基于80C51的智能火災語音警報系統(tǒng)設計本科畢業(yè)論文

/本科畢業(yè)論文（設計）題目：基于80C51智能火災語音報警系統(tǒng)設計摘要目前，隨著電子產(chǎn)品在人類生活中的使用越來越廣泛，由此引起的火災也越來越多，在我們生活得四周到處潛伏著火災隱患。為了避免火災以與減少火災造成的損失，我們必須按照“隱患險于明火，防患勝于救災，責任重于泰山”的概念設計和完善火災自動報警系統(tǒng)，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。本文設計了一種基于單片機8051、集成語音芯片ISD1420、A／D轉換器,集成溫度傳感器AD590和氣體傳感器TGS202等,利用多傳感器信息融合技術,完成語音報警的實用、可靠的單片機語音自動報警系統(tǒng),著重講述了該系統(tǒng)的組成形式與工作原理。實踐表明,單片機技術在系統(tǒng)報警和其它一些自動控制領域中有著廣泛的應用前景。該系統(tǒng)能自動完成對布測點檢測，確認火警后能自動報警，并顯示火情點，記錄火災發(fā)生時間。本系統(tǒng)可安裝在各防火單位，它負責不斷地向所監(jiān)視的現(xiàn)場發(fā)車巡檢信號，監(jiān)視現(xiàn)場的溫度、濃度等，并不斷反饋給報警控制器，控制器將接到的信號與存的正常整定值比較、判斷確定火災。當發(fā)生火災時，可實現(xiàn)語音報警、故障自診斷、濃度顯示、報警限設置、延時報警等，是一種結構簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的煙霧傳感器，具有一定的實用價值。關鍵詞：火災報警;單片機;傳感器AbstractNow,withelectronicproductsusedinhumanlifemoreandmorewidely,theresultingfire,moreandmore,weliveinfirehazardslurkingaroundeverywhere.Toavoidfiresandreducefirelosses,wemustfollowthe"hiddendangersfireinpreventionisbetterthandisasterrelief,theresponsibilityisextremelyheavy,"theconceptdesignandimprovementofautomaticfirealarmsystem,firenippedinthebud,themaximumreducethelossofsocialwealth.ThispaperdesignamethodthatusesinglechipcomputeranddigitalvoicechipISD1420torealizeremotevoicealarm,givesoutthehardwarestructureandsoftwareofsystem,Basedonthesingle-chipmicrocomputer80C51,andspeechchipISD1420,temperaturesensorAD590andgassensorTGS202areused,andthemulti-sensorsinformationprocessingmethodisadopted.Practicetheenunciation,Thesingle-chipmicrocomputertechniquehastheextensivelyappliedforegroundinsystemalarmandotherautomaticcontrolrealm.Thissystemcanautomaticallytomonitorthepointswhichareacutetotemperature.Itcanalsosendoutalarm,showthepointsandrecordtheoccurringtimewhenafirehasbrokeout.Thesystemcanbeinstalledinallfireunits,whichisresponsibleforcontinuouslymonitoringthesitetostarttheinspectionsignal,monitorthesiteoftemperature,concentration,andcontinuousfeedbacktothealarmcontroller,thecontrollerwillreceivethesignalandthenormalmemorysettingvaluewasdeterminedbycomparingtodeterminethefire.Whenfireoccurs,canachievesoundandlightalarm,faultdiagnosis,concentrationdisplay,alarmlimitsettingsanddelayalarmisasimplestructure,stableperformance,easytouse,inexpensive,intelligentsmokesensor,hassomepracticalvalue.Keywords：Firealarm;MCU;Transducer目錄緒論1.1概述1.2國外研究現(xiàn)狀1.3課題研究背景與意義第２章火災報警系統(tǒng)整體方案設計2.1火災產(chǎn)生的原理與過程2.2系統(tǒng)整體方案設計2.2．1系統(tǒng)總體功能概述2.2．2系統(tǒng)硬件總體構架2.2．2系統(tǒng)軟件總體構架2.3火災報警系統(tǒng)的類型2.4火災報警系統(tǒng)的原理第3章火災報警系統(tǒng)硬件設計3.1系統(tǒng)核心芯片選擇3.1．1傳感器介紹3.1．2ISD1420語音芯片3.1．380C51簡介3.1．4AD轉換芯片3.1．5數(shù)碼管顯示電路3.2單片機外圍接口電路3.3信號處理電路3.4數(shù)據(jù)采集電路3.5報警電路3.5.1語音報警電路3.5.2光報警電路3.6數(shù)碼管顯示電路第4章火災報警系統(tǒng)軟件設計4.1軟件開發(fā)環(huán)境4.2火災報警系統(tǒng)程序設計4.2．1主程序流程圖4.2．2主程序初始化流程圖4.2．3數(shù)據(jù)采集子程序4.2．