智能火災報警系統(tǒng)設計

第一章緒論1.1背景近年來全國火災事故頻繁發(fā)生，造成人、財、物的巨大損失。用戶對火災報警以至自動消防系統(tǒng)的要求越來越高。針對多起火災事故的分析，排除水壓缺乏等因素外，現(xiàn)有的消防隔斷未能起到應有的作用，是造成重大損失的關鍵。本文基于上述考慮，通過研發(fā)全自動智能防火卷閘門電氣控制系統(tǒng)，滿足了防火卷閘門的各種動作狀態(tài)要求，也滿足了用戶的不同使用環(huán)境的需要。其主要功能是在火災發(fā)生時，控制防火卷閘門可靠、準確地運行，實現(xiàn)防火卷閘門的一步降或二步降，到達分區(qū)防火，控制火勢蔓延，減少火災損失的目的防火卷閘門控制方式主要分為手動調整自動與聯(lián)動等各種控制方式同時預留和上位機的通訊接口，為自動消防系統(tǒng)作好前期準備。同時，通過溫度傳感器和煙霧傳感器檢測出信號，通過控制電路使自動撥號〔119〕，并報告現(xiàn)場地址。這對有效、快速撲救具有積極意義。本系統(tǒng)適用于各種消防環(huán)境，尤其適合于不能用水做滅火介質的地方，如圖書館、檔案館、計算機房等處。因單片機集成度高，故該裝置具有結構簡單，可靠性高，本錢低等優(yōu)點。1.2智能火災報警系統(tǒng)火災自動報警系統(tǒng)屬于樓宇自動化范疇，是當前樓宇自動化的一個主要構成系統(tǒng)。其設置目的是為了防止和減少火災危害，保護人身和財產平安?；馂膱缶夹g是預防火災的一項根底工作，應用范圍廣泛。報警早，損失少，不僅對發(fā)生火災的單位和個人具有重要作用，而且對公安消防監(jiān)督機構及時撲滅火災、減少人員傷亡和財產損失同樣具有十分重要的現(xiàn)實意義。火災自動報警系統(tǒng)由觸發(fā)器件、火災報警裝置、火災警報裝置及具有其他輔助功能的裝置組成。隨著電子技術和計算機技術的迅速開展，火災自動報警系統(tǒng)的結構、形式越來越靈活多樣，很難精確劃分為幾種固定的模式?；馂淖詣訄缶夹g趨向于智能化系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可組合成任何形式的火災自動報警網絡形式，既可以是區(qū)域報警系統(tǒng)，又可以是集中報警系統(tǒng)或控制中心報警系統(tǒng)形式。所謂智能火災自動報警系統(tǒng)，應當是：使用探測器件將火災發(fā)生期間所產生的煙、溫、光等信號以模擬量形式，連同外界相關的環(huán)境參數一起傳送給報警器，報警器再根據獲取的數據及內部存儲的大量數據，利用火災模型判據來判斷火災是否存在，這樣的系統(tǒng)稱為智能火災自動報警系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)為解決火災報警系統(tǒng)存在的兩個難題〔誤報、漏報〕提供了新的方法和手段，并在處理火災真?zhèn)畏矫姹憩F(xiàn)出明顯的有效性和創(chuàng)新性，這是火災自動報警系統(tǒng)在技術上的飛躍。從傳統(tǒng)型走向智能型，是國內外火災自動報警系統(tǒng)技術開展的必然趨勢。智能火災自動報警控制系統(tǒng)具有如下特點：〔1〕為全面有效地反映被監(jiān)視環(huán)境的各種細微變化，智能系統(tǒng)采用了設有專用芯片的模擬量探測器，對濕度和灰塵等影響實施自動補償，對電干擾及線路分布參數的影響進行自動處理，從而為實現(xiàn)各種智能特性、解決無災誤報和準確報警奠定了技術根底；〔2〕系統(tǒng)采用主從式網絡結構，解決了對不同工程的適應性，又提高了運行的可靠性；〔3〕利用全總線計算機通信技術，既完成了總線報警，又實現(xiàn)了總線聯(lián)動控制，徹底防止了控制輸出與執(zhí)行機構之間的長距離穿線布管，大大方便了系統(tǒng)布線設計和現(xiàn)場施工；〔4〕系統(tǒng)采用大容量的控制矩陣和交叉查尋軟件包，以軟件編程代替了硬件組合，提高了消防聯(lián)動的靈活性和可修改性；〔5〕具有豐富的自診斷功能，為系統(tǒng)維護及正常運行提供了有利條件。1.3火災探測器1.3.1火災探測器簡介火災探測器是火災探測系統(tǒng)最重要的組成局部之一，它至少含有一個能連續(xù)或以一定頻率周期探測物質燃燒過程中所產生的各種物理、化學現(xiàn)象的傳感器，并且至少能向控制和指示設備提供一個適合的信號。其根本功能就是對物質燃燒過程中產生的各種氣、煙、熱、光〔火焰〕等表征火災信號的物理、化學參量做出有效響應，并轉化為計算機可接收的電信號，供計算機分析處理?；馂奶綔y器一般由敏感元件傳感器、處理單元和判斷及指示電路組成，其中敏感元件U傳感器可以對一個或幾個火災參量起監(jiān)視作用，做出有效響應，然后經過電子或機械方式進行處理，并轉化為電信號?！?〕衡量火災探測器產品質量的主要技術指標靈敏度，既響應火災參量的敏感程度、可靠性、穩(wěn)定性和抗干擾能力。國家技術監(jiān)督局公布了國家標準：如GB4715-93《點型感煙火災探測器技術要求及試驗方法》，GB4716-93《點型感溫火災探測器技術要求及試驗方法》等，國際標準如ISO7240-1《火災探測和報警系統(tǒng)》等。〔2〕火災探測器的分類根據監(jiān)測的火災特性不同，火災探測器可分為感煙、感溫、感光、復合和可燃氣體等五種類型。