【正文】 由于 A/D 轉換器的采樣與轉換速度很快，往往會產生很多重復值，故設計了一個采樣延遲和多次采樣平均值的算法：啟動 A/D 轉換之后 ，每一次采樣之前會延時 1ms，除此之外每次讀取的數據并不送入分析過程，而是先暫存在內存中 ，每讀取 30 個數據之后去。該模塊的軟件流程圖如圖 43 所示。 開機之后，通過主函數首先調用系統(tǒng)自檢函數 system_chk()進行自檢，程序首先會有一個約 500μs 的 延時 ，防止因為系統(tǒng)初啟動不穩(wěn)定造成的讀數錯 誤，之后程序會 依次 啟動 各個 傳感器所在的 A/D 轉換器讀取 信號 ，由圖 3圖 36 所示的傳感器電路可知若 溫度 傳感器故障或拔出時， A/D 轉換器的輸入電壓將為 5V， 轉換結果將是 255，則將此數據作為判斷溫度傳感器是否正常的 判斷標準 ，而一氧化碳傳感器和煙霧傳感器故障或拔出時， A/D 轉換器的輸入電壓為 0，相應輸出值為 0，則將此數據作為判斷煙霧和一氧化碳傳感器是否正常的判斷標準。當系統(tǒng)檢測到溫度的快速上升 同時存在煙霧和易燃氣體時將顯示明火火災報警消息， 并 啟動蜂鳴器報警 。 2) 暗火火災告警： 火災從初期開始繼續(xù)發(fā)展，煙霧和一氧化碳濃度會 繼續(xù) 升高 ，溫度開始上升 ，但由于仍然沒有明火，仍然不會使溫度達到報警閾值 ，此時系統(tǒng)通過傳感器檢測到氣體和煙霧濃度的繼續(xù)升高， 將啟動蜂鳴器進行報警，同時將暗火火災的消息顯示出來。 圖 42 軟件系統(tǒng)總體流程圖 本系統(tǒng)的報警 方式分為 2 種： “顯示警告消息 ”與 “消息 +蜂鳴器報警 ”。程序開始運行后，系統(tǒng)首先對各個傳感器進行初始化以便開始系統(tǒng)自檢，隨后系統(tǒng)進入自檢階段，軟件將根據各個傳感器返回的信息判斷 傳感器功能是都正常，若發(fā)現(xiàn)異常將及時 把 錯誤信息顯示出來 ，同時掛起系統(tǒng)，避免繼續(xù)運行對系統(tǒng)可能造成的損害 ，若傳感器正常，系統(tǒng)會根據環(huán)境溫度對照事先寫入的環(huán)境權重數值 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 25 圖 41 Keil μVision3 軟件開發(fā)界面 表分配 變量權值 ；然后系統(tǒng)開始進入循環(huán)檢測各個傳感器返回數據的監(jiān)控狀態(tài)，每一次遍歷傳感器返回信息后， 將數據進行分析，判斷是否有異常狀況 ， 數據判斷方式根據設計的權重算法進行 模糊判斷 ， 確定為異常時進行對應的消息提示或報警提示 。 軟件 的運行界面如圖 41 所示。 此外由于匯編程序開發(fā)周期長，調試相對困難，程序可讀性低等缺點， 故使用 C 語言作為軟件開發(fā)的語言。 C 語言是一種通用編程語言，既可用于 PC 程序設計，也可以對單片機進行程序設計，由于 C 語言 既有 高級語言 很強的表達性和運算能力，又可以像低級語言直接對硬件進行操作 ，能夠解決匯編編程中的很多問題。但是數據處理算法的設計又不能一味 采用高速處理算法，在同樣的硬件環(huán)境下，隨著處理速度的提高，誤警率 會呈對數形式提高，所以在軟件中數據處理算法 要在權衡準確性與速度的前提下 做出相對最優(yōu)的設計。 3) 數據處理即時性： 火災發(fā)生時， 能不能及時 進行 火災 告警 將直接影響 能否 控制火災規(guī)模、減少火災造成的生命財產損失 。 2) 兼容 性： 上一點中已經說到，火災報警系統(tǒng)常工作于極端環(huán)境下，因此其硬件尤其是傳感器等 易損耗 部件 的更換會經常發(fā)生，而當沒有同樣型號的配件時，通常也只能用同類型器件替換，此時除了涉及到兼容性問題。 1) 軟件運行穩(wěn)定性： 由于火災報警系統(tǒng)的工作環(huán)境相比其它類型電子系統(tǒng)更為復雜， 往往在火災中會處于高溫、高輻射或由電氣火災引起的電磁干擾下 ，而這些環(huán)境因素對系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的影響是巨大的。 