【正文】 測(cè)器研制成功并應(yīng)用于火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，標(biāo)志著火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展走上正軌。這一階段，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)簡(jiǎn)單，僅靠單一的溫度參量進(jìn)行火災(zāi)判斷。第二階段，20世紀(jì)40年代末，瑞士物理學(xué)家 Emst Meili研究的離子感煙探測(cè)器推出以后，引起了人們對(duì)離子感煙探測(cè)器的重視，隨后感煙探測(cè)器得到廣泛應(yīng)用，并逐漸占據(jù)了絕大部分市場(chǎng)，迫使感溫式探測(cè)器退居其次；到70年代末，光電式感煙探測(cè)器在光電技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，并很快得到大力發(fā)展，它的使用壽命長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)，沒有離子感煙探測(cè)器的放射性問題。第三階段，20世紀(jì)80年代初期，總線型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)開始興起，在火災(zāi)報(bào)警領(lǐng)域中邁出了一大步，并得到了較普遍的應(yīng)用。但是這一時(shí)期的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的智能化水平不高，采用有線連接對(duì)工程要求高。模擬量可尋址技術(shù)的應(yīng)用使得火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的安全性、精準(zhǔn)性和智能性有了很大提高，在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)展史上具有里程碑的意義。這種系統(tǒng)引入了無(wú)線電通信技術(shù)，利用無(wú)線通信方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線通信方式，將大多的電器裝置通過無(wú)線連接方式進(jìn)行信息傳輸與控制，適用于各類建筑和場(chǎng)所。隨著科技進(jìn)步和元器件成本的降低，無(wú)線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的研發(fā)和生成成本也隨之降低，它在性能和價(jià)格上都具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，其市場(chǎng)潛力已經(jīng)嶄露頭角。由于其具有安裝簡(jiǎn)便、對(duì)建筑物無(wú)損壞作業(yè)、靈活性好，易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，適用于許多場(chǎng)合，如名勝古跡、體育館、博物館、展覽中心、處于施工階段的建筑物、醫(yī)院等。集中式系統(tǒng)由智能型控制器和若干非智能探測(cè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，探測(cè)節(jié)點(diǎn)僅將火災(zāi)參量傳送給控制器，由控制器智能地判斷火災(zāi)狀態(tài)；分布式系統(tǒng)的控制器和探測(cè)節(jié)點(diǎn)均為智能型，也是今后火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展方向。政府每年都要撥出大筆資金用于消防設(shè)備更新、人員培訓(xùn)以及消防設(shè)施維護(hù)。例如：美國(guó)、加拿大、英國(guó)、澳大利亞、日本等國(guó)家在建設(shè)和應(yīng)用城市火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)方面均有可供借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)。此外，這些國(guó)家在監(jiān)控系統(tǒng)管理方面比較規(guī)范，專門成立一個(gè)監(jiān)控服務(wù)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的責(zé)任是保證火災(zāi)報(bào)警數(shù)據(jù)通信暢通，為用戶服務(wù)，對(duì)用戶負(fù)責(zé)，同時(shí)向消防部隊(duì)傳送可靠的火災(zāi)報(bào)警信息，而消防部門的主要責(zé)任是對(duì)此類服務(wù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行資質(zhì)審查及監(jiān)督管理。我國(guó)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)起步較發(fā)達(dá)國(guó)家晚幾十年，從上世紀(jì)70年代我國(guó)才開始研制生產(chǎn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品?；馂?zāi)報(bào)警產(chǎn)品真正發(fā)展是在90年代以后，隨著政府逐漸開放國(guó)門，國(guó)外企業(yè)開始大量進(jìn)入中國(guó)消防市場(chǎng)，帶來(lái)先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)也促進(jìn)了市場(chǎng)的成熟。 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的現(xiàn)狀及特點(diǎn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)一步拓展了火災(zāi)探測(cè)的應(yīng)用領(lǐng)域，為一些無(wú)法勝任的環(huán)境提供了有效的手段?；馂?zāi)的早期探測(cè)、多傳感器復(fù)合探測(cè)和探測(cè)器小型化、智能化的方向發(fā)展邁出了更快的步伐。 課題任務(wù)及要求火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，作為智能建筑中的一個(gè)重要子系統(tǒng)，其重要性是眾所周知的。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是以單片機(jī)為核心，借助可靠、成熟通訊手段，以最直觀的形式，直接把火災(zāi)報(bào)警地點(diǎn)反映到終端上。2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)與分析 火災(zāi)產(chǎn)生原理及過程火災(zāi)是一種失去人為控制的由燃燒造成的災(zāi)害，產(chǎn)生火災(zāi)的基本要素是可燃物、助燃物和點(diǎn)火源。根據(jù)可燃?xì)怏w與空氣混合方式不同有兩種燃燒方式，如果在燃燒前，可燃?xì)饩团c空氣均勻混和，則稱之為預(yù)混燃燒；如果可燃?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(duì)這些參量的測(cè)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(zhǎng)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?lái)說(shuō)，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(cè)到有效地溫度值，就可以比較及時(shí)地控制火災(zāi)?；馂?zāi)探測(cè)部分通過對(duì)火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧和溫度的探測(cè)，將探測(cè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)收到信號(hào)后經(jīng)分析處理是否報(bào)警，并在屏幕上顯示煙霧濃度和溫度濃度。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。火災(zāi)探測(cè)器根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)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(cè)器感溫探測(cè)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(cè)溫范圍為55～125℃，℃。 DS18B20平面圖 (2)感煙探測(cè)器感煙探測(cè)器可以分為離子感煙探測(cè)器和光電感煙探測(cè)器。