畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機的火災(zāi)報警器設(shè)計

1、中北大學2011屆畢業(yè)設(shè)計說明書目 錄 第i頁 共ii頁中北大學2011屆畢業(yè)設(shè)計說明書1 緒論11.1 課題研究的背景和意義11.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀21.3 本文內(nèi)容的結(jié)構(gòu)安排32 火災(zāi)報警系統(tǒng)整體方案設(shè)計52.1火災(zāi)產(chǎn)生原理及過程52.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計62.2.1 系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架62.2.2 系統(tǒng)軟件總體構(gòu)架72.3系統(tǒng)主要器件的選擇82.3.1 火災(zāi)探測器的選擇82.3.2 單片機及a/d轉(zhuǎn)換芯片的選擇123 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)硬件設(shè)計143.1 前段信號調(diào)理電路143.2 復(fù)位電路與晶振電路163.2.1晶振電路163.2.2 復(fù)位電路163.4 數(shù)據(jù)采集電路184 火災(zāi)報警系統(tǒng)程

2、序設(shè)計214.1軟件開發(fā)環(huán)境214.2火災(zāi)報警系統(tǒng)程序設(shè)計214.2.1數(shù)據(jù)采集程序224.2.2火災(zāi)判斷與報警程序245 總結(jié)265.1 總結(jié)265.2 展望26附錄1 系統(tǒng)程序28附錄2 系統(tǒng)原理圖31參考文獻32致謝34 第ii頁 共ii 頁中北大學2011屆畢業(yè)設(shè)計說明書1 緒論1.1 課題研究的背景和意義在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會發(fā)展的主要災(zāi)害之一?；馂?zāi)是世界上發(fā)生頻率較高的一種災(zāi)害，幾乎每天都有火災(zāi)發(fā)生。據(jù)聯(lián)合國“世界火災(zāi)統(tǒng)計中心(wfsc)2000統(tǒng)計資料”，全球每年大約發(fā)生火災(zāi)600萬至700萬次，全球每年死于火災(zāi)的人數(shù)約為65000至75000人。

3、其中，歐美地區(qū)發(fā)生的火災(zāi)較多，死亡人數(shù)卻相對較少，這與歐美發(fā)達國家的生活水平以及消防技術(shù)和設(shè)施有關(guān);相比較而言，亞洲地區(qū)發(fā)生火災(zāi)次數(shù)較少，但死亡人數(shù)較多，這與亞洲經(jīng)濟發(fā)展程度不高、消防設(shè)施不完善等因素有關(guān)。據(jù)統(tǒng)計，我國70年代火災(zāi)年平均損失不到2.5億元，80年代火災(zāi)年平均損失接近3.2億元。進入90年代，特別是1993年以來，火災(zāi)造成的直接財產(chǎn)損失上升到年均十幾億元，年均死亡2000多人。隨著經(jīng)濟和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市高層、地下以及大型綜合性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)發(fā)生的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢。一旦發(fā)生火災(zāi)，將對人的生命和財產(chǎn)造成極大的危害1。嚴峻的事實證明，隨著

4、社會和經(jīng)濟的發(fā)展，社會財富日益增加，火災(zāi)給人類、社會和自然造成的危害范圍不斷擴大，它不僅毀壞物質(zhì)財產(chǎn)，造成社會秩序的混亂，還直接危脅生命安全，給人們的心靈造成極大的傷害。殘酷的現(xiàn)實讓人們逐漸認識到監(jiān)控預(yù)警和消防工作的重要性，良好的監(jiān)控系統(tǒng)和及時的報警機制可以大大降低人員的傷亡，為社會減少不必要的損失2?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)(fas)就是為了滿足這一需求而研制出的，并且其自身的技術(shù)水平也在隨著人們需求的不斷地提高，在功能、結(jié)構(gòu)、形式等方面不斷地完善。火災(zāi)自動報警系統(tǒng)能迅速監(jiān)測火情，可發(fā)現(xiàn)人們不易發(fā)覺的火災(zāi)早期特征，可將火災(zāi)帶來的生命財產(chǎn)損失降到最低限度?；馂?zāi)發(fā)生的早期，會使得燃燒物質(zhì)分解，析出大量的

5、有毒氣體co，人們可能在毫無察覺火情的情況下就發(fā)生了co中毒，從而無力逃生，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)可監(jiān)測到co濃度的變化，為人們提供co濃度超標報警信息，通知人們及時疏散3。火災(zāi)自動報警系統(tǒng)可作為城市消防系統(tǒng)的單元，通過城市消防專用網(wǎng)與城市消防報警中心聯(lián)網(wǎng)，及時將報警信息傳遞到消防報警中心，城市消防報警中心會自動查找到火災(zāi)發(fā)生的位置，并為消防隊員制定消防路線圖，以便消防隊員可以迅速抵達火災(zāi)地點4?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)能對火災(zāi)進行實時監(jiān)測和準確報警，有著防止和減少火災(zāi)危害、保護人身安全和財產(chǎn)安全的重要意義，有著很大的經(jīng)濟效益和社會效益。1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀根據(jù)現(xiàn)代戰(zhàn)爭的突發(fā)性、立體性和區(qū)域不確定性,使

6、攻防界線模糊,作戰(zhàn)方向多變,戰(zhàn)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)已有百余年的發(fā)展歷史，19世紀40年代美國誕生的火災(zāi)報警裝置標志著火災(zāi)自動報警系統(tǒng)首次進入人們的視野5。1890年在英國，感溫式火災(zāi)探測器研制成功并應(yīng)用于火災(zāi)探測系統(tǒng)，標志著火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的發(fā)展走上正軌6。此后，隨著世界科技取得了突飛猛進的進步和各種新興技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，火災(zāi)監(jiān)測技術(shù)也相應(yīng)迅速發(fā)展，各種類型的火災(zāi)探測器相繼問世，并日臻完善，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)也在此基礎(chǔ)上逐漸地蓬勃發(fā)展起來，其發(fā)展過程可以分為以下幾個階段:第一階段，從19世紀40年代至20世紀40年代，火災(zāi)報警系統(tǒng)處于發(fā)展的初級階段，采用的探測器主要是感溫式的探測器，它通過采集溫度信

