基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的火災(zāi)報(bào)警器設(shè)計(jì).doc

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)論文 09屆 自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè) 。 班級(jí) 題 目 火災(zāi)報(bào)警器設(shè)計(jì) 姓 名 逐 陌 學(xué) 號(hào) 0906。 指導(dǎo)教師 中科院 二一二 年 六 月 二 日一、火災(zāi)報(bào)警的基本原理 本報(bào)警器的工作原理:當(dāng)發(fā)現(xiàn)警情時(shí),探測(cè)器將警報(bào)信號(hào)通過(guò)傳感器接口送入單片機(jī),單片機(jī)的報(bào)警中斷程序開(kāi)始運(yùn)行,調(diào)用撥號(hào)子程序按照預(yù)置號(hào)碼進(jìn)行撥號(hào)。此時(shí)單片機(jī)控制mt8880 發(fā)送雙音頻信號(hào)撥號(hào),并檢測(cè)呼叫信號(hào)以判定是否可以調(diào)用語(yǔ)音模塊進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警。當(dāng)沒(méi)有警情時(shí),可以通過(guò)另一部話(huà)機(jī)撥打本機(jī),振鈴檢測(cè)電路將振鈴音信號(hào)轉(zhuǎn)換成ttl 信號(hào)傳送給單片機(jī),由單片機(jī)計(jì)數(shù)；當(dāng)經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)的振鈴無(wú)人摘機(jī)時(shí),系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)摘機(jī),調(diào)用遠(yuǎn)程設(shè)置子程序進(jìn)行遠(yuǎn)程錄音、查詢(xún)警情等操作。語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)主要完成的功能：感溫傳感器和感煙傳感器通過(guò)采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸入中央處理器,若判斷出兩種傳感器中有一種動(dòng)作, 表明有異?，F(xiàn)象,發(fā)異常語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)“溫度超限”或“煙霧報(bào)警”,同時(shí)相應(yīng)的指示燈亮。此時(shí),若另一傳感器也動(dòng)作,則停止異常報(bào)警,而進(jìn)入火警報(bào)警狀態(tài),有現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)音“火警”報(bào)警提示,火警指示燈亮。同時(shí)系統(tǒng)調(diào)用遠(yuǎn)程報(bào)警模塊,開(kāi)始逐個(gè)撥叫預(yù)設(shè)的報(bào)警電話(huà),直至有一個(gè)報(bào)警電話(huà)撥通,并收到回碼。在撥號(hào)后首先判斷電話(huà)線(xiàn)的狀態(tài)是否為回鈴音及對(duì)方是否摘機(jī)。如是,播放錄制好的語(yǔ)音報(bào)警內(nèi)容,如“某某區(qū)某某單元某某樓層某某房間發(fā)生火警”。否則掛機(jī),撥打下一個(gè)號(hào)碼。二、設(shè)計(jì)方案 硬件電路主要包括單片機(jī)電路，2路傳感器報(bào)警信號(hào)電路,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路， 語(yǔ)音報(bào)警電路，震鈴檢測(cè)電路、模擬摘機(jī)和dtmf解調(diào)電路，以及主備電控制電路部分。1溫度煙霧傳感器2信號(hào)調(diào)理器3a/d轉(zhuǎn)換器6收發(fā)碼電路5單片機(jī)at89c514現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警系統(tǒng)圖1 報(bào)警電路方框圖如圖1所示, 報(bào)警器硬件由溫度煙霧信號(hào)采集模塊、聲光報(bào)警模塊以及單片機(jī)與收發(fā)碼模塊組成。圖中1, 2, 3 組成數(shù)據(jù)采集模塊, 4, 5 組成現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警模塊, 5,6組成遠(yuǎn)程報(bào)警模塊。其中, 1 為傳感器(包括煙感和溫感) , 將現(xiàn)場(chǎng)溫度、煙霧等非電信號(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(mǎn)足a/d 轉(zhuǎn)換的要求； 3為a/d 轉(zhuǎn)換電路, 完成將溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。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。單片機(jī)與遠(yuǎn)程報(bào)警模塊由單片機(jī)、mt8880收發(fā)碼電路組成, 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警。