【正文】 如果長(zhǎng)期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會(huì)不斷下降，導(dǎo)致傳感器最終喪失檢測(cè)煙霧的能力。當(dāng)懷疑檢測(cè)環(huán) 境中存在這些物質(zhì)時(shí)，經(jīng)常對(duì)探頭進(jìn)行標(biāo)定，是必須且有效的辦法。一般連續(xù)使用兩個(gè)月后應(yīng)對(duì)傳感器進(jìn)行量程校準(zhǔn)，這種經(jīng)常性對(duì)傳感器的維護(hù)，無(wú)形中加大了工作人員的工作量，同時(shí)增加了報(bào)警器的維護(hù)成本。半導(dǎo)體煙霧傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性 (抗干擾性 )和穩(wěn)定性 (使用壽命 )。因此，設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體煙霧傳感器作為報(bào)警器煙霧信息采集部分的核心。 離子式感煙傳感器 NIS09C 的簡(jiǎn)介 1)離子感煙傳感器的組成 常見的離子感煙傳感器主要由內(nèi)外兩個(gè)電離室為主構(gòu)成。內(nèi)外兩個(gè)電離室是串聯(lián)的。 基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 11 外 電 離 室內(nèi) 電 離 室EA0V R PR等 效 電 阻+EA0V 圖 22 離子式煙霧傳感器的連接方式 圖 23 傳感器等效電路圖 A 電極 —— 通常與電源 (+9V)相連。 C 電極 —— 收 (收集煙霧等 )集電極，作信號(hào)輸出端。煙霧數(shù)量較多，離子電流也越 小，相當(dāng)于等效電阻增加。由于離子感煙傳感器中的內(nèi)外電離室是采用串聯(lián)連接方式 (如圖 22 所示 )，外電離室的等效電阻是變化的 (隨煙霧而變 )，可等效為一只可調(diào)電阻 RP，而外電離室等效，電阻 R 是不變的，故圖 22 電路又可以等效為圖 23 的形式。 當(dāng)無(wú)煙霧時(shí)，圖 22 電路中的 A 點(diǎn)電壓約為 。電位降低的大小與煙霧的數(shù)量成比例關(guān)系，有煙霧與無(wú)煙霧時(shí)，兩者在 A 點(diǎn)的電位差可以達(dá)到 1V以上。施加電壓 E 愈高，電離電流愈大。 圖 25 電離電流和電壓的關(guān)系 電離室又可分為雙極性和單極性兩種。 所謂單極性電離室，是指電離室局部 被 ?射線所照射，使一部分形成電離區(qū)，而未被 ?射線所照射的部分則為非電離區(qū)。如圖 26 所示。 圖 26 單極性電離室示意圖 一般離子感煙器的電離室均 設(shè)計(jì)成單極性的，因?yàn)楫?dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙霧進(jìn)入電離室后，單極性電離室要比雙極性電離室的電離電流變化大，也就是說可以得到較大的基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 13 電壓變化量，從而可以提高離子感煙探測(cè)器的靈敏度，在實(shí)際的離子感煙探測(cè)器設(shè)計(jì)中，是將兩個(gè)單極性電離室串聯(lián)起來，一個(gè)作為檢測(cè)電離室 (也叫外電離室 )，做成煙霧容易進(jìn)入的結(jié)構(gòu)；另一個(gè)作為補(bǔ)償電離室 (也叫內(nèi)電離室 )，做成煙粒子難進(jìn)入而空氣又能緩慢進(jìn)入的結(jié)構(gòu)形式，如圖 27 所示。 綜上所述，離子感煙探測(cè)器在正常運(yùn)行中對(duì)煙霧的識(shí)別能力較強(qiáng)，穩(wěn)定性較好。 3)NIS09C 的特征參數(shù) NIS09C 是離子式煙霧傳感器，內(nèi)部使用了微量的放射性物質(zhì) 镅 241。 NIS09C 屬于低功耗廣普型傳感器 ,可 用 9V電池帶動(dòng)。 NIS09C 煙霧傳感器能探測(cè) CO CO、 甲烷、煤氣等多種氣體，它靈敏度高，穩(wěn)定性好，適合于火災(zāi)中氣體的探測(cè)。 f)測(cè)量范圍： 177。 DS18B20 為數(shù)字式溫度傳感器，無(wú)需其他外加電路，直接輸出數(shù)字量。DS18B20 與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比， 它 能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。他在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面帶來了令人滿意的效果。華氏器件器件 67～ +257℉，以 ℉遞增； g)溫度以 9 位數(shù)字量讀出； h)溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間 200ms(典型值 )； 基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 15 i)用戶可定義非易失性溫度報(bào)警設(shè)置； j)報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度 (溫度報(bào)警條件 )的器件； k)應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)品、溫度計(jì)或任何熱感系統(tǒng)。 當(dāng) DSI8B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格 式以 5℃ /LSB 形式表示。 DSI8B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與 TH 做比較，若 TTH 或 TTL，則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令做出響應(yīng)。溫度高字節(jié) (MS Byte)高 5位是用來保存溫度的正負(fù) (標(biāo)志為 S的 bit11～ bit15)，高字節(jié) (MS Byte)低 3 位和低字節(jié)來保存溫度值 (bit0 ～ bit10)。