7、號，然后判定是否超出設(shè)定的閡值，從而判斷是否有火災(zāi)發(fā)生。這一階段，火災(zāi)報警系統(tǒng)簡單，僅靠單一的溫度參量進行火災(zāi)判斷。但是它易受環(huán)境中其他干擾源的影響，靈敏度低，響應(yīng)速度慢，無法判斷陰燃火災(zāi)，也無法滿足智能化火災(zāi)報警系統(tǒng)的要求。第二階段，20世紀40年代末，瑞士物理學家 emst meili研究的離子感煙探測器推出以后，引起了人們對離子感煙探測器的重視，隨后感煙探測器得到廣泛應(yīng)用，并逐漸占據(jù)了絕大部分市場，迫使感溫式探測器退居其次；到70年代末，光電式感煙探測器在光電技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，并很快得到大力發(fā)展，它的使用壽命長，抗干擾能力強，沒有離子感煙探測器的放射性問題。在這一階段，火災(zāi)報警系統(tǒng)普

8、遍采用多線制布局方式，布線、調(diào)試、系統(tǒng)可靠性是系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。第三階段，20世紀80年代初期，總線型火災(zāi)報警系統(tǒng)開始興起，在火災(zāi)報警領(lǐng)域中邁出了一大步，并得到了較普遍的應(yīng)用。它使得布線工作量顯著減少，安裝調(diào)試更加容易，更能精確報警定位。但是這一時期的火災(zāi)報警系統(tǒng)的智能化水平不高，采用有線連接對工程要求高。第四階段，從20世紀80年代中后期開始，隨著計算機技術(shù)、控制技術(shù)、集成電路技術(shù)、傳感器技術(shù)及智能技術(shù)的快速發(fā)展，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)步入智能化時代，智能化火災(zāi)報警系統(tǒng)迅速發(fā)展起來，各種智能型的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)相繼出現(xiàn)。模擬量可尋址技術(shù)的應(yīng)用使得火災(zāi)報警系統(tǒng)的安全性、精準性和智能性有了很大提高，在火

9、災(zāi)自動報警系統(tǒng)發(fā)展史上具有里程碑的意義7。近年來，采用無線通信方式的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)在國外悄然興起。這種系統(tǒng)引入了無線電通信技術(shù)，利用無線通信方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線通信方式，將大多的電器裝置通過無線連接方式進行信息傳輸與控制，適用于各類建筑和場所。無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)起初僅用于特殊場合，如博物館、名勝古跡等不宜布線的場合，而且其價格也比較高8。隨著科技進步和元器件成本的降低，無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的研發(fā)和生成成本也隨之降低，它在性能和價格上都具有很強的競爭力，其市場潛力已經(jīng)嶄露頭角9。在我國，采用的無線通信方式的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)日益受到重視。由于其具有安裝簡便、對建筑物無損壞作業(yè)、靈活性好，易于擴展

10、等優(yōu)點，適用于許多場合，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?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)的智能性主要體現(xiàn)在火災(zāi)判決和統(tǒng)籌管理方面，一般分為分散式、集中式和分布式，分散式系統(tǒng)由非智能型控制器若干智能型探測節(jié)點組成，由探測節(jié)點完成火災(zāi)狀態(tài)的判斷;集中式系統(tǒng)由智能型控制器和若干非智能探測節(jié)點構(gòu)成，探測節(jié)點僅將火災(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)的控制器和探測節(jié)點均為智能型，也是今后火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的發(fā)展方向10。1.3 本文內(nèi)容的結(jié)構(gòu)安排基于社會和經(jīng)濟方面的需求，本課題旨在開發(fā)一個能夠?qū)ΡO(jiān)測點實時監(jiān)控、報警的智能火災(zāi)報警系統(tǒng)。智能型火災(zāi)報警系統(tǒng)是一個集信號

11、檢測、傳輸、處理、報警于一體的系統(tǒng)。隨著經(jīng)濟和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市高層、地下建筑以及大型綜合性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢，市場上迫切需要一種容量大、可靠性高、使用簡單的智能型火災(zāi)報警控制系統(tǒng)。該火災(zāi)報警系統(tǒng)是以at89c51單片機作為控制中心，接受、處理火災(zāi)探測器輸出的煙霧濃度信號、溫度信號，并進行聲光報警。本文的結(jié)構(gòu)安排如下：第1章：緒論。主要介紹課題的研究背景和意義，介紹了火災(zāi)報警系統(tǒng)的發(fā)展狀況。此外，介紹了論文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排。第2章：介紹了火災(zāi)探測原理，給出火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的總體設(shè)計構(gòu)架，分別給出硬件和軟件的整體構(gòu)架，并給出系統(tǒng)設(shè)計

12、中的主要器件的選型。第3章：火災(zāi)自動報警系統(tǒng)硬件設(shè)計，詳細介紹了傳感器信號調(diào)理電路、單片機處理電路及聲光報警電路，并給出相應(yīng)的設(shè)計原理圖。第4章：火災(zāi)自動報警系統(tǒng)監(jiān)控程序設(shè)計，介紹數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報警子程序等。第5章：對本文工作進行總結(jié)，并對火災(zāi)報警器的發(fā)展前景進行展望。2 火災(zāi)報警系統(tǒng)整體方案設(shè)計2.1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、助燃物和點火源?？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。根據(jù)可燃氣體與空氣混合方式不同有兩種燃燒方式，如果在燃燒前，可燃氣就與空氣均勻混和，則稱之為預(yù)混燃燒；如果可燃氣體和

