基于51單片機(jī)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

1、大學(xué)2010屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)、創(chuàng)作）開(kāi)題報(bào)告（由學(xué)生本人認(rèn)真填寫(xiě)）學(xué)號(hào)導(dǎo)師職稱(chēng)開(kāi)題時(shí)間課題題目基于單片機(jī)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)課題來(lái)源導(dǎo)師指定自定其他來(lái)源課題的目的、意義以及和本課題有關(guān)的國(guó)外現(xiàn)狀分析：1目的：本系統(tǒng)以單片機(jī)為主控單元，能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)故障和環(huán)境中有無(wú)火災(zāi)，火災(zāi)一旦發(fā)生將實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，并采取有效措施控制火情的發(fā)展，將火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)，以確保人身財(cái)產(chǎn)安全，最大限度地減少損失。2意義：本系統(tǒng)是一個(gè)由單片機(jī)控制的火災(zāi)煙霧濃度、溫度檢測(cè)系統(tǒng)，它將傳感器輸出地電壓信號(hào)進(jìn)彳丁A/D轉(zhuǎn)換、濾波、線(xiàn)性化，由單片機(jī)將電壓值轉(zhuǎn)換為氣體濃度和溫度送LED顯示，并判斷是否超過(guò)報(bào)警上限，若超過(guò)，則發(fā)出聲

2、光報(bào)警。同時(shí)用戶(hù)可以自己設(shè)定報(bào)警上限和定時(shí)時(shí)間，使用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際情況方便的掌握安全狀況。3現(xiàn)狀：自本世紀(jì)80年代開(kāi)始，隨著電子產(chǎn)品在人類(lèi)生活中的使用越來(lái)越廣泛，由此引起的火災(zāi)也越來(lái)越多，在我們生活的四周到處潛伏著火災(zāi)隱患。智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)已并非傳統(tǒng)意義上的簡(jiǎn)單的報(bào)警設(shè)備，而是融入了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器的應(yīng)用等各領(lǐng)域知識(shí)。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)必將得到更快的發(fā)展。研究目標(biāo)、研究容和準(zhǔn)備解決的問(wèn)題：1目標(biāo)：通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)以AT89S52單片機(jī)為核心的火災(zāi)報(bào)警器可以實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、故障自診斷、濃度顯示、報(bào)警限設(shè)置、延時(shí)報(bào)警及與上位機(jī)串口通信等功能。是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

3、、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的火災(zāi)報(bào)警器,具有一定的實(shí)用價(jià)值。2容：對(duì)該檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行整體功能分析，主要實(shí)現(xiàn)硬件和主要軟件程序方面的設(shè)計(jì)，對(duì)其所選擇的主要芯片作簡(jiǎn)單介紹，分模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)其各個(gè)部分的功能，做出相應(yīng)的整體原理圖3準(zhǔn)備解決的問(wèn)題：如何設(shè)計(jì)一種火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，可以通過(guò)氣體傳感器實(shí)時(shí)獲取可燃?xì)怏w濃度、溫度傳感器獲得火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)溫度，并通過(guò)LED顯示，當(dāng)濃度或溫度超過(guò)限定值時(shí)則報(bào)警。以方便人們更好的掌握安全狀況，提高生活質(zhì)大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文、創(chuàng)作）中期檢查表題目名稱(chēng)：火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)學(xué)院計(jì)學(xué)生學(xué)號(hào)、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)、創(chuàng)作）進(jìn)展情況現(xiàn)已搜集了大量有關(guān)系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計(jì)的資料，

4、并查閱了有關(guān)的書(shū)籍，畫(huà)出了系統(tǒng)硬件的整體框圖及電路原理圖，并畫(huà)寫(xiě)出了一些主要程序模塊的程序流程圖。后續(xù)工作是寫(xiě)出系統(tǒng)軟件代碼二、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)、創(chuàng)作）存在問(wèn)題及解決方案存在的問(wèn)題：已畫(huà)出的系統(tǒng)原理圖還不夠完善，不能實(shí)現(xiàn)按鍵復(fù)位功能，軟件部分按鍵掃描子程序的程序流程圖還存在問(wèn)題。解決方案：繼續(xù)查找有關(guān)資料，完善硬件原理圖及解決子程序中出現(xiàn)的問(wèn)題。三、指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)、創(chuàng)作）進(jìn)展方面的評(píng)語(yǔ)該生在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的期間，積極認(rèn)真，能夠及時(shí)分析和解決遇到的各種問(wèn)題。但是在數(shù)據(jù)捕獲模塊的數(shù)據(jù)顯示存在界面凍結(jié)現(xiàn)象，希望在后續(xù)的工作期間，很好的解決這些問(wèn)題。指導(dǎo)教師簽名2010年4月10日目錄摘要1A

