畢業(yè)設(shè)計(jì)論文基于QuartusII的火警報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)基于quartusii的火警報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真學(xué)校： 班級(jí)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：目 錄摘 要1abstract21.1 現(xiàn)今火災(zāi)報(bào)警技術(shù)發(fā)展及國(guó)內(nèi)外研究概況31.2 現(xiàn)代消防對(duì)火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警的要求41.3 課題研究的意義41.4 設(shè)計(jì)工作任務(wù)及內(nèi)容安排5第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)62.1 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)的要求62.2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介62.3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)72.3.1 傳感器選型方案簡(jiǎn)介82.3.2 系統(tǒng)主要功能9第3章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)113.1 控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案113.2 主要電路模塊設(shè)計(jì)分析123.21 數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)123.2.2 火災(zāi)分析判斷模塊設(shè)計(jì)153.2.3 火災(zāi)等

2、級(jí)顯示指示模塊設(shè)計(jì)173.2.4 傳感器的選型 煙霧傳感器his-07183.2.5 放大電路的設(shè)計(jì)203.2.6 報(bào)警與顯示電路設(shè)計(jì)213.2.7 電源管理模塊223.3 小結(jié)23第4章 控制器各功能模塊實(shí)現(xiàn)的vhdl源程序244.1 a/d轉(zhuǎn)換模塊的vhdl程序：244.2 火災(zāi)等級(jí)顯示指示vhdl程序：264.3 火災(zāi)分析判斷的vhdl程序264.4 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)頂層模塊電路的vhdl實(shí)現(xiàn):28第5章 系統(tǒng)的仿真與調(diào)試315.1 功能調(diào)試315.1.1在調(diào) 顯示功能調(diào)試315.1.2 邏輯判斷分析功能調(diào)試315.1.3 蜂鳴器功能調(diào)試315.1.4 a/d轉(zhuǎn)換功能調(diào)試3

3、15.2 系統(tǒng)整體運(yùn)行調(diào)試315.3 小結(jié)31結(jié)論32致 謝33參考文獻(xiàn)34附 錄35附錄1 系統(tǒng)電路連接圖35 摘 要從1847年世界上第一臺(tái)火災(zāi)報(bào)警裝置出現(xiàn)以來(lái)，隨著公共消防意識(shí)的提高與傳感器技術(shù)的進(jìn)步，火災(zāi)檢測(cè)的特征量與界定閾值等問(wèn)題已經(jīng)基本解決，但是現(xiàn)有的研究在很大程度上并沒(méi)有解決系統(tǒng)適應(yīng)性與準(zhǔn)確性的矛盾?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)的課題研究，對(duì)于開(kāi)發(fā)出優(yōu)秀的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)具有重要意義。本文首先簡(jiǎn)單介紹了火災(zāi)對(duì)人類生活的影響并介紹了當(dāng)今世界火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展情況；然后，介紹了一種多傳感器火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，講解了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的軟件功能設(shè)計(jì)并給出了系統(tǒng)與各個(gè)功能模塊的程序流程圖；之后詳細(xì)講解了系統(tǒng)的各功

4、能模塊的設(shè)計(jì)，其中設(shè)計(jì)的最后部分還論述了提高系統(tǒng)抗干擾能力與可靠性的一些方法，并對(duì)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性做了簡(jiǎn)單介紹，軟件設(shè)計(jì)包括針對(duì)單片機(jī)和傳感器的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)模糊處理、系統(tǒng)檢測(cè)與報(bào)警程序的設(shè)計(jì)；之后對(duì)硬件進(jìn)行了簡(jiǎn)單的調(diào)試，對(duì)調(diào)試結(jié)果進(jìn)行了一些分析；最后，文章對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了概括性總結(jié)。本文的重點(diǎn)是系統(tǒng)的硬件以及模糊判斷的算法設(shè)計(jì)，其中詳細(xì)介紹并論述了系統(tǒng)所需要實(shí)現(xiàn)的功能以及各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)主要完成采集傳感器數(shù)據(jù)、處理信息并做出判斷等功能。最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)能夠有效解決靈敏度與報(bào)警準(zhǔn)確率之間的矛盾，能夠達(dá)到預(yù)期的效果。本設(shè)計(jì)具有高可靠性低誤報(bào)率等特點(diǎn)，有一定的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：

5、火災(zāi)報(bào)警；多傳感器；模糊判斷；權(quán)重算法設(shè)計(jì)abstractfire is a common and high-onset disaster. as the fire itself is highly destructive, it usually causes a lost of life and property. this article describes the affection of fire on human life and introduces the development of fire alarm systems today in world at first; the

6、n, it introduces a design of multi-sensor fire alarm system, explains amply about the hardware and software design of each module in system; besides, we did simple hardware debugging, as well as some analysis of the results of the debugging; at last, the article sums up the entire design in general.

7、 this article focuses on hardware design and fuzzy judgment algorithm design, which describes and discusses amply the design and achievement of every function the system needs. the alarm system is designed for sensor data acquisition, information processing, making judgments and so on. the last part

8、 of the hardware design is also discussed some ways to improve anti-jamming capability and reliability, and gives a brief introduction of the system's extendibility. software design includes the design of mcu and sensors data acquisition programs, data fuzzy processing programs, system check &am

9、p; alarm programs, and we completes a fire alarm system software functional design and gives the system and program flow chart of the various functional modules. simulation results show that the design can effectively solve the contradiction between sensitivity and alarm accuracy; it's able to a

10、chieve the desired results. this design has high reliability with low false alarm rate, etc., but in some areas still needs further improvement and refinement.key words: fire alarm, multi-sensors, fuzzy judgment, permission assign algorithm design第1章 緒 論本章主要介紹了現(xiàn)今火災(zāi)報(bào)警技術(shù)的發(fā)展概況，現(xiàn)代消防對(duì)火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警的要求以及國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究

11、現(xiàn)狀，講述了本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、任務(wù)和相關(guān)安排以及本課題的研究意義。1.1 現(xiàn)今火災(zāi)報(bào)警技術(shù)發(fā)展及國(guó)內(nèi)外研究概況火災(zāi)是指在時(shí)間和空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害。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(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一。實(shí)踐證明，隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，消防工作的重要性就越來(lái)越突出。“預(yù)防火災(zāi)和減少火災(zāi)的危害”是對(duì)消防立法意義的總體概括，包括了兩層含義：一是做好預(yù)防火災(zāi)的各項(xiàng)工作，防止發(fā)生火災(zāi)；二是火災(zāi)絕對(duì)不發(fā)生是不可能的，而一旦發(fā)生火災(zāi)，就應(yīng)當(dāng)及時(shí)、有效地進(jìn)行撲救，減少火災(zāi)的危害。從1847年美國(guó)牙科醫(yī)生坎寧和緬因大學(xué)教授法莫研制出世界上第一臺(tái)城鎮(zhèn)火災(zāi)報(bào)警裝置至今，已有一百多年的

