【正文】 38 參考文獻(xiàn) [1] ， ， ， A .Coping. A simulation model for studying the implementation of performancebased fire safety design in buildings [J].Automations in Construction， 1998， 17(7)： 852~ 863. [2] ， ， . Intelligent building research： a review [J].Automation in Construction， 2020， 14 (l)： 143~159. [3] 張向亮 . 智能建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào) 警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究：（碩士學(xué)位論文） .武漢理工大學(xué)，2020. [4] Vaughn Bradshaw. The Building Environment: Active and Passive Control systems[M].John Wiley amp。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，自己也學(xué)到了許多新的知識(shí)，有很多感悟和體驗(yàn)心得。由于上述缺點(diǎn)的存在 ,此系統(tǒng)不是很完善 ，還有待進(jìn)一步改進(jìn)。由于電源的波動(dòng)，傳感器的電氣特性等問(wèn)題，使得A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果有時(shí)波動(dòng)很大，這樣就可能出現(xiàn)誤報(bào)警。由于實(shí)現(xiàn)了對(duì)普通環(huán)境中煙霧濃度和溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，因此具有非常普遍的意義，能廣泛應(yīng)用于居民家庭、企事業(yè)單位等多方面的安全防范。是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的火災(zāi)報(bào)警器，具有一定的實(shí)用價(jià)值 。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)努力，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)。 結(jié)論 37 火災(zāi)報(bào)警器可保障生產(chǎn)與生活的安全，避免火災(zāi)和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和安全生產(chǎn)所必備的儀器，具有廣闊的市場(chǎng)空間與發(fā)展前景。系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行報(bào)警判斷后，間隔 20s后（通過(guò)系統(tǒng)的延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)），再一次采集現(xiàn)場(chǎng)的溫度煙霧信號(hào)進(jìn)行判斷，即每一次語(yǔ)音報(bào)警持續(xù) 20s，直到系統(tǒng)做出下一次判斷結(jié)果。經(jīng)過(guò)換算可得出溫度煙霧傳感器輸出火災(zāi)報(bào)警臨界電壓值為： = 臨 ， = 臨 系統(tǒng)對(duì)溫度和煙霧進(jìn)行了兩次數(shù)據(jù)采集與判斷，每次信號(hào)采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值比較，當(dāng)溫度≥ 57℃，溫度異常，置寄存器變量 a 為 1，否則為 0；當(dāng)煙霧濃度≥ ％，煙霧濃度異常，置寄存器變量 b 為 1，否則為 0。 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℃。當(dāng)系統(tǒng)采集 2 次溫度煙霧信號(hào)后，轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存開始 定時(shí)器初始化 開中斷 關(guān)閉蜂鳴器，打開綠燈 設(shè)定初值 Y N 是否保持報(bào)警初值 返回 35 入單片機(jī)的寄存器中，系統(tǒng)再調(diào)用火災(zāi)判斷子程序。 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(guò)調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)的。系統(tǒng)延時(shí) 50ms，進(jìn)行第二 次溫度煙霧信號(hào)采集，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入寄存器中。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(chǎng)是否發(fā)生火災(zāi)。 34 圖 42 主程序初始化流程圖 ． 3 數(shù)據(jù)采 集子程序 數(shù)據(jù)采集是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。首先設(shè)定定時(shí)器工作方式，然后開系統(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。 ． 2 主程序初始化流程圖 主程序初始化流程圖如圖 42所示。 圖 程序流程圖 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)輸出輸入端口的設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、外圍驅(qū)動(dòng)電路等完成初始化，接下來(lái)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。本系統(tǒng)主要包括主程序、溫度煙霧數(shù)據(jù)采集子程 33 序、火災(zāi)判斷與報(bào)警子程序等 [ 4 ]。 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(gè)模塊的具體功能都是通過(guò)子程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)的。 ABS文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex 文件，以供調(diào)試器 dScope51 或 tScope51 使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì) 目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。然后分別由 C51 及 A51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件 (.OBJ)。 C51 工具包的整體結(jié)構(gòu)中，μ Vision 與 Ishell 分別是 C51 for Windows 和 for Dos 的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。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(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。 本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國(guó) Keil Software 公司出品的 Keil C51，是 51系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)。因?yàn)?C 語(yǔ)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(yǔ)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(shí)還有匯編語(yǔ)言一樣的位操作功能的硬件詳細(xì)控制指令 [29]。其電路圖如圖 39所示。在本系統(tǒng)中，對(duì) LED 進(jìn)行的是動(dòng)態(tài)掃描，除了給顯示器提供段的輸入之外，還要對(duì)顯示器進(jìn)行位控制。