火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

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1、畢業(yè)論文 2008級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 專業(yè)名稱: 應(yīng)用電子技術(shù) 設(shè)計(jì)課題: 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) 導(dǎo)師姓名: 學(xué)生姓名: 班 級(jí): 二班 學(xué) 號(hào): 2010年 11月 25日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) 專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù) 姓名： 畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容要求： 通過對(duì)煙濃度、溫

2、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)

3、行消防。 指導(dǎo)教師（簽名）： 系主任： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 一、課題設(shè)計(jì)（論文）目的及意義 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。本課題研究的目的是：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。 二、課題設(shè)計(jì)（論文）提綱 由于該

4、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。 三、課題設(shè)計(jì)（論文）思路、方法及進(jìn)度安排 思路：本文在該系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)中主要作了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)兩項(xiàng)主要工作，一二章主要對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的基本狀況作了簡(jiǎn)要分析。 方法及進(jìn)度安排：通過搜集資料，參考文獻(xiàn)，反復(fù)的硬件調(diào)試，基本完成各模塊的性能要求。在研究過程中系統(tǒng)的部分模塊屬電子系統(tǒng)中常用模塊的可以直接采用，但需要結(jié)合連接電路

5、進(jìn)行適當(dāng)調(diào)試，以達(dá)到最佳效果。 四、課題設(shè)計(jì)（論文）參考文獻(xiàn) [1] 楊風(fēng)和.火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警消防系統(tǒng).天津:天津大學(xué)出版社,1999 [2] 黃繼昌.實(shí)用報(bào)警電路.北京:人民郵電出版社,2005 [3] 徐愛卿.單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用和開發(fā)系統(tǒng).北京: 北京航空航天大學(xué)出版社,2006 [4] 何為民.低功耗單片微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1993 [5] 陳汝全等.單片機(jī)實(shí)用技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社,1992 [6] 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1993 [7] 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編. 北京:北京航空航天

6、大學(xué)出版社,1996 [8] 張毅剛.單片微機(jī)原理及應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社,1994 目 錄 第一章 緒論 8 1.1 本論文的研究背景 8 1.2 現(xiàn)有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)比較 8 1.2.1 傳統(tǒng)火災(zāi)探測(cè)技術(shù) 9 1.2.2 智能火災(zāi)探測(cè)技術(shù) 10 1.3 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀 10 第二章 系統(tǒng)原理及總體方案設(shè)計(jì) 12 2.1 系統(tǒng)原理 12 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 2.2.1 系統(tǒng)各模塊的設(shè)計(jì) 12 2.2.2 系統(tǒng)總構(gòu)架的設(shè)計(jì) 13 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)

7、計(jì) 15 3.1 硬件組成 15 3.2 煙霧信號(hào)采集模塊 15 3.2.1 離子感煙傳感器工作原理 16 3.2.2 UD—02 型離子感煙傳感器 19 3.2.3 離子感煙傳感器專用集成電路DQ-295 21 3.2.4 離子感煙火災(zāi)報(bào)警器應(yīng)用電路 23 3.3單片機(jī)控制中心 24 3.3.1 時(shí)鐘電路和工作方式 24 3.3.2 中斷系統(tǒng) 25 3.4 聲光報(bào)警模塊 28 3.4.1 聲音報(bào)警電路 28 3.4.2 LED顯示器 29 3.5 接口芯片8243 30 3.6 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 3.7 消防聯(lián)動(dòng)裝置 33 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 35 4.

8、1 主程序設(shè)計(jì) 35 4.2 讀數(shù)子程序 36 4.3 核對(duì)子程序 36 4.4 查找報(bào)警點(diǎn)子程序 37 4.5 顯示及報(bào)警子程序 38 4.6 聯(lián)動(dòng)消防 40 4.7 延時(shí)子程序 40 第五章 總結(jié)與展望 41 5.1 總結(jié) 41 5.2 系統(tǒng)展望 41 結(jié)束語 43 參考文獻(xiàn)： 44 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) 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)

9、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)

10、 第一章 緒論 1.1 本論文的研究背景 近年來，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)備過載、過熱、短路的火災(zāi)隱患較多；另外，由于

11、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)人帶來不可估量的損失。 為此，在過去相當(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?；馂?zāi)的發(fā)生和發(fā)展過程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，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)

12、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?；馂?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?！堆虺峭韴?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，將來勢(shì)必能從根本上解決由于特征分析無法辨識(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，單片機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用取得了

13、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)，通過它接收來自火災(zāi)探測(cè)器的報(bào)警信號(hào)，經(jīng)過確認(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?，從信號(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

14、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?；馂?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