三、硬件設(shè)計(jì)1. mt8880接收電路的設(shè)計(jì)圖2 mt8880接收電路連線(xiàn)圖當(dāng)mt8880作為dtmf接收器的時(shí)候，dtmf信號(hào)經(jīng)由in和in輸入，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大濾除信號(hào)中的撥號(hào)音頻率，然后發(fā)送到雙音頻濾波器，分離出低頻組和高頻組信號(hào)，通過(guò)數(shù)字計(jì)數(shù)的方式檢出dtmf信號(hào)的頻率，并且通過(guò)譯碼器譯成4位二進(jìn)制碼。4位二進(jìn)制編碼被鎖存在接收數(shù)據(jù)寄存器中，此時(shí)狀態(tài)寄存器中的延時(shí)控制識(shí)別位復(fù)位，狀態(tài)寄存器中的接收數(shù)據(jù)寄存器滿(mǎn)標(biāo)識(shí)位置位，對(duì)外而言，當(dāng)寄存器中的延時(shí)控制識(shí)別位復(fù)位時(shí)，irql/cp由高電平變?yōu)榈碗娖?。如果用irqlcp作為單片機(jī)的中斷信號(hào)，irql由高電平變?yōu)榈碗娖?，向cpu發(fā)出中斷請(qǐng)求，當(dāng)cpu響應(yīng)中斷，讀出寄存器中的數(shù)據(jù)后，irql返回高電平。mt8880的d0d3與單片機(jī)的p1.0p1.3相連，p1.4p1.7分別與ck，rso，csl，r/wl相連。2. 發(fā)送電路設(shè)計(jì)圖3 mt8880發(fā)送電路連線(xiàn)圖當(dāng)mt8880作為發(fā)送器時(shí)數(shù)據(jù)總線(xiàn)上d0d3四位二進(jìn)制碼被鎖存在發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中8，發(fā)送的dtmf信號(hào)頻率由3.58 mhz的晶振分頻產(chǎn)生。分頻器首先從基準(zhǔn)頻率分離出8個(gè)不同頻率的正弦波，行列計(jì)數(shù)器根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)，以八取二方式分離出一個(gè)高頻信號(hào)和一個(gè)低頻信號(hào)，經(jīng)開(kāi)關(guān)電容做da轉(zhuǎn)換，在加法器中合成dtmf信號(hào)，并從tone端輸出，電路圖如圖7所示。應(yīng)用mt8880使dtmf信號(hào)的收發(fā)功能于一體，完成dtmf信號(hào)的編碼與解碼，達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?. 燈光報(bào)警電路由at89c51 p0 口的p0.0p0.3 分別控制4 個(gè)發(fā)光二極管, 予以光報(bào)警, 如圖8所示。p114p117 控制的燈依次為綠色(正常信號(hào)燈)、黃色(故障信號(hào)燈)、紅色(異常信號(hào)燈)和紅色(火災(zāi)信號(hào)燈)。當(dāng)這些輸出端輸出低電平時(shí), 對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈便會(huì)發(fā)光報(bào)警。圖4 光報(bào)警電路4. 系統(tǒng)總體電路圖四、軟件設(shè)計(jì)1. 數(shù)據(jù)采集子程序數(shù)據(jù)采集部分的程序設(shè)計(jì)包括：驅(qū)動(dòng)adc0809 的in0和in1進(jìn)行a/d 轉(zhuǎn)換,分別由子程序adc1 (溫度轉(zhuǎn)換) 和adc2 (煙霧濃度轉(zhuǎn)換) 完成；單片機(jī)接收轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù), 存入指定內(nèi)存單元, 由int1 中斷服務(wù)程序完成。每次驅(qū)動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換后等待外部中斷, 中斷到來(lái)說(shuō)明a/d 轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成, 通過(guò)中斷服務(wù)程序讀取轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。a/ d 采樣程序如下: 本程序分住程序和中斷服務(wù)程序兩部分。主程序用來(lái)對(duì)中斷初始化，給adc0809發(fā)起動(dòng)脈沖和送模擬量路數(shù)地址等。中斷服務(wù)程序用來(lái)從adc 接受a/d轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量和判斷一遍采集完否。參考程序如下： 主程序： org 0a00h mov r1, #30h /輸入數(shù)據(jù)區(qū)始址送r1 mov r4, #2 /模擬量總路數(shù)送r4 mov r2, #00h /in0地址送r2 setb ea /開(kāi)cpu中斷 setb ex1 /允許int1l中斷 setb it1 /即int1l為邊沿觸發(fā) mov r0, #0f0h /送端口地址f0h到r0 mov a, r2 /in0地址送a movx r0, a /送in0地址到a/d sjmp $ /等待中斷或其它中斷服務(wù)程序: org 0013h ajmp cint1 /轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序 org 0100hcint1: mov r0, #0f0h /端口地址送r0movx a, r0 /輸入數(shù)字量amov r1, a /存入輸入數(shù)據(jù)區(qū)inc r1 /輸入數(shù)據(jù)區(qū)指針加1inc r2 /修改模擬量路數(shù)地址mov a, r2 /下個(gè)模擬量路數(shù)地址送amovx r0, a /送下路模擬量路數(shù)地址,并啟a/ddjnz r4, loop /若未采集完2路,則loopclr ex1 /若已采集完2路,則關(guān)int1l中斷l(xiāng)oop:reti /中斷返回end2. 