【正文】 果可燃?xì)怏w和空氣分別進(jìn)入燃燒區(qū)邊混合邊燃燒，則稱之為擴(kuò)散燃燒。一般氣溶膠的分子較小()?？扇?xì)怏w與空氣混合，在較強(qiáng)火源作用下產(chǎn)生預(yù)混燃燒。同時(shí)，發(fā)出含有紅、紫外線的火焰，散發(fā)出大量的熱量。其中的氣溶膠、煙霧、火焰和熱量都稱為火災(zāi)參量，通過對這些參量的測定便可確定是否存在火災(zāi)。陰燃就是在疏松或顆粒介質(zhì)中形成的緩慢進(jìn)行的熱解和氧化反應(yīng)，它能長時(shí)間自行維持并傳播，當(dāng)條件發(fā)生變化時(shí)，或者自行熄滅，或者轉(zhuǎn)化為明火?？焖侔l(fā)展火焰則是火災(zāi)擴(kuò)散的速度特別快，這種類型的火災(zāi)一般為空氣中混有大量可燃?xì)怏w?？偟膩碚f，普通可燃物在燃燒時(shí)表現(xiàn)為以下形式：首先是產(chǎn)生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣充足的條件下才能達(dá)到全部燃燒，產(chǎn)生火焰，發(fā)出可見光和不可見光，并散發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度升高。火焰燃燒后，迅速蔓延，產(chǎn)生大量的熱使得環(huán)境溫度升高，如果能將這時(shí)能夠探測到有效地溫度值，就可以比較及時(shí)地控制火災(zāi)。圖一 起火過程曲線 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 報(bào)警系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)控制模塊、聲光報(bào)警模塊、顯示模塊、時(shí)鐘模塊組成。溫度、煙霧傳感器信號調(diào)理電路A/D轉(zhuǎn)換 按鍵液晶顯示模塊ATC89C51單片機(jī)聲光報(bào)警系統(tǒng) 時(shí)鐘系統(tǒng)圖二 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)置報(bào)警值或時(shí)間是否按鍵？初始化液晶延時(shí)15ms 開始 檢測溫度檢測氣體濃度 報(bào)警 LED亮蜂鳴器發(fā)聲是否超過設(shè)定值？ 報(bào)警 LED亮蜂鳴器發(fā)聲是否超過設(shè)定值？ 否 是 否 否 是 是 是圖三 系統(tǒng)軟件程序流程圖首先要給傳感器預(yù)熱一段時(shí)間，因?yàn)槲覝?zhǔn)備采用MQ2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器，該傳感器在不通電存放一段時(shí)間后，再次通電時(shí)，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時(shí)間預(yù)熱。所以需要延時(shí)15ms，如圖三所示。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，把火災(zāi)產(chǎn)生的各種非電量參數(shù)(如煙霧，溫度)變成電量參數(shù)傳送給控制器?；馂?zāi)探測器根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)所表現(xiàn)出來的物理現(xiàn)象可以分為：氣敏型、感溫型、感煙型、感光型、感聲型五大類。 (l)感溫探測器感溫探測器一般分為定溫式和差溫式。本設(shè)計(jì)采用DS18B20溫度傳感器，測溫范圍為55～125℃，℃。DS18B20平面圖如圖 (2)感煙探測器感煙探測器可以分為離子感煙探測器和光電感煙探測器。感煙探測器適用于火災(zāi)前期及早期，產(chǎn)生大量的煙和少量的熱，但它不能區(qū)分火災(zāi)信號與非火災(zāi)信號，如廚房煙、水蒸氣等，所以誤報(bào)率較高。MQ2型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導(dǎo)體。C溫度時(shí)，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少， 從而使其電阻值增加。利用這一點(diǎn)就可以 獲得這種煙霧存在的信息。而當(dāng)空氣中沒有煙霧時(shí)，二氧化錫半導(dǎo)體又會自 動(dòng)恢復(fù)氧的負(fù)離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。MQ2型傳感器的結(jié)構(gòu)圖如 圖四所示，其外觀如圖五所示。AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51的引腳圖如圖六所示。圖六 AT89C51芯片的引腳圖ADC0832 簡介：ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的串行接口8位A/D轉(zhuǎn)換器，通過三線接口與單片機(jī)連接，功耗低，性能價(jià)格比較高，適宜在袖珍式的智能儀器儀表中使用。各引腳說明如下：● CS——片選端，低電平有效。● DI——兩路模擬輸入選擇輸入端?！?CLK——串行時(shí)鐘輸入端。GND——電源地。 系統(tǒng)的工作過程單片機(jī)是整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的工作原理是：先通過傳感器 (包括溫感和煙感)將現(xiàn)場溫度、煙霧等非電信號轉(zhuǎn)化為電信號，調(diào)理電路將傳感器輸出的電信號進(jìn)行調(diào)理(放大、濾波等)，使之滿足A /D轉(zhuǎn)換的要求 ,最后由A /D轉(zhuǎn)換電路 ,完成將溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，單片機(jī)判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。