【正文】 [1] 孫育才，MCS51系列單片微型計算機(jī)及其應(yīng)用，第4版，東南大學(xué)出版社，2006[2] 王慶，Protel 99 SEamp。在設(shè)計過程中，自己也學(xué)到了許多新的知識，有很多感悟和體驗心得。由于上述缺點(diǎn)的存在,此系統(tǒng)不是很完善，還有待進(jìn)一步改進(jìn)。由于電源的波動，傳感器的電氣特性等問題，使得A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果有時波動很大，這樣就可能出現(xiàn)誤報警。由于實現(xiàn)了對普通環(huán)境中煙霧濃度和溫度的實時監(jiān)控，因此具有非常普遍的意義，能廣泛應(yīng)用于居民家庭、企事業(yè)單位等多方面的安全防范。是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的火災(zāi)報警器，具有一定的實用價值。本次畢業(yè)設(shè)計經(jīng)過努力，整個系統(tǒng)實現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)。結(jié)論火災(zāi)報警器可保障生產(chǎn)與生活的安全，避免火災(zāi)和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和安全生產(chǎn)所必備的儀器，具有廣闊的市場空間與發(fā)展前景。系統(tǒng)對現(xiàn)場進(jìn)行報警判斷后，間隔20s后（通過系統(tǒng)的延時程序?qū)崿F(xiàn)），再一次采集現(xiàn)場的溫度煙霧信號進(jìn)行判斷，即每一次語音報警持續(xù)20s，直到系統(tǒng)做出下一次判斷結(jié)果。經(jīng)過換算可得出溫度煙霧傳感器輸出火災(zāi)報警臨界電壓值為：， 系統(tǒng)對溫度和煙霧進(jìn)行了兩次數(shù)據(jù)采集與判斷，每次信號采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值比較，當(dāng)溫度≥57℃，溫度異常，置寄存器變量a為1，否則為0；當(dāng)煙霧濃度≥％，煙霧濃度異常，置寄存器變量b為1，否則為0。 火災(zāi)報警系統(tǒng)中使用的是溫度傳感器AD590和煙霧傳感器TGS202，煙霧傳感器輸出電壓v與煙霧濃度p關(guān)系為：v=+，℃。當(dāng)系統(tǒng)采集2次溫度煙霧信號后，轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入單片機(jī)的寄存器中，系統(tǒng)再調(diào)用火災(zāi)判斷子程序。由于設(shè)計采用的是模塊化設(shè)計，系統(tǒng)實現(xiàn)報警功能是通過調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)的。系統(tǒng)延時50ms，進(jìn)行第二次溫度煙霧信號采集，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入寄存器中。每次采集溫度煙霧數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存入單片機(jī)的寄存器，然后在火災(zāi)判斷程序中，將采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。開始定時器初始化開中斷關(guān)閉蜂鳴器，打開綠燈設(shè)定初值YN是否保持報警初值返回 圖 42 主程序初始化流程圖數(shù)據(jù)采集是火災(zāi)報警系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。首先設(shè)定定時器工作方式，然后開系統(tǒng)中斷，以便響應(yīng)中斷定時，及時對氣體濃度和溫度進(jìn)行采樣。主程序初始化流程圖如圖42所示。圖 程序流程圖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(jī)輸出輸入端口的設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲電路、外圍驅(qū)動電路等完成初始化，接下來執(zhí)行火災(zāi)報警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集程序、火災(zāi)判斷、報警程序。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)報警系統(tǒng)程序設(shè)計火災(zāi)報警系統(tǒng)控制器上采用80C51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)動外部電路、語音報警和A/D采樣等，該部分是火災(zāi)報警系統(tǒng)智能化的集中體現(xiàn)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)C51連接定位生成絕對目標(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)大型軟件時更能 體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(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)，可用于實時處理系統(tǒng)。圖39 數(shù)碼顯示電路第4章 火災(zāi)報警系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件開發(fā)環(huán)境 本系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的匯編語言而采用C語言進(jìn)行程序設(shè)計。本系統(tǒng)顯示用的4位七段數(shù)碼管由數(shù)碼管專用驅(qū)動芯片ICM7218A驅(qū)動，分別接數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g，DIGITDIGIT DIGIT DIGIT4為位選，分別控制4位數(shù)碼管的亮滅，ID07為數(shù)據(jù)線，、MODE是寫控制位和模式控制位，、。 