基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書摘 要科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展與進(jìn)步給人們的生活帶來(lái)了前所未有的便利，如電力技術(shù)的迅猛發(fā)展與應(yīng)用，合成材料的誕生，新能源的不斷涌現(xiàn)，自動(dòng)化程度的不斷提高等等，使人們的衣食住行條件得到了極大的改善。然而其負(fù)面的作用也隨之凸顯出來(lái)，如液化石油氣，各種電子產(chǎn)品，易燃裝飾材料等我們身邊經(jīng)常接觸到的一些普通生活用品，為火災(zāi)的發(fā)生埋下了巨大的隱患，人們?cè)谙硎芸萍紟?lái)的便利之外無(wú)時(shí)不在受到潛在的火災(zāi)的威脅。所謂水火無(wú)情，為了避免火災(zāi)以及減少火災(zāi)造成的損失，讓人們的生活更加安寧，殘酷的現(xiàn)實(shí)以及觸目驚心的教訓(xùn)要求我們必須設(shè)計(jì)和完善火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，提高火災(zāi)的預(yù)警與早期處理水平，將火災(zāi)

2、消滅在萌芽狀態(tài)，最大限度地減少社會(huì)財(cái)富的損失?；诖?，本文從生活中的實(shí)際情況著手，設(shè)計(jì)了一種適用于多種公共場(chǎng)所的基于單片機(jī)的火災(zāi)智能報(bào)警系統(tǒng)。該火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是以AT89C51單片機(jī)作為控制中心，接受、處理火災(zāi)探測(cè)器輸出的煙霧濃度信號(hào)、溫度信號(hào)，并進(jìn)行聲光報(bào)警。它通過(guò)不斷的向現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射巡檢信號(hào)來(lái)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的溫度、煙霧濃度等，并不斷反饋給報(bào)警控制器，控制器將接到的信號(hào)與內(nèi)存的正常整定值比較、判斷確定是否有火災(zāi)的發(fā)生。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)煙霧或者溫度發(fā)生異常，或者發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、煙霧濃度、溫度報(bào)警限設(shè)置、故障自診斷、延時(shí)報(bào)警等，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的煙霧傳感器，具有一定的實(shí)

3、用價(jià)值。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)，智能報(bào)警，傳感器，控制器AbstractThe rapid development and progress of science and technology has brought unprecedented convenience to peoples life,as the rapid development of electric technology and application of composite materials, the constantly emerging of the new energy, the constant im

4、provement of the degree of automation, etc. make peoples food and clothing live line conditions improved greatly. However, its negative effect also stands out, some ordinary articles for daily use such as liquefied petroleum gas (LPG), all kinds of electronic products, flammable decorative materials

5、 around us, buried the huge hidden trouble for the beginning of the fire, people enjoying the convenience from technology constantly under the threat of potential fire. So-called water ruthless, in order to avoid fire and reduce fire losses, make peoples life more peaceful, the harsh reality and sho

6、cking lesson requires us to design and improve the automatic fire alarm system and improve the level of fire early warning and handling, which will make a fire in the bud, to minimize the loss of wealth of society.Based on this, this text set about from the actual situation in life, we design a kind

7、 of intelligent fire detection and alarm system suitable for a variety of public places of based on single chip microcomputer. The fire alarm system based on AT89C51 as the control center, accepts and treats the signal of smoke concentration and temperature of the smoke fire detector, alarming with

8、sound and light. Through sending inspection signal to the site inspection, it monitors the temperature and smoke concentration, and constantly feedbacks to alarm controller, the controller will receive the signal compared with the normal setting value of the memory and judgment whether there is a fi

9、re happening. When the smoke temperature anomalies, or there is a fire, it can realize sound and light alarm, the setting of smoke concentration and temperature alarm limit, fault self-diagnosis, delayed alarm, etc.Its a kind of intelligent smoke sensor,which has certain practical value ,with the si

10、mple structure, stable performance, convenient using, low costing, and so on.Keywords: AT89C51 single chip microcomputer, Intelligent alarm, Sensor, Controller目 錄1 緒論11.1 選題的背景及意義11.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r和現(xiàn)狀11.2.1 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)展歷程11.2.2 國(guó)內(nèi)外火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀22 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)及其整體方案設(shè)計(jì)42.1 火災(zāi)發(fā)生時(shí)的特點(diǎn)42.2火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)功能及其類型52.3 本系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)62.3.1

11、本設(shè)計(jì)的研究范圍62.3.2 系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)72.3.3 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)83 系統(tǒng)的硬件選擇與設(shè)計(jì)93.1 主要芯片的選擇93.1.1 單片機(jī)的選擇93.1.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇103.2 傳感器的選擇133.2.1火災(zāi)探測(cè)器的分類133.2.2 溫度探測(cè)器的選定143.2.3 煙霧傳感器的選擇163.3 各電路模塊的設(shè)計(jì)193.3.1單片機(jī)外圍接口電路193.3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路203.3.3 煙霧信號(hào)調(diào)理電路223.3.4 光報(bào)警電路233.3.5 聲報(bào)警電路233.3.6 報(bào)警器故障自診斷234 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)244.1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境244.2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)24

12、4.2.1主程序流程圖244.2.2 主程序初始化流程圖254.2.3數(shù)據(jù)采集子程序254.2.4 火災(zāi)判斷與報(bào)警程序264.2.5 濾波子程序275功能仿真驗(yàn)證分析295.1關(guān)于仿真與編程軟件295.2 Protues仿真原理圖296 總結(jié)與展望306.1 總結(jié)306.2 展望31致 謝32參考文獻(xiàn)33附 錄341 緒論1.1 選題的背景及意義在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅到公眾安全和社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一。它威脅著人們的健康、生命和財(cái)產(chǎn)安全，一旦引發(fā)火災(zāi)，就能使成千上萬(wàn)的財(cái)產(chǎn)瞬間變?yōu)榛覡a，其所造成的損失約為地震的5倍，僅次于干旱和洪澇災(zāi)害。據(jù)瑞士保險(xiǎn)公司調(diào)查報(bào)告，1970年198

