【正文】 度，其結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高； (2)感煙探測器的檢測對象是煙霧微料，對煙霧敏感，技術(shù)成熟，可靠性高；(3)氣體探測器適用于散發(fā)可烯氣體和可燃汽的場所，但會降低其探測的靈敏度；(4)火焰探測器的檢測對象是火焰輻射光，其探測范圍廣，對火焰反應(yīng)速度快，但易受太陽光等高溫物體輻射干擾；(5)圖像探測器其檢測對象是煙霧、火焰形狀，適合商場等大空間建筑物；綜上對比，感溫傳感器，感煙傳感器成本低，適用環(huán)境廣，抗干擾能力強，因此本系統(tǒng)主要采用這兩種傳感器。它利用紅外線的通斷表示計算機中的01邏輯，通常有效作用半徑2米，傳統(tǒng)速度可達(dá)4 Mbit/s，1995 年 IrDA 將通信速率擴展到的高達(dá) 16Mbit/s，紅外技術(shù)采用點到點的連接方式，發(fā)射、接收具有方向性，具有體積小、功耗低、連接方便、簡單易用、數(shù)據(jù)傳輸干擾少、速度快、保密性強、成本低廉的特點。但紅外技術(shù)只是一種視距傳輸技術(shù)，有效距離近，發(fā)射角度較小，一般不超過20 度，兩臺相互通信的設(shè)備之間必須對準(zhǔn)，而且傳輸數(shù)據(jù)時兩臺設(shè)備之間不能有阻擋物，只能限于兩臺設(shè)備通信，無法靈活構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，且無法用于邊移動邊使用的設(shè)備，另外，IrDA 設(shè)備中的核心部件 LED 易磨損。多個微微網(wǎng)之間也可以形成分布式網(wǎng)絡(luò)(Scatternet)，從而方便，快速的實現(xiàn)各類設(shè)備之間的通信。藍(lán)牙技術(shù)目前只是一種行業(yè)聯(lián)盟制定的短距離無線通信規(guī)范。射頻芯片一般采用 FSK 調(diào)制方式，工作于 ISM 頻段，通信模塊一般包含簡單透明的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議或使用簡單的加密協(xié)議，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，用戶不用對無線通信原理和工作機制有較深的了解，只要依據(jù)命令字進(jìn)行操作即可實現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)無線傳輸功能。綜上對比，微功率短距離無線收發(fā)芯片的可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強，通訊協(xié)議簡單透明，技術(shù)成熟。 數(shù)據(jù)處理方案[11]現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些先進(jìn)的算法不斷產(chǎn)生?；馂?zāi)報警探測領(lǐng)域同其他領(lǐng)域一樣，先進(jìn)的算法使火災(zāi)探測技術(shù)更上一個新的臺階?；馂?zāi)檢測方法最早使用的是固定門限檢測法，其檢測方法是以火災(zāi)報警傳感器采集到的數(shù)據(jù)值作為火災(zāi)報警的依據(jù)，將這個數(shù)據(jù)值與固定的門限值比較,當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)值超過報警門限值時，表示有火警發(fā)生，發(fā)出報警信息；否則就是沒有火警發(fā)生。但是由于算法簡單，誤報或漏報率高。根據(jù)火災(zāi)探測器的工作環(huán)境不同，對固定報警門限值設(shè)置不同的值。感溫火災(zāi)探測器的報警門限值是75oC。在實際計算中對一段時間內(nèi)的溫度采樣，計算信號變化斜率值，將其與設(shè)定的斜率門限值進(jìn)行比較。為了提高檢測的可靠性和抗干擾能力，在使用這種算法時同時可以使用信號平均和延時等處理手段。在如此眾多的產(chǎn)品中選擇出合適的器件，應(yīng)該把握以下幾點：外圍電路應(yīng)該盡量簡單；測溫的精度、分辨率要合適，以便減少不必要的電路和軟件開發(fā)成本；溫度傳感器采用的總線負(fù)載能力如何，能否滿足多點測溫的需要；占用 MCU 的 I/O引腳數(shù)情況如何，因為 MCU 的系統(tǒng)資源非常寶貴，輸入通道有限，多點溫度測量時，如果測量的點數(shù)超過了輸入通道時，就要添加多路復(fù)用器，這將增加成本和開發(fā)時間，應(yīng)盡量節(jié)約與 MCU的通信協(xié)議應(yīng)盡量簡單，溫度測量的軟件開發(fā)難度、成本要盡量小。