15、，對(duì)環(huán)境背景的干擾影響無法消除，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

16、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

17、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。 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 數(shù)據(jù)記錄器 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

18、門研究和開發(fā)。 火災(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

19、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)歷了從無到有、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展過程，其智能化程度也越來越高。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

20、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，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。 第二章 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)，

21、同時(shí)打開聯(lián)動(dòng)消防裝置。 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 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)確無誤地反應(yīng)傳感器在規(guī)定的工作環(huán)境中的作用?；谫e館火災(zāi)的特殊情況，本設(shè)計(jì)選用離

22、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AT89C51。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

23、，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

24、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AT89C51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 P2.0 P1.0~P1.3 P1.4 P1.5 P1.6

25、 P2.4~P2.7 P2.3 P2.2 報(bào)警電路 8243 CS PROG P2 74LS48 8243 CS PROG P2 BS212 4 4 7 16 16 AT89C51 圖2-2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 第三章 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 通過對(duì)火災(zāi)情況的分析

26、，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

27、 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) AT89C51 6 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

28、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)

29、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α放射源241镅，由于它持續(xù)不斷地放射出α射線，α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)，這樣電極之間原來不導(dǎo)電的空氣具有了導(dǎo)電性，實(shí)現(xiàn)這個(gè)過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，極板間原來做雜亂無章運(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

30、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α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α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 E I 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

31、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，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U U

32、1 U2 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

33、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 R1 R +E +E A A U 圖3-6 離子感煙傳感器等效電路圖 3.2.2 UD—02 型離子感煙傳感器 UD—02 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。 C B A

34、 A A B C 外離子室 內(nèi)離子室 圖3-7 UD-02型傳感器 UD—02 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5.0～5.6V；有煙霧時(shí)，收集電極的電位變化可達(dá)1.1～1.2V。極間電容為4PF，AM241放射源為0.81～0.99uCi；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440～480℃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 UD—02 型離子感煙傳感器對(duì)煙霧靈敏度（收集電極電位變化△V＝1.0V） 燃燒材料 煙

35、霧含量（mg/） 陰暗度(%) 硅橡膠 26 1.0 乙烯基材料 29 1.1 紙煙 115 3 過濾紙 40 1.8 棉花 56 2.5 3.2.3 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UD—02 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

36、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7.2～7.8V），則A1輸出低電平，并給出電池電壓

37、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，可以通過外接電阻網(wǎng)絡(luò)來改變其低電壓報(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，也可以通過第13腳的外接電阻網(wǎng)絡(luò)來改變閥值電平高低。 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

38、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，

39、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 R1～R6均用RTX—1/8W型炭膜電阻器； C1～C3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。 AT89C51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

40、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)器編程器來編程。因此AT89C51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 AT89C51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

41、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)。 XTAL1 XTAL2 外部 振蕩器 XTAL1 XTAL2 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 AT89C51有兩種可用軟件來選擇的省電方式——空閑工作方式和掉電工作方式。這

42、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。 MCS—51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（

43、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

44、)和中斷順序查詢邏輯電路等組成。 ①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。 ②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。 ③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。 ④中斷優(yōu)先級(jí)：MCS-51單片機(jī)中斷分二級(jí)，即高

45、級(jí)和低級(jí)。對(duì)于每個(gè)中斷源均可通過中斷優(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)部硬件查詢邏輯來確定響應(yīng)次序。 ⑤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

46、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： ①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

47、。 ②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）。其作用是用來對(duì)各中斷源進(jìn)行開放或屏蔽的控制。 ③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)都可以通過中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP中的相應(yīng)位來設(shè)定。 ④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，

48、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) ⑤中斷相應(yīng)的阻斷 在中斷處理過程中，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I

49、E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。 ⑥中斷處理過程 中斷處理過程分為三個(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)。

50、聲音信號(hào)由專門的語音芯片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AT89C51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

51、接口 3.4.2 LED顯示器 由P2口的P2.4~P2.7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

52、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 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示段 dp g f e d c b a 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 0 1 2 3 4 5 6 7 共陰極 3F 06 5B 4F 66 6D 7D 07 字型 8 9 A B C D E F

53、 滅 共陰極 7F 6F 77 7C 39 5E 79 71 00 3.5 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AT89C51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?。由于各端口均?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(P2.0～P2

54、.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3-4　8243芯片P2口傳送控制命令時(shí)各位的定義 P2.1 P2.0 芯片端口地址 P2.3 P2.2 端口工作方式 0 0 P4 0 0 輸入 0 1 P5 0 1 輸出 1 0 P6 1 0 或 1 1 P7 1 1 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

