畢業(yè)設(shè)計（論文）-智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計DESIGNOFINTELLIGENTBUILDINGFIREMONITORINGSYSTEM摘要我國每年因火災(zāi)致亡人數(shù)多達上千人，其中80%發(fā)生在住宅。由于高層樓宇的特殊性，一旦發(fā)生火災(zāi)，電梯禁用，樓層太高，往往撲滅難度很大。所以，高層建筑的火災(zāi)監(jiān)控和報警尤為重要。本次課題將為高層建筑設(shè)計一套智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。首先我們從最初始的火災(zāi)現(xiàn)象及燃燒過程分析，進而討論探測技術(shù)及火災(zāi)探測器的發(fā)展，并且根據(jù)實際應(yīng)用我們選擇了溫度、煙霧和CO三種傳感器相結(jié)合的探測器來進行環(huán)境數(shù)據(jù)的采集。然后由單片機進行接收和處理數(shù)據(jù)，進行參數(shù)顯示和火災(zāi)情況的判斷。對于監(jiān)控中心與各監(jiān)控點的數(shù)據(jù)傳輸，我們采用了無線通訊技術(shù)。當單片機通過算法判斷發(fā)生火災(zāi)時，語音報警就會播報并且超過預(yù)定時間就會啟用自動滅火裝置，提高了系統(tǒng)的智能化水平。為了突出監(jiān)控的功能，我們用VB設(shè)計了人性化的監(jiān)控界面，方便管理人員對整棟樓宇統(tǒng)一管理，大大提高了效率。在監(jiān)控中心不僅能實時查看各監(jiān)控點的環(huán)境參數(shù)，而且當發(fā)生火災(zāi)時，還能實時在監(jiān)控端顯示火災(zāi)地點，同時進行語音報警。本次設(shè)計不僅實現(xiàn)了傳統(tǒng)系統(tǒng)的報警功能，還加入了集中監(jiān)控功能，并且還做到了火災(zāi)的預(yù)處理。所以本系統(tǒng)更實用，非常適合寫字樓，高層住宅，實驗樓等各種高層建筑。關(guān)鍵詞火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)；單片機；火災(zāi)探測器；無線通信

AbstractThousandsofpeoplearekilledinfireseachyearinChina,80%ofwhicharekilledathome.Becauseoftheparticularityofhigh-risebuildings,onceafireoccurs,becausetheelevatorisforbiddenandthebulidingistoohigh,itisverydifficulttoputout.Therefore,high-risebuildingfiremonitoringandalarmingisparticularlyimportant.Thistopicwilldesignasetofintelligentbuildingfiremonitoringsystemforhigh-risebuilding.First,weanalyzethephenomenonoftheinitialfireandcombustionprocess,andthendiscussthedevelopmentofdetectiontechnologyandfiredetectors.Accordingtothepracticalapplicati--on,wechoosethetemperature,smokeandCOthreesensorcombinationdetectortocollectenvironmentaldata.Then,thedataisreceivedandprocessedbythesinglechipmicrocomputer,inorderthattheparametersaredisplayedandthefiresituationisjudged.Inordertorealizethedatatransmissionbetweenthemonitoringcenterandmonitoringpoints,weadoptedwirelesscommunicationtechnology.Whenthesinglechipmicrocomputerjudgesthefirebythealgorithm,thevoicealarmwillbebroadcastandtheautomaticfireextinguishingdevicewillbeopenedwhenthescheduledtimeisexceeded.Thisimprovestheintelligencelevelofthesystem.Inordertohighlightthefunctionsofmonitoring,wedesignedauser-friendlymonitoringinterfacewithVBtofacilitateunifiedmanagementoftheentirebuilding,whichgreatlyimprovedefficiency.Inthemonitoringcenter,notonlycanreal-timemonitortheenvironmentalparametersofeachmonitoringpoint,butalsocandisplaythefirelocationatthemonitoringcenterwhenthefireoccurs,andsimultaneouslyrealizethevoicealarm.Thisdesignnotonlyrealizedthealarmfunctionofthetraditionalsystem,butalsojoinedthecentralizedmonitoringfunction,andalsoachievedthepretreatmentoffire.Therefore,thesystemismorepracticalandit’sverysuitableforofficebuildings,high-riseapartments,experimentalbuildingsandotherhigh-risebuildings.Keywordsfiremonitoringsystemsinglechipfiredetectorwirelesscommunication目錄摘要 IAbstract II1緒論 11.1課題背景與意義 11.1.1課題背景 11.1.2智能樓宇火災(zāi)多發(fā)原因 11.1.3智能樓宇火災(zāi)特點 21.2火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 31.3主要內(nèi)容和章節(jié)安排 41.3.1主要內(nèi)容 41.3.2章節(jié)安排 52火災(zāi)探測與系統(tǒng)組成 62.1火災(zāi)現(xiàn)象及過程分析 62.2火災(zāi)探測技術(shù) 72.3火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)基本組成 73系統(tǒng)總體設(shè)計 83.1系統(tǒng)設(shè)計原則 83.2系統(tǒng)硬件框架設(shè)計 83.3系統(tǒng)軟件框架設(shè)計 83.4系統(tǒng)各模塊選擇 93.4.1控制模塊的選擇 93.4.2檢測模塊的選擇 93.4.3通信模塊的選擇 103.4.4顯示模塊的選擇 113.4.5報警模塊的選擇 113.4.6滅火模塊的選擇 114智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計 134.1主控電路設(shè)計 134.2檢測模塊電路 134.2.1感溫傳感電路 144.2.2感煙傳感電路 144.2.3CO傳感電路 164.3點陣顯示電路 164.4無線通信電路 184.5語音報警電路 194.6滅火模塊設(shè)計 204.6.1單片機控制電磁閥噴水設(shè)計 204.6.2單片機控制電機齒輪開窗電路 214.7按鍵電路 234.8電源電路 235智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計 255.1用戶端程序設(shè)計 255.1.1單片機總體設(shè)計 255.1.2數(shù)據(jù)采集 255.1.3多傳感器數(shù)據(jù)處理 275.1.4無線通信程序設(shè)計 295.1.5LED顯示軟件設(shè)計 305.1.6語音報警軟件設(shè)計 305.1.7看門狗設(shè)計 315.1.8滅火模塊程序設(shè)計 325.2監(jiān)控中心軟件設(shè)計 326PCB制版設(shè)計 366.1電路原理圖繪制 366.2印制電路板設(shè)計 377總結(jié)與展望 397.1總結(jié) 397.2展望 39致謝 40參考文獻 41附錄 1附錄1軟件程序代碼 1附錄2智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)原理圖 10附錄3智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)PCB圖 111緒論1.1課題背景與意義1.1.1課題背景隨著經(jīng)濟和科學的發(fā)展，人們對自己生活和工作的環(huán)境要求越來越高。從1984年美國的都市大廈開始，世界各地都在興建智能建筑。人們對建筑的要求不再是只能居住，還需要其更安全，更節(jié)能環(huán)保，總結(jié)起來就是更智能。改革開放到現(xiàn)在四十年來，我國也陸續(xù)興建了很多高層建筑，當然所采用的智能標準不一樣。其中火災(zāi)自動報警系統(tǒng)也隨著智能建筑的發(fā)展而發(fā)展。智能建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，電氣設(shè)備特別是電梯不能使用，而住在高層樓梯又太高，消防隊員需要時間才能進去，只能通過簡單的滅火器和消防栓來撲滅小火。當發(fā)生大火時，則需要更長時間和人力物力。