感煙探測器可分為離子型、光電型、激光型和紅外線束型四種。感溫探測器根據其感熱效果和結構型式可分為定溫式、差溫式及差定溫式三種。目前，大多數消防系統(tǒng)中使用的是離子感煙探測器、光電感煙探測器及感溫探測器?！?〕火災探測器的工作原理下面就幾種常用探測器的工作原理做簡要介紹：感煙探測器：該種探測器主要響應燃燒或熱解產生的固體、液體微粒即煙霧粒子，主要用來探測可見或不可見的燃燒產物及起火速度緩慢的初期火災。離子型主要是利用煙霧粒子改變電離室電流原理而設計的，探測器內部裝有!放射源的電離室為傳感器件；光電型主要是應用煙霧粒子對光線產生散射及折射、吸收或遮擋的原理而設計，有減光型和散射型，探測器內部有光學系統(tǒng)和紅外線光源作探測器件；紅外光束型應用煙霧粒子吸收或散射紅外光束的原理而設計，主要包括一個光源，一套光線照準裝置和一個接收裝置。感溫探測器：該種探測器主要是利用熱敏元件來探測火災。在火災初始階段，除有大量煙霧產生外，物質在燃燒過程中會釋放出大量的熱量，周圍環(huán)境溫度急劇上升。該種類探測器中熱敏元件的阻值隨溫差發(fā)生變化，從而將溫度信號轉變成電信號，并進行報警處理。1.3.2火災探測器開展特點隨著應用領域的不斷擴大，應用需求不斷提高，普通類型的感溫、感煙火災探測報警系統(tǒng)已不能滿足需要，運用高新技術的新型探測器在不斷研發(fā)，其特點是：〔1〕功能更新現(xiàn)代火災探測器的最大特征之一就是判別功能和判定決定權不僅從觀念上別離，而且在實際應用中已經分別執(zhí)行。早期的判別功能和判定決定權合二為一，由設置在探測器中的傳感器件實現(xiàn)，因而處理問題死板且易受干擾。而現(xiàn)代火災探測傳感器的判別功能和判定決定權由軟件控制，能濾除干擾，識別真假火災，實現(xiàn)火災智能判斷。〔2〕可靠性提高火災探測報警系統(tǒng)可靠性的提高首先表達在用智能技術處理傳感器提供的火災信息。人們采用多種火災探測算法和復合多傳感等傳感方式，為判斷火災提供了更加充分可靠的信息。模糊邏輯、神經網絡等高新技術用于火災的判別，大大提高火災探測的可靠性?！?〕報警時間提前新型火災探測器已不局限于對已發(fā)生的火災及時報警，可以在火災發(fā)生之前的幾小時或幾天內，識別潛在的火災危險性，實現(xiàn)超早期火災報警。1.3.3火災探測器新技術〔1〕高靈敏度探測技術應用目前已研究開發(fā)出激光式高靈敏度感煙火災探測器、吸氣式高靈敏度火災探測報警系統(tǒng)和氣體火災探測報警系統(tǒng)等超早期火災探測報警產品。這些系統(tǒng)采用激光粒子計數原理、激光散射原理監(jiān)視被保護空間，以單位體積內粒子增加的多少來判斷是否可能發(fā)生火災。與普通感煙火災探測報警系統(tǒng)相比，這種系統(tǒng)的探測靈敏度提高了兩個數量級甚至更多。但目前，這種技術還僅限于對煙粒子的探測，在應用中不同程度地受到了應用場所環(huán)境的限制?！?〕氣體濃度探測技術應用利用氣體和氣體成分對火災早期階段生成物或構成火災的要素進行探測的火災探測技術，也能夠實現(xiàn)超早期火災探測。易燃易爆場所一旦爆炸起火，火勢蔓延速度極快，難以控制，人們?yōu)榇藢ｉT開發(fā)研制了在火災爆炸事故之前，從可燃氣體濃度方面進行故障和火災爆炸危險性等方面預測的線型可燃氣體探測報警系統(tǒng)。它采用光學原理，利用不同氣體光譜特性的差異進行氣體濃度探測，從根本上解決了點型可燃氣體傳感元件穩(wěn)定性差、壽命短等缺陷，用于大面積可燃氣體探測報警時，性能價格比擬高，其原理還可擴展用于其他場所氣體泄漏的監(jiān)測?！?〕多信息技術應用早期的火災探測器對于火災信息的反響是輸出信息“0”或“1”即開關量，其他信息僅圍繞反映開關是否正常、能否動作等。而現(xiàn)代火災探測器是對火災過程進行監(jiān)測，有些探測器實質上只起傳感器的作用。因此，其火災信息量明顯增加。另一方面，各種單一傳感器提供的火災信息均混雜非火災信息，給從傳感器提供的火災信息上判別火災增加了難度，人們于是開始研究基于新型探測原理的傳感器件〔如氣體傳感器等〕和復合探測器，對火災過程的多參數進行監(jiān)測，配以智能判別技術，以到達減少誤報，提高可靠性的目的。細微特征的辨識也是從提供信息角度識別火災的一種方法。采用單片機的智能火災探測器，可以打破采樣受控制器控制的被動局面，主動獲取對于識別真假火災參數非常重要的細微信息。第二章總體設計及方案論證火災智能監(jiān)測及防火卷簾門自動控制系統(tǒng)是有傳感器，信號變換，單片機及相應的信號顯示、輸出局部組成。通過溫度和煙霧傳感器采集信號，經過單片機與其設定值進行比擬后，根據差值和內部的軟件設計來對溫度上下和煙霧濃度進行檢測及控制，及時準確的報警和滅火，實現(xiàn)物資損失降低到最小。2.1系統(tǒng)設計思想系統(tǒng)硬件及信號由AT89C51單片機內部有非易失性Flash存儲器分別包含128字節(jié)RAM、32條I/O口線、3個16位定時/計數器、6輸入4優(yōu)先級嵌套中斷結構、1個串行I/O口〔可用于多機通信、I/O擴展或全雙工UART〕以及片內振蕩器和時鐘電路。使用AT89C51芯片，能夠滿足需要，還可以使外圍器件盡可能少，另外價格也廉價，所以選用它。防火門及相應的控制、動力機構安裝完畢后，首先要確定時間。