畢業(yè)設計（論文）基于單片機的火災自動報警系統(tǒng)的設計

1、摘要 設計一種火災自動報警控制系統(tǒng)。火災報警技術研究的主要內容是：火災參數(shù)的檢測技術，火災信息處理與自動報警技術，消防設備聯(lián)動與協(xié)調控制技術，消防系統(tǒng)的計算機管理技術，以及火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計、構成、管理和使用等。該系統(tǒng)由單片機構成，采用了整體解決方案，其主要特點為：低功耗，模擬量，報警迅速和抗干擾能力強。關鍵詞：智能火災報警控制器，模擬信號，單片機，煙霧探測器abstract introduces a kind of intelligent fire alarm control system and its working principlethe main research works on

2、 intelligent fire control technology are the detection of fire parameters，the process of fire information and automatic alarm，fire control equipment linkage and harmony control，management of firecontrol system ，the design，construction，management，use of computer supervising system of fire contro1sing

3、le chip is adopted in the system for a special solution is giventhe main characteristics are low power los， analog signals， quick alarming and strong antiinterferenceability application in fire control system key words：intelligent fire alarm controller； analog signals；singlechip microcomputer；smog d

4、etector 目錄緒 論11.1 課題的研究背景11.2 課題設計的意義11.3 火災報警控制系統(tǒng)的分類及特點21.4 課題完成的功能31.5 課題設計的方案3第二章 adc0809芯片及atc0809單片機42.1adc0809芯片簡介42.2adc0809模數(shù)轉換器的引腳功能52.3a/d轉換器的主要技術參數(shù)62.4adc0809與單片機接口62.5 at89c51單片機性能介紹82.5.1 主要特性82.5.2管腳說明92.5.3振蕩器特性102.5.4芯片擦除112.6 聲光報警模塊11第三章 系統(tǒng)硬件設計133.1 系統(tǒng)組成原理133.2 傳感器的工作原理及組成143.3 氣體、門

5、磁開關和溫度傳感器143.3.1 氣體傳感器143.3.2 門控傳感器153.3.3 溫度傳感器163.3.4 傳感器的接口電路173.4 傳感器的放大電路203.4.1集成運算放大器的組成203.4.2 差動放大電路213.4.3 儀表放大電路22第四章 系統(tǒng)軟件設計23結論27致謝28附錄129參考文獻30緒 論1.1 課題的研究背景 進入上世紀90年代后，我國經濟步入高速發(fā)展的時期，城市化建設不斷加快，城市建筑也由分散式低密度向集中式高密度過渡，林立的高層建筑成了城市的主要的標志。居民住進了高層塔樓，企業(yè)搬進了摩天大樓，高層建筑有效利用空間，節(jié)約了城市中本就十分緊張的土地資源。任何事物的

6、發(fā)展都具有兩面性，高層建筑中各種通訊線路、動力和照明線路、以及各種系統(tǒng)中線路縱橫交錯，致使火災的發(fā)生概率也在大幅增加。加之現(xiàn)代建筑的密閉性較強，一旦發(fā)生火災，整幢大樓就像一個大的火爐，而樓梯道、各種通風管道、線路豎井都是效果極佳的火筒，從而給滅火施救造成了巨大的難度，對火災發(fā)生后及時發(fā)現(xiàn)、及時控制的要求促使了火災報警產品應運而生。與此同時，現(xiàn)代計算機技術、通訊網絡技術和自動控制技術的飛速發(fā)展又為人類實現(xiàn)更加理想化的生活提供了可能。智能小區(qū)應運而生了。在智能小區(qū)內安裝智能型火災報警控制系統(tǒng)是必不可少的。智能型火災報警系統(tǒng)是一個集信號檢測、傳輸、處理和控制于一體的控制系統(tǒng)，代表了當前火災報警系統(tǒng)的

