基于單片機(jī)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（論文）.doc

摘 要賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是隨時(shí)警惕火災(zāi)、及時(shí)報(bào)警和輸出聯(lián)動(dòng)滅火信號(hào)的忠實(shí)哨兵。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要涵蓋以下六個(gè)方面：傳感器的選型、單片機(jī)的選取、接口芯片的選取、報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)、電源的設(shè)計(jì)以及聯(lián)動(dòng)消防裝置的設(shè)計(jì)。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)一定的方式向火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，火災(zāi)報(bào)警控制器收到報(bào)警信號(hào)后，立即發(fā)出聲光報(bào)警，并打開消防聯(lián)動(dòng)裝置。本設(shè)計(jì)的檢測(cè)裝置由離子感煙傳感器ud-02和與之配套的專用集成電路dq-295等組成，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的火災(zāi)參數(shù)采集，模/數(shù)轉(zhuǎn)換，地址編碼，然后傳送給單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算處理，判斷現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)生火災(zāi)。這種信號(hào)處理方式將單片機(jī)用于火災(zāi)模式判別，可以根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火災(zāi)參數(shù)的發(fā)展變化規(guī)律來(lái)識(shí)別真假火災(zāi)，不同于傳統(tǒng)單一的定值判別方式，有利于提高火災(zāi)判別的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)； 監(jiān)測(cè)； 控制； 消防聯(lián)動(dòng) abstractfire auto-alarm system of hotel is used to monitor the fire in the room continuously ,then report the corresponding information to the public as well as control the fire preventional device.it contains six aspected contents mainly,that are sensors,a single chip mircrocomputer, the i/o integrated connection chip,the auto-alarm device,the design of the power source and the linkaged fire preventional device.fire auto-alarm system of hotel sends out the correlated signal to the single chip mircrocomputer in some way,then the single chip mircrocomputer will drive the acousto-optics alarm device and the linkaged fire preventional device after receive the signal.in this paper,the mointor deveice is made of ion feeling smoke sensor with the model of ud-02 and its corresponding integrated connection chip with the model of dq-295.it will gather all the fire parameter ,then process the data in a/d converter in order to judge whether there may be a fire or not,the core unit of this processing way of signal is a single chip mircrocomputer,it has the ability to identificate the true or false fire according to the processed date.it is very advantage to inhance the accurate degree of the fire.keywords: fire auto-alarm system； monitor； control ；linkaged fire preventional device目 錄1 緒論11.1 本論文的研究背景11.2 現(xiàn)有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)比較21.2.1 傳統(tǒng)火災(zāi)探測(cè)技術(shù)21.2.2 智能火災(zāi)探測(cè)技術(shù)31.3 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀41.4 本課題研究的主要任務(wù)及意義51.5 本論文的設(shè)計(jì)要求62 系統(tǒng)原理及總體方案設(shè)計(jì)72.1 系統(tǒng)原理72.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)72.2.1 系統(tǒng)各模塊的設(shè)計(jì)72.2.2 系統(tǒng)總構(gòu)架的設(shè)計(jì)83 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)103.1 硬件組成103.2 煙霧信號(hào)采集模塊103.2.1 離子感煙傳感器工作原理113.2.2 ud02 型離子感煙傳感器143.2.3 離子感煙傳感器專用集成電路dq-295163.2.4 離子感煙火災(zāi)報(bào)警器應(yīng)用電路183.3 單片機(jī)控制中心193.3.1 時(shí)鐘電路和工作方式193.3.2 中斷系統(tǒng)203.4 聲光報(bào)警模塊233.4.1 聲音報(bào)警電路233.4.2 led顯示器243.5 接口芯片8243253.6 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)273.7 消防聯(lián)動(dòng)裝置284 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)304.1 主程序設(shè)計(jì)304.2 讀數(shù)子程序314.3 核對(duì)子程序314.4 查找報(bào)警點(diǎn)子程序324.5 顯示及報(bào)警子程序344.6 聯(lián)動(dòng)消防354.7 延時(shí)子程序355 總結(jié)與展望365.1 總結(jié)365.2 系統(tǒng)展望37致謝38參考文獻(xiàn)39附圖41- 41 -1 緒論1.1 本論文的研究背景近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，生產(chǎn)力水平達(dá)到了前所未有的高度。城市現(xiàn)代化在這樣的背景下發(fā)展速度越來(lái)越快，高層建筑異軍突起，賓館行業(yè)也躋身其中。由于高層建筑都有建筑高度高、建筑面積大、用電設(shè)備多、供電要求高、人員集中等特點(diǎn)，這些都給高層建筑的防火問題提出了很高的要求。