通過傳送信號給單片機，通知單片機要開始設置時間。有3個時間要設置：防火門的全程上升時間和全程下降時間及從頂下降到中位所需的時間。所確定的時間被存在EEPROM中。上述3個時間存入EEPROM后，就可以隨意按動“上”、“下”、“?！?個按鈕中的任何一個，使防火門運行或停止。通常使防火門停在最高處，當火災發(fā)生時，防火門向下運行，切斷火勢曼延的通路。發(fā)生火災時，防火門的工作模式有如下幾種，我們可以預先做以下設置。1〕煙霧二步降。發(fā)生火災，一般都是煙先竄到防火門，火后一步到。防火門的傳感器感知到煙信號后，防火門立即開始下降，并發(fā)出聲光報警信號。防火門下降到中位〔通常門已關閉一半，下面一半開著，讓人逃生〕停止下降，延時一段時間，以便讓里面的人逃生，而后繼續(xù)下降〔稱作第二步下降〕，直到防火門完全關閉為止。在第二步下降過程中，只要有人按動“上”、“下”、“?！?個按鈕中的任何一個，門就會自動上升到中位，以便人逃離火場。2〕煙溫二步降?；馂陌l(fā)生，煙霧先到達，這時防火門附近的溫度還處在正常范圍。防火門感知此煙，立即下降到中位，并在中位停下來，以便人員逃生。在防火門附近的溫度上升到一定的高度以前，防火門將一直停在中位。當防火門的感應系統(tǒng)感知到防火門附近的溫度到達比擬高的程度后，防火門開始第二步下降，從中位下降到把整個門關閉。因為只有溫度到達一定的高度，才說明火將曼延過來，須迅速徹底關閉防火門。防火門在第二步下降的過程中，假設有人按動“上”、“下”、“?！?個按鈕中任何一鈕，門都將上升到中位。到達中位后，將立刻開始下降，但只要有人再次按任何一鈕，門仍將上升到中位。不管是煙霧二步降還是煙溫二步降，當門徹底關閉后，只要有人按上述3個鈕任一鈕，門就上升到中位，以讓人逃離火場。3〕高溫處理。不管初始設置的是煙霧二步降還是煙溫二步降，只要高溫先到達或是與煙霧信號同時到達，防火門都將從頂不停地一直下降到底。還有一種情形也會導致“高溫處理”：假設火災發(fā)生時沒有高溫，當防火門從頂下降到中位前或下降到中位后在中位停留的時間內，檢測到有高溫信號，防火門系統(tǒng)將自動轉入高溫處理，立即開始第二步下降。火撲滅后，防火門系統(tǒng)檢測到既無煙又無高溫，那么確認火已滅，便自動關閉報警信號，防火門自動上升到正常位置。2.2方案論證2.3.1單片機的選擇單片機是本方案的靈魂，所以我們選擇是需要慎之又慎，下面我們來拿8031和AT89C51做一下比擬。8031片內不帶程序存儲器ROM，使用時用戶需外接程序存儲器和一片邏輯電路373，外接的程序存儲器多為EPROM的2764系列。用戶假設想對寫入到EPROM中的程序進行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫入。寫入到外接程序存儲器的程序代碼沒有什么保密性可言。由于上述類型的單片機應用的早，影響很大，已成為事實上的工業(yè)標準。后來很多芯片廠商以各種方式與Intel公司合作，也推出了同類型的單片機，如同一種單片機的多個版本一樣，雖都在不斷的改變制造工藝，但內核卻一樣，也就是說這類單片機指令系統(tǒng)完全兼容，絕大多數管腳也兼容；在使用上根本可以直接互換。我們統(tǒng)稱這些與8051內核相同的單片機為"51系列單片機"。在眾多的51系列單片機中，要算ATMEL公司的AT89C51更實用，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內的4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為ATMELAT89Cx做的編程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機對開發(fā)設備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機內的程序還可以進行加密，這又很好地保護了你的勞動成果。而且AT89C51目前的售價比8031還低，市場供給也很充足。單對AT89C51來說，在實際電路中可以直接互換8051和8751，替換8031只是第31腳有區(qū)別，8031因內部沒有ROM，31腳需接地〔GND〕，單片機在啟動后就到外面程序存儲器讀取指令；而8051/8751/89c51因內部有程序存儲器，31腳接高電平〔Vcc〕，單片機啟動后直接在內部讀取指令。也就是51芯片的31腳控制著單片機程序從內部讀取還是從外部讀取，31腳接電源，程序從內部讀取，31腳接地，程序從外部讀取，其他無須改動。另外，AT89C51替換8031后因不用外存儲器，不必安裝原電路的外存儲器和373芯片。由于內部RAM的存在，可以減少I/O擴展芯片、鎖存器及片外RAM等等，使整個設計顯得簡單明了，所以我們選擇AT89C51。2.3.2模數轉換器的選擇A/D轉換器的種類很多，就位數來分，有8位、10位、12位、16位等。位數越高，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，有內含多路開關的A/D轉換器。根據本設計的需要，我選擇的A/D轉換器是ADC0809。