3 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng) 晶振電路晶振電路為單片機(jī)AT89C51工作提供時(shí)鐘信號，芯片中有一個(gè)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。電路中的外接石英晶體及電容CC2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，系統(tǒng)的晶振電路如圖八所示。本設(shè)計(jì)中使用石英晶體，電容的容值設(shè)定為30pF。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)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(dòng)而影響復(fù)位。AT89C51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。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位，本設(shè)計(jì)采用的是手動(dòng)按鈕復(fù)位。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會直接加到REST端，系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位電路中為手動(dòng)復(fù)位開關(guān)，AT89C51的復(fù)位電路如圖九所示。如圖十所示圖十 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路 繼電器驅(qū)動(dòng)電路繼電器驅(qū)動(dòng)電流一般需要2040mA或更大，線圈電阻100200歐姆，因此要加驅(qū)動(dòng)電路。具體電路如圖十一。當(dāng)晶體管T1基極被輸入低電平時(shí)，晶體管截止，繼電器線圈斷電，觸點(diǎn)RL1斷開。每個(gè)按鍵的功能如圖十二所示。這樣，一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。如圖十三所示。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)和易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。（2）數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，與單片機(jī)系統(tǒng)接口更加簡單可靠，操作更加方便。（4）功耗低相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其他顯示器要少的多。電路圖如圖十四所示。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc，RST必須保持低電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細(xì)說明。DS1302的原理圖如圖十五所示：圖十五 時(shí)鐘電路 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件連接和處理器控制變得更加方便。其主要特點(diǎn)如下：● 8位分辨率，逐次逼近型，基準(zhǔn)電壓為5V；● 5V單電源供電；● 輸入模擬信號電壓范圍為0～5V；● 輸入和輸出電平與TTL和CMOS兼容；● 在250KHZ時(shí)鐘頻率時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32us；● 具有兩個(gè)可供選擇的模擬輸入通道；● 功耗低，15mW。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖到來之前DI端必須是高電平，表示啟動(dòng)位。輸入形式 配置位選擇通道CH0CH1CHOCH1差分輸入00+01+單端輸入10+11+表一ADC0832配置位如表一所示，當(dāng)配置位2位數(shù)據(jù)為0時(shí)，只對CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)配置2位數(shù)據(jù)為0、0時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN進(jìn)行輸入。到第3個(gè)時(shí)鐘脈沖到來之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)D0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19 個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。圖十六為ADC0832時(shí)序圖。圖十六 時(shí)序圖圖十七 A/D轉(zhuǎn)換電路圖4 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 開發(fā)工具介紹本系統(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(jì)。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(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。 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。