而最近幾年，我國(guó)因特大惡性火災(zāi)導(dǎo)致的多起群死群傷事件已引起有關(guān)部門的高度重視，高層賓館、大型商場(chǎng)等人員集中地區(qū)的防火問題被提上日程。在這些場(chǎng)所內(nèi)，各種電氣電子設(shè)備高度集中且處于長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)，電氣設(shè)備過(guò)載、過(guò)熱、短路的火災(zāi)隱患較多；另外，由于此類場(chǎng)所人群集中且易燃物較多，也從客觀上制造了火災(zāi)隱患。一旦發(fā)生火災(zāi)將很難及時(shí)救助，勢(shì)必要給國(guó)家和個(gè)人帶來(lái)不可估量的損失。為此，在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，人類不得不對(duì)火災(zāi)發(fā)生過(guò)程進(jìn)行專項(xiàng)研究，截至目前，已經(jīng)形成了較為成熟的概念。火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，而且與環(huán)境的相關(guān)性很強(qiáng)。一般情況下，一場(chǎng)火災(zāi)發(fā)生過(guò)程都伴隨著煙、溫、光等信號(hào)的產(chǎn)生。基于不同環(huán)境及不同燃燒物成分的火災(zāi)的生成氣成分、煙霧的粒徑構(gòu)成、溫場(chǎng)分布及光譜均有不同，因此，火災(zāi)過(guò)程涉及多個(gè)物理和化學(xué)參數(shù)，而且特征性比較強(qiáng)，與一般的擾動(dòng)有著本質(zhì)的區(qū)別?；谏鲜鎏匦?，早期火災(zāi)探測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，尤其是火災(zāi)多元復(fù)合探測(cè)技術(shù)在火災(zāi)探測(cè)領(lǐng)域得到廣泛采用，如采用物理參數(shù)復(fù)合的煙溫復(fù)合探測(cè)器，采用不同波段光傳感器復(fù)合的雙波段火焰探測(cè)器等。上述一切條件都促使了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的誕生。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是隨時(shí)警惕火災(zāi)、及時(shí)報(bào)警和輸出聯(lián)動(dòng)滅火信號(hào)的忠實(shí)哨兵，是早期報(bào)警的有力手段。實(shí)踐證明，設(shè)置先進(jìn)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)滅火系統(tǒng)是高層建筑做好自防自救的關(guān)鍵。羊城晚報(bào)稱火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)為“全天候的功勛衛(wèi)士”。1.2 現(xiàn)有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)比較隨著傳感技術(shù)及火災(zāi)特征性研究的發(fā)展，復(fù)合探測(cè)技術(shù)逐漸成熟，將來(lái)勢(shì)必能從根本上解決由于特征分析無(wú)法辨識(shí)火災(zāi)與非火災(zāi)參數(shù)而引起的各種問題。我國(guó)自1985年以來(lái)，單片機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用取得了一定的進(jìn)展，尤其進(jìn)入90年代以后，在自動(dòng)控制、智能儀表、自動(dòng)測(cè)試、家電、通訊領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用，其中用單片機(jī)開發(fā)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警器就是很好的一例?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警器最初是以晶體管繼電器為分立元件的產(chǎn)品，80年代末，90年代初隨著微型計(jì)算機(jī)的開發(fā)應(yīng)用，出現(xiàn)了以微機(jī)為核心的通用火災(zāi)報(bào)警器。它的應(yīng)用使人們對(duì)火災(zāi)的控制能力大大增強(qiáng)，使危害大大降低?；馂?zāi)報(bào)警器的主要心臟部件就是單片機(jī)，通過(guò)它接收來(lái)自火災(zāi)探測(cè)器的報(bào)警信號(hào)，經(jīng)過(guò)確認(rèn)后，發(fā)出聲光報(bào)警，顯示報(bào)警位置，并能發(fā)出控制信號(hào)啟動(dòng)消防設(shè)備，迅速滅火?？梢姡瑥男盘?hào)的接收處理到報(bào)警消防，完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，單片機(jī)在其中起到了關(guān)鍵的作用。1.2.1 傳統(tǒng)火災(zāi)探測(cè)技術(shù)傳統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)報(bào)警技術(shù)是由火災(zāi)探測(cè)器感知現(xiàn)場(chǎng)的某種火災(zāi)參數(shù)(如煙濃度、溫度等)，當(dāng)被感知的火災(zāi)參數(shù)達(dá)到某個(gè)限度值后，火災(zāi)探測(cè)器通過(guò)一定的方式向火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，火災(zāi)報(bào)警控制器收到報(bào)警信號(hào)后，立即發(fā)出聲光報(bào)警。這種信號(hào)處理方式的火災(zāi)報(bào)警設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中有幾個(gè)不足之處：(1)探測(cè)器的靈敏度固定，不易改變，這樣在不同場(chǎng)合、不同環(huán)境中使用就不能選擇最佳的火災(zāi)探測(cè)靈敏度，選擇高了容易誤報(bào)警，選擇低了一旦發(fā)生火災(zāi)，報(bào)警不及時(shí)會(huì)損失嚴(yán)重。(2)火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)缺乏故障的自診斷、自排除能力。火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是長(zhǎng)年不間斷運(yùn)行的設(shè)備，要求具有高度可靠的性能。(3)火災(zāi)報(bào)警的判據(jù)單一，對(duì)環(huán)境背景的干擾影響無(wú)法消除，這樣在一些場(chǎng)合就不能提供準(zhǔn)確的報(bào)警。傳統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的火災(zāi)判據(jù)僅僅是根據(jù)某種火災(zāi)參數(shù)是否達(dá)到某一定值來(lái)確定，這一判別工作是在火災(zāi)探測(cè)器中由硬件電路實(shí)現(xiàn)的，這樣就有可能由于環(huán)境背景的影響，或火災(zāi)探測(cè)器內(nèi)部電路的緩慢漂移，產(chǎn)生誤報(bào)。