常用的數(shù)字溫度傳感器主要有：① AD7418 是是美國模擬器件公司（ADI）推出的單片溫度測量與控制用集成電路。測溫范圍為55℃～+125℃，具有 10 位數(shù)字輸出溫度值，分辨率為 ℃，精度為177。具有體積小、編程簡單、使用容易、測量精度高，并且不易受環(huán)境千擾等優(yōu)點。② MAX6575L/H 是美國 MAXIM 公司的一種單總線式數(shù)字溫度傳感器，具有較好的線性、較低的功耗，而且編程簡單，調(diào)試容易，使用方便。3℃, 在 85℃時優(yōu)于177。5℃。它最多允許在一根 MCU 的 I/O 總線上同時掛接 8 個 MAX6575L/H 進(jìn)行多點溫度測量。但是，MAX6575L 的遠(yuǎn)距離傳輸特性并不理想，傳輸范圍只能在 5m 以內(nèi)，超過此范圍將采集不到被測溫度數(shù)據(jù)，這也是這種器件的一個弊端。DS18B20 的測溫范圍55～+125℃，最高分辨率可達(dá) ℃，由于每一個 DS18B20 出廠時都刻有唯一的一個序列號并存入其 ROM 中，因此 CPU 可用簡單的通信協(xié)議就可以識別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。由于 DS18B20 獨特的單總線接口方式在多點測溫時有明顯的優(yōu)勢，占用 MCU 的 I/O 引腳資源少，和 MCU 的通信協(xié)議比較簡單，成本較低，傳輸距離遠(yuǎn)，所以，選用 DS18B20 做為溫度測量的傳感器。煙霧具有毒性，它對人的生命具有特別大的威脅。因此要實現(xiàn)早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，減少火災(zāi)損失，在通常情況下利用感煙式火災(zāi)探測器會有良好效果。感煙火災(zāi)探測器是目前世界上應(yīng)用最普遍、數(shù)量最多的探測器。離子感煙式探測器（點型探測器）：它是在電離室內(nèi)含有少量放射性物質(zhì)，可使電離室內(nèi)空氣成為導(dǎo)體，允許一定電流在兩個電極之間的空氣中通過，射線使局部空氣成電離狀態(tài)，經(jīng)電壓作用形成離子流，這就給電離室一個有效的導(dǎo)電性。當(dāng)導(dǎo)電性低于預(yù)定值時，探測器發(fā)出警報。根據(jù)煙粒子對光線的吸收和散射作用。根據(jù)接入方式和電池供電方式等的不同，感煙探測器又可分為聯(lián)網(wǎng)型煙感，獨立型煙感，無線型煙感。它同前面兩種點型感煙探測器的主要區(qū)別在于線型感煙探測器將光束發(fā)射器和光電接受器分為兩個獨立的部分，使用時分裝相對的兩處，中間用光束連接起來。離子感煙探測器對小粒子響應(yīng)靈敏度高, 隨著煙的色帶由可見煙到不可見煙的變化，相對響應(yīng)靈敏度增加得很小，即離子感煙探測器響應(yīng)靈敏度與煙的顏色近似無關(guān)；光電感煙探測器對大粒子響應(yīng)靈敏度高，散射光型光電探測器對灰色的可見煙具有較高的響應(yīng)靈敏度，由于黑煙對光的吸收作用而對其響應(yīng)較遲鈍，因此其對小粒子響應(yīng)小.綜上對比，離子感煙探測器對各種煙霧的響應(yīng)靈敏度都較高。 無線收發(fā)芯片的選擇[13] 無線收發(fā)芯片的種類和數(shù)量比較多，在設(shè)計中選擇合適芯片可以提高產(chǎn)品開發(fā)周期、節(jié)約成本。② 收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量芯片外圍元器件的數(shù)量直接關(guān)系到系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本，因此應(yīng)該選擇外圍元件少的收發(fā)芯片。常用的無線收發(fā)芯片主要有：① nRF24E1 是挪威 Nordic VLSI ASA 公司最近開發(fā)的一種嵌入了高性能單片機內(nèi)核的高速單片無線收發(fā)芯片[15]。