自動煙霧報警器1

1、1報警器設計背景1.1概述1.2設計煙霧報警器的目的及意義2系統(tǒng)的總體方案設計2.1煙霧報警器的工作結(jié)構(gòu)和原理2.2煙霧傳感器的選型2.3單片機的選型3系統(tǒng)的硬件電路3.1系統(tǒng)電源電路3.2 AT89C51的時鐘電路和復位電路3.3信號采集及前置放大電路3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路3.5聲音報警及消音鍵電路3.6字符顯示電路3.7狀態(tài)指示燈電路3.8安全保護電路3.9報警器故障自診斷電路3.10煙霧報警器硬件總電路4系統(tǒng)的軟件的設計4.1系統(tǒng)主程序設計及流程圖4.2主程序初始化流程圖4.3報警子程序設計及流程圖4.4按鍵輸入設計子程序流程圖5裝配與調(diào)試6元件活單7參考文獻8結(jié)束語自動煙霧報警器設計1

2、報警器設計背景1.1概述單片機及煙霧傳感器是煙霧報警器系統(tǒng)的兩大核心。單片機好比一個橋梁，聯(lián)系著傳感器和報警電路設備。近幾年來，單片機已逐步深入應用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各部門及人們生活的各 個方面。各種類型的單片機也根據(jù)社會的需求而開發(fā)出來。單片機是器件級計算機系統(tǒng)，實際上它是一個微控制器或微處理器。由于它功能齊全，體積小，成本低，因此它可以應用到所有電子系統(tǒng)中。同樣，它也可以廣泛應用于報警技術領域，使各類報警裝置的功能更加完善，可靠性大大提高，以滿足社會發(fā)展的需要。 而傳感器作為信息技術系統(tǒng)的“感官”器件，如果沒有“感官”感受信息，或者“感官”遲鈍，都難以形成高精度、高速度的控制系統(tǒng)。 美國曾把二十

3、世紀八十年代稱為傳感技術時代，日本更是把傳感技術列為十大技術之首。所以，根據(jù)報警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟的煙霧傳感器和單片機芯片是至關重要的。在本論文中的最主要的設計是選AT89C51單片機和QM-N郊導體氣體煙霧傳感器為核心器件。AT89C51單片機兼容標準 MCS-51指令系統(tǒng)，功能強大，可供許多高性價比的場合應用， 能夠靈活應用于各種控制領域。QM-N郊導體氣體煙霧傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對可燃氣 體有良好的靈敏度， 壽命長，成本低，非常適用于家庭使用的氣體泄漏報警器。由這兩個核 心器件設計而成的整個煙霧報警器系統(tǒng)可實現(xiàn)聲光報警、報警狀態(tài)字符顯示、換氣扇排煙和噴水滅火等煙霧報警

4、器應有的功能，是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智 能化的煙霧報警器，具有一定的實用價值。目前，現(xiàn)代建筑都會有選擇地安裝不同功能的火災自動報警系統(tǒng)。因為火災自動報警系統(tǒng)是建筑物的神經(jīng)系統(tǒng)，它能夠感受、接收著發(fā)生火災的早期信號并及時報警，發(fā)出警報同時告知用戶和周邊居民。它就像是一個個稱職的更夫，給居住、忙碌或是休息在家庭中的人們以極大的安全感。 在火災的早期階段， 準確的探測到火情并迅速報警，對于及時組織有序快速疏散、積極有效地控制火災的蔓延、快速滅火和減少火災對居住人群的損失都具有重要 的意義。1.2設計煙霧報警器的目的及意義火災自動報警系統(tǒng)能夠及時將火災跡象通知用戶及有關管理人員