火災(zāi)判斷程序?yàn)榱私档驼`報(bào)率, 系統(tǒng)采用了多次采集、多次判斷的方法。每次數(shù)據(jù)采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行判斷:00h 表示正常；01h 表示異常；02h 表示火災(zāi)。然后綜合多次判斷結(jié)果做出最終的火情判斷。具體判斷方法如下:(1) 對(duì)溫度和煙霧進(jìn)行了兩次數(shù)據(jù)采集與判斷溫度100 , 溫度異常, 置標(biāo)志位為1, 否則為0；煙霧(co, co2) 濃度0106% , 煙霧濃度異常, 置標(biāo)志位為1, 否則為0。(2) 根據(jù)溫度和煙霧的異常標(biāo)志位判斷現(xiàn)場(chǎng)情況2 個(gè)標(biāo)志位均為0, 表示情況正常, 給53h 或56h 單元送00h； 2 個(gè)中僅有1 個(gè)為1, 表示情況異常, 送01h；2 個(gè)均為1, 表示有火災(zāi)發(fā)生, 送02h。(3) 綜合兩次情況做最后判斷,并予以報(bào)警若53h 和56h 中數(shù)據(jù)不相同, 說(shuō)明是誤報(bào), 調(diào)故障報(bào)警子程序；否則按該單元中的數(shù)據(jù)調(diào)相應(yīng)的報(bào)警子程序。00h 為情況正常, 返回；01h 為情況異常, 調(diào)異常報(bào)警子程序；02h 為現(xiàn)場(chǎng)有火災(zāi), 調(diào)火災(zāi)報(bào)警子程序, 并向消防中心報(bào)告火情。3. 電話(huà)報(bào)警流程設(shè)計(jì)電話(huà)報(bào)警模塊主要通過(guò)中斷服務(wù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。該程序的基本流程是:報(bào)警器摘機(jī),自動(dòng)撥叫號(hào)碼簿上相應(yīng)的報(bào)警號(hào)碼,如110、119 ,或一組用戶(hù)的自己設(shè)置的固定電話(huà)號(hào)碼、手機(jī)號(hào)碼。撥叫時(shí),報(bào)警器摘機(jī)后先對(duì)電話(huà)線(xiàn)上的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)到撥號(hào)音就撥號(hào),檢測(cè)不到撥號(hào)音說(shuō)明電話(huà)線(xiàn)已有問(wèn)題,無(wú)法撥號(hào),就自動(dòng)掛機(jī)。撥號(hào)后等待三秒再檢測(cè)有無(wú)回鈴音或忙音,如果都沒(méi)有,就表明已經(jīng)接通,可以進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警。如遇回鈴音就等待三秒再檢測(cè),若等待三次后線(xiàn)路仍然不通,就撥叫下一個(gè)號(hào)碼；若遇忙音就先掛機(jī)再等待10s ,重新?lián)芴?hào),如此三次后仍然撥不通,就撥叫下一個(gè)號(hào)碼,直到將電話(huà)簿上的所有號(hào)碼撥完為止。自動(dòng)電話(huà)語(yǔ)音報(bào)警程序在發(fā)生報(bào)警時(shí)調(diào)用,其程序流程圖如圖10所示。 nnyyyn電話(huà)語(yǔ)音報(bào)警程序是否報(bào)警？報(bào)警性質(zhì)語(yǔ)音從電話(huà)數(shù)據(jù)庫(kù)中查找電話(huà)號(hào)碼電話(huà)撥號(hào)電話(huà)連接成功？電話(huà)占線(xiàn)？播放語(yǔ)音程序結(jié)束等待10s撥打下一電話(huà)號(hào)碼圖5 報(bào)警流程圖報(bào)警撥號(hào)后對(duì)方回鈴音和忙音的區(qū)別： 按規(guī)定回鈴音為1s 高電平4 s 低電平方波信號(hào)，忙音為高電平和低電平均為0135s方波信號(hào)，回鈴音和忙音呼叫時(shí)間60s，60s后自動(dòng)掛機(jī)。當(dāng)有報(bào)警信號(hào)送單片機(jī)時(shí),通過(guò)軟件模擬摘機(jī),預(yù)留電話(huà)撥號(hào)輸出后,在接到第一聲回鈴音或忙音時(shí),定時(shí)器開(kāi)始定時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)輸入的回鈴音或忙音的個(gè)數(shù)。然后判別在60 s 內(nèi)，若計(jì)數(shù)值大于15個(gè)脈沖(這時(shí)無(wú)論60s定時(shí)到否)則表示對(duì)方為忙音,，應(yīng)掛機(jī)，撥打下一個(gè)報(bào)警電話(huà)。若在60 s 內(nèi)計(jì)數(shù)小于14個(gè)脈沖，則表示為回鈴音。若在少于12個(gè)脈沖中間回鈴音中斷表示對(duì)方有人接聽(tīng)，可以播放報(bào)警信號(hào)對(duì)應(yīng)的報(bào)警語(yǔ)音12。若60 s 內(nèi)一直有回鈴音，且定時(shí)到，表示對(duì)方無(wú)人接聽(tīng)，則掛機(jī)撥打下一個(gè)報(bào)警電話(huà)，直到電話(huà)報(bào)警完成。