ADC0809是美國AnalogDevice公司生產的8位逐次逼近式模數轉換器，轉換速率高，自帶三態(tài)輸出緩沖電路，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，價格始終的A/D轉換器。加之內部含有三態(tài)輸入緩沖電路，可直接與各種微處理器連接，且無須附加邏輯接口電路，內部設置的高精參考電壓源和時鐘電路，使它不需要任何外部電路和時鐘信號，就能完成A/D轉換功能，應用非常方便。第三章單片機AT89C51原理AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS8位單片機。片內含4Kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器〔PEROM〕和128bytes的隨機存取數據存儲器〔RAM〕，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器〔CPU〕和Flash存儲單元，功能強大AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。3.1引腳說明3.1.1主要性能參數：·與MCS-51產品指令系統(tǒng)完全兼容·4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器·1000次擦寫中期·全靜態(tài)操作：0Hz——24MHz·三級加密程序存儲器·128*8字節(jié)內部RAM·32個可編程I/O口線·2個16位定時/計數器·6個中斷源·可編程串行UART通道·低功耗空閑和掉電式3.1.2功能特性概述：AT89C51提供以下標準功能：4K字節(jié)Flash閃存存儲器，128字節(jié)內部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容。但振蕩器停止工作并禁止其它所有工作直到下一個硬件復位。引腳功能說明·：電源電壓·GND：地·P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路，對斷口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。·P1口：P1是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅動〔吸收或輸出電流〕4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號來低時會輸出一個電流〔I〕?！2口：P2口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅動〔吸收或輸出電流〕4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號來低電平時會輸出一個電流〔I〕?！3口：P3是一組帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口的輸出緩沖級可驅動〔吸收或輸出電流〕4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作輸入口使用時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流〔I〕。P3口除了作為一般的I/O口外，更重要的用途是他的第二功能P3口還接受一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。·RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。·ALE/PROG非：當訪問外部程序存儲器時，ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖?！SEN非：程序儲存允許〔PSEN非〕輸出是外部程序存儲器的讀選信號，當AT89C51由外部程序存儲器取指令〔或數據〕時，每個機器周期兩次PSEN非有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數據存儲器，這兩次有效的PSEN非信號不出現(xiàn)?！A/Vpp：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器〔地址為0000H——FFFFH〕，EA端必須得保持低電平〔接地〕。需注意的是：如果加密位LBI被編程，復位時內部會鎖存EA端狀態(tài)?！TAL1：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端?！TAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.2工作特性3.2.1時鐘振蕩器AT89C51中有一個用于構成內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響元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器。3.2.2空閑節(jié)電模式AT89C51有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是空閑模式和掉電模式。