【正文】 實(shí)際操作能力。 主要應(yīng)用方向與設(shè)計(jì)構(gòu)思 本設(shè)計(jì)主要用于居民住宅區(qū)、機(jī)房、辦公室等小型防火單位，是為人們提供的一種簡(jiǎn)單的、廉價(jià)實(shí)用的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置。觸發(fā)器件包括 自動(dòng)或者手動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)的器件，如 DS18B20 溫度傳感器， MQ2氣體傳感器，手動(dòng)報(bào)警按鈕。顯示裝置是 CAI3461BH 數(shù)碼管 模塊，能夠?qū)崟r(shí)顯示由 DS18B20 溫度傳感器和MQ2 氣體傳感器所傳送的數(shù)據(jù)。其中 MQ2 氣體傳感器需要配置放大電路和 A/D 轉(zhuǎn)換模塊對(duì)其信號(hào)進(jìn)行處理，采用 LM324 芯片做放大電路， ADC0804 芯片制作 A/D 轉(zhuǎn)換模塊。 DS18B20 采集的數(shù)據(jù)為數(shù)字信號(hào)，可以直接發(fā)送至單片機(jī)進(jìn)行處理。 MQ2 半導(dǎo)體煙霧傳感器屬于電阻型，因此只需串聯(lián)一個(gè)參考電阻，再經(jīng)過一個(gè)放大電路即可發(fā)送給 ADC0804 采集，信號(hào)經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換模塊后傳送進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行 4 處理。單片機(jī)正常工作后，判斷所接收到的數(shù)據(jù)是否達(dá)到報(bào)警臨界值，如果到達(dá)報(bào)警值單片機(jī)控制蜂鳴器和 LED 燈進(jìn)行報(bào)警，如果沒有達(dá)到報(bào)警值單片機(jī)繼續(xù)接收并處理新數(shù)據(jù)。單片機(jī)實(shí)時(shí)向 CAI3461BH 數(shù)碼管 顯示模塊輸出顯示信號(hào)，液晶顯示模塊顯示周圍環(huán)境溫度和氣體數(shù)值。單片機(jī)一 方面要接收來自傳感器送來的感應(yīng)信號(hào)和故障檢測(cè)信號(hào)，另一方面要對(duì)不同信號(hào)分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路的相應(yīng)工作，同時(shí)還要查詢是否有按鍵按下的請(qǐng)求。 89S51 單片機(jī)應(yīng)用普遍，工具多，易上手，片源廣，價(jià)格低，編程靈活，控制簡(jiǎn)單，很適合我們所要制作的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。它與通用 80C51 系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳兼容。他將通用 CPU和在線可編程 Flash集成在一個(gè)芯片上，形成了功能強(qiáng)大、使用靈活和具有較高性能性價(jià)比的微控制器 [4]。 89S51 相對(duì)于 89C51 增加的新功能包括：新增加很多功能，性能有了較大提升，價(jià)格基本不變，甚至比 89C51 更低； ISP 在線編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢(shì)在于改寫單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離，是一個(gè)強(qiáng)大易用的功能；最高工作頻率為 33MHz，大家都知道 89C51 的極限 工作頻率是 24M，就是說 S51 具有更高工作頻率，從而具有了更快的計(jì)算速度；具有雙工 UART 串行通道；內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器，不再需要像 89C51 那樣外接看門狗計(jì)時(shí)器單元電路；雙數(shù)據(jù)指示器；電源關(guān)閉標(biāo)識(shí)；全新的加密算法，這使得對(duì)于 89S51 的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)不被侵犯。 顯示模塊設(shè)計(jì) 本火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境溫度和氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，故需要顯示模塊來顯示周圍環(huán)境的溫度和氣體變量。 CAI3461BH 數(shù)碼管介紹 其主要技術(shù)參數(shù)如下： 模塊工作電壓： ~ 工作電流： 80ma,每段 10ma 字 高： 環(huán)境相對(duì)濕度： 85％ 視角： 6:00 工作溫度： 10~+50176。C 接口方式： 8 線并行接口 圖 數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 7 圖 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 數(shù)碼管引腳圖數(shù)碼管使用注意事項(xiàng)說明： （１）數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角； （２）焊接溫度：２６０度；焊接時(shí)間：５Ｓ （３）表面有保護(hù)膜的產(chǎn)品 ,可以在使用前撕下來。圖中的 8 個(gè) LED 分別與上面那個(gè)圖中的 A~DP 各段相對(duì)應(yīng)，通過控制各個(gè) LED 的亮滅來顯示數(shù)字。注意， 3 腳和8 腳是連通的，這兩個(gè)都是公共腳。 溫度采集模塊設(shè)計(jì) 8 本設(shè)計(jì)的測(cè)溫元件采用 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，該產(chǎn)品采用美國(guó) DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。 DS18B20 介紹 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)提供 9 位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。