【正文】 時除了涉及到兼容性問題。3) 數(shù)據(jù)處理即時性：火災(zāi)發(fā)生時，能不能及時進(jìn)行火災(zāi)告警將直接影響能否控制火災(zāi)規(guī)模、減少火災(zāi)造成的生命財產(chǎn)損失。但是數(shù)據(jù)處理算法的設(shè)計又不能一味采用高速處理算法，在同樣的硬件環(huán)境下，隨著處理速度的提高，誤警率會呈對數(shù)形式提高，所以在軟件中數(shù)據(jù)處理算法要在權(quán)衡準(zhǔn)確性與速度的前提下做出相對最優(yōu)的設(shè)計。 II design 是最高級和復(fù)雜的，用于systemonaprogrammablechip (SOPC)的設(shè)計環(huán)境。QuartusII design是唯一一個包括以timing closure 和 基于塊的設(shè)計流為基本特征的programmable logic device (PLD)的軟件。 Altera Quartus II 作為一種可編程邏輯的設(shè)計環(huán)境, 由于其強(qiáng)大的設(shè)計能力和直觀易用的接口，越來越受到數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計者的歡迎。工程師使用同樣的低價位工具對Stratix FPGA進(jìn)行功能驗證和原型設(shè)計，又可以設(shè)計HardCopy Stratix器件用于批量成品。 Altera的Quartus II可編程邏輯軟件屬于第四代PLD開發(fā)平臺。Quartus平臺與Cadence、ExemplarLogic、MentorGraphics、Synopsys和Synplicity等EDA供應(yīng)商的開發(fā)工具相兼容。 支持MAX7000/MAX3000等乘積項器件 II設(shè)計軟件現(xiàn)在除了支持Altera的APEX 20KE，APEX 20KC， APEX II，ARM的Excalibur嵌入處理器方 案，Mercury，F(xiàn)LEX10KE和ACEX1K之外，還支持MAX3000A，MAX7000系列乘積項器件。 軟件體積縮小，運(yùn)行速度加快 ,完全安裝為700M,如果定制安裝，不選擇Excalibur嵌入處理器，則安裝所需空間為460M,，卻能支持ALTERA全部芯片的開發(fā)。 LogicLock設(shè)計流程把性能提升15% 設(shè)計軟件通過增強(qiáng)層次LogicLock模塊級設(shè)計方式，將性能平均改善15%。LogicLock設(shè)計流程運(yùn)行設(shè)計者單獨地優(yōu)化和鎖定每個模塊的性能，在大 型SOPC設(shè)計的構(gòu)建過程中也保持整個系統(tǒng)的性能。 采用快速適配選項縮短編譯時間 ，選擇中這個選項，將會比缺省設(shè)置要縮短50%的編譯時間。這樣布局適配算法反復(fù)的次數(shù)更少，編譯速度更快，對設(shè)計性能的影響最小。在最初的編譯時間中，新的 SignalProbe技術(shù)允許用 戶在保留設(shè)計最初布線，時限和設(shè)計文件的同時把內(nèi)部節(jié)點引到未用的管腳進(jìn)行分析。 而且，設(shè)計者能夠使用新版本中提供的HDL測試模板快速地開發(fā)HDL仿真矢量。 II設(shè)計軟件也支持高速I/O設(shè)計，生成專用I/O緩沖信息規(guī)范（IBIS）模型導(dǎo)入到常用的EDA信號集成工具中。 系統(tǒng)方案設(shè)計本節(jié)主要針對該火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計所需的元器件、系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能與設(shè)計要求以及系統(tǒng)工作流程等問題。由于系統(tǒng)使用多傳感器監(jiān)測，因此系統(tǒng)對火災(zāi)的檢測也是基于多判數(shù)據(jù)處理的，將系統(tǒng)中的多個傳感器采集到的數(shù)據(jù)送入控制模塊統(tǒng)一處理，將多組參數(shù)進(jìn)行組合判斷，使各個傳感器互為補(bǔ)充，能讓系統(tǒng)根據(jù)同一時刻各傳感器返回的信息準(zhǔn)確區(qū)分火災(zāi)險情與干擾源，拓寬了檢測范圍，提高了靈敏度，同時還能獲得較低的誤警率。