【正文】 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中使用的是溫度傳感器 AD590 和煙霧傳感器 TGS202，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 ℃。 由于設(shè)計(jì)采用的是模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能是通過調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)的。每次采集溫度煙霧數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存入單片機(jī)的寄存器，然后在火災(zāi)判斷程序中，將 采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。首先設(shè)定定時器工作方式，然后開系統(tǒng)中斷，以便響應(yīng)中斷定時，及時對氣體濃度和溫度進(jìn)行采樣。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 37 圖 程序流程圖 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 38 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(jī)輸出輸入端口的設(shè)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(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集程序、火災(zāi)判斷、報(bào)警程序。 為了便于系統(tǒng)維護(hù)，在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中采用了模塊化程序設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)的。然后分別由 C51 及 A51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件 (.OBJ)。另外重要的一點(diǎn)，Keil C51 生成的目標(biāo)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。因?yàn)?C 語言的描述由函數(shù)組成，是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言，所以更容易實(shí)現(xiàn)模塊化，而且具有可讀性好，易于移植等優(yōu)點(diǎn)，同時還有匯編語言一樣的位操作功能的硬件詳細(xì)控制指令 [29]。在本系統(tǒng)中，對 LED 進(jìn)行的是動態(tài)掃描，除了給顯示器提供段的輸入之外，還要對顯示器進(jìn)行位控制。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 報(bào)警電路 語音報(bào)警電路 A01A13A25A37A49A511NC13NC15A617A719NC21VSSD23VSSA25SP+134VCCD2REC4XCLK6RED8PLAE10PLAY12NC14ANAO16ANAI18AGC20REF22MIC24VCCA26SP28ISD1420C810KR17C9C10C121KR18470KR16100KR19100KR20LED4S2SWPBSPEAKERVCCVCC 圖 312 語音報(bào)警電路 AD 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號傳輸給 P0 口，讀取 P0 口的內(nèi)容跟設(shè)定的值進(jìn)行判定，如果大于設(shè)定值， 輸出低電平，控制語音芯片 ISD1420 的發(fā)出火災(zāi)語音報(bào)警 . 如果小于于設(shè)定值， 輸出高電平，說明正常，沒有火災(zāi)發(fā)生。在本報(bào)警器電路中，同樣要對兩類傳感器的輸出信號進(jìn)行放大調(diào)理。 ADC0809 的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號 EOC 接到 80C51 的 INT1引腳，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換完成后， EOC 變?yōu)楦唠娖剑硎巨D(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。圖中 三態(tài)允許控制端 OE 接地，表示三態(tài)門一直打開。單片機(jī)山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 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。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 80C51 的 ALE 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)。 START： 轉(zhuǎn)換啟動信號 ， 當(dāng) START 上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， START 應(yīng)保持低電平。 ADC0809 的通道選擇地址由 80C51 的 ～ 經(jīng)地址鎖存器 74LS373 輸出提供。由于人的動作再快也會使按鈕山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，設(shè)計(jì)完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 REST引腳上有一個高電平并維持 2 個機(jī)器周期 (24 個振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。 復(fù)位電路 復(fù)位電路 的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶 體或陶瓷諧振蕩器一起構(gòu)成自激振蕩器。 當(dāng)單片機(jī)寫入模式控制字后， ICM7218 以約定的方式接收顯示數(shù)據(jù)并將數(shù) 據(jù)寫入靜態(tài)顯示 RAM 中。當(dāng)時鐘頻率 500KHz時，轉(zhuǎn)換時間為 128μ s。 （ 3）單電源 +5v供電，基準(zhǔn)電壓由外部提供，典型值為 +5v，此時允許輸入模擬電壓為 0— 5V。其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號 ，只選通 8 路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 A／ D 轉(zhuǎn)換器的主要性能參數(shù)有： 引腳 第 2 功能 RXD（串行口輸入端 0） TXD（串行口輸出端） INT0（部中斷 0請求輸入端，低電平有效） INT1（中斷 1請求輸入端，低電平有效） T0（時器 /計(jì)數(shù)器 0計(jì)數(shù)脈沖端） T1（時器 /計(jì)數(shù)器 1 數(shù)脈沖端） WR（部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效） RD（部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效） 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 (1) 分辨率分辨率表示 A／ D 轉(zhuǎn)換器對輸入信號的分辨能力。 P3 口的第 2 功能見下表 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 表 單片機(jī) P3口 管腳含義 綜上所述， MCS— 51系列單片機(jī)的引腳作用可歸納為以下兩點(diǎn)： 1).單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第 2功能； 2).單片機(jī)對外呈 3總線形式，由 P P0 口組成 16 位地址總線；由 P0口分時復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線。當(dāng)接有外部程序存儲器或擴(kuò)展 I/O 接口且尋址范圍超過 256個字節(jié)時， P2 口用于高 8 位地址總線送出高 8位地址。 (B)P1 口（ 1 腳～ 8腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P1口，可作為準(zhǔn)雙向 I/O接口使用。當(dāng)不接外部存儲器與不擴(kuò)展 I/O 接口時，它可作為準(zhǔn)雙向 8位輸入 /輸出接口。若超出該范圍時，自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當(dāng)從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機(jī)器周期 PESN 兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。 （ A） RST/VPD（ 9 腳）： RST 即為 RESET， VPD 為備用電源，所以該引腳為單 片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。 （ 1）電源引腳 VCC 和 VSS VCC（ 40 腳）：接 +5V 電源正端； VSS（ 20 腳）：接 +5V 電源正端。 語音段的尋址 語音芯片與單片機(jī)的連接，常通過串行口來實(shí)現(xiàn)，串行口也可以通過輔助電路分時多用。節(jié)電模式下 ,它們保持為低電平。對話筒輸入來說， ANA OUT 端應(yīng)通過外接電容連至本端。當(dāng)以差分形式連接話筒時 ， 可減小噪聲 ，提高共模抑制比。 邊沿觸發(fā)放音（ /PLAYE） ： 此端出現(xiàn)下降沿時，芯片開始放音。模擬和數(shù)字電源端最好分別走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容應(yīng)盡量靠 近芯片。 TGS202 氣體傳感器能探測 CO2, CO, 甲烷、煤氣等多種氣體 ,他靈敏度高 ,穩(wěn)定性好 ,適合于火災(zāi)中氣體的探測。 輸出電阻為 710MΩ； 精度高。 圖 31 AD590應(yīng)用電路圖 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 AD590 有以下特點(diǎn)： AD590 的測溫范圍 55℃～ +150℃。 AD590是美國 Analog Devices公司生產(chǎn)的一種電流型二端溫度傳感器。 火災(zāi)報(bào)警器是重要的安全設(shè)備，一切重要的場所，如大型物資倉庫、隧道、大型船舶、高層建筑都應(yīng)該安裝。 （ 3）光輻射探測器。正常的情況下，山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 探測器的電路斷開，當(dāng)溫度升到一定值時，由于金屬膨脹、延伸，導(dǎo)體接通，于是發(fā)出了信號。近年來還出現(xiàn)了激光感煙探測器，它也是利用光電感應(yīng)原理，不同的是光源改用激光束。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。 火災(zāi)探測器的原理 火災(zāi)發(fā)生時，必然會伴隨著產(chǎn)生煙霧、高溫和火光，探測器對這些都很敏感。感光型火災(zāi) 報(bào)警系統(tǒng)就是通過響應(yīng)火災(zāi)中產(chǎn)生的光特性，即擴(kuò)散火焰的光強(qiáng)度和閃爍頻率，來觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)的。在火災(zāi)發(fā)生的初期，由于溫度比較低，許多物質(zhì)都處于陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙霧。 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的類型 根據(jù)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中所使用的探測器種類的不同，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可以分為以下四種： （ 1）感溫型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 由于火災(zāi)發(fā)生時燃燒物會產(chǎn)生大量的熱量，使得周圍溫度迅速變化。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報(bào)警子程序等，系統(tǒng)程序流程圖如圖 所示。