4火災判斷與報警程序參考文獻致附錄1附錄2緒論概述無線火災傳感器硬件和軟件平臺的設計對于整個系統(tǒng)的開發(fā)與應用至關重要，作為整個系統(tǒng)的底層支持，其必然向微型化、高度集成化、網(wǎng)絡化、節(jié)能化、智能化的方向發(fā)展，近幾年，隨著計算機成本下降和微處理器體積縮小，開發(fā)和構造火災智能無線報警系統(tǒng)將有廣闊的應用前景。工程試驗結果充分顯示了技術的可行性和實現(xiàn)的有效性。隨著智能樓宇技術應用的迅速發(fā)展，商業(yè)市場對火災報警器的需求不斷增長，目前主要使用的是智能型總線制分布式計算機系統(tǒng)的火災報警系統(tǒng)，雖然在系統(tǒng)安裝方面比過去大大方便，但仍然不能滿足現(xiàn)代需要，其安裝成本約占設備成本的33%～70%。而無線火災報警系統(tǒng)能夠滿足目前要求，它具有安裝容易、快捷、便宜、無需布線、對建筑物表面的最小破壞性、對功能變化的易適應性等特點。有關資料統(tǒng)計表明：凡是安裝了火災自動報警系統(tǒng)的場所，發(fā)生了火災一股地說都能與早報警，不會釀成重大火災。1.2國外的研究現(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,使攻防界線模糊,作戰(zhàn)方向多變,戰(zhàn)火災自動報警系統(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報警裝置標志著火災自動報警系統(tǒng)首次進入人們的視野[1]。1890年在英國，感溫式火災探測器研制成功并應用于火災探測系統(tǒng)，標志著火災自動報警系統(tǒng)的發(fā)展走上正軌[2]。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的出現(xiàn)和發(fā)展，火災監(jiān)測技術也相應迅速發(fā)展，各種類型的火災探測器相繼問世，并日臻完善，火災自動報警系統(tǒng)也在此基礎上逐漸地蓬勃發(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，它通過采集溫度信號，然后判定是否超出設定的閡值，從而判斷是否有火災發(fā)生。這一階段，火災報警系統(tǒng)簡單，僅靠單一的溫度參量進行火災判斷。但是它易受環(huán)境中其他干擾源的影響，靈敏度低，響應速度慢，無法判斷陰燃火災，也無法滿足智能化火災報警系統(tǒng)的要求。第二階段，20世紀40年代末，瑞士物理學家EmstMeili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的基礎上發(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，火災報警系統(tǒng)普遍采用多線制布局方式，布線、調試、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，總線型火災報警系統(tǒng)開始興起，在火災報警領域中邁出了一大步，并得到了較普遍的應用。它使得布線工作量顯著減少，安裝調試更加容易，更能精確報警定位。但是這一時期的火災報警系統(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、控制技術、集成電路技術、傳感器技術與智能技術的快速發(fā)展，火災自動報警系統(tǒng)步入智能化時代，智能化火災報警系統(tǒng)迅速發(fā)展起來，各種智能型的火災自動報警系統(tǒng)相繼出現(xiàn)。模擬量可尋址技術的應用使得火災報警系統(tǒng)的安全性、精準性和智能性有了很大提高，在火災自動報警系統(tǒng)發(fā)展史上具有里程碑的意義[3]。近年來，采用無線通信方式的火災自動報警系統(tǒng)在國外悄然興起。這種系統(tǒng)引入了無線電通信技術，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[4]。隨著科技進步和元器件成本的降低，無線火災自動報警系統(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[5]。在我國，采用的無線通信方式的火災自動報警系統(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?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)的智能性主要體現(xiàn)在火災判決和統(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)點構成，探測節(jié)點僅將火災參量傳送給控制器，由控制器智能地判斷火災狀態(tài)；分布式系統(tǒng)的控制器和探測節(jié)點均為智能型，也是今后火災自動報警系統(tǒng)的發(fā)展方向[6]。1.３課題研究的背景和意義在各種災害中，火災是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會發(fā)展的主要災害之一?；馂氖鞘澜缟习l(fā)生頻率較高的一種災害，幾乎每天都有火災發(fā)生。據(jù)聯(lián)合國“世界火災統(tǒng)計中心(WFSC)2000統(tǒng)計資料”，全球每年大約發(fā)生火災600萬至700萬次，全球每年死于火災的人數(shù)約為65000至75000人。其中，歐美地區(qū)發(fā)生的火災較多，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與消防技術和設施有關;相比較而言，亞洲地區(qū)發(fā)生火災次數(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、消防設施不完善等因素有關。據(jù)統(tǒng)計，我國70年代火災年平均損失不到2.5億元，80年代火災年平均損失接近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)濟和城市建設的快速發(fā)展，城市高層、地下以與大型綜合性建筑日益增多，火災隱患也大大增加，火災發(fā)生的數(shù)量與其造成的損失呈逐年上升趨勢。一旦發(fā)生火災，將對人的生命和財產(chǎn)造成極大的危害[7]。