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能 體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。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。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)。 主程序設(shè)計(jì)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制器上采用AT89C51作為主控芯片，為了便于系統(tǒng)維護(hù)，在多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中采用了模塊化程序設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)各個(gè)模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)主要包括主程序、溫度、煙霧數(shù)據(jù)采集子程序、時(shí)鐘程序、數(shù)據(jù)異常判斷與報(bào)警子程序等。 開始 初始化液晶 延時(shí)15ms是否按鍵？檢測周圍溫度檢測氣體濃度 否濃度是否超過閥值設(shè)置報(bào)警值或時(shí)間溫度是否超過閥值 是 否 否 是 是 蜂鳴器發(fā)聲 蜂鳴器發(fā)聲 LED亮 LED亮 報(bào)警 報(bào)警圖十八 主程序流程圖 A/D轉(zhuǎn)換器程序設(shè)計(jì) 由溫度、煙霧和光強(qiáng)傳感器采集的數(shù)據(jù)，送至A/D轉(zhuǎn)換器，在CS為低電平時(shí)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器,經(jīng)過四個(gè)時(shí)鐘脈沖后，由DO開始一位一位的讀取并由函數(shù)存儲數(shù)據(jù)，讀完8位數(shù)據(jù)后，CS為高電平，此時(shí)關(guān)閉A/D轉(zhuǎn)換器，將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)返回，送至單片機(jī)。 圖十九 A/D轉(zhuǎn)換流程圖 時(shí)鐘模塊程序設(shè)計(jì)時(shí)鐘芯片的主要的主要功能是完成年、月、日、時(shí)、分、秒的及時(shí)，通過外部接口為單片機(jī)系統(tǒng)提供日歷和時(shí)鐘。DS1302與微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位Write Protect(D7)必須為邏輯1，如果D7=0，則禁止寫DS1302，即寫保護(hù)；D6=0，指定時(shí)鐘數(shù)據(jù)，D6=1，指定RAM數(shù)據(jù)；D5～D1指定輸入或輸出的特定寄存器；最低位LSB(D0)為邏輯0，指定寫操作(輸入)，D0=1，指定讀操作(輸出)。若進(jìn)行單字節(jié)傳送，8位命令字節(jié)傳送結(jié)束之后，在下2個(gè)SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下8個(gè)SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。在數(shù)據(jù)采集子程序中，一次溫度煙霧信號采集延時(shí)15ms，是讓ADC0832準(zhǔn)備好進(jìn)行下一次信號轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)溫度煙霧信號采集程序流程圖如圖所示。為了降低誤報(bào)率，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對溫度煙霧采用了兩次采集、兩次判斷的方法。5 系統(tǒng)的仿真 Proteus仿真軟件的介紹Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。這些功能是： （1）原理布圖 （2）PCB自動(dòng)或人工布線 （3）SPICE電路仿真 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。我設(shè)定的煙霧濃度超過100才報(bào)警，溫度超過50攝氏度才報(bào)警，初始值在安全范圍內(nèi)，所以不報(bào)警，如圖二十二圖二十二 初始狀態(tài)下仿真圖 煙霧報(bào)警的仿真效果煙霧濃度超過100時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲響，LED閃爍。圖二十三 煙霧報(bào)警仿真圖 溫度報(bào)警的仿真效果當(dāng)溫度超過50攝氏度時(shí)，報(bào)警器報(bào)警。圖二十四 溫度報(bào)警仿真圖6 PCB結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì) PCB設(shè)計(jì)軟件Protel 99SE介紹隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，集成電路被廣泛應(yīng)用，電路越來越復(fù)雜，集成度越來越高，加之新型元件層出不窮，使得越來越多的工作已經(jīng)無法用手工來完成，因此計(jì)算機(jī)輔助電路板設(shè)計(jì)已經(jīng)成為電路板設(shè)計(jì)制作的必然趨勢。Protel 99SE采用數(shù)據(jù)庫的管理方式。新增的層堆棧管理功能，可以設(shè)計(jì)32個(gè)信號層，16個(gè)地電層，16個(gè)機(jī)械層。增強(qiáng)的打印功能，使您可以輕松修改打印設(shè)置控制打印結(jié)果。當(dāng)然，有些特殊情況下，如電路版比較簡單，已經(jīng)有了網(wǎng)