基于單片機(jī)的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計與仿真

1、 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計學(xué) 生：何凡學(xué) 號：專 業(yè)：自 動 化 班 級：2010.4指導(dǎo)教師：范 燾四川理工學(xué)院自動化與電子信息學(xué)院二O一四年六月摘 要本文設(shè)計了一種以單片機(jī)為基礎(chǔ)，同時集成了語音芯片ISD1420、A/D轉(zhuǎn)換器、溫度傳感器AD590和氣體傳感器TGS202等，利用多傳感器信息融合技術(shù)，火災(zāi)探測器通過對火災(zāi)發(fā)出的物理、化學(xué)現(xiàn)象燃燒氣體、煙霧粒子、溫度的探測，將探測到的火情信號轉(zhuǎn)化成火警電信號傳遞給火災(zāi)報警控制器，火災(zāi)報警器再發(fā)出報警信號。這是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉、智能化的報警器系統(tǒng)，具有一定實用價值。關(guān)鍵詞：火災(zāi)報警器；AD590；

2、ISD1420；A/D轉(zhuǎn)換器； ISD1420ABSTRACTThis paper designed a fire alarm based on single chip microcomputer, at the same time integration of voice chip ISD1420, A/D converter, temperature sensor AD590 and TGS202 gas sensors, using multi-sensor information fusion technology, the fire detector based on detecti

3、on and fire a physical, chemical phenomena the combustion gases, smoke particles, the temperature, the fire the detected signal is transformed into the fire alarm signal to the fire alarm controller, fire alarm and alarm signal. This is an alarm system which has the advantages of simple structure, c

4、onvenient operation, low price, intelligent, have certain practical value.Key words: Fire alarm; AD590; ISD1420; A/D converter; 目錄摘 要IABSTRACTII第1章 引 言11.1研究背景11.2設(shè)計的目的和意義1第2章 系統(tǒng)設(shè)計方案32.1 火災(zāi)的產(chǎn)生機(jī)理32.2 火災(zāi)報警器的類型42.3 技術(shù)實現(xiàn)的方法62.3.1系統(tǒng)硬件結(jié)62.3.2系統(tǒng)軟件方案7第3章 火災(zāi)報警系統(tǒng)的硬件設(shè)計93.1 系統(tǒng)芯片介紹93.1.1 AD590溫度傳感器93.1.2 TGS202氣

5、體傳感器103.1.3 ISD420語音芯片113.1.4 80C51芯片133.1.5 A/D轉(zhuǎn)換芯片153.1.6數(shù)碼顯示電路173.2 單片機(jī)外圍接口電183.2.1 晶振電路183.2.2 復(fù)位電路183.2.3 信號處理電路193.2.4 A/D轉(zhuǎn)換電路213.2.5 報警電路233.2.6 語音報警電路233.2.7 狀態(tài)指示燈電路243.2.8 數(shù)碼管顯示電路24第4章 火災(zāi)報警器的軟件設(shè)計264.1 軟件開發(fā)環(huán)境264.3 主程序流程264.2 主程序初始化流程圖274.3 數(shù)據(jù)采集子程序284.4 火災(zāi)判斷與報警程序304.4.1 火災(zāi)報警數(shù)據(jù)處理方法304.4.2 火災(zāi)判斷

6、與報警304.5 系統(tǒng)仿真31第5章 結(jié)束語35致謝36參考文獻(xiàn)37附錄38第1章 引 言1.1 研究背景火災(zāi)是指在時間和空間上失去控制，對財產(chǎn)和人身造成一定損害的燃燒現(xiàn)象稱為火災(zāi)。從燃燒的角度看，火災(zāi)的實質(zhì)是燃燒，是一種自然現(xiàn)象，但絕大多數(shù)火災(zāi)同人的因素有關(guān)，是社會現(xiàn)象?；馂?zāi)的發(fā)生過程是復(fù)雜的，常常表現(xiàn)出普遍性、隨機(jī)性、必然性和相似性?；馂?zāi)發(fā)生的普遍性，是說火災(zāi)不論在什么單位和部位，從草原到森林，從居民住宅到大大小小的企業(yè)、事業(yè)單位，到處都可能發(fā)生，這表明了火災(zāi)發(fā)生的普遍性。經(jīng)驗告誡人們，任何單位、任何部位，也包括組成社會的細(xì)胞家庭，都要無一例外地預(yù)防火災(zāi)?；馂?zāi)的發(fā)生的隨機(jī)性，是說人們無法事

7、前準(zhǔn)確預(yù)測何地、何時、何物將發(fā)生火災(zāi)，以及火災(zāi)現(xiàn)場規(guī)模大小、火勢呈現(xiàn)方式。這種特性告誡人們要時時刻刻預(yù)防火災(zāi)，不可麻痹懈怠1。實踐證明，隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，消防工作的重要性就越來越突出。由此，火災(zāi)報警器在消防工作的作用尤為突出了。19世紀(jì)40年代美國誕生的火災(zāi)報警裝置標(biāo)志著火災(zāi)自動報警系統(tǒng)首次進(jìn)入人們的視野2。1890年在英國，感溫式火災(zāi)探測器研制成功并應(yīng)用于火災(zāi)探測系統(tǒng)，標(biāo)志著火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的發(fā)展走上正軌3。在我國，采用的無線通信方式的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)日益受到重視。由于其具有安裝簡便、對建筑物無損壞作業(yè)、靈活性好，易于擴(kuò)展等優(yōu)點，適用于許多場合，如名勝古跡、體育館、博物館、展覽中心、處于

