【正文】 我將繼續(xù)前行，去攀登知識(shí)的高峰，踏遍學(xué)問的大道，生命不息，奮斗不止！ 37 參考文獻(xiàn) [1] 孫育才． MCS51 系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用．第 4 版，東南大學(xué)出版社， 2022． [2] 王慶． Protel 99 SEamp。 最 后，我還要感謝我的親人，謝謝你們?cè)谶h(yuǎn)方對(duì)我的關(guān)心、支持與鼓勵(lì)，讓背井離鄉(xiāng)的我依然感受到溫暖。 其次，感謝我的同學(xué)們。老師誨人不倦的精神，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，讓我無比欽佩。 首先，我要感謝指導(dǎo)老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)。從最初的選題、寫開題報(bào)告 ，到后來的初稿、定稿， 并不是一帆風(fēng)順的。 第一次獨(dú)自離家求學(xué)，哭過、害怕過，正是因?yàn)橛羞h(yuǎn)方親人的鼓勵(lì)支持，身邊老師同學(xué)的關(guān)心幫助，我才能快速的適應(yīng)新的環(huán)境，順利的完成學(xué)業(yè)。回望過去，仿佛昨日。若要從根本上減少火災(zāi)給人類社會(huì)帶來的危害，最基本的還是提高警惕，從思想上重視起來，長(zhǎng)期牢固樹立防火減災(zāi)的意識(shí)。這樣就能設(shè)定火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的層次功能，自動(dòng)報(bào)警，遠(yuǎn)程控制，等其他功能。 （ 4）災(zāi)探測(cè)報(bào)警的網(wǎng)絡(luò)化 火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化指的是火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)中應(yīng)用到了計(jì)算機(jī)通信技術(shù)。 （ 2）全新的火災(zāi)判定依據(jù)從以搜集時(shí)間信息為主作為報(bào)警依據(jù)，轉(zhuǎn)為以物 性信息與時(shí)間信息相結(jié)合作為報(bào)警依據(jù)。 展望 現(xiàn)在是網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代，在科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展中國(guó)，自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警的技術(shù)也是日新月異，但是總體看來，新型的制造工藝和數(shù)字化的技術(shù)，還有新型材料的應(yīng)用，增加了系統(tǒng)的能力并且使維護(hù)也變得很方便了，保證了系統(tǒng)的可靠性運(yùn)行，降低系統(tǒng)的誤操作和信息化、智能化方向發(fā)展。 35 （ 5）火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)沒有聯(lián)網(wǎng)，可以使用 GSM 模塊進(jìn)行信息的無線傳送，這樣能夠及時(shí)將險(xiǎn)情信息發(fā)送至消防指揮中心。 （ 4）可以設(shè)置聯(lián)動(dòng)裝置，當(dāng)有險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)不僅能發(fā)出報(bào)警信號(hào)，而且能驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的滅火裝置進(jìn)行滅火，在火災(zāi)發(fā)生的早期及時(shí)控制險(xiǎn)情的蔓延。 （ 2）本文使用的 DS18B20 在保證精確度的情況下可以并聯(lián)使用 8 個(gè)，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。如果系統(tǒng)出現(xiàn) 硬件故障，能發(fā)出故障報(bào)警；如果只有一種信號(hào)參數(shù)出現(xiàn)異常 (如煙霧濃度過大或是溫度較高 )，能發(fā)出異常報(bào)警信號(hào)；如果煙霧和溫度同時(shí)出現(xiàn)異常，則說明有火災(zāi)，發(fā)出火災(zāi)警報(bào)。 當(dāng)發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)以聲光的形式發(fā)出報(bào)警。在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方面，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子程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)使用了 8位 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832，以通用芯片 AT89C51 作為系統(tǒng)的控制器。 34 總結(jié)與展望 總結(jié) 本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī) AT89C51 的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)安全可靠，誤報(bào)率低，操作方便，成本較低。 報(bào)警的閥值設(shè)定 圖 57 設(shè)定報(bào)警范圍 本設(shè)計(jì)可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定報(bào)警的溫度和煙霧濃度的范圍，通道按鈕可以調(diào)節(jié)。 