13、空氣分別進入燃燒區(qū)邊混合邊燃燒，則稱之為擴散燃燒。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^程是當從外部獲取一定的能量時，液體或固體先蒸發(fā)成蒸汽或分解出可燃氣體(如co、h2等)的分子團、灰燼和未燃燒的物質(zhì)顆粒懸浮在空氣中，稱之為氣溶膠。一般氣溶膠的分子較小(直徑0.01m)。在產(chǎn)生氣溶膠的同時，產(chǎn)生分子較大(直徑0.01一10m)的液體或固體微粒，稱為煙霧。可燃氣體與空氣混合，在較強火源作用下產(chǎn)生預(yù)混燃燒。著火后，燃燒產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面繼續(xù)放出可燃氣體，并形成擴散燃燒。同時，發(fā)出含有紅、紫外線的火焰，散發(fā)出大量的熱量11。這些熱量通過可燃物的直接燃燒、熱傳導(dǎo)、熱輻射

14、和熱對流，使火從起火部位向周圍蔓延，導(dǎo)致了火勢的擴大，形成火災(zāi)。其中的氣溶膠、煙霧、火焰和熱量都稱為火災(zāi)參量，通過對這些參量的測定便可確定是否存在火災(zāi)。根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時產(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。陰燃就是在疏松或顆粒介質(zhì)中形成的緩慢進行的熱解和氧化反應(yīng)，它能長時間自行維持并傳播，當條件發(fā)生變化時，或者自行熄滅，或者轉(zhuǎn)化為明火。明火則是火災(zāi)發(fā)生時燃燒火焰產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面放出可燃氣體，并形成擴散燃燒，同時發(fā)出含有紅、紫外線的火焰?？焖侔l(fā)展火焰則是火災(zāi)擴散的速度特別快，這種類型的火災(zāi)一般為空氣中混有大量可燃氣體。通過大量的研究表明陰燃是誘發(fā)火災(zāi)的重要原因1

15、2。總的來說，普通可燃物在燃燒時表現(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。起火過程中，起初和陰燃兩個階段所占的時間比較長，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)該從此階段開始進行探測，就可以火災(zāi)損失控制在最小限度?；鹧嫒紵?，迅速蔓延，產(chǎn)生大量的熱使得環(huán)境溫度升高，如果能將這時能夠探測到有效地溫度值，就可以比較及時地控制火災(zāi)。起火過程曲線如圖2.1所示13。圖2.1 起火過程曲線2.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.2.1 系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架報警系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、單片機控制模塊、聲

16、光報警模塊組成。圖2.2為火災(zāi)報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖14。圖2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖單片機是整個報警系統(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)場溫度、煙霧等非電信號轉(zhuǎn)化為電信號，調(diào)理電路將傳感器輸出的電信號進行調(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到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，單片機判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。如果發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)以聲光的形式報警。本火災(zāi)自動報警系統(tǒng)具有以下功能：(1)聲、光雙重報警功能。(2)系統(tǒng)故障報警功能。當系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障時，能發(fā)出故障報警信號。(3)異常報警功能。當環(huán)境出現(xiàn)異常(如煙霧濃度過

17、大或是溫度較高)時，能發(fā)出異常報警信號，引起人們注意，盡可能避免火災(zāi)的發(fā)生。(4)火災(zāi)報警功能。一旦真出現(xiàn)火災(zāi)(煙霧和溫度同時出現(xiàn)異常)時，能立即發(fā)出聲光火災(zāi)警報15。2.2.2 系統(tǒng)軟件總體構(gòu)架為了便于系統(tǒng)維護和功能擴充，采用了模塊化程序設(shè)計方法，系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實現(xiàn)的。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報警子程序等，系統(tǒng)程序流程圖如圖2.3所示。圖2.3 程序流程圖為了降低誤報率，系統(tǒng)采用了多次采集、多次判斷的方法。每次數(shù)據(jù)采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)對現(xiàn)場情況進行判斷，然后綜合多次判斷結(jié)果做出最終的火情判斷。主程序是一個無限循環(huán)體，其流程是：首先在上電之后系統(tǒng)的各部

18、分包括單片機各個端口輸入輸出的設(shè)置、外圍驅(qū)動電路和數(shù)據(jù)存儲電路等完成初始化，其次是對芯片內(nèi)的程序進行初始化，接下來執(zhí)行火災(zāi)報警系統(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)。2.3系統(tǒng)主要器件的選擇2.3.1 火災(zāi)探測器的選擇1）探測器簡介火災(zāi)探測器是火災(zāi)報警系統(tǒng)的重要組成部分，直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的正常運行。當火災(zāi)發(fā)生時，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。其特點是模擬量傳輸，跟隨各種非電量參數(shù)的變化而變化16。火災(zāi)探測器根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時所表現(xiàn)出來的物理現(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)感溫探測器感溫探測器一般分為定溫式和差溫式

19、。單一的感溫探測器靈敏度低、探測速度慢、探測范圍小，尤其對陰燃情況不響應(yīng)，因此不適用于火災(zāi)早期的探測，而在設(shè)計時往往安裝在不宜安裝感煙探測器的區(qū)域17。(2)感煙探測器感煙探測器可以分為離子感煙探測器和光電感煙探測器18。感煙探測器具有非常好的早期報警功能，即使在不太好的環(huán)境條件場所也會有比較好的探測效果，它一般適用于極高的房屋或空心花板或地下室中。感煙探測器適用于火災(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)信號與非火災(zāi)信號，如廚房煙、水蒸氣等，所以誤報率較高。(3)氣體探測器氣體探測器的主要作用是在發(fā)生可燃氣體泄漏危險時，提醒有關(guān)人員采取相關(guān)措施以保護現(xiàn)場工作人員、生產(chǎn)設(shè)備的安全