嚴峻的事實證明，隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，社會財富日益增加，火災給人類、社會和自然造成的危害圍不斷擴大，它不僅毀壞物質財產(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)控預警和消防工作的重要性，良好的監(jiān)控系統(tǒng)和與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[8]?；馂淖詣訄缶到y(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?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)能迅速監(jiān)測火情，可發(fā)現(xiàn)人們不易發(fā)覺的火災早期特征，可將火災帶來的生命財產(chǎn)損失降到最低限度。火災發(fā)生的早期，會使得燃燒物質分解，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，通知人們與時疏散[9]。火災自動報警系統(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)，與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地點[10]。火災自動報警系統(tǒng)能對火災進行實時監(jiān)測和準確報警，有著防止和減少火災危害、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。第２章火災報警系統(tǒng)整體方案設計2.1火災產(chǎn)生原理與過程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，難與空氣均勻混合，它們燃燒的基本過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。可燃氣體與空氣混合，在較強火源作用下產(chǎn)生預混燃燒。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、熱輻射和熱對流，使火從起火部位向周圍蔓延，導致了火勢的擴大，形成火災。其中的氣溶膠、煙霧、火焰和熱量都稱為火災參量，通過對這些參量的測定便可確定是否存在火災。根據(jù)火災發(fā)生時產(chǎn)生現(xiàn)象的不同，可以將火災分為慢速陰燃、明火和快速發(fā)展火焰等。陰燃就是在疏松或顆粒介質中形成的緩慢進行的熱解和氧化反應，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，或者轉化為明火。明火則是火災發(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)展火焰則是火災擴散的速度特別快，這種類型的火災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)火災的重要原因[12]?？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，若探測器就應該從此階段開始進行探測，就可以火災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，就可以比較與時地控制火災。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)總體方案設計2.2.1系統(tǒng)總體功能概述火災報警系統(tǒng)一般由火災探測器、報警器組成。火災探測器通過對火災發(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。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的位置。整體電路的框圖如圖2-２所示：圖2-圖2-２系統(tǒng)原理與組成框圖傳感器放大電路A/D轉換單片機狀態(tài)指示燈聲音報警濃度顯示按鍵串口通信2.2.2系統(tǒng)硬件總體構架報警系統(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為火災報警系統(tǒng)的結構框圖[14]圖2.3系統(tǒng)結構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、煙霧等非電信號轉化為電信號，調理電路將傳感器輸出的電信號進行調理(放大、濾波等)，使之滿足A/D轉換的要求,最后由A/D轉換電路,完成將溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉換，單片機判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災。如果發(fā)生火災，系統(tǒng)以聲光的形式報警。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)能對室煙霧(CO2,CO)與溫度突變進行報警,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)出語音、光火災警報[15]。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,具有廣闊的應用前景。2.2.2系統(tǒng)軟件總體構架為了便于系統(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用實現(xiàn)的。本系統(tǒng)主要包括數(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2.4所示。圖2.4程序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置、外圍驅動電路和數(shù)據(jù)存儲電路等完成初始化，其次是對芯片的程序進行初始化，接下來執(zhí)行火災報警系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集任務，數(shù)據(jù)通信任務和查詢判斷任務。2.3火災報警系統(tǒng)的類型根據(jù)火災報警系統(tǒng)中所使用的探測器種類的不同，火災報警系統(tǒng)可以分為以下四種：（1）感溫型火災報警系統(tǒng)由于火災發(fā)生時燃燒物會產(chǎn)生大量的熱量，使得周圍溫度迅速變化。