AT89S51單片機煙霧報警器設(shè)計終結(jié)版

PAGEword文檔可自由復(fù)制編輯word文檔可自由復(fù)制編輯畢業(yè)設(shè)計（論文）題目畢業(yè)設(shè)計（論文）英文題目摘要火災(zāi)作為一種發(fā)生頻率高、破壞性強的災(zāi)害，受到人們的大力重視。隨著經(jīng)濟和城市的建設(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)量及造成的損失呈逐年上升趨勢?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)，作為火災(zāi)的先期預(yù)報、火災(zāi)的及時撲滅、保證人身和財產(chǎn)的安全，起到了不可替代的作用。隨著電子技術(shù)，傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、集成電路、微電子技術(shù)日臻完善，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)迎來了良好的發(fā)展契機，其智能化程度也越來越高。系統(tǒng)用AT89S51單片機作為核心，其容量大、數(shù)據(jù)處理速度快、適合運行較為復(fù)雜的算法；采用高靈敏度的溫度傳感器(AD590)與煙霧傳感器(TGS202)作為探測器。報警系統(tǒng)將傳感器輸出的電信號經(jīng)放大濾波處理后送入ADC0809轉(zhuǎn)換，得到的數(shù)字信號由單片機進行處理分析，判斷是否發(fā)生火災(zāi)?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)通過對傳感器采集火情信息，采用多傳感融合技術(shù)使用智能識別算法實現(xiàn)對火災(zāi)的監(jiān)測。當(dāng)報警器監(jiān)測到火情信息后，立即產(chǎn)生聲光報警信號，系統(tǒng)具有聲光報警、數(shù)據(jù)顯示、故障自診斷等功能，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便，智能化程度高。由于采用了感溫和感煙霧探測器相結(jié)合探測方法，比使用單一的探測器能更加準(zhǔn)確報警，降低了誤報率。關(guān)鍵詞：聲光報警系統(tǒng);AT89S51;溫度傳感器;煙霧傳感器AbstractFireisonekindofhighfrequencyoccurrence,destructivedisaster,peoplearestronglyattachedtothe.Astheeconomyandtherapiddevelopmentofcityconstruction,cityhigh-risebuilding,undergroundbuildingsandlargebuildingsareincreasing,firehiddentroublehasgreatlyincreased,thenumberoffiresandthelosscausedbyarisingtrendyearbyyear.Automaticfirealarmsystem,fireforecast,asadvancefireputoutintime,ensurethesecurityofpersonandproperty,playsanirreplaceablerole.Alongwiththeelectronictechnology,sensortechnology,communicationtechnology,integratedcircuits,microelectronicstechnologyimproving,automaticfirealarmsystemusheredinthegooddevelopmentopportunity,theextentoftheirintelligenceisalsomoreandmorehigh.ThesystemusesAT89S51microcontrollerasthecore,itslargecapacity,fastdataprocessingspeed,suitableforoperationinmorecomplexalgorithm;thehighsensitivitytemperaturesensor(AD590)andsmokesensor(TGS202)asdetector.AlarmsystemwilloutputsignalamplifyingfilterintotheADC0809conversion,thedigitalsignalisprocessedbyasinglechipmicrocomputeranalysis,todeterminewhetherthefire.Automaticfirealarmsystemthroughthesensortocollectthefireinformation,multisensorfusiontechnologyusingintelligentrecognitionalgorithmoffiremonitoring.Whenthealarmmonitoringtotheinformationaboutthefire,immediatelytoproduceaudibleandvisualalarmsignalswithsoundandlightalarm,system,datadisplay,faultselfdiagnosisfunction,thesystemhastheadvantagesofsimplestructure,stableperformance,convenientoperation,highintelligentdegree.Duetotheadoptionofamildsenseofsmokedetectorwithacombinationofdetectionmethods,comparedtousingasingledetectorcanbemoreaccuratealarm,reducethefalsealarmrate.Keywords:soundandlightalarmsystem;AT89S51;temperaturesensor;smokesensorword文檔可自由復(fù)制編輯目錄TOC\o"1-6"\h\u18771概述 118421.1火災(zāi)自動報警器的發(fā)展及現(xiàn)狀 1203821.1.1火災(zāi)探測技術(shù) 144821.1.2火災(zāi)探測器的選擇 1247841.1.3火災(zāi)探測器的發(fā)展趨勢 3165471.2單片微型計算機概述 4209631.2.1單片機的發(fā)展及特點 4323021.2.2單片機的主要分類 4170481.2.3AT89S51單片機的介紹 474591.2.4AT89S51主要功能特性 5192261.2.5AT89S51的基本結(jié)構(gòu) 6106571.2.6AT89S51單片機的的封裝和引腳 6125991.3傳感器概述 7234611.4論文研究的目的及意義 8227171.5論文內(nèi)容 8277752基于單片機的自動火災(zāi)報警的設(shè)計方案 10203652.1火災(zāi)產(chǎn)生原理及過程 10197342.2設(shè)計方案 1169972.2.1方案設(shè)計思想 11274492.3系統(tǒng)總體方案設(shè)計 11240862.3.1系統(tǒng)總體功能概述 11262552.3.2系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架 12204503系統(tǒng)硬件實現(xiàn) 14230093.1電路總體設(shè)計 14162403.2主控電路設(shè)計 14173603.2.1AT89S51單片機的時鐘 