1.2.2 智能火災(zāi)探測(cè)技術(shù)為了克服傳統(tǒng)火災(zāi)探測(cè)技術(shù)的弊病，近年來(lái)發(fā)展了智能型火災(zāi)報(bào)警技術(shù)，完全擺脫了傳統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警信號(hào)處理方式，使得火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的可靠性有較大提高，這種智能分幾個(gè)方面：(1)探測(cè)智能：采用單片機(jī)作為信號(hào)處理芯片，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的火災(zāi)參數(shù)采集，模/數(shù)轉(zhuǎn)換，地址編碼，然后傳送給火災(zāi)報(bào)警控制器，由火災(zāi)報(bào)警控制器中的計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算處理，判斷現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)生火災(zāi)，這種信號(hào)處理方式將計(jì)算機(jī)用于火災(zāi)模式判別，可以根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火災(zāi)參數(shù)的發(fā)展變化規(guī)律來(lái)識(shí)別真假火災(zāi)，改變傳統(tǒng)單一的定值判別方式，有利于提高火災(zāi)判別的準(zhǔn)確性。(2)監(jiān)控智能：在傳統(tǒng)的百家系統(tǒng)中監(jiān)控功能智能由硬件邏輯電路來(lái)完成。不僅增加成本，而且許多系統(tǒng)內(nèi)部的故障都不能報(bào)警。采用智能技術(shù)后，系統(tǒng)的正常維護(hù)工作由計(jì)算機(jī)自身的軟件完成，周期地運(yùn)行自診斷程序，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的任何微小的故障，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性能。(3)抗干擾智能：由于系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境比較復(fù)雜，有時(shí)線路上和環(huán)境空間存在著嚴(yán)重的干擾信號(hào)，這些在傳統(tǒng)的報(bào)警系統(tǒng)中難以濾除，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行?？垢蓴_智能采用各種消除干擾的軟件技術(shù)(如數(shù)字濾波等)，把干擾信號(hào)限制到最低限度，提高和系統(tǒng)的抗干擾能力。一般情況下，智能化火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)基本組成框圖如圖1-1所示。數(shù)據(jù)記錄器被測(cè)參數(shù)模擬顯示模擬量輸出通道微機(jī)模擬量輸入通道傳感器報(bào)警器圖1-1 智能化火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)1.3 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)超早期火災(zāi)探測(cè)報(bào)警技術(shù)的研究與產(chǎn)品開發(fā)十分重視。早在20世紀(jì)80年代，日本、美國(guó)、英國(guó)、瑞士、德國(guó)、法國(guó)、澳大利亞等國(guó)相繼開始投入大量的科研經(jīng)費(fèi)、科技力量進(jìn)行技術(shù)產(chǎn)品的專門研究和開發(fā)?；馂?zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可靠性的提高體現(xiàn)在用智能技術(shù)處理傳感器提供的火災(zāi)信息上人們建立了多種火災(zāi)探測(cè)算法、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式，也有從事研究非火災(zāi)探測(cè)的模式。而各種單一傳感器提供的火災(zāi)信息均混雜非火災(zāi)信息，從而，給從傳感器提供的火災(zāi)信息上判別火災(zāi)增加了難度。于是，人們開始探索新型探測(cè)原理的傳感器件（如氣體氣味傳感器等）和復(fù)合探測(cè)器，取得顯著成效的是對(duì)火災(zāi)過(guò)程的多參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的復(fù)合傳感器。它對(duì)火災(zāi)產(chǎn)生的多種參數(shù)進(jìn)行多種信息的分析，排除干擾，確定火災(zāi)，從而提高了判斷火災(zāi)的準(zhǔn)確性。而與之配套的硬件則采用復(fù)合多傳感等傳感方式，為判斷火災(zāi)提供更加充分的火災(zāi)信息。成熟的產(chǎn)品有煙、溫復(fù)合智能火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，并已用于實(shí)際工程。我國(guó)的火災(zāi)報(bào)警器控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無(wú)到有、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展過(guò)程，其智能化程度也越來(lái)越高。目前已有多家科研院所和廠家致力于研發(fā)適合我國(guó)消防領(lǐng)域特點(diǎn)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品，在部分城市建立了火災(zāi)報(bào)警監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在消防監(jiān)控和滅火救援方面發(fā)揮了重要作用。雖然我國(guó)應(yīng)用自動(dòng)報(bào)警裝置的時(shí)間并不長(zhǎng)，但是據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，準(zhǔn)確報(bào)警事例已達(dá)數(shù)千次。資料顯示，凡裝有自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的建筑物中，當(dāng)火情發(fā)生時(shí)，由于能夠及時(shí)報(bào)警，把火災(zāi)消滅在初期，從而大大減少了火災(zāi)的危害。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，火災(zāi)探測(cè)與報(bào)警技術(shù)也在不斷提高。作為一門多專業(yè)、多學(xué)科的綜合性火災(zāi)探測(cè)與報(bào)警技術(shù)，近幾年得到了迅速發(fā)展，已成為人類與火災(zāi)作斗爭(zhēng)的重要手段。加入wto以來(lái)，面對(duì)高新技術(shù)的發(fā)展機(jī)遇和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)國(guó)際化的競(jìng)爭(zhēng)挑戰(zhàn)，我國(guó)消防電子產(chǎn)品逐漸和世界接軌，向高可靠、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的早期火災(zāi)探測(cè)報(bào)警技術(shù)發(fā)展。1.4 本課題研究的主要任務(wù)及意義通過(guò)上述信息，我們了解到，賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著相當(dāng)重要的地位。因此，賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)也是當(dāng)前相當(dāng)熱門的項(xiàng)目課題。但是，鑒于筆者的知識(shí)水平所限，本課題研究的目的僅限于：能綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)、基本技能；分析、解決本專業(yè)實(shí)際問題的能力；全面分析、考慮問題的思維方式、工作方法；計(jì)算、繪圖和編寫設(shè)計(jì)文件的能力以及實(shí)際工作能力、社會(huì)活動(dòng)能力。