這兩種方式是控制專用存放器PCON〔即電源中指存放器〕中的PD〔PCON.1〕和IDL〔PCON.0〕位來實現(xiàn)的。PD是掉電模式，當PD=1時，激活掉電工作模式，單片機進入掉電工作狀態(tài)。IDL是空閑等待方式，當IDL=1時，激活空閑工作模式，單片機進入睡眠狀態(tài)。如需同時進入兩種工作模式，即PD和IDL同時為1，那么先激活掉電模式。在空閑工作模式狀態(tài)，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內的外設仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產生。此時，片內RAM和所有特殊功能存放器的內容保持不變?？臻e模式可由任何允許的中斷請求或硬件復位終止。3.2.3掉電模式在掉電模式下，振蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內RAM和特殊功能存放器的內容在終止掉電模式前被凍結。推出掉電模式的唯一方法是硬件復位，復位后將重新定義全部特殊功能存放器但不包括RAM中的內容，在恢復到正常工作電平前，復位應無效，且必須保持一定時間一是振蕩器重啟動并穩(wěn)定工作。3.2.4編程方式編程前，須按表3-4和圖3-4及圖3-5所示設置好地址，數據及控制信號，編程單元的地址加在P1口和P2口的P2.0-P2.3<11位地址范圍為0000H-0FFFH>，數據P0口輸入，引腳P2.6,P2.7和P3.6,P3.7的電平設置見表3-4，PSEN為低電平，RST保持高電平，EA/引腳是編程電源的輸入端，按要求加上編程電源，ALE/PROG引腳輸入編程脈沖〔負脈沖〕。編程時，可采用4—20MHz的時鐘震蕩器，AT89C51編程方法如下：在地址線上加上要編程單元的地址信號。在數據線上加上要寫入的數據字節(jié)。激活相應的控制信號。在高電壓編程方式時，將EA/端加上+12V編程電壓。每對Flash存儲陣列寫入一個字節(jié)或每寫入一個程序加密位，加上一個ALE/PROG編程脈沖。改變編程單元的地址和寫入的數據，重復1—5步驟，直到全部文件編程結束。3.2.5數據查詢AT89C51單片機用數據查詢方式來檢測一個寫周期是否結束，在一個寫周期中，如需讀取最后寫入的那個字節(jié)，那么讀出的數據的最高位〔P0.7〕是原來寫入字節(jié)最高位的反碼。寫周期完成后，有效的數據就會出現(xiàn)在所有輸出端上，此時，可進入下一個字節(jié)寫周期，寫周期開始后，可在任意時刻進行數據查詢。3.2.6Ready/Busy字節(jié)編程的進度可通過“RDY/BSY”輸出信號監(jiān)測，編程期間，ALE變成高電平“H”后P3.4(RDY/BSY)端電平被拉低，表示正在編程狀態(tài)〔忙狀態(tài)〕。編程結束后，P3.4變?yōu)楦唠娖綔蕚渚途w狀態(tài)。3.2.7芯片擦除利用控制信號的正確組合并保持ALE/PROG引腳10Ms的低電平脈沖寬度即將PEROM陣列〔4K字節(jié)〕和三個加密位整片擦除，代碼陣列在片擦除操作中將任何非空單元寫入“1”，這步驟需要在編程之前進行。3.2.8讀片內簽名字節(jié)AT89C51單片機內有三個簽名字節(jié)，地址為030H，031H和032H。用于聲明該器件的廠商，型號和編程電壓。讀簽名字節(jié)的過程和單元030H，031H及032H的正常效驗相仿，只需將P3.6和P3.7保持低電平，返回值意義如下：〔030H〕1EH聲明產品由ATMEL公司制造；〔031H〕51H聲明為AT89C51單片機；〔032H〕FFH聲明12V編程電壓；〔032H〕05H聲明為5V編程電壓。第四章前向通道的設計4．1溫度傳感器火災總伴隨著火焰、煙霧和溫度，隨著燃燒，室內溫度將上升。將煙霧傳感器作為第一感受器，溫度傳感器作為智能計算的補充傳感器。當報警環(huán)境出現(xiàn)煙霧后，溫度傳感器根據設定溫度值確定是否報警。為防止漏報，另一組溫度傳感器設定了溫度的報警極限，當溫度超過這個極限立刻報警。溫度傳感器利用半導體PN結的負溫度系數工作，它有三路輸出，其中兩路測量溫度梯度，一路測量極限溫度。防火系統(tǒng)采用了復合形式的智能型火災傳感電路，代替了過去的單一形式的傳感器，如火焰?zhèn)鞲衅?、溫度傳感器、煙霧傳感器等，這樣就不會出現(xiàn)誤報情況。此傳感器具有不受使用場所無交流電源的限制，靜態(tài)功耗低、安裝比擬隱蔽、靈敏度高等特點。4.2煙霧傳感器4.2.1工作原理離子煙霧傳感器單電離室的工作原理，如圖4-2所示。圖4-2電離室工作原理圖圖4-2〔a〕是單電離室的結構圖，P1和P2是一對電極，在電極之間放有放射性物質241Am，不斷放出α射線，高速運動的α離子撞擊極板間的空氣分子，將其電離為正離子和負離子，從而使電極之間原來不導電的空氣具有了導電性。如果在極板P1和P2之間加上一個電壓E，極板間原來雜亂無章的正負離子，在電場的作用下作有規(guī)那么的運動，從而在極板間形成電離電流，施加的電壓越高，那么電離電流越大，當電離電流增加到一定值時，將不再增加，此電流稱為飽和電流，如圖4-2〔b〕所示。4．3運算放大器AD595AD595具有熱電偶信號放大和冰點補償雙重功能,AD595適用于Ｋ型熱電偶,是14腳DIP封裝。