13、5年世界平均每周發(fā)生3起大火，15年共造成150萬(wàn)人喪生，使全球5000萬(wàn)人無(wú)家可歸，如果說(shuō)天災(zāi)是人類共同面對(duì)的大敵，那么在尚不發(fā)達(dá)的發(fā)展中國(guó)家則是天災(zāi)與人禍并重，火災(zāi)隱患日益嚴(yán)重。殘酷的現(xiàn)實(shí)讓人們逐漸認(rèn)識(shí)到監(jiān)控預(yù)警和消防工作的重要性?；馂?zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)防工作已變得日益緊迫，尋找一種及時(shí)有效的預(yù)防火災(zāi)產(chǎn)生的方法已經(jīng)變成人們迫切需要解決的問(wèn)題。良好的監(jiān)控系統(tǒng)和及時(shí)的報(bào)警機(jī)制可以大大降低人員的傷亡，為社會(huì)減少不必要的損失。智能火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)就是為了滿足這一需求而研制出的，并且其自身的技術(shù)水平也在隨著人們需求的不斷地提高，在功能、結(jié)構(gòu)、形式等方面不斷地完善?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能迅速監(jiān)測(cè)火情，可發(fā)現(xiàn)人們不易發(fā)

14、覺(jué)的火災(zāi)早期特征，可將火災(zāi)帶來(lái)的生命財(cái)產(chǎn)損失降到最低限度。智能型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是一個(gè)集信號(hào)檢測(cè)、傳輸、處理、報(bào)警于一體的系統(tǒng)。隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市高層、地下建筑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)的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢(shì)，市場(chǎng)上迫切需要一種容量大、可靠性高、使用簡(jiǎn)單的智能型火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)?；谏鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)方面的需求，本課題旨在開(kāi)發(fā)一個(gè)能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r和現(xiàn)狀1.2.1 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)展歷程火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展也是經(jīng)歷了由單一品種發(fā)展成現(xiàn)在樣式多樣化的過(guò)程，由以前誤報(bào)率較高、安裝復(fù)雜和監(jiān)測(cè)范圍較窄變成現(xiàn)在測(cè)量較

15、精準(zhǔn)、安裝簡(jiǎn)單、監(jiān)測(cè)范圍廣等從發(fā)展過(guò)程來(lái)看，大體上可分為以下幾個(gè)階段：第一階段，從19世紀(jì)40年代至20世紀(jì)40年代，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)處于發(fā)展的初級(jí)階段，采用的探測(cè)器主要是感溫式的探測(cè)器，它通過(guò)采集溫度信號(hào)，然后判定是否超出設(shè)定的閡值，從而判斷是否有火災(zāi)發(fā)生。這一階段，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)簡(jiǎn)單，僅靠單一的溫度參量進(jìn)行火災(zāi)判斷。但是它易受環(huán)境中其他干擾源的影響，靈敏度低，響應(yīng)速度慢，無(wú)法判斷陰燃火災(zāi)，也無(wú)法滿足智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的要求。第二階段，20世紀(jì)40年代末，瑞士物理學(xué)家 Emst Meili研究的離子感煙探測(cè)器推出以后，引起了人們對(duì)離子感煙探測(cè)器的重視，隨后感煙探測(cè)器得到廣泛應(yīng)用，并逐漸占據(jù)了絕大部

16、分市場(chǎng)，迫使感溫式探測(cè)器退居其次；到70年代末，光電式感煙探測(cè)器在光電技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，并很快得到大力發(fā)展，它的使用壽命長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)，沒(méi)有離子感煙探測(cè)器的放射性問(wèn)題。在這一階段，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)普遍采用多線制布局方式，布線、調(diào)試、系統(tǒng)可靠性是系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。第三階段，20世紀(jì)80年代初期，總線型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)始興起，在火災(zāi)報(bào)警領(lǐng)域中邁出了一大步，并得到了較普遍的應(yīng)用。它使得布線工作量顯著減少，安裝調(diào)試更加容易，更能精確報(bào)警定位。但是這一時(shí)期的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的智能化水平不高，采用有線連接對(duì)工程要求高。第四階段，從20世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、集成電路技術(shù)、傳感器技術(shù)及智

17、能技術(shù)的快速發(fā)展，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)步入智能化時(shí)代，智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)迅速發(fā)展起來(lái)，各種智能型的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)相繼出現(xiàn)。模擬量可尋址技術(shù)的應(yīng)用使得火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的安全性、精準(zhǔn)性和智能性有了很大提高，在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)展史上具有里程碑的意義。1.2.2 國(guó)內(nèi)外火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的高科技成果不斷被應(yīng)用到火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，特別是近十幾年的發(fā)展，先進(jìn)的智能型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，依靠其高靈敏度、低誤報(bào)率、安裝簡(jiǎn)便靈活、便于集中監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)，目前在國(guó)外得到了廣泛應(yīng)用。這種系統(tǒng)的代表產(chǎn)品有如澳大利亞GODEX PTY.LTD公司生產(chǎn)的GODEX型空氣采樣式感煙火災(zāi)智能報(bào)警系統(tǒng)，澳大利亞維信防火

