【正文】 排煙換氣和消防滅火等功能。煙霧報警器主要由煙霧信號采集及前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、顯示電路、聲光報警電路和安全保護(hù)電路構(gòu)成，設(shè)計合理、簡單易懂、價格低廉，使單片 機(jī)在煙霧報警系統(tǒng)的控制中得到充分應(yīng)用，具有一定的實用價值。 熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低、安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強、靈敏度高、安全可靠。本設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。處理器采 用51系列單片機(jī) STC89C52，程序使用 C 語言編寫。 MCU。為了早期發(fā)現(xiàn)和通報火災(zāi)，防止和減少火災(zāi)危害，保護(hù)人身和財產(chǎn)安全。 為了減少這類事故的發(fā)生，就必須對煙霧進(jìn)行現(xiàn)場實時檢測，采用先進(jìn)可靠的安全檢測儀表，嚴(yán)密監(jiān)測環(huán)境中煙霧的濃度， 及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，避免事故發(fā)生，才能確保工業(yè)安全和 家庭生活安全。 設(shè)計概述 單片機(jī)及煙霧傳感器是煙霧報警器系統(tǒng)的兩大核心。近幾年來，單片機(jī)已逐步深入應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各部門及人們生活的各個方面。單片機(jī)是器件級計算機(jī)系統(tǒng)，實際上它是一個微控制器或微處理器。同樣，它也可以廣泛應(yīng)用于報警技術(shù)領(lǐng)域，使各類報警裝置的功能更加完善，可靠性大大提高，以滿足社會發(fā)展的需要。美國曾把二十世紀(jì)八十年代稱為傳感技術(shù)時代，日本更是把傳感技術(shù)列為十大技術(shù)之首。在本論文中的最主要的設(shè)計是選 STC89C52 單片機(jī)和 MQ2半導(dǎo)體 氣體 煙霧 傳感器 為核心器件。 因為煙霧 自動報警系統(tǒng)是建筑物的神經(jīng)系統(tǒng)， 它能夠 感受、接收著發(fā)生火災(zāi)的 早期 信號并及時報警，發(fā)出 警報 同時告知用戶和周邊居民 。 在火災(zāi)的早期階段，準(zhǔn)確的探測到火情并迅速報警，對于及時組織有序快速疏散、積極有效地控制火災(zāi)的蔓延、快速滅火和減少火災(zāi)對居住人群的損失都具有重要的意義。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，美 國 1996 年 ~2021 年煙霧傳感器年均增長率為 27%~30%。 1963 年 5 月，日本開發(fā)完成第一臺接觸燃燒式家用燃?xì)庑孤﹫缶鳎文?12 月其改良產(chǎn)品問世，改良的報警器可以檢測燃?xì)狻⒁谎趸嫉葰? 體，可以安裝在浴室或者采用集中監(jiān)視。但主要是在引進(jìn)國外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究與開發(fā)形成自己的特色。 燃?xì)鈭缶骺煞譃槊裼没馂?zāi)煙霧報警器、工業(yè)用煙霧報警器、 有毒有害煙霧報警器三大系列產(chǎn)品。有的報警器可自動開啟排風(fēng)扇，把煙霧排出室外 (2) 工業(yè)用煙霧報警器及有毒有害煙霧報警器 工業(yè)用煙霧報警器及有毒有害煙霧報警器只是檢測探頭有差異，而在原理和應(yīng)用中都很相近。 檢漏儀的體積較小，可隨身攜帶或手持，主要應(yīng)用于燃?xì)夤芾淼牟槁? 與巡檢。 控制器與探測器結(jié)合使用，可在防爆現(xiàn)場長期監(jiān)測煙霧的濃度。當(dāng)在現(xiàn)場的探測器探測到燃?xì)庑孤┲?，通過屏蔽電纜線將信號傳到控制器，控制器發(fā)出聲光報警，同時啟動排風(fēng)裝置或關(guān)閉電磁閥切斷氣源，以確保安全。 煙霧報警器的發(fā)展趨勢 面對人類社會經(jīng)濟(jì)與技術(shù)急速發(fā)展的時代，伴隨這電子、計算機(jī)、通訊和現(xiàn)代控制技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代 火災(zāi)自動報警應(yīng)用技術(shù)發(fā)展趨勢 正在向著全總線制、軟件編程、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多樣化、小型化、社區(qū)化、藍(lán)牙技術(shù)無線化、高靈敏化、綜合化等方面發(fā)展。 通過對新技術(shù)、新工藝、新材料和新設(shè)備的應(yīng)用研究，對系統(tǒng)方案、設(shè)備選型的優(yōu)化組合，改進(jìn) 煙霧 自動報警系統(tǒng)的工作性能、減少維護(hù)費用和維護(hù)要求，向著高可靠性、高靈敏性、低誤報率、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、技術(shù)智能化方向發(fā)展，為更好的預(yù)防和遏制建筑火災(zāi)提供了強有力的保障，從而更好的保護(hù)國家和人民的生命、財產(chǎn)安全。 (2)以 STC89C52 單片機(jī)為中央處理器，對硬件電路進(jìn)行設(shè)計和改進(jìn)，使其功能更加完善。 (3)系統(tǒng)的軟件編制。在程序的編寫過程中，加入了詳細(xì)的文字注釋，便于后期的改進(jìn)與維護(hù)。 2 總體方案設(shè)計 煙霧報警器是能 夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度，并具有報警功能的儀器。 為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場所對可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計的煙霧報警器具有顯示報警狀態(tài)。