感溫型火災報警系統(tǒng)就是通過判斷周圍溫度變化而產(chǎn)生響應的火災報警系統(tǒng)，再把溫度的變化轉換為電信號以達到判斷報警的目的。根據(jù)探測溫度參數(shù)的不同，一般可以將感溫型火災報警系統(tǒng)分為定溫式、溫差式等幾種。(2)感煙型火災報警系統(tǒng)煙霧是早期火災的重要特征之一。在火災發(fā)生的初期，由于溫度比較低，許多物質都處于陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙霧。感煙型火災報警系統(tǒng)就是對空氣中可見或不可見的煙霧粒子進行探測，然后將煙霧濃度的變化轉換為電信號來觸發(fā)報警。感煙型火災報警系統(tǒng)主要有激光感煙式、光電感煙式和離子感煙式等。（3）感光型火災報警系統(tǒng)物質燃燒不但會產(chǎn)生煙霧和熱量，同時也會產(chǎn)生可見或不可見的光輻射。感光型火災報警系統(tǒng)就是通過響應火災中產(chǎn)生的光特性，即擴散火焰的光強度和閃爍頻率，來觸發(fā)報警系統(tǒng)的。根據(jù)感應的敏感波長，可以將感光型火災報警系統(tǒng)分為對波長較短的光輻射敏感的紫外報警系統(tǒng)和對波長較長的光輻射敏感的紅外報警系統(tǒng)。（4）復合型火災報警系統(tǒng)如果報警系統(tǒng)同時對溫度、煙霧和光輻射中的兩種或兩種以上參數(shù)做出響應，那么它就是復合型火災報警系統(tǒng)。目前復合型火災報警系統(tǒng)有感溫感煙型、感煙感光型、感溫感光型等多種形式。2.4火災探測器的原理火災發(fā)生時，必然會伴隨著產(chǎn)生煙霧、高溫和火光，探測器對這些都很敏感。當有煙霧、高溫、火光產(chǎn)生的時候，它就改變平時的正常狀態(tài)，引起電流、電壓或機械部分發(fā)生變化或位移，再通過放大、傳輸?shù)冗^程發(fā)出警報聲，有的還能同時發(fā)出燈光信號并顯示發(fā)生火災的部位、地點?；馂奶綔y器主要分感煙、感溫、光輻射三大類：（1）感煙探測器。一種是離子感煙探測器，它在外電離室里面有放射源镅241，電離產(chǎn)生的正負離子，在電場的作用下各向正負電極移動。在正常的情況下，外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。一旦有煙霧竄逃外電離室，干擾了帶電粒子的正常運動，電流、電壓就有所改變，破壞了外電離室之間的平衡，于是就發(fā)出了信號。還有一種叫光電感應探測器，它有一個發(fā)光元件和一個光敏元件，平常光源發(fā)出的光，通過透鏡射到光敏元件上，電路維持正常，如果有煙霧從中阻隔，到達光敏元件上的光就顯著減弱，于是光敏元件就把光強的變化變成電的變化，通過放大電路向人們報警。還有一種叫管道抽吸式感煙探測器，他的工作原理與光電感應探測器中另一種散射型相似，通過煙霧的反射或散射產(chǎn)生光敏電流，主要用在船舶上。近年來還出現(xiàn)了激光感煙探測器，它也是利用光電感應原理，不同的是光源改用激光束。這種探測器采用半導體器件，體積小、價格低、耐震動、壽命長，很有發(fā)展前途。（2）感溫探測器。一種是運用金屬熱脹冷縮的特性。正常的情況下，探測器的電路斷開，當溫度升到一定值時，由于金屬膨脹、延伸，導體接通，于是發(fā)出了信號。一種是利用某些金屬易熔的特性，在探測器里固定一塊低熔點合金，當溫度升到它的熔點（70～90℃）時，金屬熔化，借助彈簧的作用力，使觸頭相碰，電路接通，發(fā)出信號。這兩種探測器都屬定溫型，即當外界溫度超過某一限值時就會報警；還有一類是差溫型，升溫的速度超過特定值時，便會感應報警。如將兩者結合起來，便成為差定溫組合式。（3）光輻射探測器。一種是紅外光輻射探測器。物質在燃燒時，由化學反應產(chǎn)生閃爍的紅外光輻射使硫化鉛紅外光敏元件感應，轉變成電信號，經(jīng)放大后，就能向人們報警。另一種是紫外光輻射探測器，則利用有機化合物燃燒時，火光中的紫外光，使紫外光敏管的電極激發(fā)出離子，通過繼電器等，就能打開開關電路報警?；馂膱缶魇侵匾陌踩O備，一切重要的場所，如大型物資倉庫、隧道、大型船舶、高層建筑都應該安裝。它還可以與自動滅火設備一起組成自動報警、自動滅火的“自動消防隊”。第3章火災報警系統(tǒng)硬件設計3.1系統(tǒng)核心芯片選擇3.1.1傳感器介紹AD590溫度傳感器要準確地進行火災報警，選擇合適的溫度和煙霧傳感器是準確報警的前提。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。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)模轉換芯片ADC0809的輸入要電壓量[2]，所以在AD590的負極接出一個1kΩ的電阻R和一個100Ω的可調電阻W，將電流量變?yōu)殡妷毫克腿階DC0809。通過調節(jié)可調電阻，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3-1AD590應用電路圖AD590有以下特點：1、AD590的測溫圍-55℃～+150℃。2、AD590的電源電壓圍為4V-30V。電源電壓可在4V-6V圍變化，電流變化1，相當于溫度變化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℃圍，非線形誤差±0.3℃。TGS202氣體傳感器火災中氣體煙霧主要是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,適合于火災中氣體的探測。如圖3-2所示,當TGS202探測到CO2或CO時,傳感器的阻變小,VA迅速上升。選擇適當?shù)碾娮枳柚?使得當氣體濃度達到一定程度(如CO濃度達到0106%)時,VA端獲得適當?shù)碾妷?。圖3-2TGS202應用電路圖3.1.2ISD1420語音芯片ISD1420引腳圖3-3ISD1420引腳ISD1420各引腳與其功能介紹電源（VCCA，VCCD）：芯片部的模擬和數(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，而去耦電容應盡量靠近芯片。地線（VSSA，VSSD）：芯片部的模擬和數(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，可驅動LED。話筒參考（MICREF）：此端是前置放大器的反向輸入。當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端應通過外接電容連至本端。