當(dāng)然選擇這個(gè)課題，首先，立足于自動(dòng)化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)；其次，尊重于自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)要求；最后，體現(xiàn)了本專業(yè)工程訓(xùn)練的要求。自動(dòng)化專業(yè)的靈魂是控制，控制的核心思想是反饋，反饋的前提是檢測(cè)，賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)這一題目正是在這樣的專業(yè)背景下誕生的。本課題難度適中，適宜于作為本科應(yīng)屆畢業(yè)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題?？傮w來(lái)說(shuō)，本課題對(duì)設(shè)計(jì)者的綜合知識(shí)運(yùn)用是一次艱巨的考量，尤其是硬件方面的知識(shí)傳感器的選取，模塊電路的細(xì)化等方面具備了一定的難度。軟件方面則側(cè)重于考查學(xué)生運(yùn)用匯編語(yǔ)言的編程能力。另外，從嚴(yán)格意義上來(lái)講，要想完成本課題的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者還應(yīng)該自學(xué)有關(guān)建筑消防方面的基本知識(shí)，以便在設(shè)計(jì)出火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的同時(shí)，再嘗試設(shè)計(jì)相關(guān)的聯(lián)動(dòng)消防裝置。從生產(chǎn)生活角度來(lái)講，本課題的研究對(duì)于日常安全有著積極的現(xiàn)實(shí)意義和潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但我們還應(yīng)該看到，這個(gè)過(guò)程的完善不可能一蹴而就，必將是一個(gè)長(zhǎng)期的探索研發(fā)過(guò)程。1.5 本論文的設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)以賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)為題，通過(guò)對(duì)煙濃度、溫度等火災(zāi)參數(shù)的感知，采用單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，使用智能識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的檢測(cè)，并在監(jiān)測(cè)到火情信息后，產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)打開聯(lián)動(dòng)消防裝置。其具體設(shè)計(jì)要求如下：（1）要求所使用的傳感器靈敏度高，可靠性好，能時(shí)刻準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)賓館現(xiàn)場(chǎng)的火災(zāi)參數(shù)。（2）要求選用的單片機(jī)能對(duì)信號(hào)做出準(zhǔn)確的分析處理，并傳到聲光報(bào)警裝置。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，首先起火房間會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警；同時(shí)，起火樓層總服務(wù)臺(tái)處也會(huì)發(fā)生聲音報(bào)警并會(huì)在led顯示屏上顯示相應(yīng)的著火房間。（3）設(shè)計(jì)備用電源，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，會(huì)自動(dòng)切斷賓館用電電路，轉(zhuǎn)換為備用電源供電。（4）要求單片機(jī)監(jiān)測(cè)到準(zhǔn)確的火災(zāi)信息后，能自動(dòng)打開聯(lián)動(dòng)消防裝置，對(duì)火災(zāi)進(jìn)行消防。 2 系統(tǒng)原理及總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)原理賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要涵蓋以下六個(gè)方面：傳感器的設(shè)計(jì)、單片機(jī)的選取、接口芯片的選取、報(bào)警裝置、電源以及消防聯(lián)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)。賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)如圖2-1所示?，F(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)報(bào)警器通過(guò)對(duì)傳感器火情信息的檢測(cè)，使用智能識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的監(jiān)測(cè)。當(dāng)報(bào)警器監(jiān)測(cè)到火情信息后，產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)打開聯(lián)動(dòng)消防裝置。傳感器傳感器信號(hào)調(diào)理電路傳感器火災(zāi)監(jiān)控模塊聯(lián)動(dòng)消防顯示記錄聲光報(bào)警信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路采樣保持比較采樣保持比較采樣保持比較圖2-1 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)原理圖2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.1 系統(tǒng)各模塊的設(shè)計(jì)第一，傳感器的設(shè)計(jì)。傳感器的作業(yè)環(huán)境是非常關(guān)鍵的一環(huán)，這決定了在具體環(huán)境中傳感器的選型問題。傳感器所要達(dá)到的任務(wù)目標(biāo)必須準(zhǔn)確無(wú)誤地反應(yīng)傳感器在規(guī)定的工作環(huán)境中的作用。基于賓館火災(zāi)的特殊情況，本設(shè)計(jì)選用離子感煙探測(cè)器。相對(duì)于感溫探測(cè)器和氣體探測(cè)器，離子感煙探測(cè)器能在火災(zāi)超早期作出準(zhǔn)確判斷。傳感器的設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的中心任務(wù)，具體情況將在隨后的章節(jié)中進(jìn)行詳述。第二，單片機(jī)的選取。根據(jù)要求，本設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)為at89s51。該單片機(jī)的具體情況將在隨后的章節(jié)中進(jìn)行闡述。第三，接口芯片。本設(shè)計(jì)的接口芯片采用并行接口芯片8243。有關(guān)8243的資料將會(huì)在隨后的章節(jié)中談到。第四，報(bào)警裝置。本設(shè)計(jì)的報(bào)警裝置采用聲光報(bào)警裝置：首先，起火房間會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警；同時(shí)，起火樓層總服務(wù)臺(tái)處也會(huì)產(chǎn)生聲音報(bào)警并會(huì)顯示具體的著火房間。報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)在隨后章節(jié)會(huì)詳細(xì)說(shuō)明。第五，電源的設(shè)計(jì)。當(dāng)單片機(jī)探測(cè)到著火房間后，會(huì)自動(dòng)切斷賓館用電電路，同時(shí)在不影響正常工作的前提下，轉(zhuǎn)換為備用電源供電。電源設(shè)計(jì)見隨后章節(jié)。