【正文】 39 參考文獻(xiàn) ： [1] 王福瑞 .單 片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全 .北京： 北京航空航天大學(xué)出版社，1997 [2] 孫傳友 .測(cè)控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì) .北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 ,2020 [3] 孫傳友 .測(cè)控電路及裝置 .北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 ,2020 [4] 余發(fā)山 .單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) .中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社 ,2020 [5] 李廣弟 .單片機(jī)基礎(chǔ) .北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 ,2020 [6] 鄭學(xué)堅(jiān) .微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 .北京 :清華大學(xué)出版社 ,2020 [7] 劉文濤 .單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)實(shí)例 .北京 :清華大學(xué)出版社 ,2020 [8] 張 靖 .檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) .中國(guó)電力出版社 ,2020 [9] 張毅剛 .單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) .哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 ,2020 [10] 陳有卿 .報(bào)警集成電路和報(bào)警器制作實(shí)例 .北京 :人民郵電出版社 2020 [11] 而師瑪乃在此，謹(jǐn)向 所有關(guān)心和幫助我們完成 畢業(yè)設(shè)計(jì)的電氣工程 與自動(dòng)化 學(xué)院 的 領(lǐng)導(dǎo)和老師 們 致以深深的謝意。 楊海柱 老師 學(xué)識(shí)淵博，實(shí)際工程應(yīng)用知識(shí)豐富，教學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn) ， 工作方法科學(xué)，周身洋溢著無(wú)限的親和力和積極的生活張力，不論是從學(xué)術(shù)角度講還是從生活角度講，在過(guò)去的兩個(gè)月里，都 使我受益匪淺。 (2)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)方面：如果僅僅完成本設(shè)計(jì)所要求的功能 ，則系統(tǒng)電路圖是無(wú)需改動(dòng)的。 (1)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方面：關(guān)于信號(hào)采集這個(gè)環(huán)節(jié)，本設(shè)計(jì)采用的是單一的離子感煙傳感器。即便如此，由于本人知識(shí)所限，在本文中所談到的幾點(diǎn)，肯定 有 不足的地方，望大家批評(píng)指正。本人所學(xué)的專業(yè)是雖然是自動(dòng)化，但在本科階段對(duì)傳感器的接觸很是 有限 ，理論知識(shí)尚很欠缺，工程實(shí)踐自不必說(shuō)。② 可靠性高，不易損壞。 (2)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：編程語(yǔ)言主要應(yīng)用了匯編語(yǔ)言。 根據(jù)流程圖編程如下所列。程序流程如圖 43 所示。其流程圖如圖 41所示。 用單片機(jī) AT89S51 控制 24V 直流電磁換向閥運(yùn)動(dòng)，信號(hào)通過(guò)單片機(jī)端口送出，經(jīng)三極管的開關(guān) 放大 作用，接直流固態(tài)繼電器，然后接負(fù)載，因?yàn)殡姶砰y是感性負(fù)載，其兩端并聯(lián)一個(gè)二 極管。 電源電路板設(shè)計(jì)圖如圖 317所示。 PROG P20P23 地址和操作碼 數(shù)據(jù) 28 (2)檢測(cè)電池部分電壓情況并及時(shí)報(bào)告故障。另外，電源檢測(cè)控制部分電路還要連接到電池上，一旦發(fā)生斷電現(xiàn)象，電源檢測(cè)控制部分電路要及時(shí)地切換到電池上，并且報(bào)告 故障。由于很多實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)工作環(huán)境比較復(fù)雜，所以電源設(shè)計(jì)就有很高的要求，既要穩(wěn)定，又要有很高的抗干擾能力。 PROG 信號(hào)的控制作用可用圖 316 所示的芯片輸入 /輸出時(shí) 序圖予以說(shuō)明。 