基于單片機的倉庫防火預警系統(tǒng)的設計

1、 基于單片機的倉庫防火預警系統(tǒng)的設計 摘 要：倉庫是一個物資集中儲存的重要場所，倉庫火災預警是倉庫管理的重要組成部分。本文研究的是基于單片機的多傳感器火災探測系統(tǒng)，本系統(tǒng)具有采集現(xiàn)場信息，并將信息分析預測，結果傳遞給相關人員和顯示火災信息的功能，并且能夠在現(xiàn)場對火災進行聲光報警的功能。本文針對火災自動預警系統(tǒng)結合國內(nèi)外現(xiàn)狀進行了深入的研究。全面闡述了火災自動預警系統(tǒng)的硬件電路和軟件設計方案。本文的目的是開發(fā)一套結構簡單、價格低廉、使用方便而且能及時的發(fā)現(xiàn)火情并能有效的避免誤報、漏報的火災自動預警系統(tǒng)。 關鍵詞：火災探測器；ATmegal6；時間序列分析；無線通信 The Design of W

2、arehouse Automatic Fire Alarm System Based on MCUAbstract: Warehouse is an important place which storage materials centrally and warehouse fire warning is an important part of the warehouse management.This paper studies the multi-sensor fire detection system based on single chip,The system has a fun

3、ction which is collect site information firstly, analysis and forecast information, and pass it to the relevant personnel and display fire information finally, and can adopt an audio - light alarm for fire on the spot.The article conduct thorough research for the automatic fire warning system combin

4、ed with the current situation at home and abroad,and elaborate comprehensively the hardware circuit of automatic fire alarm system and software design.The purpose of this paper is to develop a set of fire automatic warning system which structure is simple, price is low ,use is convenient and can tim

5、ely detect fire and can avoid the leaking and false alarm effectively.Key words: The Fire Detector；Atmega16；Time Series；Wireless Communication 1 前言 1.1 研究背景倉庫安全是倉庫管理中的重要目標，而對倉庫安全的威脅主要來自于人為破壞和倉庫物資因為存儲環(huán)境或物資本身的變化，其中人為的引起火災是倉庫安全威脅最主要的因素?；馂氖侵冈诳臻g和時間上造成一定程度上損失的燃燒過程，是危害人類生命財產(chǎn)安全、直接影響經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定的一種常見災害，它也是世界上發(fā)生

6、頻率很高的災害之一，在地球上每天都有火災發(fā)生，據(jù)聯(lián)合國“世界火災統(tǒng)計中心(WFSC)2000統(tǒng)計資料”，全世界每年的發(fā)生600萬至700萬次火災，每年至少有6-7萬人死于火災?；馂氖侨澜绺鲊?人民所面臨的一個共同的災難性問題。它給人類社會造成了生命，財產(chǎn)的嚴重損失。 在我國，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，火災的危害也隨之大幅升高。我國物資倉庫正朝著大型化、現(xiàn)代化、多功能化的方向發(fā)展，由于現(xiàn)代化倉庫功能較復雜，設備物資繁多，一旦發(fā)生火災，不能同一般建筑那樣從外部進行滅火，給人員疏散和撲救工作帶來了很大困難，很容易造成重大的經(jīng)濟損失甚至人員傷亡。因此，在現(xiàn)代化的倉庫，還有酒店、大型賓館、辦公樓

7、、博物館、圖書館和商場等公共場所，對火災預警系統(tǒng)提出了更高的要求。要想有效的防止火災，一方面要減少引起火災的因素；另一方面要在發(fā)生火災時，及時報警， 并采取有效措施控制火情的發(fā)展，將火災消滅在初期階段。為了確保人身安全，最大限度地減少 社會財富的損失。為此，火災自動報警系統(tǒng)作為預防火災的一個很重要的措施已經(jīng)作為建筑設計 的強制性要求進入到了每一座具有火災隱患的建筑內(nèi)。1.2 火災自動報警系統(tǒng)的發(fā)展1.2.1 根據(jù)發(fā)展過程分類火災自動報警系統(tǒng)的誕生已有100多年歷史?？v觀100多年人類開發(fā)火災自動報警系統(tǒng)的過程，我們可以把這一段歷史分為三個階段：初期階段是用一些簡單的分立元件構成的火災自動報警系

8、統(tǒng)，從十九世紀四十年代一直延續(xù)到本世紀四十年代，這期間感溫探測器占主導地位，火災自動報警系統(tǒng)的發(fā)展處于初級階段。20世紀初，定溫探測器漸漸得到改進和發(fā)展，同時采用低熔金屬的新型探測器也被研制出來，隨后人們相繼研制出了雙金屬差溫火災探測器、熱熔電阻差溫探測器，膜盒差溫火災探測器、半導體差溫火災探測器和兼有差溫、定溫兩種功能的差定溫火災探測器等。第二階段是從二十世紀五十年代到七十年代，在這期間大力發(fā)展了感煙探測器，感溫火災探測器則處于次要位置。用感煙的方法來探測火災使人類在實現(xiàn)火災早期報警方面邁出了一大步， 此時的系統(tǒng)一般是多線制，其特點是穩(wěn)定性、可靠性差，線路復雜，調(diào)試難度大。從四十年代末期開始

9、，研究者開始研究離子式感煙探測器，并獲得成功。由于離子式探測器探測火災比感溫探測器快得多。它的出現(xiàn)很快達到了廣泛應用。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，場效應晶體管代替了陰極射線管，探測器的供電電壓也從220伏降到了24伏，甚至9伏，用9伏疊層電池可以為離子感煙探測器供電，為進入家用市場創(chuàng)造了條件。第三階段是從八十年代開始至今?？偩€制火災自動報警系統(tǒng)蓬勃興起，它同以前的產(chǎn)品相比有了很大的飛躍，布線工作變的減少，安裝調(diào)試變的容易，降低了安裝和維修費用，其最大優(yōu)點是施工簡單并能精確定位報警部位，因而得到了較廣泛的應用。人們?yōu)槊總€探測點設置了單獨的地址編碼?；馂膱缶刂破魍ㄟ^巡檢方式，分別采集各探測點的數(shù)據(jù)，并發(fā)

