【正文】 圖35 nRF401內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖36 nRF401引腳圖nRF401電路如圖37所示。9腳DIN輸入數(shù)字信號(hào)和10腳DOUT輸出數(shù)字信號(hào)均為標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平信號(hào)，需要發(fā)射的數(shù)字信號(hào)通過DIN輸入，解調(diào)出來的信號(hào)經(jīng)過DOUT輸出；12腳通道選擇：CS=“0”為通道（,MHz），CS=“1”為通道2（）；18腳電源開關(guān)；PWR—UP=“0”為待機(jī)模式；19腳發(fā)射允許：TXEN=“1”為發(fā)射模式；TXEN=“0”為接收模式。接收電路中，低噪聲放大器放大輸入的射頻信號(hào)，接收靈敏度105dBm。要發(fā)射的數(shù)據(jù)通過DIN端（第9腳）輸入。本機(jī)振蕩用鎖相環(huán)（PLL）方式，由在DDS基礎(chǔ)上的頻率合成器、外接的無源回路濾波器和壓控振蕩器組成。發(fā)射電路包含有：射頻功率放大器，鎖相環(huán)（PLL），壓控振蕩器（VCO），頻率合成器等電路。nRF401具有兩個(gè)信號(hào)通道，適合需要多信道工作的特殊場(chǎng)合；可直接與微控制器接口；低工作電壓（—），功耗低，發(fā)射時(shí)電源電流8mA，接收時(shí)電源電流250μA，接收待機(jī)狀態(tài)僅為8μA；僅需外接一個(gè)晶體和幾個(gè)阻容、電感元件，即可構(gòu)成一個(gè)完整的射頻收發(fā)器。圖34 AT24C16 與AT89S52 連接電路 火災(zāi)報(bào)警主控制器無線通信電路[24]火災(zāi)報(bào)警主控制器與系統(tǒng)子機(jī)之間靠無線通信芯片來實(shí)現(xiàn)信息交互，本系統(tǒng)選用nRF401。I2C總線最主要的優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)單性和有效性。本系統(tǒng)選用AT24C16。DS1302 與AT89S52 應(yīng)用連接電路如圖33。DS1302 芯片的特點(diǎn)：(1) Vcc1 為后備電源，Vcc2 為主電源?？蔀榈綦姳Ｗo(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。該芯片采用SPI三線接口與CPU 進(jìn)行同步通信，該芯片可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。圖32 AT89S52 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路連接圖 火災(zāi)報(bào)警主控制器時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)提供存儲(chǔ)火災(zāi)報(bào)警發(fā)生時(shí)間及時(shí)間顯示功能所需的時(shí)鐘基準(zhǔn)。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號(hào)。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。端口引腳 第二功能： RXD(串行輸入口) TXD(串行輸出口) INTO(外中斷0) INT1(外中斷1) TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0) T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。對(duì)P3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。引腳號(hào)第二功能： T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用）P2 口：P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) AT89S52引腳圖 PLCC封裝4 個(gè) TTL 邏輯電平。此外，（）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（）。對(duì)P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。在這種模式下，P0不具有內(nèi)部上拉電阻。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。圖31 AT89S52 管腳定義P0 口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 AT89S52 單片機(jī)簡(jiǎn)述[15，16]AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。本系統(tǒng)還具有時(shí)鐘電路，為系統(tǒng)提供日期及時(shí)間，時(shí)間以直觀方式顯示在液晶屏上，且為液晶待機(jī)時(shí)主界面。