本設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。電路總題框圖如圖 1所示： 圖 1 總體設(shè)計框圖 處理器采用 51 系列單片機(jī) STC89C52。設(shè)置在監(jiān)測點上的煙霧檢測探頭將檢測到的煙霧變換成電信號，送出模擬信號，給 AD采集電路采集。驅(qū)動蜂鳴器及報警指示燈報警。而煙霧報警器的信 號采集由煙霧傳感器負(fù)責(zé)?？梢哉f，沒有精確可靠的傳感器，就沒有精確可靠的自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。煙霧傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2所示。它能將空氣中的煙霧濃度變量轉(zhuǎn)換成有 一定對應(yīng)關(guān)系的輸出信號的裝置。當(dāng)煙霧探頭碰到煙霧或某些特定的氣體，煙霧探頭內(nèi)部阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生一個模擬值，從而對其進(jìn)行控制。 在智能建筑中對火災(zāi)探測器的應(yīng)用主要以感煙火災(zāi)探測器選用為主。目前，煙霧傳感器廣泛應(yīng)用在城市安防、小區(qū)、工廠、公司、學(xué)校、家庭、別墅、倉庫、資源、石油、化工、燃?xì)廨斉涞缺姸囝I(lǐng)域。但是，由于各生產(chǎn)的設(shè)備不可通用，獨立為正，不但不可彼此互相代替，更不可以互相通訊。而這也正是國內(nèi)產(chǎn)品市場 的一個重大缺陷。經(jīng)過對比眾多煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點更加突出。因此，本設(shè)計中的煙霧傳感器選用 MQ2 半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在煙霧氣體時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中煙霧氣體濃度的增加而增大。該傳感器具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度高、電導(dǎo)率變化大、響應(yīng)和恢復(fù)時間短、抗干擾能力強、輸出信號大、壽命長和工作穩(wěn)定等優(yōu)點，在市面上應(yīng)用十分廣泛。 (b)SnO2 氣敏元件對氣體檢測是可逆 的，而且吸附、脫離時間短，可連續(xù)長時間宿州學(xué)院畢業(yè)論文 設(shè)計 基于單片機(jī)的防火防 盜報警系統(tǒng) 14 使用。 MQ2 氣敏元件 的結(jié)構(gòu) 如圖 2 所示， 由微型 AL2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感層 ,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。 MQ2 半導(dǎo)體 氣體 煙霧 傳感器 適用于煙霧、天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣等的檢測，對可燃性氣體的（ CH C4H H2 等）的檢測很理想。是一款便攜式氣體檢測器，非常適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。 表 1 MQ2的技術(shù)指標(biāo) 由于物理量和測量范圍的不同，傳感器的工作機(jī)理和結(jié)構(gòu)就不同。當(dāng)信號的數(shù)值符合 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入等級時，可以不用放大器放大；當(dāng)信號的數(shù)值不符合 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入等級時，就需要放大器放大。 設(shè)計時應(yīng)注意，氣敏元件開機(jī)通電時，其內(nèi)阻很小，但經(jīng)過一段時間后，才能恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。 單片機(jī)選型 單片機(jī) 是 煙霧 自動報警系統(tǒng)的心臟，用來接收火災(zāi)信號并啟動 報警裝置顯示和執(zhí)行相應(yīng)的報警。 回路電壓（ Vc） 負(fù)載電陰（ Rl） 清潔空氣中電阻 （ Ra） 靈敏度（ S=Ra/Rdg） 響應(yīng)時間 (trec) 恢復(fù)時間 (trec) 元件功耗 檢測范圍 使用壽命 最大 DC 24V 2KΩ ≤ 2021 KΩ ≥ 4(在 1000ppmC4H10 中 ) ≤ 10S ≤ 30S ≤ 50— 10000ppm 2 年 宿州學(xué)院畢業(yè)論文 設(shè)計 基于單片機(jī)的防火防 盜報警系統(tǒng) 15 人員和用戶在報警器系統(tǒng)正常工作時能夠及時地觀測到實時的煙霧濃度等級，并進(jìn)行相應(yīng)處理。 由于單片機(jī)技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機(jī)，在單片機(jī)家族的眾多成員中， MCS 系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。因此，測控系統(tǒng)中，使用 51 系列單片機(jī)是最理想的選擇，因 此設(shè)計采用 STC89C52。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，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 STC89C52 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。另外， STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 單片機(jī)的引腳功能描述 下面對 STC89C52 各引腳的功能進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹： 1)電源引腳 Vcc 和 Vss Vcc(40 腳 )：電源端為 +5V Vss(20 腳 )：接地端。