8、施工階段的建筑物、醫(yī)院等?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)的智能性主要體現(xiàn)在火災(zāi)判決和統(tǒng)籌管理方面，一般分為分散式、集中式和分布式，分散式系統(tǒng)由非智能型控制器若干智能型探測節(jié)點組成，由探測節(jié)點完成火災(zāi)狀態(tài)的判斷;集中式系統(tǒng)由智能型控制器和若干非智能探測節(jié)點構(gòu)成，探測節(jié)點僅將火災(zāi)參量傳送給控制器，由控制器智能地判斷火災(zāi)狀態(tài)；分布式系統(tǒng)的控制器和探測節(jié)點均為智能型，也是今后火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的發(fā)展方向4。1.2 設(shè)計的目的和意義在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會發(fā)展的主要災(zāi)害之一。據(jù)聯(lián)合國“世界火災(zāi)統(tǒng)計中心（WFSC）2000統(tǒng)計資料”，全球每年大約發(fā)生火災(zāi)600萬至700萬次，全球每年死于火災(zāi)

9、的人數(shù)約為65000至75000人。其中，歐美地區(qū)發(fā)生的火災(zāi)較多，死亡人數(shù)卻相對較少，這與歐美發(fā)達(dá)國家的生活水平以及消防技術(shù)和設(shè)施有關(guān)；相比較而言，亞洲地區(qū)發(fā)生火災(zāi)次數(shù)較少，但死亡人數(shù)較多，這與亞洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度不高、消防設(shè)施不完善等因素有關(guān)。據(jù)統(tǒng)計，我國70年代火災(zāi)年平均損失不到2.5億元，80年代火災(zāi)年平均損失接近3.2億元。進(jìn)入90年代，特別是1993年以來，火災(zāi)造成的直接財產(chǎn)損失上升到年均十幾億元，年均死亡2000多人。隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市高層、地下以及大型綜合性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)發(fā)生的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢。一旦發(fā)生火災(zāi)，將對人的生命和財產(chǎn)造

10、成極大的危害5?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)能迅速監(jiān)測火情，可發(fā)現(xiàn)人們不易發(fā)覺的火災(zāi)早期特征，可將火災(zāi)帶來的生命財產(chǎn)損失降到最低限度?；馂?zāi)發(fā)生的早期，會使得燃燒物質(zhì)分解，析出大量的有毒氣體CO，人們可能在毫無察覺火情的情況下就發(fā)生了CO中毒，從而無力逃生，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)可監(jiān)測到CO濃度的變化，為人們提供CO濃度超標(biāo)報警信息，通知人們及時疏散6。為此，本系統(tǒng)由火災(zāi)檢測模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊和聲光報警模塊組成。火災(zāi)檢測模塊由溫度檢測和煙霧檢測構(gòu)成，其溫度傳感器選用AD590，氣體傳感器選用TGS202。A/D轉(zhuǎn)換模塊選用常用ADC0809。聲光報警模塊分為聲音報警和光報警?；馂?zāi)探測器通過對火災(zāi)發(fā)

11、出的物理、化學(xué)現(xiàn)象燃燒氣體、煙霧粒子、溫度的探測，將探測到的火情信號轉(zhuǎn)化成火警電信號傳遞給火災(zāi)報警控制器。報警器將接收到火警信號后經(jīng)分析處理發(fā)出聲光報警信號，警示消防控制中心的值班人員，并顯示出火災(zāi)的位置。這是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉、智能化的煙霧傳感器，具有一定實用價值。第2章 系統(tǒng)設(shè)計方案2.1 火災(zāi)的產(chǎn)生機(jī)理眾所周知，物質(zhì)燃燒的基本條件是：可燃物、助燃物（氧氣）、和足夠的溫度。其中可燃物為氣體時，根據(jù)它和空氣混合方式的不同可以分成預(yù)混燃燒和擴(kuò)散燃燒兩種。當(dāng)可燃物是液體和固體時，因為它們難與空氣均勻混合，所以它們?nèi)紵幕具^程是當(dāng)外部提供一定的能量時，液體或固體先蒸發(fā)成蒸汽或分解出

12、可燃?xì)怏w（如CO、H2等），同時還形成一些氣溶膠。這些氣相形式的可燃物與空氣混合，在較強火源作用下產(chǎn)生預(yù)混燃燒。著火后，燃燒火焰產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面繼續(xù)釋放出大量的熱量。這些熱量通過可燃物的直接燃燒、熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對流，使火從起火部位向周圍蔓延，這就是常說的火蔓延。火蔓延導(dǎo)致了火勢的擴(kuò)大，形成了火災(zāi)根據(jù)火災(zāi)發(fā)生的場所不同，一般將火災(zāi)分成建筑火災(zāi)，森林火災(zāi)；根據(jù)燃燒空間的不同可分為受限空間火災(zāi)和開放空間火災(zāi)。典型的受限空間固體物質(zhì)火災(zāi)點火源的發(fā)展都要經(jīng)歷四個階段:早期、陰燃、火焰和放熱。圖2-1為火災(zāi)產(chǎn)生的不同階段的生成產(chǎn)物圖7。其中，不可見煙發(fā)生在火災(zāi)早期，可以根據(jù)火災(zāi)產(chǎn)生氣體進(jìn)行

13、探測；在火災(zāi)的陰燃期出現(xiàn)可見煙霧信號可用于探測；起火階段可以根據(jù)火焰進(jìn)行探測；高溫階段可以利用溫度信號進(jìn)行探測。高溫時間熄滅溫度起火陰火早期火焰可見煙不可見煙火災(zāi)產(chǎn)物溫度信號煙霧信號圖2-1 火災(zāi)煙霧和溫度變化曲線圖2.2 火災(zāi)報警器的類型（1）感煙火災(zāi)探測 感煙式火災(zāi)探測器具有早期報警的效果，是目前使用最為廣泛的一種探測器。感煙火災(zāi)探測器可分為離子型、光電型、電容式和半導(dǎo)體型等幾種。其中又以離子型和光電型火災(zāi)探測器使用居多。（2）感溫火災(zāi)探測器物質(zhì)在燃燒過程中，釋放出大量的熱，使環(huán)境溫度升高，探測器中的熱敏元件發(fā)生物理變化，從而將溫度信號轉(zhuǎn)變成電信號，傳輸給火災(zāi)報警控制器，發(fā)出火災(zāi)報警信號。