20、運轉(zhuǎn)以及周圍環(huán)境。氣體探測器適用于散發(fā)可燃氣體和可燃蒸汽的場所。但由于氣體探測器探測對像co易與還原氣體發(fā)生化學反應(yīng)，因此在有還原氣體的場所可能會發(fā)生誤報警。(4)圖像探測器圖像火災(zāi)探測器分為煙霧圖像探測器、火焰圖像探測器、激光圖像感煙探測器等，它們都非常適合于商場大空間建筑。但煙霧圖像火災(zāi)探測器對不規(guī)則物體或相似圖像可能發(fā)生誤報警;而火焰圖像探測器則對高溫物體或太陽光照射可能發(fā)生誤報警;激光圖像感煙火災(zāi)探測器則由于其良好的探測性能，發(fā)生誤報警的概率小，非常適合商場建筑的火災(zāi)探測19。(5)紅、紫外火焰探測器火災(zāi)中能夠輻射出紅外線的不僅僅是火焰，一些高溫物體的表面都能發(fā)出與火焰紅外線頻帶相吻合

21、的紅外線，因此這些并非火災(zāi)的紅外源就容易使單波段紅外火焰探測器產(chǎn)生誤報警20。紫外火焰探測器靈敏度高(ms級)，反應(yīng)快，適合在火災(zāi)時有強烈的火焰輻射而無陰燃階段且需對火焰做出快速反應(yīng)的場合，但當環(huán)境中有紫外輻射、高溫物體或有太陽光直射時可能或產(chǎn)生誤報警，因此，紫外火焰探測器不宜用于火焰出現(xiàn)前有濃煙擴散或有陽光直射的地方。煙霧濃度是火災(zāi)的特性參數(shù)之一，在較大范圍的監(jiān)視場所，煙霧探測一直被廣泛使用的火災(zāi)探測方法?；馂?zāi)中會產(chǎn)生大量的熱，溫度也是火災(zāi)的另一特性參數(shù)，和環(huán)境溫度相比火災(zāi)的溫升是很明顯的，所以溫度也被用來進行火災(zāi)探測21。然而煙霧探測器在受到外界非火災(zāi)的干擾信號會產(chǎn)生誤報警，且對于某些黑煙

22、的探測并不敏感。溫度探測器可以很好地補充煙霧探測器造成的漏報，但由于只有在燃燒的后兩個階段才會發(fā)生明顯的變化，報警的響應(yīng)時間慢。因此根據(jù)以上情況以及本系統(tǒng)的要求，采用感煙探測器和感溫探測器相結(jié)合的多傳感器探測方法22，可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢、彌補不足之處，在火災(zāi)發(fā)生的早期就能夠更加準確的報警。2）煙霧探測器感煙探測器采用的是日本nemoto公司生產(chǎn)nis-09c離子型感煙探測器，內(nèi)部有微量的放射性物質(zhì)媚(am)241，探測器被金屬電極覆蓋，放射能不會泄露。它對白色、灰白和黑色煙霧都有良好的響應(yīng)，但其受環(huán)境濕度影響較大。符合美國ul217標準，歐洲en-54-7標準及gb4715-93國家標準。ni

23、s-09c是具有低功耗、普適性的傳感器，適用于高靈敏度煙霧探測器、火災(zāi)報警系統(tǒng)。其特性參數(shù)和溫濕度特性參數(shù)分別見表2.1和表2.2。nis-09c離子煙霧探測器探測到的是煙霧濃度模擬量，通過其靈敏度特性（如表所示）可以看出，煙霧濃度p和輸出電壓v之間是近似線性的關(guān)系，其特性曲線方程：v=-0.3p+5.6。表2.1 nis-09c煙霧探測器的主要特征參數(shù)表靈敏度特性(ul217標準)電源電壓特性(25 60%rh)煙霧濃度輸出電壓(v)誤差(v)電源電壓輸出電壓(v)05.60.4063.30.315.30.50.30.195.60.425.00.50.60.1128.00.734.70.50

24、.90.21510.00.8544.40.51.20.218131.0表2.2 nis-09c煙霧傳感器的溫濕度特性參數(shù)表溫度特性(濕度：60%rh)濕度特性(溫度：25)溫度()輸出(v)濕度(%rh)輸出(v)05.150.40305.750.50255.600.40605.600.40505.850.40905.450.403）溫度探測器溫度探測器使用的是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的集成溫度傳感器lm94022，該傳感器屬于高精度模擬輸出cmos溫度傳感器，不僅工作電壓低、靜態(tài)電流小和輸出功率極低，而且能與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)配合使用。其主要特性如下：(1)工作電壓低，可在1.5v電壓下工作

25、；且工作電壓范圍寬，為1.55.5v；(2)靜態(tài)電流小，典型值為541a；(3)末級為推挽輸出，輸出電壓與感測的溫度成反比，確保芯片即使在較高的溫度范圍內(nèi)仍可保持極高的靈敏度；(4)可提供4個不同增益讓用戶自行選擇，其中包括-5.5mv/ 、-8.2 mv / 、-10.9mv /及-13.6mv /；(5)溫度范圍寬，可以監(jiān)控由-50至150范圍內(nèi)的溫度；(6)設(shè)計靈活、功率極低，采用極小巧的sc70封裝，大小與美國國冢半導(dǎo)體的標準型號lm20溫度傳感完全相同。lm94022的管腳排列如圖2.4所示。圖2.4 lm94022管腳排列當給lm94022的靈敏度選擇輸入端gs0、gs1施加不同電