根據(jù)公安部消防局官方微博消息，2016年，全國共接報火災(zāi)31.2萬起，亡1582人，傷1065人，直接財產(chǎn)損失達37.2億元。如圖1-1，我們對火災(zāi)死亡人數(shù)分布場所進行分析，發(fā)現(xiàn)住宅和人員密集場所占比高達80%，而其中主要集中于高層住宅和一些實驗樓，寫字樓這些人員密集場所。圖1-1火災(zāi)死亡人數(shù)分部場所通過餅形圖我們發(fā)現(xiàn)高層建筑容易失火，并且一旦失火相對于普通民房往往會造成更大的生命和財產(chǎn)損失。1.1.2智能樓宇火災(zāi)多發(fā)原因根據(jù)國家住建部和質(zhì)監(jiān)局在2015年3月8日聯(lián)合發(fā)布的最新《智能建筑設(shè)計標準》，其中規(guī)定智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)符合現(xiàn)行《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》和《建筑設(shè)計防火規(guī)范》。標準中還闡述了智能建筑火災(zāi)嚴重性，有如下幾點原因：（1）建筑結(jié)構(gòu)特殊性高層建筑的建筑框架屬于大跨度結(jié)構(gòu)，而且里面隔間設(shè)計靈活。另外隨著建筑越來越高，熱風壓增大導(dǎo)致火災(zāi)時煙霧不容易擴散。此外，由于高層建筑人員主要使用電梯上下樓，而火災(zāi)一旦發(fā)生為了確保安全不能使用電梯，否則一旦因火災(zāi)導(dǎo)致斷電，人員就會被困在電梯里。所以人員的疏散只能依靠樓梯，這就大大增加了脫險時間。有實驗數(shù)據(jù)顯示，高度60米的建筑需要30分鐘才能疏散，高度150米的高樓結(jié)果更令人震驚，需要長達2個多小時，遠比想象中得更久?？上攵蠊卸鄧乐?。（2）建筑內(nèi)部裝修材料多智能樓宇中大量采用可燃材料，比如家具、吊頂、地板、墻面涂層等等，一旦發(fā)生火災(zāi)，這些可燃物使小火會迅速覆蓋整個房間稱為大火。而且，裝潢和家具裝飾使用的材料在燃燒后還會分解出大量有毒氣體，危險系數(shù)大大增加。（3）電氣設(shè)備多在智能樓宇中，小到電話，空調(diào)，大到電梯等等遍布著大量電氣設(shè)備，除此之外，還有電視、網(wǎng)絡(luò)和電線等大量線束，由于表面絕緣層大都是可燃的，發(fā)生火災(zāi)時可順著電線迅速蔓延到大樓各處，另外，由于年代久遠，絕緣層老化會造成短路燃燒，這也是主要的火災(zāi)隱患。（4）人員密集智能樓宇比如高層住宅，酒店或者實驗樓等等基本都屬于人員密集場所。一旦發(fā)生火災(zāi)，有序撤離幾乎不可能，都一窩蜂往樓梯和安全出口逃離，人員擁擠，疏散困難。要是發(fā)生踩踏，還是發(fā)生次生災(zāi)害。（5）管道豎井多智能樓宇不同于農(nóng)村小樓房和工廠廠房，樓層都很高。由于內(nèi)部房間功能相同，所以相關(guān)配置也就大同小異。為了整合資源，提高效率，里面就出現(xiàn)了很多人造井，比如垃圾快速通道，常見的電梯和樓梯形成的井等等。一旦發(fā)生火災(zāi)，煙霧就會涌入這些豎井而迅速蔓延到上方樓層，原理跟農(nóng)村煙囪差不多。1.1.3智能樓宇火災(zāi)特點正是由于智能樓宇的上述特點，發(fā)生火災(zāi)時會呈現(xiàn)以下特征：（1）火勢蔓延快、煙氣擴散快這個特征在普通低層建筑是沒有的，只有高層建筑才會這樣。正是由于這些各種各樣的豎井導(dǎo)致煙霧擴散非?？?，而易燃的建筑和裝飾材料加上大量布線又加劇了火勢的蔓延。這兩大特點導(dǎo)致一旦發(fā)生火災(zāi)后果都很嚴重。（2）人員疏散困難在高層建筑中如果發(fā)生大火災(zāi)，人員疏散只能走樓梯，自然疏散就很慢，加上各種豎井被煙霧彌漫，結(jié)果導(dǎo)致人員疏散極其困難。（3）火災(zāi)撲救難度大高層樓宇發(fā)生火災(zāi)，消防增援困難，只能通過所在樓層的消防栓和滅火器來滅火。如果火勢較大，這點救火措施用處不大，所以我們會看到生活中都是消防車來供水滅火的。所以，根據(jù)高層建筑火災(zāi)火災(zāi)特點，我們在設(shè)計和建設(shè)時，必須配備火災(zāi)監(jiān)測和報警系統(tǒng)。另外，我國在智能建筑設(shè)計標準中也要求必須配備自動報警系統(tǒng)和相關(guān)滅火措施。這也是為了在火災(zāi)剛發(fā)生時就把它撲滅，以盡量減少損失。1.2火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢本次設(shè)計雖然題目為智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，但實質(zhì)上還是常見的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，只不過本系統(tǒng)加入了監(jiān)控的功能，能對各個監(jiān)控點實施集中監(jiān)控，統(tǒng)一管理?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)發(fā)展也離不開其他科學技術(shù)的發(fā)展，一個報警系統(tǒng)涉及的學科領(lǐng)域非常多。比如系統(tǒng)中要用到單片機來處理數(shù)據(jù)和控制其他元件，這是涉及到微電子技術(shù)。再比如系統(tǒng)要通過傳感器來收集環(huán)境參數(shù)，這是涉及到傳感器技術(shù)。除此之外還有很多方面涉及到其他技術(shù)。本節(jié)火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)我們將從系統(tǒng)中的元件發(fā)展來講述國內(nèi)外火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。（1）微控制器與探測器的數(shù)據(jù)傳輸在20世紀80年代自動報警系統(tǒng)里面，當時探測器與微控制器的數(shù)據(jù)傳輸還是模擬量傳輸。在當時可以說是技術(shù)的一大進步，但是這一代技術(shù)卻很短暫，很快就被新技術(shù)取代了。到了20世紀90年代，隨著探測器的單片機技術(shù)的不斷成熟，成本不斷下降，之前的模擬量傳輸就逐漸淘汰了。（2）火災(zāi)探測器越來越智能化早期火災(zāi)報警系統(tǒng)很多工作還是靠人來完成的。后來可尋址開關(guān)量和分級式報警的出現(xiàn)和普及使系統(tǒng)稍微變得智能一點。后來隨著技術(shù)的進一步發(fā)展，高度智能化的報警系統(tǒng)開始出現(xiàn)，它們具有像人的感覺器官，使得對環(huán)境參數(shù)的探測更加準確，可靠。此外，各類作為火災(zāi)探測器的傳感器越來越先進，而且還能與計算機連接，使得數(shù)據(jù)處理更強。隨著火災(zāi)判定算法越來越先進，火災(zāi)判定失誤率大大降低?，F(xiàn)在我國已經(jīng)為火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)配備了更先進的探測器，比如紅外線探測儀能夠?qū)崟r記錄火災(zāi)圖像，通過圖像識別技術(shù)就能更準確地判斷是否發(fā)生火災(zāi)。（3）火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)與智能樓宇其他系統(tǒng)相融合一般來講火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在整個智能樓宇都是獨立運行的，它與大樓內(nèi)的電力系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等等都是沒有聯(lián)系的。而如今開始強調(diào)統(tǒng)一管理，通過計算機系統(tǒng)實現(xiàn)對包括火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在內(nèi)的各大系統(tǒng)實施集中監(jiān)控。（4）復(fù)合式火災(zāi)探測器的發(fā)展早期的火災(zāi)探測器種類有限，只有溫度傳感器和煙霧傳感器兩種。后來隨著人們對火災(zāi)現(xiàn)象和火災(zāi)環(huán)境參數(shù)變化的進一步分析，又出現(xiàn)了CO氣體傳感器、CO2氣體傳感器、紅外傳感器等等。最終復(fù)合式火災(zāi)探測器被大量應(yīng)用，通過算法的不斷完善使火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的火災(zāi)預(yù)報更加準確可靠[[]WolfgangKrull,RobertTobera,IngolfWillms,HelmutEssen,NoravonWahl.EarlyForestFireDetectionandVerificationusingOpticalSmoke,GasandMicrowaveSensors[J].ProcediaEngineering,2012,45(3):584-594.[]WolfgangKrull,RobertTobera,IngolfWillms,HelmutEssen,NoravonWahl.EarlyForestFireDetectionandVerificationusingOpticalSmoke,GasandMicrowaveSensors[J].ProcediaEngineering,2012,45(3):584-594.（5）無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的發(fā)展隨著有線自動報警系統(tǒng)的弊端越來越明顯，無線系統(tǒng)迅速發(fā)展。有線報警系統(tǒng)里面探測器和單片機的連接還是通過導(dǎo)線，也就是還是電信號，而無線發(fā)出的是電磁波信號，不需要去大量布線。（6）火災(zāi)報警裝置的發(fā)展傳統(tǒng)火災(zāi)報警系統(tǒng)在判斷發(fā)生火災(zāi)后一般是采用蜂鳴器來報警。后來隨著技術(shù)發(fā)展和用戶對智能化的需求，語音報警越來越受歡迎。