18、與保安有限公司（Vision Fire &Security）生產(chǎn)的VESDA產(chǎn)品等，其中維信公司的VESDA 產(chǎn)品是最具有代表性的產(chǎn)品。該系統(tǒng)是全世界空氣采樣早期智能報(bào)警系統(tǒng)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，系統(tǒng)對(duì)煙霧分析力為0.00075%obs/m，以其安裝簡(jiǎn)便靈活，高可靠、高效率、低誤報(bào)率的極早期探測(cè)智能報(bào)警性能，驚鳴世界、譽(yù)滿全球，現(xiàn)在，VESDA已經(jīng)發(fā)展到第三代技術(shù)，已經(jīng)有超過(guò)20多萬(wàn)臺(tái)VESDA的探測(cè)器被廣泛應(yīng)用在電信行業(yè)在內(nèi)的各種復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)所，時(shí)刻為用戶進(jìn)行著先進(jìn)可靠的火災(zāi)早期探測(cè)報(bào)警。目前，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)也已經(jīng)瞄準(zhǔn)早期智能報(bào)警系統(tǒng)的市場(chǎng)，開(kāi)始研制一些早期智能報(bào)警系統(tǒng)的雛形產(chǎn)品。比如南京消防集團(tuán)有限

19、公司研制生產(chǎn)的超早期感煙火災(zāi)智能報(bào)警系統(tǒng)：SH97300 高靈敏度激光吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。其靈敏度高達(dá)0.0042dB/m，比普通早期報(bào)警的感煙探測(cè)器靈敏度高100 倍以上，且同樣具有安裝靈活簡(jiǎn)便、能夠智能報(bào)警等。該系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于重要場(chǎng)所火災(zāi)報(bào)警，如各單位大樓的計(jì)算機(jī)房、資料室、圖書館等。但是由于國(guó)內(nèi)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)較多的是進(jìn)口產(chǎn)品或是靠引進(jìn)技術(shù)，其系統(tǒng)的靈敏度、對(duì)環(huán)境變化的自適應(yīng)能力、探測(cè)濃度范圍、以及節(jié)電設(shè)計(jì)方面還有待進(jìn)一步研究提高，在應(yīng)用到市場(chǎng)之前還有很多問(wèn)題需要解決。毫無(wú)質(zhì)疑的是未來(lái)先進(jìn)的火災(zāi)早期智能報(bào)警系統(tǒng)在隨著科技水平的發(fā)展、市場(chǎng)推廣的深入和全民火災(zāi)防范意識(shí)的不斷加強(qiáng)，會(huì)被

20、越來(lái)越多的用戶所推崇，應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)延伸至多種行業(yè)，火災(zāi)系統(tǒng)也會(huì)應(yīng)技術(shù)的創(chuàng)新而不斷發(fā)展更新。2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)及其整體方案設(shè)計(jì)2.1 火災(zāi)發(fā)生時(shí)的特點(diǎn)火災(zāi)是一種失去人為控制的由燃燒造成的災(zāi)害，產(chǎn)生火災(zāi)的基本要素是可燃物、助燃物和點(diǎn)火源?？扇嘉镆詺鈶B(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形態(tài)存在，助燃物通常是空氣中的氧氣。它們?nèi)紵幕具^(guò)程是當(dāng)從外部獲取一定的能量時(shí)，液體或固體先蒸發(fā)成蒸汽或分解出可燃?xì)怏w(如CO、H2等)的分子團(tuán)、灰燼和未燃燒的物質(zhì)顆粒懸浮在空氣中，稱之為氣溶膠。在產(chǎn)生氣溶膠的同時(shí)，產(chǎn)生分子較大的液體或固體微粒，稱為煙霧。著火后，燃燒產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面繼續(xù)放出可燃?xì)怏w，并形成擴(kuò)散燃燒。同時(shí)，發(fā)

21、出含有紅、紫外線的火焰，散發(fā)出大量的熱量。形成火災(zāi)。其中的氣溶膠、煙霧、火焰和熱量都稱為火災(zāi)參量，通過(guò)對(duì)這些參量的測(cè)定便可確定是否存在火災(zāi)。根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生現(xiàn)象的不同，可以將火災(zāi)分為慢速陰燃、明火和快速發(fā)展火焰等。通過(guò)大量的研究表明陰燃是誘發(fā)火災(zāi)的重要原因。總的來(lái)說(shuō)，普通可燃物在燃燒時(shí)表現(xiàn)為以下形式：首先是產(chǎn)生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣充足的條件下才能達(dá)到全部燃燒，產(chǎn)生火焰，發(fā)出可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光，并散發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度升高。起火過(guò)程中，起初和陰燃兩個(gè)階段所占的時(shí)間比較長(zhǎng)，雖然產(chǎn)生大量的煙霧，但是環(huán)境溫度不太高，若探測(cè)器就應(yīng)該從此階段開(kāi)始進(jìn)行探測(cè)，就可以火災(zāi)損失控制在最小限度?；鹧嫒紵?/p>

22、后，迅速蔓延，產(chǎn)生大量的熱使得環(huán)境溫度升高，如果能將這時(shí)能夠探測(cè)到有效地溫度值，就可以比較及時(shí)地控制火災(zāi)。起火過(guò)程曲線如圖2-1所示。圖2-1 起火過(guò)程曲線2.2火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)功能及其類型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)一般由火災(zāi)探測(cè)器、區(qū)域報(bào)警器和集中報(bào)警器組成。火災(zāi)探測(cè)器通過(guò)對(duì)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(cè)，將探測(cè)到的火情信號(hào)轉(zhuǎn)化成火警電信號(hào)傳遞給火災(zāi)報(bào)警控制器。區(qū)域報(bào)警器將接收到火警信號(hào)后經(jīng)分析處理發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，警示消防控制中心的值班人員，并在屏幕上顯示出火災(zāi)的房間號(hào)。集中報(bào)警是將接收到的信號(hào)以聲光形式表現(xiàn)出來(lái)，其屏幕上也顯示出著火的樓層和房間號(hào)，利用