5、BSTRACT2第1章緒論11.1選題背景及意義11.2本文所做的工作1第2章火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的工作原理22.1系統(tǒng)總體功能概述22.2火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的類(lèi)型32.3火災(zāi)探測(cè)器的原理4第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)63.1核心芯片選擇63.2單片機(jī)外圍接口電路103.3信號(hào)處理電路113.4A/D轉(zhuǎn)換模塊3.8聲音報(bào)警電路13數(shù)碼管顯示電路14狀態(tài)指示燈及控制鍵電路15報(bào)警器故障自診斷17第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)結(jié)論27主程序流程圖18主程序初始化流程圖19濾波子程序20線(xiàn)性化子程序21報(bào)警子程序23鍵盤(pán)處理子程序26致錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。參考文獻(xiàn)29摘要

6、目前，隨著電子產(chǎn)品在人類(lèi)生活中的使用越來(lái)越廣泛，由此引起的火災(zāi)也越來(lái)越多，在我們生活得四周到處潛伏著火災(zāi)隱患。為了避免火災(zāi)以及減少火災(zāi)造成的損失，我們必須按照“隱患險(xiǎn)于明火，防患勝于救災(zāi)，責(zé)任重于泰山”的概念設(shè)計(jì)和完善火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，將火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)，最大限度地減少社會(huì)財(cái)富的損失。本系統(tǒng)可安裝在各防火單位，它負(fù)責(zé)不斷地向所監(jiān)視的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)車(chē)巡檢信號(hào)，監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濃度等，并不斷反饋給報(bào)警控制器，控制器將接到的信號(hào)與存的正常整定值比較、判斷確定火災(zāi)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、故障自診斷、濃度顯示、報(bào)警限設(shè)置、延時(shí)報(bào)警及與上位機(jī)串口通信等，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能

7、化的煙霧傳感器，具有一定的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞單片機(jī)火災(zāi)報(bào)警傳感器ABSTRACTNow,withelectronicproductsusedinhumanlifemoreandmorewidely,theresultingfire,moreandmore,weliveinfirehazardslurkingaroundeverywhere.Toavoidfiresandreducefirelosses,wemustfollowthehiddendangersfireinpreventionisbetterthandisasterrelief,theresponsibilityisextremel

8、yheavy,theconceptdesignandimprovementofautomaticfirealarmsystem,firenippedinthebud,themaximumreducethelossofsocialwealth.Thesystemcanbeinstalledinallfireunits,whichisresponsibleforcontinuouslymonitoringthesitetostarttheinspectionsignal,monitorthesiteoftemperature,concentration,andcontinuousfeedbackt

9、othealarmcontroller,thecontrollerwillreceivethesignalandthenormalmemorysettingvaluewasdeterminedbyparingtodeterminethefire.Whenfireoccurs,canachievesoundandlightalarm,faultdiagnosis,concentrationdisplay,alarmlimitsettings,delayalarmandserialmunicationwiththehostputerisasimplestructure,stableperforma

10、nce,easytouse,inexpensive,intelligentsmokesensor,hassomepracticalvalue.Keywords：SCMfirealarmsensor第1章緒論選題背景及意義火災(zāi)是可燃物在時(shí)間或空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害，是威脅公眾安全和社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一?；?，在給人類(lèi)帶來(lái)文明進(jìn)步、光明和溫暖的同時(shí)也在其失去控制之時(shí)給人類(lèi)造成了巨大的災(zāi)難。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)70年代火災(zāi)平均損失不到2.5億元，80年代火災(zāi)平均損失接近3.2億元。進(jìn)入90年代，特別是1993年以來(lái)，火災(zāi)造成的直接損失上升到年均十幾億元，年均死亡2000多人。嚴(yán)峻的事實(shí)證明，隨著社

11、會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)財(cái)富日益增加，火災(zāi)給人類(lèi)社會(huì)和自然造成的危害圍不斷擴(kuò)大，它不僅毀壞物質(zhì)財(cái)產(chǎn)，造成社會(huì)秩序的混亂還直接威脅生命安全，給人們的心靈造成極大的傷害。殘酷的現(xiàn)實(shí)讓人們逐漸認(rèn)識(shí)到監(jiān)控預(yù)警和消防工作的重要性，良好的監(jiān)控系統(tǒng)和及時(shí)的報(bào)警機(jī)制可以大大降低人員的上網(wǎng)，為社會(huì)減少不必要的損失。隨著電子產(chǎn)品在人類(lèi)生活中的使用越來(lái)越廣泛，由此引起的火災(zāi)也越來(lái)越多，在我們生活的四周到處潛伏著火災(zāi)隱患。智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)已并非傳統(tǒng)意義上的簡(jiǎn)單的報(bào)警設(shè)備，而是融入了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器的應(yīng)用等各領(lǐng)域知識(shí)。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)必將得到更快的發(fā)展。本文所做的工作本文采