讀、寫和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，而不 需要外部電源。等效的華氏溫度范圍是 67176。F；以 9位數(shù)字方式讀出溫度；在 1 秒（典型值）內(nèi)把溫度變換為數(shù)字；用戶可定義的，非易失性的溫度告警設(shè)置；告誡搜索命令識(shí)別和尋址溫度在編定的極限之外的器件（溫度告警情況）；應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)類產(chǎn) 品，溫度計(jì)或任何熱敏系統(tǒng)。一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶更改。 RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算 9 和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失， DS18B20 共 9 個(gè)字節(jié) RAM，每個(gè)字節(jié)為 8 位。在上電復(fù)位時(shí) 其值將被刷新。第 8 個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。 EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)， DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在鏡像，以方便用戶操作。 氣體采集模塊設(shè)計(jì) 氣體采集模塊是能夠檢測(cè)環(huán)境中的煙霧等氣體的濃度，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送至主控芯片，其最基本組成部分應(yīng)包括：氣體信號(hào)采集電路、模擬放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從煙霧檢測(cè)電路送出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī) [6] [7]。 MQ2 型半導(dǎo)體可燃?xì)怏w 敏感元件 煙霧傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)格便宜，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低等優(yōu)點(diǎn)。 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)。 圖 MQ2 型傳感器的外觀 圖 MQ2 型傳感器的結(jié)構(gòu)圖 MQ2 傳 感器的特性及主要技術(shù)指標(biāo) MQ2 型傳感器的一般特點(diǎn)： 對(duì)天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對(duì)烷類煙霧更為敏感；具有良好的重復(fù)性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性，初始穩(wěn)定，響應(yīng)時(shí)間短，長(zhǎng)時(shí)間工作性能好；電路設(shè)計(jì)電壓范圍寬， 24V 以下均可；加熱電壓 5177。這 是因?yàn)闊熿F傳感器中的二氧化錫在不通電的狀態(tài)下會(huì)吸附空氣中的水蒸氣，當(dāng)再次通電時(shí)需要預(yù)熱幾分鐘使水蒸氣蒸發(fā)后，氣敏電阻才能正常工作。一般情況下，不通電時(shí)間越長(zhǎng)，初期穩(wěn)定時(shí)間也越長(zhǎng)，當(dāng)不通電存放時(shí)間達(dá)到 15 天左右時(shí)，初期穩(wěn)定時(shí)間一般需要五分鐘左右 [9]。C)下工作，所以需要對(duì)其加熱。所以必須使用傳感器生產(chǎn)廠家推薦的加熱電壓，使其工作在較安全的范圍內(nèi) [10]。本系統(tǒng)采用的 MQ2 半導(dǎo)體煙霧傳感器屬于電阻型，因此只需串聯(lián)一個(gè)參考電阻，再經(jīng)過一個(gè)放大電路即可發(fā)送給 ADC 采集。 LM324 是單片高增益四運(yùn)算放大器，可在較寬電壓 范圍內(nèi)的單電源或雙電源下工作，其電源電流很小且與電源電壓無關(guān)，四個(gè)運(yùn)放一致性好；其輸入偏流電阻是溫度補(bǔ)償?shù)模膊恍柰饨宇l率補(bǔ)償，可做到輸出電平與數(shù)字電路兼容。 圖 氣體采集電路圖 ADC0804 是用 CMOS 集成工藝制成的逐次比較型摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。該芯片內(nèi) 有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當(dāng)與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接在 CPU 數(shù)據(jù)總線上，無須附加邏輯接口電路。 PIN2(RD)： Read。 PIN3(WR)：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換的控制訊號(hào)。當(dāng) WR 由 0→1 且 CS＝ 0 時(shí)， ADC0804 會(huì)開始轉(zhuǎn)換信號(hào)，此時(shí) INTR 設(shè)定為高位準(zhǔn) (high)。頻率輸入可連接處理單元的訊號(hào)頻率范圍為 100kHz 至 800kHz。若在 CLK R 及 CLK IN 加上電阻及電容，則可產(chǎn)生 ADC工作所需的時(shí)序。轉(zhuǎn)換期間為高位準(zhǔn) (high)，等到轉(zhuǎn)換完畢時(shí) INTR 會(huì)變?yōu)榈臀粶?zhǔn) (low)告知其它的處理單元已轉(zhuǎn)換完成，可讀取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。輸入電壓 VIN＝ VIN(+)－ VIN()，通常使用單端輸入，而將 VIN()接地。 PIN9(VREF∕2)︰模擬參考電壓輸入端。若PIN9 空接，則 VIN 的上限值即為 VCC。 