10、出火警及故障等具體信息。隨著技術的不斷進步，智能系統(tǒng)已突破了傳統(tǒng)的火災探測報警范疇，它與建筑物內(nèi)的防盜報警系統(tǒng)，電視監(jiān)控系統(tǒng)，信息交換系統(tǒng)，公共安全系統(tǒng)等組成樓宇自動系統(tǒng)而成智能大廈。誤報的嚴重程度，用誤報率大小來衡量，誤報率越小越好。1.2.2 根據(jù)應用類型分類火災報警系統(tǒng)，從發(fā)展過程來看，大體可分為三個階段1： (1)多線型火災報警系統(tǒng)多線型火災報警系統(tǒng)的探測器除了需要提供兩根電源線外，還需要一根報警信號線，探測器的信號線連接在報警顯示盤上，報警時點亮相應的指示燈。此類系統(tǒng)的功能一般以報警為主，輔以簡單的聯(lián)動功能，其報警器對外圍探測器無故障檢測功能，只會對電源線的斷線做出故障反應。(2)總

11、線型火災報警系統(tǒng) 這種火災報警系統(tǒng)中己經(jīng)嵌入了微處理器，探測器和模塊均采用地址編碼形式，通過總線與控制器實現(xiàn)信號傳送，靈敏度在制造時已由硬件決定，不可以再調(diào)，此類系統(tǒng)能夠進行現(xiàn)場編程，并通過各種模塊對各個聯(lián)動設備實行比較復雜的控制，具有部分故障診斷功能，但對故障類型不能區(qū)分。(3)智能復合型火災報警系統(tǒng)由于采用了設有單片機的模擬量探測器，大大的提高了智能化程度，并且可以通過軟件對靈敏度根據(jù)使用場合、時間進行設定和調(diào)整，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。還可以自動處理電磁干擾對線路分布參數(shù)的影響。這一功能可增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性，減少了誤報。復合型智能火災報警系統(tǒng)是未來火災報警系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。發(fā)

12、生火災的情形種類繁多，產(chǎn)生的原因也紛繁復雜，僅僅對某一特定的火災參考量進行探測，難免會發(fā)生漏報或誤報的現(xiàn)象。復合型探測技術正是降低誤報漏報現(xiàn)象的有效途徑。1.3 火災報警的國內(nèi)外現(xiàn)狀及存在問題1.3.1 火災預警系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀發(fā)達國家，普遍具有相對完善的火災預防、報警、撲救以及善后處理等體系。國家每年都會從財政中撥付許多用于培訓相關人員，更新維護預警設備。西方發(fā)達國家都把各個用戶的終端傳感器和信號采集設備連接起來，通過實時數(shù)據(jù)采集，從而對自動火災報警系統(tǒng)進行實時操作和監(jiān)控，將故障進行遠程傳輸。目前，很多發(fā)達國家已經(jīng)擁有將火災報警系統(tǒng)應用于整個城市消防預警當中的成功經(jīng)驗。多年來，這些國家已經(jīng)把

13、火災自動報警系統(tǒng)與公共監(jiān)控系統(tǒng)連接在一起，通過公共監(jiān)控系統(tǒng)可以及時、準確發(fā)現(xiàn)火災隱患和地點，判斷火災的類型，調(diào)集消防力量及時控制火情。當前，國外火災自動報警應用技術漸漸向著網(wǎng)絡化、智能化、多樣化、和小型化發(fā)展。我國火災報警系統(tǒng)起步較西方發(fā)達國家晚，90年代以后火災報警產(chǎn)品才真正開始發(fā)展，隨著政府的改革開放，國外企業(yè)開始大量進入中國市場，帶來了先進技術，同時也促進了市場的成熟。我國火災報警系統(tǒng)的相關企業(yè)也得到了快速發(fā)展，部分企業(yè)通過技術合作、合資生產(chǎn)，取得了較好的成績，部分技術已接近或趕上了國際先進水平。隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，社會上對火災自動報警系統(tǒng)的需求不斷加大，對其要求也越來越高，同時計算機技

14、術和控制檢測技術的高速發(fā)展也促進了火災自動報警控制系統(tǒng)的發(fā)展，特別是近年來興起的各類新方法、新技術又使火災自動預警技術上了一個新臺階。1.3.2 國內(nèi)火災報警系統(tǒng)存在的問題目前國內(nèi)火災報警系統(tǒng)主要存在有以下問題2： (1)火災自動報警系統(tǒng)存在誤報、漏報問題目前，火災自動報警系統(tǒng)中的傳感器本身普遍存在一定缺陷，加上環(huán)境中的氣流、灰塵、電磁場等不利因素，使得系統(tǒng)在火災探測過程中經(jīng)常出現(xiàn)誤報和漏報。隨著火災自動報警系統(tǒng)中探測器數(shù)目和類型的增多，信號處理的難度也隨之大大增加，通過一定閥值來判斷火災狀態(tài)的方式已經(jīng)不能適應辨別要求。(2)火災自動報警系統(tǒng)的智能化水平有待提高火災自動報警系統(tǒng)的智能化水平越來