12、用氣體傳感器、溫度傳感器、AT89S52單片機(jī)以及LED顯示燈模塊設(shè)計(jì)了一種智能火災(zāi)報(bào)警器，可以實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、故障自診斷、濃度顯示、報(bào)警限設(shè)置、延時(shí)報(bào)警及與上位機(jī)串口通信等功能。是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的火災(zāi)報(bào)警器，具有一定的實(shí)用價(jià)值。本系統(tǒng)采用ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)作為處理器，主要完成以下工作1基于AT89S52的火災(zāi)報(bào)警檢測(cè)設(shè)計(jì)方案。溫度傳感器AD590、煙霧傳感器TGS202、A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的選擇以及與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)。LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片ICM7218與單片機(jī)的接口電路及其與數(shù)碼管的硬件連接。設(shè)計(jì)主要軟件程序模塊，完成軟件設(shè)計(jì)

13、。第2章火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的工作原理2.1系統(tǒng)總體功能概述火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)一般由火災(zāi)探測(cè)器、區(qū)域報(bào)警器和集中報(bào)警器組成?；馂?zāi)探測(cè)器通過(guò)對(duì)火災(zāi)發(fā)出的物理、化學(xué)現(xiàn)象氣（燃燒氣體）、煙（煙霧粒子）、熱（溫度）、光（火焰）的探測(cè)，將探測(cè)到的火情信號(hào)轉(zhuǎn)化成火警電信號(hào)傳遞給火災(zāi)報(bào)警控制器。區(qū)域報(bào)警器將接收到火警信號(hào)后經(jīng)分析處理發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，警示消防控制中心的值班人員，并在屏幕上顯示出火災(zāi)的房間號(hào)。集中報(bào)警是將接收到的信號(hào)以聲光形式表現(xiàn)出來(lái)，其屏幕上也顯示出著火的樓層和房間號(hào)，利用本機(jī)專(zhuān)用還可迅速發(fā)出指示和向消防隊(duì)報(bào)警。此外，也可以控制有關(guān)的滅火系統(tǒng)或?qū)⒒馂?zāi)信號(hào)傳輸給消防控制室。整體電路的框圖如圖2-1所示：

14、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的類(lèi)型根據(jù)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中所使用的探測(cè)器種類(lèi)的不同，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可以分為以下四種：感溫型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)由于火災(zāi)發(fā)生時(shí)燃燒物會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，使得周?chē)鷾囟妊杆僮兓?。感溫型火?zāi)報(bào)警系統(tǒng)就是通過(guò)判斷周?chē)鷾囟茸兓a(chǎn)生響應(yīng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，再把溫度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以圖達(dá)到2-1判斷系報(bào)統(tǒng)警原的理目及的組。成根框據(jù)圖探測(cè)溫度參數(shù)的不同，一般可以將感溫型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)分為定溫式、溫差式等幾種。感煙型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)煙霧是早期火災(zāi)的重要特征之一。在火災(zāi)發(fā)生的初期，由于溫度比較低，許多物質(zhì)都處于陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙霧。感煙型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就是對(duì)空氣中可見(jiàn)或不可見(jiàn)的煙霧粒子進(jìn)行探測(cè)，然后將煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)換為

15、電信號(hào)來(lái)觸發(fā)報(bào)警。感煙型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要有激光感煙式、光電感煙式和離子感煙式等。（3）感光型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)物質(zhì)燃燒不但會(huì)產(chǎn)生煙霧和熱量，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生可見(jiàn)或不可見(jiàn)的光輻射。感光型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就是通過(guò)響應(yīng)火災(zāi)中產(chǎn)生的光特性，即擴(kuò)散火焰的光強(qiáng)度和閃爍頻率，來(lái)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)的。根據(jù)感應(yīng)的敏感波長(zhǎng)，可以將感光型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)分為對(duì)波長(zhǎng)較短的光輻射敏感的紫外報(bào)警系統(tǒng)和對(duì)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光輻射敏感的紅外報(bào)警系統(tǒng)。（4）復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)如果報(bào)警系統(tǒng)同時(shí)對(duì)溫度、煙霧和光輻射中的兩種或兩種以上參數(shù)做出響應(yīng)，那么它就是復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。目前復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有感溫感煙型、感煙感光型、感溫感光型等多種形式?；馂?zāi)探測(cè)器的原理火