7、發(fā)展方向。隨著科學技術的迅猛發(fā)展以及國內外經濟的迅速增長，市場上迫切需要一種容量大、性能優(yōu)越、可靠性高、便于安裝、使用和維護的智能型火災報警控制系統(tǒng)。1.2 課題設計的意義 我國的火災自動報警控制系統(tǒng)經歷了從無到有、從簡單到復雜的發(fā)展過程，其智能化程度也越來越高。目前，國產火災自動報警系統(tǒng)均采用漢字顯示，價格低廉，適合我國國情，但是火災自動報警系統(tǒng)由于多數(shù)沒有分布智能，可靠性低，且產品沒有形成系列化、品種不全，產品的外觀也較差，編程復雜，調試不方便，設備兼容性差。國外產品多數(shù)具有分布智能，可靠性高，產品具有系列化、品種齊全，產品外觀美觀，人機對話功能強。缺點是多數(shù)沒有漢化，操作維護不便，價格較

8、高，設備兼容性差。 根據(jù)以上的分析，開發(fā)具有國際先進水平的火災自動報警設備，價格介于進口設備和國產設備之間，從而具有很高的性能價格比，因此，研制一種結構簡單、價格低廉的智能型火災報警器是非常必要的。1.3 火災報警控制系統(tǒng)的分類及特點 火災自動報警系統(tǒng)，一般由火災探測器、區(qū)域報警器和集中報警器組成。其主要組成部分就是火災探測器?；馂奶綔y器是識別火災是否發(fā)生的專門儀器，根據(jù)建筑物或實地場所的要求，安裝不同類型的火災探測器。火災探測器主要分為兩種：即感煙探測器、感溫探測器和光輻射探測器三大類，從物理作用上區(qū)分，可分為離子型、光電型。從信號方式區(qū)分，可分為開關型，模擬型及智能型。感溫式探測器又可分為

9、定溫探測器、差溫探測器、差定溫探測器；感煙式探測器分為離子感煙探測器、光電感煙探測器；感光式探測器分為紫外光焰探測器、紅外光焰探測器等。其中離子感煙探測器穩(wěn)定性能較好，誤報率又低，壽命長等優(yōu)點，在火災報警系統(tǒng)中被廣泛使用。 目前，智能型火災報警控制裝置的優(yōu)點大多由微處理器組成。智能型火災報警控制裝置的發(fā)展具有以下特點： （1）系統(tǒng)規(guī)模大 隨著火災自動報警控制裝置技術的發(fā)展，火災自動報警控制裝置的容量不斷大。系統(tǒng)可編地址，火災報警顯示發(fā)生地點，并發(fā)出聲光報警，目前有的火災報警控制裝置的最大地址數(shù)(回路數(shù))達到上萬個。 （2）探測對象多樣化 火災自動報警控制裝置除了有火災報警功能外，還有防盜報警、

10、燃氣泄漏報警功能等。 （3）功能模塊化、軟件化，火災自動報警控制裝置采用可編址功能模塊，對制造、設計、維修有很大方便。大部分功能通過軟件設定，便于系統(tǒng)功法減低誤報率。 （4）系統(tǒng)集散化 它本身是集散系統(tǒng)，功能集中，系統(tǒng)分散，一旦某一部分發(fā)生故障，不會對其他部分造成影響。聯(lián)網功能增強，應用網絡技術，不但火災自動報警控制裝置可以相互連接，而且可以和建筑物自動控制系統(tǒng)聯(lián)網，增強了綜合防災能力，多個建筑物的控制系統(tǒng)也可以連接起來，相互傳遞信息，便于發(fā)揮智能建筑的優(yōu)越性。 （5）功能智能化 在火災自動報警控制裝置中采用模擬火災探測器，具有高靈敏度和蓄積時間設定能力。有的火災探測器內置微處理器，具有信號處

11、理能力，形成分布式智能系統(tǒng)。應用分布式智能技術，可減少誤報的可能性，在火災自動報警系統(tǒng)中采用人工智能、火災數(shù)據(jù)庫、模糊邏輯理論、人工神經網絡等技術。1.4 課題完成的功能 當報警器監(jiān)測到火情信息后，將表征火災參數(shù)的物理量轉化為電信號，通過電子線路將其放大、變換、傳輸、處理，直接通過modem經公用電話交換網迅速向消防指揮中心報告火情信息(包括火災單位編碼、單位名稱、火情級別以及報警時間等)，同時產生聲光報警信號，并按事先預留的電話號 碼自動撥號通知單位有關負責人。消防指揮中心根據(jù)接收到的火警信息，立即在消防信息數(shù)據(jù)庫中查詢單位位置、周圍道路、交通、水源情況等基本信息，根據(jù)所獲得的信息迅速確定最