12、歷史。火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)過(guò)了以下幾個(gè)階段：19世紀(jì)40年代到20世紀(jì)40年代是火災(zāi)報(bào)警器發(fā)展的第一階段，這期間的火災(zāi)報(bào)警以單線感溫報(bào)警為主，即通過(guò)簡(jiǎn)單的探測(cè)和報(bào)警電路判斷環(huán)境溫度是否超過(guò)預(yù)先設(shè)置的閾值，由于受限于這一時(shí)期的電子技術(shù)和傳感器技術(shù)，報(bào)警器的可靠性、準(zhǔn)確性和靈敏度均不高。20世紀(jì)50年代到70年代則是火災(zāi)報(bào)警器發(fā)展的第二階段，火災(zāi)報(bào)警已經(jīng)由單線制變化為多線制。多線制火災(zāi)報(bào)警器與上一代火災(zāi)報(bào)警器的區(qū)別在于火災(zāi)探測(cè)器與火災(zāi)報(bào)警控制器之間不再是一對(duì)一而是多對(duì)一的關(guān)系，而且多線制要求每個(gè)探測(cè)器與控制器之間使用兩條以上的導(dǎo)線連接以保證每個(gè)探測(cè)點(diǎn)都能準(zhǔn)確發(fā)出報(bào)警信號(hào)。但多線制火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)過(guò)于

13、復(fù)雜的設(shè)計(jì)與布線，使得安裝和維護(hù)都很不方便，并且成本也比單線制報(bào)警器高很多。20世紀(jì)80年代到20世紀(jì)末，微處理器技術(shù)逐漸民用化并迅速普及起來(lái)，極大地改變了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，于是出現(xiàn)了以單片機(jī)為核心的總線制火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。即為火災(zāi)報(bào)警器發(fā)展的第三階段。這種自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)已采用微處理器控制，探測(cè)器和模塊均采用地址編碼形式，通過(guò)總線與控制器實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳送，此類系統(tǒng)可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編程，并通過(guò)各種模塊對(duì)各聯(lián)動(dòng)設(shè)備實(shí)行較復(fù)雜的控制，具有系統(tǒng)自檢及對(duì)外圍器件的故障檢驗(yàn)等功能。現(xiàn)代建筑因?yàn)轶w量大、層數(shù)多、人員多，并使用了大量可燃材料裝修，而且垂直疏散困難很大，所以火災(zāi)危險(xiǎn)性也很大。近十幾年來(lái)，世界各國(guó)都對(duì)火災(zāi)的

14、預(yù)防、報(bào)警和控制進(jìn)行了大量的研究，使智能型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的產(chǎn)品更新?lián)Q代速度非?？?。探測(cè)器由普通探測(cè)器發(fā)展到帶編碼地址的探測(cè)器，信號(hào)線由原來(lái)的多線制發(fā)展到二總線制，探測(cè)器的性能和系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制日趨完善，可靠性越來(lái)越高。在國(guó)外的產(chǎn)品中，分布智能系統(tǒng)技術(shù)得到了較為廣泛的應(yīng)用，這類系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)有：多判數(shù)據(jù)火災(zāi)探測(cè)技術(shù)，完善的功能設(shè)置以適應(yīng)一般場(chǎng)合的使用，通過(guò)編程使探測(cè)器適應(yīng)特殊的場(chǎng)合或環(huán)境需要，可以對(duì)自身電路及傳感器進(jìn)行檢測(cè)，具有環(huán)境因素補(bǔ)償，故障報(bào)告功能，具有良好的可擴(kuò)展性，多級(jí)判斷設(shè)計(jì)提高報(bào)警的準(zhǔn)確程度，有完善的通訊協(xié)議，低功耗。同國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的研究上還是有一定的差距的?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)火

15、災(zāi)報(bào)警技術(shù)也將重點(diǎn)放在了分布智能系統(tǒng)上，也有相當(dāng)多優(yōu)秀的產(chǎn)品出現(xiàn)，但國(guó)內(nèi)鏟平普遍存在的缺乏核心技術(shù)的問(wèn)題使得國(guó)內(nèi)產(chǎn)品和國(guó)外的產(chǎn)品相比之下還是存在諸如可靠性、穩(wěn)定性差、探測(cè)器信號(hào)處理方法單一，智能化程度低、未能很好解決探測(cè)器靈敏度和誤報(bào)率之間矛盾等問(wèn)題。1.2 現(xiàn)代消防對(duì)火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警的要求由于城市規(guī)模日益擴(kuò)大，高層建筑、地下建筑、公共娛樂(lè)場(chǎng)所及大型綜合性建筑越來(lái)越多，建筑布局及功能日益復(fù)雜，用火、用電、用氣和化學(xué)物品的應(yīng)用日益廣泛，火災(zāi)的復(fù)雜性、危險(xiǎn)性大大增加。但是城市的消防站、消防供水、消防通信、消防通道等公共消防設(shè)施的建設(shè)卻發(fā)展緩慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代防火、滅火的需要，使社會(huì)抗御火災(zāi)的能力相

16、當(dāng)薄弱。因此現(xiàn)代消防建設(shè)對(duì)火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警的要求也與日俱增，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：第一，高層、超高層建筑對(duì)消防設(shè)施的要求。這類高層建筑的火災(zāi)一般有如下幾個(gè)特點(diǎn)：多采用大跨度鋼架結(jié)構(gòu)和靈活的環(huán)境布置，使建筑物開(kāi)間和隔墻布置復(fù)雜，隨著建筑高度增加，在起火前室內(nèi)外溫差所形成的熱風(fēng)壓大，起火后由于溫度變化而引起煙氣運(yùn)動(dòng)的風(fēng)火壓大，因而火災(zāi)使煙氣彌漫、擴(kuò)散迅速；為了加強(qiáng)藝術(shù)效果和舒適性的要求，裝飾材料多種多樣，且多為易燃或可燃材料；建筑內(nèi)大量使用各種電氣設(shè)備，電氣設(shè)備配電線路和信息數(shù)據(jù)通信布線系統(tǒng)密如蛛網(wǎng)，一旦發(fā)生火災(zāi)，會(huì)迅速蔓延；建筑內(nèi)人員眾多，一旦發(fā)生火災(zāi)，疏散難度大；建筑多是多用途的綜合性大樓，從而造