16、災(zāi)發(fā)生時(shí)，必然會(huì)伴隨著產(chǎn)生煙霧、高溫和火光，探測(cè)器對(duì)這些都很敏感當(dāng)有煙霧、高溫、火光產(chǎn)生的時(shí)候，它就改變平時(shí)的正常狀態(tài)，引起電流、電壓或機(jī)械部分發(fā)生變化或位移，再通過(guò)放大、傳輸?shù)冗^(guò)程發(fā)出警報(bào)聲，有的還能同時(shí)發(fā)出燈光信號(hào)并顯示發(fā)生火災(zāi)的部位、地點(diǎn)?；馂?zāi)探測(cè)器主要分感煙、感溫、光輻射三大類(lèi)：（1）感煙探測(cè)器。一種是離子感煙探測(cè)器，它在外電離室里面有放射源镅241，電離產(chǎn)生的正負(fù)離子，在電場(chǎng)的作用下各向正負(fù)電極移動(dòng)。在正常的情況下，外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。一旦有煙霧竄逃外電離室，干擾了帶電粒子的正常運(yùn)動(dòng)，電流、電壓就有所改變，破壞了外電離室之間的平衡，于是就發(fā)出了信號(hào)。還有一種叫光電感應(yīng)探測(cè)

17、器，它有一個(gè)發(fā)光元件和一個(gè)光敏元件，平常光源發(fā)出的光，通過(guò)透鏡射到光敏元件上，電路維持正常，如果有煙霧從中阻隔，到達(dá)光敏元件上的光就顯著減弱，于是光敏元件就把光強(qiáng)的變化變成電的變化，通過(guò)放大電路向人們報(bào)警。還有一種叫管道抽吸式感煙探測(cè)器，他的工作原理與光電感應(yīng)探測(cè)器中另一種散射型相似，通過(guò)煙霧的反射或散射產(chǎn)生光敏電流，主要用在船舶上。近年來(lái)還出現(xiàn)了激光感煙探測(cè)器，它也是利用光電感應(yīng)原理，不同的是光源改用激光束。這種探測(cè)器采用半導(dǎo)體器件，體積小、價(jià)格低、耐震動(dòng)、壽命長(zhǎng)，很有發(fā)展前途。（2）感溫探測(cè)器。一種是運(yùn)用金屬熱脹冷縮的特性。正常的情況下，探測(cè)器的電路斷開(kāi)，當(dāng)溫度升到一定值時(shí)，由于金屬膨脹、

18、延伸，導(dǎo)體接通，于是發(fā)出了信號(hào)。一種是利用某些金屬易熔的特性，在探測(cè)器里固定一塊低熔點(diǎn)合金，當(dāng)溫度升到它的熔點(diǎn)（7090C）時(shí)，金屬熔化，借助彈簧的作用力，使觸頭相碰，電路接通，發(fā)出信號(hào)。這兩種探測(cè)器都屬定溫型，即當(dāng)外界溫度超過(guò)某一限值時(shí)就會(huì)報(bào)警；還有一類(lèi)是差溫型，升溫的速度超過(guò)特定值時(shí)，便會(huì)感應(yīng)報(bào)警。如將兩者結(jié)合起來(lái)，便成為差定溫組合式。（3）光輻射探測(cè)器。一種是紅外光輻射探測(cè)器。物質(zhì)在燃燒時(shí)，由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生閃爍的紅外光輻射使硫化鉛紅外光敏元件感應(yīng)，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，經(jīng)放大后就能向人們報(bào)警。另一種是紫外光輻射探測(cè)器，則利用有機(jī)化合物燃燒時(shí)，火光中的紫外光，使紫外光敏管的電極激發(fā)出離子，通過(guò)繼電器

19、等，就能打開(kāi)開(kāi)關(guān)電路報(bào)警。火災(zāi)報(bào)警器是重要的安全設(shè)備，一切重要的場(chǎng)所，如大型物資倉(cāng)庫(kù)、隧道、大型船舶、高層建筑都應(yīng)該安裝。它還可以與自動(dòng)滅火設(shè)備一起組成自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)滅火的“自動(dòng)消防隊(duì)”。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1核心芯片選擇芯片AT89S52在火災(zāi)報(bào)警器的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是其核心部件。它一方面要接收來(lái)自傳感器送來(lái)的溫度、煙霧對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)和故障檢測(cè)信號(hào)，另一方面要對(duì)這兩種信號(hào)分別進(jìn)行處理，以控制后續(xù)電路進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作；與此同時(shí)查詢(xún)是否有鍵按下的請(qǐng)求。在單片機(jī)完成這些工作的過(guò)程中，尤其是信號(hào)處理中，比較濃度值后送入顯示的軟件實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，要求單片機(jī)具備較快的運(yùn)算速度，使檢測(cè)人員能夠較準(zhǔn)確地觀測(cè)到煙霧

20、濃度，并根據(jù)情況進(jìn)行相應(yīng)的處理。并且也要考慮選擇低價(jià)實(shí)用的機(jī)型，并為研制同一系列的低功耗產(chǎn)品做準(zhǔn)備。根據(jù)多方面的比較，本設(shè)計(jì)選用ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)作為控制器。AT89S52是一個(gè)低功耗、高性能的CMOS8位單片機(jī)，片含4kBytes(ln-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)。芯片集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。AT89S52片