溫度和煙霧濃度同時(shí)過高 圖 55 火災(zāi)發(fā)生 當(dāng)煙霧濃度和溫度同時(shí)超標(biāo)， D3，和 D4 同時(shí)發(fā)光，提示人們有火災(zāi)發(fā)生。 煙霧濃度過高時(shí) 圖 54 煙霧濃度過高 當(dāng)煙霧濃度過高時(shí)， D4 發(fā)光，同時(shí) D1 閃爍，蜂鳴器同樣發(fā)出報(bào)警聲音。 圖 51 仿真原理圖 32 沒有火災(zāi)發(fā)生 圖 52 正常情況 如圖 52 所示，當(dāng)沒有火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候，數(shù)碼管顯示當(dāng)前的溫度和煙霧濃度，D5 為電源指示燈。 Protues 仿真原理圖 當(dāng) 設(shè)定房間 發(fā)生火情時(shí)，也就是房間一的溫度和煙霧的水平超過傳感器預(yù)設(shè)值。 （ 2） Protues 軟件概述 Protues 軟件是英國(guó) Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件。 N Y 圖 49 濾波程序 中斷入口 設(shè)定采樣次數(shù) 調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換 達(dá)到設(shè)定次數(shù)？ 采樣值排序 求累加的和 求累加和的平均值 返回 31 功能仿真驗(yàn)證分析 關(guān)于仿真與編程軟件 本次設(shè)計(jì)首先用 KeilC51 進(jìn)行編程 開發(fā)，然后通過 Protues 軟件進(jìn)行仿真調(diào)試，最后根據(jù)調(diào)試得出應(yīng)有的結(jié)果。確保報(bào)警器的檢測(cè)濃度的準(zhǔn)確性，能夠減小錯(cuò)誤，保證系統(tǒng)的可靠性運(yùn)行。就是對(duì)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，去掉最大值，然后再去掉最小值，最后計(jì)算剩下的數(shù)據(jù)的平均值。造成更大的偏差。 當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為 10 時(shí)，表示煙霧濃度異常 ， P15 口變?yōu)榈碗娖剑?P34 口變?yōu)榈碗娖?，綠燈亮，蜂鳴器報(bào)警。 當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為 00 時(shí)，表示正常。當(dāng)兩個(gè)寄存器都是 0 的時(shí)候，表示情況是正常的，當(dāng)兩個(gè)寄存器有一個(gè)是 1 就說明情況異常，當(dāng)兩個(gè)都是 1 的時(shí)候，說明有火災(zāi)發(fā)生。 本次的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中使用的是煙霧傳感器 MQ2 和溫度傳感器 DS18B20，在本次論文中設(shè)定的溫度值是 60℃煙霧報(bào)警的濃度是 %FS，經(jīng)過換算最后的到的煙霧傳感器的輸出火災(zāi)煙霧傳感器的臨界電壓值是 。 流程圖如 47 所示。 （ 3） DS18B20 讀數(shù)據(jù) 27 圖 46 讀數(shù)據(jù)時(shí)序圖 把數(shù)據(jù)線的電位拉高，再做延時(shí)處理大約 2us，把數(shù)據(jù)線拉低，延時(shí) 6us，把數(shù)據(jù)線的電平拉高，做延時(shí)處理大約 4us。然后不斷的重復(fù)上面的過程，直到整個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送完 畢。延時(shí) 45us。如 果單片機(jī)接收到了一個(gè)低電平，單片機(jī)還是要進(jìn)行延時(shí) 480us，然后將數(shù)據(jù)線的電平拉高，初始化完成。再將數(shù)據(jù)線電平拉高。然后把蜂鳴器關(guān)掉，同時(shí)開啟綠燈，設(shè)置報(bào)警的初值。 24 N Y 圖 41 主程序流程圖 主程序初始化流程圖 主程序的流程圖如圖 42 所示，這部分的主要作用是要設(shè)定 I/O 端口的輸入輸出的狀態(tài)設(shè)定、開中斷、寄存器的初始化等等。當(dāng)初始完成， P2 P2 P24是高電平，而 P25 是低電 平。系統(tǒng)的程序流程圖見圖 41 所示。但需要擴(kuò)展程序的時(shí)候也很方便。 為 了使系統(tǒng)方便維護(hù)，自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用的是模塊化設(shè)計(jì)程序，這些模塊的作用是通過調(diào)用子程序來實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)也兼容匯編語言的微操作功能。 23 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件開發(fā)環(huán)境 本次論文沒有用匯編語言編寫，采用 C 語言編寫程序。 圖 311 顯示電路 控制電路 圖 312 控制電路 報(bào)警溫度用按鍵 S2， S3， S4 來設(shè)置， S2 為調(diào)整鍵，按一次可調(diào)整報(bào)警上限溫度值，按兩次可調(diào)整報(bào)警下限溫度值，按三次數(shù)碼管恢復(fù)到正常溫度顯示。這就是動(dòng)態(tài)顯示。 動(dòng)態(tài)數(shù)碼管是指每個(gè)數(shù)碼管的 a b c d e f g 相同的字母都連接在一起，每個(gè)數(shù)碼管的公共端作為片選端子，當(dāng)輸入端子連接到 P0 時(shí)候， P0 輸出一個(gè)字符，所有的數(shù)碼 管都是相同的，但是要看那個(gè)數(shù)碼管顯示就要相應(yīng)顯示的數(shù)碼管的片選端 22 子為高電平。