17、成安全疏散通道曲折隱藏。由此可見(jiàn)，現(xiàn)代化高層建筑對(duì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在火災(zāi)整體的檢測(cè)靈敏度、多樣化檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、準(zhǔn)確度、可靠性以及極端條件下系統(tǒng)工作穩(wěn)定性有了更多的要求。第二，工廠、企業(yè)都有大型或特大型的倉(cāng)庫(kù)，用以存放各種材料、設(shè)備，一旦倉(cāng)庫(kù)失火，將給工廠、企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至導(dǎo)致工廠、企業(yè)的停產(chǎn)。而這些倉(cāng)庫(kù)又往往存在面積大、貨物貨架高、死角多等對(duì)火災(zāi)監(jiān)視不利的因素，此外，各種有毒或特殊材料的特點(diǎn)也對(duì)火災(zāi)監(jiān)測(cè)有很大影響。所以，也要通過(guò)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)來(lái)克服這些不利因素，對(duì)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行有效的火災(zāi)監(jiān)視。第三，由于火災(zāi)發(fā)生的可能性很大程度上取決于環(huán)境因素，因此火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)需要不僅能對(duì)固定環(huán)境的活在進(jìn)行監(jiān)測(cè)，更

18、要能夠針對(duì)不同環(huán)境條件下變化環(huán)境中的火災(zāi)隱患進(jìn)行監(jiān)控，這對(duì)報(bào)警系統(tǒng)的智能化以及傳感器技術(shù)提出了新的要求。1.3 課題研究的意義火災(zāi)也給人類帶來(lái)了巨大的災(zāi)難,在我們生活的四周到處潛伏著火災(zāi)隱患。為了避免火災(zāi),人類在減少引起火災(zāi)的因素同時(shí),也盡力在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，及時(shí)報(bào)警，并采取有效措施控制火情的發(fā)展，將火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài),以確保人身安全。最大限度地減少社會(huì)財(cái)富的損失。上文中已經(jīng)提到過(guò)，我國(guó)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)的主要不足之處在于缺乏自己的核心技術(shù)，因此如何設(shè)計(jì)一個(gè)具有自己獨(dú)創(chuàng)元素的系統(tǒng)將不僅有利于提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平，也能夠?yàn)橐院蟾嘞罊z測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供很多優(yōu)秀的參考。對(duì)應(yīng)火警報(bào)警系統(tǒng)而言，務(wù)必要通過(guò)有效的

19、方法保證其在任何環(huán)境下，都能最大程度的可靠工作。eda技術(shù)已成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電子產(chǎn)品研制開(kāi)發(fā)的最有效的工具,是電子工程師們使用的一種基本工具?；趀da技術(shù)的數(shù)字電路相比于基于mcu的數(shù)字電路,穩(wěn)定性更好,容錯(cuò)性更寬泛,速度也更快。因此，開(kāi)發(fā)一種基于eda技術(shù)和大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷幕鹁瘓?bào)警系統(tǒng)有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義1.4 設(shè)計(jì)工作任務(wù)及內(nèi)容安排根據(jù)現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，針對(duì)現(xiàn)有火災(zāi)報(bào)警器存在的不足，我設(shè)計(jì)了一種多傳感器檢測(cè)基于quartus-ii平臺(tái)利用eda技術(shù)的一款火警報(bào)警系統(tǒng)并進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。該設(shè)計(jì)的主要工作任務(wù)包括：傳感器的選型。包括火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中各傳感器的選型及其放大

20、電路設(shè)計(jì)與繪制，傳感器及各模塊電路的連接設(shè)計(jì)。系統(tǒng)中央控制器設(shè)計(jì)。包括火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主控程序設(shè)計(jì)，各個(gè)功能模塊的程序設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)收集與模糊判斷算法設(shè)計(jì)。對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)各功能模塊進(jìn)行仿真調(diào)試試驗(yàn)。本文的內(nèi)容安排如下：第一章，簡(jiǎn)單介紹的火災(zāi)報(bào)警的背景以及現(xiàn)今火災(zāi)報(bào)警技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以及全文內(nèi)容的安排。第二章，描述火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，包括傳感器的選型以及詳細(xì)說(shuō)明系統(tǒng)功能及開(kāi)發(fā)平臺(tái)的介紹。第三章，詳細(xì)講解該系統(tǒng)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)思路和工作電路原理，分析實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能的設(shè)計(jì)方法。第四章，詳細(xì)介紹了整個(gè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的編程設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能的模塊程序設(shè)計(jì)。第五章，對(duì)完成的系統(tǒng)原型進(jìn)行了簡(jiǎn)單的一些調(diào)試，并

21、在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)并解決軟件漏洞，改進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。并對(duì)系統(tǒng)做簡(jiǎn)單的環(huán)境穩(wěn)定性測(cè)試。第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)的要求火災(zāi)會(huì)給帶來(lái)巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失，為此設(shè)計(jì)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)不僅需要能夠?qū)崿F(xiàn)火災(zāi)監(jiān)控與報(bào)警功能，還需要能在火災(zāi)環(huán)境下正常工作，即火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)不僅需要有良好的硬件性能，其軟件也需要滿足運(yùn)行環(huán)境對(duì)穩(wěn)定性、兼容性和即時(shí)性要求，下面分別介紹這幾個(gè)要求的具體內(nèi)容。1)軟件運(yùn)行穩(wěn)定性：由于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的工作環(huán)境相比其它類型電子系統(tǒng)更為復(fù)雜，往往在火災(zāi)中會(huì)處于高溫、高輻射或由電氣火災(zāi)引起的電磁干擾下，而這些環(huán)境因素對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的影響是巨大的。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，除了硬件選型時(shí)選擇抗干擾性