21、集成256字節(jié)程序運(yùn)行空間、8K字節(jié)Flash存儲(chǔ)空間，支持最大64K外部存儲(chǔ)擴(kuò)展。根據(jù)不同的運(yùn)行速度和功耗的要求，時(shí)鐘頻率可以設(shè)置在0-33M之間。片資源有4組I/O控制端口、3個(gè)定時(shí)器、8個(gè)中斷、軟件設(shè)置低能耗模式、看門(mén)狗和斷電保護(hù)。可以在4V到5.5V寬電壓圍正常工作。不斷發(fā)展的半導(dǎo)體工藝也讓該單片機(jī)的功耗不斷降低。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的具體情況，采用雙列直插DIP-40封裝。AT89S52的引腳圖如圖3-1所示:gP1.0匚1J-40vcc(T2EX)P1.1-239PO.O(ADO)P1.2匚338P0.1(ADI)P1.3IZ437P0.2(AD2)PM.斗匚536P0.3(AD3MOSl

22、)P1.5IZ35P0.4(AD4)(MISO)P1.6匚734P0.5(AD5j(SCK)PI.7匚833PO.e(AD6)RSTIZ932二P0.7(AD7)(RXD)P3.0匸1031二1EA/VPP(TXD)P3.1二1130ALE/PROG(INTO)P3.ZL1229PSEN(INT1)P3.3E132SP2.7(A15)(TO)P3.4匚1427P2.(AU)(T1)P3.5匚1526P2.5(A13)(WR)P3.S匚1625P2.4(A12)(RD)P3.71724P2.3(A11)XTAL2匚1823P2.2(A1DJXTAL1匚1922_P2.1(A9)GND匚2021P

23、2.0(A8)圖3-1DIP-40封裝AT89S52引腳圖2、集成溫度傳感器AD590AnalogDewicesrttD590InnewSflW圖3-2AD590應(yīng)用電路AD590是美國(guó)AnalogDevices公司生產(chǎn)的一種電流型二端傳感器，電路如圖所示。由于AD590是電流型溫度傳感器，它的輸出同絕對(duì)溫度成正比，及1A/K,而數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的輸入要電壓量，所以在AD590的負(fù)極接出一個(gè)10干歐的電阻R1和一個(gè)100歐的可調(diào)電阻W，將電流量變?yōu)殡妷毫克腿階DC080。通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻便可在輸出端VT獲得與絕對(duì)溫度成正比的電壓量，即10mV/K，溫度0C時(shí)輸出為0,溫度25r時(shí)輸出

24、為2.982V。這樣便于A/D轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)。AD590的應(yīng)用電路如圖3-2所示。3、氣體傳感器TGS-202VIJTK202圖3-3TGS202檢測(cè)電路火災(zāi)中氣體煙霧主要是CO2和CO,TGS202氣體傳感器能探測(cè)CO2,CO,甲烷，煤氣等多種氣體，它靈敏度高，穩(wěn)定性好，適合于火災(zāi)中氣體的探測(cè)。如上圖所示，當(dāng)TGS202探測(cè)到CO2或CO時(shí)，傳感器的阻變小，Va迅速上升。選擇適當(dāng)?shù)碾娮枳柚?，使得?dāng)氣體濃度達(dá)到一定程度（如CO濃度達(dá)到0.06%）時(shí)，Va端獲得適當(dāng)?shù)碾妷海ㄔO(shè)為3V）。電路圖如圖3-3所示。4、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片ICM7218ICM7218是INTERSIL公司生產(chǎn)的一種性能價(jià)格比較

25、高的通用8位LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路，28腳雙列封裝,是一種多功能LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片，可與多種單片機(jī)接口使用。ICM7218的輸出可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器，不需外接驅(qū)動(dòng)電路，工作電壓為+5V,其構(gòu)成的顯示電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。同樣由單片機(jī)向ICM7218寫(xiě)控制字及數(shù)據(jù)，編程部分像給外部RAM寫(xiě)數(shù)據(jù)一樣簡(jiǎn)單。當(dāng)單片機(jī)寫(xiě)入模式控制字后,ICM7218以約定的方式接收顯示數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)寫(xiě)入靜態(tài)顯示RAM中。數(shù)據(jù)接收結(jié)束，ICM7218在掃描控制電路的控制下，按設(shè)定的譯碼模式，以動(dòng)態(tài)掃描顯示方式向段顯示驅(qū)動(dòng)器和位控驅(qū)動(dòng)器發(fā)出控制信號(hào)，直到下一個(gè)控制字寫(xiě)入前，不停地進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示工作。其引腳圖和部框圖如圖3-

26、4所示。IDO*ID7WRMODE段瑪和小數(shù)點(diǎn)圖3-4ICM7218引腳圖及內(nèi)部框圖3.2單片機(jī)外圍接口電路AT89S52單片機(jī)外圍接口電路如圖3-5所示，主要包括：1晶振電路：部時(shí)鐘電路的晶振頻率一般選擇在4MHZ12MHZ之間（該設(shè)計(jì)選用6MHZ）,外接兩個(gè)諧振電容。該電容的典型值為30pF,該設(shè)計(jì)選用33pF。2復(fù)位電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位采用按鍵高電平復(fù)位，而單片機(jī)在平時(shí)則復(fù)位端為低電平0.3直流電源vccSIELI1KL!C1+2T77C12S3pFR4LOKQC13IdITL2L314L5亙17IsU20P1OPt匚P1.1POOP15Pti.lPC2P14Pi：i3P1JPij.4P1.

