【正文】 濃度的變化，為人們提供CO 濃度超標(biāo)報(bào)警信息，通知人們及時(shí)疏散 [9]。 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能對火災(zāi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和準(zhǔn)確報(bào)警，有著防止和減少火災(zāi)危害 、保護(hù)人身安全和財(cái)產(chǎn)安全的重要意義，有著很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?？扇嘉镆詺鈶B(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形態(tài)存在，助燃物通常是空氣中的氧氣。液體和固體是凝聚態(tài)物質(zhì)，難與空氣均勻混合，它們?nèi)紵幕具^程是當(dāng)從外部獲取一定的能量時(shí)，液體或固體先蒸發(fā)成蒸汽或分解出可燃?xì)怏w (如 CO、 H2 等 )的分子團(tuán)、灰燼和未燃燒的物質(zhì)顆粒懸浮在空氣中，稱之為氣溶膠。在產(chǎn)生氣溶膠的同時(shí)，產(chǎn)生分子較大 (直徑 一 10μm)的液體或固體微粒，稱為煙霧。著火后，燃燒產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面繼續(xù)放出可燃?xì)怏w，并形成擴(kuò)散燃燒。這些熱量通過可燃物的直接燃燒、熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對流，使火從起火部位向周圍蔓延，導(dǎo)致了火勢的擴(kuò)大，形成火災(zāi)。 根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生現(xiàn)象的不同，可以將火災(zāi)分為慢速陰燃、明火和快速發(fā)展火焰等。明火則是火災(zāi)發(fā)生時(shí)燃燒火焰產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面放出可燃?xì)怏w，并形成擴(kuò)散燃燒，同時(shí)發(fā)出含有紅、紫 外線的火焰。通過大量的研究表明陰燃是誘發(fā)火災(zāi)的重要原因 [12]。起火過程中，起初和陰燃兩個(gè)階段所占的時(shí)間比較長，雖然產(chǎn)生大量的煙霧，但是環(huán)境溫度不太高，若探測器就應(yīng)該從此階段開始進(jìn)行探測，就可以火災(zāi)損失控制在最小限度。起火過程曲線如圖 所示 [13]?；馂?zāi)探測器通過對火災(zāi)發(fā)出的物理、化學(xué)現(xiàn)象 —— 氣（燃燒氣體）、煙（煙霧粒子）、熱（溫度）、光（火焰）的探測，將探測到的火情信號轉(zhuǎn)化成火警電信號傳遞給火災(zāi)報(bào)警控制器。 整體電路的框圖如圖 2２ 所示 ： 系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架 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)警模塊組成。如果發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)以聲光的形式報(bào)警。 (2)系統(tǒng)故障報(bào)警功能。 (3)異常報(bào)警功能。 (4)火災(zāi)報(bào)警功能。據(jù)類似本系統(tǒng)的報(bào)警器 現(xiàn)場模擬實(shí)驗(yàn)表明 , 本系統(tǒng)安全可靠 , 誤報(bào)率低。 系統(tǒng)軟件總體構(gòu)架 為了便于系統(tǒng)維護(hù)和功能擴(kuò)充，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。 圖 程序流程圖 為了降低誤報(bào)率，系統(tǒng)采用多次采集、多次判斷的方法。主程序是 一個(gè)無限循環(huán)體，其流程是：首先在上電之后系統(tǒng)的各部分包括單片機(jī)各個(gè)端口輸入輸出的設(shè)置、外圍驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路等完成初始化，其次是對芯片內(nèi)的程序進(jìn)行初始化，接下來執(zhí)行火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，數(shù)據(jù)通信任務(wù)和查詢判斷任務(wù) 。感溫型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就是通過判斷周圍溫度變化而產(chǎn)生響應(yīng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，再把溫度的變化轉(zhuǎn)換為電 信號以達(dá)到判斷報(bào)警的目的。 (2)感煙型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 煙霧是早期火災(zāi)的重要特征之一。感煙型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就是對空氣中可見或不可見的煙霧粒子進(jìn)行探測，然后將煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)換為電信號來觸發(fā)報(bào)警。 （ 3）感光型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 物質(zhì)燃燒不但會(huì)產(chǎn)生煙霧和熱量，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生可見或不可見的光輻射。根據(jù)感應(yīng)的敏感波長，可以將感光型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)分為對波長較短的光輻射敏感的紫外報(bào)警系統(tǒng)和對波長較長的光輻射敏感的紅外報(bào)警系統(tǒng)。目前復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有感溫感煙型、感煙感光型、感溫感光型等多種形式。當(dāng)有煙霧、 高溫、火光產(chǎn)生的時(shí)候，它就改變平時(shí)的正常狀態(tài)，引起電流、電壓或機(jī)械部分發(fā)生變化或位移，再通過放大、傳輸?shù)冗^程發(fā)出警報(bào)聲，有的還能同時(shí)發(fā)出燈光信號并顯示發(fā)生火災(zāi)的部位、地點(diǎn)。