基于單片機的智能火災報警系統(tǒng)設計 2120504要點

1、word摘 要科學技術的飛速開展與進步給人們的生活帶來了前所未有的便利，如電力技術的迅猛開展與應用等，使人們的衣食住行條件得到了極大的改善。然而其負面的作用也隨之凸顯出來，如各種電子產(chǎn)品，易燃裝飾材料等我們身邊經(jīng)常接觸到的一些普通生活用品，為火災的發(fā)生埋下了巨大的隱患，人們在享受科技帶來的便利之外無時不在受到潛在的火災的威脅。所謂水火無情，為了防止火災以及減少火災造成的損失，讓人們的生活更加安寧，殘酷的現(xiàn)實以及觸目驚心的教訓要求我們必須設計和完善火災自動報警系統(tǒng)，提高火災的預警與早期處理水平，將火災消滅在萌芽狀態(tài)，最大限度地減少社會財富的損失?；诖耍疚膹纳钪械膶嶋H情況著手，設計了一種適用

2、于多種公共場所的基于單片機的火災智能報警系統(tǒng)。該火災報警系統(tǒng)是以AT89C51單片機作為控制中心，接受、處理火災探測器輸出的煙霧濃度信號、溫度信號，并進行聲光報警。它通過不斷的向現(xiàn)場發(fā)射巡檢信號來監(jiān)視現(xiàn)場的溫度、煙霧濃度等，并不斷反應給報警控制器，控制器將接到的信號與內(nèi)存的正常整定值比擬、判斷確定是否有火災的發(fā)生。關鍵詞：AT89C51單片機；智能報警；傳感器；目 錄第一章 緒論1第二章 火災報警系統(tǒng)及其整體方案設計22.1 火災發(fā)生時的特點22.2火災報警系統(tǒng)功能及其類型22.3 本系統(tǒng)的總體方案設計42.3.1 本設計的研究范圍42.3.2 系統(tǒng)的硬件總體結構42.3.3 系統(tǒng)軟件總體結構

3、5第三章 系統(tǒng)的硬件選擇與設計73.1 主要芯片的選擇73.1.1 單片機的選擇73.1.2 模數(shù)轉換芯片的選擇83.2 傳感器的選擇11火災探測器的分類113.2.2 溫度探測器的選定113.2.3 煙霧傳感器的選擇133.3 各電路模塊的設計16單片機外圍接口電路163.3.2 A/D轉換電路173.3.3 煙霧信號調(diào)理電路193.3.4 光報警電路203.3.5 聲報警電路203.3.6 報警器故障自診斷21第四章 火災報警系統(tǒng)的軟件設計224.1 火災報警系統(tǒng)程序設計244.1.1主程序流程圖224.1.2 主程序初始化流程圖224.1.3數(shù)據(jù)采集子程序234.1.4 火災判斷與報警程

4、序244.1.5 濾波子程序25第五章 功能仿真驗證分析275.1關于仿真與編程軟件275.2 Protues仿真原理圖27第六張 總結28致 謝29參考文獻30附 錄31.word第一章 緒論在各種災害中，火災是公共平安和社會開展面臨的最常見和最廣泛的威脅之一。 它威脅到人們的健康，生命和財產(chǎn)的平安，一旦發(fā)生火災，就可以使成千上萬的財產(chǎn)立即成為灰燼，損失是大約5倍的地震，第二是干旱和洪水。殘酷的現(xiàn)實讓人們逐漸認識到監(jiān)控預警和消防工作的重要性?；馂谋O(jiān)測預防工作已變得日益緊迫，尋找一種及時有效的預防火災產(chǎn)生的方法已經(jīng)變成人們迫切需要解決的問題。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

5、，為社會減少不必要的損失。智能火災自動報警系統(tǒng)就是為了滿足這一需求而研制出的，并且其自身的技術水平也在隨著人們需求的不斷地提高，在功能、結構、形式等方面不斷地完善?；谏鐣徒?jīng)濟方面的需求，本課題旨在開發(fā)一個能夠對監(jiān)測點實時監(jiān)控、報警的智能火災報警系統(tǒng)。第二章 火災報警系統(tǒng)及其整體方案設計2.1 火災發(fā)生時的特點火災是一種失去人為控制的由燃燒造成的災害，產(chǎn)生火災的根本要素是可燃物、助燃物和點火源。它們?nèi)紵母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。在產(chǎn)生氣溶膠的同時，產(chǎn)生分子較大的液體