55、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)序圖予以說明。 PROG P20-P23 地址和操作碼 數(shù)據(jù) 圖3-16 8243芯片操作時(shí)序圖 分電路還要由圖3-16可見，在進(jìn)行輸入/輸出時(shí)，先通過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)通過指定的端口輸

56、入/輸出。由于P4～P7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，所以

57、該系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)要求具有備用電源。另外，電源檢測(cè)控制部連接到電池上，一旦發(fā)生斷電現(xiàn)象，電源檢測(cè)控制部分電路要及時(shí)地切換到電池上，并且報(bào)告故障。通常，把穩(wěn)壓電源成為主電，電池成為備電。 由于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的連線要求是24V電壓，所以電源系統(tǒng)選擇的是能輸出24V和5V的穩(wěn)壓電源模塊以及24V備電電池。 綜上所述，電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)電源檢測(cè)控制部分電路，其要完成的任務(wù)如下： (1)檢測(cè)電源部分電壓情況并及時(shí)報(bào)告故障。 (2)檢測(cè)電池部分電壓情況并及時(shí)報(bào)告故障。 (3)如果主電路發(fā)生故障，及時(shí)切換到備電且不能影響CPU正常工作。 (4)根據(jù)第3點(diǎn)的要求，需要在電源檢測(cè)控制部分電路上設(shè)

58、計(jì)儲(chǔ)電部分，通常采用幾個(gè)大容量的電解電容并連到5V電壓上即可。 (5)具有將備電電池24V電壓降到5V電壓的電路。 電源電路板設(shè)計(jì)圖如圖3-17所示。 LM2576T-5.0 備電+24V 主電+24V DC +24V主電采樣 +24V備電采樣 +5V主電采樣 輸出+24V 輸出+5V 地線 圖3-17 電源電路板設(shè)計(jì)圖 3.7 消防聯(lián)動(dòng)裝置 消防聯(lián)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)中占據(jù)了重要的位置。本設(shè)計(jì)中的消防聯(lián)動(dòng)裝置用的是電磁閥控制，其工作原理簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。裝置具體見圖3-18所示。 用單片

59、機(jī)AT89C51控制24V直流電磁換向閥運(yùn)動(dòng)，信號(hào)通過單片機(jī)端口送出，經(jīng)三極管的開關(guān)放大作用，接直流固態(tài)繼電器，然后接負(fù)載，因?yàn)殡姶砰y是感性負(fù)載，其兩端并聯(lián)一個(gè)二極管。 圖3-18 消防聯(lián)動(dòng)裝置 由于本設(shè)計(jì)中，消防聯(lián)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)僅僅是設(shè)計(jì)的一部分，使用在特定環(huán)境時(shí)，其各項(xiàng)參數(shù)都不是恒定的值，但是工作原理大同小異，所以具體的電阻值及元件型號(hào)不用選定。在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)情況再做變化。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 主程序設(shè)計(jì) 主程序主要用來進(jìn)行初始化，設(shè)置8243的口地址及控制字，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行核對(duì)、控制。其流程圖如圖4

60、-1所示。 初始化 調(diào)核對(duì)程序 調(diào)讀數(shù)子程序 指向第一片8243P4口 有警否？ 口地址加1 調(diào)讀數(shù)子程序 有警否？ 調(diào)核對(duì)子程序 口地址加1 調(diào)讀數(shù)子程序 有警否？ 調(diào)讀數(shù)子程序 口地址加1 調(diào)用核對(duì)程序 有警否？ 指向第二片8243 調(diào)用核對(duì)程序 讀完否？ N N N N N Y Y Y Y Y 圖4-1 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的主程序流程 4.2 讀數(shù)子程序 讀數(shù)子程序主要用來讀入8243輸入口的信息，并檢查是否有報(bào)警信號(hào)，程序流程如圖4-2所示。根據(jù)流程圖編程如下所列。 入口 控制字送8243 讀入數(shù)

61、據(jù) 子程序返回 結(jié)束讀過程 圖4-2 讀數(shù)子程序流程圖 4.3 核對(duì)子程序 核對(duì)子程序主要用于核對(duì)火警的真實(shí)性，以防止發(fā)生誤報(bào)，故在核對(duì)子程序中先延時(shí)3S，然后再次讀入相同口的信號(hào)，比較后作出判斷是否報(bào)警。程序流程如圖4-3所示。 入口 保存第一次讀數(shù) 延時(shí)3s 重讀相同口 有警否？ 返回 調(diào)用查找報(bào)警點(diǎn)子程序 N Y 圖4-3-1 核對(duì)子程序流程圖 4.4 查找報(bào)警點(diǎn)子程序 查找報(bào)警點(diǎn)子程序要完成三項(xiàng)任務(wù)：第