語音軟件可以自由設(shè)置語音內(nèi)容來對不同級別的火情來進行報警。（7）監(jiān)控功能的加入隨著智能樓宇的出現(xiàn)，對火災(zāi)報警系統(tǒng)的要求也越來越高。由于大樓房間的增加，需要監(jiān)控的點也就更多。于是，一種能對大樓所有房間實施集中監(jiān)控的報警系統(tǒng)就應(yīng)運而生。新系統(tǒng)要求不僅能實現(xiàn)報警，還是要能實時查看各監(jiān)控點的環(huán)境參數(shù)，在出現(xiàn)火災(zāi)后能迅速找到著火點,并且能夠記錄數(shù)據(jù)，方便以后分析。（8）探測器兼容助力發(fā)展火災(zāi)探測器是系統(tǒng)的核心，沒有環(huán)境參數(shù)的采集就無法判斷是否發(fā)生火災(zāi)。然而，很長一段時間內(nèi)，系統(tǒng)采用的各種傳感器產(chǎn)品無法兼容，嚴重影響整個系統(tǒng)的功能[[]趙英然.智能建筑火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計與實施[M].知識產(chǎn)權(quán)出版社,2005.[]趙英然.智能建筑火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計與實施[M].知識產(chǎn)權(quán)出版社,2005.1.3主要內(nèi)容和章節(jié)安排1.3.1主要內(nèi)容本次課題設(shè)計重點突出“智能”、“人性化”、“監(jiān)控”三大關(guān)鍵詞。利用單片機實現(xiàn)了火災(zāi)參數(shù)的自動收集、自動處理、自動報警以及加入了滅火措施。在語音報警方面摒棄了傳統(tǒng)的蜂鳴器報警，而是采用了更智能的語音軟件，可實現(xiàn)不同火災(zāi)等級的預(yù)警。在傳感器參數(shù)顯示方面，為了用戶更直觀的監(jiān)控，我們不再采用傳統(tǒng)的數(shù)碼管，而是選用了當下最流行的LED顯示屏，用戶界面更人性化，可實現(xiàn)溫度，煙霧和CO濃度的實時顯示。此外，一般火災(zāi)自動報警系統(tǒng)只考慮了報警，為了保證生命安全和減少財產(chǎn)損失，我們增加了自動滅火模塊，采取了利用單片機控制開窗排除煙霧以及控制電磁閥噴水滅火兩大安全措施。由于是整個智能樓宇監(jiān)控系統(tǒng)，除了每個區(qū)域的火災(zāi)報警系統(tǒng)，我們還需要收集各個房間的火災(zāi)參數(shù)送到大樓集中監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)更高效率的監(jiān)控。所以需要數(shù)據(jù)傳輸通信模塊，為了避免滿大樓的鋪線纜，我們采用無線通信模塊。最后為了實現(xiàn)人性化，在監(jiān)控系統(tǒng)方面我們用VB軟件設(shè)置了監(jiān)控界面，可隨時調(diào)取整個大樓各個房間的火災(zāi)參數(shù)。本課題旨在提高火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平，采用多個傳感器作為火災(zāi)探測器。為了使預(yù)警更準確，本系統(tǒng)通過編輯算法來分析所采集的數(shù)據(jù)。通過對火災(zāi)報警器市場的調(diào)查以及查閱相關(guān)資料，設(shè)計了一套智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，其主要工作如下:（1）設(shè)計火災(zāi)探測器的電路，這是系統(tǒng)的核心。建立用戶端監(jiān)測點和監(jiān)控中心的硬件和軟件平臺以及通信設(shè)計。（2）采集處理傳感器數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的顯示和語音報警模塊以及之間通信設(shè)計。（3）完成監(jiān)控中心的設(shè)計，做到能實時查看各監(jiān)控點。1.3.2章節(jié)安排第一章：緒論。介紹課題背景，接著介紹國內(nèi)外火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，最后介紹本文主要內(nèi)容及章節(jié)安排。第二章：介紹火災(zāi)現(xiàn)象，對火災(zāi)現(xiàn)象的探測技術(shù)以及火災(zāi)探測器的介紹。第三章：介紹系統(tǒng)的總體設(shè)計，包括系統(tǒng)設(shè)計原則，系統(tǒng)總體方案的設(shè)計，包括硬件和軟件。接下來就是各大模塊中元件的具體選擇。第四章：詳細介紹火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計。設(shè)計主控電路、電源電路、按鍵電路檢測電路、控制電路、顯示模塊電路、報警模塊電路、滅火模塊電路以及通信模塊電路的設(shè)計。第五章：詳細介紹火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計。編寫數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)處理程序、LED顯示程序、語音報警程序、數(shù)據(jù)無線傳輸程序、滅火程序、看門狗程序以及監(jiān)控軟件設(shè)計程序。第六章：介紹Altiumdesigner軟件的學習、智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路原理圖繪制和PCB板的設(shè)計。第七章：總結(jié)與展望2火災(zāi)探測與系統(tǒng)組成在設(shè)計火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)之前，我們需要搞清楚它的基本組成，這樣才能一步一步設(shè)計。為了使本系統(tǒng)更完善，我們需要從根源上開始研究，慢慢延伸到系統(tǒng)的核心，也就是火災(zāi)探測器的產(chǎn)生。圖2-1是2016全國火災(zāi)致亡原因統(tǒng)計圖，接下來我們將結(jié)合這張圖和火災(zāi)現(xiàn)象來分析火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中所要選擇的火災(zāi)探測器。圖2-12016全國火災(zāi)致亡原因圖2.1火災(zāi)現(xiàn)象及過程分析在火災(zāi)發(fā)生時，各種材料的燃燒現(xiàn)象從人的感覺出發(fā)可以總結(jié)出三點。一是看見明亮的火光，二是感覺熱浪撲面而來，三就是冒出難聞的煙霧。（1）熱（溫度）物質(zhì)燃燒轉(zhuǎn)化能量最多的就是熱能。我們最直觀的感受就是現(xiàn)場溫度的上升。所以現(xiàn)場溫度的變化使我們火災(zāi)探測的重點，不過，要是房間太大，火太小導(dǎo)致溫度的小幅上升很難檢測和識出來，所以這個特征檢測一般只能預(yù)報出大火。（2）燃燒氣體與煙霧在一般的物質(zhì)燃燒時，我們會看到冒煙。其實除了冒煙還產(chǎn)生了許多看不見的有毒氣體，讓人防不勝防，比如一氧化碳。在火災(zāi)發(fā)生時如果環(huán)境封閉，會在短時間內(nèi)迅速充滿整個房間，導(dǎo)致人員來不及躲避。如果沒有封閉，這些有毒氣體和煙霧又會涌入更多的房間，導(dǎo)致更大的傷害。在對2016年全國因火災(zāi)死亡人數(shù)統(tǒng)計中顯示，窒息死亡的比例高達49.8%，幾乎一半的遇難者都是因為有毒氣體和煙霧。所以，這也是需要我們探測的環(huán)境參數(shù)。（3）火焰物質(zhì)燃燒會發(fā)光，這也是我們最直觀的感受。但是一旦發(fā)光了，就代表已經(jīng)進入了全燃階段。由于之前溫度的上升會導(dǎo)致火焰越來越旺盛。所以火焰是最能說明發(fā)生了火災(zāi)，自然成為我們探測的主要對象。2.2火災(zāi)探測技術(shù)火災(zāi)探測是我們在研究火災(zāi)現(xiàn)象和如何發(fā)現(xiàn)這些這些現(xiàn)象的基礎(chǔ)上總結(jié)出的應(yīng)用技術(shù)。圖2-2我們從物理和化學角度直觀分析出火災(zāi)探測法，這也是火災(zāi)探測器的設(shè)計原理。從上而下可以發(fā)現(xiàn)最終我們可采用的探測方法還是基于物質(zhì)燃燒的客觀現(xiàn)象。圖2-2火災(zāi)探測方法2.3火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)基本組成在智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計前，我們需要明確國家規(guī)定的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成。一方面了解常規(guī)系統(tǒng)的組成，一方面為下一章節(jié)具體設(shè)計打下基礎(chǔ)。通過查閱相關(guān)資料，我們發(fā)現(xiàn)火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)有幾個核心裝置：電源、火災(zāi)警報裝置、觸發(fā)器件、火災(zāi)報警裝置[[]郭向陽.火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的安裝[J].中外建筑，2001.[]郭向陽.火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的安裝[J].中外建筑，2001.電源：這是系統(tǒng)的核心。作為火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的電源不能使用普通電源，因為一旦失火可能斷電那就不起作用了。所以電源必須獨立，采用消防電源。除此之外，還應(yīng)加備用電源，確保不出意外。火災(zāi)警報裝置：用來接收數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)和發(fā)出控制信號的裝置，比如單片機就是典型代表，這是整個系統(tǒng)的核心。觸發(fā)器件：用來發(fā)出報警信號的器件，包括火災(zāi)探測器和手動報警按鈕?