15、越受到人們的關注。傳統(tǒng)的火災監(jiān)測通常對單個傳感器輸出信號進行處理采用閡值預警判斷，若將同樣的方法應用于多元參量的系統(tǒng)，會出現(xiàn)誤報或漏報現(xiàn)象。(3)無線通信技術有待進一步發(fā)展 傳統(tǒng)火災預警系統(tǒng)通常將各個部件用電纜、導線連接，其連線錯綜復雜，不僅影響建筑美觀，而且布線時會造成導線的損壞。無線通信技術可以彌補這方面的不足?？梢詼p少導線使用量，簡化網(wǎng)絡布局，減少對導線的損壞，擴大火災監(jiān)測范圍?？稍诓恢匦虏季€的基礎上，對消防監(jiān)測盲區(qū)進行監(jiān)測。1.4 本研究的目的及主要內(nèi)容根據(jù)當今火災探測的現(xiàn)狀和實現(xiàn)提前預警的需求，將多傳感器數(shù)據(jù)融合技術應用在火災預警系統(tǒng)中。選擇多個傳感器對火災過程中的多個參數(shù)進行監(jiān)測，

16、彌補了采用單一傳感器的不足。本系統(tǒng)的研究目的是開發(fā)一套可靠性高、結構簡單、反應快的火災自動檢測系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用了無線自動撥號報警技術，彌補了傳統(tǒng)有線通信模式傳輸距離短的缺點：在現(xiàn)場采用了溫度傳感器和煙霧傳感器配合使用的方式代替了傳統(tǒng)單一傳感器來監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境信息，很大程度上避免了誤報、漏報。達到實現(xiàn)及時準確預警的目的。本文共分六個章節(jié)，各個章節(jié)內(nèi)容如下： 第一章首先簡要介紹了論文研究的背景和意義，然后概述了火災報警系統(tǒng)的發(fā)展歷史、組成以及未來發(fā)展的趨勢； 第二章介紹了火災的發(fā)展過程、探測器的種類及系統(tǒng)的總體框圖； 第三章分別介紹了系統(tǒng)應用的硬件設計；第四章給出了系統(tǒng)的軟件設計； 第五章做出了總結

17、。2 系統(tǒng)的總體設計2.1 火災的燃燒過程產(chǎn)生火災的基本要素是可燃物、助燃物和火源?？扇嘉锱c空氣混合，在較強火源作用下產(chǎn)生預混燃燒。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)釋放出可燃氣體，從而形成擴散燃燒。同時，發(fā)出含有紅外線或紫外線的火焰，散發(fā)出大量的熱量。煙霧,火焰和熱量都稱為火災參量，通過對這些參量的監(jiān)測便可確定是否發(fā)生火災。大量熱量通過可燃物的直接燃燒、熱傳導、熱輻射和熱對流，使火情向周圍蔓延，這就是常說的火蔓延，火蔓延導致了火勢的擴大，形成火災3。 火災的發(fā)展過程一般可分為無可見煙(氣溶膠)階段、可見煙階段、燃燒(火焰)階段和劇烈燃燒 (高溫)階段。從火災的形成、發(fā)展過程可以

18、得到如下結論：一、火災產(chǎn)生的主要物理現(xiàn)象有氣凝膠、煙霧、火焰、和熱量，通過對這些現(xiàn)象的檢測便可確定是否發(fā)生火災，這些信息可以作為早期火災探測的依據(jù)。二、早期火災探測的重要性：當火災發(fā)展到劇烈燃燒階段時，火勢己經(jīng)很大，難以控制，會對生命、財產(chǎn)造成巨大損失。在火災的早期階段(無可見煙階段、可見煙階段、燃燒階段)未產(chǎn)生火災發(fā)展速度較慢，造成損失較小，是發(fā)現(xiàn)火情，消滅火災的最佳時機。三、根據(jù)早期火災產(chǎn)生的物理現(xiàn)象(氣凝膠、煙霧、火焰、和熱量)在時間上的先后順序，可以按照其中某一現(xiàn)象研發(fā)早期火災探測技術。2.2 火災探測器的分類物質燃燒是一個復雜的物理變化和化學反應過程，火災探測的實質是檢測火災發(fā)生時產(chǎn)

19、生的各類物理、化學變化，從而實現(xiàn)對火災的動態(tài)監(jiān)測和報警。2.2.1 感煙式火災探測器煙霧是火災的早期特征，利用感煙式火災探測器可以及早檢測到火災信號及火災參數(shù)，所以，感煙式火災探測器目前是世界上應用最廣，數(shù)量最多的火災探測器。常用的火災探測器是離子式感煙探測器和光電式感煙探測器4。(1)離子式感煙探測器 離子式感煙探測器是采用空氣離化火災探測方法構成和工作的，它是利用放射性同位素釋放的高能量a射線將局部的空氣電離，產(chǎn)生正、負離子，在外加電壓的作用下產(chǎn)生離子電流。離子式感煙式探測器有兩個電離室串聯(lián)，構成等效于電阻串聯(lián)的偏置電路，其中一個基本不與外界相通的內(nèi)電離室，另一個是于外界相通的外電離室，電

20、離室有Pl，P2兩個電極，兩個電離室均放入一片放射性镅241(AM241)不斷的放射出a離子，以高速運動撞擊空氣中的氮、氧等分子。從而使得原來不導電的空氣具有導電性，當在電離室兩端加上一定的電壓后，使空氣中的離子像相反的電極移動，形成電離電流。因煙霧顆粒吸附一部分離子，使外室的離子電流減小，等效于他的電阻增大，分壓電位增高。(2)光電感煙式火災探測器 由煙霧離子對光的吸收散射作用。光電火災探測器可分為減光式和散光式。 減光式光電煙霧火災探測器：進入光電檢測暗室內(nèi)的煙霧粒子對光源發(fā)出的光產(chǎn)生吸收和散射作用，使得通過光路上的光通量減少，從而在受光原件上產(chǎn)生的光電流降低。光電流相對于初始標定值的變化

