915154017基于單片機控制的智能火災報警系統(tǒng)設計畢業(yè)設計

1、第一章 緒 論1.1 選題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，排除水壓不足等因素外，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，達到分區(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

2、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，通過控制電路使電話自動撥號（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，成本低等優(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，保護人身和財產安全。火災報警技術是預防火災的一項基礎工作，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

3、人員傷亡和財產損失同樣具有十分重要的現(xiàn)實意義?；馂淖詣訄缶到y(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發(fā)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(shù)一起傳送給報警器，報警器再根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)及內部存儲的大量數(shù)據(jù)，利用火災模型判據(jù)來判斷火災是否

4、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)技術發(fā)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(shù)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基礎；（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

5、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，徹底避免了控制輸出與執(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)最重要的組成部分之一，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。其基本功能就是對物質燃燒過程中產生的

6、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。（1）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)督局頒布了國家標準：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。（

7、2）火災探測器的分類根據(jù)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(jù)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(shù)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。（3）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

8、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 火災探測器發(fā)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

9、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分離，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)可靠性的提高首先體現(xiàn)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。（3）報警

10、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(shù)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(shù)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。（2）氣體濃度探測

11、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別進行氣體濃度探測，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，性能價格比較高，其原理還可擴展用于其他場所氣體泄漏的監(jiān)測。（3）多信息技術應用早期的火災探測器對于火災信息的反應是輸出信息“0”或“1”即開關量，其他信息僅圍繞反映

12、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(shù)進行監(jiān)測，配以智能判別技術，以達到減少誤報，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(shù)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

13、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、輸出部分組成。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較后，根據(jù)差值和內部的軟件設計來對溫度高低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 工藝技術要求由于本系統(tǒng)是為直接應用于工廠，所以所有參數(shù)必須與相關產品相匹配，下面我們就以硅鋼片退火的相關參數(shù)為例來進行設計：1、利用單片機結合各類傳感器，實現(xiàn)樓宇（庫房） 現(xiàn)場溫度、煙氣信號的實時動態(tài)監(jiān)測，實時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)。2、當火災發(fā)生時，由計算機控制系統(tǒng)發(fā)生把盆景及控制信號。3、報警信號包括聲、光報警和電話語音報警，并通過通訊接口給相關部門發(fā)送火災

14、位置信號。4、控制信號用于卷簾門的自動控制（溫感一步降、煙感兩步降，同時具有手動控制功能）和自動噴淋、排風換氣裝置的啟動，要求系統(tǒng)控制精度高，響應速度快 ，動作時間小于5秒，工作可靠。5、本設計可以獨立單元房間（面積100平方米）設計，要求系統(tǒng)可以方便地實現(xiàn)擴展。2.2 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(shù)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

15、圍器件盡可能少，另外價格也便宜，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

16、，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達到比較高的程度后，防火門開始第二步下降，從中

17、位下降到把整個門關閉。因為只有溫度達到一定的高度，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，若有人按動“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。不論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。不論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”：若火災發(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

18、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?；饟錅绾?，防火門系統(tǒng)檢測到既無煙又無高溫，則確認火已滅，便自動關閉報警信號，防火門自動上升到正常位置。2.3 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做一下比較。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。用戶若想對寫入到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

19、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(shù)管腳也兼容；在使用上基本可以直接互換。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 atmel at89cx 做的編程器均帶

20、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，市場供應也很充足。 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，3

21、1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(shù)轉換器的選擇a/d轉換器的種類很多，就位數(shù)來分，有8位、10位、12位、16位等。位數(shù)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(jù)本設計的需要，我選擇的a/d轉換器是adc0809。 adc0809是美國analog device公司生產的8位逐次逼近式模數(shù)轉換器，轉

22、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4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（perom）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用atm

23、el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(shù)：at89c51管腳圖，如圖3-1。圖3-1 at89c51管腳圖與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：0hz24mhz三級加密程序存儲器128*8字節(jié)內部ram32個可編程i/o口線2個16位定時/計數(shù)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