一旦真出現(xiàn)火災(zāi) (煙霧和溫度同時出現(xiàn)異常 )時，能立即山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 發(fā)出語音、光火災(zāi)警報(bào) [15] 。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障時，能發(fā)出故障報(bào)警信號。圖 為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 : 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 單片機(jī)是整個報(bào)警系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的工作原理是：先通過傳感器 (包括溫感和煙感 )將現(xiàn)場溫度、煙霧等非電信號轉(zhuǎn)化為電信號，調(diào)理電路將傳感器輸出的電信號進(jìn)行調(diào)理 (放大、濾波等 )，使之滿足 A /D 轉(zhuǎn)換的要求 ,最后由 A /D 轉(zhuǎn)換電路 ,完成將溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，單片機(jī)判斷 現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。 圖 起火過程曲線 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體功能概述 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)一般由火災(zāi)探測器、報(bào)警器組成。 總的來說，普通可燃物在燃燒時表現(xiàn)為以下形式：首先是產(chǎn)生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣充足的條件下才能達(dá)到全部燃燒，產(chǎn)生火焰，發(fā)出可見光和不可見光，并散發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度升高。陰燃就是在疏松或顆粒介質(zhì)中形成的緩慢進(jìn)行的熱解和氧化反應(yīng)，它能長時間自行維持并傳播，當(dāng)條件發(fā)生變化時，或者自行熄滅，或者轉(zhuǎn)化為明火。同時，發(fā)出含有紅、紫外線的火焰，散發(fā)出大量的熱量 [11]。一般氣溶膠的分子較小 (直徑 m)。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 第２章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 火災(zāi)產(chǎn)生原理及過程 火災(zāi)是一種失去人為控制的由燃燒造成的災(zāi)害，產(chǎn)生火災(zāi)的基本要素是可燃物、助燃物和點(diǎn)火源。 火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)能迅速監(jiān)測火情，可發(fā)現(xiàn)人們不易發(fā)覺的火災(zāi)早期特征，可將火災(zāi)帶來的生命財(cái)產(chǎn)損失降到最低限度。一旦發(fā)生火災(zāi)，將對人的生命和財(cái)產(chǎn)造成極大的危害 [7]。相比較而言，亞洲地區(qū)發(fā)生火災(zāi)次數(shù)較少，但死亡人數(shù)較多，這與亞 洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度不高、消防設(shè)施不完善等因素有關(guān)。 課題研究的背景和意義 在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會發(fā)展的主要災(zāi)害之一。 在我國，采用的無線通信方 式的火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)日益受到重視。 近年來，采用無線通信方式的火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)在國外悄然興起。它使得布線工作量顯著減少，安裝調(diào)試更加容易，更能精確報(bào)警定位。但是它易受環(huán)境中其他干擾源的影響，靈敏度低，響應(yīng)速度慢，無法判斷陰燃火災(zāi)，也無 法滿足智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的要求。 有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)表明：凡是安裝了火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的場所，發(fā)生了火災(zāi)一股地說都能及早報(bào)警，不會釀成重大火災(zāi) 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 根據(jù)現(xiàn)代戰(zhàn)爭的突發(fā)性、立體性和區(qū)域不確定性 ,使攻防界線模糊 ,作戰(zhàn)方向多變 ,戰(zhàn) 火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)已有百余年的發(fā)展歷史， 19 世紀(jì) 40 年代美國誕生的火災(zāi)報(bào)警裝置標(biāo)志著火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)首次進(jìn)入人們的視野 [1]。 sensor 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III 目錄 摘 要 ..............................................................................................I ABSTRACT ................................................................................... II 目錄 ...............................................................................................III 緒論 ................................................................................................. 1 概述 .....