21、量大小，反映了煙霧濃度的大小，以此可通過設計電子線路對火災信息的變化進行閥值比較、類比判斷或火災參數(shù)運算，最后傳輸至控制電路產(chǎn)生相應的火災信號，構成開關量火災探測器、類比式模擬量火災探測器或分布智能式智能化探測器。 散射式光電感煙火災探測器：進入遮光暗室的煙霧粒子對發(fā)光原件發(fā)出的一定波長的光產(chǎn)生散射作用(按照光散射定律，煙粒子需輕度著色，且當其粒徑大于光的波長將產(chǎn)生散 射作用)，使得處于一定夾角位置的受光原件的阻抗發(fā)生變化，產(chǎn)生光電流。此光電流的大小與散射光強弱有關，并且由煙霧粒子的濃度和粒徑大小及著色與否來決定。根據(jù)受光原件的光電流大小，即當煙粒子濃度達到一定值時，散射光的能量足以產(chǎn)生一定大

22、小的激勵光電流，可以用于激勵遮光暗室外部的信號處理電路發(fā)出火災信號。2.2.2 感溫式火災探測器感溫式火災探測器可以根據(jù)其工作原理分為三大類：定溫式火災探測器、差溫式火災探測器、差定溫式火災探測器5。(1)定溫式火災探測器定溫式火災探測器是在一定的時間內(nèi)，火災引起的溫度上升超過某個定值時開始報警的火災探測器。他有點型和線型兩種結構形式。目前常用的定溫式火災探測器有雙金屬、易熔合金和熱敏電阻幾種形勢。 (2)差溫式火災探測器 差溫式火災探測器是在規(guī)定時間內(nèi)，火災引起的溫度上升速率超過某個規(guī)定值時啟動報警的火災探測器。他有點型和線型兩種結構。 消防工程中常用的差溫式火災探測器多是點型結構，差溫元件

23、多采用空氣膜盒和熱敏電阻。 (3)差定溫式火災探測器 差定溫式火災探測器結合了定溫式和差溫式兩種感溫作用原理并將兩種探測器結構結合在一起。在消防工程中，常見的差定溫式火災探測器是將定溫式、差溫式兩種感溫火災探測器組裝成在一體，兼有兩者的功能，若其中某一功能失效，則另一種功能仍然其作用。因此，大大提高了火災監(jiān)測的可靠性。差定溫式火災探測器根據(jù)其工作原理，還可以分為機械式和電子式兩種。電子式差定溫火災 探測器在當前火災探測報警及消防聯(lián)動控制系統(tǒng)中用的比較普遍。他的定溫探測和差溫探測兩部分都是由半導體電子電路來實現(xiàn)的。2.2.3 感光式火災探測器感光式火災探測器主要是指火焰光探測器，目前廣泛使用紫外

24、式和紅外式兩種類型6。 此處省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和設計圖紙等.請聯(lián)系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業(yè)設計下載！該論文已經(jīng)通過答辯2.2.4 CO探測器在無火災發(fā)生的一般情況中，CO的含量極少幾乎沒有。在火災發(fā)生時，特別是在陰燃階段，CO濃度均超過正常情況下甚至是CO濃度最高場所得含量。若在火災發(fā)生初期能及時探測出有大量CO，就可以確定有火災信號。CO探測器是采用一氧化碳傳感器作為敏感元件，目前實際使用的是半導體材料的氣敏元件，它利用CO氣體在半導體表面的氧化和還原反應導致敏感元件的阻值變化，變化幅度代表了CO氣體濃度，從而實現(xiàn)了把

25、CO濃度轉化為電信號。23 系統(tǒng)的總體設計及工作原理在人民生命價值不斷提高和社會財富不斷積累的今天，如何防止火災對社會財富和人民生命安全造成危害已成為當前社會管理者的一大課題?；馂奶綔y研究就是為了盡早準確發(fā)現(xiàn)火災，及時報警，以采取相應措施進行排除和控制事故的發(fā)生和發(fā)展。目前我國火災自動報警控制系統(tǒng)大多應用在商場、大型倉庫、高級寫字樓等場所，它們所用的都是一些采集集中一區(qū)域報警控制方式的智能化程度較高的總線式報警控系統(tǒng)，并且在一些住宅區(qū)和商業(yè)住宅樓等安裝的是單一的火災自動報警探測裝置，這種報警探測裝置因為采用單一的傳感器所以可靠性不是很高，很容易發(fā)生漏報誤報。所以本文介紹研制一種結構簡單、價格低

26、廉、可靠性高、反應快的火災自動檢測系統(tǒng)。 煙霧傳感器信號處理模塊Atmega16溫度傳感器液晶顯示鍵盤自動撥號模塊圖1 系統(tǒng)總體框圖Fig1 The system ensemble biock diagram硬件由溫度傳感器、煙霧傳感器、信號處理模塊、單片機模塊、及自動報警模塊組成。非電物理量通過敏感元件即傳感器(煙霧傳感器和溫度傳感器)，將現(xiàn)場溫度、煙霧等非電信號轉化為電信號，并對電信號進行信號處理使模擬量轉換為數(shù)字量，最后通過單片機對預警值進行比較處理，可進行現(xiàn)場和遠程自動報警。通過采用溫度傳感器與煙霧傳感器配合使用，通過檢測現(xiàn)場溫度與煙霧，從而達到可以早期的發(fā)現(xiàn)火情，減少火災損失，火災檢