4. mt8880的數(shù)據(jù)發(fā)送程序設(shè)計(jì)yn開(kāi)始mt8880初始化串口初始化r1=1?接受數(shù)據(jù)r1清0發(fā)送數(shù)據(jù)到mt888050ms延時(shí)圖6 mt8880的數(shù)據(jù)發(fā)送圖程序清單如下： org 0000h ajmp main org 0100hmain: mov 30h, #08h mov 31h, #04h mov 32h, #07h mov 33h, #09h mov 34h, #04h mov 35h, #06h mov 36h, #02h clr p1.6 /cs寫(xiě)crb,crb對(duì)mt8880進(jìn)行初始化 clr p1.4 /ck clr p1.7 /r/w setb p1.5 /rso mov p1,#0dh /寫(xiě)cra set p1.4 /觸發(fā)ck信號(hào) nopnopclr p1.4 /清ck信號(hào)mov p1,#00h /寫(xiě)crbsetb p1.4 /觸發(fā)ck信號(hào)nopnopclr p1.4 /清ck信號(hào)setb p1.6 /關(guān)閉片選end:clr p1.6 /cs 選擇mt8880的發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器clr p1.4 /ckclr p1.5 /rsoclr p1.7 /r/wlloop: mov r0, 30hmov r1,#7h /將發(fā)送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)給r1寄存器mov a, r0 /將數(shù)據(jù)首地址給寄存器mov p1,a /將數(shù)據(jù)送入p1口setb p1.4 /觸發(fā)ck信號(hào)acall delay /調(diào)用延時(shí)子程序clr p1.4 /清ck信號(hào)inc r0 /數(shù)據(jù)地址加一djnz r1,loop /數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)減一 5. mt8880數(shù)據(jù)接收程序設(shè)計(jì)ynyn開(kāi)始mt8880初始化串口初始化p1.2=1?接收數(shù)據(jù)t1=1?發(fā)送數(shù)據(jù)t1清“0”圖7 mt8880的數(shù)據(jù)接收流程圖程序清單如下： org 0000hajmp main org 0100hmain:mov 30h,#00h /賦初值給30-36的地址范圍mov 31h, #00hmov 32h, #00hmov 33h, #00hmov 34h, #-00hmov 35h, #00hmov 36h, #00hmov tmod,#20 /初始化定時(shí)器/計(jì)數(shù)器作為波特率發(fā)生器mov tl1,#0fdh /裝入低位的記數(shù)初值mov th1,#0fdh /裝入重裝值9600的波特率clr et1 /禁止t1中斷setb tr1 /t1啟動(dòng)mov scon,#40h /串口初始化為方式1mov pcon,#00h /使smod=0clr p1.6 /cs寫(xiě)cra,crb對(duì)mt8880進(jìn)行初始化clr p1.4 /ckclr p1.7 /r/wsetb p1.5 /rsomov p1,#2dh /寫(xiě)cra setb p1.4 /觸發(fā)ck 信號(hào) nop nop clr p1.4 /清ck信號(hào) mov p1,#20h /寫(xiě)crb setb p1.4 /單發(fā)ck信號(hào) nop nop clr p1.4 /清ck信號(hào)setb p1.6 /關(guān)閉片選nopnop mov r0,30h /接收數(shù)據(jù)的首地址mov r1,#7h /接收數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)五、結(jié)論 本系統(tǒng)是將單片機(jī)和多傳感器信息融合,完成語(yǔ)音報(bào)警的實(shí)用、可靠的單片機(jī)語(yǔ)音自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，它具有功能強(qiáng)、靈活性高、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性高等優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)，還存在一些缺陷，比如：系統(tǒng)需要的模塊較多，編寫(xiě)程序時(shí)有點(diǎn)復(fù)雜。希望在以后的研究中進(jìn)一步優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)。盡量簡(jiǎn)化線(xiàn)路數(shù)量和布線(xiàn)方式,減少設(shè)備種類(lèi),系統(tǒng)功能盡可能由軟件實(shí)現(xiàn),提高系統(tǒng)可靠性和維護(hù)性,同時(shí)建立良好的人機(jī)界面,方便人們使用。總之，此系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)還是比較簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警功能，符合安全系統(tǒng)的規(guī)則和要求。設(shè)計(jì)總結(jié)：由于時(shí)間緊迫和個(gè)人