【正文】 進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng) ALE 端口變?yōu)楦唠娖?，?4LS373 輸出端的低 3 位地址存入 A/D 的地址鎖存器中，此地址經(jīng)譯碼選通 8路模擬輸入之一到比較器。 當(dāng) P11=0 時(shí)，與寫信號(hào) WR共同選通 ADC0809。鎖存允許端 LE 為高電平時(shí)，輸出端 O0~O7 狀態(tài)與輸入端 D0~D7 狀態(tài)相同；當(dāng) LE由“ 1”變?yōu)椤?0”時(shí)，數(shù)據(jù)輸入鎖存器中。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 P3 口。 D觸發(fā)器的特性方程為 n1QD? ? （ 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)。 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 17 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)。 由于本設(shè)計(jì)中數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片使用的是 ADC 0809，其工作的 時(shí)鐘信號(hào) 頻率 為 500KHz，此芯片中無 時(shí)鐘電路 ，時(shí)鐘信號(hào)由外部 AT89C51 的 ALE 端口提供。 (6)OE： 輸出允許信號(hào)，用于控制三 態(tài) 輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 (5)EOC： 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。 (3)A， B 和 C 為地址 線， 模擬通道的選擇信號(hào)。 圖 光報(bào)警 數(shù)據(jù)采集電路 16 本設(shè)計(jì)中的 A/D 轉(zhuǎn)換器 使用的是通用 8位芯片 ADC0809，芯片的幾個(gè)重要管腳功能如下： (1)ALE:地址鎖存允許 信號(hào) ， 對(duì)應(yīng) ALE 上跳沿， A,B,C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中 。 ～ 控制的燈依次為紅色 (火災(zāi)信號(hào)燈 )、紅色 (異常信號(hào)燈 ) 、黃色 (故障信號(hào)燈 )和綠色 (正常信號(hào)燈 ) 。聲報(bào)警電路由單片機(jī)的 P10 引腳進(jìn)行控制，當(dāng) P10 輸出的電平為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的電流形成回路， 蜂鳴器響 ；否則，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音。聲音報(bào)警電路如圖 所示。 AT89C51 的復(fù)位電路如圖 所示。 手動(dòng)按鈕復(fù)位 通過專用的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn) , Vcc 當(dāng)人為按下按鈕時(shí)， 產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)通過 REST 引腳送入單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位操作 。當(dāng) 輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)兩 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)為有效 則 這時(shí) CPU 就可以 完成 系統(tǒng) 的 復(fù)位。 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)硬件初始化操作 ,經(jīng)復(fù)位操作后 ,單片機(jī)系統(tǒng)才能開始正常工作 .系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，這樣 CPU 和 系統(tǒng)各部件 就處于需要的初始狀態(tài)以便 從初 始狀 態(tài)開始工作。由于外接電容 C C2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)成自激振蕩器。設(shè)帶通截止頻率為 Hf ，則當(dāng)Hff? 時(shí)，上式的分母的模 等于 2 ，可解出二階 LPF 的上限截止頻率為： ? ， KHz? （ 34） 二階低通濾波電路的衰減斜率可達(dá) 40dB/十倍頻，但是 又 由于 Hf 遠(yuǎn)離 0f ，即在0ff? 處，信號(hào)的放大倍數(shù)已急劇下降，所以該濾波電路以降 低濾波器通頻帶為代價(jià)來獲得濾波器衰減斜率。 系統(tǒng)采用固定門限檢測(cè)法 判斷火災(zāi)是否發(fā)生，溫度限制 值設(shè)定為 57℃ ，煙霧濃度閾值設(shè)定為 %每英尺，超過此值就會(huì)報(bào)警。 故 電壓放大倍數(shù)為： 644Fuf RRA RR? ? ? ?， 5ufA ?? （ 31） 煙霧傳感器的濾波電路 選擇的 NIS09C 煙霧傳感器輸出電壓較大 ， 所以 不需要放大煙霧信號(hào)， 所以對(duì) 信號(hào) 只 進(jìn)行濾波處理就可以了 ，煙霧信號(hào) 濾波 電路如圖 所示。