傳感器的輸出并非是其對環(huán)境信息的連續(xù)檢測結(jié)果，而是根據(jù)其檢測周期有間隔地輸出，因此傳統(tǒng)火災(zāi)報警系統(tǒng)就存在檢測的實時性問題，而基于EDA技術(shù)和多傳感器的本系統(tǒng)使用硬件描述語言（VHDL）對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可達(dá)到對傳感器輸出的信號及環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測的效果；與此同時，本系統(tǒng)并不完全依賴數(shù)據(jù)閾值的判斷，而是加入了帶有持續(xù)時間檢測的模糊判斷，能夠有效區(qū)分火災(zāi)與干擾源。設(shè)計中這三種傳感器均為模擬信號傳感器，通過放大整形電路與A/D轉(zhuǎn)換后作為送入MCU處理的數(shù)據(jù)。這些性能指標(biāo)即設(shè)計中各傳感器的選型的主要依據(jù)，其次在選型中也應(yīng)考慮到元件性價比的因素，在滿足性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上盡可能提高元件性能。膜厚在2μm以內(nèi)，用玻璃燒結(jié)料把Ni（或Pd）引線固定，經(jīng)激光調(diào)阻制成的薄膜元件。測量范圍：50℃～500℃；R0=1000Ω；工作電流：；線性度：≤%；測量誤差：177。由上述性能指標(biāo)可知該傳感器符合設(shè)計的性能要求，同時其體積小巧、溫感靈敏且誤差很小，適合火災(zāi)檢測的溫度測量。當(dāng)流經(jīng)內(nèi)外電離室的電子流不平衡時，集電極充電直到電離電流達(dá)到平衡，在無煙或無燃燒物時，集電極除手電離電流潮汐影響外保持平衡電位。測量范圍：0%～5%；工作電壓：9V；測量誤差：177。；工作濕度：≤95%RH；棉芯2%/foot煙靈敏度：177。；絕緣體漏電電流：≤；電離源活度：(18Kbq)177。由上述性能指標(biāo)可知該傳感器符合設(shè)計的性能要求，HIS07傳感器的生產(chǎn)制作符合GB471593國家標(biāo)準(zhǔn)，采用單源雙室結(jié)構(gòu)，體積小，便于安裝；在適用范圍的環(huán)境條件下集電極平衡電位變化值基本在參數(shù)范圍內(nèi)，穩(wěn)定性較高；集電極平衡電位一致性好，響應(yīng)時間較短，適于火災(zāi)檢測中的煙霧測量。于是通過將電流轉(zhuǎn)換為電壓信號并整形方法送入A/D轉(zhuǎn)換就可以確定一氧化碳?xì)怏w的濃度數(shù)據(jù)。；零點漂移(20℃～40℃)：≤9ppm；工作濕度：15%～95%RH；響應(yīng)時間：25s；分辨率：1ppm；穩(wěn)定性：5%/年；重復(fù)性：2%輸出值。 系統(tǒng)主要功能本設(shè)計的火災(zāi)報警系統(tǒng)具有以下幾個功能：1) 火災(zāi)檢測：傳感器返回的數(shù)據(jù)經(jīng)中央控制處理器判斷為火災(zāi)時，發(fā)出火災(zāi)報警信號，并顯示于顯示器上；2) 狀態(tài)示警：根據(jù)傳感器返回的環(huán)境信息，即時顯示環(huán)境狀態(tài)；3) 外部設(shè)備控制：當(dāng)系統(tǒng)做出火災(zāi)判斷時能同時發(fā)出報警驅(qū)動信號啟動相應(yīng)外部設(shè)備如蜂鳴器工具等。傳感器安裝于檢測現(xiàn)場，通過導(dǎo)線連接到主板傳感器驅(qū)動電路，傳感器返回的信號送到整形電路后轉(zhuǎn)換為0~5V的電平信號，由A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入控制器。為了提高系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)在硬件設(shè)計上采用了一些措施。由于可能會有因某些特定原因產(chǎn)生的類似火災(zāi)的干擾源觸發(fā)報警系統(tǒng)，如果用通常的處理方法，需要大量的判斷時間，可能會造成硬件的損壞。 小結(jié)本章針對各個傳感器的選型方案和工作參數(shù)，對系統(tǒng)的主要功能和工作流程等問題進(jìn)行了簡單描述，使讀者對整個火災(zāi)報警系統(tǒng)有了一個整體了解，為整個系統(tǒng)的設(shè)計介紹開頭。該火災(zāi)報警系統(tǒng)由傳感器和主控器及其報警輔助設(shè)備（如蜂鳴器，指示燈）構(gòu)成，綜合考慮系統(tǒng)性能與成本，以EDA技術(shù)為核心的系統(tǒng)設(shè)計。 