《安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用》課程設(shè)計(jì)-煙霧檢測(cè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警

1、摘 要近年來(lái)全國(guó)火災(zāi)事故頻繁發(fā)生，造成人、財(cái)、物的巨大損失。以前，火災(zāi)的報(bào)警和控制都很落后，造成了巨大的損失?，F(xiàn)在，用戶對(duì)火災(zāi)報(bào)警以至自動(dòng)消防系統(tǒng)的要求越來(lái)越高,對(duì)火災(zāi)預(yù)防的意識(shí)也越來(lái)越強(qiáng)烈。因此，對(duì)火災(zāi)的報(bào)警系統(tǒng)是很重要的。在硬件設(shè)計(jì)方面，本論文選用MQ-2型半導(dǎo)體可燃?xì)怏w敏感元件煙霧傳感器實(shí)現(xiàn)煙霧的檢測(cè)，DS18B20溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)，A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，外加聲光報(bào)警電路。外圍設(shè)備，結(jié)合單片機(jī)AD89C52芯片控制電路，實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示。軟件方面，設(shè)計(jì)了煙霧檢測(cè)以及溫度檢測(cè)的數(shù)據(jù)采集子程序，聲光報(bào)警模塊程序等。以AT89C52單片機(jī)和MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器及

2、數(shù)字式溫度傳感器為核心設(shè)計(jì)的火災(zāi)報(bào)警器可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)障自診斷、報(bào)警限設(shè)置、延時(shí)報(bào)警及等功能。是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能 穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的煙霧報(bào)警器，具有一定的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞： 報(bào)警器 煙霧傳感器 溫度傳感器目 錄目 錄- 2 -第1章緒 論- 4 -1.1課題研究的目的和意義- 4 -1.2 設(shè)計(jì)要求- 5 -第2章火災(zāi)報(bào)警器系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)- 6 -2.1 系統(tǒng)組成- 6 -2.2 系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)- 6 -2.3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)- 7 -2.3.1 系統(tǒng)控制器的選擇- 7 -2.3.2 檢測(cè)元件的選擇- 7 -2.3.3 輸入通道方案選擇- 9 -2.3.4 外圍設(shè)備的選擇- 9

3、 -第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)- 12 -3.1 控制單元電路設(shè)計(jì)- 12 -3.2 信號(hào)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)- 12 -3.2.1 煙霧報(bào)警器模塊- 12 -3.2.2 溫度報(bào)警器模塊- 13 -3.2.3 光報(bào)警模塊- 14 -3.2.4 聲報(bào)警模塊- 14 -第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)- 15 -4.1總體設(shè)計(jì)思想- 15 -4.1.1 系統(tǒng)工作原理- 15 -4.1.2 程序設(shè)計(jì)方法選擇- 16 -4.2 主程序設(shè)計(jì)- 17 -4.2.1 主程序設(shè)計(jì)- 17 -4.2.2主程序初始化- 17 -4.2.3 報(bào)警子程序設(shè)計(jì)及流程圖- 17 -第5章總 結(jié)- 19 -參 考 文 獻(xiàn)- 20 -第1章 緒 論1.1

4、 課題研究的目的和意義火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是由觸發(fā)裝置、火災(zāi)報(bào)警裝置、火災(zāi)警報(bào)裝置以及具有其它輔助功能裝置組成的，它具有能在火災(zāi)初期，將燃燒產(chǎn)生的煙霧、熱量、火焰等物理量，通過(guò)火災(zāi)傳感器器變成電信號(hào)，傳輸?shù)交馂?zāi)報(bào)警控制器，并同時(shí)顯示出火災(zāi)發(fā)生的部位、時(shí)間等，使人們能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，并及時(shí)采取有效措施，撲滅初期火災(zāi)，最大限度的減少因火災(zāi)造成的生命和財(cái)產(chǎn)的損失，是人們同火災(zāi)做斗爭(zhēng)的有力工具。有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)表明：凡是安裝了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的場(chǎng)所，發(fā)生了火災(zāi)一般地說(shuō)都能及早報(bào)警，不會(huì)釀成重大火災(zāi)?，F(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，建筑物又趨向集中化，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就顯得格外重要。在現(xiàn)代城市家庭里，許多人因?yàn)椴欢彝グ踩ＷR(shí)