1462693.2.2AT89S51單片機的復(fù)位電路 15128613.3外圍接口電路設(shè)計 1797513.3.1AD590溫度傳感器 17117543.3.2TGS202氣體傳感器 18143963.3.3ISD1420語音芯片 1941223.3.4A/D轉(zhuǎn)換芯片 20203403.4報警電路 22312913.4.1語音報警電路 22180063.4.2光報警電路 22102103.4.3數(shù)碼管顯示電路 23286943.4.4數(shù)據(jù)采集電路 24219194軟件實現(xiàn) 2873034.1火災(zāi)報警系統(tǒng)程序設(shè)計 2829294.1.1主程序流程圖 28136314.1.2數(shù)據(jù)采集流程圖 29204534.1.3報警電路程序流程圖 3012064.2程序 31512581結(jié)論 3632674致謝 3715232參考文獻 3827094附錄1 39PAGE1word文檔可自由復(fù)制編輯word文檔可自由復(fù)制編輯1概述1.1火災(zāi)自動報警器的發(fā)展及現(xiàn)狀1.1.1火災(zāi)探測技術(shù)火災(zāi)作術(shù)為一種在時空上失去控制的燃燒所引發(fā)的災(zāi)害，對人類生命財產(chǎn)和社會安全構(gòu)成了極大的威脅。由此引發(fā)的重大安全事故比皆是，所以人類一直也未停止過對它的研究。火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展是一個非常復(fù)雜的非平穩(wěn)過程，它除了自身的物理化學(xué)變化以外還會受到許多外界的干擾，火災(zāi)一旦產(chǎn)生便以接觸式(物質(zhì)流)和非接觸式〔能量流)的形式向外釋放能量。接觸式形式包括可燃氣體、燃燒氣體和煙霧、氣溶膠等。非接觸式如聲音、輻射等?；馂?zāi)探測技術(shù)就是利用敏感元件將火災(zāi)中出現(xiàn)的物理化學(xué)特征轉(zhuǎn)換為另外一種易于處理的物理量。各種探測器對應(yīng)的火災(zāi)物理參量及探測器如圖1-1所示。圖1-1各種探測器對應(yīng)的火災(zāi)物理參量及探測器1.1.2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(dāng)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?；馂?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。①感溫探測器感溫探測器一般分為定溫式和差溫式。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。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。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(xué)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。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。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(dāng)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。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，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(zhǔn)確的報警。煙霧探測器TGS202氣體傳感器火災(zāi)中氣體煙霧主要是CO2和CO。TGS202氣體傳感器能探測CO2,CO,甲烷、煤氣等多種氣體,他靈敏度高,穩(wěn)定性好,適合于火災(zāi)中氣體的探測。當(dāng)TGS202探測到CO2或CO時,傳感器的內(nèi)阻變小,VA迅速上升。選擇適當(dāng)?shù)碾娮枳柚?使得當(dāng)氣體濃度達到一定程度(如CO濃度達到0.06%)時,VA端獲得適當(dāng)?shù)碾妷?設(shè)為3V)。3）溫度探測器AD590溫度傳感器要準(zhǔn)確地進行火災(zāi)報警，選擇合適的溫度和煙霧傳感器是準(zhǔn)確報警的前提。本文選擇集成溫度傳感器AD590和氣體傳感器TGS202用作采集系統(tǒng)的敏感元件。AD590是美國AnalogDevices公司生產(chǎn)的一種電流型二端溫度傳感器。由于AD590是電流型溫度傳感器，他的輸出同絕對溫度成正比，即1μA/k，而數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的輸入要求是電壓，所以在AD590的負極接出一個1kΩ的電阻R和一個100Ω的可調(diào)電阻W，將電流量變?yōu)殡妷毫克腿階DC0809。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，便可在輸出端VT獲得與絕對溫度成正比的電壓量，即10mV/K。AD590有以下特點：1）AD590的測溫范圍-55℃～+1502）AD590的電源電壓范圍為4V-30V。電源電壓可在4V-6V范圍變化，電流變化1，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會損壞。3）輸出電阻為710MΩ。4）精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線形誤差±0.3℃。1.1.3火災(zāi)探測器的發(fā)展趨勢探測器朝新探測技術(shù)的發(fā)展進一步拓展了火災(zāi)探測的應(yīng)用領(lǐng)域，為一些傳統(tǒng)探測器無法勝任的環(huán)境提供了有效的手段。相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，如傅立葉近紅外光譜技術(shù)弱信號處理技術(shù)、低功耗MCU技術(shù)進一步促進了傳統(tǒng)探測技術(shù)的改進，使得傳統(tǒng)探測器在技術(shù)和性能上有了顯著的提高?；馂?zāi)著極早期探測、多傳感器復(fù)合探測和探測器小型化、智能化的方向發(fā)展邁出了更快的步伐。近幾年來，單片機已逐步深入應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各部門及人們生活的各個方面。各種類型的單片機也根據(jù)社會的需求而開發(fā)出來。單片機是器件級計算機系統(tǒng)，實際上它是一個微控制器或微處理器。由于它功能齊全，體積小，成本低，因此它可以應(yīng)用到任何電子系統(tǒng)中去，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。1.2單片微型計算機概述1.2.1單片機的發(fā)展及特點單片機誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SOC三大階段。單片機作為微型計算機的一個重要分支，應(yīng)用面很廣，發(fā)展很快，自誕生至今，已發(fā)展為上百種系列的近千個機種。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS化低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面。其特點為：1）受集成度限制片內(nèi)存儲器容量較小，一般內(nèi)ROM：8KB以下2）內(nèi)RAM：256KB以內(nèi)。