控制器系統(tǒng)設(shè)計方案分析本系統(tǒng)設(shè)計要求，或在報警系統(tǒng)主控器可有以下三個電路模塊組成：數(shù)據(jù)采集控制轉(zhuǎn)換模塊，其功能是控制接收傳感器數(shù)據(jù)并控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC0809進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換控制，發(fā)出控制信號；火災(zāi)分析判斷模塊，其功能是根據(jù)采集轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)與災(zāi)情預(yù)設(shè)值比較進(jìn)行邏輯判斷環(huán)境的火災(zāi)狀態(tài)，并根據(jù)判斷結(jié)果給出報警驅(qū)動信號，驅(qū)動報警裝置報警；火災(zāi)等級顯示指示模塊，其功能是根據(jù)邏輯判斷得知環(huán)境狀態(tài)的火災(zāi)等級將其用數(shù)碼管顯示，并有指示燈指示等級狀態(tài)。其中，CLKIN為時鐘輸入信號，時鐘上升沿敏感；REST為復(fù)位信號，高電平有效是系統(tǒng)復(fù)位，重啟工作；HANDWORK為手動輸入報警信號；ADCEOC為數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束控制信號輸入；ADCDATA[7…0]數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC0809輸出的8位數(shù)據(jù)；ADCADD為數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC0809通道選擇控制信號輸出；ADCSTART、ADCRST、ADCALE、ADCCOE為數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC0809轉(zhuǎn)換狀態(tài)控制信號輸出；LEDDRIVER、LEDCOM為數(shù)碼管顯示控制信號輸出；GLED、BLED、YLED、RLED為安全狀態(tài)等級指示燈控制輸出信號；ALARMNEWS報警驅(qū)動信號輸出；LEDA、LEDB、LEDC分別為溫度、煙霧濃度、一氧化碳濃度的邏輯判斷結(jié)果指示輸出信號。此時，系統(tǒng)火災(zāi)分析判斷模塊電路對數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判斷，給出溫度、煙霧濃度、一氧化碳濃度的判斷結(jié)果，并給出指示輸出信號LEDA、LEDB、LEDC，輸出報警驅(qū)動信號ALARMNEWS。 主要電路模塊設(shè)計分析 ．1 數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路設(shè)計由于系統(tǒng)中的各個傳感器返回的信號均為模擬量，無法被控制器模塊電路直接接收和處理，所以需要將這些信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，本設(shè)計選用模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0809概述1）0809的芯片說明：ADC0809是COMS的8位A/D轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，可控制8個模擬量中的一個進(jìn)入轉(zhuǎn)換器中，ADC0809是采樣分辨率為8位的，轉(zhuǎn)換時間約100us，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，以逐次逼近原理進(jìn)行?！獢?shù)轉(zhuǎn)換的器件。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 （2）對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下：IN7～I(xiàn)N0——模擬量輸入通道START——轉(zhuǎn)換啟動信號。A、B、C——地址線。CLK——時鐘信號。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號ALE——地址鎖存允許信號。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。D7～D0——數(shù)據(jù)輸出線。D0為最低位，D7為最高OE—— 輸出允許信號。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。