6、或固體微粒，稱為煙霧。著火后，燃燒產(chǎn)生的熱量使液體或固體的外表繼續(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，形成火災。起火過程曲線如圖2-1所示。圖2-1 起火過程曲線2.2 火災報警系統(tǒng)功能及其類型火災報警系統(tǒng)一般由火災探測器、區(qū)域報警器和集中報警器組成?；馂奶綔y器通過對火災發(fā)出的物理、化學現(xiàn)象氣燃燒氣體、煙煙霧粒子、熱溫度、光火焰的探測，將探測到的火情信號轉化成火警電信號傳遞給火災報警控制器。區(qū)域報警器將接收到火警信號后經(jīng)分析處理發(fā)出聲光報警信號，警示消防控制中心的值班人員，并在屏幕上顯示出火災的房間號。集中報警是將接收到的信號以聲光形式表現(xiàn)出來，其屏

7、幕上也顯示出著火的樓層和房間號，利用本機專用 還可迅速發(fā)出指示和向消防隊報警。此外，也可以控制有關的滅火系統(tǒng)或將火災信號傳輸給消防控制室。整體電路的框圖如圖2-2所示及其類型。傳感器放大電路A/D轉換微型計算機狀態(tài)指示燈聲音報警濃度溫度顯示按鍵串口通信圖2-2 智能火災報警系統(tǒng)框圖火災報警系統(tǒng)，一般由火災探測器、聯(lián)動單元和控制器三局部組成。由火災探測器首先探測到火災的萌芽而后通過聯(lián)動單元傳輸至控制器分析其形勢從而實現(xiàn)是否報警?；馂膱缶到y(tǒng)除了具有預防報警之外，還有遙控檢測功能，它能夠根據(jù)總臺的監(jiān)測預防的要求而有所對其功能模塊進行遠程調(diào)節(jié)。2.3 本系統(tǒng)的總體方案設計 本設計的研究范圍本文主要研

8、究的是一般場合下的火災的預警與應對，此類火災發(fā)生比擬緩慢，發(fā)生之前伴隨有溫度的非正常變化，火苗出現(xiàn)之前的煙霧等有害氣體的產(chǎn)生。方案涉及到現(xiàn)場溫度的檢測，煙霧濃度的檢測，不同險情的不同燈光顯示等。該火災報警系統(tǒng)是以AT89C51單片機作為控制中心，接受、處理火災探測器輸出的煙霧濃度信號、溫度信號，并進行聲光報警。當現(xiàn)場煙霧或者溫度發(fā)生異常，或者發(fā)生火災時，報警系統(tǒng)會產(chǎn)生相應的報警信號。本文設計的用于小型防火單位的單片機火災報警系統(tǒng)具有以下特點:1能對室內(nèi)煙霧CO2，CO及溫度突變進行報警,具有聲、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

9、出現(xiàn)異常(如煙霧濃度過大或是溫度較高)時，能發(fā)出異常報警信號，引起人們注意，盡可能防止火災的發(fā)生。4火災報警功能。一旦真出現(xiàn)火災(煙霧和溫度同時出現(xiàn)異常)時，能立即發(fā)出聲光警報。據(jù)類似本系統(tǒng)的報警器現(xiàn)場模擬實驗說明,本系統(tǒng)平安可靠,誤報率低。且由于其體積小、操作維護方便、本錢低廉等,具有廣闊的應用前景。2.3.2 系統(tǒng)的硬件總體結構1硬件系統(tǒng)組成一個完整的火災報警系統(tǒng)，必須包含以下幾個局部：系統(tǒng)控制模塊，火災探測模塊，數(shù)據(jù)轉換模塊以及報警模塊。本設計一單片機作為控制系統(tǒng)的核心，以傳感器作為其測溫裝置，來實現(xiàn)火災報警系統(tǒng)的設計。該設計可以對室內(nèi)外溫度以及煙霧實時采集可檢測，當所測溫度或者煙霧濃度

10、高于臨界溫度時自動報警。溫度信號或者煙霧濃度信號采集電路將溫度信號或者煙霧濃度信號以數(shù)字信號的形式送入單片機。單片機對該數(shù)字信號進行濾波處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進行分析，是否大于或者等于某個預設值，即報警臨界溫度或者煙霧濃度。如果大于那么啟動報警電路發(fā)出報警聲音和顯示非正常狀態(tài)，反之那么為正常狀態(tài)。2硬件系統(tǒng)控制方案設計報警系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、單片機控制模塊、聲光報警模塊組成。圖2-3為火災報警系統(tǒng)的結構框圖。圖2-3 火災報警系統(tǒng)的總體結構框圖2.3.3 系統(tǒng)軟件總體結構為了便于系統(tǒng)維護和功能擴充，采用了模塊化程序設計方法，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)