3）可靠性高4）易擴展5）控制功能強6）易于開發(fā)1.2.2單片機的主要分類1）安應(yīng)用領(lǐng)域可分為：家電類、工控類通信類、個人信息終端類等等2）安通用性可分為：通用性和專用型1.2.3AT89S51單片機的介紹1）AT89S51的特點AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，4kbytesFlash片內(nèi)程序存儲區(qū)，128Bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級，2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘震蕩器。此外，AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0HZ并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其他功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。1.2.4AT89S51主要功能特性AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，AT89S51在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。1）兼容MCS-51指令系統(tǒng)2）4k可反復(fù)擦寫（＞1000次）ISPFlashROM3）32個雙向I/O口4）4.5-5.5v工作電壓5）2個16位可編程定時/計數(shù)器6）時鐘頻率0-33MHZ7）全雙工UART串行中斷口線8）128×8bit內(nèi)部RAM9）2個外部中斷源10）低功耗空閑和省電模式11）中斷喚醒省電模式12）看門狗（WDT）電路13）軟件設(shè)置空閑和省電功能14）靈活的ISP字節(jié)和分頁編程15）雙數(shù)據(jù)寄存器指針看門狗（WDT）電路主要是實現(xiàn)復(fù)位功能，當(dāng)單片機運行出現(xiàn)死循環(huán)時，看門狗（WDT）電路可以起到保護功能，實現(xiàn)復(fù)位作用.1.2.5AT89S51的基本結(jié)構(gòu)AT89S51的基本結(jié)構(gòu)如圖所示圖1-2AT89S51的基本結(jié)構(gòu)1.2.6AT89S51單片機的的封裝和引腳AT89S51系列單片機采用雙列直插式（DIP）.QFP44（QuadFlatPack）和LCC（LeadedChipCaiier）形式封裝。這里僅介紹常用的總線型DIP40封裝。40個引腳按引腳功能大致可分為4個種類:電源、時鐘、控制和I/O引腳1）電源:

VCC-芯片電源，接+5V；VSS-接地端；2）時鐘:XTAL1、XTAL2-晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。3）控制線:控制線共有4根 ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖ALE功能:用來鎖存P0口送出的低8位地址PROG功能:片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。PSEN:外ROM讀選通信號。RST/VPD:復(fù)位/備用電源。RST（Reset）功能：復(fù)位信號輸入端。VPD功能:在Vcc掉電情況下，接備用電源。EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。EA功能:內(nèi)外ROM選擇端。

Vpp功能:片內(nèi)EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。4）I/O線:AT89S51共有4個8位并行I/O口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。圖1-3AT89S51單片機的的封裝引腳圖1.3傳感器概述傳感器是一種以測量為目的,以一定精度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系,以便于處理和應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。傳感器的輸出信號多為易于處理的電量，如電壓、電流、頻率等。傳感器一般有敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三部分組成，其組成框圖如下:圖1-4傳感器組成框圖1）敏感元件它是直接感受被測量，并輸出與被測量構(gòu)成有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)化為某一物理量的元器件。2）轉(zhuǎn)換元件敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)化成電路參數(shù)量。3）轉(zhuǎn)換電路上述電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)化成電量輸出。應(yīng)該指出，不是所有的傳感器均由以上三部分組成。最簡單的傳感器由一個敏感元件（兼轉(zhuǎn)換元件）組成，它感受被測量是直接輸出電量，如熱電偶傳感器。有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，而沒有轉(zhuǎn)換電路，如壓電式加速度傳感器，其中質(zhì)量塊是敏感元件，壓電片（塊）是轉(zhuǎn)換元件。有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不只一個，要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換另外，一般情況下，轉(zhuǎn)換電路后續(xù)電路，如信號放大、處理、顯示等電路就不應(yīng)包括在傳感器的范圍之內(nèi)。1.4論文研究的目的及意義隨著現(xiàn)代家庭用火、用電量的增加，家庭火災(zāi)發(fā)生的頻率越來越高。家庭火災(zāi)一旦發(fā)生，很容易出現(xiàn)撲救不及時、滅火器材缺乏及在場人驚慌失措、逃生遲緩等不利因素，最終導(dǎo)致重大生命財產(chǎn)損失。消防部門的統(tǒng)計顯示，在所有的火災(zāi)比例中，家庭火災(zāi)已經(jīng)占到了全國火災(zāi)的30%左右。家庭起火的原因林林種種，可能在我們注意得到的地方，也可能就隱藏在我們根本就注意不到的地方?；馂?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。火災(zāi)發(fā)生的早期，會使得燃燒物質(zhì)分解，析出大量的有毒氣體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(biāo)報警信息，通知人們及時疏散?；馂?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。火災(zāi)自動報警系統(tǒng)能對火災(zāi)進行實時監(jiān)測和準(zhǔn)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。一系列火災(zāi)造成的慘痛損失也使全國各界意識到了自動火災(zāi)報警器的必要性。據(jù)調(diào)查，在最近發(fā)生火災(zāi)的大多數(shù)房屋都沒有安裝報警器。所以，自動火災(zāi)聲光報警器在預(yù)防火災(zāi)發(fā)生上有著非常重大的意義。1.5論文內(nèi)容基于社會和經(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AT89S51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：：概述。