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)據(jù)采集進(jìn)來并被成功地由模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后，就被傳送到系統(tǒng)的顯示模塊，讓人們更直接地觀察到相關(guān)數(shù)據(jù)。 光報警電路 圖 311 光報警電路AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號傳輸給P0口，讀取P0口的內(nèi)容跟設(shè)定的值進(jìn)行判定，如果大于設(shè)定值，、控制紅色發(fā)光二級管的發(fā)光，實現(xiàn)光報警功能. 如果小于設(shè)定值，、控制綠色發(fā)光二級管的發(fā)光，說明正常，沒有火災(zāi)發(fā)生。采樣時，把相應(yīng)的模擬電壓信號從Vi端送進(jìn)LM324A進(jìn)行放大處理后，從Vo端輸出送入A/D轉(zhuǎn)換電路。電路圖如上圖310所示，運(yùn)算放大器接成電壓放大電路。對于傳感器輸出的模擬信號，一般要用運(yùn)算放大器對其進(jìn)行調(diào)理或放大，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對輸入模擬量幅值及極性的要求。當(dāng)80C51知道A/D轉(zhuǎn)換完成后，P20與讀信號RD共同控制下的A/D端口OE電平變?yōu)楦唠娖綍r，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到單片機(jī)上。例如，輸出地址F8H可選通通道IN0，實現(xiàn)對溫度傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換；輸出地址F9H可選通通道IN1，實現(xiàn)對煙霧傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)ALE端口變?yōu)楦唠娖剑瑢?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)P20=0時，與寫信號WR共同選通ADC0809。鎖存允許端LE為高電平時，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?”時，數(shù)據(jù)輸入鎖存器中。當(dāng)OE為高電平時，O0~O7呈高阻態(tài)，既不驅(qū)動總線，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。單片機(jī)的P0口接受ADC0809傳輸來8位數(shù)字量，向A/D輸出的8位地址經(jīng)地址鎖存器74LS373鎖存，選擇低3位地址作為A/D的通道選通地址。故D觸發(fā)器能實現(xiàn)對ALE端口的信號二分頻。二分頻電路由D觸發(fā)器實現(xiàn)，R、S端接地，D接Q非，Q端作為輸出端，CLK接80C51的ALE端。系統(tǒng)80C51與ADC0809接口電路如圖39所示。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。當(dāng)EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。START：轉(zhuǎn)換啟動信號，當(dāng)START上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。當(dāng)ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進(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。 ～。復(fù)位電路中SWPB為手動復(fù)位開關(guān)，電容C1可避免高頻諧波對電路的干擾。當(dāng)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(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位，本設(shè)計采用的是手動按鈕復(fù)位。80C51的復(fù)位信號是從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)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。本設(shè)計中使用石英晶體，電容的容值設(shè)定為30pF。電路中的外接石英晶體及電容CC3接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。圖 37 ICM7218引腳圖 單片機(jī)外圍接口電路晶振電路為單片機(jī)80C51工作提供時鐘信號，芯片中有一個用于構(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。數(shù)據(jù)接收結(jié)束，ICM7218在掃描控制電路的控制下，按設(shè)定的譯碼模式，以動態(tài)掃描顯示方式向段顯示驅(qū)動器和位控驅(qū)動器發(fā)出控制信號，直到下一個控制字寫入前，不停地進(jìn)行動態(tài)顯示工作。同樣由單片機(jī)向ICM7218寫控制字及數(shù)據(jù)，編程部分像給外部RAM寫數(shù)據(jù)一樣簡單。 數(shù)碼管顯示電路ICM7218 是INTERSIL公司生產(chǎn)的一種性能價格比較高的通用8位LED數(shù)碼管驅(qū)動電路, 28 腳雙列封裝,是一種多功能LED 數(shù)碼管驅(qū)動芯片,可與多種單片機(jī)接口使用。（6）轉(zhuǎn)換速度取于決芯片的時鐘頻率。（4）具有鎖存控制的8路模擬選通開關(guān)。（2）最大不可調(diào)誤差：ADC0809為1LSB。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片.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由8路模擬開頭、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35所示, 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖36所示。