11、采集子程序、火災判斷與報警子程序等，系統(tǒng)程序流程圖如圖2-4所示。圖2-4 程序流程圖第三章 系統(tǒng)的硬件選擇與設計3.1 主要芯片的選擇 單片機的選擇1單片機的比擬單片機是報警系統(tǒng)的核心部件，一方面它要接收來自傳感器的煙霧濃度和溫度的模擬信號數(shù)字信號和故障檢測信號，另一方面要對兩種信號分別進行處理，控制后續(xù)電路的相應工作；同時，查詢是否有鍵按下的命令。在單片機實現(xiàn)的功能中，將模數(shù)轉換后的信號做數(shù)字濾波，再進行線性化處理，這一過程的軟件實現(xiàn)，需要單片機有較快的運算速度，使儀表監(jiān)測人員能夠觀測到實時的煙霧濃度，并進行相應處理。AT89C51單片機應用普遍，工具多，易上手，片源廣，價格低，且適合民用

12、、商用，用途更廣泛。綜合以上觀點，本論文選定AC89C51作為本系統(tǒng)的核心。2關于AT89C51本設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的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C51的引腳圖如圖3-1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存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)本錢。圖3-1 AT89C51的引腳圖3.1.2 模數(shù)轉換芯片的選擇模數(shù)轉換(ADC)亦稱模擬一數(shù)字轉換，

13、與數(shù)/模(D/A)轉換相反，是將連續(xù)的模擬量如象元的灰階、電壓、電流等通過取樣轉換成離散的數(shù)字量。例如，對圖象掃描后，形成象元列陣，把每個象元的亮度灰階轉換成相應的數(shù)字表示，即經(jīng)模/數(shù)轉換后，構成數(shù)字圖象。通常有電子式的模/數(shù)轉換和機電式模/數(shù)轉換二種。在遙感中常用于圖象的傳輸，存貯以及將圖象形式轉換成數(shù)字形式的處理。A/D轉換器的種類很多，就位數(shù)來分，有8位、10位、12位、16位等。位數(shù)越高，其分辨率也越高，但價格也越貴。而就其結構而言，有單一的A/D轉換器，有內(nèi)含多路開關的A/D轉換器。美國Analog Device公司生產(chǎn)的8位逐次逼近式模數(shù)轉換器ADC0809轉換速率高，自帶三態(tài)輸出

14、緩沖電路，可直接與各種典型的8位或16位的微處理器相連而無需附加邏輯接口電路，且能與CMOS及TTL兼容。是目前我國應用最為廣泛，價格適中的A/D轉換器。綜合以上各種條件和因素，也根據(jù)本設計的需要，我選擇的A/D轉換器是ADC0809。3.2 傳感器的選擇火災探測器的分類火災探測器是火災報警系統(tǒng)的現(xiàn)場探測部件，它的好壞直接關系到整個系統(tǒng)是否正常運行，它是整個系統(tǒng)最為重要的部件，是識別火災是否發(fā)生的專門儀器。在發(fā)生火災時，探測器通過把火災發(fā)生時產(chǎn)生的各種非電量參數(shù)如煙、氣體濃度等轉化成電量參數(shù)從而得到統(tǒng)一測量參數(shù)，然后再傳送給控制器。其特點是實時性，準確性。其能夠實時跟隨各種非電量參數(shù)的變化而變

15、化?；馂奶綔y器根據(jù)火災發(fā)生時所產(chǎn)生的物理現(xiàn)象可以分為：感溫型、感煙型、圖光型、感聲型、氣敏型五大類。本文僅探討現(xiàn)場溫度與煙霧這兩項與火災的發(fā)生相關的指標的檢測，其他與火災相關的因素本文未予探討。3.2.2 溫度探測器的選定1本設計溫度探測器的選擇條件根據(jù)監(jiān)測溫度參數(shù)的不同，一般用于工業(yè)和民用建筑中的溫度探測器有定溫式、差溫式、差定溫式等幾種。. 定溫式探測器。定溫式探測器是在規(guī)定時間內(nèi)，火災引起的溫度上升超過某個定值時啟動報警的火災探測器。它有線型和點型兩種結構。. 差溫式探測器。差溫式探測器是在規(guī)定時間內(nèi)，火災引起的溫度上升速率超過某個規(guī)定值時啟動報警的火災探測器。它也有線型和點型兩種結構。