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?fàn)顩r及單片機的發(fā)展和特點。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，并給出系統(tǒng)設(shè)計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等，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)主程序設(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。2基于單片機的自動火災(zāi)報警的設(shè)計方案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(dāng)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0.01μm)。在產(chǎn)生氣溶膠的同時，產(chǎn)生分子較大(直徑0.01一10μm)的液體或固體微粒，稱為煙霧?？扇細怏w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。這些熱量通過可燃物的直接燃燒、熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對流，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(dāng)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?？偟膩碚f，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。圖2-1起火過程曲線2.2設(shè)計方案2.2.1方案設(shè)計思想此次設(shè)計是針對于單片機原理及其應(yīng)用展開的。其中包含了我們大學(xué)三年中所學(xué)到的相關(guān)知識，運用我們所學(xué)的電工技術(shù)，傳感器技術(shù)，單片機技術(shù)去設(shè)計基于單片機的自動報警系統(tǒng)。AT89S51單片機好比一個橋梁，聯(lián)系著傳感器和報警電路設(shè)備。當(dāng)周圍的環(huán)境達到我們設(shè)定的數(shù)值時，溫度煙霧傳感器把被測的物理量作為輸入?yún)?shù)，轉(zhuǎn)換為電量（電流、電壓、電阻等等）輸出。物理量和測量范圍的不同，傳感器的工作機理和結(jié)構(gòu)就不同。通常傳感器輸出的電信號是模擬信號（已有許多新型傳感器采用數(shù)字量輸出）。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。而我們選擇前者，不需要用放大器，選擇數(shù)值符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級，這樣就可以簡化整個系統(tǒng)的設(shè)置。傳感器將物理信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可以利用識別的電信號給單片機，這里我們選擇單片機的P1.0為輸入方式，接收到信號的單片機經(jīng)過程序的設(shè)定會由P2.0作為單片機的輸出直接啟動報警電路。此時，揚聲器將發(fā)出高、低交替的2種叫聲，同時二極管發(fā)光，這就達到了聲光報警的效果。2.3系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.3.1系統(tǒng)總體功能概述火災(zāi)報警系統(tǒng)一般由火災(zāi)探測器、報警器組成?；馂?zāi)探測器通過對火災(zāi)發(fā)出的物理、化學(xué)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(zhuǎn)化成火警電信號傳遞給火災(zāi)報警控制器。報警器將接收到火警信號后經(jīng)分析處理發(fā)出報警信號，警示消防控制中心的值班人員，并在屏幕上顯示出火災(zāi)的位置。整體電路的框圖如圖2-2所示：傳感器傳感器放大電路A/D轉(zhuǎn)換AT89S51單片機狀態(tài)指示燈聲音報警濃度顯示按鍵串口通信圖2-2整體電路的框圖2.3.2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、聲光報警模塊組成。圖2-3為火災(zāi)報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2-3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。本文設(shè)計的用于小型防火單位的單片機火災(zāi)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,具有雙重報警功能。2）系統(tǒng)故障報警功能。當(dāng)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(dāng)環(huán)境出現(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)出語音、光火災(zāi)警報。據(jù)類似本系統(tǒng)的報警器現(xiàn)場模擬實驗表明,本系統(tǒng)安全可靠,誤報率低。且由于其體積小、操作維護方便、成本低廉等,具有廣闊的應(yīng)用前景。3系統(tǒng)硬件實現(xiàn)3.1電路總體設(shè)計根據(jù)要求，設(shè)計中我們選用AT89S51單片機。AT89S51單片機的主控電路包括時鐘電路、復(fù)位電路。而傳感器是將非電量需要轉(zhuǎn)換成與非電量有一定關(guān)系的電量。當(dāng)今信息時代，隨著電子計算機技術(shù)的非速發(fā)展，自動檢測，自動控制技術(shù)顯露非凡的能力，而大多數(shù)設(shè)備只能處理電信號，也就需要把被測，被控非電量的信息通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號?？梢?，傳感器是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。沒有傳感器對原始信息進行精確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，就沒有現(xiàn)代自動檢測和自動控制系統(tǒng)。沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展。設(shè)計中，傳感器我們選擇的是溫度傳感器AD590和氣體傳感器TGS202用作采集系統(tǒng)的敏感元件。連接在A/D轉(zhuǎn)換器的輸入接口。我們將主控電路和外圍接口電路（AT89S51與A/D轉(zhuǎn)換器的接口電路、AT89S51與聲光報警電路）連接起來，就得到了基于AT89S51的自動報警總電路圖。當(dāng)外部環(huán)境達到一定值時，聲光傳感器就會產(chǎn)生模擬電壓，將它作為輸出的模擬信號經(jīng)AD574A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為AT89S51單片機所能識別的數(shù)字電壓量。通過P1.0檢測信號。當(dāng)有信號輸入時，經(jīng)程序設(shè)定就會驅(qū)動AT89S51單片機的P2.0。