27、測系統(tǒng)必須要做到安全、可靠，并具有高靈敏度和極低的誤報率。2.4 本章小結本章從火災的發(fā)展過程開始介紹了火災從引起到燃燒的所有過程，從而對火災的發(fā)展有了一個充分的了解。隨后介紹了火災探測器的分類，了解各個探測器的特點和預防特性。最后介紹了本系統(tǒng)的硬件組成及總體設計理念、設計目的。3 火災預警系統(tǒng)的硬件設計3.1 ATmegal6單片機簡介AVR單片機是美國ATMEL公司推出的全新配置精簡指令集(RISC)單片機。 設計人員可以在功耗和執(zhí)行速度之間取得平衡。AVR程序和數(shù)據(jù)總線分離，且具有預取指令功能，即CPU在執(zhí)行一條指令的同時，預取下一條指令，這種模式使得指令可在一個時鐘周期內(nèi)完成。ATme

28、gal6具有16K字節(jié)的程序存儲器Flash。為了程序的安全性，F(xiàn)lash存儲器空間被分為引導程序段和應用程序段，可以通過對相應熔絲位的編程設定， 選擇是否需要使用引導程序段以及該段空間的大小。ATmegal6最小系統(tǒng)如圖2所示圖2 ATmegal6最小系統(tǒng)Fig2 ATmcgal6 Minimum System3.1.1 ATmegal6資源及性能(1)AVR RISC(精簡指令集計算機)結構高性能、低功耗RISC的結構。130條指令，大多數(shù)為單周期指令。32*8的通用(工作)寄存器+外設控制寄存器。工作在16MHZ時具有16MIPS的性能。片內(nèi)集成硬件乘法器(執(zhí)行速度為2個時鐘周期)。(2

29、)片內(nèi)集成了較大容量的非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器以及工作寄存器。16K字節(jié)的在線可編程Flash。支持在線編程。1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM。512字節(jié)的在線可編程EEPROM?？删幊痰某绦蚣用芪?。 (3)外圍資源2個帶預分頻器、具有比較、PWM功能的8位定時器計數(shù)器；1個帶預分頻器、具有比較、捕獲和PWM功能的16位定時器計數(shù)器；1個具有獨立振蕩器的異步實時時鐘(RTC)；4個PWM通道；1個可編程的串行USART接口；1個主從收發(fā)的S P I同步串行接口；帶片內(nèi)R C震蕩器的可編程看門狗定時器W D T。(4)特制的MCU特點上電復位和可編程的欠電壓檢測電路；內(nèi)部集成了可校準的R C震蕩器，可用軟

30、件調(diào)整頻率；20個內(nèi)部和外部的中斷源；6種休眠模式：空閑、ADC噪聲抑制、省電、掉電、待命和外部待命模式。(5)在4MHz、3V、25度條件下的功耗工作模式：36mA；空閑模式：1OmA；掉電模式：05uA。 (6)IO和封裝32個可編程的IO引腳；40腳PDIP封裝，44腳TQFP封裝。 (7)工作電壓2.7-5.5V(ATmegal6L)；4.55.5V(ATmegal6)。(8)運行速度0-8MHz(ATmegal6L)；0-1616MHz(ATmegal6)。32 感煙探測器的選擇本系統(tǒng)采用的是NIS-09C離子室煙霧傳感器，這種傳感器是日本NEMOTO公司專為檢測煙霧而設計的單源雙室

31、DSCB型電離室煙霧傳感器。NIS-09C煙霧傳感器的工作原理是：當流經(jīng)內(nèi)外電離室的電離電子流不平衡的時候，收集極會充電直到電離電流達到平衡。在無煙霧或無燃燒物時，收集極除受電離電流統(tǒng)計漲落的影響外，維持平衡電位。當煙進入電離室時對電離電流產(chǎn)生影響，外電離由于易于進煙，受影響大于內(nèi)電離室，電離電流下降，收集極重新充電直到新的平衡電位，這種電位變化可用于觸發(fā)報警電路。3.2.1 煙霧傳感器的特點(1)單源雙室結構；體積小，便于安裝在小型報警器中； (2)在相對溫、濕度40和95條件下，極平衡電位變化值在基本參數(shù)范圍； (3)不銹鋼和聚酸酯材料及電離源表面金屬鈀均具有高耐腐蝕性能； (4)收集極平

32、衡電位一致性好，分散度小，可以用于模擬量感煙探測器；(5)所有焊點預先涂焊料，便于焊接安裝。3.2.2 技術規(guī)格條件：外罩電極與源基電極問電壓(工作電源電壓)：9 V。環(huán)境溫度：20±3大氣壓，接近標準大氣壓，清潔空氣。工作參數(shù)：收集極平衡電位為5.5±0.3V，電容：6PF。3.2.3 注意事項(1)檢測輸出電壓需要用1014NM以上阻抗的儀表或IC集成電路。普通的儀表會造成檢測結果的不準確；(2)組裝煙霧報警器的時候，不要將焊錫等雜物誤入器件離子室中，否則必須進行清洗；(3)器件的輸出引線應懸空連結，因為普通的電路板會造成微小的漏電流，使檢測結果不是很準確；(4)元件引

33、線和FET和IC的輸入引線需要用樹脂密封，這樣可以使?jié)穸仍斐傻穆╇娺_到最?。?5)由于器件的輸出電流很小，元件需要屏蔽，而輸入和輸出部分受外界影響較大，這部分結構要進行屏蔽處理。3.3 溫探測器的選擇溫度傳感器采用的是Dallas公司的推出的DSl8820單線數(shù)字測溫芯片，它能在現(xiàn)場采集溫度數(shù)據(jù)，并將溫度數(shù)據(jù)直接轉換成數(shù)字量輸出。3.3.1 DSl8B20產(chǎn)品的特點(1)采用單總線專用技術，微處理器只需要一個端口線即可實現(xiàn)與DSl8820的雙向通信；(2)在DSl8820中的每個器件上都有獨一無二的序列號； (3)實際應用中不需借助外部任何元件即可實現(xiàn)測溫； (4)測量溫度范圍在-55度到+1