；馂?zāi)警報裝置：用來發(fā)出警報信號，比如發(fā)聲報警的蜂鳴器和發(fā)光報警的LED燈。3系統(tǒng)總體設(shè)計3.1系統(tǒng)設(shè)計原則在設(shè)計系統(tǒng)總體方案前，我們需要明確一下設(shè)計原則。對于硬件設(shè)計要充分考慮零件成本和操作難度，最好還能方便以后升級；對于軟件設(shè)計要突出模塊化思想，把整個設(shè)計劃分為幾個模塊，這樣能提高效率，并且使整個設(shè)計脈絡(luò)更清晰。在系統(tǒng)整體設(shè)計上要突出“智能”、“人性化”和監(jiān)控功能的題目要求。3.2系統(tǒng)硬件框架設(shè)計首先選用單片機作為控制模塊的控制芯片[[][StephenL.Herman,WalteN.Alerich.Industrialmotocontrol[J].DelmarPublishers,2010.[][StephenL.Herman,WalteN.Alerich.Industrialmotocontrol[J].DelmarPublishers,2010.圖3-1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖3.3系統(tǒng)軟件框架設(shè)計系統(tǒng)用戶端的程序設(shè)計包括溫度、煙霧和CO數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)處理程序、顯示程序、語音報警程序和滅火程序。監(jiān)控中心的程序設(shè)計則包括用戶端數(shù)據(jù)接受程序、顯示各監(jiān)控點環(huán)境信息程序和報警程序。系統(tǒng)軟件框圖如圖3-2。圖3-2軟件結(jié)構(gòu)框圖3.4系統(tǒng)各模塊選擇3.4.1控制模塊的選擇作為智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，單片機在其中扮演了關(guān)鍵角色。從傳感器采集數(shù)據(jù)的接收到發(fā)出報警信號再到控制電機驅(qū)動開窗和噴水等滅火措施，都得靠單片機來完成?？梢哉f，單片機就是系統(tǒng)的“核心”。目前市場上常見的主要有Atmel、Philips和Winbond等基于MCS-51系列單片機而設(shè)計的品種繁多的單片機芯片[[]高云芹.單片機原理與應(yīng)用及C51編程技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社,2015.[]高云芹.單片機原理與應(yīng)用及C51編程技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社,2015.STC89C54RD+單片機具有如下性能：（1）速度快，比標準的51系列單片機快10倍以上；（2）可通過普通的UART（串口）下載應(yīng)用程序；（3）電源范圍寬，功耗極低；（4）價格低廉；（5）內(nèi)部自帶看門狗定時器。3.4.2檢測模塊的選擇如圖3-3所示，該圖表示煙霧和溫度在燃燒過程中的變化。從圖中可以看出火災(zāi)初期溫度和煙霧濃度濃度緩慢上升。之后進入陰燃階段，在此階段，溫度上升較快，并且產(chǎn)生明顯的濃煙。第三階段火勢擴大，可以明顯看出火焰很明亮，并且感到越來越熱。在整個燃燒過程中還會產(chǎn)生大量一氧化碳。所以，本系統(tǒng)檢測模塊我們將檢測環(huán)境中的煙霧濃度、溫度和CO濃度這三個參數(shù)[[][][1]郭玲玲.火災(zāi)探測器的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].安防科技，2010,5:31-34.圖3-3普通可燃物質(zhì)典型起火過程a-煙霧濃度與時間的關(guān)系；b-溫度與時間的關(guān)系煙霧傳感器我們選擇比較普遍的MQ-2煙霧傳感器，它的氣敏材料是二氧化錫?？諝庵袩熿F濃度變化會導(dǎo)致電流變化，由此可以反推出煙霧濃度值。MQ-2的優(yōu)點很突出，它使用壽命長而且靈敏度高。此外，它的驅(qū)動電路要求不高，可以輕松設(shè)計出來，極大的降低了成本，所以幾乎在每個火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)都有。溫度傳感器也是使用常見的DS18B20溫度傳感器。它在電路板中占用體積小，成本低并且精度還高。此外，它最大的優(yōu)點就是它與單片機連接只需要一條線就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。所以，正是由于它物美價廉的特點，廣泛應(yīng)用于食品冷凍庫和糧倉等民用領(lǐng)域。一氧化碳傳感器我們選擇MQ-7氣體傳感器，它對一氧化碳的靈敏度高。此外，低成本加上使用壽命長適合大規(guī)模投入使用。其中最廣泛的應(yīng)用是家庭使用來檢測煤氣泄漏。3.4.3通信模塊的選擇智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的通信要求是實現(xiàn)各個監(jiān)測點和集中監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)傳輸。簡單來講，通信分為有線和無線兩種。有線顯然成本低，但是鋪設(shè)麻煩，而且占用空間大，也影響美觀。無線雖然成本較高，由于看不見線所以不占空間。對于高層樓宇來說，不適合大規(guī)模鋪線的有線通信，所以這里我們采用無線通信方式[[][]YangOuangxue,LiuZheng.Thedesignofforestfiremonitoringsystembasedonwirelesssensornetwork[J].Proceedingsofthe6thInternationalForumonStrategictechnology,2011,v2,p1211一1214.（1）GSM/CDMA網(wǎng)絡(luò)通信GSM/CDMA網(wǎng)絡(luò)通信方式其實就是我們常說的2G/3G通訊技術(shù)。可在數(shù)公里內(nèi)準確傳達實時信息。當系統(tǒng)判定失火時，發(fā)送短信通知監(jiān)控人員。但是要實現(xiàn)多對一的傳輸，需要在所有監(jiān)控點安裝SIM卡，可想而知通信成本有多高。（2）CAN總線CAN總線可以說是應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線。它有很多優(yōu)點，比如速度快、結(jié)構(gòu)也比較簡單、抗干擾能力強等等，但是所采用的的通信設(shè)備成本太高。（3）RS232RS-232是EIA制定的一種串行物理接口標準。在噪聲大的環(huán)境中容易被干擾，原因就是它的數(shù)據(jù)傳輸是采用信號線和信號返回線的共地形式。除此之外，傳輸距離很短，只有15米，所以肯定不適合我們研究的高層樓宇。（4）433無線模塊它可以從多個點向一個集中點發(fā)送數(shù)據(jù)，這種傳輸非常適合高層建筑。除此之外，它功耗低，成本低而且傳輸距離遠，所以廣泛用于高層酒店和住宅等領(lǐng)域。綜上考慮我們選用JTT-433-UDI無線數(shù)傳模塊。3.4.4顯示模塊的選擇（1）數(shù)碼管數(shù)碼管是由發(fā)光二極管組成的半導(dǎo)體發(fā)光器件。只要輸入電流，相應(yīng)的管腳就會發(fā)亮，最后組合成數(shù)字被我們看到。只要是數(shù)字，它都可以顯示出來，比如時間、溫度、日期等等。因為它價格便宜，使用簡單，導(dǎo)致在很長的一段時間內(nèi)數(shù)碼管占領(lǐng)了整個顯示市場，直到現(xiàn)在我們還可以在家用電器中看到。（2）LED點陣顯示屏LED顯示屏顯示的內(nèi)容極其豐富，除了可以顯示數(shù)字外，還能顯示文字、圖像，甚至是視頻。LED比數(shù)碼的亮度高，可顯示的色彩也更多元化。此外，它還具有工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定等特點。（3）LCD液晶顯示屏液晶顯示屏，也就是我們常聽說的LCD。它沒有輻射，對眼睛傷害小，加上體積小的特點，主要作為電視機和電腦的顯示屏。從顯示的角度來講，沒有缺點，但是成本太高，不適合我們這個系統(tǒng)的大規(guī)模使用。所以綜合它們性能、成本和顯示的要求，我們選擇LED點陣顯示屏。根據(jù)本系統(tǒng)的實際需要，設(shè)計了16行64列的點陣顯示屏。3.4.5報警模塊的選擇系統(tǒng)報警模塊分為兩個方面。一方面是用戶端報警，為了更智能，設(shè)計需要根據(jù)火災(zāi)大小來報警，由于傳統(tǒng)的蜂鳴器只能發(fā)出蜂鳴聲本系統(tǒng)選擇WT_588D語音芯片，在系統(tǒng)判斷火情后，它能播放相應(yīng)的報警內(nèi)容。而監(jiān)控中心報警是在監(jiān)控界面播放語音報警。3.4.6滅火模塊的選擇不同于傳統(tǒng)的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計，為了防止人員不能及時趕到救火，本次火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計在語音報警之后加入了超時自動滅火功能。針對物質(zhì)燃燒中溫度，煙霧和CO的變化，我們草擬了幾種可以由單片機控制的滅火措施：（1）水閥噴水雖然相對于消防栓而言水量較小，但是水閥可以通過電磁閥來控制。通過噴水既可以撲滅明火，又可以降低環(huán)境溫度，使其低于著火點，這也是最容易想到和實現(xiàn)的滅火措施。（2）注入CO2物質(zhì)燃燒三大條件之一就是氧氣的助燃。沒有氧氣，燃燒就無從談起。發(fā)生火災(zāi)后由電磁閥控制氣閥來釋放二氧化碳。雖然效果很明顯，CO2也沒毒，但是CO2成本不低，儲存也需要占用容積。（3）安裝排氣扇火災(zāi)產(chǎn)生的大量煙霧和有毒氣體威脅著人員的生命安全。據(jù)統(tǒng)計，有超過一半的人都是因為窒息和有毒氣體中毒而遇難。所以，我們可以像安裝油煙機排氣管或者衛(wèi)生間排氣扇一樣在主要位置安裝排氣扇。（4）改動窗戶我們最原始的想法就是打開窗戶把濃煙排出去，現(xiàn)在自動窗戶在高層建筑中已經(jīng)廣泛應(yīng)用。