而P2.03.2主控電路設(shè)計硬件設(shè)計中最核心的器件是單片機AT89S51，它一方面控制A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，另一方面，將采集到的數(shù)字電壓值經(jīng)計算機處理得到相應(yīng)的二進制代碼，與設(shè)定的值作比較。整個系統(tǒng)的軟件編程就是通過C語言對單片機AT89S51實現(xiàn)其控制功能。3.2.1AT89S51單片機的時鐘1）振蕩器和時鐘電路AT89S51內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，但要形成時鐘脈沖，外部還需附加電路。AT89S51的時鐘產(chǎn)生方法有以下兩種。①內(nèi)部時鐘方式利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳XTALl和XTAL2兩端跨接晶體振蕩器（簡稱晶振），就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路。外接晶振時，Cl和C2的值通常選擇為30pF左右；Cl、C2對頻率有微調(diào)作用，晶振或陶瓷諧振器的頻率范圍可在1.2MHz～12MHz之間選擇。為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機引腳XTALl和XTAL2靠近。3-1AT89S51時鐘電路接線方法圖②外部時鐘方式此方式是利用外部振蕩脈沖接入XTALl或XTAL2。HMOS和CHMOS單片機外時鐘信號接入方式不同。表3-2AT89S51單片機外部時鐘接入方法芯片類型接線方法XTAL1XTAL2HMOS接地接片外時鐘脈輸入端（引腳需接上拉電阻）CHMOS接片外時鐘脈沖輸入端懸空3.2.2AT89S51單片機的復(fù)位電路在整個報警系統(tǒng)中，要進行實驗，必須對整個系統(tǒng)先復(fù)位。復(fù)位是單片機的初始化操作。單片機系統(tǒng)在上電啟動運行時，都需要先復(fù)位。其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，因而，復(fù)位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實現(xiàn)。1）復(fù)位電路設(shè)計單片機的外部復(fù)位電路有上電復(fù)位和上電和按鍵均有效的復(fù)位兩種。我們在設(shè)計單片機復(fù)位時，選用上電復(fù)位。上電復(fù)位利用電容器的充電實現(xiàn)。圖3-3是AT89S51單片機的上電復(fù)位電路。圖中給出了復(fù)位電路參數(shù)。圖3-4是AT89S51單片機的上電+按鍵復(fù)位電路。上電要求接通電源后，單片機實現(xiàn)自動復(fù)位操作。上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。RST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進行復(fù)位操作。該電路典型的電阻值和我電容參數(shù)為：晶振為12MHZ，電容值為10uF，電阻值為8.2K。圖3-3上電復(fù)位電路圖3-4上電+按鍵復(fù)位電路3）復(fù)位狀態(tài) 初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0～R7）的狀態(tài)，復(fù)位后AT89S51片內(nèi)各特殊功能寄存器的狀態(tài)如表所示，表中“x”為不定數(shù)。表3-5復(fù)位后的內(nèi)部特殊功能寄存器狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HBSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL000HP0～P3FFHSCON00HIPxx000000BSBUFxxxxxxxxBIE0x000000BPCON0xxx0000B復(fù)位時，ALE和成輸入狀態(tài)，即ALE==1，片內(nèi)RAM不受復(fù)位影響。復(fù)位后，P0～P3口輸出高電平且使這些雙向口皆處于輸入狀態(tài)，并將07H寫入堆棧指針SP，同時將PC和其余專用寄存器清0。此時，單片機從起始地址0000H開始重新執(zhí)行程序。所以，單片機運行出錯或進入死循環(huán)時，可使其復(fù)位后重新運行。單片機時鐘復(fù)位電路如下圖圖3-6單片機外圍接口電路圖3.3外圍接口電路設(shè)計3.3.1AD590溫度傳感器要準(zhǔn)確地進行火災(zāi)報警，選擇合適的溫度和煙霧傳感器是準(zhǔn)確報警的前提。綜合考慮各因素，本文選擇集成溫度傳感器AD590用作采集系統(tǒng)的敏感元件。AD590是美國AnalogDevices公司生產(chǎn)的一種電流型二端溫度傳感器。電路如圖3-1所示。由于AD590是電流型溫度傳感器，他的輸出同絕對溫度成正比，即1μA/k，而數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的輸入要求是電壓量[2]，所以在AD590的負極接出一個1kΩ的電阻R和一個100Ω的可調(diào)電阻W，將電流量變?yōu)殡妷毫克腿階DC0809。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，便可在輸出端VT獲得與絕對溫度成正比的電壓量，即10mV/K。圖3-7AD590應(yīng)用電路圖AD590有以下特點：1）AD590的測溫范圍-55℃～+1502）AD590的電源電壓范圍為4V-30V。電源電壓可在4V-6V范圍變化，電流變化1，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會損壞。3）輸出電阻為710MΩ；4）精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線形誤差±3.3.2TGS202氣體傳感器火災(zāi)中氣體煙霧主要是CO2和CO。TGS202氣體傳感器能探測CO2、CO、甲烷、煤氣等多種氣體,他靈敏度高,穩(wěn)定性好,適合于火災(zāi)中氣體的探測。如圖3-2所示,當(dāng)TGS202探測到CO2或CO時,傳感器的內(nèi)阻變小,VA迅速上升。選擇適當(dāng)?shù)碾娮枳柚?使得當(dāng)氣體濃度達到一定程度(如CO濃度達到0.06%)時,VA端獲得適當(dāng)?shù)碾妷?設(shè)為3V)。圖3-2TGS202應(yīng)用電路圖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。溫度、煙霧傳感器的輸出分別接到ADC0809的IN0和IN1。ADC0809的通道選擇地址A，B，C分別由AT89S51的P0．0～P0．2經(jīng)地址鎖存器74LS373輸出提供。當(dāng)P2.7=0時，與寫信號WR共同選通ADC0809。圖中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(zhuǎn)換。例如，輸出地址7FF8H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7FF9H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。圖中ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號EOC接到AT89S51的INT1引腳，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖?，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，產(chǎn)生中斷。