26、平時，有4種不同的靈敏度供用戶選擇，如表2.3所示(由于輸出電壓隨溫度升高而下降，其靈敏度為負值)。用戶可根據(jù)測溫的范圍及接口電路的工作電壓的條件來合理。選擇要求高電平大于(vdd-0.5v) ；低電平小于0.5v。表2.3 lm94022的4種靈敏度gs0gs1靈敏度典型值(mv/)00-5.501-8.210-10.911-13.6lm94022的輸出特性如圖2.5所示，這是測量溫度與輸出電壓在不同靈敏度時的特性。由于輸出電壓隨溫度升高而下降，其靈敏度為負值。從圖可看出，lm94022的輸出電壓與感測的溫度成反比，并且其線性度極好，這是線性化后的特性。在vdd為5v時，不同靈敏度的幾個特定

27、溫度值時的輸出電壓如表2.4所示（典型值）。圖2.5 lm94022的輸出特性表2.4 vdd為5v，t為25時的輸出電壓值被測溫度gs=00(mv)gs=01(mv)gs=10(mv)gs=11(mv)-501299195526163277-251168176723662965010341565210026332589813651831229850760115915581958續(xù)表2.4 vdd為5v，t為25時的輸出電壓值被測溫度gs=00(mv)gs=01(mv)gs=10(mv)gs=11(mv)756199491290160910047673799712571253325217119

28、01150183301420593按表2.4的數(shù)據(jù)計算出的靈敏度值與表2.3給出的典型靈敏度有一些差值。例如，在gs=00時，-25時的輸出電壓為1168 mv，-50時的輸出電壓為1299 mv，則其平均靈敏度為-5.24 mv /；50時的輸出電壓為760 mv，75時的輸出電壓為619 mv，則其平均靈敏度為5.64 mv /。表2中g(shù)s=00時，靈敏度為-5.5 mv /。2.3.2 單片機及a/d轉(zhuǎn)換芯片的選擇本設(shè)計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器（fperom）和128字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram）的

29、低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。at89c51是一個低功耗高性能單片機，片內(nèi)置通用8位中央處理器（cpu）和flash存儲單元，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口。at89c51的引腳圖如圖2.6所示。芯片可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程，其將通用的微處理器和flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。圖2.6 at89c51芯片的引腳圖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

30、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2.7所示。圖2.7 adc0809芯片的引腳圖adc0809的主要性能指標為:（1）分辨率為8位。（2）最大不可調(diào)誤差：adc0809為1lsb。（3）單電源+5v供電，基準電壓由外部提供，典型值為+5v，此時允許輸入模擬電壓為05v。（4）具有鎖存控制的8路模擬選通開關(guān)。（5）可鎖存三態(tài)輸出，輸出電平與ttl電平兼容。（6）轉(zhuǎn)換速度取于決芯片的時鐘頻率。當時鐘頻率500khz時，轉(zhuǎn)換時間為128s。3 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 前端信號調(diào)理電路由于傳感器輸出的模擬信號比較微弱，且含有干擾信號，所

31、以系統(tǒng)需要將信號進行放大和濾波。溫度傳感器使用的是高精度模擬輸出cmos溫度傳感器lm94022，該傳感器的末級為推挽輸出，輸出電壓與感測的溫度成反比，即溫度越高輸出電壓越低；可提供4個不同增益讓用戶自行選擇，其中包括-5.5mv/ 、-8.2 mv / 、-10.9mv /及-13.6mv /。本設(shè)計溫度傳感器靈敏度選擇-5.5mv/，所以lm94022的gs0和gs1端口都接地，溫度信號調(diào)理電路如圖3.1所示。煙霧傳感器輸出電壓較大，能達到幾伏，不需要放大煙霧信號，只需要將信號濾波處理，煙霧信號調(diào)理電路如圖3.2所示。由于溫度、煙霧信號調(diào)理電路運放lm324接直流電源，電路中有直流，所以在

32、電路中設(shè)計了起隔直通交的電容c1、c2、c7。系統(tǒng)采用固定門限檢測法23判斷火災(zāi)是否發(fā)生，溫度閾值設(shè)定為57，煙霧濃度閾值設(shè)定為3.2%每英尺。圖3.1 溫度信號調(diào)理電路電路設(shè)計中要求高輸入低輸出，故放大電路、濾波電路的前置電阻r4、r8的阻值設(shè)為10k24。由于運放lm324的輸入級是差動放大電路，要求兩端輸入回路參數(shù)對稱，即，故，。依據(jù)運算放大器“虛短”、“虛斷”特性，有。電壓放大倍數(shù)為：， （3-1）圖3.2 煙霧信號調(diào)理電路濾波電路能使有用頻率信號通過，同時抑制無用頻率成分，濾除或衰減無用頻率信號到足夠小。一階濾波電路過渡帶較寬，幅頻特性的最大衰減頻率僅為-20db/十倍頻。為使濾波器

33、的濾波特性接近理想特性，即在通頻帶內(nèi)特性曲線更平緩在同頻帶外特性曲線衰減更陡峭，只有增加網(wǎng)絡(luò)的級數(shù)，系統(tǒng)使用二階濾波器電路9。由于在火災(zāi)發(fā)生早期，溫度煙霧信號是一種緩變信號25，故系統(tǒng)使用二階有源低通濾波器電路（low pass filter，lpf）。將串聯(lián)的兩節(jié)rc低通網(wǎng)絡(luò)直接與反向電壓跟隨器電路相連，可構(gòu)成煙霧、溫度調(diào)理電路中的簡單二階低通濾波器電路26。二階低通濾波電路中，。lpf電路電壓放大倍數(shù)為： （3-2）用取代s，且令，得出電壓放大倍數(shù)為： （3-3）由于為信號頻率二次冪的函數(shù)式，故為二階lpf。設(shè)帶通截止頻率為，則當時，上式的分母的模應(yīng)等于，可解出二階lpf的上限截止頻率為：