27、6PijjP1.7PC6ESTpij.7殛IP1TZDA1EP32IHT01PSEN1P33IHT1,P2.7IG：4TijPij5P35T1P2JP35：Pj.4P3.751j,P23KTAL2P22KTAL1Pj.l偏I(xiàn)IIAT39S5238373(5353433323130292827262423盂214039FLi10L:fiC41LI4J.F123.3信號(hào)處理電路圖3-5單片機(jī)外圍接口電圖3-6信號(hào)處理電路對(duì)于傳感器輸出的模擬信號(hào)，一般要用運(yùn)算放大器對(duì)其進(jìn)行調(diào)理或放大，以滿(mǎn)足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入模擬量幅值及極性的要求。在本報(bào)警器電路中，同樣要對(duì)兩類(lèi)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)理。電路圖如

28、上圖3-6所示，運(yùn)算放大器接成電壓放大電路。從傳感器采集過(guò)來(lái)的微弱電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)電壓放大器的放大，得到較強(qiáng)的模擬電壓信號(hào)。采樣時(shí)，把相應(yīng)的模擬電壓信號(hào)從Vi端送進(jìn)LM324A進(jìn)行放大處理后，從Vo端輸出送入A/D轉(zhuǎn)換電路。A/D轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)氣敏傳感器所檢測(cè)的電壓信號(hào)為模擬信號(hào)，無(wú)法直接被單片機(jī)所識(shí)別，所以在經(jīng)過(guò)放大電路后對(duì)信號(hào)進(jìn)行A/D裝換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)。A/D轉(zhuǎn)換電路采用了常用的8位8通道數(shù)模轉(zhuǎn)換常用芯片ADC0809,煙霧、溫度傳感器的輸出端分別接到ADC0809的IN0和IN1。ADC0809的通道選擇地址由AT89S52的P0.0P0.2經(jīng)地址鎖存器74LS373輸

29、出提供。當(dāng)P2.7=0時(shí)，與寫(xiě)信號(hào)WR共同選通ADC0809。其中ALE信號(hào)與ST信號(hào)連在一起，在WR信號(hào)的前沿寫(xiě)入地址信號(hào)，在其后沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。圖中ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)EOC接到AT89S52的INT1引腳，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖剑硎巨D(zhuǎn)換結(jié)束，產(chǎn)生中斷。在中斷服務(wù)程序中，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送到指定的存儲(chǔ)單元。由于ADC0809片無(wú)時(shí)鐘，故利用8051提供的地址鎖存使能信號(hào)ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得時(shí)鐘。因?yàn)锳LE信號(hào)的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6,如果時(shí)鐘頻率為6MHZ,則ALE信號(hào)的頻率為1MHZ，經(jīng)二分頻后為500KHZ,與ADC0809的典型值吻合。電路圖如圖3-

30、7所示。u?NORP1J0wP1.1POJOP12PCI.1POJP1.4P03P1JP0.4P1j(5POJPl.7P0j(5ESTP0.7MJORKD殛ffs.im：ALEreurro1PEEN1P33nrrrP2.7P3.4TI1P2j6P3JTLP2JP3J5WP2.4P3.7RD肉:mi?muP2.1U?56LuL1L2P33L3L4L5L6171819u?3POO333P01斗37P02736P03835P041334P05143317321E：4d0CC1Q叫LD3Q2D4QSD賀IDEQ5D7Q5D0Q7D陽(yáng)74LS373p15ItiTyU?40J4i554UJJn+omib2

31、42J2-32-42-j22-7Eb2-aIR1IR2IR3DUEOCIR5ADDAADD-I：ADD-CIR6時(shí)了ALEEbUELE肛ARTCLOCK直+】U?17P331612虹EE；也2524232120TFpojIFpoi8P03L5P02IFpolPOO6Io圖3-7A/D轉(zhuǎn)換電路3.5聲音報(bào)警電路由AT89S52的21腳實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警控制。當(dāng)可燃性氣體濃度或溫度超過(guò)限定值時(shí)，將P2.0置為低電平，三極管導(dǎo)通，揚(yáng)聲器發(fā)出鳴叫報(bào)警。其電路原理圖如圖3-8所示。VP2.0Z2Q11f1f/1./L幻/圖3-8聲音報(bào)警電路圖3.6數(shù)碼管顯示電路數(shù)據(jù)采集進(jìn)來(lái)并被成功地由模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后，就