第六，消防聯(lián)動(dòng)裝置。當(dāng)單片機(jī)探測(cè)到火情后，會(huì)自動(dòng)打開聯(lián)動(dòng)消防裝置。消防聯(lián)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)見隨后章節(jié)。2.2.2 系統(tǒng)總構(gòu)架的設(shè)計(jì)該賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，能對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，一旦出現(xiàn)火情能立即報(bào)警，并能指示出發(fā)生火災(zāi)的房間。本火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低等特點(diǎn)。若要換其他的傳感器，該系統(tǒng)還可以用于防盜報(bào)警、煤氣泄漏報(bào)警等。由于該系統(tǒng)主要用于多點(diǎn)集中檢測(cè)報(bào)警，故能對(duì)受監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行巡回檢測(cè)。為防止誤報(bào)警，當(dāng)檢測(cè)到某房間有火情時(shí)，該系統(tǒng)應(yīng)該延時(shí)3秒鐘后再檢測(cè)一次，若確有火情方可報(bào)警，并用數(shù)字指示出發(fā)生火災(zāi)地點(diǎn)。該系統(tǒng)的傳感器選用開關(guān)量傳感器。系統(tǒng)終端部分選用音響報(bào)警電路及數(shù)碼顯示電路。硬件電路如圖2-2所示，主機(jī)選用at89s51單片機(jī)，4線/7線譯碼器選用74ls48，數(shù)碼顯示部分選用bs212共陰數(shù)碼管，報(bào)警電路可選用一片kd9561及放大器、揚(yáng)聲器來(lái)構(gòu)成，多點(diǎn)檢測(cè)電路選用8243并行i/o口。由于8243每片有四個(gè)口，每個(gè)口有四個(gè)點(diǎn)，故每片8243可監(jiān)測(cè)16個(gè)房間，圖2-2用了兩片8243，根據(jù)需要，還可增加8243的數(shù)量。p2.0p1.0p1.3p1.4p1.5p1.6p2.4p2.7p2.3p2.2報(bào)警電路8243csprog p274ls488243csprog p2bs2124471616at89s51圖2-2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)在2.2中已經(jīng)作了初步的探討，本章將繼續(xù)講述該系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)并予以深化。3.1 硬件組成通過(guò)對(duì)火災(zāi)情況的分析，本設(shè)計(jì)采用如圖3-1所示的硬件組成，報(bào)警器硬件由煙霧信號(hào)采集模塊，聲光報(bào)警模塊以及聯(lián)動(dòng)消防模塊組成。圖中1，2，3組成數(shù)據(jù)采集模塊，4，5組成聲光報(bào)警模塊，5，6組成聯(lián)動(dòng)消防裝置。其中，1為傳感器，將現(xiàn)場(chǎng)煙霧濃度這一非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；2為信號(hào)調(diào)理電路，將傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理（放大、濾波等），使之滿足比較轉(zhuǎn)換電路的要求；3為比較轉(zhuǎn)換電路，完成將煙霧傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。聲光報(bào)警模塊由單片機(jī)和報(bào)警電路組成，由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)不同的聲光報(bào)警（異常報(bào)警、故障報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警）功能。下面對(duì)上述的各模塊進(jìn)行詳細(xì)的介紹。1煙霧傳感器3比較轉(zhuǎn)換2信號(hào)處理4聲 光 報(bào) 警 系 統(tǒng)5單片機(jī)系統(tǒng)at89s516聯(lián)動(dòng)消防裝置圖3-1 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件框圖3.2 煙霧信號(hào)采集模塊圖3-1中1，2，3組成煙霧數(shù)據(jù)采集模塊，將現(xiàn)場(chǎng)煙霧濃度這一非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并以數(shù)字量的形式送給單片機(jī)。3.2.1 離子感煙傳感器工作原理離子感煙傳感器是應(yīng)用放射性同位素組成的火災(zāi)報(bào)警專用傳感器，其傳感靈敏度高，可靠性好，目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。離子感煙傳感器由兩個(gè)電離室組成，外電離室有空與外界相通，煙霧可進(jìn)入電離室，而內(nèi)電離室是密封的，煙霧不能進(jìn)入。由于煙霧進(jìn)入外電離室，使內(nèi)外兩電離室離子電流不同，傳感器就輸出與煙霧成正比的傳感信號(hào)。離子感煙傳感器的工作原理如圖3-2所示：圖3-2 離子感煙探測(cè)器工作原理圖在正常工作狀態(tài)下，放射源發(fā)出的射線電離了電離室的空氣，便有電流從a經(jīng)b流向c，這時(shí)電離室是一個(gè)典型的電阻元件。初始條件下，在b點(diǎn)的電位vb是相對(duì)穩(wěn)定的，煙霧進(jìn)入ab之間的檢測(cè)室時(shí)，電離狀態(tài)發(fā)生變化，導(dǎo)致ab之間的電阻阻值變化，而bc間組成的參照室因不感覺煙的存在，基本保持阻值初始狀態(tài)不變，根據(jù)歐姆定律，在b點(diǎn)上分壓值發(fā)生相應(yīng)的變化，這一變化經(jīng)過(guò)電路放大，做為火警信號(hào)輸出，從而實(shí)現(xiàn)煙信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)變。在電極之間放有放射源241镅，由于它持續(xù)不斷地放射出射線，粒子以高速運(yùn)動(dòng)，撞擊空氣分子，從而使極板間空氣分子電離為正離子和負(fù)離子(電子)，這樣電極之間原來(lái)不導(dǎo)電的空氣具有了導(dǎo)電性，實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程的裝置我們稱它為電離室。如果在極板p1和p2間加上一個(gè)電壓e，極板間原來(lái)做雜亂無(wú)章運(yùn)動(dòng)的正負(fù)離子，此時(shí)在電場(chǎng)的作用下，正負(fù)離子做有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。正離子向負(fù)極運(yùn)動(dòng)，負(fù)離子向正極運(yùn)動(dòng)，從而形成了電離電流i。施加的電壓e愈高，則電離電流愈大。當(dāng)電離電流增加到一定值時(shí)，外加電壓再增高，電離電流也會(huì)增加，此電流稱之為飽和電流is，如圖3-3所示。電離室又可分為雙極性和單極性兩種.整個(gè)電離室全部射線所照射，電離室內(nèi)的空氣都被電離，我們把這種電離室稱為雙極性電離室。 所謂單極性電離室，是指電離室局部被射線所照射，使一部分形成電離區(qū)，而未被a射線所照射的部分則為非電離區(qū)。這樣在同一個(gè)電離室內(nèi)分為兩個(gè)性質(zhì)不同區(qū)域。如圖3-4所示。我們把這個(gè)非電離區(qū)稱為主探測(cè)區(qū)。 