14、由于可采用敏感元件繁多，如熱敏電阻、熱電偶、雙金屬片、易熔金屬、膜盒式半導(dǎo)體元件等，故而感溫式火災(zāi)探測器的種類也頗多。根據(jù)感熱效果和結(jié)構(gòu)型式，可將它們分為定溫火災(zāi)探測器、差溫火災(zāi)探測器和差定溫復(fù)合火災(zāi)探測器。定溫火災(zāi)探測器根據(jù)局部環(huán)境到達(dá)規(guī)定溫度上下時開始動作。差溫火災(zāi)探測器根據(jù)升溫速率來動作，如果升溫速率超過預(yù)定值時則發(fā)出報警信號。差定溫復(fù)合火災(zāi)探測器是兼有差溫、定溫兩種功能的感溫火災(zāi)探測器。（3）感光火災(zāi)探測器感光火災(zāi)探測器又稱為火焰探測器，僅適用于有焰燃燒，只能在起火階段進(jìn)行探測，不適合于火災(zāi)早期探測。它是一種響應(yīng)火焰輻射光譜中的紅外和紫外的點型火災(zāi)探測器，主要有紅外火焰型和紫外火焰型兩

15、種。紅外火焰探測器的探測波長為 7000 微米，紫外火焰探測器的探測波長為 4000微米。由于光輻射的傳播速度快（83 10m /s ），且火焰探測器的傳感器件接收光輻射的響應(yīng)時間極短（ms 數(shù)量級），因而火焰探測器響應(yīng)速度也極快。它對于環(huán)境中氣流速度也沒什么限制，這類探測器適用于生產(chǎn)、儲存和運輸高度易燃物質(zhì)（特別是可燃液體火災(zāi)或爆炸品）的危險性場所以及昂貴設(shè)備或關(guān)鍵設(shè)施對火情有特殊監(jiān)測需要的地方。對于起火速度快，且無煙遮蔽的明火火災(zāi)反應(yīng)最為靈敏。其中紫外火焰探測器不受風(fēng)雨、陽光、高濕度、氣壓變化、極限環(huán)境濕度等影響，能在室外使用，但在雷電及電弧光有大量紫外線產(chǎn)生的場所運用此設(shè)備時，必須采取一

16、定措施以防止非火災(zāi)報警。另外，在產(chǎn)生火光之前就有大量煙霧產(chǎn)生的場合，不宜單獨采用紫外火焰探測器，必須與其它感煙探測器聯(lián)合使用。一般紫外火焰探測器同快速滅火系統(tǒng)和抑爆系統(tǒng)聯(lián)動8，組成快速自動報警滅火系統(tǒng)和自動報警抑爆系統(tǒng)。（4）圖像火災(zāi)探測 對于物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的火焰，除了可以分析它的光譜特征外，還可以對其火焰形狀進(jìn)行利用，這樣就產(chǎn)生了圖像火災(zāi)探測器。火焰是高溫物體，而它的周圍環(huán)境則是處于常溫狀態(tài)。火災(zāi)火焰在發(fā)展的過程中其形狀有一個不斷變化和持續(xù)的過程，而普通火焰，如打火機(jī)點火、蠟燭燃燒、煤氣火焰等，以及高溫發(fā)光源，如白熾燈、電爐等，則沒有這個變化過程。這樣就形成了火災(zāi)識別和探測算法的重要基礎(chǔ)。國內(nèi)

17、已有研究表明利用液晶片和 CCD 攝像機(jī)可對火災(zāi)圖像進(jìn)行有效的探測9。（5）氣體火災(zāi)探測目前氣體火災(zāi)探測器主要有兩類：可燃?xì)怏w型（主要探測對象是還原性氣體）和燃燒氣體產(chǎn)物型（主要探測對象是 CO 和 CO2）。 可燃?xì)怏w通常是指城市煤氣、石油液化氣、汽油蒸汽、酒精蒸汽、天然氣以及煤礦瓦斯等易燃易爆、有毒有害的氣體。這些氣體主要含有烷類、烴類、烯類、醇類、氫以及一氧化碳等成分。因此，在生產(chǎn)、運輸、儲存和使用這些氣體的過程中，如果違反操作規(guī)程或設(shè)備密封質(zhì)量不好，都有可能發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏現(xiàn)象，進(jìn)而釀成火災(zāi)或爆炸事故。 針對這些可燃?xì)怏w探測器主要有半導(dǎo)體型可燃?xì)怏w探測器、載體催化型可燃?xì)怏w探測器、固體

18、電介質(zhì)型可燃?xì)怏w探測器、光電型可燃?xì)怏w探測器等?；馂?zāi)發(fā)生的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物主要成分為 H2O、一氧化碳 CO、二氧化碳CO2、碳?xì)浠衔铮–xHy）。一般情況下，CO 和 CO2在空氣中的含量極低。只有在燃燒發(fā)生時才會產(chǎn)生大量的 CO 和 CO2。這些氣體比煙霧粒子產(chǎn)生得早，在感煙火災(zāi)探測器尚未發(fā)出報警信號前已達(dá)到相當(dāng)大的濃度。所以，針對這兩種氣體進(jìn)行監(jiān)測將會在很大程度上反映出環(huán)境中有燃燒現(xiàn)象發(fā)生，而且早期報警的效果比感煙探測器好。（6）燃燒聲音火災(zāi)探測 聲音火災(zāi)探測器利用燃燒所特有的次聲波現(xiàn)象制成的聲音傳感器。物質(zhì)在燃燒過程中，會放出大量的熱能，對周圍空氣進(jìn)行加熱，使得空氣膨脹，形成壓力聲波，其