12、佳救火方案，通過網絡將出警命令直接下達各消防中隊。1.5 課題設計的方案 智能型火災報警系統(tǒng)要求選用結構簡單、價值低廉的元器件構成，而且要考慮其實用性。傳感器的選取： 要準確地進行火災報警，選擇合適的溫度和煙霧傳感器是準確報警的前提。綜合考慮各因素，本文選擇集成溫度傳感器ad590和氣體傳感傳感器ad590和氣體傳感器tgs202用作采集系統(tǒng)的敏感元件。 方案是采用以at89c51為核心的單片機系統(tǒng)，可以實現(xiàn)由單片機控制實現(xiàn)不同的聲光報警(異常報警、故障報警、火災報警)功能，當報警器監(jiān)測到火情信息后，直接通過modem經公用電話交換網迅速向消防指揮中心報告火情信息(包括火災單位編碼、單位名稱、

13、火情級別以及報警時間等)，同時產生聲光報警信號，并按事先預留的電話號碼自動撥號通知單位有關負責人，大大提高了系統(tǒng)的智能化程度，并且系統(tǒng)所測結果的精度很高。該方案比較實用，技術也比較成熟，普及程度比較高。 當火災發(fā)生時，報警器監(jiān)測到火災信息后，除了在火災現(xiàn)場產生聲光報警信號外，還需要將火災信息按事先預留的電話號碼自動撥號通知單位有關人員，并迅速上報消防指揮中心，為此，系統(tǒng)設計了單片機與modem通訊模塊， 直接通過modem經公用電話交換網迅速向消防指揮中心報告火情信息(包括火災單位編碼、單位名稱、火情級別以及報警時間等)，同時產生聲光報警信號，并按事先預留的電話號碼自動撥號通知單位有關負責人。

14、第二章 adc0809芯片及atc0809單片機2.1adc0809芯片簡介常用的集成a/d轉換器有8位、10位、12位、16位等，每種又可分為不同的型號。下面以adc0809為例介紹集成a/d轉換器的內部結構與外部特性。adc0809是cmos的8位a/d轉換器，采用逐次逼近式進行a/d轉換。芯片內有一個8路模擬開關，一個比較器，一個帶有樹狀模擬開關的256r分壓器和一個逐次逼近的寄存器等等，其內部結構如圖3.1所示。 圖2.1 adc0809內部邏輯框圖 圖中8路模擬開關用于選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，并公用一個a/d轉換器進行轉換。in0in7為8路模擬量輸入端，模擬量輸入

15、電壓的范圍是05v，對應的數(shù)字量為00hffh，轉換時間為100s。adda、addb、addc為通道地址線，用于選擇通道。ale是通道地址鎖存信號，其上升沿時，把adda、addb、addc地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。vref(+)、vref()接基準電源，在精度要求不太高的情況下，供電電源就可用作基準電源。start是啟動引腳，其上脈沖的下降沿啟動一次新的a/d轉換。eoc是轉換結束信號，可用于向單片機申請中斷或供單片機查詢。clk是時鐘端，典型的時鐘頻率為640khz。db0db7是數(shù)字量輸出。樹狀開關和256r分壓器組成一個基本d/a轉換器。當給adc0809一個啟動信號（start）后

16、，通過控制與時序電路以及逐次逼近寄存器，采用逐步逼近的方式進行a/d轉換。adc0809轉換后的數(shù)字量通過三態(tài)緩沖器輸出，當輸出允許oe=“1”時，打開三態(tài)輸出門輸出數(shù)字量。輸入adc0809的模擬信號是單極性的（0+5v）。2.2adc0809模數(shù)轉換器的引腳功能 in0in7:8路模擬量輸入。a、b、c:3位地址輸入端的不同組合選擇,八路模擬量輸入。ale:地址鎖存啟動信號，在ale的上升沿，將a、b、c上的通道地址鎖存到內部的地址鎖存器。d0d7:八位數(shù)據(jù)輸出線，a/d轉換結果由這8根線傳送給單片機。oe:允許輸出信號。當oe=1時，即為高電平，允許輸出鎖存器輸出數(shù)據(jù)。 圖2.2 sta