電離電流飽和電流外加電壓ei 圖3-3 電離電流和電壓的關(guān)系圖3-4 單極性電離室工作原理一般離子感煙探測(cè)器的電離室均設(shè)計(jì)成單極性的，因?yàn)楫?dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)煙霧進(jìn)入電離室后，單極性電離室要比雙極性電離室的電離電流變化大，也就是說(shuō)可以得到較大的電壓變化量，從而可以提高離子感煙探測(cè)器的靈敏度.在實(shí)際的離子感煙探測(cè)器設(shè)計(jì)中，是將兩個(gè)單極性電離室串聯(lián)起來(lái)，一個(gè)作為檢測(cè)電離室(也叫外電離室)，結(jié)構(gòu)上做成煙霧容易進(jìn)入的型式;另一個(gè)作為補(bǔ)償電離室(也叫內(nèi)電離室)，做成煙粒子很難進(jìn)入，而空氣又能緩慢進(jìn)入的結(jié)構(gòu)型式.電離室采用這種串聯(lián)的方式，主要是為了減少環(huán)境溫度、濕度、氣壓等自然條件的變化對(duì)電離電流的影響，提高離子感煙探測(cè)器的環(huán)境使用能力和穩(wěn)定性。如圖3-5所示：開關(guān)電路回路電壓uu1u2補(bǔ)償電離室檢測(cè)電離室圖3-5 檢測(cè)電離室和補(bǔ)償電離室示意圖當(dāng)外電離室進(jìn)入燃燒生成物或者煙霧時(shí)，部分正離子和負(fù)離子被吸附到燃燒生成物和煙霧顆粒上，（燃燒生成物或者煙霧要比離子大1000倍左右），所以它們?cè)陔妶?chǎng)中的速度就比原來(lái)要慢的多，并且在移動(dòng)中還有部分正負(fù)離子中和，這樣到達(dá)正負(fù)極板的離子數(shù)量想對(duì)減少，即離子電流變小。煙霧數(shù)量越多，離子電流就越小。而內(nèi)電離室是封閉的，無(wú)煙塵離子進(jìn)入，離子電流是恒定的。內(nèi)電離室與外電離室是串連的，如圖3-6所示。無(wú)煙霧時(shí)，a點(diǎn)電位約為1/2e。若有煙霧，外電離室的離子電流減小，等效電阻增加，a點(diǎn)電位下降，其下降程度與煙霧數(shù)量成正比。有煙霧和無(wú)煙霧時(shí)其電位差可達(dá)1v以上。外電離室內(nèi)電離室等效電阻r1r+e+eaau圖3-6 離子感煙傳感器等效電路圖3.2.2 ud02 型離子感煙傳感器ud02 型離子感煙傳感器具有靈敏度高、可靠性好，性能符合標(biāo)準(zhǔn)等特點(diǎn)。它有兩個(gè)電子室及一個(gè)放射源（am241）,對(duì)外有三個(gè)引出腳：a電極（接電源正端+9v）、b電極（接地）、c電極（收集電極即輸出端），外形如圖3-7所示。cbaaabc外離子室內(nèi)離子室圖3-7 ud-02型傳感器ud02 型離子感煙傳感器主要電參數(shù)：在205近海平面清潔空氣條件下，收集電極（即c電極）的平衡電位為5.05.6v；有煙霧時(shí)，收集電極的電位變化可達(dá)1.11.2v。極間電容為4pf，am241放射源為0.810.99uci；器件重量為12g,主要結(jié)構(gòu)材料為不銹鋼和塑料。用電加熱器加熱到440480時(shí)，對(duì)不同材料所產(chǎn)生的煙霧，其傳感器收集電極電位變化1.0v時(shí)的靈敏度見表3-1所示：表3-1 ud02 型離子感煙傳感器對(duì)煙霧靈敏度（收集電極電位變化v1.0v）燃燒材料煙霧含量（mg/）陰暗度(%)硅橡膠261.0乙烯基材料291.1紙煙1153過(guò)濾紙401.8棉花562.53.2.3 離子感煙傳感器專用集成電路dq-295由于離子感煙傳感器的廣泛應(yīng)用，與之配套的專用集成電路得到了迅速發(fā)展，dq-295是與ud02 型離子感煙傳感器相配套的專用集成電路。dq-295的管腳排列如圖3-8所示，其內(nèi)部功能框圖見圖3-9所示。圖3-8 dq-295管腳圖dq-295各引腳功能如下：第15腳接離子感煙傳感器的收集電極；12腳為內(nèi)部振蕩器的外接電容腳；7腳接定時(shí)電阻；14、15腳為輸入保護(hù)用；5腳為發(fā)光管led；1與4腳為檢測(cè)腳；3與15腳為電壓與靈敏度設(shè)置腳；10與11腳為報(bào)警輸出腳。注：a1 電池低電壓比較器 a2 信號(hào)電壓比較器圖3-9 dq-295內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖dq-295集成塊內(nèi)部設(shè)有檢測(cè)信號(hào)閥值設(shè)置（超過(guò)閥值即輸出報(bào)警聲）以及電池（或電源）低壓設(shè)置（電壓低于某值時(shí)發(fā)出報(bào)警聲）。由圖3-9可以看出，a1是檢測(cè)電池電壓的比較器，電池的分壓與內(nèi)部穩(wěn)壓管相比較，若電池電壓較高，比較器a1端輸出高電平；若電池電壓不足（內(nèi)部設(shè)置的閥值電壓為7.27.8v），則a1輸出低電平，并給出電池電壓不足的報(bào)警聲（每24各時(shí)鐘脈沖檢測(cè)一次）。3腳為電池電壓外部設(shè)置端，可以通過(guò)外接電阻網(wǎng)絡(luò)來(lái)改變其低電壓報(bào)警閥值。a2是檢測(cè)信號(hào)閥值比較器，無(wú)煙霧信號(hào)時(shí)，傳感器的輸出平衡電壓為5.3v左右，大于內(nèi)部設(shè)置的閥值電壓（約為4.7v），比較器a2輸出低電平；當(dāng)有煙霧信號(hào)時(shí)，傳感器輸出電壓下降1v左右，則其電壓小于內(nèi)部設(shè)置的閥值電壓，a2翻轉(zhuǎn)為輸出高電平，并發(fā)出調(diào)制報(bào)警聲。與a1一樣，也可以通過(guò)第13腳的外接電阻網(wǎng)絡(luò)來(lái)改變閥值電平高低。3.2.4 離子感煙火災(zāi)報(bào)警器應(yīng)用電路 (1)電路原理：離子感煙火災(zāi)報(bào)警器的應(yīng)用電路見圖3-10所示。它由離子感煙傳感器ud-02和與之配套的專用集成電路dq-295等組成。 注：打*的元件可根據(jù)壓電晶體的不同型號(hào)而改變圖3-10 離子感煙火災(zāi)報(bào)警器離子感煙傳感器由內(nèi)外兩個(gè)電離室組成，當(dāng)空氣中無(wú)煙霧時(shí)，輸出端o輸出電平約等于1/2電源電壓即4.5v，這時(shí)集成塊a不工作，壓電陶瓷喇叭b無(wú)聲。當(dāng)空氣中有煙霧粉塵時(shí)，煙霧顆粒進(jìn)入傳感器的外電離室，使離子電流大幅下降，相當(dāng)于等效電阻增大，所示o端電平下降。此電平下降的信號(hào)加到集成塊的第15腳，使集成塊觸發(fā)工作，第10、11腳就輸出調(diào)制的報(bào)警信號(hào)，推動(dòng)壓電陶瓷報(bào)警喇叭發(fā)出響亮的報(bào)警聲。途中s是試驗(yàn)按鈕開關(guān)，離子傳感器經(jīng)r3由9v電壓供電；當(dāng)按下s時(shí)，傳感器由r3、r4分壓供電，供電電壓只有4.5v，所以傳感器o電輸出電平下降，相當(dāng)于有煙霧狀態(tài)，則b發(fā)聲報(bào)警。(2)元器件選擇與制作r1r6均用rtx1/8w型炭膜電阻器；c1c3可用ct1型磁介電容器；led為普通紅色二極管；b為三端壓電陶瓷揚(yáng)聲器；為保證電路可靠正常工作，電源最好采用9v穩(wěn)壓電源供給；s為小型按鈕開關(guān)。3.3單片機(jī)控制中心本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的聲光火災(zāi)報(bào)警器，單片機(jī)是其中的核心部件，它就像大腦一樣，是設(shè)計(jì)中的樞紐。at89s51是一種低功耗/低電壓、高性能的8位單片機(jī)、片內(nèi)帶有4k字節(jié)的flash可編程，可擦除只讀存儲(chǔ)器（eprom），它采用了coms工藝和atmel公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)。而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與mcs-51兼容。片內(nèi)的flash存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來(lái)編程。