一種是離子感煙探測器，它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅 241，電離產(chǎn)生的正負(fù)離子，在電場的作用下各向正負(fù)電極移動(dòng)。一旦有煙霧竄逃外電離室，干擾了帶電粒子的正常運(yùn)動(dòng)，電流、電壓就有所改變，破壞了內(nèi)外電離室之間的平衡，于是就發(fā)出了信號 。還有一種叫管道抽吸式感煙探測器，他的工作原理與光電感應(yīng)探測器中另一種散射型相似，通過煙霧的反射或散射產(chǎn)生光敏電流，主要用在船舶上。這種探測器采用半導(dǎo)體器件，體積小、價(jià)格低、耐震動(dòng)、壽命長，很有發(fā)展前途。一種是運(yùn)用金屬熱脹冷縮的特性。一種是利用某些金屬易熔的特性，在探測器里固定一塊低熔點(diǎn)合金，當(dāng)溫度升到它的熔點(diǎn)（ 70～ 90℃）時(shí)，金屬熔化，借助彈簧的作用力，使觸頭相碰，電路接通，發(fā)出信號。如將兩者結(jié)合起來，便成為差定溫組合式。一種是紅外光輻射探測器。另一種是紫外光輻射探測器，則利用有機(jī)化合物燃燒時(shí)，火光中的紫外光，使紫外光敏管的電極激發(fā)出離子，通過繼電器等，就能打開開關(guān)電路報(bào)警。它還可以與自動(dòng)滅火設(shè)備一起組成自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)滅火的“自動(dòng)消防隊(duì)”。綜合考慮各因素 ， 本文選擇集成溫度傳感器 AD590 和氣體傳感器 TGS202 用作采集系統(tǒng)的敏感元件 。電路如圖 31 所示。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻 ， 便可在輸出端 VT 獲得與絕對溫度成正比的電壓量 ， 即 10 mV/K。 AD590 的電源電壓范圍為 4V30V。 AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損 壞。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M五檔，其中 M 檔精度最高，在 55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線形誤差177。 TGS202 氣體傳感器 火災(zāi)中氣體煙霧主要是 CO2 和 CO。如圖 32 所示 ,當(dāng) TGS202 探測到 CO2或 CO 時(shí) ,傳感器的內(nèi)阻變小 ,VA 迅速上升。 圖 32 TGS202 應(yīng)用電路圖 ISD1420 語音芯片 ISD1420 引腳 圖 3 3 ISD1420 引腳 ISD1420 各引腳及其功能介紹 電源（ VCCA， VCCD） ： 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并且分別引到外封裝上，這樣可使噪聲最小。 地線（ VSSA， VSSD） ： 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù) 字電路也使用不同的地線，這兩個(gè)腳最好在引腳焊盤上相連。只要 /REC 變低（不管芯片處在節(jié)電狀態(tài)還是正在放音），芯片即開始錄音。 電平觸發(fā)放音（ /PLAYL） ： 此端出現(xiàn)下降沿時(shí)，芯片開始放音。 話筒參考（ MIC REF） ： 此端是前置放大器的反向輸入。 自動(dòng)增益控制（ AGC） ： AGC 動(dòng) 態(tài)調(diào)節(jié)器整前置境益以補(bǔ)償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量（從耳語到喧嘩囂聲）時(shí)失真都能保持最小。 模擬輸入（ ANA IN） ： 此端即芯片錄音的輸入信號。 喇叭輸出（ SP+、 SP） ： 這對輸出端能驅(qū)動(dòng) 16Ω 以上的喇叭。錄音時(shí) ,它們都呈高阻態(tài) 。 外部時(shí) 鐘（ XCLK） ： 此端內(nèi)部有下拉元件，不用時(shí)應(yīng)接地。 地址（ A0~A7） ： 地址端有兩個(gè)作用，取決于最高（ MSB）兩位 A A6 的狀態(tài)。定義好串行口的工作方式（串行口控制寄存器 SCON 字節(jié)地址為 98H，可位尋址），當(dāng)由按鍵輸入或其它需要語音輸出時(shí)，串行口向 CPU 申請中斷，響應(yīng)中斷后， CPU 便可以從串行數(shù)據(jù)中識(shí)別出語音段編號，輸出語音信號。 80C51 芯片 80C51 芯片的引腳及功能 圖 34 80C51 芯片的引腳圖 下面按引腳功能分為 4 個(gè)部分?jǐn)⑹鰝€(gè)引腳的功能。 （ 2）外接晶振引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1（ 19 腳）：接外部石英晶體的一端。 XTAL2（ 18 腳）：接外部晶體的另一端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對于 HMOS 單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。 （ 3）控制信號或與其它電源復(fù)用引腳 控制信號或與其它電源復(fù)用引腳有 RST/VPD、 ALE/P、 PSEN 和 EA/VPP 等 4種形式。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)復(fù)位到初始狀態(tài)。 （ B） ALE/ P （ 30 腳）：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（允許地址鎖存信號）以每機(jī)器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在 P0 口的低 （ C） PSEN(29 腳 ):片外程序存儲(chǔ)器讀選通輸出端 ,低電平有效。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間， PESN 信號將不出現(xiàn)。當(dāng) EA端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 4KB（ MS— 52子系列為 8KB）。當(dāng) EA 端保持低電平時(shí)，無論片內(nèi)有無程序存儲(chǔ)器，均只訪問外部程序存儲(chǔ)器。 （ 4）輸入 /輸出（ I/O）引腳 P0 口、 P1 口、 P2 口 及 P3口 (A)P0 口（ 39 腳～ 22 腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P0 口。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 口時(shí)， P0 口為地址 /數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口。對于片內(nèi)含有 EPROM 的單片機(jī)，當(dāng) EPROM 編程時(shí)，從 P0 口輸入指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。對于 MCS— 52 子系列單片機(jī)， 和 還有第 2功能： 口用 作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的計(jì)數(shù)脈沖輸入端 T2； 用作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部控制端T2EX。 (C)P2口（ 21腳～ 28腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P2 口，一般可作為準(zhǔn)雙向 I/O接口。對于 EPROM 編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)， P2口接收輸入的 8 位地址。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn) 雙向 I/O 接口，也可以將每 1 位用于第 2 功能，而且 P3 口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第 1 功能的輸入輸出或第 2功能。 ． 4 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，控制或測量對象的有關(guān)變量，往往是一些連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、位移、速度等物理量。完成 A／ D 轉(zhuǎn)換的器件即為 A／ D 轉(zhuǎn)換器。 A／ D轉(zhuǎn)換器的分辨率以輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示； (2) 轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間指 A／ D 轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時(shí)間。 目前有很多類型的 A／ D轉(zhuǎn)換芯片，它們在轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度、分辨率以及使用價(jià)值上都各具特色，綜合全部因素設(shè)計(jì)決定采用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8 通道， 8 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的 8位通用 A/D 芯片 . A/D轉(zhuǎn)換電路采用了常用的 8位 8通道數(shù)模轉(zhuǎn)換專用芯片 ADC0809， ADC0809由 8路模擬開頭、地址鎖存與譯碼器、 8位 A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成，芯片引腳圖如圖 35所示 , 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 如圖 36所示 。 （ 2） 最大不可調(diào)誤差 ： ADC0809為 ? 1LSB。 （ 4） 具有鎖存控制的 8路模擬選通開關(guān)。 （ 6） 轉(zhuǎn)換速度取于決 芯片的時(shí)鐘頻率。 數(shù)碼管顯示電路 ICM7218 是 INTERSIL 公司生產(chǎn)的一種性能價(jià)格比較高的通用 8 位 L ED 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路 , 28 腳雙列封裝 ,是一種多功能 L ED 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片 ,可與多種單片機(jī)接口使用。同樣由單片機(jī)向 ICM7218寫控制字及數(shù)據(jù)，編程部分像給外部 RAM 寫數(shù)據(jù)一樣簡單。數(shù)據(jù)接收結(jié)束， ICM7218 在掃描控制電路的控制下，按設(shè)定的譯碼模式，以動(dòng)態(tài)掃描顯示方式向段顯示驅(qū)動(dòng)器和位控驅(qū)動(dòng)器發(fā)出控制信號，直到下一個(gè)控制字寫入前，不停地進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示工作。 單片機(jī)外圍接口電路 晶振電路 晶振電路為單片機(jī) 80C51 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 C C3 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 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。 80C51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(huì)直接加到 REST 端，系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位電路中 SWPB 為手動(dòng)復(fù)位開關(guān)，電容 C1 可避免高頻諧波對電路的干擾。 圖 38 80C51 晶振和復(fù)位電 路原理 圖 數(shù)據(jù)采集電路 本設(shè)計(jì)中的 A/D 使用的是通用 8 位芯片 ADC0809， 煙霧、溫度傳感器的輸出端 經(jīng)過放大電路后 分別接到 ADC0809 的 IN0 和 IN1。 芯片的幾個(gè)重要管腳功能如下： ALE： 地址鎖存允許輸入線，高電平有效。 A， B和 C為地址輸入線，用于選通 IN0IN7 上的一路模擬量輸入 . 當(dāng) =0 時(shí)，與寫信號 WR 共同選通 ADC0809。 EOC： 轉(zhuǎn)換結(jié)束信