8243 芯片的 P2 口 (～ )為控制及信號(hào)端口，其有兩個(gè)作用，一是傳送設(shè)置芯片各端口工作方式的命令及端口地址，二是傳送經(jīng)芯片輸入 /輸出的數(shù)據(jù)。 8243 為 24腳的雙列直插式芯片，其 與 AT89S51 連線 如圖 315 所示 。七段發(fā)光二極管，加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)八段。通常所說(shuō)的 LED 顯示器由 7 個(gè)發(fā)光二極管組成，其排列形狀 分別 如圖 313和 314 所示。 如圖 312 所示。 聲音報(bào)警電路 聲音報(bào)警電路在單片機(jī) P2 口的控制下，可以在檢測(cè)到火災(zāi)時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)。由于不同的計(jì)算機(jī)有不同的中斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，其中斷相應(yīng)的方式也有所不同。 3)當(dāng) CPU同時(shí)收到幾個(gè)同一優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求時(shí)，按自然優(yōu)先級(jí)順序確定應(yīng)該響應(yīng)哪個(gè)中斷請(qǐng)求；其自然優(yōu)先級(jí)由硬件形成，排列如下： 中斷源 同級(jí)自然優(yōu)先級(jí) 外部 中斷 0 最高級(jí) 定時(shí)器 0中斷 外部中斷 1 定時(shí)器 1中斷 23 串行口中斷 最低級(jí) ⑤ 中斷相應(yīng)的阻斷 在中斷處理過(guò)程中，若發(fā)生下列情況，中斷相應(yīng)會(huì)受到阻斷： 1)同級(jí)或高優(yōu)先級(jí)的中斷正在進(jìn)行； 2)現(xiàn)在的機(jī)器周期不是執(zhí)行指令的最后一個(gè)機(jī)器周期，即正在執(zhí)行的指令還沒完成前不響應(yīng)任何中斷； 3)正在執(zhí)行的是中斷返回指令 RETI或是訪問(wèn)專用寄存器 IE或 IP的指令。其作用是用來(lái)對(duì)各中斷源進(jìn)行開放或屏蔽的控制。 MCS51單片機(jī)各中斷源的矢量地址是固定的。對(duì)于每個(gè)中斷源均可通過(guò)中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器中相應(yīng)位控制，當(dāng)某中斷源的優(yōu)先控制位置“ 1”時(shí)，該中斷源設(shè)置為高級(jí)，否則為低級(jí)。 ③ 中斷允許：兩級(jí)串聯(lián)式中斷允許。內(nèi)部中斷源有 T0、 T1溢出中斷。中斷源分為 2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)都可由軟件來(lái)設(shè)定。 8051單片機(jī)的中 斷系統(tǒng)包括 5個(gè)中斷源、中 斷 請(qǐng)求標(biāo)志位（分別在特殊功能寄存器 TCON和SCON中）、中斷允許控制寄存器 IE、中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP及內(nèi)部硬件查詢電路等部分。中斷系統(tǒng)是指能夠?qū)崿F(xiàn)中斷功能的相關(guān)硬件電路和軟件程序。這兩種方式是由專用寄存器 PCON（電源調(diào)制寄存 器）中的 和 IDL（ ）位來(lái)控制。電容的大小可起頻率微調(diào)作用，外部方式的時(shí)鐘電路如圖所示， XTAL1 接地 XTAL2接外部振蕩器。在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路就產(chǎn)生自激振蕩。片內(nèi)的 FLASH 存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來(lái)編程。 (2)元器件選擇與制作 19 R1～ R6均用 RTX— 1/8W 型炭膜電阻器； C1～ C3可用 CT1 型磁介電容器； LED 為普通紅色二極管； B 為三端壓電陶瓷揚(yáng)聲器； 為保證電路可靠正常工作，電源最好采用 9V 穩(wěn)壓電源供給； S 為小型按鈕開關(guān)。 注：打 *的元件可根據(jù)壓電晶體的不同型號(hào)而改變 圖 310 離子感煙火災(zāi)報(bào)警器 離子感煙傳感器由內(nèi)外兩個(gè)電離室組成，當(dāng)空氣中無(wú)煙霧時(shí)，輸出端 O輸出電平約等于 1/2 電源電壓即 ，這 時(shí) 集成塊 A不工作，壓電陶瓷 喇叭B無(wú)聲。 A2 是檢測(cè)信號(hào)閥值比較器，無(wú)煙霧信號(hào)時(shí)，傳感器的輸出平衡電壓為 左右，大于內(nèi)部設(shè)置的閥值電壓（約為 ），比較器 A2 輸出低電平；當(dāng)有煙霧信號(hào)時(shí)，傳感器輸出電壓下降 1V 左右，則其電壓小于內(nèi)部設(shè)置的閥值電 壓，A2 翻轉(zhuǎn)為輸出高電平，并發(fā)出調(diào)制報(bào)警聲。 