34、25度之間； (5)數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇；(6)內(nèi)部有溫度上、下限超出報警設置；(7)可實現(xiàn)簡單的多點分布式溫度檢測； (8)內(nèi)部含有寄生電源，電壓范圍：3.0-5.5V；(9)12位數(shù)字最多在750ms內(nèi)把溫度值轉換為數(shù)字值。3.3.2 DSl8820的引腳和工作說明DSl8820有三個引腳，說明如下表17：表1 DSl8820引腳說明Table1 DSl8820 Pin Description序號名稱引腳功能1GND地信號2DQ數(shù)據(jù)輸入輸出引腳，漏極開路單總線接口引腳。當工作于寄生電源，也可向元件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳，當工作于寄生電源時，必須接地。引

35、腳排列見圖3：圖3 DSl8820引腳圖Fig 3 DSl8820 pin diagramDSl8820的64位ROM保存了設備的唯一序列碼。高速閃存包含了2字節(jié)的溫度寄存器，保存了溫度傳感器的數(shù)字輸出。該閃存還提供了對上限和下限超標報警寄存器、配置寄存器的訪問。TH、TL和配置寄存器是非易失性的。DSl8820利用Dallas的單總線控制協(xié)議，實現(xiàn)了利用單線控制信號在總線上進行通信。由于所有的設備通過漏極開路端(即DSl8820的DQ腳)連在總線上，控制線需要一個上拉電阻。在這一總線系統(tǒng)中，微控制器通過唯一的64位序列碼識別和訪問總線上的器件由于每一個設備有唯一的編碼，連在一條總線上可被訪問

36、的器件數(shù)實際上是無限的。 DSl8820于htmegal6的接線如圖4所示：圖4 D818820與ATmgal6的連接圖Fig4 DSl8820 connection diagram with ATmegal63.3.3 DSl8820的寄存器DSl8820存儲器組織如表2所示。DSl8820溫度傳感器的存儲器包括一個告訴暫存RAM和一個非易失性的可電擦出的ERAM。數(shù)據(jù)先寫入RAM，經(jīng)校驗后再傳給ERAM后者主要用于存儲TH，TL值，前者包含了9個連續(xù)字節(jié)(0-8)，字節(jié)O和字節(jié)l是測得的溫度信息，字節(jié)0的內(nèi)容是溫度的低8位，字節(jié)1是溫度的高8位：字節(jié)2是TH(溫度上限報警)，字節(jié)3是TL(

37、溫度下限報警)；字節(jié)4是配置寄存器，用于確定輸出分辨率9-12位。第5、6、7字節(jié)是 預留寄存器，用于內(nèi)部計算。字節(jié)8是冗余檢驗字節(jié)，校驗前面所有8個字節(jié)的CRC碼，可用來保證通信正確。配置寄存器為高速暫存RAM中的字節(jié)4，它用于確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率，具有重要意義，DSl8820工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉換為相應精度的數(shù)值。低5位一直都是1，TM是測試模式位，用于設置OSl8820在工作模式還是在測試模式，在DSl8820出廠時該位被設置為0。R1和RO決定溫度轉換的精度，即用來設置分辨率。而設定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉換時間就越長。因此，在實際應用中要在分辨率和轉換時間

38、權衡考慮8。表2 DSl8820存儲器組織Table 2 DSl8820 memory organization字節(jié)高速緩存RAM0溫度數(shù)字量的低8位1溫度數(shù)字量的高8位2TH高溫限值字節(jié)3TL低溫限值字節(jié)4配置寄存器5保留6保留7保留8CRC校驗3.3.4 DSl8820常用命令(1)SKIP ROMCCH控制器可以用這一命令同時訪問總線上的所有設備而不需要送出ROM序列碼信息。例如：發(fā) 出SKIP ROM命令后接著送出Convert T44H命令，控制器可以使總線上的所有DSl8820同時進 行溫度轉換請注意，僅當總線上只有一個從屬設備時，Skip ROM命令后才可跟著Read Scrat

39、chpadBEtt命令。如果總線上有多于一個的從屬設備，由于多設備企圖同時送出數(shù)據(jù)，將 引起數(shù)據(jù)沖突。(2)SERCH ROMFOH當系統(tǒng)開始上電時，控制器必須識別總線上所有從機的ROM序列碼，以確認從機的數(shù)目和它 們呢的類別。控制器需要執(zhí)行Search ROM循環(huán)(如Search ROM命令后接著數(shù)據(jù)交換)足夠多次以識別所有的從屬設備。如果只有一個從屬設備在總線上，可使用簡單的Read ROM命令取代 Search ROM。每一個Search R伽命令之后必須返回初始化。(3)READ ROM33H這一命令在總線上只有一個從屬設備時使用。它使都控制器可以不用Search ROM命令就可讀出從

40、機的64位ROM序列碼。當多于一個從屬設備在總線上時，如果使用該命令，由于所有設 備都企圖響應該命令將產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突。(4)CONVERT T44H這一命令開始一次溫度轉換。變換結束后，數(shù)據(jù)保存在暫存器的2字節(jié)溫度寄存器中，DSl8820 回到低功耗空閑狀態(tài)。如果設備工作在寄存器電源模式，則這一命令發(fā)生后10us之內(nèi)，在整個變換期間控制器必須在總線上能夠有強的上拉。如果DSl8820由外部電源供電，那么Covert T 命令之后控制器可以發(fā)出讀時序。如果溫度變換正在進行，那么DSl8820返回“0”；如果已經(jīng) 完畢，則返回“1”。在寄生供電模式下，不能使用這一技術，因為在變換期間總線被抬高。(5