22、能優(yōu)異的元件之外，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)也需要從程序運(yùn)行穩(wěn)定性的角度進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。2)兼容性：上一點(diǎn)中已經(jīng)說(shuō)到，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)常工作于極端環(huán)境下，因此其硬件尤其是傳感器等易損耗部件的更換會(huì)經(jīng)常發(fā)生，而當(dāng)沒(méi)有同樣型號(hào)的配件時(shí)，通常也只能用同類型器件替換，此時(shí)除了涉及到兼容性問(wèn)題。在設(shè)計(jì)時(shí)，不僅需要考慮到硬件的兼容性（工作電壓、電流、信號(hào)強(qiáng)度等），在軟件方面同樣需要顧及到軟件系統(tǒng)與替換器件的兼容性（信號(hào)格式、工作周期等），以保證系統(tǒng)能正常運(yùn)行。3)數(shù)據(jù)處理即時(shí)性：火災(zāi)發(fā)生時(shí)，能不能及時(shí)進(jìn)行火災(zāi)告警將直接影響能否控制火災(zāi)規(guī)模、減少火災(zāi)造成的生命財(cái)產(chǎn)損失。因此系統(tǒng)信息處理的即時(shí)性也相當(dāng)重要，除了硬件設(shè)計(jì)方面盡量降

23、低信號(hào)延遲、減少硬件環(huán)節(jié)意之外，設(shè)計(jì)一個(gè)有效率的數(shù)據(jù)處理算法顯得相當(dāng)重要。但是數(shù)據(jù)處理算法的設(shè)計(jì)又不能一味采用高速處理算法，在同樣的硬件環(huán)境下，隨著處理速度的提高，誤警率會(huì)呈對(duì)數(shù)形式提高，所以在軟件中數(shù)據(jù)處理算法要在權(quán)衡準(zhǔn)確性與速度的前提下做出相對(duì)最優(yōu)的設(shè)計(jì)。2.2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介quartus® ii design 是最高級(jí)和復(fù)雜的，用于system-on-a-programmable-chip (sopc)的設(shè)計(jì)環(huán)境。 quartusii design 提供完善的 timing closure 和 logiclock 基于塊的設(shè)計(jì)流程。quartusii design是唯一一個(gè)

24、包括以timing closure 和 基于塊的設(shè)計(jì)流為基本特征的programmable logic device (pld)的軟件。 quartus ii 設(shè)計(jì)軟件改進(jìn)了性能、提升了功能性、解決了潛在的設(shè)計(jì)延遲等，在工業(yè)領(lǐng)域率先提供fpga與mask-programmed devices開(kāi)發(fā)的統(tǒng)一工作流程。 altera quartus ii 作為一種可編程邏輯的設(shè)計(jì)環(huán)境, 由于其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)能力和直觀易用的接口，越來(lái)越受到數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的歡迎。 altera quartus ii （3.0和更高版本）設(shè)計(jì)軟件是業(yè)界唯一提供fpga和固定功能hardcopy器件統(tǒng)一設(shè)計(jì)流程的設(shè)計(jì)工具。工程師

25、使用同樣的低價(jià)位工具對(duì)stratix fpga進(jìn)行功能驗(yàn)證和原型設(shè)計(jì)，又可以設(shè)計(jì)hardcopy stratix器件用于批量成品。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者現(xiàn)在能夠用quartus ii軟件評(píng)估hardcopy stratix器件的性能和功耗，相應(yīng)地進(jìn)行最大吞吐量設(shè)計(jì)。 altera的quartus ii可編程邏輯軟件屬于第四代pld開(kāi)發(fā)平臺(tái)。該平臺(tái)支持一 個(gè)工作組環(huán)境下的設(shè)計(jì)要求，其中包括支持基于internet的協(xié)作設(shè)計(jì)。quartus平臺(tái)與cadence、exemplarlogic、mentorgraphics、synopsys和synplicity等eda供應(yīng)商的開(kāi)發(fā)工具相兼容。改進(jìn)了軟件的logic

26、lock模塊設(shè)計(jì)功 能，增添 了fastfit編譯選項(xiàng)，推進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)編輯性能，而且提升了調(diào)試能力。 支持max7000/max3000等乘積項(xiàng)器件 2.0版quartus ii設(shè)計(jì)軟件現(xiàn)在除了支持altera的apex 20ke，apex 20kc， apex ii，arm的excalibur嵌入處理器方 案，mercury，flex10ke和acex1k之外，還支持max3000a，max7000系列乘積項(xiàng)器件。max3000a和max7000設(shè)計(jì)者現(xiàn)在可 以使用quartusii設(shè)計(jì)軟件中才有的所有強(qiáng)大的功能。 軟件體積縮小，運(yùn)行速度加快 quartusii2.0安裝軟件為290m,完全安裝

27、為700m,如果定制安裝，不選擇excalibur嵌入處理器，則安裝所需空間為460m,比quartusii1.1版本減少一半以上的空間要求，卻能支持altera全部芯片的開(kāi)發(fā)。 同時(shí)軟件的裝載，編譯，仿真速度比1.1版本大 大加快。 logiclock設(shè)計(jì)流程把性能提升15% quartusii2.0 設(shè)計(jì)軟件通過(guò)增強(qiáng)層次logiclock模塊級(jí)設(shè)計(jì)方式，將性能平均改善15%。 logiclock設(shè)計(jì)流程把整個(gè)模塊的放置交由 設(shè)計(jì)者控制，如果必要的話，可以采用輔助平面布置。logiclock設(shè)計(jì)流程運(yùn)行設(shè)計(jì)者單獨(dú)地優(yōu)化和鎖定每個(gè)模塊的性能，在大 型sopc設(shè)計(jì)的構(gòu)建過(guò)程中也保持整個(gè)系統(tǒng)的性能

28、。2.0版quartus ii設(shè)計(jì)軟件把新的logiclock設(shè)計(jì)流程算法集成到未來(lái)的altera器 件中，該算法充分利用了模塊級(jí)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。 采用快速適配選項(xiàng)縮短編譯時(shí)間 quartusii2.0增加了一個(gè)新的快速適配編譯選項(xiàng)，選擇中這個(gè)選項(xiàng)，將會(huì)比缺省設(shè)置要縮短50%的編譯時(shí)間?？焖龠m配功能保留了 最佳性能的設(shè)置，加快了編譯過(guò)程。這樣布局適配算法反復(fù)的次數(shù)更少，編譯速度更快，對(duì)設(shè)計(jì)性能的影響最小。 新的功能減小了系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證 2.0版quartus ii設(shè)計(jì)軟件引入了新的功能，加快驗(yàn)證過(guò)程，這通常是sopc設(shè)計(jì)流程中最漫長(zhǎng)的階段。在最初的編譯時(shí)間中，新的 signalprobe技術(shù)允許用 戶