感煙探測(cè)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(hào)與非火災(zāi)信號(hào)，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(huì)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)。 煙霧傳感器結(jié)構(gòu)圖 煙霧傳感器外觀圖 單片機(jī)芯片的選擇本設(shè)計(jì)的控制芯片使用的是ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51，AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM）和128字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口。單片機(jī)引腳說(shuō)明：40個(gè)引腳按引腳功能大致可分為4個(gè)種類其中包括電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。 VCC 芯片電源，接+5V； VSS 接地端；(2)時(shí)鐘:XTALXTAL2 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。PSEN:外ROM讀選通信號(hào)。RST（Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。Vpp功能：片內(nèi)EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、PPP3口，共32個(gè)引腳。ADC0832 為8位分辨率8位串行A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832。各引腳說(shuō)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。 ADC0832引腳圖 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(chǎng)溫度、煙霧等非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，調(diào)理電路將傳感器輸出的電信號(hào)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(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，單片機(jī)判斷現(xiàn)場(chǎng)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(hào)，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。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(hào)，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(hào)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(huì)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)。 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路 鍵盤電路鍵盤電路的作用是通過按鍵可以設(shè)定煙霧濃度報(bào)警值和溫度報(bào)警值，還可以設(shè)定時(shí)間等。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）。 按鍵功能圖 鍵盤電路 顯示電路顯示部分我選擇LCD1602，其原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣就可以顯示出圖形。其特點(diǎn)：（1）顯示質(zhì)量高由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)抽到信后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)，因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。（3）體積小、重量輕液晶顯示器通過顯示屏上的點(diǎn)擊控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的，在重量上臂相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕的多。 液晶顯示器的基本原理：液晶板上排列著若干 57 或510 點(diǎn)陣的字符顯示位,每個(gè)顯示位可顯示1個(gè)字符，從規(guī)格上分為每行12340 位，有一行、兩行及四行三類。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(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302是DS1202的升級(jí)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(duì)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(lái)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(duì)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(shuō)明。： 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(jí)，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(hào)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(lái)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(duì)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(lái)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。Proteus仿真軟件沒有煙霧傳感器，就拿滑動(dòng)變阻器代替了。它一方面要接收來(lái)自傳感器送來(lái)的煙霧濃度和溫度對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)，另一方面要對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作；與此同時(shí)查詢是否有鍵按下的請(qǐng)求。514 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(yǔ)言而采用C語(yǔ)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(kù)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(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。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(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)C51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。 主程序設(shè)計(jì)首先要給傳感器預(yù)熱，因?yàn)镸Q2型半導(dǎo)體電阻式煙霧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。本論文的主程序設(shè)計(jì)先對(duì)傳感器進(jìn)行預(yù)熱。 開始程序初始化傳感器預(yù)熱 時(shí)鐘設(shè)置 鍵盤掃描是否進(jìn)行設(shè)置？ N Y 設(shè)置報(bào)警值或時(shí)間等功能 Y 檢測(cè)煙霧濃度和周圍溫度 濃度是否超過閥值 N Y 蜂鳴器發(fā)聲 LED發(fā)光 主程序流程圖 A/D轉(zhuǎn)換器程序設(shè)計(jì) 由溫度、煙霧傳感器采集的數(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(chǔ)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)。子程序調(diào)用 A/D轉(zhuǎn)換開始 時(shí)鐘脈沖 讀取數(shù)據(jù)讀取八位數(shù)據(jù) N