【正文】 （ 3）用戶不能根據(jù)自己的需要設(shè)定火災(zāi)報(bào)警閾值。 由于時(shí)間緊迫和個(gè)人能力有限，本文設(shè)計(jì)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)還存在許多需要完善和作進(jìn)一步研究的問題，如： （ 1）火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)判斷的算法有待進(jìn)一步的研究改進(jìn)，應(yīng)用更先進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊識(shí)別等智能算法，降低系統(tǒng)的誤報(bào)率，提高靈敏度 。在系統(tǒng)中設(shè)置了 1 個(gè)蜂鳴器，實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警；并且還設(shè)置了 4 個(gè)發(fā)光二極管，分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的正常、異常、火災(zāi)、故障狀態(tài)。既使得程序結(jié)構(gòu)清晰，又便于以后進(jìn)一步擴(kuò)展其功能，也便于系統(tǒng)的維護(hù)。系統(tǒng)在采集溫度煙霧信號(hào)時(shí)，采用多次采集，多次判斷的方法，降低了誤報(bào)率。本設(shè)計(jì)拋棄了傳統(tǒng)的使 用單一傳感器探測(cè)報(bào)警，采用了溫度傳感器 LM94022 和煙霧傳感器 NIS90C 相結(jié)合的多傳感器探測(cè)方法，使系統(tǒng)靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短，在火災(zāi)發(fā)生的早期就能準(zhǔn)確的報(bào)警。 當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為 00 時(shí)，表示正常， AT89C51 的 P26 口變成低電平，綠燈 D8 亮； 當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為 01 或 10 時(shí)，表示異常， P25 口變?yōu)榈碗娖剑?P10 口變?yōu)楦唠娖剑S燈 D7 亮，蜂鳴器報(bào)警； 當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為 11 時(shí)，表示發(fā)生火災(zāi)， P23 口變?yōu)榈碗娖剑?P10 口變?yōu)楦唠娖剑t燈 D5 亮，蜂鳴器報(bào)警； 如果兩次采集同一種信號(hào)寄存器變量不相同，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障， P24 口變?yōu)榈碗娖剑?P10 口變?yōu)楦唠娖?，紅燈 D6 亮，蜂鳴器報(bào)警。綜合兩次溫度煙霧信號(hào)的采集，根據(jù)溫度和煙霧的寄存器變量 a 和 b 的狀態(tài)，判斷現(xiàn)場(chǎng)情況： 2 個(gè)寄存器變量均為 0，表示情況正常； 2 個(gè)中僅有 1 個(gè)為 1，表示情況異常； 2 個(gè)均為 1，表示有火災(zāi)發(fā)生。 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中使用的是溫度傳感器 LM94022 和離子煙霧傳感器 NIS09C，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 ℃。系統(tǒng)溫度煙霧信號(hào)采集程序流程圖如圖 所示。在數(shù)據(jù)采集子程序中，一次溫度煙霧信號(hào)采集延時(shí) 10ms，是讓 ADC0809 準(zhǔn)備好進(jìn)行下一次信號(hào)轉(zhuǎn)換。單片機(jī)每次驅(qū)動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換后等待外部中斷 1，當(dāng) ADC0809 的 EOC 端變?yōu)?1 時(shí)，即中斷到來，說明 A/D 轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，通過中斷服務(wù)程序讀取轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。具體流程是：系統(tǒng)和程序初始化后，驅(qū)動(dòng) ADC0809的 IN0 對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，單片機(jī)接受轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，存入寄存器，由INT1 中斷服務(wù)程序完成；系統(tǒng)延時(shí) 10ms，驅(qū)動(dòng) ADC0809 的 IN1 對(duì)煙霧信號(hào)進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后存入寄存器。為了降低誤報(bào)率，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)溫度煙霧采用了兩次采集、兩次判斷的方法。系統(tǒng)初始化后， AT89C51的 P26 和 P10 口為低電平， P2 P24 和 P25 口為高電平，所以只有綠燈 D8 亮，D D D7 不亮，蜂 鳴器不報(bào)警。系統(tǒng)程序流程圖如圖 所示。既使得程序結(jié)構(gòu)清晰，又便于以后進(jìn)一步擴(kuò)展其功能。 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)控制器上采用 AT89C51 作為主控芯片，其主要功能包括：控制IO 端口、邏輯判斷處理、驅(qū)動(dòng)外部電路和 A/D 采樣等，該部分是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)智能化的集中體現(xiàn)。目標(biāo)文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng) C51 連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文 件 .ABS 。開發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能 體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面，可以使用結(jié)構(gòu)體和數(shù)組，能夠處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)，可用于實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。 5 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 軟件開發(fā)環(huán)境 本系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的 匯編語(yǔ)言而采用 C 語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。 ADC0809 的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào) EOC 接到 AT89C51 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。 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)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。當(dāng) OE 為高電平時(shí)， O0~O7 呈高阻態(tài)，既不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 ADC0809 通道選通如表 。由于本火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)只采集溫度、煙霧信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理的溫度、煙霧信號(hào)分別進(jìn)入 ADC0809 的 IN0 和 IN1 端口，其余輸入引腳接地， 8 個(gè)數(shù)字量輸出引腳接 AT89C51 的 P0 口。 D 觸發(fā)器的特性方程為 （ 35） 由于當(dāng) CP 1 時(shí)， D 觸發(fā)器有效； CP 0 時(shí)，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)。因內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路 圖 AT89C51 與 ADC0809 接口電路 當(dāng) AT89C51 的 ALE 端口不訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)， AT89C51 的 ALE 端以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，故晶振設(shè)定 12MKz，再經(jīng)過二分頻電路，單片機(jī)即可向 ADC0809 輸出 500KHz 的時(shí)鐘信號(hào)。 