5、引起火災(zāi)事故，使好端端的幸福家庭轉(zhuǎn)眼間毀于一旦，有的導(dǎo)致家破人亡，而且一旦發(fā)生居民家庭火災(zāi)，處置不當(dāng)，搶救不及時(shí)，是造成人員傷亡的重要因素。此時(shí)如果有了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，能夠及時(shí)通知消防及居民，就有多余的時(shí)間來(lái)逃生以及能夠及時(shí)處理火災(zāi)。作為安防系統(tǒng)中樓宇智能化的重要組成部分，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是預(yù)防火災(zāi)的一項(xiàng)基礎(chǔ)實(shí)施。但火災(zāi)的發(fā)生卻又是不確定的因素，那么智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在防止和減少火災(zāi)危害、保護(hù)人身和財(cái)產(chǎn)安全方面的重要作用就不斷顯現(xiàn)出來(lái)了。智能火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：1.為全面有效地反映被監(jiān)視環(huán)境的各種細(xì)微變化，智能系統(tǒng)采用了設(shè)有專用芯片的模擬量傳感器，對(duì)溫度和灰塵等影響實(shí)施自動(dòng)補(bǔ)償，對(duì)電

6、干擾及線路分布參數(shù)的影響進(jìn)行自動(dòng)處理，從而為實(shí)現(xiàn)各種智能特性、解決無(wú)災(zāi)誤報(bào)和準(zhǔn)確報(bào)警奠定了技術(shù)基礎(chǔ)；2.系統(tǒng)采用主從式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，解決了對(duì)不同工程的適應(yīng)性，又提高了運(yùn)行的可靠性；3.利用全總線計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，既完成了總線報(bào)警，又實(shí)現(xiàn)了總線聯(lián)動(dòng)控制，徹底避免了控制輸出與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的長(zhǎng)距離穿線布管，大大方便了系統(tǒng)布線設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)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(hù)及正常運(yùn)行提供了有利條件。在如今社會(huì)快速的發(fā)展中，智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用范圍不斷的擴(kuò)大，因?yàn)榛馂?zāi)對(duì)人類的危害性很大，所以智能報(bào)警

7、系統(tǒng)對(duì)消防機(jī)構(gòu)及時(shí)撲滅火災(zāi)、減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 設(shè)計(jì)要求技術(shù)指標(biāo)要求：1.當(dāng)室內(nèi)溫度高于50或煙霧濃度大于20%LED時(shí)進(jìn)行報(bào)警(聲光報(bào)警)。 2.如果出現(xiàn)硬件故障(如傳感器遺落、內(nèi)部元器件損壞等)，能發(fā)出故障報(bào)警。 3.如果只有一種參數(shù)出現(xiàn)異常(如煙霧濃度過(guò)大或是溫度較高)，能發(fā)出異常報(bào)警信號(hào)，令值班人員到現(xiàn)場(chǎng)處理。 4.如果煙霧和溫度同時(shí)出現(xiàn)異常，則說(shuō)明有火災(zāi)，發(fā)出火災(zāi)警報(bào)，并及時(shí)將火災(zāi)信息上報(bào)消防指揮中心。 工作電壓：220伏或110伏環(huán)境溫度：零下10度到零上45度靜態(tài)電流：小于15毫安檢測(cè)煙霧的濃度：0.05%檢測(cè)溫度范圍：0-100（0.5）完成方