16、. 差定溫式探測器。差定溫式探測器結合了定溫和差溫兩種作用原理并將兩種探測器結構組合在一起。差定溫式探測器一般多是膜盒式或熱敏半導體電阻式等點型組合式探測器。在溫度傳感器的選型過程中考慮的因素：被測對象的溫度是否需記錄、報警和自動控制，是否需要遠距離測量和傳送。測溫范圍的大小和精度要求。測溫元件大小是否適當。在被測對象溫度隨時間變化的場合，測溫元件的滯后能否適應測溫要求。綜合以上多種原因，經(jīng)比照，本文溫度探測器使用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，其引腳與實物樣式如圖3-4所示。關于DS18B20DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼

17、封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等。. DS18B20的主要特性：適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線圖3-2 DS18B20數(shù)字溫度傳感器引腳圖供電。2獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。溫范圍55+125，在-10+85時精度為±0.5。可編程的分辨率為912位

18、，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫。在9位分辨率時最多在 93.75ms內(nèi)把溫度轉換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉換為數(shù)字，速度更快。. S18B20的外形和內(nèi)部結構。DS18B20內(nèi)部結構主要由四局部組成：64位光刻ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置存放器。. DS18B20引腳定義：DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端在寄生電源接線方式時接地。3.2.3 煙霧傳感器的選擇煙霧傳感器的比擬分析. 離子式煙霧傳感器該煙霧報警器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器

19、是一種技術先進，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運用到各消防報警系統(tǒng)中，性能遠優(yōu)于氣敏電阻類的火災報警器。. 光電式煙霧傳感器光電煙霧報警器內(nèi)有一個光學迷宮，安裝有紅外對管，無煙時紅外接收管收不到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光，當煙塵進入光學迷宮時，通過折射、反射，接收管接收到紅外光，智能報警電路判斷是否超過閾值，如果超過發(fā)出警報。. 氣敏式煙霧傳感器氣敏傳感器是一種檢測特定氣體的傳感器。它主要包括半導體氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學氣敏傳感器等，其中用的最多的是半導體氣敏傳感器。它的應用主要有：一氧化碳氣體的檢測、瓦斯氣體的檢測、煤氣的檢測、氟利昂R11、R12的檢測、呼氣中乙醇的檢測、人體口

20、腔口臭的檢測等等。它將氣體種類及其與濃度有關的信息轉換成電信號，根據(jù)這些電信號的強弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中的存在情況有關的信息，從而可以進行檢測、監(jiān)控、報警；還可以通過接口電路與計算機組成自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。通過比擬分析，本設計的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，符合美國UL217標準，歐洲EN-54-7標準及GB4715-93國家標準。NIS-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、火災報警系統(tǒng)。2煙霧

21、檢測器工作原理首先，傳感器送來的煙霧濃度對應的微小的電壓信號經(jīng)過放大，轉化成大的電壓信號送入AT89C51單片機；后，在AT89C51單片機內(nèi)A/D轉換、濃度比擬，對數(shù)據(jù)進行線性化處理，將數(shù)字化電壓信號轉化成為對應的十進制濃度值；最后，將實際可燃性氣體濃度送入液晶，并判斷濃度值是否超出報警限，另外由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反映越快，響應時間和恢復時間就越快。為提高響應時間，保證傳感器準確地、穩(wěn)定地工作，報警器需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個5V的電壓。為了保證其可靠性，在輸出5V的電壓的同時，進行故障監(jiān)測。當傳感器加熱絲或電纜線和傳感器斷線和接觸不良時，進行故障報警，發(fā)出聲光報

22、警信號。當然幾種狀態(tài)的報警信號是各不相同的。3.3 各電路模塊的設計單片機外圍接口電路1晶振電路晶振電路為單片機80C51工作提供時鐘信號，芯片中有一個用于構成內(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應元件的片外石英晶體或陶瓷諧振蕩器一起構成自激振蕩器。電路中的外接石英晶體及電容C2、C3接在放大器的反應回路中構成并聯(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C2、C3的容量大小會輕微影響振蕩頻率的上下、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，那么電容容

