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基于單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計與仿真-文庫吧資料

2024-10-28 15:22本頁面
  

【正文】 控制系統(tǒng)中,控制或測量對象的有關(guān)變量,往往是一些連續(xù) 變化的模擬量,如溫度、壓力、流量、位移、速度等物理量。它為雙功能口,可以作為一般的準雙向 I/O 接口,也可以將每 1 位用于第 2 功能,而且 P3 口的每一條引腳均可獨立定義為第 1 功能的輸入輸出或第 2 功能。對于 EPROM 編程和進行程序校驗時, P2 口接四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 15 收輸入的 8 位地址。 P2 口( 21 腳~ 28 腳): ~ 統(tǒng)稱為 P2 口,一般可作為準雙向 I/O 接口。對于 MCS—52 子系列單片機, 和 還有第 2 功能: 口用作定時器 /計數(shù)器 2 的計數(shù)脈沖輸入端 T2; 用作定時器 /計數(shù)器 2 的外部控制端 T2EX。對于片內(nèi)含有 EPROM 的單片機,當 EPROM 編程時,從 P0 口輸入指令字節(jié),而當檢驗程序時,則輸 出指令字節(jié)。當接有外部程序存儲器或擴展I/O 口時, P0 口為地址 /數(shù)據(jù)分時復(fù)用口。 ( 4)輸入 /輸出( I/O)引腳 P0 口、 P1 口、 P2 口及 P3 口 P0 口( 39 腳~ 22 腳): ~ 統(tǒng)稱為 P0 口。當 EA 端保持低電平時,無論片內(nèi)有 無程序存儲器,均只訪問外部程序存儲器。當 EA 端保持高電平時,單片機訪問片內(nèi)程序存儲器 4KB( MS—52 子系列為 8KB)。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間, PESN 信號將不出現(xiàn)。 ALE/P( 30 腳):當訪問外部存儲器時, ALE(允 許地址鎖存信號)以每機器周期兩次的信號輸出,用于鎖存出現(xiàn)在 P0 口的低 PSEN( 29 腳 ): 片外程序存儲器讀選通輸出端 , 低電平有效。當單片機振蕩器工作時,該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平,就可實現(xiàn)復(fù)位操作,使單片機復(fù)位到初始狀態(tài)。 ( 3)控制信號或與其它 電源復(fù)用引腳 控制信號或與其它電源復(fù)用引腳有 RST/VPD、 ALE/P、 PSEN 和 EA/VPP 等 4種形式。當采用外部時鐘時,對于 HMOS 單片機,該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。 XTAL2( 18 腳):接外部晶體的另一端。 ( 2)外接晶振引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1( 19 腳):接外部石英晶體的一端。 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 13 80C51 芯片 圖 34 80C51 芯片的引腳圖 下面按引腳功能分為 4 個部分敘述個引腳的功能。定義好串行口的工作方式(串行口控制寄存 器 SCON 字節(jié)地址為 98H,可位尋址),當由按鍵輸入或其它需要語音輸出時,串行口向 CPU 申請中 斷,響應(yīng)中斷后, CPU 便可以從串行數(shù)據(jù)中識別出語音段編號,輸出語音信號。 地址( A0~A7):地址端有兩個作用,取決于最高( MSB)兩位 A A6 的狀態(tài)。 外部時鐘( XCLK):此端內(nèi)部有下拉元件,不用時應(yīng)接地。錄音時 , 它們都呈高阻態(tài) 。 喇叭輸出( SP+、 SP): 這對輸出端能驅(qū)動 16Ω 以上的喇叭。 模擬輸入( ANA IN) : 此端即芯片錄音的輸入信號。 自動增益控制( AGC): AGC 動態(tài)調(diào)節(jié)器整前置境益以補償話 筒輸入電平的寬幅 變化,使得錄制變化很大的音量(從耳語到喧嘩囂聲)時失真都能保持最小。 話筒參考( MIC REF):此端是前置放大器的反向輸入。 電平觸發(fā)放音( /PLAYL):此端出現(xiàn)下降沿時,芯片開始放音。只要 /REC 變低(不管芯片處在節(jié)電狀態(tài)還是正在放音),芯片即開始錄音。 地線( VSSA, VSSD):芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線,這兩個腳最好在引腳焊盤上相連。 圖 32 TGS202 應(yīng)用電路圖 VA V1 V2 R 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 11 ISD420 語音芯片 圖 33 ISD1420 引腳 電源( VCCA, VCCD):芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線,并且分別引到外封裝上,這樣可使噪聲最小。如圖 32 所示,當 TGS202 探測到 CO2 或者 CO 時,傳感器的內(nèi)阻變小, VA 迅速上升。 TGS202 氣體傳感器 火災(zāi)中氣體煙霧主要是 CO2 和 CO。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M 五檔,其中 M 檔精度最高,在 55℃ ~+150℃ 范圍內(nèi),非線形誤差 177。 ( 3) 供電電壓范圍 +4V 到 +30V。 