34、 ， （3-4）二階低通濾波電路的衰減斜率可達-40db/十倍頻，但是有由于遠離，即在處，信號的放大倍數(shù)已急劇下降，所以該濾波電路以降低濾波器通頻帶為代價來獲得濾波器衰減斜率27。3.2晶振電路與復(fù)位電路3.2.1晶振電路晶振電路為單片機at89c51工作提供時鐘信號，芯片中有一個用于構(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。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振蕩器一起構(gòu)成自激振蕩器。電路中的外接石英晶體及電容c5、c6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3.3所示。由于外接電容c5、c6的容量大小會輕微影響振

35、蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容的容量大小范圍為；如果使用陶瓷諧振，則電容容量大小為。本設(shè)計中使用石英晶體，電容的容值設(shè)定為30pf。3.2.2 復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(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而影響復(fù)位。單片機在啟動時都需要復(fù)位，以使cpu及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。at89c51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。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果r

36、est引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周期)以上，則cpu就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位，本設(shè)計采用的是手動按鈕復(fù)位。手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端rest上加入高電平,采用的辦法是在rest端和正電源vcc之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則vcc的+5v電平就會直接加到rest端，系統(tǒng)復(fù)位。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，設(shè)計完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。復(fù)位電路中sw-pb為手動復(fù)位開關(guān)，電容ch1可避免高頻諧波對電路的干擾。at89c51的復(fù)位電路如圖3.3所示。圖3.3 晶振電路與復(fù)位電路3.3聲光報警電路聲

37、光報警電路在at89c51的控制下，可以根據(jù)不同的情況（火災(zāi)、異常、故障)，發(fā)出不同的聲光信號報警。聲音報警電路如圖3.4所示。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的i/o 口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。聲報警電路由單片機的p10引腳進行控制，當p10輸出的電平為高電平時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音報警；否則，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音24。圖3.4 蜂鳴器報警光報警電路路如圖3.5，其中單片機的p2口進行控制，p2口的p2.3p2.6分別控制4個發(fā)光二極管，予以光報警，如圖所示。p2.3p2.6控制的燈依次為紅色(火

38、災(zāi)信號燈)、紅色(異常信號燈) 、黃色(故障信號燈)和綠色(正常信號燈) 。當p2.3p2.6輸出低電平時，對應(yīng)的信號燈便會發(fā)光報警。圖3.5 光報警3.4 數(shù)據(jù)采集電路本設(shè)計中的a/d使用的是通用8位芯片adc0809，芯片的幾個重要管腳功能如下：ale為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ale線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將a，b，c三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。a，b和c為地址輸入線，用于選通in0-in7上的一路模擬量輸入，通道選擇如表所示。start為轉(zhuǎn)換啟動信號，當start上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行a/d轉(zhuǎn)換；在

39、轉(zhuǎn)換期間，start應(yīng)保持低電平。eoc為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當eoc為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行a/d轉(zhuǎn)換。oe為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。oe1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；oe0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。由于本設(shè)計中數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片使用的是adc0809，其工作的時鐘信號為500khz，因其內(nèi)部沒有時鐘電路，時鐘信號由外部at89c51的ale端口提供。系統(tǒng)at89c51與adc0809接口電路如圖3.6所示。圖3.6 at89c51與adc0809接口電路當at89c51的ale端口不訪問外部存儲器時，at89c51的ale端以時鐘振蕩頻率的1/6輸出

40、固定的正脈沖信號，故晶振設(shè)定12mkz，再經(jīng)過二分頻電路，單片機即可向adc0809輸出500khz的時鐘信號。二分頻電路由d觸發(fā)器實現(xiàn)，r、s端接地，d接q非，q端作為輸出端，clk接at89c51的aled端。d觸發(fā)器的特性方程為 （3-5）由于當cp=1時，d觸發(fā)器有效；cp=0時，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)。故d觸發(fā)器能實現(xiàn)對ale端口的信號二分頻28。由于本火災(zāi)報警系統(tǒng)只采集溫度、煙霧信號，經(jīng)過調(diào)理的溫度、煙霧信號分別進入adc0809的in-0和in-1端口，其余輸入引腳接地，8個數(shù)字量輸出引腳接at89c51的p0口。單片機的p0口接受adc0809傳輸來8位數(shù)字量，向a/d輸出的8位地

41、址經(jīng)地址鎖存器74ls373鎖存，選擇低3位地址作為a/d的通道選通地址。adc0809通道選通如表3.1。表3.1 adc0809通道選通通入通道in0in1in2in3in4in5in6in7a00001111b00110011c01010101本設(shè)計使用74ls373作為地址鎖存器，當三態(tài)允許控制端oe為低電平時，輸出端o0o7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。當oe為高電平時，o0o7呈高阻態(tài)，既不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。圖中三態(tài)允許控制端oe接地，表示三態(tài)門一直打開。鎖存允許端le為高電平時，輸出端o0o7 狀態(tài)與輸入端d0d7狀態(tài)相同；當le