23、量大小為。本設計中使用石英晶體，電容的容值設定為30pF。2復位電路復位電路的根本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復位。單片機在啟動時都需要復位，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。80C51的復位信號是從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REST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，那么CPU就可以響應并將系統(tǒng)復位。單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電

24、復位，本設計采用的是手動按鈕復位。AT89C51晶振電路與復位電路如圖3-3，圖3-4所示。圖3-3 AT89C51單片機的晶振電路圖3-4 AT89C51單片機的復位電路、3.3.2 A/D轉換電路經(jīng)氣敏傳感器所檢測的電壓信號為模擬信號，無法直接被單片機所識別，所以在經(jīng)過放大電路后對信號進行A/D裝換，將模擬信號轉化為數(shù)字信號輸入單片機A/D轉換。電路采用了常用的8位8通道數(shù)模轉換常用芯片ADC0809，煙霧、溫度傳感器的輸出端分別接到ADC0809的IN0和IN1。 ADC0809的通道選擇地址由AT89S52的P0.0P0.2經(jīng)地址鎖存器74LS373輸出提供。當P2.7=0時，與寫信號

25、WR共同選通ADC0809。其中ALE信號與ST信號連在一起，在WR信號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉換。圖中ADC0809轉換結束狀態(tài)信號EOC接到AT89S52的INT1引腳，當A/D轉換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖?，表示轉換結束，產(chǎn)生中斷。在中斷效勞程序中，將轉換好的數(shù)據(jù)送到指定的存儲單元。由于ADC0809片內(nèi)無時鐘，故利用8051提供的地址鎖存使能信號ALE經(jīng)D觸發(fā)器四分頻后獲得時鐘。因為ALE信號的頻率是單片機時鐘頻率的1/6，如果時鐘頻率為12MHZ，那么ALE信號的頻率為2MHZ，經(jīng)四分頻后為500KHZ，與ADC0809的典型值吻合。電路圖如圖3-5所示。當AT89C51的A

26、LE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輸出固定的正脈沖信號，故晶振設定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。由于本火災報警系統(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個圖3-5 AD轉換電路數(shù)字量輸出引腳接AT89C

27、51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。本設計使用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)，可用來驅動負載或總線。3.3.3 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)絡的級數(shù)，系統(tǒng)使用二階濾波器電路。由

28、于在火災發(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)絡直接與反向電壓跟隨器電路相連，可構成煙霧、溫度圖3-6 煙霧信號調(diào)理電路調(diào)理電路中的簡單二階低通濾波器電路。二階低通濾波電路中，。3.3.4 光報警電路此類報警根據(jù)單片機所給電壓，確定LED燈中的電流流向，以驅動燈發(fā)光。連接電路如圖3-7所示：圖中當單片機為低電平時，小燈是亮的；高電平時，小燈滅。圖3-7 光報警電路3.3.5 聲報警電路其電路圖如圖3-8所示圖3-8 聲報警電路3.3.6 報警器故障自診斷判斷傳感器電源連接情況。在傳感器的地端串聯(lián)一

29、個電阻R，當傳感器正常連接時，電阻和傳感器分壓，此時電阻兩端有微弱的電壓，單片機可以通過P2.1口檢測到：如果如果傳感器電源連接不正常，那么會產(chǎn)生斷路，檢測到電阻兩端電壓為0V。第四章 火災報警系統(tǒng)的軟件設計4.1 火災報警系統(tǒng)程序設計4.1.1主程序流程圖火災報警系統(tǒng)控制器上采用80C51作為主控芯片，其主要功能包括：控制IO端口、邏輯判斷處理、驅動外部電路、語音報警和A/D采樣等，該局部是火災報警系統(tǒng)智能化的集中表達。為了便于系統(tǒng)維護，在火災報警系統(tǒng)的軟件設計中采用了模塊化程序設計方法，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。既使得程序結構清晰，又便于以后進一步擴展其功能。本系統(tǒng)主

30、要包括主程序、溫度煙霧數(shù)據(jù)采集子程序、火災判斷與報警子程序等。系統(tǒng)程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1 程序流程圖4.1.2 主程序初始化流程圖主程序初始化流程圖如圖4-2所示。這局部實現(xiàn)的功能包括各種I/O輸入輸出狀態(tài)的設定、存放器初始化、中斷使能等。首先設定定時器工作方式，然后開系統(tǒng)中斷，以便響應中斷定時，及時對氣體濃度和溫度進行采樣。然后關閉蜂鳴器，開啟綠燈，設置報警限初值。開始定時器初始化開中斷關閉蜂鳴器，翻開綠燈設定初值YN是否保持報警初值返回圖4-2 主程序初始化流程圖4.1.3數(shù)據(jù)采集子程序數(shù)據(jù)采集是火災報警系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。為了降低誤報率，系統(tǒng)設計時對溫度煙霧采用了兩次采集、兩次