在傳動方式中我們選擇齒輪齒條傳動，它比帶傳動更穩(wěn)定，能精確開關(guān)窗。最終我們在眾多滅火方式中我們選擇噴水和開窗兩種滅火措施。4智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1主控電路設(shè)計STC89C54RD+單片機采用Flash儲存器作為程序的存儲器，通過ISP在線編程，可直接通過串口將程序下載到單片機的Flash存儲器，并且掉電后數(shù)據(jù)不丟失。主要特性如表4-1所示。表4-1STC89C54RD+主要特性表項目內(nèi)容項目內(nèi)容工作電壓3.3-5.5V內(nèi)部資源16k字節(jié)Flash，1280字節(jié)RAM工作頻率0Hz-40MHz計數(shù)器和中斷源3個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源工作溫度-40~+85℃(工業(yè)級)0~75℃(商業(yè)級)編程平臺支持ISP在線編程指令周期6T或12T特殊功能看門狗功能接口4個可編程8位I/O接口使用模式低功耗掉電模式、空閑模式、正常工作模式根據(jù)本次設(shè)計的具體情況，采用雙列直插DIP-40封裝。STC89C54RD+的存儲器能滿足本系統(tǒng)的設(shè)計，不需要另外擴展。所以主控電路的設(shè)計可劃分為兩個子電路。一個是外接晶振電路，電路圖如圖4-1所示。另一個是復(fù)位電路，如圖4-2所示。為了避免顯示屏閃爍，要提高單片機的工作頻率。所以單片機晶振頻率確定為40MHz。復(fù)位方式分為上電復(fù)位和按鍵復(fù)位。本系統(tǒng)復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位。圖4-1晶振電路圖4-2復(fù)位電路4.2檢測模塊電路通過前面檢測模塊選擇中對物質(zhì)燃燒過程的分析我們發(fā)現(xiàn)單一傳感器的檢測可能存在對火情的錯誤判斷，所以本系統(tǒng)采用溫度、CO和煙霧三種傳感器相結(jié)合的方法提高火災(zāi)預(yù)警的準確度，降低火災(zāi)誤報率[[][]余成波.傳感器與自動檢測技術(shù)[M].高等教育出版社，200.1感溫傳感電路在火災(zāi)發(fā)生前期，溫度急劇升高，所以溫度傳感器是火災(zāi)探測器的重要組成部分。本系統(tǒng)采用DS18B20溫度傳感器，采用TO-92封裝。查閱相關(guān)資料顯示，DS18B20溫度傳感器有以下特性：（1）測溫范圍為－55℃～+125℃，測溫分辨率為0.0625℃；（2）工作電源:3.0~5.5V/DC（可以數(shù)據(jù)線寄生電源）；（3）可以直接以16位補碼方式串行輸出當前溫度值；（4）功耗超低，靜態(tài)功耗小于3uA；（5）溫度轉(zhuǎn)換時間最快只需93.75ms。實物圖如圖4-3所示。此外，DS18B20輸出給單片機的是數(shù)字量，不需要A/D轉(zhuǎn)換電路，且只占用一個I/O口，所以電路設(shè)計簡單。如圖4-4所示本次設(shè)計采用外部電源，VCC接+5V電源，GND接地，I/O口線接10KΩ左右的上拉電阻。圖4-3DS18B20實物圖圖4-4感溫傳感電路4.2.2感煙傳感電路根據(jù)物質(zhì)燃燒過程分析，火災(zāi)初期會產(chǎn)生大量的煙霧，所以煙霧探測器也是火災(zāi)探測系統(tǒng)中的一個重要組成部分。本次設(shè)計選擇MQ-2煙霧傳感器，實物圖如圖4-5所示。圖4-5煙霧傳感器MQ-2實物圖MQ-2有6個針狀引腳，其中2個用于提供加熱電流，4個用于信號輸出，所以傳感器也要兩個電壓。一個是工作電壓，電壓設(shè)計調(diào)節(jié)范圍寬。還有一個是加熱電壓5±0.2V。如圖4-6中MQ-2元件圖，引腳2和5接加熱電壓，煙霧傳感器工作前需要預(yù)熱。環(huán)境中煙霧濃度的變化導(dǎo)致電路中電壓的變化，但是此時的電壓是模擬信號，并且信號較小。所以我們在連接單片機輸入數(shù)據(jù)之前還需要先經(jīng)過信號放大器和A/D轉(zhuǎn)換器才能轉(zhuǎn)化為可識別的數(shù)字信號。此外，為了更準確地測出煙霧濃度，我們接入了滑動變阻器來減少因為MQ-2極性帶來的影響。圖4-6感煙傳感電路圖由于本系統(tǒng)煙霧和CO傳感器都需要經(jīng)過信號放大和A/D轉(zhuǎn)換，所以為了提高效率和節(jié)省成本，兩大電路最終合并為一個電路。自然采用的放大器和A/D轉(zhuǎn)換器要具備同時處理兩種數(shù)據(jù)的功能。所以我們選擇LM358和ADC0832。LM358是雙運算放大器。內(nèi)部包含兩個獨立的運算放大器。ADC0832是8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有A/D雙通道轉(zhuǎn)換。功率很低，只有18mW，采用雙列直插式DIP-8封裝。圖4-7為MQ-2,MQ-7共用的A/D轉(zhuǎn)換電路圖。圖4-7A/D轉(zhuǎn)換電路圖4.2.3CO傳感電路CO在空氣中含量極低，當發(fā)生火災(zāi)時在短時間內(nèi)會迅速上升。所以CO氣體傳感器在火災(zāi)探測器中很常見，本系統(tǒng)選擇MQ-7來檢測CO氣體。它的原理和上面的煙霧傳感器基本一樣，也是采用二氧化錫為氣敏材料。不過與MQ-2煙霧傳感器稍有不同的是，MQ-7采用高低溫循環(huán)檢測方式。用1.5V加熱低溫檢測CO，5V加熱產(chǎn)生的高溫來清洗低溫吸附的其他氣體。通過電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后放大轉(zhuǎn)換后接入單片機。圖4-8為MQ-7傳感器硬件電路圖圖4-8MQ-7CO傳感電路圖4.3點陣顯示電路為了方便用戶實時了解當前環(huán)境參數(shù)，本系統(tǒng)的顯示模塊我們選擇LED點陣顯示屏來顯示房間當前的溫度、煙霧、CO濃度值。本系統(tǒng)點陣顯示屏總尺寸為16×64。設(shè)計需要顯示四個漢字，共需要4片16×16的LED點陣顯示屏。當內(nèi)容超過4個漢字時，顯示內(nèi)容左移。點陣顯示屏一共有256個LED。想要點亮LED燈，只要在這個LED所在的行加上低電平，列加上高電平就可以了，最后通過對整個顯示屏LED燈的亮滅顯示出想要顯示的內(nèi)容。LED顯示屏有靜態(tài)和動態(tài)兩種掃描方式。兩種方式各有特點，靜態(tài)占用CPU時間短，但是占用I/O口多，顯然本系統(tǒng)可能出現(xiàn)不夠用的情況。為了避免擴展I/O口所帶來的技術(shù)和成本等問題，我們采用動態(tài)掃描的方式，它雖然沒有靜態(tài)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，但是只要送數(shù)據(jù)的時候快一點，就不會給人一種圖像不連續(xù)的感覺。除此之外，動態(tài)掃描的線路連接比靜態(tài)要簡單，適合本系統(tǒng)采用。接下來我們還要選擇掃描方式。動態(tài)有1/2、1/4、1/8、1/16四種掃描方式。本系統(tǒng)采用1/16的掃描方式，就是說一行一個行驅(qū)動器，一共需要16個。而各行的同名列共用一個列驅(qū)動器。一共需要16次送完，每次送一行數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)行驅(qū)動芯片選擇74HC154，列驅(qū)動芯片選擇片74HC595。（1）行驅(qū)動芯片74HC154行驅(qū)動芯片74HC154有4-16線的譯碼器，可以接受4位高有效二進制地址(A,B,C,D)輸入。當74HC154的使能信號有效時，根據(jù)輸入的地址，可以提供16個互斥的低有效輸出。同時，它有兩個輸入使能端。當?shù)碗娖綍r有效，能夠消除輸出端上的通常譯碼“假信號”。（2）列驅(qū)動芯片74HC595列驅(qū)動芯片74HC595有8位串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出，包括一個8位移位寄存器以及一個存儲器，具有三態(tài)輸出功能[[]曹瑞.一種基于AT89C51控制的高精度倒計時系統(tǒng)[J].微處理機,2010.]。儲存器的時鐘為LCK，移位寄存器的時鐘為SCK。當SCK上升沿時，數(shù)據(jù)通過串行數(shù)據(jù)輸入端SDI進入移位寄存器進行正向移動，即QO→Q1→Q2→……→Q7。還有一個串行輸出端口Q7‘用于74HC595芯片級聯(lián)。當SCK下降沿時，移位寄存器數(shù)據(jù)保持不變。當LCK上升沿時，移位寄存器中儲存的數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)存儲寄存器[]曹瑞.一種基于AT89C51控制的高精度倒計時系統(tǒng)[J].微處理機,2010.[]西安青松科技股份有限公司.一種高穩(wěn)定性的智能化大屏幕LED控制系統(tǒng)[M].2008.74HC595的異步復(fù)位功能：當SCLR為低電平時，使8位移位寄存器復(fù)位，此時QE為輸出使能端，8位并行數(shù)據(jù)通過，Q0~Q7輸出；當它為高電平時，Q0~Q7輸出為高阻抗狀態(tài)。74HC595時序圖如下圖4-9：圖4-974HC595時序圖本系統(tǒng)行驅(qū)動芯片我們選擇74HC154，，它能夠提供16個互斥的輸出，用來驅(qū)動16行。列驅(qū)動芯片選擇8位串入并出芯片74HC595，每個芯片只能并行輸出8位。LED點陣顯示屏電路結(jié)構(gòu)框圖如圖4-10所示。圖4-10LED顯示屏結(jié)構(gòu)框圖（3）LED驅(qū)動電路設(shè)計本系統(tǒng)LED點陣顯示屏顯示的行信號每次由行驅(qū)動器74HC154輸出一行。各行的同名列共用一個列驅(qū)動器，8片74HC595控制LED顯示屏的64列，74HC154的移位寄存器與輸出鎖存器的控制是相互獨立的，也就是說在顯示本行列數(shù)據(jù)的時候，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，從而達到同步處理數(shù)據(jù)的效果[[]李皎.16×16點陣顯示屏的設(shè)計[J].