19、頻率僅有數(shù)赫茲。這種超低頻（次聲波）的聲音現(xiàn)象為物質(zhì)燃燒所共有。且在這個頻率范圍內(nèi)，日常雜音很少，所以，可以在很大程度上避免環(huán)境對探測器的干擾。2.3 技術(shù)實現(xiàn)的方法火災(zāi)報警系統(tǒng)是由火災(zāi)探測部分和報警部分組成?；馂?zāi)探測器通過對火災(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，將探測到的火情信號轉(zhuǎn)化成火警電信號傳遞給火災(zāi)報警控制器。報警器將接收到火警信號后經(jīng)分析處理發(fā)出報警信號，警示消防控制中心的值班人員，并在屏幕上顯示出火災(zāi)的位置，整體電路的框圖如圖2-2所示 ： 傳感器放 大 器AD轉(zhuǎn)換器 單片機(jī)狀態(tài)指示燈聲音報警溫度顯示按鍵通信接口圖2-2 火災(zāi)報警系統(tǒng)

20、的原理圖2.3.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)該火災(zāi)報警系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、聲光報警模塊組成。單片機(jī)是此報警系統(tǒng)的核心，其原理是通過現(xiàn)場的傳感器（煙感和溫感）將非電信號變成電信號，再通過信號調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)理（放大、濾波等），使之滿足A/D轉(zhuǎn)換器的要求，最后A/D轉(zhuǎn)換器在將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號 ，在由單片機(jī)判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。如果發(fā)生火災(zāi)，就以聲光進(jìn)行報警。本文設(shè)計的用于小型防火單位的單片機(jī)火災(zāi)報警系統(tǒng)具有以下特點：（1）能對室內(nèi)煙霧（CO2，CO） 及溫度突變進(jìn)行報警，具有聲、光雙重報警功能。（2）系統(tǒng)故障報警功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障時，能發(fā)出故障報警信號。（3）異常報警功能。當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)異常

21、(如煙霧濃度過大或是溫度較高)時，能發(fā)出異常報警信號，引起人們注意，盡可能避免火災(zāi)的發(fā)生。（4）火災(zāi)報警功能。一旦真出現(xiàn)火災(zāi)（煙霧和溫度同時出現(xiàn)異常）時，能立即發(fā)出語音、光火災(zāi)警報9 。據(jù)類似本系統(tǒng)的報警器現(xiàn)場模擬實驗表明，本系統(tǒng)安全可靠，誤報率低。且由于其體積小、操作維護(hù)方便、成本低廉等，具有廣闊的應(yīng)用前景。2.3.2系統(tǒng)軟件方案Y開始初始化 溫度煙霧信號采集報警判斷正?；馂?zāi)報警N圖2-3 程序流程圖為了便于系統(tǒng)維護(hù)和功能擴(kuò)充，采用了模塊化程序設(shè)計方法，系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實現(xiàn)的。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報警子程序等，系統(tǒng)程序流程圖如圖2-3所示。為了降低

22、誤報率，系統(tǒng)采用多次采集、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)對現(xiàn)場情況進(jìn)行判斷，然后綜合多次判斷結(jié)果做出最終的火情判斷。主程序是一個無限循環(huán)體，其流程是：首先在上電之后系統(tǒng)的各部分包括單片機(jī)各個端口輸入輸出的設(shè)置、外圍驅(qū)動電路和數(shù)據(jù)存儲電路等完成初始化，其次是對芯片內(nèi)的程序進(jìn)行初始化，接下來執(zhí)行火災(zāi)報警系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，數(shù)據(jù)通信任務(wù)和查詢判斷任務(wù)。第3章 火災(zāi)報警系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)芯片介紹3.1.1 AD590溫度傳感器 AD590測量熱力溫度、攝氏溫度、兩點溫度差、多點平均溫度的具體電路，廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場合。由于AD590精度高、價格低、不需要輔助電源、線性好

23、，常用于測溫和熱電偶冷端補償10。所以本文選擇AD590溫度傳感器。AD590是美國Analog Devices公司生產(chǎn)的一種電流型二端溫度傳感器。電路如圖3-1所示。由于AD590 是電流型溫度傳感器，他的輸出同絕對溫度成正比，即1A/k，而數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0809 的輸入要求是電壓量，所以在AD590 的負(fù)極接出一個1k的電阻R和一個100的可調(diào)電阻W，將電流量變?yōu)殡妷毫克腿階DC0809。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，便可在輸出端VT獲得與絕對溫度成正比的電壓量，即10 mV/K。+5V1000R100WVT10mv/KAD590圖3-1 AD590應(yīng)用電路圖AD590的規(guī)格如下：（1）其輸出電流

24、是以絕對溫度零度（-273）為基準(zhǔn)，溫度每增加1，它會增加1輸出電流。（2）可測量范圍-55到+150。（3）供電電壓范圍+4V到+30V。（4） 精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線形誤差0.3。3.1.2 TGS202氣體傳感器火災(zāi)中氣體煙霧主要是CO2 和CO。TGS202氣體傳感器能探測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。如圖3-2所示，當(dāng)TGS202探測到CO2或者CO時，傳感器的內(nèi)阻變小，VA迅速上升。選擇適當(dāng)?shù)碾娮枳柚担沟卯?dāng)氣體濃度達(dá)到一定程度（如CO濃度達(dá)到0.06%）時，V