在單片機(jī)內(nèi)部它是振蕩電路反向放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。要檢查 STC89C52 的振蕩電 路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2 端是否有脈沖信號輸出。在片內(nèi)，它是振蕩電路反向放宿州學(xué)院畢業(yè)論文 設(shè)計 基于單片機(jī)的防火防 盜報警系統(tǒng) 16 大器的輸入端。 3)控制信號腳 RST ALE PSEN 和 EA。在此輸入端保持兩個機(jī)器周期(24個時鐘振蕩周期 )的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。當(dāng) STC89C52 上電正常工作后， ALE引腳不斷 向外輸出正脈沖信號。在 CPU 訪問片外數(shù)據(jù)存儲時，每取值一次（一個機(jī)器周期）會丟失一個脈沖。如果你想看一下 STC89C52 芯片的好壞，可用示波器查看 ALE 端是否有脈沖信號輸出，如有脈沖信號輸出，則 STC89C52 基本上是好的。 PSEN（ 29 腳）；程序存儲允許輸出信號引腳，在訪問片外程序存儲器時，此端定時輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。 PSEN 端有效，即允許讀出 ERROM/ROM 中的指令碼。不過，在訪問片外 RAM 時，要少產(chǎn)生兩次 PSEN 負(fù)脈沖信號。如有，說明基本上工作正常。當(dāng) EA引腳接高電平時， CPU 只訪問片內(nèi) ERROM/ROM 并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。當(dāng)出入信號 EA 引腳接低電平（接地）時， CPU 只訪問外部 ERROM/ROM并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。如果使用有片內(nèi) ROM的 STC89C52，外擴(kuò) ERROM 也是可以的，但也要使 EA 接地。 P1口： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O端口。 P3 口：雙功能口，即可以做普通 I/O 口用（此時為準(zhǔn)向口，也可以按每位定義實現(xiàn)第二功能操作）。 表 2 P3口的第二功能表 引腳 第二功能 RXD （串行輸入口） 宿州學(xué)院畢業(yè)論文 設(shè)計 基于單片機(jī)的防火防 盜報警系統(tǒng) 17 TXD （串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（定時器 0外部中斷） T1（定時器 1外部中斷） WR（外部存儲器寫選通） RD（外部存儲器讀寫通） 溫度采集模塊 方案 1： 采用 PT100 作為測溫電路的溫度傳感器。但使用起來比較復(fù)雜。 DS18B20 的數(shù)字溫度輸出通過 “ 一線 ” 總線（ 1Wire 是一種獨特的數(shù)字信號總線協(xié)議，它將獨特的電源線和信號線復(fù)合在一起，僅使用一條口線；每個芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址、零功耗等待等，是所需硬件連線最少的一種總線）這種獨特的方式，可以使多個 DS18B20 方便地組建成傳感器網(wǎng)絡(luò)，為整個測量系統(tǒng)的建立和組合提供了更大可能性。 通過比較， DS18B20 直接輸出數(shù)字溫度值，不需要校正，因 此選擇方案 2。 宿州學(xué)院畢業(yè)論文 設(shè)計 基于單片機(jī)的防火防 盜報警系統(tǒng) 18 信號采集處理模塊 圖 35 信號處理模塊 本電路是將人體輻射的紅外線轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。再?jīng)過電壓比較器 COP1 和 COP2 構(gòu)成雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號去啟動延時 時間定時器輸出信號在經(jīng)過 R3 進(jìn)入單片機(jī)部分進(jìn)行處理。而根據(jù)不同的距離要求來調(diào)節(jié) R13，最大可以調(diào)節(jié)到 7 米左右。 3 系統(tǒng)的硬件電路 單片機(jī)最小系統(tǒng) 要使單片機(jī)工作起來最基本的電路構(gòu)成為單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 3 示 。 STC89C52 單片機(jī)的工作電壓范圍： ,所以通常給單片機(jī)外界 5V 直流電源。 復(fù)位電路就是確定單片機(jī)的工作起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動過程。當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運行中，受到外界環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。本設(shè)計采用的是外部手動按鍵復(fù)位電路，需要接上上拉電阻來提高輸出高電平的值。時鐘電路就是振蕩電路，是向單片機(jī)提供一個正弦波信號作為基準(zhǔn)，決定單片機(jī)的執(zhí)行速度。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。 單片機(jī)的時鐘電路與復(fù)位電路設(shè)計 本系統(tǒng)采用 STC 系統(tǒng)列單片機(jī)，相比其他系列單片機(jī)具有很多優(yōu)點。 本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式的時鐘電路和加電自復(fù)位的復(fù)位電路，如下圖 4圖 5所示： 12XTAL