受外界光線影響，但煙霧可以進(jìn)出的光敏室中裝有紅外發(fā)光元件（光源）和紅外受光元件（光敏器件）。同時(shí)上式還與 ?SR 和 ? 有關(guān)，因而當(dāng)球（煙霧顆粒） 較大而 ?sR 較大時(shí)，隨著散射角 ? 的增大，函數(shù) )(2Us? 下降較大；球小時(shí)，情況就相反。 散射光型光電感煙探測(cè)器基本光路示意圖如圖 24示光源光軸和光電接收器成特定角度，在無(wú)煙粒子時(shí)光電接受器件接受不到光源發(fā)出的 光；煙粒子進(jìn)入探測(cè)室（光學(xué)暗室、迷宮）后，探測(cè)器光源發(fā)出的光線接受到煙的散射，在一定角度內(nèi) 光電接收器件才能接收散射光，產(chǎn)生有用電信號(hào)。 煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是氣 電變換器，它將可燃性氣體在 空氣 中的含量（即濃度）轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號(hào) [2,5,11]，通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、 濃度處理 及報(bào)警控制等工作。光電感煙傳感器是一 種室內(nèi)安裝的探測(cè)器，可以探測(cè)可見(jiàn)和不可見(jiàn)的煙霧，具有對(duì)火災(zāi)進(jìn)行早期預(yù)報(bào)功能 [3]。由于外接電容 C C6 的容量大小會(huì)輕微影 響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容的容量大小范圍為 30 10pF pF? ；如果使用陶瓷諧振，則電容容量大小為 40 10 FpF p? 。 AT89C51 的復(fù)位電路如圖33 所示。 手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 REST 上加入高電平 ,采用的辦法是在REST 端和正電源 Vcc 之間接一個(gè)按鈕。單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開(kāi)始工作?？烧{(diào)式三端穩(wěn)壓器 能輸出連續(xù)可調(diào)的直流電壓，其中LM317 系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓， LM337 系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的負(fù)電壓。 圖 32 整流濾波基本電路圖 電容量越大，負(fù)載電阻愈大，濾波效果越好，輸出波形越趨于平滑，輸出電壓也越高。在電路中，當(dāng)有電壓加到電容器兩端的時(shí)候，便對(duì)電容器充電，把電能儲(chǔ)存在電容器中；當(dāng)外加電壓失去（或降低）之后，電容器將把儲(chǔ)存的電能再放出來(lái)。電容 C13（ ）能改善負(fù)載的瞬態(tài)影響，從而為接收主機(jī)提供穩(wěn)定的工作電壓。集成電路型穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、帶負(fù)載能力強(qiáng)、使用方便等特點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用 [22]。在閑置模式下， CPU 停止工作。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。注意加密方式 1 時(shí)， EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。初始化后，程序計(jì)數(shù)器 PC 指向 0000H， P0P3 輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入 07H，其它專用寄存器被清 “ 0” 。當(dāng) P3 口寫入 “ 1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P0 能夠 用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。用途更廣泛。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能中，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)做數(shù)字濾波，再進(jìn)行線性化處理，這一過(guò)程的軟件實(shí)現(xiàn)，需要單片機(jī)有較 快的運(yùn)算速度，使儀表監(jiān)測(cè)人員能夠觀測(cè)到實(shí)時(shí)的煙霧濃度，并進(jìn)行相應(yīng)處理。AT89C51 是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)， 片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和Flash 存儲(chǔ)單元，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。起火過(guò)程中，起初和陰燃兩個(gè)階段所占的時(shí)間比較長(zhǎng)，雖然產(chǎn)生大量的 煙霧，但是環(huán)境溫度不太高，若探測(cè)器就應(yīng)該從此階段開(kāi)始進(jìn)行探測(cè)，就可以火災(zāi)損失控制在最小限度。2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 明火則是火災(zāi)發(fā)生時(shí)燃燒火焰產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面放出可燃?xì)怏w，并形成擴(kuò)散燃燒，同時(shí)發(fā)出含有紅、紫外線的火焰。這些熱量通過(guò)可燃物的直接燃燒、熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對(duì)流，使火從起火部位向周圍蔓延，導(dǎo)致了火勢(shì)的擴(kuò)大，形成火災(zāi)。在產(chǎn)生氣溶膠的同時(shí)，產(chǎn)生分子較大 (直徑 一 10μ m)的液體或固體微粒，稱為煙霧?？扇嘉镆詺鈶B(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形態(tài)存在，助燃物通常是空氣中的氧氣。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。此外，也可以控制有關(guān)的滅火系統(tǒng)或?qū)⒒馂?zāi)信號(hào)傳輸給消防控制室。 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 2 章 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的工作原理 系統(tǒng)總體功能概述 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)一般由火災(zāi)探測(cè)器、 區(qū)域報(bào)警器和集中報(bào)警器組成。 本系統(tǒng)采用 ATMEL 公司的 AT89S51 單片機(jī)作為處理器，主要完成以下工作： 1. 基于 AT89S51 的火災(zāi)報(bào)警檢測(cè) 設(shè)計(jì)方案。智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)已并非傳統(tǒng)意義上的簡(jiǎn)單的報(bào)警設(shè)備，而是融入了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器的應(yīng)用等各領(lǐng)域知識(shí)。進(jìn)入 90 年代，特別是1993 年以來(lái)，火災(zāi)造成的直接損失上升到年均十幾億元，年均死亡 2021 多人。當(dāng)發(fā)生 火災(zāi)時(shí)，可實(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)警及與上位機(jī)串口通信等，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的煙霧傳感器，具有一定的實(shí)用價(jià)值。2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2021 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 目錄 摘 要 ...............................................................................................................................1 第 1 章 緒 論 ................................................................................................................