32、被傳送到系統(tǒng)的顯示模塊，讓人們更直接地觀察到相關(guān)數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)中，對(duì)LED進(jìn)行的是動(dòng)態(tài)掃描，除了給顯示器提供段的輸入之外，還要對(duì)顯示器進(jìn)行位控制。顯示器的第一位顯示所選擇的通道號(hào)，而后三位則顯示該通道傳送進(jìn)來(lái)的相應(yīng)的數(shù)字量。本系統(tǒng)顯示用的4位七段數(shù)碼管由數(shù)碼管專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片ICM7218A驅(qū)動(dòng),27、3、1、25、2、24、26腳分別接數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g，15.16、23、20腳為位選，分別控制4位數(shù)碼管的亮滅，ID07為數(shù)據(jù)線(xiàn)，接單片機(jī)P0口，WRITE、MODE是寫(xiě)控制位和模式控制位，分別接單片機(jī)P3.6、P2.6。其電路圖如圖3-9所示。JaiDPY中bbaJcc打Ldad

33、亡A/卜JfE1iI：QEip嘉OTm9d70M14DSIDSDripydpcoiuXJCOMICS23203222aL曲J僉豐biDFYh_日Gc,Jk(d1g已a(bǔ)e/Jr*6fr：1/-3名iTiP亠comSEGaSEGbSEGcSEGdSEGfi/WRITEDGIT5MODEDIGITSDIGIT?GRjCiLTMDDIGITSVCC2CQ12n4百r-PvrDDDDDDDDD1IIIIIIII圖23-9數(shù)碼管顯示電路圖37狀態(tài)指示燈及控制鍵電路3EGfSEGeDGIT1DGIT2D1GIT3DGIT4IDOiimIE2IM1054IIds5ifie470KE-Y2圖3-10狀態(tài)指示燈電

34、路R3R41K1KR51KSW2SW1SW3圖3-11控制按鍵連接示意圖狀態(tài)指示燈及控制鍵電路如圖3-10.3-11所示，單片機(jī)AT89S52的P2.2、P2.3、P2.4控制輸出的狀態(tài)指示燈。綠燈亮表示正常狀態(tài)，環(huán)境中沒(méi)有火災(zāi)危險(xiǎn)。黃燈亮表示傳感器加熱絲發(fā)生斷線(xiàn)或者接觸不良。紅燈亮表示環(huán)境中煙霧濃度、溫度超過(guò)報(bào)警限值，提醒用戶(hù)盡快采取相應(yīng)措施?？刂奇I電路采用獨(dú)立式按鍵設(shè)計(jì)。4個(gè)按鍵分別接到片P1.0、P1.1、P1.2和RST，對(duì)于這種鍵各程序可以采用中斷查詢(xún)的方法，功能就是：檢測(cè)是否有鍵閉合，如有鍵閉合，則去除鍵抖動(dòng)，判斷鍵號(hào)并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理。4個(gè)鍵定義如下：P2.1：S1功能轉(zhuǎn)換鍵，按

35、此鍵則開(kāi)始鍵盤(pán)控制。P2.5：S2加，按此鍵則溫度設(shè)定值加一度或煙霧濃度增加0.01%。P2.6：S3減，按此鍵則溫度設(shè)定減少一度或煙霧濃度減少0.01%。RST：S4復(fù)位鍵，使系統(tǒng)復(fù)位。3.8報(bào)警器故障自診斷判斷傳感器電源連接情況。在傳感器的地端串聯(lián)一個(gè)電阻R,當(dāng)傳感器正常連接時(shí)，電阻和傳感器分壓，此時(shí)電阻兩端有微弱的電壓，單片機(jī)可以通過(guò)P2.1口檢測(cè)到：如果如果傳感器電源連接不正常，則會(huì)產(chǎn)生斷路，檢測(cè)到電阻兩端電壓為0。第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序流程主程序流程圖如圖4-1所示圖4-1主程序流程圖首先要給傳感器預(yù)熱三分鐘，因?yàn)閭鞲衅餍枰A(yù)熱一段時(shí)間才能正常采集煙霧和溫度信息。預(yù)熱同時(shí)，對(duì)