科技信息,2011.[]李皎.16×16點陣顯示屏的設(shè)計[J].科技信息,2011.4.4無線通信電路JTT-433-UDI無線傳輸模塊有如下特點：（1）信號傳輸距離遠，在無遮擋的開闊地距離可達1700m；（2）可靠性高，內(nèi)部帶有看門狗，可長期運行；（3）工作頻率區(qū)間為420MHz-440MHz，步進值為1KHz；4）信息通道多，用戶可選擇多種組合（5）低功耗，發(fā)射電流和接收電流都極低。表4-2JTT-433-UDI模塊引腳定義表引腳及其定義內(nèi)容說明1-GND接地2-VCC電源區(qū)間3.6-6V3-EN電源使能端，當電源≥1.6V時使能，電源≤0.5V時待機4-REST模塊復(fù)位引腳，低電平時有效5-RXDRAT輸入口，TTL電平6-TXDRAT輸入出，TTL電平7-SET參數(shù)設(shè)置引腳，低電平時設(shè)置參數(shù)，高或懸空時傳數(shù)據(jù)4.5語音報警電路為了突出課題《智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計》中的“智能”，本次設(shè)計將對火災(zāi)級別進行語音播報。所以我們選擇了WT588D語音芯片。該芯片功耗低、性能好。語音編輯簡便。工作電壓DC2.8-5.5V。此外，WT588D還擁有以下突出特點：（1）支持加載WAV音頻格式；（2）語音播放時間長，支持2M～32Mbit的SPI-Flash大存儲器[[]周官喜,王德興.基于WT588D語音芯片的紅外防盜報警系統(tǒng)[J].電腦知識與技術(shù),2012.]；(3)支持DAC/PWM兩種輸出方式，其中PWM輸出可直接帶動0.5W/8Ω的揚聲器[[]常書惠.一種基于單片機控制的病房呼叫系統(tǒng)[J].科技視界,2013.[]周官喜,王德興.基于WT588D語音芯片的紅外防盜報警系統(tǒng)[J].電腦知識與技術(shù),2012.[]常書惠.一種基于單片機控制的病房呼叫系統(tǒng)[J].科技視界,2013.[]張守輝,于會山,姬小夸,劉新建.家庭智能化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J].通信技術(shù),2011.本系統(tǒng)要求語音芯片在火災(zāi)預(yù)警、暗火報警和明火報警狀態(tài)給出語音提示。選用PMW輸出方式，省去了放大器。為了節(jié)約單片機I/O口資源，本系統(tǒng)控制模式為三線串口控制，該模式由片選CS、時鐘CLK、數(shù)據(jù)DATA構(gòu)成，其時序則根據(jù)標準SPI通信方式[[]周官喜,王德興.基于WT588D語音芯片的紅外防盜報警系統(tǒng)[J].電腦知識與技術(shù),2012.[]周官喜,王德興.基于WT588D語音芯片的紅外防盜報警系統(tǒng)[J].電腦知識與技術(shù),2012.圖4-11控制模式時序圖如圖所示，復(fù)位引腳和單片機的復(fù)位引腳連接到一起；片選CS，數(shù)據(jù)DATA和時鐘CLK分別和單片機的三個I/O口相連，P采用WM輸出方式直接推動0.5W/8Ω揚聲器。結(jié)合時序圖來看，WT-588D工作期間RESET一直保持高電平，片選CS先拉高等待17ms，然后再拉低至少2ms來喚醒WT_588D語音芯片。接下來通過DATA接口把需要的語音地址(OOH-DBH)選好，當時鐘CLK處于上升沿時接收數(shù)據(jù)，此時數(shù)據(jù)是低位在前，高位在后。時鐘周期設(shè)置使用的是300μs。語音信號BUSY輸出在接收數(shù)據(jù)20ms之后再做出響應(yīng)，即輸出低電平，然后指示燈亮，并且語音提示。在發(fā)碼完成后DATA,CLK,CS都要保持高電平。圖4-12是語音模塊WT_588D接口電路圖。圖4-12語音模塊電路圖4.6滅火模塊設(shè)計4.6.1單片機控制電磁閥噴水設(shè)計交流電電磁閥的電磁鐵在吸合時，非常容易產(chǎn)生“嗡嗡”的噪聲。而直流電磁鐵在吸合過程中和吸合后，都比較平穩(wěn)，而且動作迅速，但是需要額外的直流電源。但是單片機輸出不能直接控制電磁閥動作。因為它的輸出功率太小了，不足以驅(qū)動電磁閥動作，這里需要串聯(lián)一個適當?shù)姆糯箅娐?，來進行功率放大。如圖4-13：單片機驅(qū)動繼電器，單片機引腳輸出電壓5V，繼電器額定電壓5V。但是單片機引腳輸出電流只有10mA-20mA，繼電器額定電流約70mA，還是驅(qū)動不了，所以得加三極管進行功率放大。我們選用S8050三極管，5V單刀單置小型繼電器，24V直流電磁閥，R=5.1k歐姆。圖4-13電磁閥控制噴水電路4.6.2單片機控制電機齒輪開窗電路為了使系統(tǒng)更智能，盡量減少因火災(zāi)導(dǎo)致的人身和財產(chǎn)損失，我們加入了自動滅火模塊。在語音報警后，人員到來前的這段時間內(nèi)，如果超過預(yù)設(shè)時間，則啟動自動滅火模塊。大量實例表明，在最新的2016全國火災(zāi)致亡原因統(tǒng)計中，窒息致亡和有毒氣體致亡占火災(zāi)致亡原因的比例高達53.2%。所以自動滅火模塊除了噴水撲滅明火外，把房間的煙霧和CO等有毒氣體排出去也變得尤為重要。（1）總體構(gòu)成：整個開窗系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和機械傳動部分組成。其中控制系統(tǒng)由單片機、窗驅(qū)動控制接口電路、窗驅(qū)動電路等組成；機械傳動部分也就是齒條機構(gòu)，主要由齒條和齒輪組成。本系統(tǒng)設(shè)計由單片機發(fā)出控制信號，驅(qū)動步進電機通過齒輪齒條傳動來實現(xiàn)窗戶的開關(guān)。（2）齒輪齒條設(shè)計及參數(shù)計算：由于此傳動所帶負載不大，所以確定齒輪齒條主要參數(shù)為：齒輪：模數(shù)m=1.5齒數(shù)Z=20直徑d=mz=30mm壓力角β=20°齒厚P=πm=3.14×1.5=4.7mm齒條：m=1.5β=20°L=40cmP=πm=3.14×1.5=4.7mm齒輪齒條傳動結(jié)構(gòu)圖如圖4-14所示。圖4-14齒輪齒條傳動示意圖（3）開窗機設(shè)計及力矩計算本系統(tǒng)采用的是齒條直推連續(xù)開窗機，沒有加入頂桿。設(shè)計窗戶長80cm,寬60cm,質(zhì)量10kg。齒條式開窗機開啟側(cè)窗的結(jié)構(gòu)圖如圖4-15圖4-15齒條直推連續(xù)開窗機設(shè)計力矩表達式見式4-1T=HC式中T—開窗機設(shè)計力矩HC—窗戶寬度LG—窗戶單位面積總載荷KRKSγ—齒條與窗框之間的夾角θ—側(cè)窗開啟角HbR—齒條機構(gòu)中齒輪的分度圓半徑經(jīng)過特殊參數(shù)選取，KR=1.8，KS=1.2，（4）步進電機選型為了使開窗機更簡單，精準地控制窗戶的開關(guān)程度，我們選擇自帶減速的步進電機作為執(zhí)行元件。通過之前的力矩計算，我們采用86FH33-04兩相混合式步進電機作為機械部分的驅(qū)動裝置。其主要技術(shù)參數(shù)如表4-3：表格4-3步進電機86FH33-04主要參數(shù)步距角電機長度電流電機重量軸徑保持力矩1.880mm4A2.3kg12.7mm4.6N.m(靜力矩)（5）步進電機驅(qū)動電路設(shè)計：驅(qū)動系統(tǒng)電路選擇L298N作為驅(qū)動器，外圍在與電機相接時接8個二極管IN4007作振幅用，電路圖如圖4-16。圖4-16窗戶驅(qū)動電路4.7按鍵電路按鍵電路雖然簡單，但它肩負著與用戶交互的職責，因此成為整個系統(tǒng)不可或缺的部分。本系統(tǒng)在用戶端設(shè)置了兩個按鍵：“手動報警/結(jié)束報警”和“設(shè)防/撤防”，分別和單片機的外部中斷0和1連接。按鍵電路圖如圖4-17。圖4-17按鍵電路4.8電源電路電源是整個系統(tǒng)運行的重要保障。選擇電源以及電路的設(shè)計受很多因素影響，比如電壓電流、電磁干擾、輸出功率等等因素。本系統(tǒng)所需電壓大都為+5V，并且各傳感器和芯片功耗都很低。本系統(tǒng)很顯然需要長期工作，所以需要備用電源防止停電。一旦停電，由5V蓄電池繼續(xù)供電。交流220V轉(zhuǎn)直流+5V電路圖如圖4-18。圖4-18220V交流電壓轉(zhuǎn)+5V直流電路圖滅火模塊開窗電路中步進電機需要+12V的直流電壓，如圖4-19所示。圖4-19220V交流電壓轉(zhuǎn)+12V直流電壓滅火模塊噴水電路中電磁閥需要+24V的直流電壓，如圖4-20所示。圖4-20220V交流電壓轉(zhuǎn)+24V直流電壓5智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1用戶端程序設(shè)計5.1.1單片機總體設(shè)計本系統(tǒng)單片機需要執(zhí)行的任務(wù)有數(shù)據(jù)采集、LED點陣顯示、無線通信、語音報警、滅火處理、按鍵識別等任務(wù)。其中系統(tǒng)總程序?qū)⒀h(huán)調(diào)用數(shù)據(jù)采集、LED點陣顯示和無線通信這三個子程序。此外單片機兩個外部中斷接按鍵電路。圖5-1為系統(tǒng)主程序流程圖。本系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位，當單片機通電或者按鍵復(fù)位后，主程序即完成初始化。為了實現(xiàn)對環(huán)境數(shù)據(jù)實時監(jiān)測，主程序開始進入無限循環(huán)：數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)顯示并傳給監(jiān)控中心。當按下手動/結(jié)束報警按鍵時，系統(tǒng)進入中斷程序，然后系統(tǒng)進行判斷，如果是手動報警就執(zhí)行語音報警程序，顯示報警信息，并且將信號傳給監(jiān)控中心；如果判斷是結(jié)束報警，則關(guān)閉語音報警。當按下設(shè)防/撤防時，則改變當前功能進入下一步功能。