5、，以便他們準備疏散或組織滅火，延長了建筑物可供疏散的時間并通過聯(lián)動系統(tǒng)啟動其他消防設施。所以，設計一種能夠在火災剛剛發(fā)生時或者有可燃氣體堆積引起的火災隱患時就能報警的報警器就能使 人們能夠及時發(fā)現(xiàn)火災，并及時采取有效措施，撲滅初期火災，最大限度的減少或消除因火 災造成的生命危害和財產(chǎn)的損失，是人們同火災做斗爭的有力工具。通過這次畢業(yè)設計，可以讓我們更加了解到報警器的工作原理和消防安全，能夠鍛煉我們的動手和動腦能力，同時，也讓我們了解到團隊合作、交流的重要性。2系統(tǒng)的總體方案設計2.1煙霧報警器的工作結(jié)構(gòu)和原理煙霧報警器是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度， 并具有報警功能的儀器。該報警系統(tǒng)的最基 本組成

6、部分應包括： 信號采集及前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機控制電路、字符顯示電路、聲光報警電路和安全保護電路等部分組成。為適應家庭和工業(yè)等場所對可燃性易爆煙霧安全性要求，設計的煙霧報警器具有顯示報警狀態(tài)、故障自檢、 換氣排煙和自動滅火等功能。報警器采用延時的工作方式，煙霧檢測報警器以AT89C51單片機為控制核心，選用 QM-N砰導體氣體煙霧傳感器采集煙霧濃度信息， 配合外圍電路構(gòu)成煙霧報警系統(tǒng)。報警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1。圖2-1可燃煙霧報警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖該系統(tǒng)的工作由煙霧信號采集及放大電路將采集到的煙霧濃度信息轉(zhuǎn)化為放大的模擬 電信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路再將該模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機可識別的數(shù)字信號后

7、送入單片機。單片機對該數(shù)字信號進行處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進行分析。當輸入A/D轉(zhuǎn)換器的放大信號不為 零時，啟動報警電路。反之則為正常工作狀態(tài)。設計中為了方便檢測與監(jiān)控，使儀器測試人員及用戶能夠間接知道環(huán)境中的煙霧濃度， 所以用數(shù)碼管顯示字符來指示報警狀態(tài)。系統(tǒng)采用蜂鳴器聲音報警和LED閃爍狀態(tài)作為警報信號。這種報警方法是在聲音報警基礎上，加入光閃報警。因為變化的光信號可以引起用戶和家庭鄰居的注意，彌補了在嘈雜環(huán)境中聲音報警的局限，使得報警裝置更加完善。 在報警啟動的同時，單片機控制器還可以控制調(diào)節(jié)閥噴水滅火和換氣扇排煙動作。系統(tǒng)留有繼電器接口， 使單片機能夠控制換氣風扇和調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)，讓系

8、統(tǒng)在報警的同時自動啟動相關安全裝置。另外由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應越快，響應時間和恢復時間就越快。為提高響應時間，保證傳感器準確地、穩(wěn)定地工作， 報警器需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個5V的電壓。為了保證其可靠性，在輸出5V的電壓的同時，進行故障監(jiān)測。當傳感器加熱絲或電纜線和傳感器斷線或接觸不良時，進行故障報警。以上是根據(jù)報警器應具備的功能，提出的整體設計思路。2.2煙霧傳感器的選型煙霧傳感器是測量裝置和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。而煙霧報警器的信號采集由煙霧傳感器負責。煙霧傳感器能夠?qū)怏w的種類及其濃度有關的信息轉(zhuǎn)換為電信號，根據(jù)這些電信號的強弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中存在的

9、情況有關的信息，從而達到檢測、監(jiān)控、報警的功能?？梢哉f，沒有精確可靠的傳感器，就沒有精確可靠的自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。煙 霧傳感器作為報警器中不可缺少的核心器件，它決定了所采集的煙霧濃度信號的準確性和可靠性。圖2-2煙霧傳感器及其結(jié)構(gòu)圖根據(jù)報警器檢測煙霧種類的不同要求，很多場合都會選擇使用半導體煙霧傳感器。經(jīng)過對比眾多煙霧傳感器的應用特性，發(fā)現(xiàn)半導體煙霧傳感器的優(yōu)點更加突出。半導體煙霧傳感器具有靈敏度高、響應快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，且不會發(fā)生探 頭阻緩及中毒現(xiàn)象， 維護成本較低，因而得到廣泛應用17。因此，本設計中的煙霧傳感器選 用QM-N砰導體氣體煙霧傳感器。圖2-

