【正文】 特性，有 ??? uu 。 圖 34 溫度信號調理電路 電路設計中要求高輸 入低輸出，故放大電路、濾波電路的前置電阻 R R8的阻值設為 10K 和 1K[15]。由于溫度、煙霧信號調理電路運放 LM324 接直流電源，電路中有直流，所以在電路中設計了起隔直通交2021 畢業(yè)設計論文 2021 畢業(yè)設計論文 的電容 C C C7。 本設計溫度傳感器靈敏度選擇℃ ，所以 LM94022 的 GS0 和 GS1 端口都接地，溫度信號調理電路如圖34 所示。 GND2GS01OUT3VDD4GS15Q1LM94022 圖 27 LM94022 管腳排列 傳感器控制電路 由于傳感器輸出的模擬信號比較微弱，且含有干擾信號，所以系統(tǒng)需要將信號進行放大和濾波 [2,10]。其主要特 性如 [18]下：(1) 工作電壓低，可在 ；且工作電壓范圍寬，為 — ； (2) 靜態(tài)電流小，典型值為 5． 41μA； (3) 末級為推挽輸出，輸出電壓與感測的溫度成反比，確保芯片即使在較高的溫度范圍內仍可保持極高的靈敏度； (4) 可提供 4個不同增益讓用戶自行選擇，其中包括 ℃ 、 mV /℃ 、 /℃及 /℃ ； (5) 溫度范圍寬，可以監(jiān)控由 50℃ 至 150℃ 范圍內的溫度； (6) 設計靈活、功率極低，采用極小巧的 SC70 封裝，大小與美國國冢 半導體的標準型號 LM20 溫度傳感完全相同。線型差溫式探測器是根據廣 泛的熱效應而動作的，點型差溫式探 測器是根據局部的熱效應而動作的，主要感溫器件是空氣膜盒、熱敏半導體電阻元件等。 2． 差溫式探測器 ： 差溫式探測器是在規(guī)定時間內，火災引起的溫度上升速率超過某個規(guī)定值時啟動報警的火災探測器。其中線型是當局部環(huán)境溫度上升達到 規(guī)定值時，可熔絕緣物熔化使兩導線短路，從而產生火災報警信號。根據監(jiān)測溫度參數的不同，一般用于工業(yè)和民用建筑中的溫度探測器有 [4,14,17]： 1． 定溫式探測器 ： 定溫式探測器是在規(guī)定時間內，火災引起的溫度上升超過某個定值時啟動報警的火災探測器。 火災時物質的燃燒產生大量的熱量，使周圍溫 度發(fā)生變化。 靈敏度 顆粒直徑 /181。 綜上所述，光電感煙探測器在正常運行中對煙霧的識別能力較強，穩(wěn)定性較好。當煙霧顆粒直徑在 0. 5～ 0. 9181。時 ， 受光元件狀態(tài)最佳。當無煙霧顆粒進入光敏室時，受光元件不產生光電流，這就實現了將煙霧信號轉變?yōu)殡娦盘柕奈锢砘A [12]。當火災陰燃階段，煙霧顆粒進入光敏室，紅外光源（發(fā)光元件）發(fā)2021 畢業(yè)設計論文 2021 畢業(yè)設計論文 射 的在煙霧顆粒上產生散射。散射光強同波長的四次方成反比。m 之間。光敏管采用硅（ Si）光電池。選擇光譜范圍在 0. 54～ 0. 95181。在兩者之間加上遮光部件，且之間形成角度以避免受光元件直接接收發(fā)光元件發(fā)出的光線。對火災初期形成的煙霧進行可靠的探測，可以用紅外光作為散射光源。這就說明太大的顆粒散射能力也不強。然而必須注意散射能力也依賴散射函數 )(2Us? 。 根據瑞利散射理論，空氣中的煙霧顆?？梢越瓶闯梢粋€微小的圓球，這時的瑞利比 ( 散射能力 ) 為 [12,17]： )()()( 2202 UKVR sssp h ???? ?? (21)式中：)os(3)( 32 UUCSi nUUUs ??? 為散射函數； 24 ??? SinRU S? ； SR 為圓球半徑； 為波長；? ? 為散射角； sphV 為圓球的體積； K 為散射測量中的物理常數； s???0 為反差因子。 光電感煙原理 光電感煙探測器也是點型探測器，點型光電感煙探測器是利用煙粒子散射和2021 畢業(yè)設計論文 2021 畢業(yè)設計論文 吸收光原理工作的，主要有兩種形式：散射光型光電感煙探測器和減光型光電感煙探測器的 [5,13]。傳感器作為煙霧檢測報警器的信號采集部分，是檢測電路的核心組成部分之一。通過探測器接口電路可以將探頭報警電壓信號轉變?yōu)椴煌l率的電信號傳送到控制器，由控制器判別處理，確定火災位置報警 [19]。在火災發(fā)生初期，當進入光電感煙探頭中采樣室的煙濃度超過由參考室的門限值時，光電感煙探頭底座上的指示燈將點亮，同時送出報警電壓信號。 2021 畢業(yè)設計論文 2021 畢業(yè)設計論文 圖 33 晶振電路與復位電路 光電感煙傳感器 對各類火災檢測傳感器進行比較后，根據設計本系統(tǒng)的實際情況出發(fā)，系統(tǒng)采用光電感煙傳感器。本設計中使用石英晶體，電容的容值設定為 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成并聯振蕩電路，系統(tǒng)的晶振電路如圖 33 所示。 