圖5-1主控程序流程圖5.1.2數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集是智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本小節(jié)將依次介紹溫度、煙霧和CO傳感器數(shù)據(jù)處理[[]王文光，劉士興，謝武軍.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述[N].合肥工業(yè)大學學報，2010，33(9):1416-1419.[]王文光，劉士興，謝武軍.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述[N].合肥工業(yè)大學學報，2010，33(9):1416-1419.（1）溫度傳感器數(shù)據(jù)處理DS18B20的輸出為數(shù)字信號，數(shù)據(jù)線DQ直接與單片機的I/O口相連，同時單片機就是通過這個I/O口對溫度傳感器執(zhí)行操作。DS18B20的溫度轉(zhuǎn)換：首先對傳感器復(fù)位，成功后發(fā)送ROM指令，然后發(fā)送RAM指令[[]何燕陽.基于STM8S103F3單片機的車載溫度電子鐘[J].電子世界,2011.]。DS18B20有初始化時序、寫時序和讀時序：（1）當它初始化時，先把總線拉低480~60μs，然后拉高15~60μs，然后在接下來的60[]何燕陽.基于STM8S103F3單片機的車載溫度電子鐘[J].電子世界,2011.當DS18B20溫度轉(zhuǎn)換成功后，溫度值是以16位補碼的形式存放在高速暫存器的第0和第1個字節(jié)中。其中高5位是符號位，如果所測溫度大于0，這5位就是0，此時實際溫度是所測值乘以0.0625；如果所測溫度大于0，這5位就是1，此時實際溫度是所測值取反加1再乘以0.0625。表5-1為DS18B20溫度值格式。圖5-2為溫度采集流程圖。表5-1DS18B20溫度值格式表D7D6D5D4D3D2D1D0LSByte22222222D7D6D5D4D3D2D1D0MSByteSSSSS222圖5-2溫度采集流程圖溫度讀取轉(zhuǎn)換程序見附錄。（2）煙霧和CO數(shù)據(jù)采集MQ-2和MQ-7結(jié)構(gòu)原理類似，輸出模擬信號，需要通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。正好ADC0832是雙通道的轉(zhuǎn)換器，可以轉(zhuǎn)換煙霧和CO濃度值兩路模擬值，然后A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換輸出連接單片機I/O口。轉(zhuǎn)換結(jié)果要發(fā)送給顯示器和監(jiān)控中心。煙霧和CO數(shù)據(jù)采集流程如圖5-3所示。圖5-3煙霧和CO數(shù)據(jù)采集流程圖MQ-2傳感器中電阻隨煙霧濃度變化而變化，電壓也會相應(yīng)變化。傳感器阻值與煙霧濃度的關(guān)系為：logRs=m式中m,n均為常數(shù)，可以測幾組數(shù)據(jù)把m,n求出來。A/D轉(zhuǎn)換程序見附錄。5.1.3多傳感器數(shù)據(jù)處理傳統(tǒng)的火災(zāi)報警系統(tǒng)采用單一的傳感器，對火災(zāi)預(yù)報不準確。為了突出智能性，我們選擇多種傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)，對于這些數(shù)據(jù)，所以我們需要編輯算法判定火災(zāi)情況，降低火災(zāi)誤報率。流程圖5-4如下：圖5-4數(shù)據(jù)處理流程圖系統(tǒng)把現(xiàn)場情況分為正常、預(yù)警、暗火報警和明火報警四種情況。系統(tǒng)事先設(shè)置溫度T1，表示有情況。T2表示火災(zāi)報警，煙霧濃度P1表示有情況，P2表示火災(zāi)報警，CO由于是特殊氣體，正常情況下是很低的，所以只設(shè)定C1表示火災(zāi)預(yù)警。假設(shè)所測溫度為t℃，煙霧的濃度值為p%，CO濃度值為C%。所以就會有18種情況要分析，如表5-2所示：表格5-2探測結(jié)果c＜C1c＞C1p<P1P1≤p＜P2p≥P2p＜P1P1≤p＜P2p≥P2t＜T1①=2\*GB3②=3\*GB3③⑩??T1≤t＜T2=4\*GB3④=5\*GB3⑤=6\*GB3⑥???t≥T2=7\*GB3⑦⑧⑨???經(jīng)過對這18種數(shù)據(jù)進行分析，環(huán)境情況對應(yīng)如表5-3：表5-3分析結(jié)果表①正常⑩預(yù)警②正常?暗火報警③預(yù)警?暗火報警④預(yù)警?暗火報警⑤預(yù)警?暗火報警⑥暗火報警?明火報警⑦預(yù)警?明火報警⑧暗火預(yù)警?明火報警⑨明火報警?明火報警當環(huán)境情況為正常時，系統(tǒng)客戶端顯示當前溫度、煙霧、CO濃度值。當處于其他情況時，進行相應(yīng)的語音報警，并且在倒計時結(jié)束后對暗火報警采取開窗措施，對明火報警采取噴水措施。數(shù)據(jù)處理程序見附錄。5.1.4無線通信程序設(shè)計通訊程序流程為：監(jiān)控中心發(fā)送地址信號給用戶端，用戶端同樣通過無線傳輸模塊接受地址信號，當接受的地址信號與該用戶端地址信號相同時，單片機就會把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過JTT-433-UDI發(fā)送給監(jiān)控中心。流程圖如圖5-5所示：圖5-5無線通信流程圖無線通信程序見附錄。5.1.5LED顯示軟件設(shè)計顯示器顯示原理：先通過取模軟件來將顯示字符的字模取出，每次送一行數(shù)據(jù)，需要16次送完。第一行顯示的數(shù)據(jù)通過8片列芯片送出64位數(shù)據(jù)，第一行給低電平，其他行給高電平，然后送第二行，逐步16行送完。顯示程序流程圖5-6：圖5-6顯示程序流程圖5.1.6語音報警軟件設(shè)計當單片機處理數(shù)據(jù)后判定當前火情為預(yù)警、暗火報警和明火報警時，語音軟件進行語音提示。語音內(nèi)容需要被編譯成BIN文件后才能有效，通過與PC端連接的USB下載到WT588D模塊。WT588DVioceChip軟件界面如圖5-7。圖5-7語音軟件界面語音報警設(shè)計程序見附錄。5.1.7看門狗設(shè)計當單片機受外界磁場的干擾，程序就無法正常運行。所以我們設(shè)計了“看門狗”。所以本系統(tǒng)在選擇單片機芯片時，特地選擇內(nèi)部自帶看門狗的控制芯片。STC89C54單片機可以通過寄存器WDT_CONTR來設(shè)置看門狗的啟動、停止和溢出時間。WDT_CONTR的各位定義如表5-4所示：表5-4WDT_CONTR定義表位序號D7D6D5D4D3D2D1D0位符號EN_WDTCLR_WDTIDLE_WDTPS2PS1PS0（1）EN_WDT表示看門狗允許位，當EN_WDT=1時，啟動看門狗[[]馬如遠,陳麗萍,柴國鐘.基于單片機和傳感器技術(shù)的智能鋼構(gòu)橋梁溫度監(jiān)控系統(tǒng)電腦[J].知識與技術(shù),2013.[]馬如遠,陳麗萍,柴國鐘.基于單片機和傳感器技術(shù)的智能鋼構(gòu)橋梁溫度監(jiān)控系統(tǒng)電腦[J].知識與技術(shù),2013.（2CLR_WDT表示看門狗清“0”位，當CLR_WDT=1時，看門狗定時器重新計數(shù)。（3）IDLE_WDT表示看門狗“IDLE”模式位，當IDLE_WDT=0時，看門狗定時器在單片機處于“空閑模式”時不計數(shù)；當IDLE_WDT=1時，單片機處于“空閑模式”時計數(shù)。（4）PS2，PS1，PS0是看門狗定時器預(yù)分頻值，不同值對應(yīng)預(yù)分頻數(shù)也不同?？撮T狗定時器預(yù)分頻值如表5-5：表5-5看門狗定時器預(yù)分頻值PS2PS1PS0預(yù)分頻數(shù)PS2PS1PS0預(yù)分頻數(shù)000210032001410164010811012801116111256看門狗溢出時間=(N×預(yù)分頻數(shù)x32768)/晶振頻率在該公式中，N表示單片機的時鐘模式。晶振頻率就是當前系統(tǒng)的時鐘頻率?？撮T狗啟動后開始計數(shù)，當計數(shù)時間不超過溢出時間，將計數(shù)器清零。本系統(tǒng)中只要執(zhí)行語句：WDT_CONTR=0x35，根據(jù)上面兩張表可以算出看門狗溢出時間=12*64*32768/40000000=629ms所以“喂狗”時間小于629ms，看門狗計數(shù)器就不會溢出。5.1.8滅火模塊程序設(shè)計當系統(tǒng)判斷當前環(huán)境為預(yù)警時，滅火模塊不啟動。當判斷為暗火預(yù)警和明火預(yù)警，并且經(jīng)過倒計時后報警仍未解除，則系統(tǒng)開始自動滅火。具體設(shè)計為第一種情況：當單片機處理數(shù)據(jù)后判定為暗火預(yù)警并由語音軟件報警完畢后啟動延時程序，如果手動/結(jié)束報警沒有在延時程序結(jié)束前被按下，則由單片機控制步進電機驅(qū)動電路打開窗戶排除煙霧；第二種情況：當判斷為明火預(yù)警并且語音軟件報警完畢后啟動延時程序，如果手動/結(jié)束報警沒有在延時程序結(jié)束前被按下，則由單片機控制電磁閥打開水閥進行噴水滅火。滅火程序流程圖如圖5-8。圖5-8滅火程序流程圖5.2監(jiān)控中心軟件設(shè)計監(jiān)控中心通過無線通信模塊接收大樓各監(jiān)控點發(fā)來的環(huán)境參數(shù)和報警信息。為了符合我們提出的“人性化”的設(shè)計要求，我們用VB軟件設(shè)計了一個人性化的監(jiān)控界面[[]黃剛，黨向盈.VisualBasic程序設(shè)計使用教程[M].中國礦業(yè)大學出版社,2010.[]黃剛，黨向盈.VisualBasic程序設(shè)計使用教程[M].中國礦業(yè)大學出版社,2010.登錄界面設(shè)計如下：（1）放置3個標簽控件放置標題、用戶名和密碼。（2）放置2個文本控件用于輸入用戶名和密碼。（3）放置兩個按鈕控件用于確認登錄和重置用戶名和密碼。