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 23 第 4章 系統(tǒng)軟件設計 本章將詳細介紹火災報警系統(tǒng)的軟件設計過程， 從 系統(tǒng)功能 對軟件設計的各方面要求 ，軟件開發(fā)環(huán)境 到 各個功能實現(xiàn)的軟件算法與代碼分析 。 圖 317 MAX232 電平轉換芯片引腳分配及邏輯原理圖 圖 318 通訊模塊硬件連接圖 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 20 A pr 201 0 S he e t of F i l e : E : \畢設資料 \電路圖 \ F i r e _A l e r t .dd b D r a w n B y :12345678 910111213141516R 1 I NR 2 I NT 1 I NT 2 I NC 1+C 1R 1 O U TR 2 O U TT 1 O U TT 2 O U TC 2+C 2GNDV+ V VCCU3M A X 232 C P E162738495D B 9C 13474C 12474C4474C6474 C7474V C CP 30P 31西南科技大學本科生畢業(yè)論文 22 小結 本章對火災報警系統(tǒng)的 個硬件模塊設計作了詳細介紹，選擇 STC89C52RC 作為系統(tǒng)處理器，傳感器選用了 Pt100 熱電偶溫度傳感器、 HIS07 例子煙霧傳感器、 ME4CO電化學一氧化碳傳感器，詳細介紹了傳感器信息采集電路、示警與顯示電路、看門狗和通信模塊的設計。 芯片的引腳分配以及邏輯 原理 圖見圖 317。但單片機串行口采用正邏輯的 TTL 電平，這樣就存在 TTL 電平與 EIA 電平的轉換問題，例如當單片機和 PC 進行串行通行時， PC COM1 或者 COM2 口發(fā)送引腳 TXD信號是 EIA 電平，不能直接與單片機串行口接收端 RXD 引腳相連；同樣單片機串行口發(fā)送端 TXD 引腳輸出信號采用正邏輯的 TTL 電平 ，也不能直接與 PC 串行口 COM1 或COM2 的 RXD 端相連。例如 當 單片機工作在 12T、 12MHz，預分頻 256 的狀態(tài)下時，看門狗定時器的溢出時間為 1225632768/12021000= 秒。 PS2,PS1,PS0 為看門狗計 時器預分頻值， 預分頻值如表 37 所示。 看門狗的命令碼見表 36。 圖 316 電源管理模塊電路原理圖 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 20 A pr 201 0 S he e t of F i l e : E : \畢設資料 \電路圖 \ F i r e _A l e r t .dd b D r a w n B y :1234U S B B U S T E RS W S P D TD M 7220 uf220 uf1401kP O W E R123L 780 5C V220 uf / 16vV C C西南科技大學本科生畢業(yè)論文 20 看門狗簡介 在實際應用中，單片機的工作環(huán)境很復雜，易受到來自各方面的干擾，使內部指針混亂或者進入死鎖狀態(tài) 導致整個系統(tǒng)的無響應或者崩潰，為了解決這一問題，通常會在設計中 加入程序運行時間 (Runtime Monitoring)監(jiān)控電路 ，即 “看門狗 (Watchdog)”技術，當監(jiān)測到程序運行時間超出預設值時自動復位系統(tǒng) ，將系統(tǒng)指針強制指向 0000H 入口 ，使程序脫離死循環(huán)，可有效解決軟件系統(tǒng)的運行故障。 本系統(tǒng)的電源模塊使用 正穩(wěn)壓場效應管 L7805CV 作為電路的穩(wěn)壓芯片 ，該芯片能承受 的瞬時電流，支持 5V、 、 6V 等多種 電壓， 且 具有過熱過載保護和輸出轉換 SOA 保護措施，能很好的完成穩(wěn)壓的工作，芯片的外形及原理框圖見圖 315。 電源管理模塊 在各種電子系統(tǒng)中，電源是不可缺少的組成部分，其性能直接關系到整個系統(tǒng)的技術性能和工作穩(wěn)定性。 