【正文】 P0 口的 8個(gè)管腳用掉了 6個(gè)，剩余的兩個(gè)管腳分別連接蜂鳴器電路和紅色 led 電路即可完成此部分的設(shè)計(jì)。 東北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 19頁(yè) 共 37頁(yè) 為了簡(jiǎn)化電路節(jié)省單片機(jī)的管腳，采用了 74ls47 芯片為數(shù)碼管編碼，使得本來要占用的 7個(gè)單片機(jī)管腳變?yōu)橹徽加?4個(gè)。所以，當(dāng) P0作普通 IO時(shí)，必須用上拉電阻將其電平拉高，上拉電阻不起限流作用 。 圖 數(shù)據(jù)采集電路 聲光報(bào)警顯示電路 聲光報(bào)警顯示電路在 AT89C52 的控制下，可在外部環(huán)境異常時(shí)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲，紅色 led 燈點(diǎn)亮，紅色數(shù)碼管其位置信息。 圖 MQ2外圍電路 東北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 18頁(yè) 共 37頁(yè) DS18B20 采用 單數(shù)據(jù)總線傳送數(shù)據(jù)，即一個(gè)器件只占用一個(gè) AT89C52 芯片的IO 引腳，本系統(tǒng)要最多檢測(cè) 8 個(gè)位置，因此設(shè)計(jì)將 AT89C52 的 P2 口由于溫度采集。 圖 晶振電路與復(fù)位電路 傳感器信息采集電路 MQ2氣敏元件的對(duì)不同種類、不同濃度的氣體有不同的電阻值，靈敏度的調(diào)整是很重要的。 復(fù)位電路中 REST 為手動(dòng)復(fù)位開關(guān)，電容 C3 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 電平就東北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 17頁(yè) 共 37頁(yè) 會(huì)直接加到 RST 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。 AT89C52的復(fù)位信號(hào)是從 RST 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 C2 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。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位 . 3 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)基本電路 晶振電路 晶振電路為單片機(jī) AT89C52 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。同時(shí)， AT89C52 可降至 OHz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電上作模式。 單片機(jī)的選擇 本設(shè)計(jì)的控制芯片使用的是 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī) AT89C52． 其 片內(nèi)含 8K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM）和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引 腳 兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU ）和 FLASH 由存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 的 AT89C52單片適用于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。緊接著執(zhí)行第二個(gè)周期為復(fù)位、跳過 ROM 指令、執(zhí)行讀 RAM 的存儲(chǔ)器操作指令、讀數(shù)據(jù)（最多為 9 個(gè)字節(jié)，中途可停止，只讀簡(jiǎn)單溫度值則讀前 2 個(gè)字節(jié)即可）。數(shù)據(jù)的讀寫方法將有下文有詳細(xì)介紹。如執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令則控制器（單片機(jī)）必須等待 18B20 執(zhí)行其指令，一般轉(zhuǎn)換時(shí)間為 500uS。存儲(chǔ)器操作指令的功能是命令 18B20 作什么樣的工作，是芯片控制的關(guān)鍵。 4， 控制器發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令：在 ROM 指令發(fā)送給 18B20 之后，緊接著（不間斷）就是發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令了。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個(gè)器件并作處理。 3， 控制器發(fā)送 ROM 指令：雙方打完了招呼之后最要將進(jìn)行交流了， ROM指令共有 5 條，每一個(gè)工作周期只能發(fā)一條， ROM 指令分別是讀 ROM 數(shù)據(jù)、指定匹配芯片、跳躍 ROM、芯片搜索、報(bào)警芯片搜索。至此，通信雙方已經(jīng)達(dá)成了基本的協(xié)議，接下來將會(huì)是控制器與 18B20 間的數(shù)據(jù)通信。當(dāng) 18B20 接到此復(fù)位信號(hào)后則會(huì)在 15~60uS 后回發(fā)一個(gè)芯片的存在脈沖。 EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)，DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在鏡像，以方便用戶操作。第 8 個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。