23、本機(jī)專用電話還可迅速發(fā)出指示和向消防隊(duì)報(bào)警。此外，也可以控制有關(guān)的滅火系統(tǒng)或?qū)⒒馂?zāi)信號(hào)傳輸給消防控制室。整體電路的框圖如圖2-2所示及其類型。傳感器放大電路A/D轉(zhuǎn)換微型計(jì)算機(jī)狀態(tài)指示燈聲音報(bào)警濃度溫度顯示按鍵串口通信圖2-2 智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)框圖火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，一般由火災(zāi)探測(cè)器、聯(lián)動(dòng)單元和控制器三部分組成。由火災(zāi)探測(cè)器首先探測(cè)到火災(zāi)的萌芽而后通過(guò)聯(lián)動(dòng)單元傳輸至控制器分析其形勢(shì)從而實(shí)現(xiàn)是否報(bào)警?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)除了具有預(yù)防報(bào)警之外，還有遙控檢測(cè)功能，它能夠根據(jù)總臺(tái)的監(jiān)測(cè)預(yù)防的要求而有所對(duì)其功能模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。根據(jù)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中所使用的探測(cè)器種類的不同，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可以分為以下四種：（1）感溫型火災(zāi)

24、報(bào)警系統(tǒng)根據(jù)探測(cè)溫度參數(shù)的不同，一般可以將感溫型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)分為定溫式、溫差式等幾種。（2）感煙型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)感煙型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要有激光感煙式、光電感煙式和離子感煙式等。（3）感光型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)感光型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就是通過(guò)響應(yīng)火災(zāi)中產(chǎn)生的光特性，即擴(kuò)散火焰的光強(qiáng)度和閃爍頻率，來(lái)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)的。根據(jù)感應(yīng)的敏感波長(zhǎng)，可以將感光型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)分為對(duì)波長(zhǎng)較短的光輻射敏感的紫外報(bào)警系統(tǒng)和對(duì)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光輻射敏感的紅外報(bào)警系統(tǒng)。（4）復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)如果報(bào)警系統(tǒng)同時(shí)對(duì)溫度、煙霧和光輻射中的兩種或兩種以上參數(shù)做出響應(yīng)，那么它就是復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。目前復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有感溫感煙型、感煙感光型、感溫感光型等

25、多種形式。2.3 本系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)2.3.1 本設(shè)計(jì)的研究范圍火災(zāi)的發(fā)生場(chǎng)合各異，因而火災(zāi)發(fā)生前和發(fā)生時(shí)出現(xiàn)的情況也各不相同，比如在居民住宅樓，易燃物品較復(fù)雜的各型商場(chǎng)、超市，人員密集度較高的的網(wǎng)吧、影院，車庫(kù)、糧庫(kù)、油庫(kù)等各種類型倉(cāng)庫(kù)，汽車、飛機(jī)、輪船等現(xiàn)代化的交通工具等場(chǎng)合，有些火災(zāi)發(fā)生的比較緩慢，隨著濕度，溫度等的慢慢變化，導(dǎo)致易燃物品接近并達(dá)到著火點(diǎn)而產(chǎn)生煙霧和明火，若此時(shí)不能得到有效控制則火勢(shì)會(huì)逐漸蔓延，一致釀成大禍。對(duì)這一類火災(zāi)如果提高警惕，及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就能夠有效控制火災(zāi)的發(fā)生。而對(duì)于有些發(fā)生較快的火災(zāi)，通常只有幾秒十幾秒的時(shí)間火勢(shì)便達(dá)到無(wú)法控制的地步，如2012年8月26日凌晨

26、發(fā)生在陜西省延安市安塞縣境內(nèi)的一起觸目驚心的重大車禍，大量的甲醇瞬間燃燒，車內(nèi)乘客根本沒(méi)有時(shí)間逃生。對(duì)于這類火災(zāi)我們只能從根本上采取措施杜絕一切可能產(chǎn)生火災(zāi)的因素，否則后果不堪設(shè)想。本文主要研究的是一般場(chǎng)合下的火災(zāi)火災(zāi)的預(yù)警與應(yīng)對(duì)，此類火災(zāi)發(fā)生比較緩慢，發(fā)生之前伴隨有溫度的非正常變化，火苗出現(xiàn)之前的煙霧等有害氣體的產(chǎn)生。方案涉及到現(xiàn)場(chǎng)溫度的檢測(cè)，煙霧濃度的檢測(cè)，信號(hào)的采集與對(duì)比，聲音報(bào)警，不同險(xiǎn)情的不同燈光顯示等。該火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是以AT89C51單片機(jī)作為控制中心，接受、處理火災(zāi)探測(cè)器輸出的煙霧濃度信號(hào)、溫度信號(hào)，并進(jìn)行聲光報(bào)警。它通過(guò)不斷的向現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射巡檢信號(hào)來(lái)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的溫度、煙霧濃度等，并不

27、斷反饋給報(bào)警控制器，控制器將接到的信號(hào)與內(nèi)存的正常整定值比較、判斷確定是否有火災(zāi)的發(fā)生。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)煙霧或者溫度發(fā)生異常，或者發(fā)生火災(zāi)時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。本文設(shè)計(jì)的用于小型防火單位的單片機(jī)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):（1）能對(duì)室內(nèi)煙霧（CO2，CO）及溫度突變進(jìn)行報(bào)警,具有聲、光雙重報(bào)警功能。（2）系統(tǒng)故障報(bào)警功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障時(shí)，能發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。（3）異常報(bào)警功能。當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)異常(如煙霧濃度過(guò)大或是溫度較高)時(shí)，能發(fā)出異常報(bào)警信號(hào)，引起人們注意，盡可能避免火災(zāi)的發(fā)生。（4）火災(zāi)報(bào)警功能。一旦真出現(xiàn)火災(zāi)(煙霧和溫度同時(shí)出現(xiàn)異常)時(shí)，能立即發(fā)出聲光警報(bào)。據(jù)類似本系統(tǒng)的報(bào)警器現(xiàn)場(chǎng)模