② nRF903 單片射頻收發(fā)器芯片工作在915MHz國際通用的 ISM 頻段； GMSK/GFSK 調(diào)制和解調(diào), 抗干擾能力強；采用 DDS+PLL 頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；靈敏度高達(dá)100dBm , 最大發(fā)射功率達(dá)+10dBm；數(shù)據(jù)速率可達(dá) Kbit/s；170 個頻道,適合需要多信道工作的特殊場合；可方便地嵌入各種測量和控制系統(tǒng)中進(jìn)行無線數(shù)據(jù)雙向傳輸，在儀器儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、計算機遙測遙控系統(tǒng)等中應(yīng)用。該芯片集成了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL 合成、FSK 調(diào)制、FSK 解調(diào)、雙頻道切換等功能，具有性能優(yōu)異、功耗低、使用方便等特點。只包括一個 4MHz 基準(zhǔn)晶振(可與 MCU 共享)、一個 PLL環(huán)路濾波器和一個 VCO 電感，收發(fā)天線合一，沒有調(diào)試部件，這給研制及生產(chǎn)帶來了極大的方便。 時鐘芯片的選擇目前單片機可用時鐘芯片很多，但功能都很相似，例如HOLTEK公司生產(chǎn)的HT1380和DALLAS公司生產(chǎn)的DS1302。實時時鐘/日歷電路提供秒、分、時、日、日期、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，時鐘操作可通過AM/PM 指示決定采用24 或12 小時格式。時鐘/RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達(dá)31 個字節(jié)的字符組方式通信。DS1302 是由DS1202 改進(jìn)而來，增加了以下的特性：雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)，Vcc1 為可編程涓流充電電源，附加七個字節(jié)存儲器。 存儲芯片的選擇系統(tǒng)主機對火災(zāi)發(fā)生的時間、地方以及火災(zāi)報警探測器等的相關(guān)信息進(jìn)行存儲，因此火災(zāi)報警系統(tǒng)要具有存儲功能。AT24C16是16K位的非易失性隨機存儲器，具有非易失性，并且可以象RAM一樣快速讀寫數(shù)據(jù)。比EEPROM或其他非易失性存儲器可靠性更高，系統(tǒng)更簡單。數(shù)據(jù)送到AT24C16 直接寫到具體的單元地址,下一個操作可以立即執(zhí)行。 鍵盤、顯示模塊的選擇[14]用戶與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)進(jìn)行交互時，主要是通過顯示屏顯示輸出和鍵盤手動輸入完成的。其中數(shù)碼管僅能顯示有限的幾位數(shù)字或字母且占用系統(tǒng)管腳資源較多。因此，本系統(tǒng)采用點陣式大屏幕液晶顯示屏，全中文提示。鍵盤電路的結(jié)構(gòu)可以分為獨立式按鍵和矩陣式鍵盤兩種方式?？赏ㄟ^檢測輸入線的電平狀態(tài)來判斷哪個按鍵被按下了。矩陣式鍵盤是一種適合按鍵數(shù)量較多的系統(tǒng)中，它是由行線和列線組成的，又稱行列式鍵盤。矩陣式鍵盤的工作原理：行線是通過上拉電阻接到＋5V 上。即列線電平為低電平，則行線電平為低；列線電平為高電平，則行線電平為高。采用這種結(jié)構(gòu)主要是考慮到I/O 口線的節(jié)省，在能節(jié)省口線的同時又能滿足系統(tǒng)對鍵盤的要求。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 22 所示。其中主控機由時鐘模塊、鍵盤顯示模塊、無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、聲光報警模塊及電源模塊等部分組成；系統(tǒng)子機由溫度傳感器，煙霧傳感器、無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊等組成。 火災(zāi)報警主控制器硬件設(shè)計 火災(zāi)報警控制器是以 AT89S52 芯片為核心；以HS12864點陣式液晶屏進(jìn)行顯示；同時還具有人工干預(yù)單片機主要手段的鍵盤；進(jìn)行信息傳遞的無心線通信模塊；存儲火災(zāi)信息的存儲器；為整個主控機進(jìn)行供電的電源模塊等。