25、A端獲得適當(dāng)?shù)碾妷海ㄔO(shè)為5V）。VAV1V2R圖3-2 TGS202應(yīng)用電路圖3.1.3 ISD420語音芯片圖3-3 ISD1420引腳電源（VCCA，VCCD）：芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并且分別引到外封裝上，這樣可使噪聲最小。模擬和數(shù)字電源端最好分別走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容應(yīng)盡量靠近芯片。地線（VSSA，VSSD）：芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線，這兩個腳最好在引腳焊盤上相連。錄音（/REC）：低電平有效。只要/REC 變低（不管芯片處在節(jié)電狀態(tài)還是正在放音），芯片即開始錄音。邊沿觸發(fā)放音（/PLAYE）：此端出現(xiàn)下降沿時，芯片開始放音。電平

26、觸發(fā)放音（/PLAYL）：此端出現(xiàn)下降沿時，芯片開始放音。 錄音指示（/RECLED）：處于錄音狀態(tài)時，此端為低，可驅(qū)動 LED。話筒參考（MIC REF）：此端是前置放大器的反向輸入。當(dāng)以差分形式連接話筒時，可減小噪聲，提高共模抑制比。自動增益控制（AGC）：AGC 動態(tài)調(diào)節(jié)器整前置境益以補償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量（從耳語到喧嘩囂聲）時失真都能保持最小。模擬輸出（ANA OUT）：前置放大器輸出.前置電壓增益取決于AGC 端的電平。模擬輸入（ANA IN）：此端即芯片錄音的輸入信號。對話筒輸入來說，ANA OUT 端應(yīng)通過外接電容連至本端。喇叭輸出（SP+、SP-）：

27、這對輸出端能驅(qū)動16以上的喇叭。單端使用時必須在輸出端和喇叭間接耦合電容，而雙端輸出既不用電容又能將功率提高4倍。錄音時，它們都呈高阻態(tài);節(jié)電模式下，它們保持為低電平。外部時鐘（XCLK）：此端內(nèi)部有下拉元件，不用時應(yīng)接地。輸入時鐘的占空比無關(guān)緊要，因為內(nèi)部首先進(jìn)行了分頻。地址（A0A7）：地址端有兩個作用，取決于最高（MSB）兩位 A7、A6 的狀態(tài)。語音芯片與單片機(jī)的連接，常通過串行口來實現(xiàn)，串行口也可以通過輔助電路分時多用。定義好串行口的工作方式（串行口控制寄存器SCON字節(jié)地址為98H，可位尋址），當(dāng)由按鍵輸入或其它需要語音輸出時，串行口向CPU申請中斷，響應(yīng)中斷后，CPU便可以從串行

28、數(shù)據(jù)中識別出語音段編號，輸出語音信號。發(fā)送結(jié)束，中斷由軟件清零。3.1.4 80C51芯片圖3-4 80C51芯片的引腳圖下面按引腳功能分為4個部分?jǐn)⑹鰝€引腳的功能。（1）電源引腳VCC和VSSVCC（40腳）：接+5V電源正端；VSS（20腳）：接+5V電源正端。（2）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成采用外部時鐘時，對于HMOS單片機(jī)，該引腳接地；對于CHOMS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。

29、當(dāng)采用外部時鐘時，對于HMOS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。（3）控制信號或與其它電源復(fù)用引腳 控制信號或與其它電源復(fù)用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。 RST/VPD （9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機(jī)器周期的高電平，就可實現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)復(fù)位到初始狀態(tài)。當(dāng)VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源VPD(+5V)為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。ALE/P（30腳）：當(dāng)訪

30、問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存信號）以每機(jī)器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低PSEN（29腳）：片外程序存儲器讀選通輸出端，低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機(jī)器周期PESN兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間，PESN信號將不出現(xiàn)。EA/Vpp（31腳）：EA為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當(dāng)EA端保持高電平時，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲器4KB（MS52子系列為8KB）。若超出該范圍時，自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當(dāng)EA端保持低電平時，無論片內(nèi)有無程序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)

31、，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。（4）輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口P0口（39腳22腳）：P0.0P0.7統(tǒng)稱為P0口。當(dāng)不接外部存儲器與不擴(kuò)展I/O接口時，它可作為準(zhǔn)雙向8位輸入/輸出接口。當(dāng)接有外部程序存儲器或擴(kuò)展I/O口時，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用口。它分時提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。對于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)，當(dāng)EPROM編程時，從P0口輸入指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗程序時，則輸出指令字節(jié)。P1口（1腳8腳）：P1.0P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。對于MCS52子系列單片機(jī)，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0口用作

32、定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端T2；P1.1用作定時器/計數(shù)器2的外部控制端T2EX。對于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗時，P0口接收輸入的低8位地址。P2口（21腳28腳）：P2.0P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O接口。當(dāng)接有外部程序存儲器或擴(kuò)展I/O接口且尋址范圍超過256個字節(jié)時，P2口用于高8位地址總線送出高8位地址。對于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗時，P2口接收輸入的8位地址。P3口（10腳17腳）：P3.0P3.7統(tǒng)稱為P3口。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3

33、口的第2功能見下表表1 單片機(jī)P3.0管腳含義引腳第2功能P3.0RXD（串行口輸入端0）P3.1TXD（串行口輸出端）P3.2TXD（串行口輸出端）P3.3INT1（中斷1請求輸入端，低電平有效）P3.4T0（時器/計數(shù)器0計數(shù)脈沖端）P3.5T1（時器/計數(shù)器1數(shù)脈沖端）P3.6WR（數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效）P3.7RD（數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效）綜上所述，MCS51系列單片機(jī)的引腳作用可歸納為以下兩點：（1）980單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能；（2）單片機(jī)對外呈3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由P0口時復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線。3.