圖 313 SMC1602A LCM 液晶顯示 模塊 外形圖 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 20 A pr 201 0 S he e t of F i l e : E : \ 畢設資料 \ 電路圖 \ F i r e _A l e r t .dd b D r a w n B y :I N 11I N 22I N 33I N 44I N 55I N 66I N 77C O M M O N8C L A M P9O U T 710O U T 611O U T 512O U T 413O U T 314O U T 215O U T 116U9U L N 200 3A ( 16)U6B E L LV C CV C C12345J 1812345J 17C O N 5R E L A Y S P D T123C O N 3P12P11西南科技大學本科生畢業(yè)論文 18 表 35 SMC1602A LCM 液晶顯示模塊引腳說明 引腳標號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 2 VDD 電源正極 3 VL 液晶顯示偏壓信號 4 RS 數據 /命令選擇端 (H/L) 5 R/W 讀 /寫選擇端 (H/L) 6 E 使能信號 7~14 D0~D7 數據 I/O 15 BLA 背光源正極 16 BLK 背光源負極 圖 314 SMC1602A LCM 液晶顯示模塊硬件連接圖示 1602 的基本操作時序分 以下 4 個： 1) 讀狀態(tài)：輸入： RS=0,RW=1,E=1 輸 出： D0~D7=狀態(tài)字 2) 寫指令：輸入： RS=0,RW=0,D0~D7=指令碼 輸出： 無 3) 讀數據：輸入： RS=1,RW=1,E=1 輸出： D0~D7=數據 4) 寫數據：輸入： RS=1,RW=0,D0~D7=數據 輸出：無 顯示模塊的初始化及復位過程 依次為：延時 15ms，寫指令 0x38，延時 5ms， 寫指令 0x38，延時 5ms，寫指令 0x38，檢測忙信號，寫指令 0x38 設置顯示模式，寫指令 0x08顯示關閉，寫指令 0x01 顯示清屏，寫指令 0x06 設置顯示光標移動，寫指令 0x0C 設置顯示開及光標。模塊有 16 個引腳，引腳說明見表 35。 腳對應一個繼電器，用以在需要時驅動外部設備，使用繼電器可以排除器件本身如工作電壓范圍等不相容因素，使系統(tǒng)能控制更多外部設備，同時預留了剩余的 5 個驅動引腳，用于驅動、擴展其他外部設備。工 作電壓高，工作電流大，灌電流可達 500mA，輸出還可以在高負載電流并行運行。 蜂鳴器 報警 電路 本設計采用一般市場上就能買到的常見蜂鳴器 ，工作電壓 5V， 和一般數字元件不同，蜂鳴器工作時電流較大，因而不能直接由單片機驅動 ， 故在系統(tǒng)設計時 采用了ULN2021A 作為驅動芯片 ，其 封裝 和邏輯框圖見圖 311。 圖 38 可調 倍率放大電路原理圖 AR 1R 2R FR FR `R WR FR Fv 1v 2v o西南科技大學本科生畢業(yè)論文 16 其中 R1=R2=1K， FR =20K， R`=10K， ? ?WMAXR=50K；由圖可得輸入輸出關系： 故該電路的放大增益為： (33) 可見 變阻器 RW 可以在一定范圍內調整整個放大電路的增益 ， 這不僅對傳感器校準有 用 ，也為以后能更換傳感器時的電路適用性起了很大幫助， 降低了電路成本， 提高了整個系統(tǒng)的硬件可移植性。分辨率 1ppm 使用壓力范圍 標準大氣壓 177。 4H+ + O2 + 4e→2H 2O 其實物圖與主要性能參數分別如圖 37 和表 34 所示。在此檢知電極和對向電極同外部電路相結合時，電子從檢知電極向對向電極流動。輸出信號直線性、重復再現(xiàn)性優(yōu)越、不受濕度影響、電池可驅動。 注：測試條件根據 UL217 標準，風速 根據傳感器的特性，其輸出值正好是 5V 左右，因此不需要額外的放大電路，直接由 A/D 轉換即可得到需要的數字信號，煙霧檢測的電路原理圖如圖 36 所示。 25 177。 177。 18 177。 溫度特性 4 177。 177。 90 177。 177。 60 177。 177。 30 177。 溫度系數 α YHWEP01 ** 1000 10(可加長 ) 50~500 +| t |