PIN11~PIN18(DB7~DB0)︰轉(zhuǎn)換后之?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出端。 報(bào)警電路模塊設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器和 LED 流水燈作為報(bào)警裝置。 蜂鳴器 當(dāng)單片機(jī)接收到超額溫度信號(hào)或氣體信號(hào)時(shí) ,輸出腳 BELL 輸出高電平 ,Q1 導(dǎo)通，致使蜂鳴器 BELL 得電工作，發(fā)出報(bào)警聲。 當(dāng)接收到易燃?xì)怏w濃度達(dá)到設(shè)定值信號(hào)的時(shí)候， LED 燈緩慢閃爍報(bào)警。 當(dāng)接收到溫度超額信號(hào)時(shí)候， LED 燈急速閃爍報(bào)警。 圖 LED 燈電路 按鍵報(bào)警 當(dāng)有人提前發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱情時(shí)候，可以按動(dòng)報(bào)警按鍵發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以提醒其他人注意安全。 圖 313 按鍵電路 S44 GND P 31 15 4 系統(tǒng)的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì) AT89S51 單片機(jī)調(diào)試及開發(fā)工具 本系統(tǒng)的軟件編 程使用的是美國(guó) Keil Software 公司出品的 Keil C51，是 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)。 ISP 工具的功能主要是將由 PC 機(jī)串接來的 8 位并行數(shù)據(jù)與單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)與AT89S51 的 RXD 及 TXD 口通訊。用戶可以通過 調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對(duì)話界面，檢查或修改 Flash 芯片內(nèi)的各種存儲(chǔ)器、寄存器的數(shù)據(jù)。 主程序流程 本論文中，軟件解決的主要問題是檢測(cè)溫度傳感器和氣體傳感器的溫度信號(hào)和氣體信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行顯示和判斷，在超出預(yù)設(shè)報(bào)警值時(shí)候發(fā)出報(bào)警。 報(bào)警判斷 開始 初始化 第一次溫度與煙霧信號(hào)與判斷 第二次溫度與煙霧信號(hào)與判斷 正常 異常報(bào)警 火災(zāi)報(bào)警 復(fù)位 17 5 系統(tǒng)調(diào)試 根據(jù)查閱的 MQ2 資料顯示其最佳工作時(shí)間為預(yù)熱時(shí)間不少于 24 小時(shí)。實(shí)驗(yàn)中使用了一級(jí)運(yùn)放對(duì) MQ2 低電壓信號(hào)進(jìn)行放大，然后將放大值送給 A/D 進(jìn)行處理，將處理結(jié)果送給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)處理后將結(jié)果顯示在液晶上，其結(jié)果僅是一個(gè)相對(duì)量，并沒有任何可比性，但能反映和解決實(shí)際問題。故可以連接在排氣扇上在此時(shí)予以排氣換氣。 此裝置可對(duì)液化氣，丙烷，丁烷，甲烷，氫氣和酒精等危險(xiǎn)氣體進(jìn)行檢查，并能自定義的設(shè)置器報(bào)警門限值（需進(jìn)行程序數(shù)據(jù)調(diào)整），反應(yīng)靈敏度較高，可在危險(xiǎn)到來前最大限度的提醒人們注意，以最大程度的避免危險(xiǎn)的發(fā)生。 本論文設(shè)計(jì)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)主要由溫度信號(hào)采集電路、氣體信號(hào)采集電路與單片機(jī)控制電路構(gòu)成。 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器采用 DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適 用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。 MQ2 型半導(dǎo)體可燃?xì)怏w敏感元件煙霧傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)格便宜，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低等優(yōu)點(diǎn)。 在本論文研制的報(bào)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可以再做適當(dāng)?shù)墓δ軘U(kuò)展，使火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的功能更加完善，安全性更高，使用更加方便等，例如增加消防聯(lián)動(dòng)裝置，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)可以直接對(duì)火災(zāi)進(jìn)行控制，降低火災(zāi)的損失。自始至終關(guān)心督促畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程和進(jìn)度。還不斷向我傳授分析問題和解決問題的辦法，并指出了正確的努力方向，使我在畢設(shè)過程中少走很多 彎路。在這里非常感謝 張 老師的指導(dǎo)和幫助，并致以誠(chéng)摯的謝意！ 同時(shí)，身邊的同學(xué)給了我許多的幫助。 20 參考文獻(xiàn) 1 GB5011698 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范 [M].北京 :中國(guó)計(jì)劃出版社 . 2 李群芳 ,肖看 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