共陽極的數(shù)碼管當(dāng)控制端輸入的是低電平相應(yīng)的發(fā)光二極管就會(huì)發(fā)光，當(dāng)輸入端是高電平的時(shí)候相應(yīng)的二極管就熄滅。按照二極管的連接方式可分為共陰極和共陽極。數(shù)碼管按照發(fā)光二極管的數(shù)量可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管。 圖 39 光報(bào)警電路 聲報(bào)警電路 其電路圖如 圖 310 所示 21 圖 310 聲報(bào)警電路 報(bào)警器故障自診斷 判斷傳感器電源連接情況，在傳感器的地端串聯(lián)一個(gè)電阻 R，當(dāng)傳感器正常連接時(shí)，電阻和傳感器分壓，此時(shí)電阻兩端有微弱的電壓，單片機(jī)可以通過 口檢測(cè)到： 如果傳感器 電源連接不正常，則會(huì)產(chǎn)生斷路，檢測(cè)到電阻兩端電壓為 0V。連接電路如圖 39 所示 。使用放大器可以是輸入的電阻增大，提 20 高傳感器的靈敏度。 19 圖 37ADC0832 煙霧信號(hào)調(diào)理電路 圖 38 煙霧信號(hào)處理模塊 煙霧傳感器的處理信號(hào)圖 38 所示，當(dāng)煙霧濃度上升的時(shí)候， 4(6)腳的電壓上升，使比較器的 U電壓升高，當(dāng)電壓大于 U+的時(shí)候輸出負(fù)電平，這使發(fā)光二極管發(fā)光，提醒監(jiān)視員，有異常情況發(fā)生，同時(shí)三極管的基極變?yōu)榈碗娖剑龢O管由飽和區(qū)變?yōu)榻刂箙^(qū)，輸出的 TTL 電平是低電平。當(dāng)?shù)谌齻€(gè)時(shí)鐘脈沖下降的時(shí)候 D0(6)開始進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)工作，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)是第四個(gè)的下降沿時(shí)候 D0 開始輸出數(shù)據(jù)的高位 DATA7 當(dāng)像一個(gè)脈沖繼續(xù)輸出直到 DATA0，然后開始反向輸出即輸 DATA0~DATA7，此次轉(zhuǎn)換結(jié)束。當(dāng)引腳的串行數(shù)據(jù)是 0、 1 的時(shí)候零通道接 入的是模擬信號(hào)的負(fù)相輸入端，一通道接入的是正相。 AT89C51 晶振電路與復(fù)位電路如圖 35，圖 36 所示。所以，設(shè)計(jì)完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。 手動(dòng)復(fù)位是在需要復(fù)位的時(shí)候按下按鈕使復(fù)位端子加上高電平，采取的措施是在復(fù)位端和單片機(jī)的單元上接一個(gè)按鈕，當(dāng)想復(fù)位的時(shí)候，電源的電平就會(huì)接到復(fù)位端子上，則系統(tǒng)就會(huì)復(fù)位。單片機(jī)的處理器就會(huì)響應(yīng)把系統(tǒng)給復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是有復(fù)位引腳（ REST）進(jìn)入到芯片里面的觸發(fā)器中的。作用是為了防止當(dāng)電源開關(guān)的瞬間有抖動(dòng)從而影響復(fù)位。 （ 2）復(fù)位電路 復(fù)位電路的基本功能是：當(dāng)系統(tǒng)得電的時(shí)候提供一個(gè)復(fù)位信號(hào)，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定的時(shí)候在撤銷復(fù)位信號(hào)。例如使用的是石英晶體， 電容的大小應(yīng)該是三十皮法左右，但是用的是陶瓷振蕩器電容的容量就應(yīng)該是四十皮法左右。在片外的陶瓷諧振器或者是石英晶體作為反饋元件和放大器形成了一個(gè)自激振蕩器。 17 各電路模塊的設(shè)計(jì) 單片機(jī)外圍接口電路 （ 1）晶振電路 晶振電路是給單片機(jī)工作提供時(shí)鐘信號(hào)的，芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益的反相放大器用于形成內(nèi)部的振蕩器。 單片機(jī)有看門狗進(jìn)行自檢單片機(jī)的狀態(tài)。如果煙霧傳感器的加熱電阻絲或者電纜線和傳感器的電源線接觸不良，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，但是這種報(bào)警信號(hào)是和火災(zāi)的報(bào)警信號(hào)是不同的。但是煙霧傳感器是在溫 度很高的情況才能正常的工作，所以在報(bào)警系統(tǒng)必須有預(yù)熱的時(shí)間，才能發(fā)揮正常的作用。 DS18B20 引腳定義： A， DQ 是數(shù)字信號(hào)的輸出 /輸入端； B， GND 是電源接地； C， VDD 是芯片電源供電的輸入端。 DS18B20 的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。用一根線以串行的型式傳遞給 CPU，同時(shí)也可以傳送 CRC 校驗(yàn)碼，這樣傳感器就有很強(qiáng)的抗干擾能力，和糾錯(cuò)的能力。 16 G 九位的分辨率轉(zhuǎn)換時(shí)間是 ，當(dāng)把分辨率設(shè)置為 12 為的時(shí)候需要的時(shí)間是 750ms 速度較快?！?。 D 本傳感器使用的時(shí)候不用任何的外圍元件，所有的傳感器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路都繼承在一起。 B 比較方便的數(shù)據(jù)接口方式，這種溫度傳感器和單片機(jī)相鏈接的時(shí)候只需要一條數(shù)據(jù)線就能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和傳感器的雙向通訊。 DS18B20 的特點(diǎn)