24、：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(shù)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(shù)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。3.1.3 at89c51方框圖，如下圖3-2圖3-2 at89c51內部結構圖3.1.4 引腳功能說明 ：電源電壓 gnd：地 p0口：p0口是一組8位漏

25、極開路型雙向i/o口，也即地址/數(shù)據(jù)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。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在flash編程時，p0接受指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 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

26、輸出一個電流（i）。flash編程和程序校驗期間，p1口接受底8位地址。 p2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）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行movx dptr指令）時，p2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行movx ri指令）時，p2口行上的內容（也即特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中r2寄存器的內容），在整個

27、訪問期間不改變。flash編程或校驗時，p2亦接受高位地址和其它控制信號。 p3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口線外，更重要的用途是他的第二功能，見表3-1。表3-1p3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

28、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(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ale脈沖。對flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（prog非）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的8eh單元的d0位置位，可禁止ale操作，該位置位后，只有一條movx和movc指令ale才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ale無效。 psen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

29、器取指令（或數(shù)據(jù)）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(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的psen非信號不出現(xiàn)。 ea/vpp：外部訪問允許。欲使cpu僅訪問外部程序存儲器（地址為0000hffffh），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)。如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。flash存儲器編程時，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當然這必須是該器件是使用12v編程電壓vpp。 xtal1：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。 xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。

30、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饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器，振蕩電路參見圖3-3。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容c1、c2接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路，對外電容c1、c2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pf（10pf），而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pf（10f）。用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時

31、鐘的電路如下圖所示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到xtal1端，即內部時鐘發(fā)生器的輸入端，xtal2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，電腦最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產品技術條件的要求。圖3-3 振蕩電路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寄存器pcon（即電源中指寄存器）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i

32、dl=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，則先激活掉電模式。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和所有特殊功能寄存器的內容保持不變。空閑模式可由任何允許的中斷請求或硬件復位終止。終止空閑工作模式的方法有兩種，其一是任何一條被允許的中斷的事件被激活，idl被硬件清楚，即可中指空閑工作模式，程序會首先響應中斷，進入中斷服務程序，執(zhí)行完中斷服務程序并緊隨ret1指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機進入空閑模式那條指令后面的一條指令。其二是通過硬件復位也可將空閑工作模式終止

33、。需要注意的是，當由硬件復位來種植空閑工作模式時，cpu通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內部復位操作，硬件復位脈沖要保持兩個機器周期有效，在這種情況下，內部禁止cpu訪問片內ram，而允許訪問其它端口，為了避免可能對端口產生意外寫入，即或空閑模式的那條指令后一條指令不應是一條對端口或外部存儲器的寫入指令。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 和特殊功能寄存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寄存器但不包括ram中的內容，在恢復到正常工作電

34、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 程序存儲器的加密at89c51可使用對芯片上的3個加密位lb1，lb2，lb3進行編程（p）或不編程（u）來得到如下表3-2所示的功能：表3-2 加密位保護功能表注：表中的u表示未編程，p表示編程 當加密位lb1被編程時，在復位期間，ea端的邏輯電平被采樣并所存，如果單片機上電后一直沒有復位，則所存起的初始值是一個隨機數(shù)，且這個隨機數(shù)會一直到真正復位為止，為單片機能正常工作，被鎖存的ea電平值必須與該引腳當前的邏輯電平一致，此外，加密位只能通過整片的方式擦除。3.2.5 flash閃速存儲器的編程 at89c51單片機

35、內部有4k字節(jié)的flash perom,這個flash存儲陣列出廠時已處于擦除狀態(tài)（即所有存儲單元的內容均為ffh），用戶隨時可對其進行編程。編程接口可接受高電壓（+12v）或低電壓（）的允許編程信號。低電壓編程模式適合于用戶在線編程系統(tǒng)，而高電壓編程模式可與通用eprom編程器兼容。at89c51單片機中，有些屬于低電壓編程方式，而有些則是高電壓編程方式，用戶可從芯片上的型號而后讀取芯片內的簽名字節(jié)獲得該信息，見表3-3。at89c51的程序存儲器陣列是采用字節(jié)寫入方式編程的，每次寫入一個字節(jié)，要對整個芯片perrom程序存儲器寫入一個非空字節(jié)，必須使用片擦除的方式將整個存儲器的內容清除。