在上電復(fù)位時(shí)其值將被刷新。 RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù) 在掉電后丟失， DS18B20共 9 個(gè)字節(jié) RAM，每個(gè)字節(jié)為 8 位。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶更改。在講解其工作東北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 14頁(yè) 共 37頁(yè) 流程之前我們有必要了解 18B20 的內(nèi)部存儲(chǔ)器資源。 NC 空引腳 DS18B20 工作原理及應(yīng)用： DS18B20 的溫度檢測(cè)與數(shù) 字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。 DQ 單數(shù)據(jù)總線 DS18B20 芯片封裝結(jié)構(gòu)： DS18B20 引腳功能： ? 64 位光刻 ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，方便多機(jī)掛接。 F ~+257176。 C ~+125176。 ? 可選擇寄生工作方式。 ? 最高 12 位分辨率，精度可達(dá)土 攝氏度。 DS18B20 的主要特征： ? 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)，使得 DS18B20東北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 13頁(yè) 共 37頁(yè) 更受歡迎。 MQ2傳感器可應(yīng)用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置， 適宜于液化氣、丁烷、 丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測(cè)。因此根據(jù)以上情況以及本系統(tǒng)的要求，采用感煙探測(cè)器和感溫探測(cè)器相結(jié)合的多傳感器探測(cè)方法[22]，可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)、彌補(bǔ)不足之處，在火災(zāi)發(fā)生的早期就能夠更加準(zhǔn)確的報(bào)警。然而煙霧探測(cè)器在受到外界非火災(zāi)的干擾信號(hào)會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)警，且對(duì)于某些黑煙的探測(cè)并不敏感 。 煙霧濃度是火災(zāi)的特性參數(shù)之一，在較大范圍的監(jiān)視場(chǎng)所，煙霧探測(cè)一直被廣泛使用的火災(zāi)探測(cè)方法。 (5)紅、紫外火焰探測(cè)器 火災(zāi)中能夠輻射出紅外線的不僅僅是火焰，一些高溫物體的表面都能發(fā)出與火焰紅外線頻帶相吻合的紅外線，因此這些并非火災(zāi)的紅外源就容易使單波段紅外火焰探測(cè)器產(chǎn)生誤報(bào)警 [20]。而火焰圖像探測(cè)器則對(duì)高溫物體或太陽(yáng)光照射可能發(fā)生誤報(bào)警 。 (4)圖像探測(cè)器 圖像火災(zāi)探測(cè)器分為煙霧圖像探測(cè)器、 火焰圖像探測(cè)器、激光圖像感煙探測(cè)器等，它們都非常適合于商場(chǎng)大空間建筑。氣體探測(cè)器適用于散發(fā)可燃?xì)怏w和可燃蒸汽的場(chǎng)所。感煙探測(cè)器適用于火災(zāi)前期及早期，產(chǎn)生大量的煙和少量的熱，但它不能區(qū)分火災(zāi)信號(hào)與非火災(zāi)信號(hào)，如廚房煙、水蒸氣等，所以誤報(bào)率較高。 (2)感煙探測(cè)器 感煙探測(cè)器可以分為離子感煙探測(cè)器和光電感煙探測(cè)器 [18]。 (l)感溫探測(cè)器 感溫探測(cè)器一般分為定溫式和差溫式。其特點(diǎn)是模擬量傳輸 ，跟隨各種非電量參數(shù)的變化而變化 [16]。 煙霧、溫度傳 感器 電路 單片機(jī)系統(tǒng)電路 聲、光報(bào)警器 顯示 電路 手動(dòng)控制電路 東北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 7頁(yè) 共 37頁(yè) 圖 程序流程圖 開始 初始化 判斷手動(dòng) /自動(dòng)檢測(cè) 指定某監(jiān)測(cè)點(diǎn)檢測(cè) 輪流檢測(cè)某些監(jiān)測(cè)點(diǎn) 溫度煙霧信號(hào)采集 報(bào)警判斷 報(bào)警 是否取消報(bào)警 結(jié)束 取消報(bào)警 無異常 異常 自動(dòng) 手動(dòng) 東北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 8頁(yè) 共 37頁(yè) 系統(tǒng)主要器件的選擇 火災(zāi)探測(cè)器的選擇 1）探測(cè)器簡(jiǎn)介 火災(zāi)探測(cè)器是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的重要組成部分，直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 系統(tǒng)軟件總體構(gòu)架 為了便于系統(tǒng)維護(hù)和功能擴(kuò)充，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。 (3)設(shè)置并顯示監(jiān)測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)功能。 本火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)具有以下功能： (1)聲、光雙重報(bào)警及顯示編號(hào)的功能。單片機(jī)通過程序的控制，對(duì)獲取的信號(hào)做出判斷，并據(jù)此控制聲、光報(bào)警器顯示電路工作。圖 為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。起火過程曲線如圖 所示 [13]。