喇叭輸出（SP+、SP-）：這對輸出端能驅動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）：此端部有下拉元件，不用時應接地。輸入時鐘的占空比無關緊要，因為部首先進行了分頻。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)。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)送結束，中斷由軟件清零。3.1.380C51芯片80C51芯片的引腳與功能圖3-480C51芯片的引腳圖下面按引腳功能分為4個部分敘述個引腳的功能。（1）電源引腳VCC和VSSVCC（40腳）：接+5V電源正端；VSS（20腳）：接+5V電源正端。（2）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接地；對于CHOMS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機部，接至片振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。（3）控制信號或與其它電源復用引腳控制信號或與其它電源復用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。（A）RST/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機的上電復位或掉電保護端。當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復位操作，使單片機復位到初始狀態(tài)。當VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。（B）ALE/P（30腳）：當訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低（C）PSEN(29腳):片外程序存儲器讀選通輸出端,低電平有效。當從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機器周期PESN兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間，PESN信號將不出現(xiàn)。（D）EA/Vpp（31腳）：EA為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當EA端保持高電平時，單片機訪問片程序存儲器4KB（MS—52子系列為8KB）。若超出該圍時，自動轉去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當EA端保持低電平時，無論片有無程序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片含有EPROM的單片機，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。（4）輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口與P3口(A)P0口（39腳～22腳）：P0.0～P0.7統(tǒng)稱為P0口。當不接外部存儲器與不擴展I/O接口時，它可作為準雙向8位輸入/輸出接口。當接有外部程序存儲器或擴展I/O口時，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時復用口。它分時提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。對于片含有EPROM的單片機，當EPROM編程時，從P0口輸入指令字節(jié)，而當檢驗程序時，則輸出指令字節(jié)。(B)P1口（1腳～8腳）：P1.0～P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準雙向I/O接口使用。對于MCS—52子系列單片機，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0口用作定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端T2；P1.1用作定時器/計數(shù)器2的外部控制端T2EX。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P0口接收輸入的低8位地址。(C)P2口（21腳～28腳）：P2.0～P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準雙向I/O接口。當接有外部程序存儲器或擴展I/O接口且尋址圍超過256個字節(jié)時，P2口用于高8位地址總線送出高8位地址。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P2口接收輸入的8位地址。(D)P3口（10腳～17腳）：P3.0～P3.7統(tǒng)稱為P3口。它為雙功能口，可以作為一般的準雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3口的第2功能見下表表1單片機P3.0管腳含義引腳第2功能P3.0RXD（串行口輸入端0）P3.1TXD（串行口輸出端）P3.2INT0（部中斷0請求輸入端，低電平有效）P3.3INT1（中斷1請求輸入端，低電平有效）P3.4T0（時器/計數(shù)器0計數(shù)脈沖端）P3.5T1（時器/計數(shù)器1數(shù)脈沖端）P3.6WR（部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效）P3.7RD（部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效）綜上所述，MCS—51系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點：1).單片機功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能；2).單片機對外呈3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由P0口分時復用作為數(shù)據(jù)總線。3.1．