8、案設(shè)計(jì)及論證、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)。第2章 火災(zāi)報(bào)警器系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)組成一個(gè)完整的火災(zāi)報(bào)警器系統(tǒng)，必須包含以下幾個(gè)部分：系統(tǒng)控制模塊，火災(zāi)探測(cè)模塊，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊以及報(bào)警模塊。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，以傳感器作為其測(cè)溫裝置，來(lái)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。改設(shè)計(jì)可以對(duì)室內(nèi)外溫度進(jìn)行以及煙霧實(shí)時(shí)采集和檢測(cè)，當(dāng)所測(cè)溫度或者煙霧高于臨界溫度時(shí)自動(dòng)報(bào)警。溫度信號(hào)或者煙霧濃度信號(hào)采集電路將溫度信號(hào)或者煙霧濃度信號(hào)以數(shù)字信號(hào)的形式送入單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是否大于或等于某個(gè)預(yù)設(shè)值，即報(bào)警臨界溫度或者煙霧濃度。如果大于則啟動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警聲音，反之則為

9、正常狀態(tài)。2.2 系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試工作，從而啟動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。其主要由煙霧傳感數(shù)據(jù)采集程序、溫度傳感數(shù)據(jù)采集程序、聲光報(bào)警程序等三個(gè)部分組成。其中，煙霧傳感數(shù)據(jù)采集程序完成對(duì)煙霧濃度的采集并進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；溫度采集程序顯示對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的溫度進(jìn)行采集；報(bào)警程序設(shè)置報(bào)警的下限，當(dāng)外界指標(biāo)超出限制時(shí)，將進(jìn)行聲光報(bào)警。其系統(tǒng)控制方案的設(shè)計(jì)原理圖如下：圖2-1 智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖2.3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.3.1 系統(tǒng)控制器的選擇：對(duì)于系統(tǒng)控制器的選型，要求控制器的功能強(qiáng)大，可靠性高，性價(jià)比高，精度和響應(yīng)速度高。基于上述要求，本設(shè)計(jì)選用單片機(jī)作為其控制系統(tǒng)。單片機(jī)的

10、特點(diǎn) ：（1）高集成度，體積小，高可靠性 單片機(jī)將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機(jī)程序指令，常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高。 （2）控制功能強(qiáng) 為了滿足對(duì)對(duì)象的控制要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件:分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。 （3）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機(jī)內(nèi)的工作電壓僅為1.8V3.6V，而工作電流僅為數(shù)百微安。 （4）易擴(kuò)

11、展 片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 （5）優(yōu)異的性能價(jià)格比2.3.2 檢測(cè)元件的選擇：1根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及控制結(jié)構(gòu)圖，需要檢測(cè)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的溫度。對(duì)于溫度傳感器的選型，要求傳感器的測(cè)溫精度高、響應(yīng)速度快、抗干擾力好、可靠性高?；谏鲜鲆?，本設(shè)計(jì)選用DS18B20傳感器最為系統(tǒng)采集溫度信號(hào)用的傳感器。 DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器，即“一線器件”，其具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)： （1）采用單總線的接口方式與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。單總線具有經(jīng)濟(jì)性好，抗干擾能

12、力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。（2）測(cè)量溫度范圍寬，測(cè)量精度高。DS18B20 的測(cè)量范圍為-55-125 ；在-10-85 范圍內(nèi)，精度為0.5 。 （3）在使用中不需要任何外圍元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。 （4）多點(diǎn)組網(wǎng)功能。多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。（5） 供電方式靈活。DS18B20可以通過(guò)內(nèi)部寄生電路從數(shù)據(jù)線上獲取電源。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)線上的時(shí)序滿足一定的要求時(shí)，可以不接外電源，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。 （6）測(cè)量參數(shù)可配置。DS18B20的測(cè)量分辨率可通過(guò)程序設(shè)定9-12

13、位。 （7）負(fù)壓特性。電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 （8）掉電保護(hù)功能。DS18B20內(nèi)部含有EEPROM，在系統(tǒng)掉電以后，它仍可保存分辨率及報(bào)警溫度的設(shè)定值。 DS18B20 具有體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)、可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍，適合于構(gòu)建自己的經(jīng)濟(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)，因此也就被設(shè)計(jì)者們所青睞。2根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及控制結(jié)構(gòu)圖，需要檢測(cè)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的煙霧濃度。對(duì)于煙霧傳感器的選型，要求傳感器的基于靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格低廉，使用壽命長(zhǎng)。上述要求本設(shè)計(jì)選用MQ-2型半導(dǎo)體可燃?xì)怏w敏感元件煙霧傳感器作為系統(tǒng)采集煙霧信號(hào)用的傳感器。MQ