圖 31 AD590 應(yīng)用電路圖 AD590 +5V VT 10mv/K 100?W 1000? R 何凡:基于單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計 10 AD590 的規(guī)格如下: ( 1) 其輸出電流是以絕對溫度零度( 273)為基準,溫度每增加 1℃ ,它會增加 1 A? 輸出電流。由于 AD590 是電流型溫度傳感器 , 他的輸出同絕對溫度成正比 ,即 1μA/k, 而數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 的輸入要求是電壓量 , 所以在 AD590 的負極接出一個 1kΩ 的電阻 R 和一個 100Ω 的可調(diào)電阻 W, 將電流量變?yōu)殡妷毫克腿階DC0809。 AD590 是美國 Analog Devices 公司生產(chǎn)的一種電流型二端溫度傳感器。由于 AD590 精度高、價格低、不需要輔助電源、線性好,常用于測溫和熱電偶冷端補償 [10]。主程序是一個無限循環(huán)體,其流程是:首先在上電之后系統(tǒng)的各部分包括單片機各個端口輸入輸出的設(shè)置、外圍驅(qū)動電路和數(shù)據(jù)存儲電路等完成初始化,其次是對芯片內(nèi)的程序進行初始化,接下來執(zhí)行火災(zāi)報警系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集任務(wù),數(shù)據(jù)通信任務(wù)和查詢判斷任務(wù) 。 Y 開始 初始化 溫度煙霧信號采集 報警判斷 正常 火災(zāi)報警 N 何凡:基于單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計 8 為了降低誤報率,系統(tǒng)采用多次采集、多次判斷的方法。 系統(tǒng)軟件方案 圖 23 程序流程圖 為了便于系統(tǒng)維護和功能擴充,采用了模塊化程序設(shè)計方法,系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實現(xiàn)的。據(jù)類似本系統(tǒng)的報警器現(xiàn)場模擬實驗表明 , 本系統(tǒng)安全可靠 , 誤報率低。 ( 4) 火災(zāi)報警功能。 ( 3) 異常報警功能。 ( 2) 系統(tǒng)故障報警功能。如果發(fā)生火災(zāi),就以聲光進行報警。報警器將接收到火警信號后經(jīng)分析處理發(fā)出報警信號,警示消防控制中心的值班人員,并在屏幕上顯示出火災(zāi)的位置 ,整體電路的框圖如圖 22 所示 : 圖 22 火災(zāi)報警系統(tǒng)的原理圖 系統(tǒng)硬件結(jié) 構(gòu) 該火災(zāi)報警系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、聲光報警模塊組成。 技術(shù)實現(xiàn)的方法 火災(zāi)報警系統(tǒng)是由火災(zāi)探測部分和報警部分組成。這種超低頻(次聲波)的聲音現(xiàn)象為物質(zhì)燃燒所共有。 ( 6) 燃燒聲音火災(zāi)探測 聲音火災(zāi)探測器利用燃燒所特有的次聲波現(xiàn)象制成的聲音傳感器。這些氣體比煙霧粒子產(chǎn)生得早 , 在感煙火災(zāi)探測器尚未發(fā)出報警信號前已達到相當大的濃度。一般情況下, CO 和 CO2 在空氣中的含量極低。 針對這些可燃氣體探測器主要有半導(dǎo)體型可燃氣體探測器、載體催化型可燃氣體探測器、固體電介質(zhì)型可燃氣體探測器、光電型可燃氣體探測器等。這些氣體主要含有烷類、烴類、烯類、醇類、氫以及一氧化碳等成分。 ( 5) 氣體火災(zāi)探測 目前氣體火災(zāi)探測器主要有兩類:可燃氣體型(主要探測對象是還原性氣體)和燃燒氣體產(chǎn)物型(主要探測對象是 CO 和 CO2)。這樣就形成了火災(zāi)識別和探測算法的重要基礎(chǔ)?;鹧媸歉邷匚矬w,而它的周圍環(huán)境則是處于常溫狀態(tài)。一般紫外火焰探測器同快速滅火系統(tǒng)和抑爆系統(tǒng)聯(lián)動 [8],組成快速自動報警滅火系統(tǒng)和自動報警抑爆系統(tǒng)。其中紫外火焰探測器不受風(fēng)雨、陽光、高濕度、氣壓變化、極限環(huán)境濕度等影響,能在室外使用,但在雷電及電弧光有大量紫外線產(chǎn)生的場所運用此設(shè)備時,必須采取一定措施以防止非火災(zāi)報警。它對于環(huán)境中氣流速度也沒什么限制,這類探測器適用于生產(chǎn)、儲存和運輸高度易燃物質(zhì)(特別是可燃液體火災(zāi)或爆炸品)的危險性場所以及昂貴設(shè)備或關(guān)鍵設(shè)施對火情有特殊監(jiān)測需要的地方。紅外火焰探測器的探測波長為 7000 微米,紫外火焰探測器的探測波長為 4000 微米。 ( 3) 感光火災(zāi)探測器 感光火災(zāi)探測器又稱為火焰探測器,僅適用于有焰燃燒,只能在起火階段進行探測,不適合于火災(zāi)早期探測。差溫火災(zāi)探測器根據(jù)升溫速率來動作,如果升溫速率超過預(yù)定值時則發(fā)出報警信號。根據(jù)感熱效果和結(jié)構(gòu)型式,可將它們分為定溫火災(zāi)探測器、差溫火災(zāi)探測器和差定溫復(fù)合火災(zāi)探測器。 ( 2) 感溫火災(zāi)探測 器 物質(zhì)在燃燒過程中,釋放出大量的熱,使環(huán)境溫度升高,探測器中的熱敏元件發(fā)生物理變化,從而將溫度信號轉(zhuǎn)變成電信號,傳輸給火災(zāi)報警控制器,發(fā)出火災(zāi)報警信號。感煙火災(zāi)探測器可分為離子型、光電型、電容式和半導(dǎo)體型等幾種。