晶振電路 晶振電路為單片機 AT89C51 工作提供時鐘信號，芯片中有一個用于構成內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。復位電路中 SWPB 為手動復位開關，電容 C10 可避免高頻諧波對電路的干擾。當人為按下按鈕時，則 Vcc 的 +5V電平就會直接加到 REST 端，系統(tǒng)復位。單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位，本設計采用的是手動按鈕復位。AT89C51 的復位信號是從 REST 引腳輸入到芯片內的施密特 觸發(fā)器中的。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復位。穩(wěn)壓器內部含有過流、過熱保護電路。 常見集成穩(wěn)壓器有固定式三端壓器與可調式三端穩(wěn)壓器，固定式三端穩(wěn)壓器的常見產品有輸出固定正電壓的 LM78系列和輸出固定負電壓的 LM79系列，如 LM7805 輸出電壓為 +5V， LM7905 輸出電壓為－ 5V。但是，電容量達到一定值以后，再加大電容量對提高濾波效果已無明顯作用。這種電容帶 兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來承擔濾波的任務。充電的時候，電容器兩端的電壓逐漸升高，直到接近充電電壓；放電的時候，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失。 電容濾波電路工作原理：電容器是一個儲存電能的倉庫。 2021 畢業(yè)設計論文 2021 畢業(yè)設計論文 圖 31 電源部分原理圖 整流濾波基本電路圖如圖 32 所示。+12V的直流電壓經 IC4（ 7805）穩(wěn)壓后得到的 +5V的電壓，為接收主機整機電路供電 [16]。 電源部分原理圖如圖 31 所示 。 電源模塊的設計 電源模塊部分主要由整流電路、濾波電路、集成穩(wěn)壓電路等組成。但 RAM，定時器，計數器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 此外， AT89C51 設有穩(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 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。如采用外部時鐘源驅動器件， XTAL2 應不接。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。 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 EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內部程序存儲器。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 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， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時當 8051 通電，時鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現 24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 2021 畢業(yè)設計論文 2021 畢業(yè)設計論文 P3 口： P3 口管腳是 8個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。在給出地址 “ 1” 時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。這是由于內部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個內部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門 電流，當 P2 口被寫 “ 1” 時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1 口管腳寫入 1后，被內部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FIASH 編程時， P0口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。