整個(gè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器是一個(gè)復(fù)雜的單片機(jī)控制系統(tǒng)，單片機(jī)是其核心部件。系統(tǒng)總體工作原理是由數(shù)字溫度傳感器和離子煙霧傳感器把監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳到系統(tǒng)子機(jī)CPU，處理后通過無線收發(fā)電路向主控機(jī)發(fā)送信號(hào)，接收端收到信號(hào)經(jīng)主控機(jī)CPU處理后，進(jìn)行分析和判斷后，把結(jié)果通過LCD液晶屏顯示出來，并把相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，若有火災(zāi)，則進(jìn)行相關(guān)報(bào)警操作。圖22 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3 電路的硬件設(shè)計(jì)根據(jù)上一章所選的系統(tǒng)方案構(gòu)想，下面進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路的具體設(shè)計(jì)，由圖22所示，系統(tǒng)由主控機(jī)和系統(tǒng)子機(jī)兩部分組成。 本章小結(jié) 本章首先介紹了系統(tǒng)方案的總體要求，然后又介紹了系統(tǒng)方案的構(gòu)想，最后介紹了器件的選用，確定了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。本系統(tǒng)鍵盤采用矩陣式鍵盤，也就是行列式鍵盤，由行線和列線組成。當(dāng)無按鍵時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上，這種結(jié)構(gòu)，節(jié)省I/O口線。獨(dú)立式按鍵電路靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但占用單片機(jī)I/O口數(shù)量較多，浪費(fèi)大，適用于按鍵較少的系統(tǒng)中。獨(dú)立式按鍵就是各按鍵間相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各占用一根I/O 口線，各口線間的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他口線上的工作狀態(tài)。本系統(tǒng)采用HS12864點(diǎn)陣式液晶屏，全中文顯示綜合功能信息，操作直觀方便。由于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)要求顯示系統(tǒng)時(shí)間、火警、故障等信息，信息較多。顯示單元是人機(jī)交互的窗口，是傳遞儀表工作狀態(tài)和檢測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵性設(shè)備，通常的顯示器件有液晶顯示器（LCD）和數(shù)碼管顯示器（LED）。接口方式為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)二線制造串行接口，這種方式占用單片機(jī)腳位少，占用線路板空間小，節(jié)省系統(tǒng)資源。與EEPROM不同，AT24C16以總線速度進(jìn)行寫操作，沒有任何延時(shí)。在掉電狀態(tài)下，數(shù)據(jù)可以保存10年?？紤]到需要存儲(chǔ)的信息量不多，本系統(tǒng)選用AT24C16。它廣泛應(yīng)用于電話、傳真、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。DS1302 工作時(shí)功耗很低保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW。DS1302 與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三個(gè)口線： RES （復(fù)位）、I/O（數(shù)據(jù)線） 、SCLK（串行時(shí)鐘）。下面僅介紹一下DS1302：DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31 字節(jié)靜態(tài)RAM ，通過簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信?；趎RF401成本低、可靠性高、外圍設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)將nRF401做為無線收發(fā)芯片的首選。nRF401 的外圍元件很少，僅 10 個(gè)左右。③ nRF401 是挪威 Nordic VLSI 公司推出的單芯片 RF 收發(fā)機(jī)，專為在 433MHz ISM (工業(yè)、科研和醫(yī)療) 頻段工作而設(shè)計(jì)。