14、-2型半導(dǎo)體可燃?xì)怏w傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ-2半導(dǎo)體可燃?xì)怏w傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。（1）在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)可燃?xì)怏w有良好的靈敏度 （2）對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度較高 （3）長(zhǎng)壽命、低成本 （4）簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路即可 （5）家庭用氣體泄漏報(bào)警器（6）工業(yè)用可燃?xì)怏w報(bào)警器（7）

15、便攜式氣體檢測(cè)器 可用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置， 適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測(cè)。靈敏度調(diào)整：MQ-2型氣敏元件對(duì)不同種類、不同濃度的氣體有不同的電阻值因此，在使用此類型氣敏元件時(shí)，靈敏度的調(diào)整是很重要的。2.3.3 輸入通道方案選擇根據(jù)設(shè)計(jì)方案，需將外界測(cè)得的溫度和煙霧等模擬量輸入轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。本設(shè)計(jì)采用了A/D轉(zhuǎn)換器，可以將多路模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)化，因而省略了多路開(kāi)關(guān)。A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來(lái)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(jià)格也越貴。而就其結(jié)構(gòu)而言，有單一的A/D轉(zhuǎn)換器，有內(nèi)含多路開(kāi)關(guān)的A/D轉(zhuǎn)換器。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，確定轉(zhuǎn)

16、換器的位數(shù)為8位。2.3.4 外圍設(shè)備的選擇1.顯示器的選擇。根據(jù)本文的系統(tǒng)要求選擇LED作為顯示裝置。LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED晶片的一端附著在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“P-N結(jié)”。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是L

17、ED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)決定光的顏色，是由形成P-N結(jié)材料決定的。它具有以下特點(diǎn)：1）體積小LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常小，非常輕。 2）耗電量低LED耗電相當(dāng)?shù)?，直流?qū)動(dòng)，超低功耗（單管0.03-0.06瓦），電光功率轉(zhuǎn)換接近100%。一般來(lái)說(shuō)LED的工作電壓是2-3.6V，工作電流是0.02-0.03A；這就是說(shuō)，它消耗的電能不超過(guò)0.1W，比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。 3）使用壽命長(zhǎng)有人稱LED光源為長(zhǎng)壽燈。它為固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)，在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?，使用壽命可達(dá)6萬(wàn)到10萬(wàn)小時(shí)，比傳

18、統(tǒng)光源壽命長(zhǎng)10倍以上。 4）高亮度、低熱量LED使用冷發(fā)光技術(shù)，發(fā)熱量比普通照明燈具低很多。 5）環(huán)保LED是由無(wú)毒的材料做成，同時(shí)LED也可以回收再利用。光譜中沒(méi)有紫外線和紅外線，既沒(méi)有熱量，也沒(méi)有輻射，眩光小，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源 6）堅(jiān)固耐用LED被完全封裝在環(huán)氧樹脂里面，比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固。燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，使得LED不易損壞。7）多變幻LED光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下使三種顏色具有256級(jí)灰度并任意混合，可產(chǎn)生256256256種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實(shí)現(xiàn)豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果及各種圖像。 它的缺點(diǎn)：當(dāng)前價(jià)格還太

19、高，光通量低，當(dāng)前同等照度設(shè)計(jì)的LED光源價(jià)格大約相當(dāng)于傳統(tǒng)光源的4倍。2.鍵盤的選擇可以做鍵盤的有：獨(dú)立式按鍵，矩陣式按鍵，獨(dú)立式鍵盤主要用于按鍵較少的場(chǎng)合，矩陣式鍵盤主要用于按鍵較多的場(chǎng)合，也稱行列式鍵盤。由于只需要一個(gè)鍵控制復(fù)位裝置，所以選擇獨(dú)立式鍵盤。3. 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)報(bào)警電路是由一個(gè)三極管、一個(gè)74ALS08芯片和蜂鳴器組成。當(dāng)溫度值在設(shè)定的范圍時(shí)，單片機(jī)AT89C52不發(fā)出動(dòng)作命令，當(dāng)超出溫度設(shè)定值值，單片機(jī)發(fā)出動(dòng)作命令，使三極管導(dǎo)通從而發(fā)出蜂鳴聲進(jìn)行報(bào)警來(lái)提醒操作人員實(shí)施相應(yīng)的補(bǔ)救措施。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 控制單元電路設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)選用AT89C52單