4A/D轉換芯片在單片機控制系統(tǒng)中，控制或測量對象的有關變量，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)字量的轉換(A／D轉換)，才能夠實現(xiàn)單片機對被控對象的識別和處理。完成A／D轉換的器件即為A／D轉換器。A／D轉換器的主要性能參數(shù)有：(1)分辨率分辨率表示A／D轉換器對輸入信號的分辨能力。A／D轉換器的分辨率以輸出二進制數(shù)的位數(shù)表示；(2)轉換時間轉換時間指A／D轉換器從轉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。不同類型的轉換器轉換速度相差甚遠；(3)轉換誤差轉換誤差表示A／D轉換器實際輸出的數(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換器的轉移函數(shù)與理想直線的最大偏移。目前有很多類型的A／D轉換芯片，它們在轉換速度、轉換精度、分辨率以與使用價值上都各具特色，綜合全部因素設計決定采用美國國家半導體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉換器ADC0809。其部有一個8通道多路開關，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轉換。是目前國應用最廣泛的8位通用A/D芯片.A/D轉換電路采用了常用的8位8通道數(shù)模轉換專用芯片ADC0809，ADC0809由8路模擬開頭、地址鎖存與譯碼器、8位A/D轉換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成，芯片引腳圖如圖3-5所示,部結構圖如圖3-6所示。圖3-5ADC0809引腳圖圖3-6ADC0809部結構圖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轉換啟動信號輸入端ALE：地址鎖存允許信號輸入端ADC0809的主要性能指標為:（1）分辨率為8位。（2）最大不可調誤差：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0—5V。（4）具有鎖存控制的8路模擬選通開關。（5）可鎖存三態(tài)輸出，輸出電平與TTL電平兼容。（6）轉換速度取于決芯片的時鐘頻率。當時鐘頻率500KHz時，轉換時間為128μs。3.1.5數(shù)碼管顯示電路ICM7218是INTERSIL公司生產(chǎn)的一種性能價格比較高的通用8位LED數(shù)碼管驅動電路,28腳雙列封裝,是一種多功能LED數(shù)碼管驅動芯片,可與多種單片機接口使用。ICM7218的輸出可直接驅動LED顯示器,不需外接驅動電路,工作電壓為+5V,其構成的顯示電路結構簡單,使用方便。同樣由單片機向ICM7218寫控制字與數(shù)據(jù)，編程部分像給外部RAM寫數(shù)據(jù)一樣簡單。當單片機寫入模式控制字后，ICM7218以約定的方式接收顯示數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)寫入靜態(tài)顯示RAM中。數(shù)據(jù)接收結束，ICM7218在掃描控制電路的控制下，按設定的譯碼模式，以動態(tài)掃描顯示方式向段顯示驅動器和位控驅動器發(fā)出控制信號，直到下一個控制字寫入前，不停地進行動態(tài)顯示工作。其引腳圖和部框圖如圖3-7所示。圖圖3-7ICM7218引腳圖與內部框圖3.2單片機外圍接口電路3.2.1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瓷諧振蕩器一起構成自激振蕩器。電路中的外接石英晶體與電容C2、C3接在放大器的反饋回路中構成并聯(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高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度與溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容的容量大小圍為；如果使用瓷諧振，則電容容量大小為。本設計中使用石英晶體，電容的容值設定為30pF。3.2.2復位電路復位電路的基本功能是：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與系統(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，則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復位，本設計采用的是手動按鈕復位。手動按鈕復位需要人為在復位輸入端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，設計完全能夠滿足復位的時間要求。復位電路中SW-PB為手動復位開關，電容C1可避免高頻諧波對電路的干擾。80C51的復位電路如圖3.8所示。圖3-880C51晶振和復位電路原理圖3.3數(shù)據(jù)采集電路本設計中的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80C51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換器進行轉換。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P2.0=0時，與寫信號WR共同選通ADC0809。START：轉換啟動信號，當START上跳沿時，所有部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉換；在轉換期間，START應保持低電平。EOC：轉換結束信號。當EOC為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行A/D轉換。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換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。由于本設計中數(shù)模轉換芯片使用的是ADC0809，其工作的時鐘信號為500KHz，因其部沒有時鐘電路，時鐘信號由外部80C51的ALE端口提供。