因此at89s51是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)、可方便應(yīng)用在與本次設(shè)計(jì)相關(guān)的控制領(lǐng)域。3.3.1 時(shí)鐘電路和工作方式(1)時(shí)鐘電路at89s51內(nèi)部有一個(gè)由反向放大器所構(gòu)成的振蕩電路，xtal1和xtal2分別為振蕩電路的輸入端和輸出端，時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式時(shí)鐘電路如圖3-11所示。在xtal1和xtal2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路。晶體可以在1.2mhz到12mhz之間選擇。電容值在5-30pf之間選擇。電容的大小可起頻率微調(diào)作用，外部方式的時(shí)鐘電路如圖所示，xtal1接地xtal2接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩器信號(hào)無(wú)特殊要求。只要保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12mhz的方波信號(hào)。xtal1xtal2外部振蕩器xtal1xtal2內(nèi)部方式時(shí)鐘電路外部方式時(shí)鐘電路oc門+5v圖3-11 內(nèi)部方式和外部方式的時(shí)鐘電路(2)省電工作方式at89s51有兩種可用軟件來(lái)選擇的省電方式空閑工作方式和掉電工作方式。這兩種方式是由專用寄存器pcon（電源調(diào)制寄存器）中的pcon.1和idl（con.0）位來(lái)控制。pd是掉電方式位，當(dāng)pd=1時(shí)，激活掉電工作方式，ild空閑方式位，當(dāng)ild=1時(shí)，激活空閑工作方式。若pd和idl同時(shí)為1，則先激活掉電方式。3.3.2 中斷系統(tǒng)中斷技術(shù)是計(jì)算機(jī)一項(xiàng)很重要的技術(shù)。中斷系統(tǒng)是指能夠?qū)崿F(xiàn)中斷功能的相關(guān)硬件電路和軟件程序。中斷系統(tǒng)的功能主要為了解決快速的cpu與慢速的外設(shè)間的矛盾。有了中斷系統(tǒng)能使計(jì)算機(jī)的功能更強(qiáng)、效率更高、使用更加方便靈活。mcs51系列單片機(jī)中，不同類型的單片機(jī)，其中斷源數(shù)量不同。8051單片機(jī)的中斷系統(tǒng)包括5個(gè)中斷源、中斷請(qǐng)求標(biāo)志位（分別在特殊功能寄存器tcon和scon中）、中斷允許控制寄存器ie、中斷優(yōu)先級(jí)寄存器ip及內(nèi)部硬件查詢電路等部分。5個(gè)中斷源分為2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，可實(shí)現(xiàn)兩級(jí)中斷嵌套，ie控制cpu是否響應(yīng)中斷請(qǐng)求。由ip設(shè)置個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)，同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)的各中斷源同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，由內(nèi)部查詢電路確定其響應(yīng)次序。(1)系統(tǒng)的基本組成mcs-51系列單片機(jī)有5個(gè)中斷源。中斷源分為2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)都可由軟件來(lái)設(shè)定。mcs-51的中斷系統(tǒng)由4個(gè)與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器(tcon、scon的相關(guān)位作中斷源的標(biāo)志位)、中斷允許控制寄存器ie、中斷優(yōu)先級(jí)管理(ip寄存器)和中斷順序查詢邏輯電路等組成。中斷源：mcs-51單片機(jī)有五個(gè)中斷源。其中、為外部中斷源，其中斷請(qǐng)求信號(hào)分別由p3.2、p3.3引腳輸入，可選擇低電平有效或下降沿有效(由和設(shè)置)。內(nèi)部中斷源有t0、t1溢出中斷。串行口發(fā)送/接收共用一個(gè)中斷源。中斷請(qǐng)求標(biāo)志位：有五個(gè)中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。標(biāo)志位分別為ie0、ie1、tf0、tf1、ti/ri。中斷允許：兩級(jí)串聯(lián)式中斷允許。ea=1,開cpu中斷；開某個(gè)中斷源中斷時(shí)，還需將對(duì)應(yīng)中斷源的中斷允許位(ex0、et0、ex1、et1、es)置位。中斷允許控制位存放在特殊功能寄存器ie中。中斷優(yōu)先級(jí)：mcs-51單片機(jī)中斷分二級(jí)，即高級(jí)和低級(jí)。對(duì)于每個(gè)中斷源均可通過(guò)中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器中相應(yīng)位控制，當(dāng)某中斷源的優(yōu)先控制位置“1”時(shí)，該中斷源設(shè)置為高級(jí)，否則為低級(jí)。對(duì)于同級(jí)中斷源，由內(nèi)部硬件查詢邏輯來(lái)確定響應(yīng)次序。中斷源的入口地址：不同中斷源均有不同的中斷矢量，當(dāng)某中斷源的中斷請(qǐng)求被cpu響應(yīng)之后，cpu將通過(guò)硬件自動(dòng)地把相應(yīng)中斷源的中斷入口地址(又稱中斷矢量地址)裝入pc中，即從此地址開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序。因此，使用時(shí)一般在此地址單元中存放一條跳轉(zhuǎn)指令，當(dāng)cpu響應(yīng)中斷時(shí)，使單片機(jī)自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)入口地址的跳轉(zhuǎn)指令，然后再通過(guò)該跳轉(zhuǎn)指令跳至到用戶安排的中斷服務(wù)程序的入口處。mcs-51單片機(jī)各中斷源的矢量地址是固定的。中斷源的入口地址分別為： 外部中斷0中斷： 0003h 最高級(jí) to定時(shí)器0中斷： 000bh 外部中斷1中斷： 0013h t1定時(shí)器1中斷： 001bh 串行口輸入/輸出中斷： 0023h 最低級(jí)(2)中斷控制部分的功能8051單片機(jī)中斷控制部分由4個(gè)專用寄存器組成，他們的功能分述如下：中斷請(qǐng)求標(biāo)志寄存器。5個(gè)中斷源的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制位，均設(shè)置在定時(shí)控制寄存器tcon和串行口控制寄存器scon中。中斷開放和屏蔽mcs-51單片機(jī)中，設(shè)有一個(gè)專用寄存器ie（稱為中斷允許寄存器）。其作用是用來(lái)對(duì)各中斷源進(jìn)行開放或屏蔽的控制。中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定mcs-51單片機(jī)的中斷分為2個(gè)優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)都可以通過(guò)中斷優(yōu)先級(jí)寄存器ip中的相應(yīng)位來(lái)設(shè)定。中斷管理受ip寄存器控制，cpu將各中斷源的優(yōu)先級(jí)分為高低2級(jí)，并遵循以下2條基本原則：1)低優(yōu)先級(jí)中斷源可以被高優(yōu)先級(jí)中斷源中斷，反之不能。2)一種中斷一旦得到響應(yīng)，與它同級(jí)的中斷不能再中斷它。