17、rt:啟動信號輸入端，start為正脈沖，其上升沿清除adc0808的內部的各寄存器，其下降沿啟動a/d開始轉換。 eoc:轉換完成信號，當eoc上升為高電平時，表明內部a/d轉換已完成。clk:時鐘輸入信號，0809的時鐘頻率范圍在101200khz，典型值為640khz。vref9=0，v ref9-0：參考電壓輸入端。vcc：+5v電源。gnd：地。 2.3a/d轉換器的主要技術參數(shù)（1）分辨率：分辨率是指輸出數(shù)字量變化一個最小單位(最低位的變化)，對應輸入模擬量需要變化的量。 輸出位數(shù)越多，分辨率越高。通常以輸出二進制碼的位數(shù)表示分辨率。（2）轉換特性：輸入的是n位二進制數(shù)字信息b，輸

18、出的是與輸入數(shù)字量成正比例的電壓或電流。（3）線性度：當數(shù)字量變化時，d/a輸出的電模擬量按比例關系變化的程度。模擬量輸出偏離理想輸出的最大值稱為線性誤差。（4）精度： 實際輸出值與理論計算值之差。這種差值是由轉換過程中的各種誤差引起的，主要指靜態(tài)誤差，它包括以下幾種：非線性誤差，比例系數(shù)誤差，漂移誤差，轉換時間。此外，還有輸入低電平、電源電壓范圍、基準電壓范圍、溫度系數(shù)等參數(shù)。2.4adc0809與單片機接口圖2.4 adc0809與89c51單片機的接口電路圖a/d轉換電路采用了常用的8位8通道數(shù)模轉換專用芯片adc0809，電路如圖2.4所示。溫度、煙霧傳感器的輸出分別接到adc0809

19、的in0和in1。adc0809的通道選擇地址a，b，c分別由at89c51的p00p02經地址鎖存器74ls373輸出提供。當p2.7=0時，與寫信號wr共同選通adc0809。圖中ale信號與st信號連在一起，在wr信 號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉換。例如，輸出地址7ff8h可選通通道in0，實現(xiàn)對溫度傳感器輸出的模擬量進行轉換；輸出地址7ff9h可選通通道in1，實現(xiàn)對煙霧傳感器輸出的模擬量進行轉換。圖中adc0809的轉換結束狀態(tài)信號eoc接到at89c51的int1引腳，當a/d轉換完成后，eoc變?yōu)楦唠娖剑硎巨D換結束，產生中斷。在中斷服務程序中，將轉換好的數(shù)據(jù)送到指定的存

20、儲單元。2.5 at89c51單片機性能介紹 at89c51如圖2.5所示是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。圖2.5at89c51單片機2.5.1 主要特性 在眾多的51系列單片機

21、中，要算 atmel 公司的at89c51、at89s51更實用，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內的4k程序存儲器是flash工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 atmel at89xx 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機對開發(fā)設備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機內的程序還可以進行加密，這又很好地保護了你的勞動成果。再著，at89c51、at89s51目前的售價比8031還低，市場供應也很充足。具體特性如下：與mcs-51 兼容；4k字節(jié)可編程閃爍存儲器；壽命：1000寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時間：10年；全靜態(tài)工作：0hz-2

22、4hz；三級程序存儲器鎖定；128*8位內部ram；32可編程i/o；兩個16位定時器/計數(shù)器；5個中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內振蕩器和時鐘電路2.5.2管腳說明 vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電

23、流。p1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。p2口：p2口為一個內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當p2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。p2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內容。

24、p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：p3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口?？诠苣_ 備選功能p3.0 rxd（串行輸入口）；p3.1 txd（串行輸出口）；p3.2 /int0（外部中斷0）；p3.3 /int1（外部中斷1）；p3.4 t0（記時器0外部輸入）；p3.5 t1（記時器1外部輸入）；p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）；p3.7