29、在保留設(shè)計(jì)最初布線，時(shí)限和設(shè)計(jì)文件的同時(shí)把內(nèi)部節(jié)點(diǎn)引到未用的管腳進(jìn)行分析。signalprobe技術(shù)完 成了現(xiàn)有signaltap嵌入邏輯分析的功能。 而且，設(shè)計(jì)者能夠使用新版本中提供的hdl測(cè)試模板快速地開(kāi)發(fā)hdl仿真矢量。 2.0版 quartus ii設(shè)計(jì)軟件也可以自動(dòng)地從quartusii仿真器波形文件中創(chuàng)建完整的hdl測(cè)試平臺(tái)。 2.0版quartus ii設(shè)計(jì)軟件也支持高速i/o設(shè)計(jì)，生成專用i/o緩沖信息規(guī)范（ibis）模型導(dǎo)入到常用的eda信號(hào)集成工具中。ibis模型 根據(jù)設(shè)計(jì)中每個(gè)管腳的i/o標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置來(lái)定制，簡(jiǎn)化第三方工具的分析。2.3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本節(jié)主要針對(duì)該火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

30、的設(shè)計(jì)所需的元器件、系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能與設(shè)計(jì)要求以及系統(tǒng)工作流程等問(wèn)題。本系統(tǒng)屬于分布式多傳感器火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，與傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)相比有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，多判數(shù)據(jù)處理。由于系統(tǒng)使用多傳感器監(jiān)測(cè)，因此系統(tǒng)對(duì)火災(zāi)的檢測(cè)也是基于多判數(shù)據(jù)處理的，將系統(tǒng)中的多個(gè)傳感器采集到的數(shù)據(jù)送入控制模塊統(tǒng)一處理，將多組參數(shù)進(jìn)行組合判斷，使各個(gè)傳感器互為補(bǔ)充，能讓系統(tǒng)根據(jù)同一時(shí)刻各傳感器返回的信息準(zhǔn)確區(qū)分火災(zāi)險(xiǎn)情與干擾源，拓寬了檢測(cè)范圍，提高了靈敏度，同時(shí)還能獲得較低的誤警率。第二，實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與模糊判斷。傳感器的輸出并非是其對(duì)環(huán)境信息的連續(xù)檢測(cè)結(jié)果，而是根據(jù)其檢測(cè)周期有間隔地輸出，因此傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就存在檢測(cè)的實(shí)

31、時(shí)性問(wèn)題，而基于eda技術(shù)和多傳感器的本系統(tǒng)使用硬件描述語(yǔ)言（vhdl）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可達(dá)到對(duì)傳感器輸出的信號(hào)及環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的效果；與此同時(shí)，本系統(tǒng)并不完全依賴數(shù)據(jù)閾值的判斷，而是加入了帶有持續(xù)時(shí)間檢測(cè)的模糊判斷，能夠有效區(qū)分火災(zāi)與干擾源。2.3.1 傳感器選型方案簡(jiǎn)介對(duì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，傳感器的性能在整個(gè)系統(tǒng)的工作效能上有著舉足輕重的作用，因此傳感器的選型尤為重要，根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，使用溫度傳感器、一氧化碳傳感器和煙霧傳感器。設(shè)計(jì)中這三種傳感器均為模擬信號(hào)傳感器，通過(guò)放大整形電路與a/d轉(zhuǎn)換后作為送入mcu處理的數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)中對(duì)傳感器的性能有著如下要求：煙霧檢測(cè)：05%/英尺，

32、誤差10；溫度檢測(cè)：0200，誤差4；一氧化碳：0500ppm，誤差5ppm。這些性能指標(biāo)即設(shè)計(jì)中各傳感器的選型的主要依據(jù)，其次在選型中也應(yīng)考慮到元件性價(jià)比的因素，在滿足性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上盡可能提高元件性能。 溫度傳感器本設(shè)計(jì)使用高精度熱電偶溫度傳感器yh-wep-01/pt100，其形為薄膜鉑電阻，是用真空沉積的薄膜技術(shù)把鉑膜濺射在陶瓷基片上。膜厚在2m以內(nèi)，用玻璃燒結(jié)料把ni（或pd）引線固定，經(jīng)激光調(diào)阻制成的薄膜元件。傳感器工作時(shí)因環(huán)境溫度的變化，使自身內(nèi)阻發(fā)生相應(yīng)變化，在固定電流下轉(zhuǎn)化為一定的電壓，經(jīng)過(guò)放大整形后送入a/d轉(zhuǎn)換，成為能被單片機(jī)識(shí)別的溫度數(shù)據(jù)信號(hào)。測(cè)量范圍：-

33、50500；r0=1000；工作電流：0.5ma；線性度：0.17%；測(cè)量誤差：±(0.10+0.0017| t |)；外形結(jié)構(gòu)：5.0×2.0金屬殼封裝；延長(zhǎng)線：0.5×10.0。由上述性能指標(biāo)可知該傳感器符合設(shè)計(jì)的性能要求，同時(shí)其體積小巧、溫感靈敏且誤差很小，適合火災(zāi)檢測(cè)的溫度測(cè)量。 煙霧傳感器本設(shè)計(jì)使用的煙霧傳感器為離子式煙霧傳感器his-07，該傳感器是基于類比最佳性能設(shè)計(jì)的單源雙室dscb型電離室，電離室中安裝的電離源為am-241，專用于感煙探測(cè)。當(dāng)流經(jīng)內(nèi)外電離室的電子流不平衡時(shí)，集電極充電直到電離電流達(dá)到平衡，在無(wú)煙或無(wú)燃燒物時(shí)，集電極

34、除手電離電流潮汐影響外保持平衡電位。當(dāng)煙霧進(jìn)入外電離室時(shí)對(duì)電離電流產(chǎn)生影響，使電離電流下降，集電極重新充電直到新的平衡電位，這時(shí)的電位變化經(jīng)整形后送入a/d轉(zhuǎn)換，即可得到煙霧濃度的數(shù)據(jù)。測(cè)量范圍：0%5%；工作電壓：9v；測(cè)量誤差：±0.1v；ul217標(biāo)準(zhǔn)大氣中輸出電壓：5.6±0.4v；工作濕度：95%rh；棉芯2%/foot煙靈敏度：0.6±0.1v；集電極平衡電位：5.5±0.3v；絕緣體漏電電流：0.5pa；電離源活度：0.5ci(18kbq)±10%；電離室25cm處輻射劑量率：0.03mgy/年。由上述性能指標(biāo)可知該傳感器符合設(shè)計(jì)