系統(tǒng)80C51與ADC0809接口電路如圖3-9所示。圖3-9-180C51與ADC0809接口仿真電路圖3-9-280C51與ADC0809接口電路原理圖當80C51的ALE端口不訪問外部存儲器時，80C51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80C51的ALE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3.1。表3.1ADC0809通道選通通入通道IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7A00001111B00110011C01010101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O0~O7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅動負載或總線。當OE為高電平時，O0~O7呈高阻態(tài)，既不驅動總線，也不為總線的負載，但鎖存器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)一樣；當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的寄存器清零，下降沿啟動A/D轉換，之后EOC端變成低電平，指示轉換正在進行。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換。ADC0809的轉換結束狀態(tài)信號EOC接到80C51的INT1引腳，當A/D轉換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖?，表示轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器,并產(chǎn)生產(chǎn)生中斷。當80C51知道A/D轉換完成后，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，轉換結果的數(shù)字量輸出到單片機上。3.4信號處理電路圖3-10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理或放大，以滿足A/D轉換器對輸入模擬量幅值與極性的要求。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理。電路圖如上圖3-10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轉換電路。3.5報警電路3.5.1語音報警電路圖3-12語音報警電路AD轉換器輸出的數(shù)字信號傳輸給P0口，讀取P0口的容跟設定的值進行判定，如果大于設定值，P2.1輸出低電平，控制語音芯片ISD1420的發(fā)出火災語音報警.如果小于于設定值，P2.1輸出高電平，說明正常，沒有火災發(fā)生。3.5.1光報警電路圖3-11光報警電路AD轉換器輸出的數(shù)字信號傳輸給P0口，讀取P0口的容跟設定的值進行判定，如果大于設定值，P2.3、P2.4輸出高電平，P2.2輸出低電平，控制紅色發(fā)光二級管的發(fā)光，實現(xiàn)光報警功能.如果小于設定值，P2.2、P2.3輸出高電平，P2.4輸出低電平，控制綠色發(fā)光二級管的發(fā)光，說明正常，沒有火災發(fā)生。如果出現(xiàn)異常情況，P2.2、P2.4輸出高電平，P2.3輸出低電平，控制綠色發(fā)光二級管的發(fā)光。3.6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)碼管專用驅動芯片ICM7218A驅動，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、P2.5。其電路圖如圖3-9所示。第4章火災報警系統(tǒng)軟件設計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語言進行程序設計。因為C語言的描述由函數(shù)組成，是一種結構化的程序設計語言，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)結構方面，可以使用結構體和數(shù)組，能夠處理復雜的數(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KeilSoftware公司出品的KeilC51，是51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。KeilC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows界面。另外重要的一點，KeilC51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工具包的整體結構中，μVision與Ishell分別是C51forWindows和forDos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51與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轉換成標準的Hex文件，以供調試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。4.2火災報警系統(tǒng)程序設計4.2．1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，該部分是火災報警系統(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[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置、數(shù)據(jù)存儲電路、外圍驅動電路等完成初始化，接下來執(zhí)行火災報警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集程序、火災判斷、報警程序。系統(tǒng)初始化后，80C51的P2.2為低電平，P2.1、P2.3、P2.4、P2.5為高電平，所以只有綠燈亮，紅燈、黃燈不亮，蜂鳴器不報警。4.2．2主程序初始化流程圖主程序初始化流程圖如圖4-2所示。