28、擬實(shí)驗(yàn)表明,本系統(tǒng)安全可靠,誤報(bào)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)的硬件總體結(jié)構(gòu)（1）硬件系統(tǒng)組成一個(gè)完整的火災(zāi)報(bào)警系統(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)一單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心，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)。該設(shè)計(jì)可以對(duì)室內(nèi)外溫度以及煙霧實(shí)時(shí)采集可檢測(cè)，當(dāng)所測(cè)溫度或者煙霧濃度高于臨界溫度時(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，是否大于或者等于某個(gè)預(yù)設(shè)值，即報(bào)

29、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)警聲音和顯示非正常狀態(tài)，反之則為正常狀態(tài)。（2）硬件系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)報(bào)警系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)控制模塊、聲光報(bào)警模塊組成。圖2-3為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2-3 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖火災(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；系統(tǒng)的工作原理是：先通過(guò)傳感器 (包括溫感和煙感)將現(xiàn)場(chǎng)溫度、煙霧等非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，調(diào)理電路將傳感

30、器輸出的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理(放大、濾波等)，使之滿足A/D轉(zhuǎn)換的要求 ,最后由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，單片機(jī)判斷現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)生火災(zāi)。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，將進(jìn)行聲光報(bào)警。2.3.3 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)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(jì)方法，系統(tǒng)各個(gè)模塊的具體功能都是通過(guò)子程序調(diào)用實(shí)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(bào)警子程序等，系統(tǒng)程序流程圖如圖2-4所示。為了降低誤報(bào)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)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

31、個(gè)無(wú)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(gè)端口輸入輸出的設(shè)置、外圍驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路等完成初始化，其次是對(duì)芯片內(nèi)的程序進(jìn)行初始化，接下來(lái)執(zhí)行火災(zāi)報(bào)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)。圖2-4 程序流程圖3 系統(tǒng)的硬件選擇與設(shè)計(jì)3.1 主要芯片的選擇3.1.1 單片機(jī)的選擇（1）單片機(jī)的比較 單片機(jī)是本方案的靈魂，所以我們選擇是需要慎之又慎，下面我們來(lái)拿8031和AT89C51做一下比較。8031片內(nèi)不帶程序存儲(chǔ)器ROM，使用時(shí)用戶需外接程序存儲(chǔ)器和一片邏輯電路373，外接的程序存儲(chǔ)器多為EPROM的2764系列。用戶若想對(duì)寫入到EPROM中的程序進(jìn)行修

32、改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫入。寫入到外接程序存儲(chǔ)器的程序代碼沒(méi)有什么保密性可言。由于上述類型的單片機(jī)應(yīng)用的早，影響很大，已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。后來(lái)很多芯片廠商以各種方式與Intel公司合作，也推出了同類型的單片機(jī)，如同一種單片機(jī)的多個(gè)版本一樣，雖都在不斷的改變制造工藝，但內(nèi)核卻一樣，也就是說(shuō)這類單片機(jī)指令系統(tǒng)完全兼容，絕大多數(shù)管腳也兼容；在使用上基本可以直接互換。我們統(tǒng)稱這些與8051內(nèi)核相同的單片機(jī)為“51系列單片機(jī)”。在眾多的51系列單片機(jī)中，要算ATMEL公司的AT89C51更實(shí)用，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲(chǔ)器是FLASH

33、工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，在眾多的51系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的AT89C51更實(shí)用，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲(chǔ)器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMELAT89Cx做的編程器均帶有這些功能。顯而易見(jiàn)，這種單片機(jī)對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備的要求很低，開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動(dòng)成果。而且AT89C51目前的售價(jià)比8031還低，市場(chǎng)供應(yīng)也很充足。單對(duì)AT89C51來(lái)說(shuō)，在實(shí)際電路中可以直接互換8051和8751，替換8031只是第31

34、腳有區(qū)別，8031因內(nèi)部沒(méi)有ROM，31腳需接地（GND），單片機(jī)在啟動(dòng)后就到外面程序存儲(chǔ)器讀取指令；而8051/8751/89C51因內(nèi)部有程序存儲(chǔ)器，31腳接高電平（Vcc），單片機(jī)啟動(dòng)后直接在內(nèi)部讀取指令。也就是51芯片的31腳控制著單片機(jī)程序從內(nèi)部讀取還是從外部讀取，31腳接電源，程序從內(nèi)部讀取，31腳接地，程序從外部讀取，其他無(wú)須改動(dòng)。由于內(nèi)部RAM的存在，可以減少I/O擴(kuò)展芯片、鎖存器及片外RAM等等，使整個(gè)設(shè)計(jì)顯得簡(jiǎn)單明了。單片機(jī)是報(bào)警系統(tǒng)的核心部件，一方面它要接收來(lái)自傳感器的煙霧濃度和溫度的模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)和故障檢測(cè)信號(hào)，另一方面要對(duì)兩種信號(hào)分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路的相應(yīng)工作

35、；同時(shí)，查詢是否有鍵按下的命令。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能中，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)做數(shù)字濾波，再進(jìn)行線性化處理，這一過(guò)程的軟件實(shí)現(xiàn)，需要單片機(jī)有較快的運(yùn)算速度，使儀表監(jiān)測(cè)人員能夠觀測(cè)到實(shí)時(shí)的煙霧濃度，并進(jìn)行相應(yīng)處理。同時(shí)，在能夠滿足報(bào)警器設(shè)計(jì)的計(jì)算速度及接口數(shù)的要求的同類型單片機(jī)中，要考慮選擇價(jià)格低廉且體積輕巧的機(jī)型，在保證了報(bào)警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。AT89C51單片機(jī)應(yīng)用普遍，工具多，易上手，片源廣，價(jià)格低，且適合民用、商用，用途更廣泛。綜合以上觀點(diǎn)，本論文選定AC89C51作為本系統(tǒng)的核心。（2）關(guān)于AT89C51本設(shè)計(jì)的控制芯片使用的是ATMEL公司生產(chǎn)

36、的AT89C51，AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM）和128字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口。AT89C51的引腳圖如圖3-1所示。芯片可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程，其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效