36、表3-3at89c51的程序存儲器陣列是采用字節(jié)寫入方式編程的，每次寫入一個字節(jié)，要對整個芯片perrom程序存儲器寫入一個非空字節(jié)，必須使用片擦除的方式將整個存儲器的內容清除。3.2.6 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(shù)據(jù)及控制信號，編程單元的地址加在p1口和p2口的p2.0-p2.3，數(shù)據(jù)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420mhz的時鐘震蕩器，at89c51編程方法如

37、下：1 在地址線上加上要編程單元的地址信號。2 在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。3 激活相應的控制信號。4 在高電壓編程方式時，將ea/端加上+12v編程電壓。5 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(shù)據(jù)，重復15步驟，直到全部文件編程結束。每個字節(jié)寫入周期是自身定時的，通常約為1.5ms。3.2.7 數(shù)據(jù)查詢 at89c51單片機用數(shù)據(jù)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)，則讀出的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)就會出現(xiàn)在所有輸

38、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(shù)據(jù)查詢。3.2.8 ready/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)。3.2.9 程序效驗如果加密位lb1，lb2沒有進行編程，則代碼數(shù)據(jù)可通過地址和數(shù)據(jù)線讀回原編寫的數(shù)據(jù)，采用下圖3-4和圖3-5的電路，程序存儲器的地址由p1和p2口的p2.0 p2.3輸入，數(shù)據(jù)由p0口讀出，p2.6,p2.7和p3.6,p3.7的控制信號見表3-4，psen保持低電平，a

39、le，ea和rst保持高電平，效驗時，p0口必須接上10k左右的上拉電阻。3.2.10 flash編程和效驗的波形時序（高電壓編程方式=12v及=5v）圖3-4圖3-53.2.11 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。3.2.12 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

40、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。3.2.13 編程接口：表3-4 flssh編程和校驗特性采用控制信號的正確組合可對flash閃速存儲陣列中的每一代碼字進行寫入和存儲器的整片擦除，寫操作周期是自身定時的，初始化后他將自動定時到操作完成。第四章 前向通道的設計41 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

41、霧后，溫度傳感器根據(jù)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(shù)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。圖4-1是一個溫度傳感器的結構單元。其基本工作原理是利用硅pn結的負溫度系數(shù)測量環(huán)境溫度。由、以及,經、分壓給的基極提供一個電壓基準。這個電壓基準使得在常溫下不導通，例如，假設在常溫下，npn晶體管的發(fā)射結在=0.65v時導通，而電壓基準設定為0.60v，這時，處于截止狀態(tài)。由于硅器件的發(fā)射結導通電壓是負的溫度系數(shù)(典型值為-2mv/)，隨著溫度上升，器件的導通電壓線性下降。當

42、溫度上升25時，的發(fā)射結導通電壓下降為0.60v,達到設定值使導通。由原先的高電平輸出下降為低電平輸出。 圖4-1 溫度傳感單元原理圖作為電壓基準，希望經、分壓得到的電壓值具有較低的溫度系數(shù)。在這個電路中，利用正溫度系數(shù)的齊納擊穿穩(wěn)壓管和pn結的負溫度系數(shù)實現(xiàn)低溫度系數(shù)的要求。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、安裝比較隱蔽、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

43、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，不斷放出射線，高速運動的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)則的運動，從而在極板間形成電離電流，施加的電壓越高，則電離電流越大，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。實際使用的離子煙霧傳感器電路如圖4-3 所示。 圖4-3 離子煙霧傳感器電路圖為了減少溫度、濕度等環(huán)境條件變化對電離電流帶來的影響，以