圖 38 DQ295 管腳圖 DQ295 各引腳功能如下： 第 15 腳接離子感煙傳感器的收集電極； 12 腳為內(nèi)部振蕩器的外接電容腳；7腳接定時(shí)電阻； 1 15 腳為輸入保護(hù)用； 5 腳為發(fā)光管 LED； 1 與 4 腳為檢測(cè)腳； 3 與 15腳為電壓與靈敏度設(shè)置腳； 10 與 11 腳為報(bào)警輸出腳。 5℃近海平面清潔空氣條件下，收集電極（即 C 電極）的平衡電位為～ ；有煙霧時(shí)，收集電極的電位變化可達(dá) ～ 。有煙霧和無(wú)煙霧時(shí)其電位差可達(dá) 1V 以上。而內(nèi)電離室是封閉的，無(wú)煙塵 離子進(jìn)入，離子電流是恒定的。 圖 33 電離電流和電壓的關(guān)系 電離電流 飽和電流 外加電壓 E I 13 圖 34 單極性電離室工作原理 一般離子感煙探測(cè)器的電離室均設(shè)計(jì)成單極性的，因?yàn)楫?dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)煙霧進(jìn)入電離室后，單極性電離室要比雙極性電離室的電離電流變化大，也就是說(shuō)可以得到較大的電壓變化量，從而可以提高離子感煙探測(cè)器的靈敏度 .在實(shí)際的離子感煙探測(cè)器設(shè)計(jì)中，是將兩個(gè)單極性電離室串 聯(lián)起來(lái)，一個(gè)作為檢測(cè)電離室 (也叫外電離室 )，結(jié)構(gòu)上做成煙霧容易進(jìn)入的型式 。 所謂單極性電離室，是指電離室局部被 α 射線所照射，使 一部分形成電離區(qū)，而未被 a 射線所照射的部分則為非電離區(qū)。正離子向負(fù)極運(yùn)動(dòng)， 12 負(fù)離子向正極運(yùn)動(dòng)，從而形成了電離電流 I。 離子感煙傳感器的工作原理如圖 32 所示 ： 圖 32 離子感煙探測(cè)器工作原理圖 在正常工作狀態(tài)下，放射源發(fā)出的射線電離了電離室的空氣，便有電流從 A經(jīng) B 流向 C，這時(shí)電離室是一個(gè)典型 的電阻元件。 圖 31 火災(zāi) 自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件框圖 煙霧信號(hào)采集模塊 圖 31 中 1， 2， 3 組成煙霧數(shù)據(jù)采集模塊，將現(xiàn)場(chǎng)煙霧濃度這一非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并以數(shù)字量的形式送給單片機(jī)。圖中 1， 2， 3組成數(shù)據(jù)采集模塊， 4， 5組成聲光報(bào)警模塊， 5， 6 組成聯(lián)動(dòng)消防裝置。 硬件電路如圖 22 所示，主機(jī)選用 AT89S51 單片機(jī)， 4 線 /7 線譯碼器選用74LS48，數(shù)碼顯示部分選用 BS212 共陰數(shù)碼管，報(bào)警電路可選用一片 KD9561 及放大器、揚(yáng)聲器來(lái)構(gòu)成，多點(diǎn)檢測(cè)電路選用 8243 并行 I/O 口。 由于該系統(tǒng)主要用于多點(diǎn)集中檢測(cè)報(bào)警，故能對(duì)受監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行巡回檢測(cè)。消防聯(lián)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)見隨后章節(jié)。當(dāng)單片機(jī)探測(cè)到著火房間后，會(huì)自 動(dòng)切斷賓館用電電路，同時(shí)在不影響正常工作的前提下，轉(zhuǎn)換為備用電源供電。 第四，報(bào)警裝置。該單片機(jī)的具體情況 將在隨后的章節(jié)中進(jìn)行闡述。相對(duì)于感溫探測(cè)器和氣體探測(cè)器，離子感煙探測(cè)器能在火災(zāi)超早期作出準(zhǔn)確判斷。 圖 21 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)各模塊的設(shè)計(jì) 第一， 傳感器的設(shè)計(jì)。 7 2 系統(tǒng)原理及總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)原理 賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要涵蓋以下六個(gè)方面： 傳感器的設(shè)計(jì)、 單片機(jī)的選取、 接口芯片的選取、報(bào)警裝置、電源以及消防聯(lián)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)。 （ 2） 要求選用的單片機(jī)能對(duì)信號(hào)做出準(zhǔn)確的分析處理，并傳到聲光報(bào)警裝置。 從生產(chǎn)生活角度來(lái)講，本課題的研究對(duì)于日常安全有著積極的現(xiàn)實(shí)意義和潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本課題難度適中，適宜于作為本科應(yīng)屆畢業(yè)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題。因此 ，賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)也是當(dāng)前相當(dāng)熱門的項(xiàng)目課題。