20、片機(jī)。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。3.2 信號(hào)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)3.2.1 煙霧報(bào)警器模塊此模塊使用的是MQ-2煙霧報(bào)警器，是半導(dǎo)體型可燃?xì)怏w敏感元件煙霧傳感器。傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w

21、時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。1.MQ-2的使用規(guī)格：表3-1 標(biāo)準(zhǔn)工作條件符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Vc回路電壓15VAC or DCVH加熱電壓5.0V0.2 VAC or DCRL負(fù)載電阻可調(diào) RH加熱電阻313室溫PH加熱功耗900mW 表3-2 環(huán)境條件符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Tao使用溫度-10-50 Tas儲(chǔ)存溫度-20-70RH相對(duì)濕度小于95%RHO2氧氣濃度21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)氧氣濃度會(huì)影響靈敏度特性最小值大于表3-3 靈敏度特性符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)參數(shù)備注Rs敏感體表面電阻3K-30K(10

22、00ppm 異丁烷 )探測(cè)濃度范圍100ppm-10000ppm300ppm-5000ppm 丁烷5000ppm-20000ppm 甲烷300ppm-5000ppm 氫氣(3000/1000)異丁烷濃度斜率0.6標(biāo)準(zhǔn)工作條件溫度： 202 Vc:5.0V0.1V相對(duì)濕度： 65%5% Vh: 5.0V0.1V預(yù)熱時(shí)間不超過(guò)1小時(shí)3.2.2 溫度報(bào)警器模塊此模塊采用的是DS18B20數(shù)字溫度傳感器。1. DS18B20單線數(shù)字溫度計(jì)（1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。 （2）獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微

23、處理器與DS18B20的雙向通訊。 （3）DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。 （4）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。（5）溫度范圍-55+125，在-10+85時(shí)精度0.5。（6）可編程分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。（7）在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。（8）測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)

24、可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。（9）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。3.2.3 光報(bào)警模塊此類報(bào)警根據(jù)單片機(jī)所給電壓，確定LED燈中的電流流向，以驅(qū)動(dòng)燈發(fā)光。連接電路如圖3-1所示：圖中當(dāng)單片機(jī)為低電平時(shí)，小燈是亮的；高電平時(shí)，小燈滅。圖3-1 光報(bào)警圖3.2.4 聲報(bào)警模塊其電路連接圖如圖3-2所示：圖3-2 聲報(bào)警圖第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 總體設(shè)計(jì)思想硬件電路和軟件程序是組成一個(gè)系統(tǒng)不可缺少的兩部分，二者的正確與否將直接影響整個(gè)程序的可實(shí)現(xiàn)性。本次設(shè)計(jì)的軟件要實(shí)現(xiàn)的功能是：當(dāng)傳感器在有火災(zāi)信息時(shí)，采集信息，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)信號(hào)處理，并在

25、LED和蜂鳴器上顯示結(jié)果。4.1.1 系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)軟件部分主要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度檢測(cè)以及煙霧濃度的檢查，對(duì)指標(biāo)超標(biāo)進(jìn)行聲光報(bào)警。主要包括溫度檢測(cè)程序、煙霧傳感數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)、聲光報(bào)警程序設(shè)計(jì)。圖4-1是系統(tǒng)軟件主程序流程圖。圖4-1 系統(tǒng)軟件主程序流程圖由上圖可以看出主程序執(zhí)行過(guò)程：首先對(duì)單片機(jī)的IO口進(jìn)行初始化使LED燈不亮，蜂鳴器停止蜂鳴。然后調(diào)用溫度測(cè)量函數(shù)控制DS18B20進(jìn)行溫度測(cè)量并獲取溫度值。然后緊接著調(diào)用煙霧濃度采集模塊程序采集環(huán)境煙霧濃度。在得到溫度值與煙霧濃度后進(jìn)入判斷程序，判斷溫度值與煙霧濃度是否有超標(biāo)的量。若其中有一項(xiàng)或兩項(xiàng)都超標(biāo)就進(jìn)行聲光報(bào)警。4.1.2 程序設(shè)計(jì)方法選