由于本程序采用的是 的精度，小數(shù)部分的值，陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 16 可以用后四位代表的實(shí)際數(shù)值乘以 ，得到真正的數(shù)值，數(shù)值可能帶幾個(gè)小數(shù)位，所以采取小數(shù)舍入，保留一位小數(shù)即可。處理過后把 DS18B20 的溫度 Copy到單片機(jī)的 RAM 中，里面已經(jīng)是溫度值的 Hex 碼了，然后轉(zhuǎn)換 Hex 碼到 BCD 碼，分別把百 位， 十 位， 個(gè) 位的 BCD 碼存入 RAM 中。 它的靈敏度適中，具有響應(yīng)與恢復(fù)特性好，長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性、受環(huán)境影響較小等優(yōu)點(diǎn)。 基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 17 第 3 章 ． 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)選用 Atmel 公司的 AT89S52 作為主控制器，它是一款低功耗、高性能的 8 位單片機(jī)，具有 8K 可編程 Flash 存儲(chǔ)器，與 89C51 系列產(chǎn)品完全兼容。 單片機(jī)分析該信號(hào)后可以聲光報(bào)警，還帶有時(shí)鐘功能，對(duì)報(bào)警時(shí)間計(jì)時(shí)。它把中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路以及定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點(diǎn)，因此適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測(cè)控系統(tǒng)的前端裝置。 但在工業(yè)測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)，占主導(dǎo)地位的還是 8位機(jī)和 16位機(jī)。其中運(yùn)用較多的是 Intel 公司的 MCS51 系列和 Microchip 公司的 PIC 系列單片機(jī)。 單片機(jī)是 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 的靈魂，所以我們選擇是需要慎之又慎， STC 單片機(jī)和 AT單片機(jī) 在接口上基本是一樣的，但芯片內(nèi)部由于公司設(shè)計(jì)有些許差別： 1)內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)不同，一般 STC 的同類型單片機(jī)資源比 AT 的多，執(zhí)行速度也快。 3)STC 單片機(jī)燒寫方便，只需使用 232接口芯片便可以直接燒寫，而 AT 單片機(jī)是用并口燒寫，需要不同的燒寫轉(zhuǎn) 換電路。 綜上所述，我們 選用 STC89S52單片機(jī) 。 ADC0832 具有以下特點(diǎn)： 1) 8 位分辨率； 2) 雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換； 3) 輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容； 基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 19 4) 5V電源供電時(shí)輸入電壓在 0～ 5V之間； 5) 工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32?S； 6) 一般功耗僅為 12mW； 7) 8P\14P— DIP(雙列直插 )、 PICC 多種封裝； 8) 商用級(jí)芯片溫寬為 0℃到 70℃，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為 40℃到 85℃。 CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 GND 芯片參考 0 電位 (地 )。 D0 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 VCC/VREF 電源輸入及參考電壓輸入 (復(fù)用 )。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V之間。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。 單片機(jī)對(duì) ADC0832 的控制原理： 正常情況下 ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 CS 、 CLK、 DO、DI。當(dāng) ADC0832 未工作時(shí)其 CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端 CLK 輸入時(shí)鐘脈沖， DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第 3 個(gè)脈沖下沉之前 DI 端應(yīng)輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為 “ 1” 、 “ 1”時(shí)，只對(duì) CH1 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為 “ 0” 、 “ 1” 時(shí)，將 CH0 作為負(fù)輸入端IN， CH1 作為正輸入端 IN+進(jìn)行輸入。從第 4個(gè)脈沖下沉開始由 DO 端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 DATA7，隨后每一個(gè)脈沖下沉 DO 端輸出下一位數(shù)據(jù)。也正是從此位開始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第 11 個(gè)字節(jié)的下沉輸出 DATD0。最后將 CS 置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。如果作為由 IN+與 IN輸入的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。 