起火過程中，起初和陰燃兩個(gè)階段所占的時(shí)間比較長(zhǎng)，雖然產(chǎn)生大量的煙霧，但是環(huán)境溫度不太高，若探測(cè)器就應(yīng)該從此階段開始進(jìn)行探測(cè)，就可以火災(zāi)損失控制在最小限度。通過大量的研究表明陰燃是誘發(fā)火災(zāi)的重要原因 [12]。明火則是火災(zāi)發(fā)生時(shí)燃燒火焰產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面放出可燃?xì)怏w，并形成擴(kuò)散燃燒 ，同時(shí)發(fā)出含有紅、紫外線的火焰。 根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生現(xiàn)象的不同，可以將火災(zāi)分為慢速陰燃、明火和快速發(fā)展火焰等。這些熱量通過可燃物的直接燃燒、熱傳導(dǎo)、東北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 5頁(yè) 共 37頁(yè) 熱輻射和熱對(duì)流，使火從起火部位向周圍蔓延，導(dǎo)致了火勢(shì)的擴(kuò)大，形成火災(zāi)。著火后，燃燒產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面繼續(xù)放出可燃?xì)怏w，并形成擴(kuò)散燃燒。在產(chǎn)生氣溶膠的同時(shí)，產(chǎn)生分子較大 (直徑 一 10μm)的液體或固體微粒，稱為煙霧。液體和固體是凝聚態(tài)物質(zhì)，難與空氣均勻混合，它們?nèi)紵幕具^程是當(dāng)從外部獲取一定的能量時(shí)，液體或固體先蒸發(fā)成蒸汽或分解出可燃?xì)怏w (如 CO、 H2 等 )的分子團(tuán)、灰燼和未燃燒的物質(zhì)顆粒懸浮在空氣中，稱之為氣溶膠?？扇嘉镆詺鈶B(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形態(tài)存在，助燃物通常是空氣中的氧氣。 第 5章：對(duì)本文工作進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)火災(zāi)報(bào)警器的發(fā)展前景進(jìn)行展望。 第 3章：火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了單片機(jī)系統(tǒng)基本電路、傳感器信息采集電路、聲光報(bào)警顯示電路及系統(tǒng)控制電路，并給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)原理圖。此外，介紹了論文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排。 本文的結(jié)構(gòu)安排如下： 第 1章：緒論。隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市高層、地下建筑以及大型綜合性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢(shì)，市場(chǎng)上迫切需要一種容量大、可靠性高、使用簡(jiǎn)單的智能型火災(zāi)東北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 4頁(yè) 共 37頁(yè) 報(bào)警控制系統(tǒng)。 本文內(nèi)容的結(jié)構(gòu)安排 基于社會(huì)和經(jīng)濟(jì)方面的需求，本課題旨在開發(fā)一個(gè)能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的智能性主要體現(xiàn)在火災(zāi)判決和統(tǒng)籌管理方面，一般分為分散式、集中式和分布式，分散式系統(tǒng)由非智能型控制器若干智能型探測(cè)節(jié)點(diǎn)組成，由探測(cè)節(jié)點(diǎn)完成火災(zāi)狀態(tài)的判斷 。 在我國(guó)，采用的無線通信方式的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)日益受到重視。無線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)起初僅用于特殊場(chǎng)合，如博物館、名勝古跡等不宜布線的場(chǎng)合，而且其價(jià)格也比較高 [8]。 近年來，采用無線通信方式的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)在國(guó)外悄然興起。 第四階段，從 20 世紀(jì) 80 年代中后期開始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、集成電路技術(shù)、傳感器技術(shù)及智能技術(shù)的快速發(fā)展，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)步入智能化時(shí)代，智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)迅速發(fā)展起來，各種智能型的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)相繼出現(xiàn)。它使得布線工作量顯著減少，安裝調(diào)試更加容易，更能精確報(bào)警定位。在這一階段，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)普遍采用多線制布局方式，布線、調(diào)試、系統(tǒng)可 靠性是系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。但是它易受環(huán)境 中其他干擾源的影響，靈敏度低，響應(yīng)速度慢，無法判斷陰燃火災(zāi)，也無法滿足智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的要求。 此后，隨著世界科技取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步和各種新興技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，