37、地降低開(kāi)發(fā)成本。圖3-1 AT89C51的引腳圖3.1.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇（1）模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片參數(shù)的比較模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)亦稱模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換，與數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換相反，是將連續(xù)的模擬量（如象元的灰階、電壓、電流等）通過(guò)取樣轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量。例如，對(duì)圖象掃描后，形成象元列陣，把每個(gè)象元的亮度（灰階）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字表示，即經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，構(gòu)成數(shù)字圖象。通常有電子式的模/數(shù)轉(zhuǎn)換和機(jī)電式模/數(shù)轉(zhuǎn)換二種。在遙感中常用于圖象的傳輸，存貯以及將圖象形式轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的處理。例如：圖像的數(shù)字化等。選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的條件： 轉(zhuǎn)換速率sps：1秒內(nèi)轉(zhuǎn)換多少次，有200Ksps的，1Msps的等； 分辨率b

38、it：一次轉(zhuǎn)換的帶寬，比如12bit，16bit，8bit等； 輸入信號(hào)范圍：可轉(zhuǎn)換的最大信號(hào)和最小信號(hào)范圍； 電源電壓：工作電源是多少伏，是否區(qū)分模擬和數(shù)字電源； 輸出接口：是并行數(shù)據(jù)總線、SPI、還是其它總線等，數(shù)據(jù)輸出速率是多少； 封裝：是DIP直插的，還是SO貼片的，還是其他封裝的等； 參考源：參考源是單一參考源，還是多參考源，參考電壓使多少等； 輸入通道：是單通道轉(zhuǎn)換，還是多通道轉(zhuǎn)換等； 功耗：功耗也是需要考慮的問(wèn)題之一。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

39、A/D轉(zhuǎn)換器。美國(guó)Analog Device公司生產(chǎn)的8位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809轉(zhuǎn)換速率高，自帶三態(tài)輸出緩沖電路，可直接與各種典型的8位或16位的微處理器相連而無(wú)需附加邏輯接口電路，且能與CMOS及TTL兼容。是目前我國(guó)應(yīng)用最為廣泛，價(jià)格適中的A/D轉(zhuǎn)換器。加之內(nèi)部含有三態(tài)輸入緩沖電路，可直接與各種微處理器連接，且無(wú)須附加邏輯接口電路，內(nèi)部設(shè)置的高精參考電壓源和時(shí)鐘電路，使它不需要任何外部電路和時(shí)鐘信號(hào)，就能完成A/D轉(zhuǎn)換功能，應(yīng)用非常方便。綜合以上各種條件和因素，也根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要，我選擇的A/D轉(zhuǎn)換器是ADC0809。（2）關(guān)于ADC0809ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生

40、產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0809由8路模擬開(kāi)頭、地址鎖存與譯碼器、8位A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成，芯片引腳圖如圖3-2所示,主要特性：. 8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。. 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?-2 ADC0809芯片的引腳圖. 轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130s（時(shí)鐘為500kHz時(shí)）。. 單個(gè)+5V電源供電。. 模擬輸入電壓范圍0+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 . 工作溫度范圍為-40+85攝氏度。.

41、 低功耗，約15mW。（3）內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。（4）外部特性（引腳功能）ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，下面說(shuō)明各引腳功能。IN0IN7：8路模擬量輸入端。D0D7：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。START： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A

42、/D轉(zhuǎn)換）。EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。Vcc：電源，單一+5V電源。GND：地。（5）ADC0809工作過(guò)程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A

43、/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送：A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問(wèn)題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。. 定時(shí)傳送方式對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128s，相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完

44、成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。. 查詢方式A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。. 中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過(guò)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)，OE信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。3.2 傳感器的選擇3.2.1火災(zāi)探測(cè)器的分類火災(zāi)探測(cè)器是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)部件，它的好壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，它是整個(gè)系統(tǒng)最為重要的部件，是識(shí)別火災(zāi)是

45、否發(fā)生的專門儀器。在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，探測(cè)器通過(guò)把火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的各種非電量參數(shù)（如煙、氣體濃度等）轉(zhuǎn)化成電量參數(shù)從而得到統(tǒng)一測(cè)量參數(shù)，然后再傳送給控制器。其特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性，準(zhǔn)確性。其能夠?qū)崟r(shí)跟隨各種非電量參數(shù)的變化而變化。火災(zāi)探測(cè)器根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的物理現(xiàn)象可以分為：感溫型、感煙型、圖光型、感聲型、氣敏型五大類。但在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到測(cè)量的方便性還有實(shí)用性，我們經(jīng)常用到的火災(zāi)探測(cè)器主要是感煙型、感溫型、感光型、可燃?xì)怏w型、復(fù)合型五大類。（1）感煙型火災(zāi)探測(cè)器。感煙型火災(zāi)探測(cè)器可以分為離子感煙型探測(cè)器和光電感煙型探測(cè)器。其中離子感煙型探測(cè)器是利用煙霧對(duì)具有放射性性質(zhì)的镅241的影響，從而通過(guò)檢測(cè)電

46、路檢測(cè)其反應(yīng)，并做出響應(yīng)。但是由于含有放射性物質(zhì)，在一定程度上會(huì)污染環(huán)境，不利于彩色環(huán)保。光電感煙型探測(cè)器是基于煙霧粒子對(duì)光線產(chǎn)生散射、吸收原理而做成的煙霧探測(cè)器。（2）感溫型火災(zāi)探測(cè)器。在火災(zāi)起火燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，使周圍的溫度急劇升高。通過(guò)對(duì)溫度變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)從而可以得到所測(cè)量范圍的溫度參數(shù)所作出響應(yīng)的探測(cè)器就是感溫型火災(zāi)探測(cè)器。根據(jù)測(cè)量依據(jù)的不同，可以把感溫型火災(zāi)探測(cè)器分為定溫型、差溫型和差定溫型三種類型。（3）感光型火災(zāi)探測(cè)器?；馂?zāi)燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生火焰，并伴隨著發(fā)射出各種輻射光線。根據(jù)所探測(cè)火焰輻射的光線不同，感光型火災(zāi)探測(cè)器可以分為兩大種：一種對(duì)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光輻射敏感的紅外光輻射