煙霧采集模塊 圖 34 煙霧采集模塊 煙霧傳感器 NIS09C 的輸出為模擬信號(hào)，其輸出電壓經(jīng) ADC0832 轉(zhuǎn)換為 8 位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)單片機(jī) 口輸入單片機(jī)。 另有四基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 21 個(gè)指示燈，與四路探測(cè)信號(hào)相對(duì)應(yīng)，如果有一路信號(hào)探測(cè)出有 火災(zāi)信號(hào) ，相應(yīng)的指示煙點(diǎn)亮。 聲光及手動(dòng)報(bào)警模塊 圖 35 聲光及手動(dòng)報(bào)警模塊 揚(yáng)聲器接在單片機(jī) ，報(bào)警煙接 。 接手動(dòng)按鈕，可以人工報(bào)警。數(shù)碼管段選接單片機(jī)P0 口，位選接 P2 口。 靈敏度選擇模塊 圖 38 靈敏度選擇模塊 基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 23 如圖所示， 該模塊 采用一個(gè)單刀雙擲開關(guān)進(jìn)行靈敏 度的選擇，兩個(gè)端分別接在單片機(jī) 和 ，設(shè)置煙霧濃度分別為 2%/英尺、 4%/英尺。 本章小結(jié) 根據(jù)題目要求選擇所需芯片并 設(shè) 計(jì)了各模塊的硬件電路。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 24 第 4 章．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序簡(jiǎn)介 開 始系 統(tǒng) 初 始 化 ，T 0 定 時(shí) 5 0 m s讀 取 A / D 轉(zhuǎn) 換 數(shù) 據(jù)檢 測(cè) 按 鍵顯 示選 擇 靈 敏 度中 斷計(jì) 時(shí) 到 1 s ？秒 加 1 ， 聲 光 報(bào) 警有 火 災(zāi) 信 號(hào) ？否否是是是否否計(jì) 時(shí) 到 1 s ?秒 加 1 ， 聲 光 報(bào) 警檢 測(cè) 按 鍵停 止 報(bào) 警 圖 41 系統(tǒng)流程圖 整個(gè) 軟件分為三大部分：主程序、子程序、定時(shí)程序，其中主程序調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)煙霧采集、 溫度采集、 手動(dòng)報(bào)警、顯示等功能，定時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)聲光報(bào)警及計(jì)時(shí)功能。數(shù)據(jù)讀取程序以子程序調(diào)用的形式出現(xiàn)，方便了程序的移植。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 26 溫度采集 模塊程序 該模塊主要是 DS18B20 程序，其流程圖如圖 44 所示： D S18B 20初 始 化讀 取 一 個(gè) 字 節(jié)寫 一 個(gè) 字 節(jié)讀 取 當(dāng) 前 溫 度溫 度 值 送 顯 示 模 塊結(jié) 束 一 次 循 環(huán) 圖 44 DS18B20 測(cè)溫流程 本設(shè)計(jì)中設(shè) 置溫度超過 45℃時(shí)報(bào)警。 主要語(yǔ)句如下： if(temp10baojingzhi||TC2==0||TC3==0||TC4==0||(aj%2==1)) { LAM=1。 if(tcount==20) { tcount=0。 SPK=~SPK。 } }else{LED1=0。LED3=0。LAM=0。minite=0。 顯示模塊程序 顯示分為三部分： 時(shí)間、 ADC0832 輸出的電壓、煙霧濃度。程序?yàn)椋? temp1=ADC_read(0x00)。 P2=weima[i]。 i++。 if(i==6)P0=display_code[10]。amp。 靈敏度選擇程序 靈敏度 設(shè)置了兩個(gè)值，通過改變報(bào)警 值來實(shí)現(xiàn)，只有兩句程序： if(SWH1==0)baojingzhi=53。 分別對(duì)應(yīng)濃度值為 2%/英尺、 4%/英尺。 實(shí)際上各模塊程序并不獨(dú)立，與其它部分相互滲透 ，共同完成整體功能。 另外，此設(shè)計(jì)是對(duì) 探測(cè)器 探頭持續(xù)探測(cè)，可以有效減少誤報(bào)、漏報(bào)等，還可針對(duì)有 風(fēng) 的環(huán)境調(diào)節(jié)靈敏度 ，而且系統(tǒng)簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)。 系統(tǒng)展望 在此 論文研制的報(bào)警器的基礎(chǔ)上，可以再做適當(dāng)?shù)墓δ軘U(kuò)展，使煙霧報(bào)警器的功能更加完善，安全性更高，使用更加方便等。 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的還有很大的發(fā)展趨勢(shì)具體有這幾個(gè)方面： 網(wǎng)絡(luò)化：火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化是用計(jì)算機(jī)技術(shù)將控制器之間、探測(cè)器之間、系統(tǒng)內(nèi)部、各個(gè)系統(tǒng)之間以及城市 “119”報(bào)警中心等通過一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行相互連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的調(diào)用， 對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)實(shí)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理，使各個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)組成一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各系統(tǒng)之間的資源和信息共享，使城市 “ 119” 報(bào)警中心的人員能及時(shí)、準(zhǔn)確掌握各單位的有關(guān)信息，對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行宏