25、/rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）；p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略

26、微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。/psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。/ea/vpp：當/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內部鎖定為reset；當/ea端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。2.5.3振蕩器特性

27、 xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，xtal2應不接。有余輸入質內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2.5.4芯片擦除 整個perom陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ale管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，at89c51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置

28、模式下，cpu停止工作。但ram，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存ram的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止2.6 聲光報警模塊 聲光報警電路在單片機p1口的控制下，由單頻音報警接口電路組成，發(fā)音元件通常采用壓電蜂鳴器，這種蜂鳴器只需在其兩引線上加315v的直流電壓，就能產生3khz左右的蜂鳴振蕩音響，比電研式蜂鳴器結構簡單，耗電少，且更適于在單片機系統(tǒng)中應用。如圖2.6所示，p1.0接晶體管基極輸入端，但p1.0輸出高電平“1”時，晶體管導通，壓電蜂鳴器得電而鳴音；p1.0輸出低電平“0”時，三極管退出導通狀態(tài)，蜂鳴器停止發(fā)音。 圖2.

29、6單頻音報警接口電路 由p1口的p1.4p1.7分別控制4個發(fā)光二極管，予以光報警，如圖2.7所示。p1.4p1.7控制的燈依次為綠色(正常信號燈)、黃色(故障信號燈)、紅色(異常信號燈)和紅色(火災信號燈)。當這些輸出端輸出低電平時，對應的信號燈便會發(fā)光報警。圖2.7 光報警電路圖第三章 系統(tǒng)硬件設計3.1 系統(tǒng)組成原理 現(xiàn)場火災報警器通過對傳感器火情信息的檢測，通過放大器將信號進行放大，然后通過a/d轉換，將信號送到單片機，使用智能識別算法實現(xiàn)對火災的監(jiān)測。當報警器監(jiān)測到火情信息后，直接通過modem經公用電話交換網迅速向消防指揮中心報告火情信息(包括火災單位編碼、單位名稱、火情級別以及報

30、警時間等)，同時產生聲光報警信號，并按事先預留的電話號碼自動撥號通知單位有關負責人。消防指揮中心根據(jù)接收到的火警信息，立即在消防信息數(shù)據(jù)庫中查詢單位位置、周圍道路、交通、水源情況等基本信息，根據(jù)所獲得的信息迅速確定最佳救火方案，通過網絡將出警命令直接下達各消防中隊。系統(tǒng)硬件電路原理圖見附錄1。3.2 傳感器的工作原理及組成 傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。通常由敏感元件和轉換元件組成。其中，敏感元件是指傳感器中能直接感受被測量的部分，轉換元件指傳感器中能將敏感元件輸出轉換為適于傳輸和測量的電信號部分。傳感器輸出信號有很多形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，

31、輸出信號的形式由傳感器的原理確定。 傳感器的組成：一般講傳感器由敏感元件和轉換元件組成。但是由于傳感器輸出信號一般都很微弱。需要有信號調節(jié)與轉換電路將其放大或轉換為容易傳輸、處理、記錄和顯示的形式。隨著半導體器件與集成技術在傳感器中的應用，傳感器的信號調節(jié)與轉換電路可能安裝在傳感器的殼體里或與敏感元件一起集成在同一芯片上。因此，信號調節(jié)與轉換電路以及所需電源都應作為傳感器組成的一部分。如圖3.1所示： 圖3.1 傳感器的組成方框圖 常用的信號調節(jié)與轉換電路有放大器、電橋、振蕩器、電荷放大器等，它們分別與相應的傳感器相配合。本系統(tǒng)所用到的是氣體傳感器和溫度傳感器。3.3 氣體、門磁開關和溫度傳感