42、由“1”變?yōu)椤?”時，數(shù)據(jù)輸入鎖存器中。le端接至單片機的地址鎖存允許ale端。當p20=0時，與寫信號wr共同選通adc0809。圖中ale信號與start信號連在一起，在wr信號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉(zhuǎn)換。當ale端口變?yōu)楦唠娖?，?4ls373輸出端的低3位地址存入a/d的地址鎖存器中，此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。start上升沿將a/d內(nèi)的寄存器清零，下降沿啟動 a/d轉(zhuǎn)換，之后eoc端變成低電平，指示轉(zhuǎn)換正在進行。例如，輸出地址f8h可選通通道in0，實現(xiàn)對溫度傳感器輸出的模擬量進行轉(zhuǎn)換；輸出地址f9h可選通通道in1，實現(xiàn)對煙霧傳感器輸出的模擬量進行轉(zhuǎn)換。a

43、dc0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號eoc接到at89c51的int1引腳，當a/d轉(zhuǎn)換完成后，eoc變?yōu)楦唠娖?，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器,并產(chǎn)生產(chǎn)生中斷。當at89c51知道a/d轉(zhuǎn)換完成后，p20與讀信號rd共同控制下的a/d端口oe電平變?yōu)楦唠娖綍r，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到單片機上。4 火災(zāi)報警系統(tǒng)程序設(shè)計4.1軟件開發(fā)環(huán)境本系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的匯編語言而采用c語言進行程序設(shè)計。因為c語言的描述由函數(shù)組成，是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計語言，所以更容易實現(xiàn)模塊化，而且具有可讀性好，易于移植等優(yōu)點，同時還有匯編語言一樣的位操作功能的硬件詳細控制指令29。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面，可以使用結(jié)構(gòu)體和

44、數(shù)組，能夠處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)，可用于實時處理系統(tǒng)。本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國keil software公司出品的keil c51，是51系列兼容單片機c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。 keil c51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全windows界面。另外重要的一點，keil c51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能 體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。c51工具包的整體結(jié)構(gòu)中，vision與ishell分別是c51 for windows和for dos的集成開發(fā)環(huán)境(ide)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用ide

45、本身或其它編輯器編輯c或匯編源文件。然后分別由c51及a51編譯器編譯生成目標文件(.obj)。目標文件可由lib51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)c51連接定位生成絕對目標文件(.abs)。abs文件由oh51轉(zhuǎn)換成標準的hex文件，以供調(diào)試器dscope51或tscope51使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對 目標板進行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如eprom中。 4.2火災(zāi)報警系統(tǒng)程序設(shè)計火災(zāi)報警系統(tǒng)控制器上采用at89c51作為主控芯片，其主要功能包括：控制io端口、邏輯判斷處理、驅(qū)動外部電路和a/d采樣等，該部分是火災(zāi)報警系統(tǒng)智能化的集中體現(xiàn)。為了便于系統(tǒng)維護，在火

46、災(zāi)報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計中采用了模塊化程序設(shè)計方法，系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實現(xiàn)的。既使得程序結(jié)構(gòu)清晰，又便于以后進一步擴展其功能。本系統(tǒng)主要包括主程序、溫度煙霧數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報警子程序等 4 。系統(tǒng)程序流程圖如圖4.1所示。圖4.1 程序流程圖主程序是一個無限循環(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輸出輸入端口的設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲電路、外圍驅(qū)動電路等完成初始化，接下來執(zhí)行火災(zāi)報警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集程序、火災(zāi)判斷、報警程序。系統(tǒng)初始化后，at89c51的p26和p10口為低電平，p23、p24和p25口為高電平，所以只有綠燈d8亮，d5、d6、d7不亮，蜂鳴器不報

47、警。4.2.1數(shù)據(jù)采集程序數(shù)據(jù)采集是火災(zāi)報警系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。為了降低誤報率，系統(tǒng)設(shè)計時對溫度煙霧采用了兩次采集、兩次判斷的方法。每次采集溫度煙霧數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存入單片機的寄存器，然后在火災(zāi)判斷程序中，將采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進行比較，判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。具體流程是：系統(tǒng)和程序初始化后，驅(qū)動adc0809的in0對溫度信號進行a/d轉(zhuǎn)換，單片機接受轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，存入寄存器，由int1中斷服務(wù)程序完成；系統(tǒng)延時10ms，驅(qū)動adc0809的in1對煙霧信號進行a/d轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后存入寄存器。系統(tǒng)延時50ms，進行第二次溫度煙霧信號采集，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入寄存器中。單片機每次驅(qū)動a/d轉(zhuǎn)換后等

48、待外部中斷1，當adc0809的eoc端變?yōu)?時，即中斷到來，說明a/d轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，通過中斷服務(wù)程序讀取轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。由于設(shè)計采用的是模塊化設(shè)計，系統(tǒng)實現(xiàn)報警功能是通過調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)的。在數(shù)據(jù)采集子程序中，一次溫度煙霧信號采集延時10ms，是讓adc0809準備好進行下一次信號轉(zhuǎn)換。當系統(tǒng)采集2次溫度煙霧信號后，轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入單片機的寄存器中，系統(tǒng)再調(diào)用火災(zāi)判斷子程序。系統(tǒng)溫度煙霧信號采集程序流程圖如圖4.2所示。圖4.2 數(shù)據(jù)采集流程圖在火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的程序設(shè)計中使用了延時程序，延時10ms的程序如下：void delay_10ms (uint i) while (i-) uchar

49、 i ， j ， k ； for (i=5 ；i0 ；i- ) for (j=4 ；j0 ；j- ) for (k=248 ；k0 ；k- ) ； 4.2.2火災(zāi)判斷與報警程序1.火災(zāi)報警數(shù)據(jù)處理方法固定門限檢測法是使用最早，且應(yīng)用最廣泛的火災(zāi)探測方法，優(yōu)點是計算量小且易于實現(xiàn)，其原理是根據(jù)火災(zāi)探測器的信號幅值作為火災(zāi)報警的依據(jù)，并與固定的閾值進行比較23：當信號幅值超過報警閾值時，則發(fā)出報警，否則解除報警30。設(shè)火災(zāi)傳感器信號為，與閾值相比較信號為，變換函數(shù)為t ，則固定門限檢測可表示為： ， （4-1）其中，表示判定為火災(zāi)，表示判定為非火災(zāi)，s為報警閾值31。火災(zāi)報警系統(tǒng)中使用的是溫度傳感