34、1.5 A/D轉(zhuǎn)換芯片在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，控制或測量對象的有關(guān)變量，往往是一些連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、位移、速度等物理量。但是大多數(shù)單片機(jī)本身只能識別和處理數(shù)字量，因此必須經(jīng)過模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換(A/D轉(zhuǎn)換)，才能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)對被控對象的識別和處理。完成A/D轉(zhuǎn)換的器件即為A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能參數(shù)有：（1）分辨率分辨率表示A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號的分辨能力。A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率以輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示；（2）轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間指A/D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時間。不同類型的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度相差甚遠(yuǎn)；（3）轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差表示A/

35、D轉(zhuǎn)換器實際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別，常用最低有效位的倍數(shù)表示；（4）線性度線性度指實際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。目前有很多類型的A/D轉(zhuǎn)換芯片，它們在轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度、分辨率以及使用價值上都各具特色，綜合全部因素設(shè)計決定采用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片。如圖3-5。圖3-5 ADC0809引腳圖ADC0809的引腳功能： D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。 I

36、N0-IN7：8位模擬量輸入引腳。 VCC ：+5V工作電壓。 GND ：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出。當(dāng)啟動裝換時，該引腳為低電平，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，該引腳輸出 高電平。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，如果從該引腳輸入高電平，則打開輸出三態(tài)門，輸出鎖存器的數(shù)據(jù)從D0D7送出。ADC0809主要性能指標(biāo)：（1）分辨率為8位。（2）最大不可調(diào)誤差：ADC0809為1LSB。（3）單電源+5v供電，基準(zhǔn)電壓由外部提供，典型值為+5v，此時允

37、許輸入模擬電壓為0-5V。（4）具有鎖存控制的8路模擬選通開關(guān)。（5）可鎖存三態(tài)輸出，輸出電平與TTL電平兼容。（6）轉(zhuǎn)換速度取于決芯片的時鐘頻率。當(dāng)時鐘頻率500KHz時，轉(zhuǎn)換時間為128s。3.1.6數(shù)碼顯示電路ICM7218 是INTERSIL公司生產(chǎn)的一種性能價格比較高的通用8位LED 數(shù)碼管驅(qū)動電路，28 腳雙列封裝，是一種多功能LED 數(shù)碼管驅(qū)動芯片，可與多種單片機(jī)接口使用。ICM7218 的輸出可直接驅(qū)動LED顯示器，不需外接驅(qū)動電路，工作電壓為+5V，其構(gòu)成的顯示電路結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。同樣由單片機(jī)向ICM7218寫控制字及數(shù)據(jù)，編程部分像給外部RAM寫數(shù)據(jù)一樣簡單。當(dāng)單片機(jī)寫

38、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，以動態(tài)掃描顯示方式向段顯示驅(qū)動器和位控驅(qū)動器發(fā)出控制信號，直到下一個控制字寫入前，不停地進(jìn)行動態(tài)顯示工作。3.2 單片機(jī)外圍接口電3.2.1 晶振電路晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)在串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，晶振電路為單片機(jī)工作提供時鐘信號，這個信號就是單片機(jī)的工作速度，芯片中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反向放大器，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

39、英體或陶瓷諧振蕩器一起構(gòu)成自激振蕩器。電路中的外接是應(yīng)盡及兩個電容接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，系統(tǒng)的晶振電路如圖3-7所示。由于外接電容的容量大小會輕微影響振蕩率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容量的大小范圍為30PF10PF；如果使用陶瓷諧振，則電容容量大小范圍40PF10PF。本文使用的石英晶體，電容的容值設(shè)定為30PF。3.2.2 復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。單片機(jī)在

40、啟動時都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。80C51的復(fù)位信號是從REST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果REST引腳上有一個高電平并維持2個機(jī)器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位，本設(shè)計采用的是手動按鈕復(fù)位。手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端REST上加入高電平，采用的辦法是在REST端和正電源VCC之間接一個按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時，則VCC的+5V電平就會直接加到REST端，系統(tǒng)復(fù)位。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，

41、設(shè)計完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。復(fù)位電路中SW-PB為手動復(fù)位開關(guān)，電容C1可避免高頻諧波對電路的干擾。復(fù)位電路如圖3-6。圖3-6 80C51晶振和復(fù)位電路原理圖3.2.3 信號處理電路傳感器輸出信號一般比較微弱，需要經(jīng)過前置電路對其進(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足單片機(jī)對輸入信號的要求。本系統(tǒng)采用的半導(dǎo)體煙霧傳感器屬于電阻型，因此只需要串聯(lián)一個參考電阻，在經(jīng)過一個放大電路即可發(fā)送給ADC采集。由于系統(tǒng)采用的是單極性供電，所以采用同向比例放大電路，可以減少硬件的開銷；反之，如果擦藥反向放大，則一般需要利用雙極性供電，這就是需要系統(tǒng)額外的利用變壓芯片產(chǎn)生一個負(fù)壓，這顯然會釀成浪費。常見的運算放大

42、器中，LM324價格低廉、使用簡單等優(yōu)點比較突出，所以本設(shè)計中的前置放大電路采用LM324作為電路的運算放大器。LM324是單片機(jī)高增益四運算放大器，可在較寬電壓范圍的單電源或雙電源下工作，其電源電流很小且與電源電壓無關(guān)，四個運放一致性好；其輸入流電阻式文檔補償?shù)模膊恍枰饨宇l率補償，可做到輸出電平與數(shù)字電路的兼容。下面介紹運算放大電路：從傳感器的上端出來的信號Vi經(jīng)過運算放大器的同向輸入端，但是為保證引入的是負(fù)反饋，輸出電壓Vo通過電阻R4接到反相輸入端，同時，反相輸入端通過電阻R3接到參考電壓Vref。同相比例運算電路中反饋的組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，同樣可以利用理想運放工作在線性區(qū)時的兩個