32、器3.3.1 氣體傳感器 火災中氣體煙霧主要是co2和co。tgs202氣體傳感器應用電路如圖所示，它能探測co2，co，甲烷、煤氣等多種氣體，他靈敏度高，穩(wěn)定性好，氣體傳感器tgs202適合于火災中氣體的探測。如圖2.2所示，當tgs202探測到co2或co時，傳感器的內阻變小，va迅速上升。選擇適當?shù)碾娮枳柚?，使得當氣體濃度達到一定程度(如co濃度達到006)時，va端獲得適當?shù)碾妷?設為3 v)。 圖3.2 tgs202氣體傳感器應用電路3.3.2 門控傳感器 門控傳感器采用熱電式傳感器irae100sz1，當檢測到有人接觸時，傳感器接收到的溫度升高，接收到的信號經過交流放大器放大，使傳

33、感器的弱小電壓升高，使輸出能使adc0809能夠識別的電壓值，當電壓值小于0.8v時，可以認為傳感器正常工作，輸出為“0”。當電壓高于0.8v以后，就被認為是有人接觸到此傳感器，送到adc0809的信號就會為“1”，通過主機發(fā)出報警信號通知用戶，如圖2.3所示。 圖3.3門磁傳感器電路3.3.3 溫度傳感器 ad590是美國analog devices公司生產的一種電流型二端溫度傳感器。應用電路如圖3.4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)模轉換芯片adc0809的輸入要求是電壓量，所以在ad590的負極接出一個10 k的電阻r1和一個100的可調

34、電阻w，將電流量變?yōu)殡妷毫克腿隺dc0809。通過調節(jié)可調電阻，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。 ad590只需單電源工作，輸出的是電流而不是電壓，因此，抗干擾能力強，要求的功率很低（1.5mv/+5v/+25c），使得ad590特別適于工作運動測量。因為是高阻抗電流輸出，所以長線上的電阻對器件工作上影響不大。用絕緣良好的雙絞線連接，可以使器件在距電源25m處正常工作。高輸出阻抗又能極好的消除電源電壓漂移和紋波的影響，電源由5v變到10v時，最大只有1a的電流變化，相當于1c的等效誤差。輸出特性也使得ad590易于老化，可以使cmos多路轉換器來開關期間的輸出電

35、流或用邏輯門的輸出作為器件的工作電源來切換。還要指出的是，ad590能經受高至44v的正向電壓和20v的反向電壓，因而不規(guī)則的電源變化或管腳反接也不會損壞器件。圖3.4 ad590應用電路3.3.4 傳感器的接口電路 接口電路就是將傳感器與后續(xù)有關電路相聯(lián)系，構成實用傳感器系統(tǒng)。這種接口有兩種，即硬件接口和軟件接口。所謂軟件接口就是不管傳感器與微型計算機連接方式如何，要在cpu控制下用相應程序取自傳感器的數(shù)據(jù)存入計算機，由計算機進行處理。所謂硬件接口，就是考慮傳感器與計算機連接采用何種電路，通過什么樣輸入口，獲得期望的精度與響應特性。 接口設計是應考慮以下兩個問題，其一是傳感器的輸出與計算機輸

36、入的匹配。傳感器的輸出信號有三種形式，即數(shù)字開關量、數(shù)字脈沖列和模擬信號，相應有三接口，如圖3.5所示。 (c) 圖3.5接口電路硬件接口 如圖3.5（a）為微動開關與光電開關等傳感器輸出的數(shù)字開關量。 數(shù)字開關量有兩種輸出類型，電壓輸出型和觸點輸出型，傳感器與控制裝置連接有多種形式，一般有傳感器輸出0v或5v電壓信號可以直接與控制裝置連接。但對于程序控制器，多半采用觸點輸出形式。而電壓輸出型傳感器要采用晶體管作為無觸點作用連接。如圖（b）所示的數(shù)字脈沖列信號，一般是用計數(shù)電路進行計數(shù)，然后送入計算機。而（c）所示傳感器輸出為模擬信號，對模擬信號處理最為復雜。首先要把模擬信號變?yōu)檫m合a/d轉換