采用先進(jìn)的 CMOS工藝、6mm6mm 的 36 引腳 QFN 封裝；以 nRF2401 芯片結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，將射頻、8051MCU、9 輸入 12 位 ADC、125 頻道、UART、SPI、PWM、RTC、WDT 全部集成到單芯片中；內(nèi)部有電壓調(diào)節(jié)器（工作電壓 ～）和 VDD 電壓監(jiān)視，通常開關(guān)時(shí)間小于 200μs，數(shù)據(jù)速率 1Mbps，輸出功率 0dBm；不需要外接 SAW 濾波器，極少的外圍電路，發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過軟件設(shè)置完成，所有高頻元件包括電感、振蕩器等已經(jīng)全部集成在芯片內(nèi)部，一致性良好，性能穩(wěn)定且不受外界影響；工作在全球開放的 頻段、勿需申請(qǐng)通信許可證。③ 功耗大多數(shù)無線收發(fā)芯片是應(yīng)用在便攜式產(chǎn)品上的，因此功耗也非常重要，應(yīng)該根據(jù)需要選擇綜合功耗較小的產(chǎn)品．④ 發(fā)射功率在同等條件下，為了保證有效和可靠的通信，應(yīng)該選用發(fā)射功率較高的產(chǎn)品。在選擇時(shí)，應(yīng)主要參考以下幾點(diǎn)：① 收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)傳輸是否需要進(jìn)行曼徹斯特編碼采用曼徹斯特編碼的芯片，在編程上會(huì)需要較高的技巧和經(jīng)驗(yàn)，需要更多的內(nèi)存和程序容量，并且曼徹斯特編碼大大降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，一般僅能達(dá)到標(biāo)稱速率的 1/3，而采用串口傳輸?shù)男酒瑧?yīng)用及編程非常簡(jiǎn)單，傳送的效率很高，標(biāo)稱速率就是實(shí)際速率，編程方便。因此，本系統(tǒng)采用離子式感煙探測(cè)器作為系統(tǒng)的感煙器件。紅外光束感煙探測(cè)器又分為對(duì)射型和反射型兩種。紅外光束感煙探測(cè)器（線型探測(cè)器）：它是對(duì)警戒范圍內(nèi)某一線狀窄條周圍煙氣參數(shù)響應(yīng)的火災(zāi)探測(cè)器。光電感煙探測(cè)器又分為遮光型和散光型兩種。光電感煙探測(cè)器（點(diǎn)型探測(cè)器）：它是利用起火時(shí)產(chǎn)生的煙霧能夠改變光的傳播特性這一基本性質(zhì)而研制的。當(dāng)煙粒子進(jìn)入電離化區(qū)域時(shí)，它們由于與離子相接合而降低了空氣的導(dǎo)電性，形成離子移動(dòng)的減弱。感煙式火災(zāi)探測(cè)器分為點(diǎn)型與線型，點(diǎn)型分為離子型感煙和光電型感煙，線型分為激光感煙分離式紅外光束感煙。這種探測(cè)器可探測(cè)70%以上的火災(zāi)。火災(zāi)中約有70%的死者是由于燃燒氣體或煙霧窒息造成的。 煙霧傳感器的選擇[12]絕大多數(shù)物質(zhì)在燃燒的開始階段，首先產(chǎn)生煙霧，煙霧具有很大的流動(dòng)性，它能潛入建筑物的任何空間。Dallas 公司的單總線技術(shù)具有較高的性能價(jià)格比，有以下特點(diǎn)：①適用于低速測(cè)控場(chǎng)合，測(cè)控對(duì)象越多越顯出其優(yōu)越性；②性價(jià)比高，硬件施工、維修方便，抗干擾性能好；③具有 CRC 校驗(yàn)功能，可靠性高；④軟件設(shè)計(jì)規(guī)范，系統(tǒng)簡(jiǎn)明直觀，易于掌握。③ DS18B20是美國Dallas半導(dǎo)體公司的新一代數(shù)字式溫度傳感器，它具有獨(dú)特的單總線接口方式，即允許在一條信號(hào)線上掛接數(shù)十甚至上百個(gè)數(shù)字式傳感器，從而使測(cè)溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡(jiǎn)單，克服了模擬式傳感器與微機(jī)接口時(shí)需要的 A/D 轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點(diǎn)，而且，可以通過總線供電，由它組成的溫度測(cè)控系統(tǒng)非常方便，而且成本低、體積小、可靠性高。為了避免多個(gè)傳感器同時(shí)測(cè)溫時(shí)有重疊的現(xiàn)象，MAX6575 提供了“L”和“H”兩種型號(hào)的傳感器,它們的使用方法相同,而且每一種型號(hào)的傳感器又可以通過時(shí)間選擇引腳。但是 MAX6575L/H 在其測(cè)溫范圍內(nèi)非線性誤差較大，因此，當(dāng)它用于高精度溫度測(cè)量時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行非線性補(bǔ)償?！?，在 125℃時(shí)優(yōu)于177。測(cè)溫范圍為40～+125℃，其誤差范圍：在 25℃時(shí)優(yōu)于177。AD7418 可以級(jí)聯(lián)至多 8 片在同一個(gè) I2C 總線上。