10、3 QM-N5半導體氣體煙霧傳感器結(jié)構(gòu)QM-N5半導體氣體煙霧傳感器QM-N5半導體傳感器是以清潔空氣中電導率較低的金屬氧化物二氧化錫(SnO2)為主體的N型半導體氣敏元件。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。在設計報警器時只有使用簡單的電路即可將電導率的變化轉(zhuǎn)換為 與該氣體濃度相對應的輸出信號。該傳感器具備一般半導體煙霧傳感器靈敏度高、電導率變化大、響應和恢復時間短、抗干擾能力強、輸出信號大、壽命長和工作穩(wěn)定等優(yōu)點，在市面 上應用十分廣泛。二氧化錫(SnO2)半導體氣敏元件特點：(a) SnO2材料的物理、化學穩(wěn)定性較好，與其他類型氣敏元件相比，

11、SnO2氣敏元件壽命 長、穩(wěn)定性好、耐腐蝕性強。(b) SnO2氣敏元件對氣體檢測是可逆的，而且吸附、脫離時間短，可連續(xù)長時間使用。(c) SnO2氣敏元件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠行較高，機械性能良好。QM-N皎敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖2-3所示，由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層，測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流。QM-N5半導體氣體煙霧傳感器適用于天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、汽油、煤油、乙 快、氨氣、煙霧等的檢測，對可燃性氣體的(CH4 C4H10

12、 H2等)的檢測很理想。這種傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對可燃氣體有良好的靈敏度，能夠檢測多種可燃性氣體，十分適合應用在家庭的氣體泄漏報警器中。是一款便攜式氣體檢測器，非常適合多種應用的低成本傳感器。其技術指標表 2-1。表2-1 QM-N5的技術指標加熱電壓(Vh)AC 或 DC 5 土 0.2V回路電壓(Vc)最大DC 24V負載電陰(Rl)2KQ清潔空氣中電阻(Ra)< 2000 K Q靈敏度(S=Ra/Rdg)> 4（在 1000ppmC4H10 中）響應時間(trec)< 10S恢復時間(trec)< 30S元件功耗< 0.7W檢測范圍50- 10000pp

13、m使用壽命2年由于物理量和測量范圍的不同，傳感器的工作機理和結(jié)構(gòu)就不同。通常煙霧傳感器輸出的電信號是模擬信號(已有許多新型傳感器采用數(shù)字量輸出)。當信號的數(shù)值符合 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級時，可以不用放大器放大； 當信號的數(shù)值不符合 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級時， 就 需要放大器放大。所以QM-N郊導體氣體煙霧傳感器要想把采集到的煙霧濃度模擬信號傳送 給單片機控制器就必須經(jīng)過放大器進行放大處理，之后才能將模擬信號經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可以識別的電信號給單片機。設計時應注意，氣敏元件開機通電時，其內(nèi)阻很小，但經(jīng)過一段時間后，才能恢復到原 來的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，QM-N孜體傳感器需開機預熱幾分鐘，才可投

14、入使用，以免造成誤報。2.3單片機的選型FLO匚 ri.i 匚 P1.2 匚 Pl 3C P1.4 匚 P1.5C F1.fi C P1J匚 RSTLP3-0 匚 CTXD) P3.1 匚 (TMTOli PM 匚(INTUP3.3Z(TO) P3.4 匚(T1 p匚北P3.6匚(RD) P3 j 匚XTL2 匚XTAL1 匚DNiD 匚 ro.OJADD) PO.1 4ADI!i ro 2 5 叫 Pa.3<AD33iHPQ H Ptl& fADb) PO.a JAD6) PO.7 <AD7) EA/VPP ALE*FRCR5 PSFN P2.7 <A15) R2