37、器進行模/數(shù)轉換。雖進行了預處理但還要放大、分壓、濾波、取樣保持和加減運算等，這一般采用運算放大器電路來實現(xiàn)， 如圖3.6所示。 圖3.6放大與分壓電路 其二是器件的選用。分立元件、組件和大規(guī)模集成塊都可實現(xiàn)相應的接口功能。但要兼顧成本、時間和技術力量選擇合適的器件。接口的具體實現(xiàn)可采用硬件或軟件，對于硬件接口主要考慮a/d轉換器與計算機連接基本方式。首先經過預處理，把傳感器輸出為05v的電壓信號，再經a/d轉換為8為數(shù)字信號。一般是計算機發(fā)出啟動信號，啟動a/d轉換為數(shù)字信號。一般是計算機發(fā)出啟動信號，啟動a/d開始轉換，并用狀態(tài)標志位來檢測轉換的結束，若轉換期間狀態(tài)標志位呈現(xiàn)低電平，一旦轉

38、換完成，狀態(tài)標志位便呈現(xiàn)高電平，計算機的cpu通過各種方法檢測到這個狀態(tài)位的高電平的出現(xiàn)，并把數(shù)據(jù)取走。 a/d轉換器的重要之處是轉換速度與分辨率。但還要考慮傳感器的響應、預處理電路特性和微處理機速度等。 消除噪聲的方法有，傳感器與預處理放大電路接線要盡量短；傳感器信號界限要采用屏蔽線，外皮接地；放大電路的輸入與輸出之間盡量遠離；放大電路增益不要太高，以免產生振蕩；放大電路與傳感器遠離，以免產生強電場、磁場的干擾等。 軟件接口是通過編程來實現(xiàn)。cpu通過a/d采集模擬數(shù)據(jù)方法大致有定時詢問，即定時查詢標志位，轉換結束取走數(shù)據(jù)；延時等待，即cpu發(fā)出啟動轉換指令后，延時一段時間，轉換結束后取走數(shù)

39、據(jù)；中斷技術，即采用中斷方式取走數(shù)據(jù)等。消除開關量抖動的軟件方式是在檢測到開關狀態(tài)發(fā)生變換時，進行一段的程序延遲，以避開開關抖動所造成的狀態(tài)不穩(wěn)時間。a/d轉換的程序實例如下： start：ld a，00h out （00h），a ld a，01h out （00h），ainput：in a，（02）h ani 01h jp nz，input in a，（01h）3.4 傳感器的放大電路 集成電路是利用各種不同的加工工藝，在一塊連續(xù)的襯底材料上同時做出大量的三極管、二極管和電阻等電路元件，并把他們互連而成。這些元件尺寸極小、元件密度高、引線短，使得外部接線大為減少，從而提高了電子設備的可靠性與

40、靈活性，降低了成本，使電子設備的裝配大為減化，為電子技術的應用開辟了一個嶄新的時代。 集成運算放大器就是其中之一，它是一個具有高放大倍數(shù)的直接耦合放大器。它首先被應用于模擬計算機的數(shù)值運算，所以稱之為運算放大器。隨著電子技術的發(fā)展，運算放大器的應用早已遠遠超出數(shù)值運算的范疇，作為一種放大器件，它廣泛應用在測量、控制、通信、信號變換等各個方面。因此，集成運算放大器已成為模擬電路中的一個基本單元電路?？梢赃@么說，凡需要電壓放大的場合，都會首先考慮采用運算放大器。3.4.1集成運算放大器的組成 集成運算放大器的種類繁多，內部電路各不相同，但原則上它們都是由輸入級、中間放大級、低阻輸出級偏置電路組成，

41、其構成框圖如圖3.7所示。輸入級有和兩個輸入端。當在端輸入時，輸出信號與的極性相同，故稱端為同相端；當在端輸入時，輸出信號與的極性相反，故稱端為反相輸入端。圖3.7為集成運算放大器的電路符號。 圖3.7集成運算放大器電路框圖 （b）符號圖3.8集成運算放大器內部電路框圖3.4.2 差動放大電路 如果將輸入信號同時加到運算放大器的同相端和反相輸入端，便構成了差動放大電路，如圖3.9所示。 圖3.9 差動放大電路下面討論差動放大電路輸入與輸出之間的關系。首先假設同相輸入端對地短接，顯然電路變成了反相放大器。如果再假設和同時輸入，其輸出電壓應是和共同作用的結果，即上式右邊第一項代表反向放大器的輸出，