由于運(yùn)放 LM324 的輸入級(jí)是差動(dòng)放大電路， 它的 兩端輸入回路參數(shù) 要求 對(duì)稱，即 NPRR? ， 1 //NFR R R? ，故 5 4 6//R R R? ， 5 ? 。 溫度傳感器的放大與濾波電路 溫度傳感器使用的是高精度模擬輸出 CMOS 溫度傳感器 LM94022，該傳感器的末級(jí)為推挽輸出， 檢測(cè)的溫度與 輸出 的 電壓成反比 關(guān)系，也就是 輸出電壓越低 溫度越高 ；本設(shè)計(jì)溫度傳感器靈敏度選擇 ℃ ，所以 LM94022 的 GS0和 GS1 端口都接地，溫度 傳感器的放大和濾波 電路如圖 所示。 （ 6） 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μ s左右 ,。 （ 4） 多路開 關(guān)可選通 8個(gè)模擬通道 ,允許 8路模擬信號(hào)分時(shí)輸入 。 11 （ 2） ? 1LSB 的 不可調(diào)誤差 范圍 。 10 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 /R D17P 3 .6 /W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 /A 821P 2 .1 /A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1 圖 AT89C51芯片的引腳 圖 A/D轉(zhuǎn)換電路采用 的 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 是 ADC0809， ADC0809 是 8位 8通道的， 由 8路模擬開 關(guān) 、地址鎖存與譯碼器、 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成，芯片引腳圖如圖 所示。 要性能參數(shù)如下： 本設(shè)計(jì)主要采用 AT89C51 芯片。 AT89C51 的引腳圖如圖 所示 。 AT89C51 是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)， 片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 51 系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)錢便宜，程序空間大， I/O 口多，它是檢測(cè)系統(tǒng)中比較理想的選擇。 單片機(jī)芯片的選擇 單片機(jī)是煙感報(bào)警器系統(tǒng)最重要的部分，可以說是它的心臟。例如，在 GS=00 時(shí)， 25℃ 時(shí)的輸出電壓為 1168 mV， 50℃ 時(shí)的輸出電壓為 1299 mV，則其平均靈敏度為 mV /℃ ； 50℃ 時(shí)的輸出電壓為 760 mV， 75℃ 時(shí)的輸出電壓為 619 mV，則其平均靈敏度為 mV /℃ 。 在 VDD為 5V 時(shí)，不同靈敏度的幾個(gè)特 定 溫度值時(shí)的輸出電壓如表 所示（典型值）。輸出電壓隨溫度升高而下降，其靈敏度為負(fù)值。 要求高電平大于 ；低電平小于 。 該傳感器屬于高精度模擬輸出 CMOS 溫度傳感器，其主要特性如下： (1)工作電壓低， 在 就可 工作；且工作電壓范圍寬， 是 — ； (2)靜態(tài)電流小 (3)末級(jí)為推挽輸出，輸出電壓與感測(cè)的溫度成反比，確保芯片即使在較高的溫度范圍內(nèi)仍可保持極高的靈敏度； (4)可提供 4 個(gè)不同增益讓用戶自行選擇，其中包括 ℃ 、 mV /℃ 、 /℃ 及 /℃ ； (5)可檢測(cè)的 溫度范圍寬， 50℃至 150℃ 都可 以 ； GS0、 GS1 是 LM94022 的靈敏度選擇輸入端，當(dāng)給它們 施加不同電平時(shí)， 就會(huì)有有 4 種不同的靈敏度， 用戶 可以 選擇 適合的靈敏度 ，如表 所示 (溫度升高輸出的電壓反而減小 ,所以 靈敏度為負(fù)值 )。 NIS09C 離子煙霧探測(cè)器探測(cè)到的是煙霧濃度模擬量，煙霧濃度 p 和輸出電壓 v 之間是近似線性的關(guān)系，其特性曲線方程：v=+。它對(duì)灰白 、白色和黑色煙霧都比較敏感 ， 最大不 足是 受環(huán)境濕度 對(duì)它 影響 比較 大。 這里就不一一介 紹了。 (2)溫度傳感器 溫度傳感器一般分為定溫式和差溫式。 （ g）光電式感煙傳感器 光電式感煙傳感器由光源、光敏元件和電子開關(guān)組成。它會(huì)使兩極板間空氣分子電離為正、負(fù)離子，使原來不導(dǎo)電的空氣帶電 。高分子煙霧傳感器 靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能在常溫下使用，可以彌補(bǔ)其它煙霧傳感器的不足。高分子氣敏元件在遇到特定煙霧時(shí)， 電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速度和頻率、材料重量等物理性能 會(huì)相應(yīng) 發(fā)生變化。 目前國(guó)際上絕大部分毒氣檢測(cè)采用該類型傳感器。它的優(yōu)點(diǎn)是：反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測(cè)，但壽命較短 (大約兩年 )。 (c)電化學(xué)傳感器 電化學(xué)傳感器由膜電極和電解液封裝而成。