47、探測(cè)器，另一種對(duì)波長(zhǎng)較短的光輻射敏感的紫外光輻射探測(cè)器。（4）可燃?xì)怏w火災(zāi)探測(cè)器。在火災(zāi)起火燃燒的過(guò)程除了會(huì)產(chǎn)生煙霧、熱量、光三種產(chǎn)物外，還會(huì)產(chǎn)生多種可燃?xì)怏w?？扇?xì)怏w火災(zāi)探測(cè)器是對(duì)探測(cè)的單一或者多種可燃?xì)怏w濃度做出響應(yīng)的探測(cè)器。（5）復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器。復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器即使能夠?qū)煞N或兩種以上的火災(zāi)參數(shù)做出響應(yīng)的探測(cè)器?，F(xiàn)在市面上常用地復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器主要有有煙溫復(fù)合型探測(cè)器，煙溫氣三復(fù)合型探測(cè)器，光電、離子、感溫三復(fù)型合探測(cè)器等。本文僅探討現(xiàn)場(chǎng)溫度與煙霧這兩項(xiàng)與火災(zāi)的發(fā)生相關(guān)的指標(biāo)的檢測(cè)，其他與火災(zāi)相關(guān)的因素本文未予探討。3.2.2 溫度探測(cè)器的選定（1）本設(shè)計(jì)溫度探測(cè)器的選擇條件根據(jù)監(jiān)測(cè)溫

48、度參數(shù)的不同，一般用于工業(yè)和民用建筑中的溫度探測(cè)器有定溫式、差溫式、差定溫式等幾種。. 定溫式探測(cè)器。定溫式探測(cè)器是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，火災(zāi)引起的溫度上升超過(guò)某個(gè)定值時(shí)啟動(dòng)報(bào)警的火災(zāi)探測(cè)器。它有線型和點(diǎn)型兩種結(jié)構(gòu)。其中線型是當(dāng)局部環(huán)境溫度上升達(dá)到 規(guī)定值時(shí)，可熔絕緣物熔化使兩導(dǎo)線短路，從而產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。. 差溫式探測(cè)器。差溫式探測(cè)器是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，火災(zāi)引起的溫度上升速率超過(guò)某個(gè)規(guī)定值時(shí)啟動(dòng)報(bào)警的火災(zāi)探測(cè)器。它也有線型和點(diǎn)型兩種結(jié)構(gòu)。線型差溫式探測(cè)器是根據(jù)廣 泛的熱效應(yīng)而動(dòng)作的，點(diǎn)型差溫式探測(cè)器是根據(jù)局部的熱效應(yīng)而動(dòng)作的，主要感溫器件是空氣膜盒、熱敏半導(dǎo)體電阻元件等。. 差定溫式探測(cè)器。差定溫式探

49、測(cè)器結(jié)合了定溫和差溫兩種作用原理并將兩種探測(cè)器結(jié)構(gòu)組合在一起。差定溫式探測(cè)器一般多是膜盒式或熱敏半導(dǎo)體電阻式等點(diǎn)型組合式探測(cè)器。在溫度傳感器的選型過(guò)程中考慮的因素：被測(cè)對(duì)象的溫度是否需記錄、報(bào)警和自動(dòng)控制，是否需要遠(yuǎn)距離測(cè)量和傳送。測(cè)溫范圍的大小和精度要求。測(cè)溫元件大小是否適當(dāng)。在被測(cè)對(duì)象溫度隨時(shí)間變化的場(chǎng)合，測(cè)溫元件的滯后能否適應(yīng)測(cè)溫要求。被測(cè)對(duì)象的環(huán)境條件對(duì)測(cè)溫元件是否有損害。價(jià)格如保，使用是否方便。綜合以上多種原因，經(jīng)對(duì)比，本文溫度探測(cè)器使用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，其引腳與實(shí)物樣式如圖3-4所示。（）關(guān)于DS18B20DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，

50、如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼 封裝式，型號(hào)多種多樣，有LTM8877，LTM8874等。. DS18B20的主要特性：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)線圖3-4 DS18B20數(shù)字溫度傳感器引腳圖供電。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)微處理器與DS18B20的雙向通訊。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。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)。溫范圍55+125，在-10+85時(shí)精度為0.5

51、?？删幊痰姆直媛蕿?12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。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。測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。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。. DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。. DS18B20引腳定義：DQ為數(shù)字信

52、號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。3.2.3 煙霧傳感器的選擇（）煙霧傳感器的比較分析. 離子式煙霧傳感器該煙霧報(bào)警器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運(yùn)用到各消防報(bào)警系統(tǒng)中，性能遠(yuǎn)優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報(bào)警器。. 光電式煙霧傳感器光電煙霧報(bào)警器內(nèi)有一個(gè)光學(xué)迷宮，安裝有紅外對(duì)管，無(wú)煙時(shí)紅外接收管收不到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光，當(dāng)煙塵進(jìn)入光學(xué)迷宮時(shí)，通過(guò)折射、反射，接收管接收到紅外光，智能報(bào)警電路判斷是否超過(guò)閾值，如果超過(guò)發(fā)出警報(bào)。兩種傳感器的比較:離子煙霧報(bào)警器對(duì)微小的煙霧粒子的感應(yīng)要靈敏一些，