42、而第二項代表同相放大器的輸出。若令，則 上式是差動放大電路的常用公式，起輸出增益取決于上式說明在四個電阻值相等的條件下，差動放大電路成為了一個減法器，其輸出為兩個輸入信號直接相減。 這種差動放大電路在測量儀器及儀表中應用很廣泛。3.4.3 儀表放大電路 圖3.10的儀表放大器是由三個運算放大器組成的差動放大器，由于它主要用于測量儀表中，所以稱為儀表放大器。目前儀表放大器已實現(xiàn)集成化，即將三個運算放大器集成在一個硅片上，形成了一種專用的高精密度儀表放大器，像美國生產的ina101就是這種集成電路。 在圖3.10中，a1和a2都為同相放大器，a3為差動放大器，它把a1和a2的差動輸出變成單端輸出。

43、通常a3組成減法器，即r3=r4=r5=r6。當r1=r2時放大器的增益為r1/rp，調節(jié)電位器rp，便可改變增益的大小。 圖3.10儀表放大器電路 儀表放大器特別適合用于弱信號的放大，因此它常用作傳感信號的放大，如熱敏電阻傳感信號、應變式傳感信號、遠距離傳感信號等。因此，它在各種測量儀器、儀表和醫(yī)療儀器等領域得到了廣泛的應用。第四章 系統(tǒng)軟件設計 為了降低誤報率，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)對現(xiàn)場情況進行判斷：00h表示正常、01h表示異常、02h表示火災；然后綜合多次判斷結果做出最終的火情判斷。具體判斷方法如下： 單片微機主程序框圖如圖4.1所示。該程序

44、首先初始化，置檢查周期后讀入煙感信號，然后判傳感器有故障嗎？如有則轉故障報警，如沒有故障則轉換為探測周期，然后判有異常嗎？即是否有煙感或溫感動作？如有異常則判異常數(shù)是否有2，即煙感溫感是否同時動作，如是則發(fā)火災報警，如不是則發(fā)異常報警，如探測結果無異常則置檢查周期重新讀入煙感傳感器信號。圖4.1單片機主程序框圖 圖4.2是故障處理子程序。當在檢查周期讀入的煙感與溫感信息存儲在c中，為1是說明有故障信號存在，但第一次采集不能決定是故障，也可能是由干擾引起。這是利用了累加器acc實現(xiàn)第二次采集，第一次采集的值與acc相與，因第一次acc值為“零”，故相與結果c1第二次acc相反其值為“1”，如c值

45、仍為“1”則想與仍為“1”，此時說明不是干擾是真故障，故發(fā)故障報警信號。 采集次數(shù)判零 圖4.2故障處理主程序 圖4.3為火災報警子程序。其中p1.0為煙感輸入信號，p1.1為溫感輸入信號。在探測正常是為“1”，火警時為“0”。p1.6為異常報警位，p1.7為火災報警位。其值為“0”發(fā)報警信號，置“1”解除報警，其報警處理原理與故障報警處理子程序相同。 圖4.3 火警報警子程序 單片機火災報警控制程序清單：reset sjmp main ；復位，轉轉主程序main clr p1.3 ；p1.3口清零d1： mov r6，#ffhd2： mov r7，#ffhd3： djnz r7，d3 djn

46、z r6，d2 d4： cpl p1.3 jb p1.3，d7mov r6，#ffhd5： mov r7，#ffhd6： djnz r7，d6djnz r6，d5d7： setb p1.4 ；接通電源mov r6，#ffhd8： mov r7，#ffhd9： djnz r7，d9djnz r6，d8 mov r5，#02h ；置采集次數(shù)d10： mov c，p1.0 ；讀入信號 jnb p1.3，pint0 ；火災報警程序 setb p1.2 mov r4，#03hd11 mov r6，#ffhd12 mov r7，#ffhd13 djnz r7，d13 djnz r6，d12 djnz r4，d11 orl c，p1.1 jc pint1；轉故障處理子程序setb p1.5clr acc.1d1