43、特點來分析其電壓放大倍數(shù)。根據(jù)放大的“虛段”和“虛斷”的特點可知，i-=i+=0，所以V-=Vo*R3/R3+Vref*R4/R3+R4 (3-1)而且V-=V+=ViVo=Vi*（R3+R4）/R3 (3-2)由以上兩式可求出Vo=Vref+R4/R3 (3-3)所以本放大電路的放大倍數(shù)A=1+R4/R3，此放大電路為同相比例放大電路，它的放大倍數(shù)總是大于或等于1。同相比例運算電路有以下幾個特點：（1）同相比例運算放大電路時一個深度的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。因為在“虛地”現(xiàn)象，所以其輸入端有較高的共模輸入 電壓。（2）電壓放大倍數(shù)A=1+R4/R3，即輸出電壓與輸入電壓的幅值成正比且相位相同，所

44、以此電路實現(xiàn)了同相比例放大。如果不接R4R3，則此電路就成了“電壓更隨器”，它可以減少電路模塊間由于阻抗引起額干擾。（3）由于引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，因此電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。高輸入阻抗就可以減少放大電路對前端電路的影響，同時低輸出阻抗也可以提高自身的抗干擾性，這顯然有利于電路中其他模塊的設(shè)計。此放大電路導(dǎo)致的零點電壓，引入了零點調(diào)節(jié)功能，這樣可以更方便的調(diào)整由于不同的傳感器導(dǎo)致的零點變化問題。它利用滑動變阻器產(chǎn)生了一個參考電壓Vref，再利用電壓跟隨器把電壓輸入到運算放大電路的參考端。所以調(diào)節(jié)滑動變阻器，就可以直接改變放大電路的參考電壓。如圖3-7所示：圖3-7 信號處理電路3

45、.2.4 A/D轉(zhuǎn)換電路經(jīng)過傳感器檢測的電信號為模擬信號，無法直接被單片機(jī)所識別，所以在經(jīng)過放大電路后對信號經(jīng)行A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入單片機(jī)。本設(shè)計中的A/D使用的是通用8位芯片ADC0809，煙霧、溫度傳感器的輸出端經(jīng)過放大電路后分別接到ADC0809的IN0和IN1。 ADC0809的通道選擇地址由80C51的P0.0P0.2經(jīng)地址鎖存器74LS373輸出提供。當(dāng)P2.7=0時，與寫信號WR共同選通ADC0809。其中ALE信號與START信號連在一起，在WR信號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉(zhuǎn)換。圖中ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號EOC接到80051的INT0引腳，當(dāng)A

46、/D轉(zhuǎn)換完成后，EOC變成高電平，表示轉(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)送到指定的存儲單元。由于ADC0809片內(nèi)無時鐘，故利用8051提供的地址鎖存使信號ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻獲得時鐘。因為ALE信號的頻率為2MHz，經(jīng)二分頻后為1MHz，與ADC0809的典型值吻合。如圖3-8所示。 圖3-8 A/D轉(zhuǎn)換電路3.2.5 報警電路3.2.6 語音報警電路 圖 3-9 語音報警電路AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號傳輸給P0口，讀取P0口的內(nèi)容跟設(shè)定的值進(jìn)行判定，如果大于設(shè)定值，P2.1輸出低電平，控制語音芯片ISD1420的發(fā)出火災(zāi)語音報警. 如果小于于設(shè)定值，P2.1輸出高電平，說

47、明正常，沒有火災(zāi)發(fā)生。3.2.7 狀態(tài)指示燈電路圖 3-10 狀態(tài)指示燈AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號傳輸給P0口，讀取P0口的內(nèi)容跟設(shè)定的值進(jìn)行判定，如果大于設(shè)定值，P2.3、P2.4輸出高電平，P2.2輸出低電平，控制黃色發(fā)光二級管的發(fā)光，說明發(fā)生火災(zāi)。如果小于設(shè)定值，P2.2、P2.3輸出高電平，P2.4輸出低電平，控制綠色發(fā)光二級管的發(fā)光，說明正常，沒有火災(zāi)發(fā)生。如果出現(xiàn)異常情況，P2.2、P2.4輸出高電平，P2.3輸出低電平，控制紅色發(fā)光二級管的發(fā)光。3.2.8 數(shù)碼管顯示電路數(shù)據(jù)采集進(jìn)來并被成功地由模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后，就被傳送到系統(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

48、，對LED進(jìn)行的是動態(tài)掃描，除了給顯示器提供段的輸入之外，還要對顯示器進(jìn)行位控制。本系統(tǒng)顯示用的4位七段數(shù)碼管由數(shù)碼管專用驅(qū)動芯片ICM7218A驅(qū)動，分別接數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g，DIGIT1、DIGIT2、 DIGIT3、 DIGIT4為位選，分別控制4位數(shù)碼管的亮滅，ID0-7為數(shù)據(jù)線，接單片機(jī)P1口。WRITE、MODE是寫控制位和模式控制位，分別接單片機(jī)P3.6、P2.5。如上圖3-11所示。圖3-11 數(shù)碼管顯示電路第4章 火災(zāi)報警器的軟件設(shè)計4.1 軟件開發(fā)環(huán)境本次系統(tǒng)采用的是C語言。因為C語言的描述由函數(shù)組成，是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計語言，所以更容易實現(xiàn)模塊化，而且具

49、有可讀性好，易于移植等優(yōu)點，同時還有匯編語言一樣的位操作功能的硬件詳細(xì)控制指令11。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面，可以使用結(jié)構(gòu)體和數(shù)組，能夠處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)，可用于實時處理系統(tǒng)。本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國Keil Software公司出品的Keil C51，是51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能 體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。C51工具包的整體結(jié)構(gòu)中，Vision與Ishell分別是C51 for Window