Vref——參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。 表31 通道選擇C00001111B00110011A01010101通道ININ0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN72） ADC0809應(yīng)用說明 （1）ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器。 （3）送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 （5）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號來判斷。3） 主要特性（1）8路輸入通道，8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 （3）轉(zhuǎn)換時間為100μs （4）單個＋5V電源供電 （5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點和滿刻度校準(zhǔn)。 4) ADC0809的工作過程下圖（34）是ADC0809的主要控制信號時序圖。ALE是3位通道選擇地址（ADDA、ADDB、ADDC）信號的所存信號。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。 對于ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的控制程序段的VHDL設(shè)計，根據(jù)ADC0809的A/D轉(zhuǎn)換控制要求，我們可以用一個狀態(tài)機(jī)來實現(xiàn)，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換如下圖（35）所示右圖（36）是模數(shù)轉(zhuǎn)換器控制電路模塊框圖。當(dāng)系統(tǒng)給出復(fù)位信號RST時，系統(tǒng)將重啟運(yùn)行。讀取到轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)后，根據(jù)電路程序的邏輯判斷思想，對數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較該模塊的輸入信號有系統(tǒng)時鐘信號CLK，手動報警信號HAND，該信號色優(yōu)判斷，其電路框圖如右圖（37）。否則,系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)讀取控制信號ELECT，讀取數(shù)據(jù)DATA并與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較判斷災(zāi)情，若有災(zāi)情給出相應(yīng)的報警信號ALARM輸出,驅(qū)動報警裝置進(jìn)行災(zāi)情警報?；馂?zāi)分析判斷電路的數(shù)據(jù)處理判斷邏輯流程如下圖38所示： 火災(zāi)等級顯示指示模塊設(shè)計火災(zāi)等級顯示電路的實質(zhì)其實就是一個簡單的LED共陰極顯示模塊的一譯碼器。在本設(shè)計中不需要用到小數(shù)點位，因此用位寬為7的矢量表示7段數(shù)碼管即可。 傳感器的選型 溫度傳感器YHWEP01/Pt100YHWEP01/Pt100傳感器為本設(shè)計采用的高精度熱電偶溫度傳感器。其實物圖見圖（311），相關(guān)參數(shù)如表32所示。溫度系數(shù)αYHWEP01**100010(可加長)50~500+| t |+YHWEP02500表32 YHWEP01/Pt100溫度傳感器工作參由熱電偶的溫度計算公式： (31)其中，R0是0℃時的電偶內(nèi)阻，阻值1000Ω；溫度系數(shù)α=。圖312 溫度檢測電路原理圖 煙霧傳感器HIS07HIS07煙霧傳感器是日本為檢測煙霧而設(shè)計的新型傳感器，是為專用于煙霧檢測的傳感器實物圖及外形尺寸見圖313及圖314，其特性參數(shù)如表33所示。06177。1177。9177。2177。12177。3177。15177。177。溫度℃輸出V5177。0177。50177。圖315 煙霧檢測電路原理圖 一氧化碳傳感器ME4COME4CO傳感器屬于電化學(xué)型傳感器，對電解容納室作了重新設(shè)計，減少了電解液泄露的風(fēng)險，體積小，大幅度的減低了成本。傳感器檢測煙霧的原理由以下反應(yīng)式描述：CO + H2O→CO2 + 2H+ + 2e此時生成的電子分布在檢知電極，氫離子分布在電