41、)WRITE SCRATCHPAD4EH這一命令使得控制器可以寫3字節(jié)數(shù)據(jù)到DSl8820的暫存器中。第一字節(jié)數(shù)據(jù)寫到TH寄存器(暫存器的字節(jié)2)，第2字節(jié)寫到TL寄存器(字節(jié)3)，第3字節(jié)字節(jié)寫到配置寄存器(字節(jié)4)。數(shù)據(jù)以最低有效位發(fā)送。所有3字節(jié)必須在控制器發(fā)出復位或數(shù)據(jù)可能丟失之前寫完。(6)READ SCRTCHPADBEH這一命令使控制器可以讀暫存器的內(nèi)容。數(shù)據(jù)傳送開始于字節(jié)O的最低位，直到暫存器的第 9字節(jié)(字節(jié)8 CRC)被讀取。任何時候，如果只需部分暫存器數(shù)據(jù)，控制器可以使用復位結束讀操作。3.4 系統(tǒng)的無線通信模塊近年來，隨著技術和社會的發(fā)展，在越來越多的領域開始強調(diào)“無線

42、”的概念。手機的更新速度快，價格低廉。由于手機的傳輸屬于無線傳輸，信號覆蓋范圍廣，在信息傳遞性能方面穩(wěn)定、可靠。 在這里，考慮把手機作為信息傳遞的載體，與單片機結合起來行成遠距離無線控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸和遠程監(jiān)控等。本設計采用的是GSM模塊中TC35系列的TC35i通信模塊。3.4.1 TC35i主要性能和技術特點TC35i工作在EGSM900和GSMl800雙頻段，電源范圍為直流3.3-4.8V，電流消耗-休眠狀態(tài)為3.5mA，空閑狀態(tài)為25mA，發(fā)射狀態(tài)為300mA，2.5A峰值：可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號，功耗在EGSM900和GSMl800分別為2W和1W，通過接口連接器和無線連接

43、器分別連接SIM卡讀卡器和天線。SIM電壓為3V1.8V，TC35i的數(shù)據(jù)接口(CMOS電平)通過AT命令可雙向傳輸指和數(shù)據(jù)，可選波特率為300bs-115kbs它支持Text和PDU格式的SMS(短息)，可通過AT命令或關斷信號實現(xiàn)重啟和故障恢復。TC35i由供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口等6部分組成。作為TC35i的核心基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語音和數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設備中的所有模擬和數(shù)字功能。TC35i模塊集射頻電路和基帶于一體，是一個性能優(yōu)異的無線MODEM模塊，具有標準的AT指令接口。利用TC35i模塊，可以完成數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真等信息的快速

44、、可靠、安全的傳輸。并且接口簡單，便于用戶的二次開發(fā)使用。3.4.2 TC35i引腳說明TC35i模塊有40個引腳，通過一個ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)引出。這40個引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入輸出、SIM卡、音頻接口和控制。TC35i的第1-5引腳是正電源輸入腳通常推薦值4.2V，第6-10引腳是電源地。1l、12為充電引腳，可以外接鋰電池，13為對外輸出電壓(共外電路使用)，14為ACCU-TEMP接負溫度系 數(shù)的熱敏電阻，用于鋰電池充電保護控制。15腳是啟動腳IGT，系統(tǒng)加電后為使TC35i進入工作狀態(tài)必須給IGT加一個大于lOOms的低脈沖，電

45、平下降持續(xù)時間不可超過1ms。16-23為數(shù)據(jù)輸入輸出，分別為DSRO、RINGO、RXDO、TXDO、CTS0、RTS0、DTR0和DCDO。 TC35i模塊的數(shù)據(jù)輸入輸出接口實際上是一個串行異步接收器，符合111JT RS232接口標準。它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗位，波特率在300bps-115kbps之間可選，默認 9600 bps硬件握手信號用RTsOCTsO，軟件流量控制用XoNXOFF，CMOS電平，支持標準AT命令集。其中18腳、19腳TXD和TTL的串口通訊腳，需要和單片機或者PC通訊。TC35i使用外接式SIM卡，24-29為SIM卡引腳，SIM卡同TC3

46、5i是這樣連接的：SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通過SIM卡閱讀器與TC35i的同名端直接相連，ZIF連接座的CCIN引腳用來檢測SIM卡是否插好，如果連接正確，則CCIN引腳輸出高電平，否則為低電平。TC35i的第32腳SYNC引腳有兩種工作模式，一種是指示發(fā)射狀態(tài)時的功率增長情況，另一種是指示TC35i的工作狀態(tài)，可用AT命令AT+SYNC進行切換，本模塊使用的是后一種。當LED 熄滅時，表明TC35i處于關閉或睡眠狀態(tài)：當LED為600ms亮600ms熄時，表明SIM卡沒有插入 或TC35i正在進行網(wǎng)絡登錄；當LED為75ms亮3s熄時，表明TC35i已

47、登錄進網(wǎng)絡，處于待機狀態(tài)。30、31、32腳為控制腳，其中30為RTC backup，31為Power down，32為SYNC。35-38 為語音接口，35、36接揚聲器放音。37、38可以直接接駐極體話筒來采集聲音(37是話筒正端，39是話筒負端)單片機通過兩根IO口控制TC35i的開關機、復位等，通過串口與TC35i進行數(shù)據(jù)通信。 TC35i與ATmegal6的連接圖如圖5所示：圖5 TC35i與ATmegal6的連接圖Fig5 TC35i connection diagram with Atmega163.4.3 常用的AT指令GSM模塊中的MODEM可以通過如下三種方式實現(xiàn)對SMS的