這部分實現(xiàn)的功能包括各種I/O輸入輸出狀態(tài)的設定、寄存器初始化、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，與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。開始開始定時器初始化開中斷關閉蜂鳴器，打開綠燈設定初值YN是否保持報警初值返回圖4-2主程序初始化流程圖4.2．3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，然后在火災判斷程序中，將采集的數(shù)據(jù)與設定的閾值進行比較，判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災。具體流程是：系統(tǒng)和程序初始化后，驅動ADC0809的IN0對溫度信號進行A/D轉換，單片機接受轉換好的數(shù)據(jù)，存入寄存器，由INT1中斷服務程序完成；系統(tǒng)延時10ms，驅動ADC0809的IN1對煙霧信號進行A/D轉換，轉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，將轉換好的數(shù)據(jù)存入寄存器中。單片機每次驅動A/D轉換后等待外部中斷1，當ADC0809的EOC端變?yōu)?時，即中斷到來，說明A/D轉換已經(jīng)完成，通過中斷服務程序讀取轉換得到的數(shù)據(jù)。由于設計采用的是模塊化設計，系統(tǒng)實現(xiàn)報警功能是通過調用子程序實現(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換。當系統(tǒng)采集2次溫度煙霧信號后，轉換好的數(shù)據(jù)存入單片機的寄存器中，系統(tǒng)再調用火災判斷子程序。系統(tǒng)溫度煙霧信號采集程序流程圖如圖4.3所示:圖4.2數(shù)據(jù)采集流程圖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：voiddelay_10ms(uinti){while(i--){uchari，j，k；for(i=5；i>0；i--)for(j=4；j>0；j--)for(k=248；k>0；k--)；}}4.2．4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較[16]：當信號幅值超過報警閾值時，則發(fā)出報警，否則解除報警[17]。火災報警系統(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關系為：v=-0.3p+5.6，溫度傳感器使用的靈敏度是-5.5mV/℃。在本設計中報警溫度設為57℃，煙霧報警濃度設為3.2％英尺（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)榈碗娖?，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?，P2.1口變?yōu)榈碗娖?，紅燈亮，蜂鳴器報警。結論火災報警器可保障生產(chǎn)與生活的安全，避免火災和爆炸事故以與煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和安全生產(chǎn)所必備的儀器，具有廣闊的市場空間與發(fā)展前景。本論文是在對煙霧、溫度傳感器和報警技術進行深入研究的基礎上，全面比較國外同類產(chǎn)品的技術特點，合理地確定系統(tǒng)的設計方案，并對儀器的整體設計和各個組成部分進行了詳細的分析和設計。本次畢業(yè)設計經(jīng)過努力，整個系統(tǒng)實現(xiàn)了預期的目標。本系統(tǒng)通過設計一個以80C51單片機為核心的火災報警器可以實現(xiàn)語音報警、溫度濃度顯示、報警限設置、延時報警等功能。是一種結構簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的火災報警器，具有一定的實用價值。本報警器電路結構簡單、可維護性好。由于實現(xiàn)了對普通環(huán)境中煙霧濃度和溫度的實時監(jiān)控，因此具有非常普遍的意義，能廣泛應用于居民家庭、企事業(yè)單位等多方面的安全防。但是也存在不少的不足。由于電源的波動，傳感器的電氣特性等問題，使得A/D轉換結果有時波動很大，這樣就可能出現(xiàn)誤報警。由于時間的關系，系統(tǒng)中本應具有的串行通信的功能沒有實現(xiàn)，而只是實現(xiàn)了煙霧濃度、溫度顯示。由于上述缺點的存在,此系統(tǒng)不是很完善，還有待進一步改進。通過這次設計，更加深入的理解和掌握了這方面的知識，對本專業(yè)的認識也更加深入，使自己對本專業(yè)更加的熱愛，對本科階段四年的學習做了進一步的總結，更加明確了自己學習的目標和方向。在設計過程中，自己也學到了許多新的知識，有很多感悟和體驗心得。而且，對工程設計的流程和步驟有了清晰的認識，為自己日后的學習和研究打下了堅實的基礎。參考文獻[1]S.M.Lo，C.M.Zhao，M.Liu，A.Coping.Asimulationmodelforstudyingtheimplementationofperformance-basedfiresafetydesigninbuildings[J].AutomationsinConstruction，1998，17(7)：852~863.[2]J.K.W.Wong，H.Li，S.W.Wang.Intelligentbuildingresearch：areview[J].AutomationinConstruction，2005，14(l)：143~159.[3]向亮.智能建筑火災自動報警系統(tǒng)的設計與研究：（碩士學位論文）.理工大學，2010.[4]VaughnBradshaw.TheBuildingEnvironment:ActiveandPassiveControlsystems[M].JohnWiley&Sons，2006.[5]穎.基于C8051F單片機的火災智能報警控制系統(tǒng)的設計.海事大學,2007.[6]于智洋.淺析智能建筑中火災自動報警系統(tǒng)的設計[J].潛江:江漢石油科技，2008，2:62~64.[7]王釗.智能型火災報警系統(tǒng)的設計與研究：（碩士學位論文）.理工大學，2009.[8]健.基于ARM7的電氣火災自動報警控制器研制：（碩士學位論文）