44、提高傳感器工作的穩(wěn)定性，將兩個電離室串接起來與電源相接，上面的一個為補償電離室，下面的一個為檢測電離室，在結構上檢測電離室做成煙霧容易進入的型式，而補償電離室做成煙霧很難進入、而空氣又能慢慢進入的型式。當有火災發(fā)生時，煙霧進入檢測電離室，由于煙離子的阻擋作用，一方面使電離后的正負離子在電場中的運動速度降低，另一方面使射線的電離能力降低，從而使檢測電離室的電離電流減小，這一現(xiàn)象，相當于補償電離室的等效電阻未變，而檢測電離室的等效電阻變大，從而使a點的電位升高。顯然煙霧濃度越大，煙離子的阻擋作用越強，a 點電位越高。這一電壓信號經由t1、t2組成的跟隨電路，傳送給模/數(shù)轉換電路，實現(xiàn)對煙霧濃度的采

45、樣。采用離子源作為煙敏元件的突出特點是電流消耗極低，適合在系統(tǒng)中使用。圖4-3中的為自檢電阻器，由于離子源等效電阻很高（一般在10m以上），只要適當選擇，就可使上的壓降在正常情況下近似為0。對探測器進行自檢時，一個邏輯高電壓加到上，使傳感器輸出升高，單片機根據(jù)自檢前后的模/數(shù)轉換結果，可判斷出模/數(shù)轉換及傳感器兩個模塊的功能是否正常。4.2.2 試驗結果探測器試驗是根據(jù)傳輸與火災報警的基本要求進行的。4.2.2.1 工作方式試驗因為模/數(shù)轉換的時鐘信號clk是由程序產生的，所以不同的工作方式，將產生不同的時鐘頻率和轉換周期。探測器若按先轉換后接收方式工作，在時間段內，不接收數(shù)據(jù)，最高可達12.

46、5khz，提高了有效轉換速度，有助于減小采樣保持器泄露電流的影響，但由于轉換之后必須重新讀取數(shù)據(jù)，卻使轉換周期變長，勢必降低主控機對探測器的訪問速度；若按邊轉換邊接收方式工作，雖最高只能達到6.25khz，降低了有效轉換速度，但轉換周期可在第14個時鐘信號之后提前結束，從而縮短了轉換周期，提高了主控機對探測器的訪問速度；此外，在邊轉換邊接收方式下，模數(shù)轉換的位數(shù)還可靈活地選擇，例如火災報警一般只要有8位的轉換精度就足夠了，這時采用邊轉換邊接收方式，可使控制信號由低變高的時間提前4個時鐘周期。下面對幾種輸出模式的測試就是按8位精度邊轉換邊接收方式進行的。4.2.2.2 輸出模式試驗為了給主控機提

47、供火災識別的依據(jù)，根據(jù)經驗，主要試驗了圖4-4, 所示的3種輸出模式。 圖4-4 試驗圖形（1）環(huán)境漂移模式，將探測器置于有數(shù)人吸煙的適當大小的房間，形成薄煙繚繞的環(huán)境，然后記錄探測器的輸出數(shù)據(jù)，繪制出如圖4-4(a)所示曲線，其特點是輸出上下飄忽不定，但有一個接近平穩(wěn)的均值；（2）突發(fā)干擾模式，在傳感器的自檢輸入端施加 （1）設采用周期脈動激勵電流，應使每個周期自熱平衡過程互不影響，這樣可以避免自熱的累積，有效地控制自熱的影響。為此，應使激勵電流脈動間歇時段足夠長，以給出足夠的自熱平衡時間。這一要求可表示為式中 t為激勵脈動電流的周期。4.2.3 間歇激勵方式的效果鉑電阻采用脈動激勵電流的間

48、歇供電方式工作對克服自熱影響有顯著效果。脈動激勵電流的占空比越小，則自熱量越少，溫升就越小。為評價間歇激勵方式的效果，將直流激勵方式和間歇激勵方式作對比。直流激勵方式的鉑電阻產生穩(wěn)定的自熱溫升為 （2）取式（1）與式（2）之比值來表征間歇激勵方法的效果。工程實踐上，可控制q值在 以下，使自熱影響十分微小而忽略不計。43 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適用于型熱電偶,是14腳dip封裝。ad595有二個等級(級和級),3的校準準確度。具有以下特性: 低阻抗電壓輸出:10/ 片內冰點補償 電源電壓范圍:+5v15v 低功耗:1mw 熱電偶斷線報警功能