在中斷服務(wù)程序中，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送到指定的存儲單元。3.3.3ISD1420語音芯片1）ISD1420各引腳及其功能介紹電源（VCCA，VCCD）：芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并且分別引到外封裝上，這樣可使噪聲最小。模擬和數(shù)字電源端最好分別走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容應(yīng)盡量靠近芯片。地線（VSSA，VSSD）：芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線，這兩個腳最好在引腳焊盤上相連。錄音（/REC）：低電平有效。只要/REC變低（不管芯片處在節(jié)電狀態(tài)還是正在放音），芯片即開始錄音。邊沿觸發(fā)放音（/PLAYE）：此端出現(xiàn)下降沿時，芯片開始放音。電平觸發(fā)放音（/PLAYL）：此端出現(xiàn)下降沿時，芯片開始放音。錄音指示（/RECLED）：處于錄音狀態(tài)時，此端為低，可驅(qū)動LED。圖3-3ISD1420引腳話筒參考（MICREF）：此端是前置放大器的反向輸入。當(dāng)以差分形式連接話筒時，可減小噪聲，提高共模抑制比。自動增益控制（AGC）：AGC動態(tài)調(diào)節(jié)器整前置境益以補償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量（從耳語到喧嘩囂聲）時失真都能保持最小。模擬輸出（ANAOUT）：前置放大器輸出.前置電壓增益取決于AGC端的電平。模擬輸入（ANAIN）：此端即芯片錄音的輸入信號。對話筒輸入來說，ANAOUT端應(yīng)通過外接電容連至本端。喇叭輸出（SP+、SP-）：這對輸出端能驅(qū)動16Ω以上的喇叭。單端使用時必須在輸出端和喇叭間接耦合電容,而雙端輸出既不用電容又能將功率提高4倍。錄音時,它們都呈高阻態(tài);節(jié)電模式下,它們保持為低電平。外部時鐘（XCLK）：此端內(nèi)部有下拉元件，不用時應(yīng)接地。輸入時鐘的占空比無關(guān)緊要，因為內(nèi)部首先進行了分頻。地址（A0~A7）：地址端有兩個作用，取決于最高（MSB）兩位A7、A6的狀態(tài)。2)語音段的尋址語音芯片與單片機的連接，常通過串行口來實現(xiàn)，串行口也可以通過輔助電路分時多用。定義好串行口的工作方式（串行口控制寄存器SCON字節(jié)地址為98H，可位尋址），當(dāng)由按鍵輸入或其它需要語音輸出時，串行口向CPU申請中斷，響應(yīng)中斷后，CPU便可以從串行數(shù)據(jù)中識別出語音段編號，輸出語音信號。發(fā)送結(jié)束，中斷由軟件清零。3.3.4A/D轉(zhuǎn)換芯片在單片機控制系統(tǒng)中，控制或測量對象的有關(guān)變量，往往是一些連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、位移、速度等物理量。但是大多數(shù)單片機本身只能識別和處理數(shù)字量，因此必須經(jīng)過模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換(A/D轉(zhuǎn)換)，才能夠?qū)崿F(xiàn)單片機對被控對象的識別和處理。完成A/D轉(zhuǎn)換的器件即為A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能參數(shù)有：1）分辨率分辨率表示A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號的分辨能力。A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率以輸出二進制數(shù)的位數(shù)表示；2）轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間指A/D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時間。不同類型的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度相差甚遠；3）轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差表示A/D轉(zhuǎn)換器實際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別，常用最低有效位的倍數(shù)表示；4）線性度線性度指實際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。目前有很多類型的A/D轉(zhuǎn)換芯片，它們在轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度、分辨率以及使用價值上都各具特色，綜合全部因素設(shè)計決定采用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片.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3-8所示,內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3-9所示。ADC0809的引腳功能:D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳VCC：+5V工作電壓GND：地REF（+）：參考電壓正端REF（－）：參考電壓負端START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端ALE：地址鎖存允許信號輸入端圖3-8ADC0809引腳圖圖3-9ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖ADC0809的主要性能指標(biāo)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(zhǔn)電壓由外部提供，典型值為+5v，此時允許輸入模擬電壓為0—5V。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(dāng)時鐘頻率500KHz時，轉(zhuǎn)換時間為128μs。3.4報警電路3.4.1語音報警電路AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號傳輸給P0口，讀取P0口的內(nèi)容跟設(shè)定的值進行判定，如果大于設(shè)定值，P2.1輸出低電平，控制語音芯片ISD1420的發(fā)出火災(zāi)語音報警.如果小于于設(shè)定值，P2.1輸出高電平，說明正常，沒有火災(zāi)發(fā)生。圖3-10語音報警電路3.4.2光報警電路AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號傳輸給P0口，讀取P0口的內(nèi)容跟設(shè)定的值進行判定，光報警電路圖如下，其中用單片機的P2口進行控制，P2口的P2.2~P2.5分別控制4個發(fā)光二極管，予以光報警。下圖P2.2~P2.5控制的燈依次為紅色（故障信號燈）、紅色（火災(zāi)信號燈）、黃色（異常信號燈）、綠色（正常信號燈）。當(dāng)P2.2~P2.5輸出為低電平時，對應(yīng)的信號燈便會發(fā)光報警。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：當(dāng)信號幅值超過報警閾值時，則發(fā)出報警，否則解除報警?