50、s和C51for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)C51連接定位生成絕對目標(biāo)文件(ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級調(diào)試，也可由仿真軟件Proteus使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。4.3 主程序流程火災(zāi)報警系統(tǒng)控制器上采用80C51作為主控芯片，其主要功能包括

51、：控制IO端口、邏輯判斷處理、驅(qū)動外部電路、語音報警和A/D采樣等，該部分是火災(zāi)報警系統(tǒng)智能化的集中體現(xiàn)。為了便于系統(tǒng)維護(hù)，在火災(zāi)報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計中采用了模塊化程序設(shè)計方法，系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實現(xiàn)的。既使得程序結(jié)構(gòu)清晰，又便于以后進(jìn)一步擴(kuò)展其功能。本系統(tǒng)主要包括主程序、溫度煙霧數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報警子程序等。主程序是一個無限循環(huán)體，其流程是：首先在上電之后系統(tǒng)的各部分包括單片機(jī)輸出輸入端口的設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲電路、外圍驅(qū)動電路等完成初始化，接下來執(zhí)行火災(zāi)報警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集程序、火災(zāi)判斷、報警程序。系統(tǒng)初始化后，80C51的P2.4為低電平，P2.2、P2.3為高電平

52、，所以只有綠燈亮，紅燈、黃燈不亮，蜂鳴器不報警。4.2 主程序初始化流程圖主程序初始化流程圖如圖4-2所示。這部分實現(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)定定時器工作方式，然后開系統(tǒng)中斷，以便響應(yīng)中斷定時，及時對氣體濃度和溫度進(jìn)行采樣。然后關(guān)閉蜂鳴器，開啟綠燈，設(shè)置報警限初值。NY定時器初始化開中斷關(guān)閉蜂鳴器打開綠燈是否報警設(shè)定初值開始返回圖4-2 主程序初始化流程圖4.3 數(shù)據(jù)采集子程序數(shù)據(jù)采集是火災(zāi)報警系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。為了降低誤報率，系統(tǒng)設(shè)計時對溫度煙霧采用了兩次采集、兩次判斷的方法。每次采集溫度煙霧數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存入單片機(jī)的寄存器，然后在火災(zāi)判斷程序

53、中，將采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。具體流程是：系統(tǒng)和程序初始化后，驅(qū)動ADC0809的IN0對溫度信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)接受轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，存入寄存器，由INT0中斷服務(wù)程序完成；系統(tǒng)延時10ms，驅(qū)動ADC0809的IN1對煙霧信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后存入寄存器。系統(tǒng)延時50ms，進(jìn)行第二次溫度煙霧信號采集，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入寄存器中。單片機(jī)每次驅(qū)動A/D轉(zhuǎn)換后等待外部中斷，當(dāng)ADC0809的EOC端變?yōu)?時，說明A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，再通過中斷服務(wù)程序讀取轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。由于設(shè)計采用的是模塊化設(shè)計，系統(tǒng)實現(xiàn)報警功能是通過調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)的。在數(shù)據(jù)采集子程序中，

54、一次溫度煙霧信號采集延時10ms，是讓ADC0809準(zhǔn)備好進(jìn)行下一次信號轉(zhuǎn)換。當(dāng)系統(tǒng)采集2次溫度煙霧信號后，轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入單片機(jī)的寄存器中，系統(tǒng)再調(diào)用火災(zāi)判斷子程序。系統(tǒng)溫度煙霧信號采集程序流程圖如圖4-3所示：檢查EOC OE賦值1第二次采集完檢查EOC OE賦值1采集溫度信號接受溫度數(shù)據(jù)延時200ms采集煙霧信號接受煙霧數(shù)據(jù)圖4-2 數(shù)據(jù)采集流程開始返回在火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的程序設(shè)計中使用了延時程序，延時的程序如下：void delayMS(uchar ms)uchar a;while(ms-)for(a=0;a120;a-);4.4 火災(zāi)判斷與報警程序4.4.1 火災(zāi)報警數(shù)據(jù)處理方法固定

55、門限檢測法是使用最早，且應(yīng)用最廣泛的火災(zāi)探測方法，優(yōu)點是計算量小且易于實現(xiàn)，其原理是根據(jù)火災(zāi)探測器的信號幅值作為火災(zāi)報警的依據(jù)，并與固定的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)信號幅值超過報警閾值時，則發(fā)出報警，否則解除報警12。 火災(zāi)報警系統(tǒng)中使用的是溫度傳感器AD590和煙霧傳感器TGS202，煙霧傳感器輸出電壓v與煙霧濃度p關(guān)系為：v=-0.3p+5.6，溫度傳感器使用的靈敏度是0.12 V/。在本設(shè)計中報警溫度設(shè)為57，煙霧報警濃度設(shè)為3.2英尺（參照市面銷售的火災(zāi)報警器溫度煙霧的報警臨界值）。經(jīng)過換算可得出溫度煙霧傳感器輸出火災(zāi)報警臨界電壓值為：，V溫度 =17V4.4.2 火災(zāi)判斷與報警系統(tǒng)對溫度和煙霧進(jìn)行了兩次數(shù)據(jù)采集與判斷，每次信號采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值比較，當(dāng)溫度57，溫度異常，置寄存器變量w為1，否則為0；當(dāng)煙霧濃度3.2，煙霧濃度異常，置寄存器變量s為1，否則為0。綜合兩次溫度煙霧信號的采集，根據(jù)溫度和煙霧的寄存器變量w和s的狀態(tài)，判斷現(xiàn)場情況：2個寄存器變量均