49、 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(shù)都預先用激光校準 可用于型熱電偶由于熱電偶的輸出電勢與溫度成非線性關系,下列轉換函數(shù)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，一般都比較小，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。ad595芯片說明:圖 4-5 ad595結構圖表 4-1 管腳功能圖 44 a/d轉換器a/d轉換器的功能是將模擬量電信號轉換成數(shù)字量。在本設計中，我采用了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

50、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。 4.4.1 a/d轉換器的主要參數(shù) (1) 分辨率： 是指a/d轉換器可轉換成二進制數(shù)的位數(shù)。 (2) 轉換時間： 指從輸入啟動轉換信號開始到轉換結束，得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出量為止的時間其他參數(shù)與d/a轉換器類似。4.4.2 a/d轉換器與cpu的接口方法(1) adc轉換好的數(shù)據(jù)必須經過三態(tài)緩沖器件與cpu數(shù)據(jù)總線相連接（在芯片內部沒有三態(tài)輸出緩沖器時）；(2) 為了輸入正確的轉換結果，必須解決好

51、a/d轉換器和cpu取數(shù)之間的時間配合問題。 (3) 啟動轉換信號（start）：是由cpu提供給adc芯片的，在正脈沖的下降沿轉換開始； (4) 轉換結束信號（eoc）：一旦啟動轉換，eoc立即變低，直至轉換結束，eoc輸出高電平，通知cpu轉換已結束； (5) 允許輸出信號（oe）：adc轉換結束后，轉換結果存放在輸出鎖存器中，并沒有送入數(shù)據(jù)總線上。cpu取數(shù)時，發(fā)出oe信號選通芯片內部三態(tài)輸出緩沖器將數(shù)據(jù)輸出。4.4.3 a/d轉換器與cpu之間傳送數(shù)據(jù)的方法(1) 延時等待法延時法是利用cpu執(zhí)行一條輸出指令，啟動adc轉換，然后cpu執(zhí)行延時程序，延時時間大于所選用的adc芯片轉換時

52、間，延時結束，cpu執(zhí)行輸入指令，打開三態(tài)門獲取adc轉換好的數(shù)據(jù)。 (2) 查詢法 查詢法是由cpu來檢查eoc信號。當cpu啟動adc芯片開始轉換之后，再通過狀態(tài)端口讀取eoc信號，檢查adc是否轉換結束。若轉換結束，則讀取轉換結果，否則繼續(xù)查詢。(3) 中斷法用中斷法可提高cpu的利用率，當adc轉換結束，由eoc信號上升沿通過8255a中斷控制邏輯向cpu發(fā)出中斷請求，cpu響應中斷在服務程序中讀取結果。 4.4.4 a/d轉換芯片 adc0809及其接口(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

53、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。 (2) adc0809內部結構有模擬多路轉換開關和a/d轉換兩大部分組成。模擬多路轉換開關由8路模擬開關和3位地址鎖存與譯碼器組成，地址鎖存允許信號ale將三位地址信號addc、addb和adda進行鎖存，然后由譯碼電路選通其中一路摸擬信號加到a/d轉換部分進行轉換。a/d轉換部分包括比較器、逐次逼近寄存器sar、256r電阻網絡、樹狀電子開關、控制與時序

54、電路等，另外具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，其輸出數(shù)據(jù)線可直接連cpu的db。具體見下圖4-6。 圖4-6 adc0809內部結構（3）adc0809的引腳功能：d7-d0：8位數(shù)據(jù)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，上升沿使片內所有寄存器清零，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(shù)據(jù)輸出鎖存緩沖器被打開，轉換結

55、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。 在論文的硬件設計中adc0809因內部帶有三態(tài)門輸出鎖存器，故它可以直接和at89c51的p0口相連，ale和start由和p2.7口經或非門后控制，輸出允許oe由和p2.7口經或非門后控制，轉換結束輸出信號eoc經反向器后和 int1非相連，以提供a/d轉換的中斷方式。adc0809的時鐘輸入信號clk有ale經二分頻后提供，也可由外部500khz 時鐘源提供，八路模擬量有in7-in0端輸入。4.4.5接口電路圖 4-7 adc0809與89c51的接口電路圖4.5