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，火災(zāi)探測(cè)與報(bào)警技術(shù)也在不斷提高。 我國(guó)的火災(zāi)報(bào)警器控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無(wú)到有、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展過(guò)程，其智能化程度也越來(lái)越高。于是，人們開始探索新型探測(cè)原理的傳感器件（如氣體氣味傳感器等）和復(fù)合探測(cè)器，取得顯著成效的是對(duì)火災(zāi)過(guò)程的多參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的復(fù)合傳感器。 4 圖 11 智能化火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng) 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀 一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)超早期火災(zāi)探測(cè)報(bào)警技術(shù)的研究與產(chǎn)品開發(fā)十分重視。采用智能技術(shù)后，系統(tǒng)的正常維護(hù)工作由計(jì)算機(jī)自身的軟件完成，周期地運(yùn)行自診斷程序，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的任何微小的故障，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性能。傳統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的火災(zāi)判據(jù)僅僅是根據(jù)某 3 種火災(zāi)參數(shù)是否 達(dá)到某一定值來(lái)確定，這一判別工作是在火災(zāi)探測(cè)器中由硬件電路實(shí)現(xiàn)的，這樣就有可能由于環(huán)境背景的影響，或火災(zāi)探測(cè)器內(nèi)部電路的緩慢漂移，產(chǎn)生誤報(bào)。這種信號(hào)處理方式的火災(zāi)報(bào)警設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中有幾個(gè)不足之處： (1)探測(cè)器的靈敏度固定，不易改變，這樣在不同場(chǎng)合、不同環(huán)境中使用就不能選擇最佳的火災(zāi)探測(cè)靈敏度，選擇高了容易誤報(bào)警，選擇低了一旦發(fā)生火災(zāi)，報(bào)警不及時(shí)會(huì)損失嚴(yán)重。它的應(yīng)用使 人們對(duì)火災(zāi)的控制能力大大增強(qiáng)，使危害大大降低?！堆虺峭韴?bào)》稱火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)為“全天候的功勛衛(wèi)士” 。 基于上述 特性 ，早期火災(zāi)探測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，尤其是火災(zāi) 多元復(fù)合探測(cè)技術(shù)在火災(zāi)探測(cè)領(lǐng)域得到廣泛采用 ， 如采用物理參數(shù)復(fù)合的煙溫復(fù) 合探測(cè)器 ，采用不同波段光傳感器復(fù)合的雙波段火焰探測(cè)器等。 為此，在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，人類不得不對(duì)火災(zāi)發(fā)生過(guò)程進(jìn)行專項(xiàng)研究，截至目前，已經(jīng)形成了較為成熟的概念。 由于高層建筑都有建筑高度高、建筑面積大、用電設(shè)備多、供電要求高、人員集中等特點(diǎn)，這些都給高層建筑的防火問(wèn)題提出了很高的要求。本設(shè)計(jì)的檢測(cè)裝置由離子感煙傳感器 UD02 和與之配套的專用集成電路DQ295 等組成 ，通過(guò) 對(duì) 現(xiàn)場(chǎng)的火災(zāi)參數(shù)采集，模 /數(shù)轉(zhuǎn)換，地址編碼，然后傳送給單片機(jī) ，由 單片機(jī)進(jìn)行 相應(yīng)的運(yùn)算處理，判斷現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)生火災(zāi)。 I 摘 要 賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是隨時(shí)警惕火災(zāi)、及時(shí)報(bào)警和輸出聯(lián)動(dòng)滅火信號(hào)的忠實(shí)哨兵。 這種信號(hào)處理方式將 單片機(jī) 用于火災(zāi)模式判別，可以根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火災(zāi)參數(shù)的發(fā)展變化規(guī)律來(lái)識(shí)別真假火災(zāi)， 不同于 傳統(tǒng)單一的定值判別方式，