火災(zāi)自動報警主控制器接收系統(tǒng)子機從探測器轉(zhuǎn)發(fā)過來關(guān)于火災(zāi)、故障等報警信號，并對這些信號進(jìn)行處理后向用戶發(fā)出聲、光等報警信息；所有操作指示、包括火災(zāi)警、故障等系統(tǒng)反饋信息都在系統(tǒng)提供的液晶屏上顯示，讓用戶操作更簡單、靈活、方便、圖像信息更直觀。以上這些硬件模塊電路設(shè)計主要本著抗干能力強，傳遞信息準(zhǔn)確、可靠，硬件電路簡潔、成本較少為基本原則。指令系統(tǒng)與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52 管腳定義如圖31。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏 輯電平。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。 在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。 在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。 在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR） 時，P2 口送出高八位地址。在使用 8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。AT89S52 單片機最小系統(tǒng)電路連接方式如圖32。本系統(tǒng)采用高性能、低功耗的實時時鐘芯DS1302。DS1302 內(nèi)部有一個318 的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM 寄存器。 晶振。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行；(2)31*8 位數(shù)據(jù)存儲RAM；(3)工作電壓： V～；(4)單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送兩種讀/寫時鐘或RAM 數(shù)據(jù)；(5)時芯片可以采用8 腳DIP 或8 腳SOIC 封裝；(6)適用溫度范圍：—40oC～+85oC。圖33 DS1302 與AT89S52連接電路 火災(zāi)報警主控制器存儲電路[18]系統(tǒng)主機對火災(zāi)發(fā)生的時間、地方以及火災(zāi)報警探測器等的相關(guān)信息進(jìn)行存儲，因此火災(zāi)報警系統(tǒng)要具有存儲功能。芯片AT24C16 的特點如下：(1) AT24C16 是串行、非易失的EEPROM 存儲器，低壓和標(biāo)準(zhǔn)電壓工作(Vcc=—)，2048x8（4k）存儲空間，斯密特觸發(fā)，噪聲抑制濾波輸入，內(nèi)部有64 頁，允許局部頁寫操作； (2) 采用8 引腳封裝，具有結(jié)構(gòu)緊湊、存儲容量大等特點，可以在2線總線上并接多片芯片，在使用時只需通過不同的地址對芯片進(jìn)行訪問；(3) AT24C16 采用的是I2C總線[19]。AT24C16 與AT89S52 連接電路圖34。nRF401芯片的簡介：射頻收發(fā)芯片nRF401工作在433MHz國際通用的ISM頻段；FSK調(diào)制和解調(diào)，抗干擾能力強；采用PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；靈敏度高達(dá)105dBm，最大發(fā)射功率達(dá)到+10dBm；數(shù)據(jù)速率可達(dá)20Kbit/S；可方便地嵌入測量和控制系統(tǒng)中。nRF401采用20腳SSOIC封裝，內(nèi)部電路可分為發(fā)射電路、接收電路、模式和低功耗控制邏輯電路幾部分?；鶞?zhǔn)振蕩器采用外接晶體振蕩器產(chǎn)生電路所需的基準(zhǔn)頻率。壓控振蕩器由片內(nèi)的振蕩電路和外接的電感組成。接收電路包含有：低噪聲放大器、混頻器、FSK解調(diào)器、濾波器等電路。混頻器采用Ⅰ級混頻結(jié)構(gòu)，混頻器的輸出信號經(jīng)中頻濾波器濾波后送入FSK解調(diào)器解調(diào)，解調(diào)后的數(shù)字信號在DOUT端（第10腳）輸出。nRF401內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖35，引腳圖36。1腳和20腳之間連接的是震蕩電路，采用4MHz的晶震