35、的性能要求，his-07傳感器的生產(chǎn)制作符合gb4715-93國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，采用單源雙室結(jié)構(gòu)，體積小，便于安裝；在適用范圍的環(huán)境條件下集電極平衡電位變化值基本在參數(shù)范圍內(nèi)，穩(wěn)定性較高；集電極平衡電位一致性好，響應(yīng)時(shí)間較短，適于火災(zāi)檢測(cè)中的煙霧測(cè)量。 一氧化碳傳感器本設(shè)計(jì)使用的一氧化碳傳感器為me4-co型電化學(xué)傳感器，該傳感器根據(jù)電化學(xué)的原理工作，利用待測(cè)氣體在電解池中工作電極上的電化學(xué)氧化過(guò)程，通過(guò)電子線路將電解池的工作電極和參比電極恒定在一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娢?，在該電位下可以發(fā)生待測(cè)氣體的電化學(xué)氧化，由于氧在氧化和還原反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生的法拉第電流很小，可以忽略不計(jì)，于是待測(cè)氣體電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)

36、生的電流與其濃度成正比并遵循法拉第定律。于是通過(guò)將電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并整形方法送入a/d轉(zhuǎn)換就可以確定一氧化碳?xì)怏w的濃度數(shù)據(jù)。測(cè)量范圍：01500ppm；工作電壓：9v；測(cè)量誤差：0.08±0.02ua/ppm；零點(diǎn)漂移(-2040)：9ppm；工作濕度：15%95%rh；響應(yīng)時(shí)間：<25s；分辨率：1ppm；穩(wěn)定性：<5%/年；重復(fù)性：<2%輸出值。由上述性能指標(biāo)可知該傳感器符合設(shè)計(jì)的性能要求，me4-co傳感器對(duì)co有很高的靈敏度，具有良好的重復(fù)性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性，抗干擾特性良好，適合是用于火災(zāi)環(huán)境下的一氧化碳?xì)怏w檢測(cè)。2.3.2 系統(tǒng)主要功能本設(shè)計(jì)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

37、具有以下幾個(gè)功能：1) 火災(zāi)檢測(cè)：傳感器返回的數(shù)據(jù)經(jīng)中央控制處理器判斷為火災(zāi)時(shí)，發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，并顯示于顯示器上；2) 狀態(tài)示警：根據(jù)傳感器返回的環(huán)境信息，即時(shí)顯示環(huán)境狀態(tài)；3) 外部設(shè)備控制：當(dāng)系統(tǒng)做出火災(zāi)判斷時(shí)能同時(shí)發(fā)出報(bào)警驅(qū)動(dòng)信號(hào)啟動(dòng)相應(yīng)外部設(shè)備如蜂鳴器工具等。2.3.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作流程該火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)由圖（2-1）中所示的幾個(gè)部分構(gòu)成。傳感器安裝于檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)導(dǎo)線連接到主板傳感器驅(qū)動(dòng)電路，傳感器返回的信號(hào)送到整形電路后轉(zhuǎn)換為05v的電平信號(hào)，由a/d轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入控制器。系統(tǒng)的其他部分均安裝在主板上，控制器接收到來(lái)自各傳感器的數(shù)據(jù)后將數(shù)值顯示，并根據(jù)事先制定好的規(guī)則判

38、斷是否有火災(zāi)情況，如果有火災(zāi)情況則將報(bào)警信息發(fā)出，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警。為了提高系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上采用了一些措施。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候，不能只考慮正常狀態(tài)的運(yùn)行，對(duì)于干擾源也要有所考慮。由于可能會(huì)有因某些特定原因產(chǎn)生的類似火災(zāi)的干擾源觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，如果用通常的處理方法，需要大量的判斷時(shí)間，可能會(huì)造成硬件的損壞。為了解決這樣的情況，對(duì)系統(tǒng)做出如下設(shè)計(jì)：若檢測(cè)到單一傳感器的數(shù)據(jù)迅速變化，則檢測(cè)其余傳感器是否檢測(cè)到觸發(fā)火災(zāi)相應(yīng)的數(shù)據(jù)變化，同時(shí)判斷結(jié)果是否到達(dá)報(bào)警閾值，如果沒(méi)有檢測(cè)到相應(yīng)變化則視為干擾源，并根據(jù)設(shè)置的閥值直接報(bào)警。2.4 小結(jié)本章針對(duì)各個(gè)傳感器的選型方案和工作參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)的主要

39、功能和工作流程等問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)單描述，使讀者對(duì)整個(gè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有了一個(gè)整體了解，為整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)介紹開(kāi)頭。第3章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)本章將詳細(xì)闡述系統(tǒng)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，包括各個(gè)模塊端口、硬件描述語(yǔ)言（vhdl）程序設(shè)計(jì)、功能實(shí)現(xiàn)。該火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)由傳感器和主控器及其報(bào)警輔助設(shè)備（如蜂鳴器，指示燈）構(gòu)成，綜合考慮系統(tǒng)性能與成本，以eda技術(shù)為核心的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中傳感器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，并送主控器；主控器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理與功能調(diào)用，完成傳感器檢測(cè)、數(shù)據(jù)分析、觸發(fā)火災(zāi)的判斷以及驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路的工作。3.1 控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案分析本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，或在報(bào)警系統(tǒng)主控器可有以下三個(gè)電路模塊組成：數(shù)據(jù)采集控制轉(zhuǎn)換模塊，其功

40、能是控制接收傳感器數(shù)據(jù)并控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器adc0809進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換控制，發(fā)出控制信號(hào)；火災(zāi)分析判斷模塊，其功能是根據(jù)采集轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)與災(zāi)情預(yù)設(shè)值比較進(jìn)行邏輯判斷環(huán)境的火災(zāi)狀態(tài)，并根據(jù)判斷結(jié)果給出報(bào)警驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警裝置報(bào)警；火災(zāi)等級(jí)顯示指示模塊，其功能是根據(jù)邏輯判斷得知環(huán)境狀態(tài)的火災(zāi)等級(jí)將其用數(shù)碼管顯示，并有指示燈指示等級(jí)狀態(tài)。火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)控制器的系統(tǒng)框圖如（3-1）所示。其中，clk-in為時(shí)鐘輸入信號(hào)，時(shí)鐘上升沿敏感；rest為復(fù)位信號(hào)，高電平有效是系統(tǒng)復(fù)位，重啟工作；handwork為手動(dòng)輸入報(bào)警信號(hào)；adceoc為數(shù)模轉(zhuǎn)換器adc0809轉(zhuǎn)換結(jié)束控制信號(hào)輸入；adcdata70數(shù)模轉(zhuǎn)換