；馂?zāi)報警系統(tǒng)中使用的是溫度傳感器AD590和煙霧傳感器TGS202，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，圖3-11光報警電路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(dāng)溫度≥57℃，溫度異常，置寄存器變量a為1，否則為0；當(dāng)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20s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，即每一次語音報警持續(xù)20s當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為00時，表示正常，AT89S51的P2.5口變成低電平，綠燈亮；當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為01或10時，表示異常，P2.4口變?yōu)榈碗娖?，P2.1口變?yōu)榈碗娖剑S燈亮，語音報警；當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為11時，表示發(fā)生火災(zāi)，P2.3口變?yōu)榈碗娖?，P2.1口變?yōu)榈碗娖?，紅燈亮，語音報警。3.4.3數(shù)碼管顯示電路數(shù)據(jù)采集進來并被成功地由模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后，就被傳送到系統(tǒng)的顯示模塊，讓人們更直接地觀察到相關(guān)數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)中，對LED進行的是動態(tài)掃描，除了給顯示器提供段的輸入之外，還要對顯示器進行位控制。本系統(tǒng)顯示用的4位七段數(shù)碼管由數(shù)碼管專用驅(qū)動芯片ICM7218A驅(qū)動，分別接數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g，DIGIT1、DIGIT2、DIGIT3、DIGIT4為位選，分別控制4位數(shù)碼管的亮滅，ID0-7為數(shù)據(jù)線，接單片機P0口。WRITE、MODE是寫控制位和模式控制位，分別接單片機P3.6、P2.6。其電路圖如圖3-12所示。圖3-12數(shù)碼管顯示電路圖3.4.4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，煙霧、溫度傳感器的輸出端經(jīng)過放大電路后分別接到ADC0809的IN0和IN1。ADC0809的通道選擇地址由AT89S51的P0.0～P0.2經(jīng)地址鎖存器74LS373輸出提供。芯片的幾個重要管腳功能如下：ALE：地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)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.當(dāng)P2.0=0時，與寫信號WR共同選通ADC0809。START：轉(zhuǎn)換啟動信號，當(dāng)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；在轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)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)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，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AT89S51的ALE端口提供。系統(tǒng)AT89S51與ADC0809接口電路如圖3-13所示。圖3-13AT89S51與ADC0809接口電路原理圖當(dāng)AT89S51的ALE端口不訪問外部存儲器時，AT89S51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(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AT89S51的ALE端。D觸發(fā)器的特性方程為由于當(dāng)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(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80C51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。ADC0809通道選通如表3-14所示。表3-14ADC0809通道選通通入通道IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7A00001111B00110011C01010101本設(shè)計使用74LS373作為地址鎖存器，當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時，輸出端O0~O7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。當(dāng)OE為高電平時，O0~O7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O0~O7狀態(tài)與輸入端D0~D7狀態(tài)相同；當(dāng)LE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(dāng)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(dāng)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。ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號EOC接到AT89S51的INT1引腳，當(dāng)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(dāng)AT89S51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。3.4.5信號處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，所以系統(tǒng)需要將信號進行放大、過濾。對于傳感器輸出的模擬信號，一般要用運算放大器對其進行調(diào)理或放大，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對輸入模擬量幅值及極性的要求。在本報警器電路中，同樣要對兩類傳感器的輸出信號進行放大調(diào)理。電路圖如上圖3-15所示，運算放大器接成電壓放大電路。從傳感器采集過來的微弱電壓信號，經(jīng)過電壓放大器的放大，得到較強的模擬電壓信號。采樣時，把相應(yīng)的模擬電壓信號從Vi端送進LM324A進行放大處理后，從Vo端輸出送入A/D轉(zhuǎn)換電路，信號處理電路如圖3-15所示。圖3-15信號處理電路圖4軟件實現(xiàn)4.1火災(zāi)報警系統(tǒng)程序設(shè)計4.1.1主程序流程圖火災(zāi)報警系統(tǒng)控制器上采用AT89S51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、語音報警和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。