AD595有二個等級(Ｃ級和Ａ級),±3℃的校準準確度。具有以下特性:·低阻抗電壓輸出:10ｍＶ/℃·片內冰點補償·電源電壓范圍:+5V～±15V·低功耗:＜1MW·熱電偶斷線報警功能·高阻抗差動輸入·可用作攝氏溫度傳感器·差動輸入可抑制熱電偶引線上的共模噪聲電壓·補償、零點、標度系數都預先用激光校準·可用于Ｔ型熱電偶由于熱電偶的輸出電勢與溫度成非線性關系,以下轉換函數將決定芯片的實際輸出電壓:在控制系統(tǒng)中，傳感器和檢測電路輸出的信號，一般都比擬小，不能直接進行顯示記錄和控制。為此，當用傳感器把非電量轉換成電量后，大都需要放大。4．4A/D轉換器A/D轉換器的功能是將模擬量電信號轉換成數字量。在本設計中，采用了ADC0809轉換器，它可以將多路轉換器輸入的模擬量進行A/D轉換，所以省略了多路開關。由于控制系統(tǒng)是對溫度和煙的濃度進行檢測，相當于A/D轉換器的轉換時間來說信號變化很慢，所以采樣保持器〔保持在A/D轉換時間內輸入的模擬信號不變〕也可以省去。因此，模擬信號經過放大后可以直接進入A/D轉換器。(1)主要性能※8位逐次逼近型A/D轉換器，所有引腳的邏輯電平與TTL兼容；※帶有鎖存功能的8路模擬量轉換開關，可對8路0-5V模擬量進行分時轉換；※輸出具有三態(tài)鎖存/緩沖功能；※分辨率：8位，轉換時間：100us；※不可調誤差：±1LSB，功耗：15mW；※工作電壓：+5V，參考電壓標準值+5V；※片內無時鐘，一般需外加640KHz以下且不低于100KHz的時鐘信號?！?〕ADC0809的引腳功能：D7-D0：8位數據輸出線；IN7-IN0：8路模擬信號輸入；ADDC、ADDB、ADDA：8路模擬信號輸入通道的地址選擇線；ALE：地址鎖存允許，其正跳變鎖存地址選擇線狀態(tài)，經譯碼選通對應的模擬輸入信號；START：啟動信號，上升沿使片內所有存放器清零，下降沿啟動A/D轉換；EOC：轉換結束，轉換開始后，此引腳變?yōu)榈碗娖剑D換一結束，此引腳變?yōu)楦唠娖?；OE：輸出允許，此引腳為高電平有效，當有效時，芯片內部三態(tài)數據輸出鎖存緩沖器被翻開，轉換結果送到D7-D0；CLOCK：時鐘，最高可達1280KHz，由外部提供；REF〔+〕、REF〔-〕：參考電壓正極、負極，通常REF〔+〕接Vcc，REF〔-〕接GND；Vcc：電源，+5V，GND：地線。4.58255擴展8255A的內部結構它包括3個并行數據輸入輸出端口，2個工作方式控制電路，一個讀/寫控制邏輯電路和8位數據中線緩沖器。它與3個端口分別是PA、PB、PC，口可以選擇作為輸入輸出的工作模式，但在功能和結構上是不同的。通常PA口和PB口作為輸入輸出口，PC口作為輸入輸出口，但它在軟件的控制下分做了兩個4位的端口，分別作為A、B的選通方式操作時的狀態(tài)控制信號。A和B組控制電路是根據CPU寫入的控制字來控制8255A的工作方式的控制電路。A組控制PA口和PC口的上半局部；B組控制PB口和PC的下半局部，并可根據控制字對端口的每一位實現(xiàn)按位置位和復位。數據總線緩沖器是一個三態(tài)雙向8位緩沖器，作為8255A與系統(tǒng)總線之間的接口，用來倆傳送數據、指令、控制命令以及外部狀態(tài)信息。讀/寫控制邏輯電路接受CPU發(fā)來的控制信號、、RESRT、地址信號A0、A1等，然后根據控制信號的要求，將端口數據讀出，送往CPU或將CPU送來的數據寫入端口。4.6鍵盤顯示鍵盤在單片機應用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數據、傳送命令等功能，是人工干預單片機的主要手段。按鍵是一種常開型按鈕開關。平時(常態(tài)時)，按鍵的兩個觸點處于斷開狀態(tài)，按下鍵時它們才閉合(短路)。鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤。鍵盤上閉合鍵的識別由專用的硬件譯碼器實現(xiàn)，并產生鍵編號或鍵值的稱編碼鍵盤，如BCD碼鍵盤、ASCII碼鍵盤等；靠軟件識別的稱為非編碼鍵盤。在單片機組成的測控系統(tǒng)及智能化儀器中，用的最多的是非編碼鍵盤。本系統(tǒng)中，采用以下鍵盤?！啊睘槭癸@示數字加一“↓”為使顯示數字減一“→”為顯示屏的閃爍光標右移“←”為顯示屏的閃爍光標左移“啟動”為使整個系統(tǒng)運行“停止”為使整個系統(tǒng)停止“更改”為調解系統(tǒng)的設置以及切換溫度和濃度的顯示“確認”為使系統(tǒng)設置值進行保存4.7系統(tǒng)電源系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中的AT89C51單片機、A/D轉換電路、執(zhí)行機構電路、鍵盤顯示電路都需要有穩(wěn)定的直流電源供電才能正常工作。系統(tǒng)中需要±12V和+5V電源，系統(tǒng)采用串聯(lián)型的集成穩(wěn)壓器來實現(xiàn)。采用集成穩(wěn)壓器外接元件少，使用方便，平安可靠，精度、穩(wěn)定性高，噪聲小。第五章后向通道的設計5.1卷簾門電機正反轉控制當單片機整個系統(tǒng)全部崩潰的時候，我們就采用緊急應急系統(tǒng)，采用電機手動系統(tǒng)，以便減少不必要的損失。卷簾門采用可逆控制與互鎖。所謂“可逆”控制，就是可以同時控制電動機的正轉和反轉。