31、判斷的方法。每次采集溫度煙霧數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存入單片機的存放器，然后在火災判斷程序中，將采集的數(shù)據(jù)與設定的閾值進行比擬，判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災。系統(tǒng)溫度煙霧信號采集程序流程圖如圖4-3所示。在火災自動報警系統(tǒng)的程序設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 i ， j ， k ； for (i=5 ；i>0 ；i- ) for (j=4 ；j>0 ；j- ) for (k=248 ；k>0 ；k- ) ； 4.1.4 火災判斷與報警程序1火災報警數(shù)據(jù)處理方法固定門限檢測法是使用最早，且應用最廣泛

32、的火災探測方法，優(yōu)點是計算量小且易于實現(xiàn)，其原理是根據(jù)火災探測器的信號幅值作為火災報警的依據(jù)，并與固定的閾值進行比擬：當信號幅值超過報警閾值時，那么發(fā)出報警，否那么解除報警。 火災報警系統(tǒng)中使用的是溫度傳感器DS18B20和煙霧傳感器NIS-09，煙霧傳感器輸出電壓v與煙霧濃度p關系為：v=-0.3p+5.6。在本設計中報警溫度設為57，煙霧報警濃度設為3.2FS參照市面銷售的火災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報警臨界電壓值為： 2火災判斷與報警系統(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)與設定的閾值比擬，當溫度57，溫度異常，置存放

33、器變量a為1，否那么為0；當煙霧濃度3.2，煙霧濃度異常，置存放器變量b為1，否那么為0。綜合兩次溫度煙霧信號的采集，根據(jù)溫度和煙霧的存放器變量a和b的狀態(tài)，判斷現(xiàn)場情況：2個存放器變量圖4-3 數(shù)據(jù)采集流程圖變量均為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，表示有火災發(fā)生。系統(tǒng)對現(xiàn)場進行報警判斷后，間隔20s后通過系統(tǒng)的延時程序實現(xiàn)，再一次采集現(xiàn)場的溫度煙霧信號進行判斷，即每一次語音報警持續(xù)20s，直到系統(tǒng)做出下一次判斷結果。當系統(tǒng)狀態(tài)為00時，表示正常，80C51的P2.2口變成低電平，綠燈亮。當系統(tǒng)狀態(tài)為01或10時，表示異常，P2.3口變?yōu)榈碗娖剑琍2.1口變?yōu)榈?/p>

34、電平，黃燈亮，蜂鳴器報警。當系統(tǒng)狀態(tài)為11時，表示發(fā)生火災，P24口變?yōu)榈碗娖剑琍2.1口變?yōu)榈碗娖?，紅燈亮，蜂鳴器報警。如果兩次采集同一種信號存放器變量不相同，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，P24口變?yōu)榈碗娖剑琍10口變?yōu)楦唠娖?，紅燈亮，蜂鳴器報警。4.1.5 濾波子程序在對氣體濃度采樣時，可能會遇到尖脈沖干擾的現(xiàn)象。干擾通常只影響個別采樣點的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與其他采樣點的數(shù)據(jù)相差比擬大。如果采用一般的平均值法，那么干擾將“平均到計算結果上去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾而引起的煙霧濃度采樣值的偏差。為此，可采取去極值平均濾波法，先對N個采樣數(shù)據(jù)進行比擬，去掉其中的最大值和最小值，然后計算余下的N2個數(shù)據(jù)

35、的算術平均值。這種方法既可濾去脈沖干擾又可濾去小的隨機干擾。保證報警器檢測煙霧濃度的準確性，減小誤報、錯報的可能。濾波子程序流程圖如圖4-3所示。圖4-3 濾波子程序流程圖第五章 功能仿真驗證分析5.1關于仿真與編程軟件本次設計首先用KeilC51進行編程開發(fā)，然后通過Protues軟件進行仿真調(diào)試，最后根據(jù)調(diào)試得出應有的結果。1Keil C51開發(fā)系統(tǒng)Keil C51的相關介紹見第四章，本章不再贅述。2Protues軟件概述Protues軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。5.2 Protues仿真原理圖當設定房間發(fā)生火情時，也就是房間一的