系統(tǒng)程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1主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。4.1.2數(shù)據(jù)采集流程圖為了降低誤報率，系統(tǒng)采用多次采集、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)。圖4-2數(shù)據(jù)采集流程圖由于設(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(zhǔn)備好進行下一次信號轉(zhuǎn)換。當(dāng)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。4.1.3報警電路程序流程圖因為溫度煙霧傳感器的輸出電壓量為5.6～6.0v之間。根據(jù)單極性輸入的轉(zhuǎn)換關(guān)系D=4096VIN/VFS，計算數(shù)字量最小值:D1=4096×5.6/10=2294;最大值D2=4096×6/10=2458.然后把它們的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)。D1、D2轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)分別是100111110110、100110011010。由于ADC0809輸出12位數(shù)據(jù)，所以當(dāng)單片機讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，應(yīng)分兩次進行：當(dāng)A0=0時，讀取高8位；當(dāng)A0=1時，讀取低4位。ADC0809的STS與AT89S51的P1.0線相連，故采用查詢方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。將數(shù)值存入單元以后，接下來就是比較。當(dāng)被測的數(shù)值經(jīng)計算機的轉(zhuǎn)換在比較范圍內(nèi)，經(jīng)程序設(shè)定AT89S51單片機的P2.0就會輸出脈沖啟動報警電路程序，AT89S51的P2.5為低電平，P2.1、P2.2、P2.3、P2.4為高電平，所以只有綠燈亮，紅燈、黃燈不亮，聲音不報警。報警子程序流程圖如圖4-3所示。圖4-3報警電路程序流程圖4.2程序/*******************************************************************/#include<reg51.h>#defineuncharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineADP0//ADC0809數(shù)據(jù)接口#defineSEGP1//數(shù)碼管接口UnsigndecharSEG_code[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};Unsignedcharcodedata_a[256]={0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,00,0,3,7,10,15,20,21,22,23,24,26,27,29,30,31,32,33,34,35,36,37,39,39,40,41,41,42,43,43,44,44,45,46,46,47,47,48,49,50,51,51,52,52,53,53,54,54,55,55,56,56,57,57,58,58,59,60,61,61,62,62,63,63,64,64,65,65,66,66,67,67,68,68,69,69,70,70,71,71,72,72,73,73,74,74,75,75,76,76,77,77,78,78,79,79,80,80,80,81,81,81,82,82,82,83,83,83,84,84,84,84,85,85,85,85,86,86,86,86,87,87,87,87,88,88,88,88,89,89,89,89,90,90,90,90,91,91,91,91,92,92,92,92,93,93,93,93,94,94,94,94,95,95,95,95,96,96,96,96,97,97,97,97,98,98,98,98,99,99,99,99,100,100,100};ucharTem1,Tem2,Smok1,Smok2;ucharTem=3.6,Smok=4.6;//設(shè)定溫度煙霧報警閾值uchara,a1,a2,b,b1,b2;Unsignedchargetdata(Unsignedchari)//AD采樣函數(shù)｛switch（i）｛Case0:AD_A=0;AD_B=0;AD_C=0;break://AD通道選擇Case1:AD_A=1;AD_B=0;AD_C=0;break:Case2:AD_A=0;AD_B=1;AD_C=0;break:Case3:AD_A=1;AD_B=1;AD_C=0;break:Case4:AD_A=0;AD_B=0;AD_C=1;break:Case5:AD_A=1;AD_B=0;AD_C=1;break:Case6:AD_A=0;AD_B=1;AD_C=1;break:Default:AD_A=1;AD_B=1;AD_C=1;}AD_start=1;//啟動ADC0809AD_start=0；While(AD_eoc==0);AD_oe=1;ReturnAD;AD_OE=0;｝voidcaiji_wenyan();//程序聲明voiddelay_10ms(uinti);voidpanduan();voidbaojing();Voiddisplay();voidcaiji_wenyan(){P0=0XF8;//選通IN-0，轉(zhuǎn)換溫度信號WR=0;if(EOC=1){RD=0;Tem1=P0};//當(dāng)ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束，AT89S51打開AD的三態(tài)門，AD輸出數(shù)據(jù)elseRD=1;//否則，AD繼續(xù)轉(zhuǎn)換delay_10ms(1);P0=0XF9;//選通IN-1，轉(zhuǎn)換煙霧信號WR=0;if(EOC=1){RD=0;Smok1=P0};elseRD=1;}/*******************************************************************/voidpanduan(){if(Tem1>Tem)a1=1;//當(dāng)采集的溫度高于閾值置1，否則，置0elsea1=0;if(Tem2>Tem)a2=1;elsea2=0;if(Smok1>Smok)b1=1;//當(dāng)采集的煙霧濃度高于閾值置1，否則，置0elseb1=0;if(Smok2>Smok)b2=1;elseb2=0;}/*******************************************************************/baojing(){if(a1=a2&&b1=b2)//兩次采集數(shù)據(jù)的標(biāo)志位相同{a=a1;b=b1;if(a=1&&b=1){P2.1=0;P2.2=1;P2.3=0；P2.4=1；P2.5=1;};//溫度煙霧標(biāo)志位都是1，發(fā)生火災(zāi)if(a=1&&b=0){P2.4=0;P2.1=0;P2.2=1；P2.3=1；P2.5=1;};if(a=0&&b=1){P2.4=0;P2.1=0;P2.2=1；P2.3=1；P2.5=1;};//溫度煙霧標(biāo)志位只有一個1，異常if(a=0&&b=0)P2.5=0;