產生過程中，各種產生機械常常要求具有上下、左右、前后、往返等具有方向運動控制，這就要求電動機能夠實現(xiàn)可逆運行。由交流電動機工作原理可知，假設將接至電動機的三相電源進線中的任意兩相對調，即可使電動機反向旋轉。所以我可用兩個方向相反的單向控制線路組合而成可逆控制線路。按照電動機可逆運行操作順序的不同，有“正-停-反”和“正-反-?！眱煞N控制線路。由于電動機正轉的時候，按下反轉按鈕時首先應斷開正轉接觸器線圈線路，待正轉接觸器釋放后再接通反轉接觸器，為此可以采用兩只復合按鈕來實現(xiàn)。5．2自動噴淋控制5.2.1固態(tài)繼電器SSR工作原理固態(tài)繼電器又名固態(tài)開關。是一種新穎的四端以弱控器的無觸點功率控制元件。一般施加輸入信號后其主控回路呈導通狀態(tài),無信號時呈阻斷狀態(tài),固態(tài)繼電器為一個四端組件:兩個輸入控制器,兩個輸出受控端。它由三局部組成:輸入控制局部、隔離局部及輸出受控局部。輸入控制局部一般由限流電阻或恒流電路及光電二極管組成;隔離局部一般由光電隔離器組成,也有用變壓器隔離的。輸出局部一般由光敏控制器、電壓過零控制器、驅動器、可控硅及阻容吸收局部組成。.3自動噴淋工作原理當AT89C51輸出為高電平信號時，經過或非門后為低電平信號固態(tài)繼電器SSR導通，使電磁閥開通，從而到達自動噴淋效果。相反，輸出為低電平信號時，經過或非門為高電平信號，固態(tài)繼電器SSR截止。5.3顯示局部顯示電路局部采用串行接口，靜態(tài)鎖存驅動，不但節(jié)約了系統(tǒng)的資源，而且簡化編程。LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的共陰極〔或共陽極〕連接在一起并接地〔或接高電平〕。5.4報警電路語音報警電路自動撥號電路主要由模擬電路、脈沖鑒別、忙音解調和語音電路等局部組成。如圖7所示。當警戒范圍內出現(xiàn)移動人體時，模擬撥號電路會根據單片機輸出的信號對機進行自動撥號。該局部電路主要由集成塊NE555和計數/時譯碼器CD4017以及晶體管和繼電器組成。話機的模擬摘機、模擬按下存放輸出鍵和存放位置鍵是通過繼電器觸點的閉合完成的。撥號后反響回來的信號有三種：撥號音、忙音和回鈴音。假設是忙音，系統(tǒng)將稍后重新?lián)芴?；假設為回鈴音，系統(tǒng)保存原狀，等待對方摘機；假設為撥號音，那么啟動語音電路，送出預先錄制的語音信號。脈沖鑒別和忙音解調電路對這些信號進行鑒別。該局部由雙運放LM358和解調器LM567組成。第一級解調器解調450Hz的撥號音信號，第二級解調器解調0.35Hz忙音信號。語音處理集成電路使用專用集成芯片T6668，外接一只256K位動態(tài)存儲器41256，比特率選用32K。在對方摘機的條件下，錄音信號從19腳輸出，經外功放放大作為報警語音信號向對方輸送。語音報警接口電路接口圖第六章軟件設計6.1設計思想6.1.1主程序主程序應包括AT89C51本身的初始化。還包括有關標志、暫存單元和顯示緩沖區(qū)清零、T0、INT0、INT1初始化、開中斷、溫度濃度顯示。6.1.2信號分析及調節(jié)PID參數的整定方法：在數字控制系統(tǒng)中，參數的整定是十分重要的，調節(jié)系統(tǒng)參數的好壞直接影響到調節(jié)品質。一般的生產過程都具有較大的時間常數，而數字PID控制系統(tǒng)的采樣周期要小的多，所以數字調節(jié)器的參數整定，完全可以按照模擬調節(jié)器的各種參數整定方法進行分析和綜合。但是，數字控制器與模擬調節(jié)器相比，即除了比例系數、積分時間T1和微分時間外，還有一個重要的參數-采樣周期T。合理選擇采樣周期T，也是數字控制系統(tǒng)的關鍵之一。采樣周期確實定由香農〔Shannon〕采樣定理可知，當采樣頻率的上限為fs2fmax時，系統(tǒng)可真實的恢復到原來的連續(xù)信號。采樣周期正確地選擇，香農采樣定理給出了從采樣信號恢復連續(xù)信號的最低采樣頻率。實際上由于被控制對象的物理過程及參數的變化比擬復雜，致使模擬信號的最高頻率很難確定，所以常以下述幾個方面考慮如何選取采樣周期T：①從調節(jié)品質上看，希望采樣周期短，以減小系統(tǒng)純滯后的影響，提高控制精度。通常保證在95%的系統(tǒng)的過度時間內，采樣6次～15次即可。②從快速性和抗干擾性方面考慮，希望采樣周期盡量短，這樣給定值的改變可以迅速地通過采樣得到反映，而不致產生過大的延時。③從計算機的工作量和回路本錢考慮，采樣周期T應長些，尤其是回路控制時，應使每個回路都有足夠的計算時間；當被控對象的純滯后時間較大時，常選T=〔1/4-1/8〕。從計算精度方面考慮，采樣周期T不應過短，當主機字長較小時，假設T過短，將使前后兩次采樣值差異小，調節(jié)作用因此會減弱。另外，假設執(zhí)行機構的速度較低，會出現(xiàn)這種情況，即新的控制量已輸出，而前一次控制卻還沒完成，這樣采樣周期再短也將毫無意義，因此T必須大于執(zhí)行機構的調節(jié)時間?？傊绊懖蓸又芷赥的因素很多，應該針對不同情況選擇適當的采樣周期T。采樣周期的選擇方法有兩種，一是計算法，二是經驗法。計算法由于比擬復雜，特別是被控系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)時間常數難以確定，所以工程上人們用的比擬少。