其中,不可見煙發(fā)生在火災(zāi)早期,可以根據(jù)火災(zāi)產(chǎn)生氣體進行探測;在火災(zāi)的陰燃期出現(xiàn)可見煙霧信號可用于探測;起火階段可以根據(jù)火焰進行探測;高溫階段可以利用溫度信號進行探測。 典型的受限空間固體物質(zhì)火災(zāi)點火源的發(fā)展都要經(jīng)歷四個階段 :早期、陰燃、火焰和放熱。這些熱量通過可燃物的直接燃燒、熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對流,使火從起火部位向周圍蔓延,這就是常說的火蔓延。這些氣相形式的可燃物與空氣混合,在較強火源作用下產(chǎn)生預(yù)混燃燒。其中可燃物為氣體時,根據(jù)它和空氣混合方式的不同可以分成預(yù)混燃燒和擴散燃燒兩種。這是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉、智能化的煙霧傳感器,具有一定實用價值。火災(zāi)探測器通過對 火災(zāi)發(fā)出的物理、化學(xué)現(xiàn)象 ——燃燒氣體、煙霧粒子、溫度的探測,將探測到的火情信號轉(zhuǎn)化成火警電信號傳遞給火災(zāi)報警控制器。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊選用常用ADC0809。為此,本系統(tǒng)由火災(zāi)檢測模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊和聲光報警模塊組成。 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)能迅速監(jiān)測火情,可發(fā)現(xiàn)人們不易發(fā)覺的火災(zāi)早期特征,可將 火災(zāi)帶來的生命財產(chǎn)損失降到最低限度。隨著經(jīng)濟和城市建設(shè)的快速發(fā)展,城市高層、地下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)發(fā)生的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢。據(jù)統(tǒng)計,我國 70 年代火災(zāi)年平均損失不到 億元, 80 年代火災(zāi)年平均損失接近 億元。據(jù)聯(lián)合 國 “世界火災(zāi)統(tǒng)計中心 ( WFSC) 2020 統(tǒng)計資料 ”,全球每年大約發(fā)生火災(zāi) 600 萬至 700 萬次,全球每年死于火災(zāi)的人數(shù)約為 65000 至 75000 人。集中式系統(tǒng)由智能型控制器和若干非智能探測節(jié)點構(gòu)成,探測節(jié)點僅將火災(zāi)參量 傳送給控制器,由控制器智能地判斷火災(zāi)狀態(tài);分布式系統(tǒng)的控制器和探測節(jié)點均為智能型,也是今后火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的發(fā)展方向[4]。由于其具有安裝簡便、對建筑物無損壞作業(yè)、靈活性好,易于擴展等優(yōu)點,適用于許多場合,如名勝古跡、體育館、博物館、展覽中心、處于施工階段的建筑物、醫(yī)院等。 1890 年 在英國,感溫式火災(zāi)探測器研制成功并 應(yīng)用于火災(zāi)探測系統(tǒng),標志著火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的發(fā)展走上正軌 [3]。由此,火災(zāi)報警器在消防工作的作用尤為突出了。這種特性告誡人們要時時刻刻預(yù)防火災(zāi),不可麻痹懈怠 [1]。經(jīng)驗告誡人們,任何單位、任何部位,也包括組成社會的細胞 ——家庭,都要無一例外地預(yù)防火災(zāi)?;馂?zāi)的發(fā)生過程是復(fù)雜的,常常表現(xiàn)出普遍性、隨機性、必然性和相似性。 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 目錄 摘 要 ........................................................ I ABSTRACT ..................................................... II 第 1 章 引 言 .................................................. 1 研究背景 ............................................................................................................ 1 設(shè)計的目的和意義 ............................................................................................ 1 第 2 章 系統(tǒng)設(shè)計方案 ............................................ 3 火災(zāi)的產(chǎn)生機理 .................................................................................................. 3 火災(zāi)報警器的類型 .............................................................................................. 4 技術(shù)實現(xiàn)的方法 ...................
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