26、擇通常應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的方法有：模塊化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)的工作過(guò)程，本設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主要包括：主程序模塊、數(shù)據(jù)采集及處理子程序模塊、控制算法子程序模塊以及鍵盤顯示程序模塊。1.模塊化設(shè)計(jì)方法：（1）原理：模塊化程序設(shè)計(jì)方法的基本原則是：高聚合、低耦合及信息隱藏。高聚合是指一個(gè)模塊只能完成單一的功能，不能“身兼數(shù)職”，在描述功能時(shí)不能出現(xiàn)“和”、“與”等連詞。低耦合是指模塊之間參數(shù)傳遞盡量少，還不能通過(guò)全局變量來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。信息隱藏是指把不需要調(diào)用者知道的信息都包裝在模塊內(nèi)部隱藏起來(lái)。只有實(shí)現(xiàn)了高聚合、低耦合，才可能最大程度的實(shí)現(xiàn)信息隱藏，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的模塊化程序設(shè)計(jì)。（2

27、）特點(diǎn)：各模塊相對(duì)獨(dú)立，功能單一，結(jié)構(gòu)清晰，接口簡(jiǎn)單；避免程序開(kāi)發(fā)的重復(fù)勞力；易于維護(hù)和功能的擴(kuò)沖；程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性得到有效的控制。4.1.3 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的選擇常用的匯編語(yǔ)言有：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。由于匯編語(yǔ)言適合編寫一些對(duì)速度和代碼長(zhǎng)度要求高的程序和直接控制硬件的程序，所以本系統(tǒng)選擇匯編程序。匯編語(yǔ)言(Assembly Language)是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。在匯編語(yǔ)合中，用助記符(Memoni)代替操作碼，用地址符號(hào)(Symbol)或標(biāo)號(hào)(Label)代替地址碼。這樣用符號(hào)代替機(jī)器語(yǔ)言的二進(jìn)制碼，就把機(jī)器語(yǔ)言變成了匯編語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言直接同計(jì)算機(jī)的底層軟件甚至硬件進(jìn)行交互，它

28、具有如下一些優(yōu)點(diǎn)：1）能夠直接訪問(wèn)與硬件相關(guān)的存儲(chǔ)器或I/O端口； 2）能夠不受編譯器的限制，對(duì)生成的二進(jìn)制代碼進(jìn)行完全的控制； 3）能夠?qū)﹃P(guān)鍵代碼進(jìn)行更準(zhǔn)確的控制，避免因線程共同訪問(wèn)或者硬件設(shè)備共享引起的死鎖； 4）能夠根據(jù)特定的應(yīng)用對(duì)代碼做最佳的優(yōu)化，提高運(yùn)行速度； 5）能夠最大限度地發(fā)揮硬件的功能。4.2 主程序設(shè)計(jì)4.2.1 主程序設(shè)計(jì) 首先要給傳感器預(yù)熱三分鐘，因?yàn)镸Q-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時(shí)間后，再次通電時(shí)，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時(shí)間預(yù)熱。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。本論文的主程序設(shè)計(jì)先對(duì)傳感器預(yù)熱三分鐘，預(yù)熱同時(shí)，對(duì)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 電纜線是否斷線或者接觸不良。 AT89C52單片機(jī)對(duì)傳感器檢測(cè)的煙霧濃度信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、平均值法濾波、線性化處理后，將濃度值與報(bào)警限設(shè)定值相比較，判斷是否報(bào)警。同時(shí)送入數(shù)碼管顯示煙霧濃度值。主程序還包括狀態(tài)指示燈及按鍵功能設(shè)置，中斷子程序等，使報(bào)警器功能更加完善，給用戶帶來(lái)便利。4.2.2 主程序初始化