如果出現(xiàn)異常情況， 、 輸出高電平， 輸出低電平，控制綠色發(fā)光二級(jí)管的發(fā)光。 報(bào)警電路 語(yǔ)音報(bào)警電路 30 圖 312 語(yǔ)音報(bào)警電路 AD 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)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(yǔ)音芯片 ISD1420 的發(fā)出火災(zāi)語(yǔ)音報(bào)警 . 如果小于于設(shè)定值， 輸出高電平，說(shuō)明正常，沒(méi)有火災(zāi)發(fā)生。從傳感器采集過(guò)來(lái)的微弱電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)電壓放大器的放大，得到較強(qiáng)的模擬電壓信號(hào)。在本報(bào)警器電路中，同樣要對(duì)兩類傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)理。 信號(hào)處理電路 29 圖 310 信號(hào)處理電路 由于傳感器輸出的模擬信號(hào)比較微弱，且含有干擾信號(hào)，所以系統(tǒng)需要將信號(hào)進(jìn)行放大、過(guò)濾 。 ADC0809 的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào) EOC 接到 80C51 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。 START 上升沿將 A/D 內(nèi)的寄存器清零，下降 沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 端變成低電平，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。圖中 ALE 信號(hào)與 START 信號(hào) 28 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。 LE 端接至單片機(jī)的地址鎖存允許 ALE 端。圖中 三態(tài)允 許控制端 OE 接地，表示三態(tài)門一直打開。 表 ADC0809 通道選通 通入通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 本設(shè)計(jì)使用 74LS373 作為地址鎖存器，當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時(shí)，輸出端 O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。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。故 D 觸發(fā)器能實(shí)現(xiàn)對(duì) ALE 端口的信號(hào)二分頻。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。系統(tǒng)80C51 與 ADC0809 接口電路如圖 39所示。 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)。當(dāng) EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 START： 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)，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期 間， START 應(yīng)保持低電平。當(dāng) ALE 線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 ADC0809 的通道選擇地址由80C51 的 ～ 經(jīng)地址鎖存器 74LS373 輸出提供 。 80C51 的復(fù)位電路如圖 所示。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，設(shè)計(jì)完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。 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。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 REST 引腳上有一個(gè)高電平并維持 2 個(gè)機(jī) 器周期 (24 個(gè)振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。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)開始工作。 復(fù)位電路 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。由于外接電容 C C3 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? 。這個(gè)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)成自激振圖 37 ICM7218 引腳圖及內(nèi)部框圖 24 蕩器。其引腳圖和內(nèi)部框圖如圖 37 所示。 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。 ICM7218 的輸出可直接驅(qū)動(dòng) L ED 顯示器 ,不需外接驅(qū)動(dòng)電路 ,工作電壓為 +5V,其構(gòu)成的顯示電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,使用方便。當(dāng)時(shí)鐘頻率 500KHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為128μ s。 （ 5）可鎖存三態(tài)輸出，輸出電平與 TTL電平兼容。 （ 3）單電源 +5v供電，基準(zhǔn)電壓由外部提供，典型值為 +5v，此時(shí)允許輸入模擬電壓為 0— 5V。 22 圖 35 ADC0809 引腳 圖 圖 36 ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ADC0809的 引腳功能 : D7D0 ： 8位數(shù)字量輸出引腳 IN0IN7 ： 8位模擬量輸入引腳 VCC ： +5V工作電壓 GND ：地 REF（ +） ：參考電壓正端 REF（ ） ：參考電壓負(fù)端 START :A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端 ALE ：地址鎖存允許信號(hào)輸入端 ADC0809的 主要性能指標(biāo)為 : （ 1）分辨率為 8位。其內(nèi)部有一個(gè) 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(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。不同類型的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度相差甚遠(yuǎn)； (3) 轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差表示 A／ D 轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別，常用最低有效位的倍數(shù)表示； (4) 線性度線性度指實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。 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。但是大多數(shù)單片機(jī)本身只能識(shí)別和處理數(shù)字量，因此必須經(jīng)過(guò)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換 (A／ D 轉(zhuǎn)換 )，才能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)對(duì)被控對(duì)象的識(shí)別和處理。 P3 口的第 2 功能見下表