62、一項(xiàng)任務(wù)是判斷當(dāng)前讀的是8243四個(gè)口中的哪一個(gè)；第二項(xiàng)任務(wù)是判斷這個(gè)口所在的片；第三項(xiàng)任務(wù)是判斷這個(gè)口有哪幾個(gè)點(diǎn)不為零。定義為PX.0～PX.4（X=4～7）。程序流程如圖4-4所示。 根據(jù)流程圖編程如下所列。 取有報(bào)警口控制字 00H （R2） 是P5口否？ 04H （R2） 是P6口否？ 08H （R2） 是P7口否？ 是P4口否？ 12H （R2） 是PX.1否 ? 調(diào)顯示 00H （R3） 是第一片8243否？ 02H （R4） 調(diào)顯示 是PX.2否 ? 03H

63、（R4） 調(diào)顯示 04H （R4） 調(diào)顯示 返回 是PX.0否 ? 是第二片8243否？ 01H （R4） 16H （R3） 是PX.3否 ? N Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y N N N N N N N N N 圖4-4 查找報(bào)警點(diǎn)子程序流程圖 4.5 顯示及報(bào)警子程序 顯示及報(bào)警子程序主要用于對(duì)所查找的報(bào)警點(diǎn)進(jìn)行顯示報(bào)警，其程序流程如圖4-5所示。 計(jì)算報(bào)警點(diǎn)地址 延時(shí) 顯示高位數(shù)碼 置循環(huán)設(shè)計(jì)初值 循環(huán)顯示完否？ 顯示低位數(shù)碼 延時(shí)

64、 返回 N Y 圖4-5-1 顯示及報(bào)警子程序 4.6 聯(lián)動(dòng)消防 CPL P0.0 RET 4.7 延時(shí)子程序 DELAD1: MOV R5,#04H ；延時(shí)子程序1 DELAD2: MOV R6,#0F0H DELAD3: MOV R7,#0F7H DELAD4: NOP NOP DJNZ R7, DELAD4

65、 DJNZ R6, DELAD3 DJNZ R5, DELAD2 RET DELAD5: MOV R5,#02H ；延時(shí)子程序2 DELAD6: MOV R6,#0FFH DJNZ R6,$ DJNZ R5,DELAD6 第五章 總結(jié)與展望 5.1 總結(jié) 本文所設(shè)計(jì)的基于AT89C51單片機(jī)的火災(zāi)自動(dòng)控制系統(tǒng)，是以賓館、商場(chǎng)、夜總會(huì)等人員密集且有較多易燃物的場(chǎng)所為設(shè)計(jì)對(duì)象的。本文在該系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)中主要作了下列具體工作：

66、 (1)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：信息采集轉(zhuǎn)化部分，涉及到了傳感器、電路等方面的相關(guān)知識(shí)；單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，涉及到了單片機(jī)I/O口擴(kuò)展等相關(guān)知識(shí)；外圍電路以及電源部分設(shè)計(jì)，均涉及到了電子電路方面的相關(guān)知識(shí)；人機(jī)操作控制面板設(shè)計(jì)，涉及到了畫圖板等制圖軟件的應(yīng)用等知識(shí)。 (2)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：編程語言主要應(yīng)用了匯編語言。其間還涉及到了具體工作方式的狀態(tài)流程圖設(shè)計(jì)和文本檔案的撰寫。 在第一、二章中，筆者針對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的基本狀況作了簡(jiǎn)要分析，并指出我國(guó)消防電子產(chǎn)品的發(fā)展方向是：高可靠、智能化、網(wǎng)絡(luò)化?；诖耍P者設(shè)計(jì)的賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)具備以下幾個(gè)特點(diǎn)： ① 設(shè)計(jì)合理，實(shí)用廉價(jià)。② 可靠性高，不易損壞。 ③ 靈敏度高，控制合理。④ 便于維護(hù)和擴(kuò)展。 在設(shè)計(jì)過程中，筆者遇到的最大的困難在于對(duì)傳感器的選擇和聯(lián)動(dòng)消防裝置的設(shè)計(jì)。本人所學(xué)的專業(yè)是應(yīng)用電子技術(shù)，在?？齐A段對(duì)傳感器的接觸很是有限，理論知識(shí)尚很欠缺，工程實(shí)踐自不必說。另外，由于聯(lián)動(dòng)消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)邊緣交叉學(xué)科，屬于自動(dòng)化專業(yè)和土木建筑方向的建筑消防專業(yè)共同研究的內(nèi)容。在本科階段未能接觸，短短的2個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，不可能形成