當P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。綜合以上觀點，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 單片機應用普遍，工具多，易上手，片源廣，價格低，且適合民用、商用。同時，在能夠滿足報警器設計的計算速度及接口數的要求的同類型單片機中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧的機型，在保證了報警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎上，能夠不提高成本， 縮小體積。 單片機是煙霧檢測 報警器的核心部件，一方面它要接收來自傳感器的煙霧濃度的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對兩種信號分別進行處理，控制后續(xù)電路的相應工作；同時，查詢是否有鍵按下的命令。 40 個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內含 2 個外中斷口， 2 個 16 位可編程定時計數器， 2 個全雙工串行通信口。 圖 起火過程曲線 2021 畢業(yè)設計論文 2021 畢業(yè)設計論文 第 3 章 系統(tǒng)硬件設計 核心芯片選擇 本設計的控制芯片使用的是 ATMEL 公司生產的 AT89C51， AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM）和 128 字節(jié)的隨機存取數據存儲器（ RAM）的低電壓，高 性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機 [5,15]。火焰燃燒后，迅速蔓延，產生大量的熱使得環(huán)境溫度升高，如果能將這時能夠探測到有效地溫度值，就可以比較及時地控制火災。 總的來說，普通可燃物在燃燒時表現為以下形式：首先是產生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣充足的條件下才能達到全部燃燒，產生火焰，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?？焖侔l(fā)展火焰則是火災擴散的速度特別快，這種類型的火災一般為空氣中混有大量可燃氣體。陰燃就是在疏松或顆粒介質中形成的緩慢進行的熱解和氧化反應，它能長時間自行維持并傳播，當條件發(fā)生變化時，或者自行 熄滅，或者轉化為明火。其中的氣溶膠、煙霧、火焰和熱量都稱為火災參量，通過對這些參量的測定便可確定是否存在火災。同時，發(fā)出含有紅、紫外線的火焰，散發(fā)出大量的熱量 [11]?？扇細怏w與空氣混合，在較強火源作用下產生預混燃燒。一般氣溶膠的分子較小 (直徑 m)。根據可燃氣體與空氣混合方式不同有兩種燃燒 方式，如果在燃燒前，可燃氣就與空氣均勻混和，則稱之為預混燃燒；如果可燃氣體和空氣分別進入燃燒區(qū)邊混合邊燃燒，則稱之為擴散燃燒。 火災產生原理及過程 火災是一種失去人為控制的由燃燒造成的災害，產生火災的基本要素是可燃物、助燃物和點火源。 火災報警器是重要的安全設備，一切重要的場所，如大型物資倉庫、隧道、大型船舶、高層建筑都應該安裝。物質在燃燒時，由化學反應產生閃爍的紅外光輻射使硫化鉛紅外光敏元件感應，轉變成電信號，經放大后，就能向人們報警。 （ 3）光輻射探測器。這兩種探測器都屬定溫型，即當外界溫度超過某一限值時就會報警；還有一類是差溫型，升溫的速度超過特定值時，便會感應報警。正常的情況下，探測器的電路斷開，當溫度升到一定值時，由于 金屬膨脹、延伸，導體接通，于是發(fā)出了信號。 2021 畢業(yè)設計論文 2021 畢業(yè)設計論文 （ 2）感溫探測器。近年來還出現了激光感煙探測器，它也是利用光電感應原理，不同的是光源改用激光束。還有一種叫光電感應探測器，它有一個發(fā)光元件和一個光敏元件，平常光源發(fā)出的光，通過透鏡射到光敏元件上，電 路維持正常，如果有煙霧從中阻隔，到達光敏元件上的光就顯著減弱，于是光敏元件就把光強的變化變成電的變化，通過放大電路向人們報警。在正常的情況下，內外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。 火災探測器主要分感煙、感溫、光輻射三大類： （ 1）感煙探測器。 火災探測器的原理 火災發(fā)生時，必然會伴隨著產生煙霧、高溫和火光，探測器對這些都很敏感。 （ 4）復合型火災報警系統(tǒng) 如果報警系統(tǒng)同時對溫度、煙霧和光輻射中的兩種或兩種以上參數做出響應，那么它就是復合型火災報警系統(tǒng)。感光型火災報警系統(tǒng)就是通