50、器lm94022和離子煙霧傳感器nis-09c，煙霧傳感器輸出電壓v與煙霧濃度p關(guān)系為：v=-0.3p+5.6，溫度傳感器使用的靈敏度是-5.5mv/。在本設(shè)計中報警溫度設(shè)為57，煙霧報警濃度設(shè)為3.2英尺（參照市面銷售的火災(zāi)報警器溫度煙霧的報警臨界值）。經(jīng)過換算可得出溫度煙霧傳感器輸出火災(zāi)報警臨界電壓值為： ， （4-2）2.火災(zāi)判斷與報警系統(tǒng)對溫度和煙霧進行了兩次數(shù)據(jù)采集與判斷，每次信號采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值比較，當溫度57，溫度異常，置寄存器變量a為1，否則為0；當煙霧濃度3.2，煙霧濃度異常，置寄存器變量b為1，否則為0。綜合兩次溫度煙霧信號的采集，根據(jù)溫度和煙霧的寄存器變量

51、a和b的狀態(tài)，判斷現(xiàn)場情況：2個寄存器變量均為0，表示情況正常；2個中僅有1個為1，表示情況異常；2個均為1，表示有火災(zāi)發(fā)生。系統(tǒng)對現(xiàn)場進行報警判斷后，間隔15s后（通過系統(tǒng)的延時程序?qū)崿F(xiàn)），再一次采集現(xiàn)場的溫度煙霧信號進行判斷，即每一次聲光報警持續(xù)15s，直到系統(tǒng)做出下一次判斷結(jié)果。當系統(tǒng)狀態(tài)為00時，表示正常，at89c51的p26口變成低電平，綠燈d8亮；當系統(tǒng)狀態(tài)為01或10時，表示異常，p25口變?yōu)榈碗娖剑琾10口變?yōu)楦唠娖?，黃燈d7亮，蜂鳴器報警；當系統(tǒng)狀態(tài)為11時，表示發(fā)生火災(zāi)，p23口變?yōu)榈碗娖?，p10口變?yōu)楦唠娖?，紅燈d5亮，蜂鳴器報警；如果兩次采集同一種信號寄存器變量不相同

52、，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，p24口變?yōu)榈碗娖?，p10口變?yōu)楦唠娖?，紅燈d6亮，蜂鳴器報警。5 總結(jié)與展望5.1 總結(jié)本文設(shè)計了一種基于單片機at89c51的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，系統(tǒng)安全可靠，誤報率低，操作方便，成本較低。本設(shè)計拋棄了傳統(tǒng)的使用單一傳感器探測報警，采用了溫度傳感器lm94022和煙霧傳感器nis-90c相結(jié)合的多傳感器探測方法，使系統(tǒng)靈敏度高、響應(yīng)時間短，在火災(zāi)發(fā)生的早期就能準確的報警。系統(tǒng)使用了8位a/d轉(zhuǎn)換芯片adc0809，以通用芯片at89c51作為系統(tǒng)的控制器。系統(tǒng)在采集溫度煙霧信號時，采用多次采集，多次判斷的方法，降低了誤報率。在系統(tǒng)的軟件設(shè)計方面，采用了模塊化程序設(shè)計方法，

53、系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實現(xiàn)的。既使得程序結(jié)構(gòu)清晰，又便于以后進一步擴展其功能，也便于系統(tǒng)的維護。當發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)以聲光的形式發(fā)出報警。在系統(tǒng)中設(shè)置了1個蜂鳴器，實現(xiàn)聲音報警；并且還設(shè)置了4個發(fā)光二極管，分別對應(yīng)系統(tǒng)的正常、異常、火災(zāi)、故障狀態(tài)。如果系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障，能發(fā)出故障報警；如果只有一種信號參數(shù)出現(xiàn)異常(如煙霧濃度過大或是溫度較高)，能發(fā)出異常報警信號；如果煙霧和溫度同時出現(xiàn)異常，則說明有火災(zāi)，發(fā)出火災(zāi)警報。由于時間緊迫和個人能力有限，本文設(shè)計的火災(zāi)報警系統(tǒng)還存在許多需要完善和作進一步研究的問題，如：（1）火災(zāi)報警系統(tǒng)判斷的算法有待進一步的研究改進，應(yīng)用更先進的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

54、和模糊識別等智能算法，降低系統(tǒng)的誤報率，提高靈敏度。（2）火災(zāi)報警系統(tǒng)沒有聯(lián)網(wǎng)，當發(fā)生火災(zāi)時不能通過電話網(wǎng)絡(luò)向消防指揮中心報警。（3）用戶不能根據(jù)自己的需要設(shè)定火災(zāi)報警閾值。5.2 展望二十一世紀是網(wǎng)絡(luò)化時代，在計算機技術(shù)、微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展下，火災(zāi)探測報警技術(shù)的更新變化也非常明顯，總體來看，主要的發(fā)展變化是：數(shù)字技術(shù)和新工藝、新材料的應(yīng)用，改進系統(tǒng)能力和減少維護要求，向著高可靠、低誤報和網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。l)早期、超早期的火災(zāi)探測報警超早期火災(zāi)報警的主要指導(dǎo)思想是：(1)提高靈敏度，在火災(zāi)早期階段生成物較少的時候即可探測報警;(2)探測火災(zāi)過程中尚未形成火災(zāi)時的生成物即超早期火