目前有很多類型的A／D轉(zhuǎn)換芯片，它們在轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度、分辨率以及使用價值上都各具特色，綜合全部因素設(shè)計決定采用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。A／D轉(zhuǎn)換器的分辨率以輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示；(2) 轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間指A／D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時間。完成A／D轉(zhuǎn)換的器件即為A／D轉(zhuǎn)換器。 A/D轉(zhuǎn)換芯片在單片機(jī)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(zhǔn)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(dú)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(jìn)行程序校驗時，P2口接收輸入的8位地址。(C)P2口（21腳～28腳）：～，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O接口。對于MCS—52子系列單片機(jī)，：；。對于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)，當(dāng)EPROM編程時，從P0口輸入指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗程序時，則輸出指令字節(jié)。當(dāng)接有外部程序存儲器或擴(kuò)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(A)P0口（39腳～22腳）：～。當(dāng)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(dāng)EA端保持高電平時，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲器4KB（MS—52子系列為8KB）。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間，PESN信號將不出現(xiàn)。（B）ALE/ P （30腳）：當(dāng)訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存信號）以每機(jī)器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低（C）PSEN(29腳):片外程序存儲器讀選通輸出端,低電平有效。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機(jī)器周期的高電平，就可實現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)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(dāng)采用外部時鐘時，對于HMOS單片機(jī)，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XTAL2XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。 80C51芯片 80C51芯片的引腳及功能圖 34 80C51芯片的引腳圖下面按引腳功能分為4個部分?jǐn)⑹鰝€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(dāng)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 AA6 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(bǔ)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 ISD1420語音芯片 ISD1420引腳圖3 3 ISD1420引腳 ISD1420各引腳及其功能介紹電源（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(dāng)TGS202探測到CO2或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。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會損壞。AD590的電源電壓范圍為4V30V。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，便可在輸出端VT 獲得與絕對溫度成正比的電壓量，即10 mV/K。電路如圖31所示。綜合考慮各因素，本文選擇集成溫度傳感器AD590 和氣體傳感器TGS202 用作采集系統(tǒng)的敏感元件。它還可以與自動滅火設(shè)備一起組成自動報警、自動滅火的“自動消防隊”。另一種是紫外光輻射探測器，則利用有機(jī)化合物燃燒時，火光中的紫外光，使紫外光敏管的電極激發(fā)出離子，通過繼電器等，就能打開開關(guān)電路報警。一種是紅外光輻射探測器。如將兩者結(jié)合起來，便成為差定溫組合式。一種是利用某些金屬易熔的特性，在探測器里固定一塊低熔點(diǎn)合金，當(dāng)溫度升到它的熔點(diǎn)（70～90℃）時，金屬熔化，借助彈簧的作用力，使觸頭相碰，電路接通，發(fā)出信號。一種是運(yùn)用金屬熱脹冷縮的特性。這種探測器采用半導(dǎo)體器件，體積小、價格低、耐震動、壽命長，很有發(fā)展前途。還有一種叫管道抽吸式感煙探測器，他的工作原理與光電感應(yīng)探測器中另一種散射型相似，通過煙霧的反射或散射產(chǎn)生光敏電流，主要用在船舶上。一旦有煙霧竄逃外電離室，干擾了帶電粒子的正常運(yùn)動，電流、電壓就有所改變，破壞了內(nèi)外電離室之間的平衡，于是就發(fā)出了信號。一種