53、對(duì)各種煙能均衡響應(yīng)；而前向式光電煙霧報(bào)警器對(duì)稍大的煙霧粒子的感應(yīng)較靈敏，對(duì)灰煙、黑煙響應(yīng)差些。當(dāng)發(fā)生熊熊大火時(shí)，空氣中煙霧的微小粒子較多，而悶燒的時(shí)候，空氣中稍大的煙霧粒子會(huì)多一些。如果火災(zāi)發(fā)生后，產(chǎn)生了大量的煙霧的微小粒子，離子煙霧報(bào)警器會(huì)比光電煙霧報(bào)警器先報(bào)警。這兩種煙霧報(bào)警器時(shí)間間隔不大，但是這類火災(zāi)的蔓延極快，此類場(chǎng)所建議安裝離子煙霧報(bào)警器較好。另一類悶燒火災(zāi)發(fā)生后，產(chǎn)生了大量的稍大的煙霧粒子，光電煙霧報(bào)警器會(huì)比離子煙霧報(bào)警器先報(bào)警，這類場(chǎng)所建議安裝光電煙霧報(bào)警器。. 氣敏式煙霧傳感器氣敏傳感器是一種檢測(cè)特定氣體的傳感器。它主要包括半導(dǎo)體氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學(xué)氣敏傳感

54、器等，其中用的最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器。它的應(yīng)用主要有：一氧化碳?xì)怏w的檢測(cè)、瓦斯氣體的檢測(cè)、煤氣的檢測(cè)、氟利昂（R11、R12）的檢測(cè)、呼氣中乙醇的檢測(cè)、人體口腔口臭的檢測(cè)等等。它將氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱就可以獲得與待測(cè)氣體在環(huán)境中的存在情況有關(guān)的信息，從而可以進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警；還可以通過(guò)接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測(cè)、控制和報(bào)警系統(tǒng)。氣敏式煙霧傳感器的典型型號(hào)有MQ-2氣體傳感器。該傳感器常用于家庭和工廠的氣體泄漏裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測(cè)。氣敏式煙霧傳感器與離子式煙霧傳感器的比較：火災(zāi)煙霧是由氣、液、固體微粒群組

55、成的混合物，具有體積、質(zhì)量、溫度、電荷等物理特性。離子型煙霧探測(cè)器是通過(guò)相當(dāng)于煙敏電阻的電離室引起的電壓變化來(lái)感知煙霧粒子的微電流變化裝置。當(dāng)煙霧粒子進(jìn)入電離室，改變了電離室空氣的電離狀態(tài)，從而宏觀表現(xiàn)為電離室的等效電阻增加引起電離室兩端的電壓增大，由此來(lái)確定空氣中的煙霧狀況。而氣敏式傳感器是探測(cè)空氣中某些可燃?xì)怏w的成分，所以在火災(zāi)探測(cè)方面，氣敏式傳感器性能并不如離子式傳感器。探測(cè)空氣中可燃?xì)怏w的含量。有效地探測(cè)煤氣、液化石油氣、然氣、一氧化碳等多種可燃性氣體的微量泄漏。適用于石油、化工、煤炭、電力、冶金、電子等工業(yè)企業(yè)，以及煤氣廠、液化石油氣站、氫氣站等生產(chǎn)和貯存可燃性氣體的場(chǎng)所。通過(guò)比較分

56、析，本設(shè)計(jì)的感煙探測(cè)器采用的是日本NEMOTO公司生產(chǎn)NIS-09C離子型感煙探測(cè)器，內(nèi)部有微量的放射性物質(zhì)媚(Am)241，探測(cè)器被金屬電極覆蓋，放射能不會(huì)泄露。它對(duì)白色、灰白和黑色煙霧都有良好的響應(yīng)，符合美國(guó)UL217標(biāo)準(zhǔn)，歐洲EN-54-7標(biāo)準(zhǔn)及GB4715-93國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。NIS-09C是具有低功耗、普適性的傳感器，適用于高靈敏度煙霧探測(cè)器、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。（2）煙霧檢測(cè)器工作原理首先，傳感器送來(lái)的煙霧濃度對(duì)應(yīng)的微小的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，轉(zhuǎn)化成大的電壓信號(hào)送入AT89C51單片機(jī)；后，在AT89C51單片機(jī)內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換、濃度比較，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理，將數(shù)字化電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成為對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制濃度

57、值；最后，將實(shí)際可燃性氣體濃度送入液晶，并判斷濃度值是否超出報(bào)警限，另外由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反映越快，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間就越快。為提高響應(yīng)時(shí)間，保證傳感器準(zhǔn)確地、穩(wěn)定地工作，報(bào)警器需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個(gè)5V的電壓。為了保證其可靠性，在輸出5V的電壓的同時(shí)，進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)。當(dāng)傳感器加熱絲或電纜線和傳感器斷線和接觸不良時(shí)，進(jìn)行故障報(bào)警，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。當(dāng)然幾種狀態(tài)的報(bào)警信號(hào)是各不相同的。煙霧檢測(cè)器的功能如下：. 自診斷故障功能、. 看門狗自檢單片機(jī)狀態(tài)功能調(diào)用單片機(jī)中的看門狗程序，定時(shí)檢查單片機(jī)工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)單片機(jī)出現(xiàn)死循環(huán)狀態(tài)，立即復(fù)位，保證報(bào)警器工作正常。. 與上位機(jī)通訊功能可以實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)串口通訊，對(duì)報(bào)警器采取統(tǒng)一控制，以及便于采集和處理數(shù)據(jù)，也可以在計(jì)算機(jī)上更改報(bào)警限值等。（3）關(guān)于NIS-09C在本次設(shè)計(jì)中，我們選用NIS-09C煙霧傳感器。它是離子式煙霧傳感器，是日本NEMOTO公司專為檢測(cè)延誤而精心設(shè)計(jì)的新型傳感器。檢測(cè)方式：離子型，一源兩室。放射參數(shù)：電源電壓是DC9v，輸出電壓是5.6+0.4v電流損耗是27+3pA，靈敏度是0.6+0.1v。特性參數(shù)如下表所示：. 靈敏度特性（根據(jù)UL217標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速0.1M/秒）. 電源電壓特性（256