2℃，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 15～30ms。其內(nèi)部包含有帶隙溫度傳感器和 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器。目前在數(shù)字溫度傳感器中采用的串行總線主要有Philips公司的I2C總線，Motorola 公司的 SPI 總線，National Semiconductor 公司的 Microwireplus總線，Dallas Semiconductor 公司的 1Wire 總線和 Siemens 公司的 Profibus總線等。 主要器件的選用 溫度傳感器的選擇 隨著溫度傳感器智能化、集成化技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字式溫度傳感器也得到了快速發(fā)展，世界上許多公司推出了新型的數(shù)字溫度傳感器系列。以此來判斷火災(zāi)是否發(fā)生。任何物質(zhì)的燃燒都會(huì)明顯的溫度變化,因此感溫火災(zāi)報(bào)測(cè)器可以利用溫度變化率對(duì)火災(zāi)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)其值適中時(shí)，火災(zāi)探測(cè)器工作在正常模式；當(dāng)值較高時(shí)，火災(zāi)探測(cè)器工作在低靈敏度模式；當(dāng)值較低時(shí)，火災(zāi)探測(cè)器工作在高靈敏度模式。因此為了提高火災(zāi)傳感器的抗干擾能力，對(duì)固定門限值檢測(cè)法進(jìn)行改進(jìn)，其原理是“浮動(dòng)底線＋固定報(bào)警門限值”。固定門限檢測(cè)法具有計(jì)算量好的優(yōu)點(diǎn)，而且該算法易于實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用門限檢測(cè)法和變化率檢測(cè)法對(duì)火災(zāi)信息進(jìn)行判斷。這些算法在各個(gè)行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，使該行業(yè)得到新的發(fā)展。使用該種方案無線通訊接口與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接口電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠。新一代短距離無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有體積小、功耗低、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且開發(fā)簡(jiǎn)單快速，可以方便地嵌入到各種設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的無線連接，因此，較適合搭建小型網(wǎng)絡(luò)，在工業(yè)、民用領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用。（3）微功率短距離無線通信技術(shù)[10]近年來，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，短距離無線通信系統(tǒng)的大部分功能都可以集成到一塊芯片內(nèi)部，一般使用單片數(shù)字信號(hào)射頻收發(fā)芯片，加上微控制器和少量外圍器件構(gòu)成專用或通用無線通信模塊，所有高頻元件包括電感、振蕩器等已經(jīng)全部集成在芯片內(nèi)部，一致性良好，性能穩(wěn)定且不受外界影響。藍(lán)牙技術(shù)作為一種新興的技術(shù)，主要具有以下特點(diǎn):規(guī)范的開放性、產(chǎn)品的互操作性及兼容性、公用通信頻段以及提供大容量的語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。（2）藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）[8,9,10]，采用跳頻擴(kuò)頻FHSS技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的無線互連，有穿透能力，能夠全方位傳送，主要面對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各種數(shù)據(jù)和語音設(shè)備，通過無線方式將它們連成一個(gè)微微網(wǎng)(Piconet)。因此廣泛應(yīng)用于各種遙控器，筆記本電腦，PDA，移動(dòng)電話等移動(dòng)設(shè)備。 短距離無線通信模塊方案目前國內(nèi)外比較成熟的短距離無線通信技術(shù)主要有以下幾種：（1）紅外通信技術(shù)（IrDA）[8,9,10]紅外通信技術(shù) IrDA(InfraRed Data Association)采用人眼看不到的紅外線傳輸信息，是使用最廣泛的短距離無線通信技術(shù)?；馂?zāi)探測(cè)的