36、傳感器加熱絲故障檢測(cè)，采用軟件方式檢測(cè)傳感器加熱絲或電纜線(xiàn)是否斷線(xiàn)或者接觸不良。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)AT89S52單片機(jī)對(duì)傳感器檢測(cè)到的煙霧濃度和溫度信號(hào)進(jìn)彳丁A/D轉(zhuǎn)換、平均值法濾波、線(xiàn)性化處理后，將檢測(cè)值與報(bào)警限設(shè)定值相比較，判斷是否報(bào)警。同時(shí)送入顯示器顯示通道及相應(yīng)的數(shù)字量。主程序還包括狀態(tài)指示燈及按鍵功能，中斷子程序等，使報(bào)警器功能更加完善，給用戶(hù)帶來(lái)便利。4.2主程序初始化流程主程序初始化流程圖如圖3-2所示。這部分實(shí)現(xiàn)的功能包括各種I/O輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、寄存器初始化、中斷使能等。首先設(shè)定定時(shí)器工作方式，然后開(kāi)系統(tǒng)中斷，以便響應(yīng)中斷定時(shí)，及時(shí)對(duì)氣體濃度和溫度進(jìn)行采樣

37、。然后關(guān)閉蜂鳴器，開(kāi)啟綠燈，設(shè)置報(bào)警限初值。圖4-2主程序初始化流程圖4.3濾波子程序在對(duì)氣體濃度采樣時(shí)，可能會(huì)遇到尖脈沖干擾的現(xiàn)象。干擾通常只影響個(gè)別采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與其他采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)相差比較大。如果采用一般的平均值法，則干擾將“平均”到計(jì)算結(jié)果上去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾而引起的煙霧濃度采樣值的偏差。為此，可采取去極值平均濾波法，先對(duì)N個(gè)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，去掉其中的最大值和最小值，然后計(jì)算余下的N-個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。這種方法既可濾去脈沖干擾又可濾去小的隨機(jī)干擾。保證報(bào)警器檢測(cè)煙霧濃度的準(zhǔn)確性，減小誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)的可能。開(kāi)始設(shè)定采樣次數(shù)調(diào)用A/D采樣將采樣值排序求第二個(gè)到第九個(gè)采樣

38、值的累加和將累加和求平均值送入寄存器圖4-4濾波子程序流程圖線(xiàn)性化子程序本論文報(bào)警器使用的TGS-202型傳感器的電阻是隨著可燃?xì)怏w濃度值的升高而降低的，因此輸入單片機(jī)的電壓也是隨之降低的。電壓值與氣體濃度之間是非線(xiàn)性的關(guān)系，為了實(shí)時(shí)顯示煙霧濃度需要對(duì)其進(jìn)行線(xiàn)性化處理。在誤差許可圍根據(jù)標(biāo)定曲線(xiàn)形狀，以及單片機(jī)處理能力，把曲線(xiàn)分成若干小段，對(duì)每小段分別線(xiàn)性化根據(jù)分段線(xiàn)性插值法求輸入單片機(jī)的某一電壓值對(duì)應(yīng)的煙霧濃度的公式如下:TOC o 1-5 h zzee=十（T-護(hù)/=,Nw一式中，N為所分區(qū)間個(gè)數(shù)，f(x)為實(shí)際煙霧檢測(cè)濃度，x為實(shí)際氣體檢測(cè)濃度對(duì)應(yīng)的電壓值，x是區(qū)間的下限濃度對(duì)應(yīng)電壓值，x

39、是區(qū)間的上限濃度對(duì)應(yīng)電壓ii+1值，f(X)為區(qū)間下限煙霧濃度值，f(x)為區(qū)間上限煙霧濃度值。分段插值法線(xiàn)性ii+1化程序流程圖如圖4-5所示:4.5報(bào)警子程序圖4-5線(xiàn)性化子程序當(dāng)煙霧濃度或溫度值超過(guò)報(bào)警限設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲，對(duì)應(yīng)通道的紅燈閃亮，以提示操作人員采取安全對(duì)策或自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置，從而保障生產(chǎn)安全，避免火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。為防止誤報(bào)，在程序設(shè)計(jì)上，對(duì)煙霧濃度和溫度進(jìn)行快速重復(fù)檢測(cè)和延時(shí)報(bào)警，以區(qū)別出時(shí)管道中煙霧的泄露，還是由于暫時(shí)打開(kāi)閥門(mén)產(chǎn)生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報(bào)。報(bào)警子程序流程圖如圖4-6所示。圖4-6報(bào)警子程序流程圖4.6鍵盤(pán)處理子程序按鍵處理子程序流程圖如圖4-7所示。N是否有鍵按下YN是否有鍵按下Y調(diào)用鍵盤(pán)處理子程序延時(shí)10ms消抖提取鍵值掃描鍵值結(jié)束開(kāi)始圖4-7鍵盤(pán)處理子程序流程圖結(jié)論火災(zāi)報(bào)警器可保障生產(chǎn)與生活的安全，避免火災(zāi)和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和安全生產(chǎn)所必備的儀器，具有廣闊的市場(chǎng)空間與發(fā)展前景。本論文是在對(duì)煙霧、溫度傳感器和報(bào)警技術(shù)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，全面比較國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)，合理地確定系