41、器adc0809輸出的8位數(shù)據(jù)；adcadd為數(shù)模轉(zhuǎn)換器adc0809通道選擇控制信號(hào)輸出；adcstart、adcrst、adcale、adccoe為數(shù)模轉(zhuǎn)換器adc0809轉(zhuǎn)換狀態(tài)控制信號(hào)輸出；leddriver、ledcom為數(shù)碼管顯示控制信號(hào)輸出；gled、bled、yled、rled為安全狀態(tài)等級(jí)指示燈控制輸出信號(hào)；alarmnews報(bào)警驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出；leda、ledb、ledc分別為溫度、煙霧濃度、一氧化碳濃度的邏輯判斷結(jié)果指示輸出信號(hào)?；馂?zāi)報(bào)警控制器的工作流程：首先，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位清零，使其各電路模塊均處于初始狀態(tài)；當(dāng)時(shí)鐘輸入信號(hào)clk-in有效時(shí)，給出模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc0809轉(zhuǎn)

42、換控制信號(hào)開(kāi)始轉(zhuǎn)換采集到的數(shù)據(jù)，然后讀入轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)adcdata70。此時(shí)，系統(tǒng)火災(zāi)分析判斷模塊電路對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判斷，給出溫度、煙霧濃度、一氧化碳濃度的判斷結(jié)果，并給出指示輸出信號(hào)leda、ledb、ledc，輸出報(bào)警驅(qū)動(dòng)信號(hào)alarmnews。同時(shí)，火災(zāi)等級(jí)狀態(tài)顯示指示狀態(tài)模塊電路根據(jù)判斷結(jié)果有數(shù)碼管顯示火災(zāi)狀態(tài)等級(jí)并輸出指示燈控制信號(hào)gled、bled、yled、rled。3.2 主要電路模塊設(shè)計(jì)分析 3.21 數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)由于系統(tǒng)中的各個(gè)傳感器返回的信號(hào)均為模擬量，無(wú)法被控制器模塊電路直接接收和處理，所以需要將這些信號(hào)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，本設(shè)計(jì)選用模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc0809進(jìn)行a/

43、d轉(zhuǎn)換。a/d轉(zhuǎn)換控制模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)adc0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)的控制和轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換處理。adc0809概述1）0809的芯片說(shuō)明：adc0809是coms的8位a/d轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，可控制8個(gè)模擬量中的一個(gè)進(jìn)入轉(zhuǎn)換器中，adc0809是采樣分辨率為8位的，轉(zhuǎn)換時(shí)間約100us，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。 adc0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖（3-2）所示 3-2 adc0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖由上圖可知，adc0809由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸

44、出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存a/d轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)oe端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 （2）對(duì)adc0809主要信號(hào)引腳的功能說(shuō)明如下：in7in0模擬量輸入通道start轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。start上升沿時(shí)，復(fù)位adc0809；start下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開(kāi)始進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換；在a/d轉(zhuǎn)換期間，start應(yīng)保持 低電平。a、b、c地址線。 通道端口選擇線，a為低地址，c為高地址，引腳圖中為adda，addb和addc。clk時(shí)鐘信號(hào)。adc0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供

45、，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為500khz的時(shí)鐘信號(hào)ale地址鎖存允許信號(hào)。對(duì)應(yīng)ale上跳沿，a、b、c地址狀態(tài)送入地址鎖存eoc轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。eoc=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；eoc=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。d7d0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接 相連。d0為最低位，d7為最高oe 輸出允許信號(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。oe=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；oe=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。vcc +5v電源。vref參考電源參考電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5v(

46、vref(+)=+5v, vref(-)=-5v).（3）引腳結(jié)構(gòu)圖如下圖（3-3）所示：圖（3-3）引腳結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)ale線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將a，b，c三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。a，b和c為地址輸入線，用于選通in0in7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表3-1所示。 表3-1 通道選擇c00001111b00110011a01010101通道inin0in1in2in3in4in5in6in72） adc0809應(yīng)用說(shuō)明 （1）adc0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器。 （2）初始化時(shí)，使start和oe信號(hào)全為低電平。 （3）送要轉(zhuǎn)換

47、的哪一通道的地址到a，b，c端口上。 （4）在start端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。 （5）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)eoc信號(hào)來(lái)判斷。（6）當(dāng)eoc變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給oe為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給處理器了。3） 主要特性（1）8路輸入通道，8位ad轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 （2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 （3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s （4）單個(gè)5v電源供電 （5）模擬輸入電壓范圍05v，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 （6）工作溫度范圍為-4085攝氏度 （7）低功耗，約15mw。 4) adc0809的工作過(guò)程下圖（3-4）是adc0809的主要控制信號(hào)時(shí)序圖。start是轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，高電

48、平有效，上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。ale是3位通道選擇地址（adda、addb、addc）信號(hào)的所存信號(hào)。首先輸入3位地址，并使ale=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一。eoc是轉(zhuǎn)換情況狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)啟動(dòng) ad轉(zhuǎn)換約100us后， eoc輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到ad轉(zhuǎn)換完成，eoc變?yōu)楦唠娖?，指示ad轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)oe輸入高電平時(shí)，則控制輸出三態(tài)門打開(kāi)，把轉(zhuǎn)換好的8位數(shù)據(jù)結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 對(duì)于adc0809模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的控制程序段的vhdl設(shè)計(jì)，根據(jù)adc0809的a/d轉(zhuǎn)換控制要求，我們可以用一