3)當(dāng)cpu同時(shí)收到幾個(gè)同一優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求時(shí)，按自然優(yōu)先級(jí)順序確定應(yīng)該響應(yīng)哪個(gè)中斷請(qǐng)求；其自然優(yōu)先級(jí)由硬件形成，排列如下：中斷源 同級(jí)自然優(yōu)先級(jí)外部中斷0 最高級(jí)定時(shí)器0中斷 外部中斷1 定時(shí)器1中斷 串行口中斷 最低級(jí)中斷相應(yīng)的阻斷在中斷處理過(guò)程中，若發(fā)生下列情況，中斷相應(yīng)會(huì)受到阻斷：1)同級(jí)或高優(yōu)先級(jí)的中斷正在進(jìn)行；2)現(xiàn)在的機(jī)器周期不是執(zhí)行指令的最后一個(gè)機(jī)器周期，即正在執(zhí)行的指令還沒完成前不響應(yīng)任何中斷；3)正在執(zhí)行的是中斷返回指令reti或是訪問專用寄存器ie或ip的指令。cpu在執(zhí)行reti或讀寫ie或ip之后，不會(huì)馬上相應(yīng)中斷請(qǐng)求，至少要在執(zhí)行其它一條指令之后才會(huì)響應(yīng)。若存在上述任一種情況，中斷查詢結(jié)果就被取消。中斷處理過(guò)程中斷處理過(guò)程分為三個(gè)階段，即中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回。由于不同的計(jì)算機(jī)有不同的中斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，其中斷相應(yīng)的方式也有所不同。8051單片機(jī)的中斷響應(yīng)與中斷返回由cpu硬件自動(dòng)完成，而中斷處理由軟件完成。它們的詳細(xì)過(guò)程在此就不贅述。3.4 聲光報(bào)警模塊數(shù)碼顯示部分選用bs212共陰數(shù)碼管，報(bào)警電路選用一片kd9561及放大器、揚(yáng)聲器來(lái)構(gòu)成。3.4.1 聲音報(bào)警電路聲音報(bào)警電路在單片機(jī)p2口的控制下，可以在檢測(cè)到火災(zāi)時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)。聲音信號(hào)由專門的語(yǔ)音芯片pb2130up002a提供，由單片機(jī)的p2.0控制。只有當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，芯片才會(huì)根據(jù)控制端的控制信號(hào)發(fā)出報(bào)警聲，否則不會(huì)發(fā)聲報(bào)警。由于該報(bào)警器約需10ma的驅(qū)動(dòng)電流，因此，選擇ttl系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動(dòng)。如圖3-12所示。圖中3-12中，驅(qū)動(dòng)器的輸入端接at89s51的p2.0，當(dāng)p2.0輸出高電平“1”時(shí)，7406的輸出為低電平，使壓電蜂鳴器引線獲得將近5v的直流電壓，而產(chǎn)生蜂鳴音響；當(dāng)p2.0端輸出低電平“0”時(shí)，7406輸出端升高到約+5v，壓電蜂鳴器的兩引線間的直流電壓降至接近于0v，發(fā)音停止。圖3-12 聲音報(bào)警接口3.4.2 led顯示器由p2口的p2.4p2.7分別控制bs212共陰數(shù)碼管，予以進(jìn)行光報(bào)警并顯示著火的房間號(hào)。led是發(fā)光二極管的縮寫。通常所說(shuō)的led顯示器由7個(gè)發(fā)光二極管組成，其排列形狀分別如圖3-13和3-14所示。led顯示器中發(fā)光二極管有兩種接法，分別是共陰極接法和共陽(yáng)極接法。本設(shè)計(jì)中選用的是bs212共陰數(shù)碼管，故在此只談共陰極接法把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時(shí)公共陰極接地，這樣陽(yáng)極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平的則不點(diǎn)亮。七段發(fā)光二極管，加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)八段。因此，提供給led顯示器的字型代碼正好一個(gè)字節(jié)。各位代碼的關(guān)系如表3-2所示：表3-2 各位代碼的關(guān)系代碼位d7d6 d5d4d3d2d1d0顯示段dpgfedcba 圖3-13 符號(hào)和引腳 圖3-14 共陰極led顯示器用led顯示器顯示十六進(jìn)制數(shù)的字型代碼如表3-3所示。表3-3 十六進(jìn)制數(shù)字行代碼表字型01234567共陰極3f065b4f666d7d07字型89abcdef滅共陰極7f6f777c395e7971003.5 接口芯片8243綜合考慮成本投入以及產(chǎn)品特性，本系統(tǒng)用8243芯片擴(kuò)展單片機(jī)的并行i/o口。8243為24腳的雙列直插式芯片，其與at89s51連線如圖3-15所示。圖3-15 8243與89c51連接圖該芯片共有4個(gè)4位的并行i/o端口，即p4、p5、p6和p7口，這四個(gè)端口均可獨(dú)立地設(shè)置或?yàn)檩斎肟诨驗(yàn)檩敵隹凇Ｓ捎诟鞫丝诰鶠?位，因此十分適宜用于bcd碼的輸入/輸出。cs為芯片的片選信號(hào)，低電平有效。8243芯片的p2口(p2.0p2.3)為控制及信號(hào)端口，其有兩個(gè)作用，一是傳送設(shè)置芯片各端口工作方式的命令及端口地址，二是傳送經(jīng)芯片輸入/輸出的數(shù)據(jù)。在第一種情況下，由p2.1、p2.0指定端口的地址，由p2.3、p2.2規(guī)定端口的工作方式，各位具體的定義見表3-4所示。表3-48243芯片p2口傳送控制命令時(shí)各位的定義p2.1p2.0芯片端口地址p2.3p2.2端口工作方式00p400輸入01p501輸出10p610或11p711與表3-4中的“或”、“與”方式是指分別把輸出的數(shù)據(jù)同被尋址端口的內(nèi)容進(jìn)行“邏輯或”及“邏輯與”運(yùn)算后再寫入該端口。因p2口既要傳送控制命令，又要輸入/輸出數(shù)據(jù)，因此8243芯片用prog腳上的輸出信號(hào)控制p2口上兩種性質(zhì)不同的信息的傳輸。prog信號(hào)的控制作用可用圖3-16所示的芯片輸入/輸出時(shí)序圖予以說(shuō)明。progp20-p23地址和操作碼數(shù)據(jù)圖3-16 8243芯片操作時(shí)序圖由圖3-16可見，在進(jìn)行輸入/輸出時(shí)，先通過(guò)p2口傳送選擇端口及端口操作方式的控制命令，該命令由prog的下跳沿鎖存至8243內(nèi)部的指令寄存器和地址譯碼器；而后進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送，由prog的上跳沿將數(shù)據(jù)通過(guò)指定的端口輸入/輸出。由于p4p7端口的輸出具有鎖存功能，則在prog的上跳沿后輸出的數(shù)據(jù)將一直保持在相應(yīng)的端口上；但輸入無(wú)鎖存，因此要求外部輸入的數(shù)據(jù)在prog為低電平時(shí)需保持有效，僅在完成數(shù)據(jù)的輸入后才可予以撤除。3.6 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)在實(shí)際開發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中占有很重要的位置。由于很多實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)工作環(huán)境比較復(fù)雜，所以電源設(shè)計(jì)就有很高的要求，既要穩(wěn)定，又要有很高的抗干擾能力。對(duì)于要求較高的系統(tǒng)，通常電源選擇比較可靠的專業(yè)廠家設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源系統(tǒng)。本章的電源系統(tǒng)，選擇穩(wěn)壓的電源，然后通過(guò)電源檢測(cè)控制部分電路連接到主板的電源系統(tǒng)。單片機(jī)檢測(cè)到火災(zāi)信息后，應(yīng)該能夠自動(dòng)切斷主電源