OE 為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器 向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。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。當(dāng) ～ 輸出低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈便會(huì)發(fā)光報(bào)警。 圖 蜂鳴器報(bào)警 光報(bào)警電路路如圖 ，其中單片機(jī)的 P2 口進(jìn)行控制， P2 口的 ～ 分別控制 4 個(gè)發(fā)光二極管，予以光報(bào)警，如圖所示。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的 I/O 口是無法直接驅(qū)動(dòng)的，所以要利用放大電路來驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來放大電流就可以了。 圖 晶振電路與復(fù)位電路 聲光報(bào)警電路 聲光報(bào)警電路在 AT89C51 的控制下，可以根據(jù)不同的情況（火災(zāi)、異常、故障 ，發(fā)出不同的聲光信號(hào)報(bào)警。復(fù)位電路中 SWPB 為手動(dòng)復(fù)位開關(guān)，電容 Ch1 可避免高頻諧波對(duì)電路的干擾。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則 Vcc 的 +5V 電平就會(huì)直接加到 REST 端，系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位，本設(shè)計(jì)采用的是手動(dòng)按鈕復(fù)位。AT89C51 的復(fù)位信號(hào)是從 REST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。本設(shè)計(jì)中使用石英晶體，電容的容值設(shè)定為 30pF。電路中的外接石英晶體及電容 C C6 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，系統(tǒng)的晶振電路如圖 所示。 晶振電路與復(fù)位電路 路 晶振電路為單片機(jī) AT89C51 工作提供時(shí)鐘信號(hào)，芯片中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。 LPF 電路電壓放大倍數(shù)為： （ 32） 用取代 s，且令，得出電壓放大倍數(shù)為： （ 33） 由于為信號(hào)頻率二次冪的函數(shù)式，故為二階 LPF。將串聯(lián)的兩節(jié) RC 低通網(wǎng)絡(luò)直接與反向電壓跟隨器電路相連，可構(gòu)成煙霧、溫度調(diào)理電路中的簡(jiǎn)單二階低通濾波器電路 [26]。為使濾波器的濾波特性接近理想特性，即在通頻帶內(nèi)特性曲線更平緩在同頻帶外特性曲線衰減更陡峭，只有增加網(wǎng)絡(luò)的級(jí)數(shù)，系統(tǒng)使用二階濾波器電路 [9]。電壓放大倍數(shù)為： ， （ 31） 圖 煙霧信號(hào)調(diào)理電路 濾波電路能使有用頻率信號(hào)通過，同時(shí)抑制無用頻率成分，濾除或衰減無用頻率信號(hào)到足夠小。由于運(yùn)放 LM324 的輸入級(jí)是差動(dòng)放大電路，要求兩端輸入回路參數(shù)對(duì)稱，即，故。由于溫度、煙霧信號(hào)調(diào)理電路運(yùn)放 LM324 接直流電源，電路中有直流，所以在電路中設(shè)計(jì)了起隔 直通交的電容C C C757℃，煙霧濃度閾值設(shè)定為 %每英尺。 ℃ 、 mV /℃ 、 /℃及 /℃℃，所以 LM94022 的 GS0 和 GS1 端口都接地，溫度信號(hào)調(diào)理電路如圖 所示。 不管使用上述哪種方式，只 要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。因此可以用查詢方式，測(cè)試 EOC 的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。可據(jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序， A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 （ 1）定時(shí)傳送方式 對(duì)于一種 A/D 轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和 固定的。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn) A/D 轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。當(dāng) OE 輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。下降沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 GND：地。 REF（ +）、 REF（ ）：基準(zhǔn)電壓。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少 100ns 寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使 0809 復(fù)位，下降沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換）。 21～ 28： 8 位數(shù)字量輸出端。下面說明各引腳功能。 2．內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由 8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器 、比較器、 8 位開關(guān)樹型 A/D 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。 3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μ s 時(shí)鐘為 640kHz 時(shí) ， 130μ s（時(shí)鐘為 500kHz 時(shí)） 4）單個(gè) +5V 電源供電 5）模擬輸入電壓范圍 0～ +5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的 8 位通用 A/D 芯片．主要特性 1） 8 路輸入通道， 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8 位。 A/D 轉(zhuǎn)換電路采用了常用的 8 位 8 通道數(shù)模轉(zhuǎn)換專用芯片 ADC0809， ADC0809 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8 通道，8 位逐次逼近式 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。此外， AT89S51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。芯片擦除：整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 XTAL2：來自反向振蕩器的 輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（ VPP）。 EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而，初始復(fù)位不改變 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的狀態(tài) 89C51 的初始態(tài) ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。初始化后，程序計(jì)數(shù)器 PC 指向 0000H， P0P3 輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入 07H，其它專用寄存器被清“ 0”。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作 輸入。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。綜合以上觀點(diǎn)，本論文選定 AT89C51 作為本系統(tǒng)的核心。 STC 系列雖然功耗低，精簡(jiǎn)指令集，抗干擾性好，可靠性高，但是存在溢出隱患問題，而且更適用于工業(yè)用途； AT89C51 單片機(jī)應(yīng)用普遍，工具多，易上手，片源廣，價(jià)格低，且適合民用、商用。同時(shí)，在能夠滿足報(bào)警器設(shè)計(jì)的計(jì)算速度及接口數(shù)的要求的同類型單片機(jī)中，要考慮選擇價(jià)格低廉且體積輕巧 的機(jī)型，在保證了報(bào)警器的精確