工程是人們應用的最多的還是經驗法。所謂經驗法實際上就是一種湊試法。根據人們在工作時間中積累的經驗以及被控對象的特點、參數，先粗選一個采樣周期T，送入計算機控制系統(tǒng)進行實驗，根據對被控對象的實際控制效果，反復修改T，直到滿意為止。6．2流程圖6.2.1主程序流程圖，如圖6.2.2采樣程序流程圖，如圖6.2.4PID算法流程圖6.2.5電機流程圖主要模塊有3個：時間確定模塊，按鈕處理模塊，火災處理模塊。時間確定模塊"就是要確定3個時間：防火門的全程下降時間，全程上升時間和防火門由頂下降到中位所需時間，但不包括發(fā)生火災時防火門在中位的暫停時間。這3個時間是防火門運行時系統(tǒng)對防火門進行具有一定智能動態(tài)跟蹤和控制所必須的。按鈕處理模塊，就是要求當按“上”、“下”、“停”三按鈕中的任何一個時，單片機系統(tǒng)都能作相應的處理?；馂奶幚砟K，是當火災發(fā)生時"系統(tǒng)根據工作模式的預先設置，采用相應的處理模式，以切斷火勢曼延的通道，并妥善解決被困人員的逃生問題。6.2.5.1時間確定模塊此模塊的N-S.流程圖如圖6-5所示。圖6-5時間確定模塊6.2.5.2按鈕處理模塊“上”，“下”，“?！?個按鈕，在平時和發(fā)生火災時都有作用，這里僅涉及平時。這個模塊由幾個子模塊構成，在時間確定模塊中，由于要使用到這3個按鈕，所以在那里也調用了按鈕處理模塊的假設干個子功能模塊。模塊b上升處理子模塊c下降處理子模塊圖6-6按鈕處理模塊程序流程圖按“上”按鈕，防火門上升，一直到觸碰到頂端的行程開關，或單片機的計時系統(tǒng)經過對運行時間的記憶和判斷得出防火門已上升到頂端的結論，或者按了“?！卑粹o，防火門才停止上升。假設在防火門上升過程中，按了“下”按鈕，防火門先是停，延時約1S，而后開始下降。下降過程和下面表達的在防火門處于靜止狀態(tài)按“下”按鈕時的運行過程完全相同。按“下”按鈕，防火門下降，一直到觸碰到下端的行程開關，或單片機的計時系統(tǒng)經過對運行時間的記憶和判斷得出防火門已下降到底的結論，或者按了“上”按鈕，防火門才停止下降。假設在防火門下降過程中，按了“上”按鈕，防火門先是停，延時約1S，而后開始上升。上升過程和上面表達的在防火門處于靜止狀態(tài)按“上”按鈕時的運行情況完全相同。按“停”按鈕，防火門停止運行，但單片機系統(tǒng)對運行時間的記憶不會忘卻。防火門處于頂端時，按“上”按鈕，防火門拒絕上升，這一點也由單片機對運行時間的記憶判斷、頂端的行程開關這兩個方面得到雙重的保證，這都是通過軟件實現(xiàn)的，而非硬件連鎖控制的結果。防火門處于完全關閉狀態(tài)時，按“下”按鈕，在務必使防火門不下降這一點上，也得到了和上面完全相同的保證。上述雙重的保證措施，做到了在行程開關萬一失效的情況下，系統(tǒng)仍能正常運行。6.2.4.3火災處理模塊模塊的流程圖如圖6-7所示。圖6-8高溫處理流程圖對圖,中的3個分支：高溫處理、煙霧二步降、煙溫二步降，僅給出高溫處理的流程圖，見圖6-8。發(fā)生火災時，假設設定在煙霧二步降模式，防火門下降到中位停止后，延時一段時間。這個時間可以通過接在PB1，PB2，PB3上的按鈕來設置。延時時間可以設置為0S〔沒有延時〕、15S30S、60S、120S、240S、480S中的任何一個。第七章結束語全自動智能防火卷閘門電氣控制系統(tǒng)，采用微機控制技術，使對防火卷閘門的控制實現(xiàn)自動化智能化大大地簡化。硬件電路使系統(tǒng)的可靠性增強，也使防火卷閘門的產品維護更容易簡便，更為重要的是由于采用微機控制技術，防止了人為誤操作引起事故的可能性。全自動智能防火卷閘門電氣控制系統(tǒng)，具有對煙濃度和溫度的顯示功能，更重要的是該系統(tǒng)具有應急裝置〔設有緊急強行啟動開關〕，當系統(tǒng)的處理器發(fā)生故障時仍然正常工作。當火警信號產生時，全自動智能防火卷閘門能自動開啟，這樣可保證防火卷閘門在正常情況下都能可靠運行。該系統(tǒng)具有自動蜂鳴報警、報警和自動噴淋等功能，響應靈敏、準確，在實際生活中得到廣泛應用。致謝經過自己不斷的搜索努力以及東老師的耐心指導和熱情幫助，本設計已經根本完成。在這段時間里，老師嚴謹的治學態(tài)度和熱忱的工作作風令我十分欽佩，他的指導使我受益非淺在此對老師們表示深深得感謝。通過這次畢業(yè)設計，使我深刻地認識到學好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實際的含義，并且檢驗了大學的學習成果。雖然在這次設計中對于知識的運用和銜接還不夠熟練，但是我將在以后的工作和學習中繼續(xù)努力、不斷完善。這個設計是對過去所學知識的系統(tǒng)提高和擴充的過程，為今后的學習和開展打下了良好的根底?；厥自诠ご蟮膶W習生活，有苦有樂，感謝很多老師給予我的關心，保護和栽培。三年來和同學朝夕相處，在即將畢業(yè)的前夕祝愿大家把這段回憶永遠存在心中。由于自身水平有限，設計中一定存在很多缺乏之處，敬請各位老師批評指正。參考文獻1曾祥模．熱處理爐．西北工業(yè)大學出版社,19892張土炯. 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