48、控制：Block Mode協(xié)議；基于AT命令的Text Mode協(xié)議；基于AT命令的PDU Mode協(xié)議。Block Mode協(xié)議產(chǎn)生得比較早，通過終端設備或電腦來控制SMS，其不能進行文本控制；Text Mode協(xié)議是純文本方式，可以使用不同的字符集；PDU Mode協(xié)議被所有手機支持，可以使用任何字符集，在國內(nèi)是默認的編碼方式。目前，相對于國外而言，國內(nèi)Block Mode協(xié)議和Text Mode協(xié)議使用的比較少，而PDU Mode協(xié)議使用最為廣泛。TC35i的數(shù)據(jù)接口通過AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)。常用的AT指令如表3所示：8表3 TC35i常用的AT指令Table 3 TC35i A

49、T commands commonly usedAT指令功能AT+CMGS發(fā)出一條短信息命令AT+CMGD刪除SIM卡內(nèi)存的信息AT+CMGF選擇短信息的信息格式：0-PDU；1-文本AT+CMGL列出SIM卡中的短信息格式PDUTEXT：0為未讀；1為已讀；2為代發(fā)；3為已發(fā)，4為全部AT+CMGR讀短信息AT+CMGS發(fā)短信息AT+CMGW向SIM卡內(nèi)存中寫入代發(fā)的信息AT+CNMI顯示新收到的短信息AT+CPMS選擇短消息內(nèi)存AT+CSCA短信息中心AT+CSCB選擇蜂窩廣播信息AT+CSMP設置短信息文本模式參數(shù)35 液晶顯示模塊液晶顯示器簡稱LCD是一種低壓微耗的平板型顯示器件，屬于

50、被動顯示器件，本身不發(fā)光，是靠調(diào)制外界光來實現(xiàn)顯示的。液晶顯示器具有壽命長、重量輕、功耗低、抗干擾能力顯示內(nèi)容豐富等特點，因而在單片機應用系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。3.5.1 液晶顯示原理液晶是一種性能介于液體和晶體之間的有機高分子材料。光線穿透液晶的路徑由構成它的分子排列所決定。人們發(fā)現(xiàn)給液晶充電會改變它的分子排列，繼而造成光線的扭曲或折射。液晶可起到對光的遮擋作用，在顯示屏兩邊都設有作為光源的燈管，同時在液晶顯示屏背面有一塊背光板和反光膜。在這里，背光板發(fā)出的光線在穿過偏振過濾層之后，進入液晶層，液晶層中的水晶液滴都會被包含在細小的單元格結構中，一個或多個單元格構成屏幕上的一個像素，大量排列

51、整齊的像素中亮與不亮便形成了單色的圖像。為了實現(xiàn)完整的顯示功能，必須為它設計一套背光組件。背光源發(fā)射出光線，照射到液晶面板上，液晶面板在電信號的精確驅動下，確定每個像素區(qū)域的光通與光斷情況，并在彩色濾光片作用下形成明暗不一、顏色各異的光線輸出。在用戶角度看來，就是液晶屏幕上顯示出了既定的彩色畫面。3.5.2 MSl2864R模塊特性系統(tǒng)采用的是MSl2864R漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個中文 漢字(16X16點陣)、128個字符及64X256點陣顯示RAM(GDRAM)主要技術參數(shù)和顯示特性：電源：VDD 3.3-5V(18置升壓電路，無需負壓)： 顯示內(nèi)容：12

52、8列×64行。顯示顏色：黃綠 與MCU接口：8位或4位并行3位串行。配置LED背光多種軟件功能：光標顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等3.5.3 模塊引腳說明MSl2864R的引腳說明如表4所示8：表4 M512864R引腳說明Table4 MSl2864R Pin Description引腳號引腳名稱方向功能說明1VSS模塊的電源地2VDD模塊的電源正端3V0LCD驅動電壓輸入端4RS(CS)H/L并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號；串行的片選信號5R/W(SID)H/L并行的讀寫選擇信號；串行的數(shù)據(jù)口6E(CLK)H/L并行的使能信號；串行的同步時鐘7DB0H/L數(shù)據(jù)08DB1H/L數(shù)

53、據(jù)19DB2H/L數(shù)據(jù)210DB3H/L數(shù)據(jù)311DB4H/L數(shù)據(jù)412DB5H/L數(shù)據(jù)513DB6H/L數(shù)據(jù)614DB7H/L數(shù)據(jù)715PSBH/L并/串行接口選擇；H-并行，L-串行16NC空腳17RETH/L復位，低電平有效18VOUT此腳無用處，懸空19LED_A(LED5V)背光時可能與板上標的不符，以線路板為準20LED_K(LED0V)背光時可能與板上標的不符，以線路板為準工作溫度(Ta)：060(常溫)2075(寬溫)。液晶模塊如圖6所示圖6 系統(tǒng)的液晶顯示模塊Fig 6 The system of liquid crystal display module3.5.4 MS12

54、64R用戶指令集表4 基本指令集（RE=0）Table 4 Basic instruction set（RE=0）指令RSRWDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0說明執(zhí)行時間清除顯示0000000001將DDRAM填滿20H并且設定DDRAM的地址到00H4.6ms地址歸位000000001X設定DDRAM的地址計數(shù)器到00H將游標移到開頭原點4.6ms進入點設定00000001I/DX指定在資料讀取與寫入時，設定游標移動方向及指定顯示的移位72us顯示器開關0000001DCBD=1整體顯示ON,C=1游標ON,B=1游標位置ON72us游標或顯示位移控制000001S/CR/LXX設定游標的一棟和現(xiàn)實的移位控制位元72us功能設定00001DLX0REXXDL=1,RE=1擴充指令集,RE=0基本指令集動作72us設定CGRAM地址0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0設定CGRAM地址計數(shù)器72ud設定DDRAM地址001AC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0設定DDRAM地址到地址計數(shù)器72us讀取忙碌標志和地址01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0讀取忙碌標志可以確定