一般在連續(xù)使用兩個(gè)月后應(yīng)對(duì)該傳感器進(jìn)行維護(hù)。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測(cè)元件一般為鉑金屬絲（也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時(shí)對(duì)鉑絲通以電流，保持 300℃～ 400℃的高溫，此時(shí)若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會(huì)在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會(huì)上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測(cè)量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。當(dāng)氣敏元件接觸到氣體時(shí)，半導(dǎo)體的阻值會(huì)發(fā)生變化，利用傳感器輸出端阻值的變化來測(cè)定或控制氣體的有關(guān)參數(shù)，這種類型的傳感器稱為電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器；當(dāng)ＭＯＳ場(chǎng)效應(yīng)管在接觸到氣體時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管的電壓將隨周圍氣體 狀態(tài)的不同而發(fā)生變化，利用這種原理制成的傳感器被稱為非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器。半導(dǎo)體煙霧傳感器的原理是 :氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化。其特點(diǎn)是模擬量傳輸，跟隨非電量參數(shù)的變化而變化 [16]。 5 傳感器的選擇 l)煙感傳感器簡(jiǎn)介 煙感探測(cè)器可以分為離子感煙探測(cè)器和光電感煙探測(cè)器 ,. 煙感傳感器是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的重要組成部分，具有非常好的預(yù)警功能 ,它是整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。 . 圖 程序流程圖 維 了降低誤報(bào)率，本系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行多次采集多次判斷 ， 最后再綜合 判斷的結(jié)果做出最終的控制。 系統(tǒng)軟件總體構(gòu)架 系統(tǒng)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的調(diào)用實(shí)現(xiàn)的。 (3)異常報(bào)警功能 :環(huán)境中的煙霧濃度或溫度較高時(shí) ,能發(fā)出提示信號(hào) 提醒人們注煙感 ,溫度 傳感器 放大 ,濾波 電路 A/D 轉(zhuǎn)換 電路 單片機(jī) 聲光報(bào)警電路 4 意 ，使人們?cè)缬蟹婪丁? 本火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)具有以下功能： (1)聲音和燈光雙重報(bào)警功能。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 單片機(jī)是整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的控制核心，它的工作原理是：先通過傳感器 (包括溫感和煙感 )將現(xiàn)場(chǎng)溫度、煙霧等信號(hào)轉(zhuǎn)化為可檢測(cè)的電信號(hào)，放大和濾波電路將傳感器輸出的電信號(hào)送入 A /D 轉(zhuǎn)換電路 ,完成煙霧傳感器和溫度傳感器輸出的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，單片機(jī)判斷現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)生火災(zāi)。 圖 起火過程曲線 3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架 煙感報(bào)警系統(tǒng)主要由煙感數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)控制模塊、驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警模塊組成。 等到 火焰燃燒后， 它會(huì)快速蔓延，產(chǎn)生大量的熱而導(dǎo)致 環(huán)境溫度 的 升高， 若能感受到溫度的變化而報(bào)警提醒人們 就可以比較及時(shí)地控制火災(zāi)。 2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 火災(zāi) 的煙霧 產(chǎn)生 過程 和溫度升高過程 一般 可燃物在燃燒時(shí) 先 產(chǎn)生燃燒氣體， 繼而產(chǎn)生 煙霧，在氧氣充足的條件下 就會(huì)完全燃燒而產(chǎn)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。 4： 煙感報(bào)警器的軟件 程序設(shè)計(jì)，介紹 主程序 ,初始化程序 ,數(shù)據(jù)采集子程序 火災(zāi)判