相關(guān)控件屬性設(shè)置見表5-6：表5-6VB登錄界面控件屬性表控件名稱主要屬性Label1Caption=智能樓宇火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)Label2Caption=用戶名Label3Caption=密碼Command1Caption=登錄Command2Caption=重置userText為空passwordPasswordChar=*,Text為空VB登錄端界面如圖5-9，程序代碼見附錄。圖5-9VB登錄界面監(jiān)控界面設(shè)計如下:（1）放置1個MSComm控件用于實現(xiàn)PC與單片機串口通信。（2）放置5個框架控件設(shè)置溫度值、煙霧濃度值、CO濃度值、監(jiān)控點查詢和報警地點五大塊。（3）放置1個組合框控件用于選擇房間。（4）放置4個文本控件用于顯示溫度值、煙霧濃度值、CO氣體濃度值和報警房間號。（5）放置4個按鈕控件用于開啟/重啟、關(guān)閉系統(tǒng)、結(jié)束報警和查看各房間的環(huán)境信息。表格5-7監(jiān)控界面控件屬性表控件名稱主要屬性控件名稱主要屬性Frame1Caption=溫度/℃Command3Caption=開啟系統(tǒng)Frame2Caption=煙霧濃度/‰Comman4Caption=關(guān)閉系統(tǒng)Frame3Caption=CO濃度/‰Text1Text為空Frame4Caption=房間號Text2Text為空Frame5Caption=報警房間號Text3Text為空Command1Caption=查看Text4Text為空Command2Caption=關(guān)閉報警MSComm程序中設(shè)置下面是VB監(jiān)控界面圖5-10，流程圖5-11和主要程序代碼。圖5-10VB監(jiān)控界面圖5-11VB監(jiān)控界面流程圖6PCB制版設(shè)計本次系統(tǒng)設(shè)計運用了很多知識和技能，除了書本理論知識，還有各種專業(yè)機械和電子軟件。除了已經(jīng)學過的機械繪圖軟件AutoCAD、可編程序設(shè)計VisualBasic和單片機編程軟件KeilC51。還有之前未學習過的流程圖繪制軟件Visio和電路原理圖和PCB設(shè)計軟件AltiumDesigner。本章節(jié)將簡要介紹AltiumDesigner10的學習和使用[[]黃杰勇，林超文.AltiumDesigner實戰(zhàn)攻略與高速PCB設(shè)計[M].電子工業(yè)出版社,2015.[]黃杰勇，林超文.AltiumDesigner實戰(zhàn)攻略與高速PCB設(shè)計[M].電子工業(yè)出版社,2015.6.1電路原理圖繪制本節(jié)以PCB工程的創(chuàng)建過程為例進行介紹，先創(chuàng)建PCB工程文件，然后創(chuàng)建一個新的原理圖并加入到新創(chuàng)建的工程中，創(chuàng)建完畢后就可以進行具體繪制工作了。以下是原理圖繪制的主要步驟：（1）設(shè)置圖紙大?。焊鶦AD繪圖一樣，在繪圖前要確認圖紙大小。原理圖圖紙默認的是A4，對文檔修改具體步驟為在最上方菜單欄中找到設(shè)計，在彈出的下拉菜單中找到文檔選項，然后在彈出的窗口中對包括文檔大小在內(nèi)的屬性進行修改。（2）創(chuàng)建工程文件：這是一切的基礎(chǔ)，之后新建的原理圖文件和PCB文件都要添加到其中。具體步驟是打開軟件，在最上方菜單欄里找到文件，點擊文件彈出菜單，選擇第一個新建，在彈出的子菜單中選擇工程，再在彈出的子菜單中選擇PCB工程，至此工程文件就算創(chuàng)建好了。（3）創(chuàng)建原理圖文件：在工程文件建好后，在左側(cè)建好的工程文件名上右擊彈出新菜單，點擊里面的“給工程添加新的”，然后在彈出的菜單中選擇Schematic，此時原理圖文件就建好了，建好的文件是在原工程文件里面。以后要打開只要打開工程文件就可以了，然后選擇文件下的原理圖文件。其實在實際操作中，只要打開軟件，上次用過的幾個工程文件都顯示在左側(cè)工程欄里面，找到非常方便。（4）在新建完原理圖文件準備畫原理圖之前，需要提前把電路圖中要用到的元件準備好。這些元件分兩種，一是系統(tǒng)元件庫里自帶的，常用的基本元件系統(tǒng)都有；二是系統(tǒng)里面沒有的，需要自己解決的。解決方法有兩種，一是到官網(wǎng)里下載相應(yīng)公司里的元件，二是自己繪制元件。具體步驟在左側(cè)工程文件名上右擊彈出新菜單，點擊里面的“給工程添加新的”，然后在彈出的菜單中選擇SchematicLibrary，然后你會看到一個帶有十字軸的界面，然后就可以自由繪制了，繪制完成后保存。在原理圖文件中找到菜單欄中的設(shè)計，在彈出的菜單中找到添加/移除庫，在彈出的窗口中瀏覽元件庫，點擊安裝按鈕，找到之前保存的設(shè)計元件，點擊打開即可完成元件的添加。（5）放置元件：在各種準備情況做好后就可以開始繪制原理圖了。首先就是添加需要的元件。具體步驟為在最上方的菜單欄中找到放置，在彈出的菜單欄中選擇器件，然后就會彈出一個放置端口，在物理元件一欄有三個下拉欄或者按鈕。第一個是之前選擇器件的名稱，可以快速選擇之前所選的；第二個按鈕是放置元件的記錄，點擊后會彈出窗口，里面詳細列舉了所有之前放置元件的信息，包括名稱、標識、封裝類型等等。第三個按鈕是選擇，點擊后彈出瀏覽庫，可以在已經(jīng)下載好的庫中選擇需要的零件。其實最簡單的方法是在原理圖界面右側(cè)菜單中點擊庫，在彈出的文件欄中找到需要放置的元件，雙擊元件名稱即可放置。（6）元件屬性修改，在放置元件后，雙擊元件可以對名稱，參數(shù)等等進行修改。（7）添加電源和接地符號：兩種途徑可以添加，一是在最上方菜單欄中找到放置，點擊彈出下拉菜單，里面可以找到；第二個直接在快捷菜單中找到相應(yīng)圖標就可以了。（8）添加電氣線：當所有元件放置完畢后，就可以進行連線了。單擊元件引腳作為線的起點，然后在終點再次左擊就可以了。另外雙擊連接線還能修改線的顏色和線寬等屬性。（9）放置文本框：在繪制完原理圖后可能需要對各個電路進行標注，使得查看時一目了然。具體步驟為在最上方菜單欄中找到放置，然后在彈出的下拉菜單中選擇文本框。左鍵點擊確認位置后再次左鍵確認大小后就放好了。然后雙擊進入編輯界面，可以修改文字的大小和顏色等屬性。（10）標題欄填寫：在電路圖繪制完成后，在標題欄中填寫原理圖信息，包括圖紙標題、大小、作者、時間、文件所在位置、頁碼等等。但是，在設(shè)計中找到文檔選項，點擊參數(shù)選項可以修改，完成后退出卻發(fā)現(xiàn)標題欄沒有變化。經(jīng)過百度找到解決方案，在放置選項中點擊文本字符串，按一下Tab鍵彈出標注窗口，然后點擊文本所在的下拉框選擇需要填寫的信息，確定后在相應(yīng)位置放置*，雙擊即可編輯。通過對AD10軟件的學習和本設(shè)計原理圖的繪制，總結(jié)了兩大注意點：（1）在設(shè)計元件時，大小很重要。如果不確定可以先拷貝到原理圖看看，調(diào)整好大小再剪切回設(shè)計圖重新設(shè)計。此外系統(tǒng)中內(nèi)置的元器件也是不能調(diào)整大小的，只能通過調(diào)整圖紙大小達到所需效果。（2）元件設(shè)計完成后一定要保存。一是因為在原理圖界面發(fā)現(xiàn)設(shè)計的元件有大小問題是不能在線修改或者拷貝回設(shè)計圖中修改的，只能在原元件圖中修改。二是因為后續(xù)PCB設(shè)計需要與元件建立連接關(guān)系。6.2印制電路板設(shè)計PCB板的設(shè)計和原理圖界面差不多，所以PCB設(shè)計的很多步驟也類似。首先還是在工程文件上右擊彈出菜單，點擊“給工程添加新的”，然后在彈出的菜單中紅選擇第二個選項PCB工程，軟件就加載出了PCB編輯界面。PCB設(shè)計主要分為兩部分。第一部分是逐個設(shè)計原理圖中各個元件的封裝，然后建立好一一對應(yīng)的關(guān)系，第二部分是重新放置各元件的相對位置，從而更好的連線。以下是PCB設(shè)計的主要步驟：（1）創(chuàng)建PCB庫文件：在工程文件上右擊選擇“給工程添加新的”，在子菜單中點擊PCB庫，此時文件創(chuàng)建完成。右擊選擇“另存為”設(shè)置文件名稱和存儲位置。（2）設(shè)計元件封裝：在畫封裝圖之前需要查找數(shù)據(jù)手冊知道該元件的封裝類型、引腳個數(shù)以及具體尺寸等等。了解這些參數(shù)之后就可以開始設(shè)計封裝了。這里以Dip直列封裝為例，首先在菜單欄中點擊工具，在下拉菜單中找到元器件向?qū)В缓蟀凑諏υ捒蛑械牟襟E首先選擇封裝類型和元件尺寸的單位，完成后點擊下一步。接著開始對焊盤進行設(shè)計，包括焊盤的長、寬和孔的直徑，完成后點擊下一步。接下來開始設(shè)置焊盤中各引腳之間的距離，點擊下一步。接著設(shè)置外框?qū)挾戎?。設(shè)置完成后點擊下一步，輸入焊盤個數(shù)也就是引腳數(shù)。完成后點擊下一步最后修改該封裝的名稱。設(shè)計完之后點擊設(shè)計，添加到PCB庫里去。設(shè)計其它封裝時可參照該步驟進行。當然，有的封裝用元器件向?qū)д也坏降木托枰约豪L制了，比如電源電路中的78系列。（3）建立連接機制：建立的目的是當選擇元件的原理圖庫之后，其對應(yīng)的PCB庫就會出現(xiàn)，并且它們是一一對應(yīng)的關(guān)系，不會出現(xiàn)差錯。具體步驟為：在左側(cè)文件欄中從工程切換到原理圖庫，之前選中的元器件1上右擊，在彈出的菜單中點擊模型管理器。此時在彈出窗口的左側(cè)欄會顯示之前選擇需要連接的元件原理圖，在右側(cè)欄中選擇添加封裝，在彈出的PCB模型窗口中點擊瀏覽，找到需要建立關(guān)系的封裝庫之后點擊確定。但是要特別注意的是，封裝圖只有數(shù)字引腳，還要與所需要連接的原理圖的引腳一一對應(yīng)。所以在選擇封裝后，點擊窗口中的PinMap,在彈出的窗口中把右側(cè)模型管腳標號修改為封裝里實際數(shù)字引腳。點擊確定。最后在元件原理圖上方菜單欄中找到工程，在彈出的下拉菜單中點擊設(shè)計工作區(qū)，選擇編譯所有工程，編譯完成后在右側(cè)菜單欄中找到庫就可以瀏覽一一對應(yīng)的原理圖庫和封裝庫了。如果沒有對應(yīng)封裝，看左側(cè)文件欄所指定的原理圖庫和PCB庫名稱后面是否帶*號，此時只要保存即可消失，同時元件與封裝一一對應(yīng)。（4）原理圖轉(zhuǎn)化PCB：在導(dǎo)入之前首先要先編譯原理圖，此外還要求生成的PCB文件，原理