49、個(gè)狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換如下圖（3-5）所示右圖（3-6）是模數(shù)轉(zhuǎn)換器控制電路模塊框圖。首先，在接收到有效時(shí)鐘信號(hào)clk時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)通道選擇信號(hào)add采集到傳感器返回的數(shù)據(jù)，控制電路生成轉(zhuǎn)換開(kāi)始的控制信號(hào)start，開(kāi)始對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)各轉(zhuǎn)換狀態(tài)控制信號(hào)ale、oc、eoc完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。當(dāng)系統(tǒng)給出復(fù)位信號(hào)rst時(shí)，系統(tǒng)將重啟運(yùn)行。3.2.2 火災(zāi)分析判斷模塊設(shè)計(jì)火災(zāi)分析判斷電路。讀取到轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)后，根據(jù)電路程序的邏輯判斷思想，對(duì)數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較該模塊的輸入信號(hào)有系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)clk，手動(dòng)報(bào)警信號(hào)hand，該信號(hào)色優(yōu)判斷，其電路框圖如右圖（3-7）。先級(jí)別最高，當(dāng)該信號(hào)為

50、高電平時(shí)，系統(tǒng)給出報(bào)警信號(hào)alarm驅(qū)動(dòng)報(bào)警。否則,系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)讀取控制信號(hào)elect，讀取數(shù)據(jù)data并與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較判斷災(zāi)情，若有災(zāi)情給出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)alarm輸出,驅(qū)動(dòng)報(bào)警裝置進(jìn)行災(zāi)情警報(bào)。并根據(jù)比較結(jié)果給出溫度、煙霧濃度、一氧化碳濃度的指示信號(hào)leda、ledb、ledc。火災(zāi)分析判斷電路的數(shù)據(jù)處理判斷邏輯流程如下圖3-8所示： 3.2.3 火災(zāi)等級(jí)顯示指示模塊設(shè)計(jì)火災(zāi)等級(jí)顯示電路的實(shí)質(zhì)其實(shí)就是一個(gè)簡(jiǎn)單的led共陰極顯示模塊的一譯碼器。七段數(shù)碼管常用的一般8字型abcdefgp,其中p為小數(shù)點(diǎn)，共陽(yáng)極led高電平有效，如右圖3-8所示。在本設(shè)計(jì)中不需要用到小數(shù)點(diǎn)位，因此用位寬為

51、7的矢量表示7段數(shù)碼管即可。右圖3-9是火災(zāi)等級(jí)顯示指示控制電路模塊框圖，grade為火災(zāi)等級(jí)輸入信號(hào)，根據(jù)此信號(hào)系統(tǒng)給出等級(jí)顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)seg，同時(shí)，輸出相應(yīng)的等級(jí)指示信號(hào)燈的指示信號(hào)greenled、blueled、yellowled、redled。 3.2.4 傳感器的選型 溫度傳感器yh-wep-01/pt100yh-wep-01/pt100傳感器為本設(shè)計(jì)采用的高精度熱電偶溫度傳感器。傳感器工作時(shí)因環(huán)境溫度的變化，使自身內(nèi)阻發(fā)生相應(yīng)變化產(chǎn)生相應(yīng)，經(jīng)過(guò)放大整形后送入a/d轉(zhuǎn)換，成為能被控制器識(shí)別的溫度數(shù)據(jù)信號(hào)。其實(shí)物圖見(jiàn)圖（3-11），相關(guān)參數(shù)如表3-2所示。圖3-11 y

52、h-wep-01/pt100溫度傳感器實(shí)物圖型號(hào)外形尺寸r0/延長(zhǎng)線/cm測(cè)量范圍/誤差/±溫度系數(shù)yh-wep-015.0*2.0*1.0100010(可加長(zhǎng))-505000.10+0.0017| t |+0.003925yh-wep-02500表3-2 yh-wep-01/pt100溫度傳感器工作參由熱電偶的溫度計(jì)算公式： (3-1)其中，r0是0時(shí)的電偶內(nèi)阻，阻值1000；溫度系數(shù)=0.003925。由此可得，當(dāng)溫度為200時(shí)，電偶內(nèi)阻rt|t=200=1785，又知電偶在t=0時(shí)工作電流為0.5ma，驅(qū)動(dòng)電壓為5v，故選用9k電阻作為負(fù)載電阻，即圖3-12傳感器檢測(cè)電路中的電

53、阻rh，電阻rt則為yh-wep-01/pt100熱電偶。圖3-12 溫度檢測(cè)電路原理圖 煙霧傳感器his-07his-07煙霧傳感器是日本為檢測(cè)煙霧而設(shè)計(jì)的新型傳感器，是為專用于煙霧檢測(cè)的傳感器實(shí)物圖及外形尺寸見(jiàn)圖3-13及圖3-14，其特性參數(shù)如表3-3所示。圖3-13 his-07煙霧傳感器實(shí)物圖圖3-14 his-07煙霧傳感器工程樣圖表3-3 his-07煙霧傳感器工作參數(shù)靈敏度特性電源電壓特性濕度特性煙霧濃度%/英尺輸出電壓v誤差v電源電壓v輸出電壓v濕度%rh輸出v05.6±0.4063.3±0.3305.75±0.515.3

54、7;0.50.3±0.195.6±0.4605.60±0.425.0±0.50.6±0.1128.0±0.7905.45±0.434.7±0.50.9±0.21510.0±0.85溫度特性44.4±0.51.2±0.21813.0±1.0溫度輸出v54.2±0.51.4±0.205.15±0.4255.60±0.4505.85±0.4注：測(cè)試條件根據(jù)ul217標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)速0.1m/s根據(jù)傳感器的特性，其輸出值正好是5v

55、左右，因此不需要額外的放大電路，直接由a/d轉(zhuǎn)換即可得到需要的數(shù)字信號(hào)，煙霧檢測(cè)的電路原理圖如圖3-15所示。圖3-15 煙霧檢測(cè)電路原理圖 一氧化碳傳感器me4-come4-co傳感器屬于電化學(xué)型傳感器，對(duì)電解容納室作了重新設(shè)計(jì)，減少了電解液泄露的風(fēng)險(xiǎn)，體積小，大幅度的減低了成本。輸出信號(hào)直線性、重復(fù)再現(xiàn)性優(yōu)越、不受濕度影響、電池可驅(qū)動(dòng)。傳感器檢測(cè)煙霧的原理由以下反應(yīng)式描述：co + h2oco2 + 2h+ + 2e-此時(shí)生成的電子分布在檢知電極，氫離子分布在電極旁邊的電解液中，形成兩層電。在此檢知電極和對(duì)向電極同外部電路相結(jié)合時(shí)，電子從檢知電極向?qū)ο螂姌O流動(dòng)。氫離子在電解液中移動(dòng)接受對(duì)向側(cè)電子，發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)生成水。4h+ + o2 + 4e-2h