15、B <A14> F1!1號仲何 P2.-4 (A12J R2.31A11) P2.2 (AW> P2 1 (AO) RZ.O iAB)圖2-4 AT89C51的引腳排列圖AT89C51單片機提供以下標準功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM 32個I / O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個 5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信 口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時， AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件 可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許 RAM定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RA"的內(nèi)

16、容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。128BSFR128BRAM4 KBROM兩個16位 定時0計數(shù) 器T0 T1總線控制并行端口串行端口圖2-5 AT89C51單片機的基本組成圖（2） AT89C51的內(nèi)存空間1、內(nèi)部程序存儲器（FLASH ） 4K字節(jié)。2、外部程序存儲器（ROM ） 64K字節(jié)。3、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM ） 256字節(jié)。4、外部數(shù)據(jù)存儲器（RAM ） 64K字節(jié)。表3-2程序存儲器的6個特殊地址0000H上電或復位入口地址0003H000BH0013H001BH0023H外部中斷0入口地址定時器T0中斷入口地址 外部中斷1入口地址 定時器T1中

17、斷入口地址串口中斷入口地址在上述事件發(fā)生時，PC指針獲得固定的地址，然后 CPU執(zhí)行PC指針所指地址單元內(nèi) 的程序。外 ® RAM圖3-3時鐘電路和復位電路圖3系統(tǒng)的硬件電路3.1系統(tǒng)電源電路任何電子設備都需要穩(wěn)定的直流電源供電，直流穩(wěn)壓電源是將交流電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓的設備。一般直流穩(wěn)壓電源是由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。其組成方框圖如圖 3-1所示。交流電源負載電源變壓器的作用是，改變電網(wǎng)的交流電壓的大小，將220V、50Hz的市電進行降壓，使變壓器的副邊輸出的交流電壓符合設計要求。然后利用二極管的單向?qū)ㄐ?，將交流電壓變換為單方向的脈沖直流電壓，再利

18、用電容儲能元件組成的濾波電路，將脈動大的直流電壓處理成平滑的脈動小的直流電壓，即將整流電路輸出的脈動直流電壓中的交流成分濾掉，只留下比較平滑的直流電壓， 最后利用集成穩(wěn)壓器 W7805，讓電源電路的輸出電壓穩(wěn)定為5V,以此作為系統(tǒng)各個部分電路的電源。以下是本設計所采用的電源電路圖。圖3-2系統(tǒng)電源電路圖3.2 AT89C51的時鐘電路和復位電路（1）時鐘電路：AT89C51單片機芯片內(nèi)部設有一個由反向放大器構(gòu)成的振蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入端和輸出端，時鐘可由內(nèi)部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引腳上外接晶體振蕩器Y,內(nèi)部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時元件為

19、石英晶體和電容組成的 并聯(lián)諧振回路。晶振頻率選擇12MHZ C1、C2的電容值取30pF,電容的大小起頻率微調(diào)的作用。時鐘電路如圖 3-3。（2）復位電路：單片機有多種復位電路，本系統(tǒng)采用自動復位 （上電復位）與手動復位方式，電路如圖3-3。當上電時，C3充電，電源經(jīng)過電容器 C3 加到RESE時腳，使單片機復位；在正常 工作時，按下復位鍵時單片機復位。3.3信號采集及前置放大電路在許多檢測技術的應用場合，傳感器輸出的信號比較弱，而且其中還包括了工頻、靜電 和電磁耦合等共模干擾，對這種信號的放大就需要放大電路具有很好的共模抑制比以及高增 益、低噪聲和高輸入阻抗。只有傳感器輸出的信號經(jīng)過前置放大

20、電路對其進行的放大、濾波、電平調(diào)整，才能滿足單片機對輸入信號的要求。（反相輸入端）聽血AoUi+ （同相箭入端）的”1234567圖3-4 LM324四運放引腳圖和結(jié)構(gòu)圖設計中采用LM324作為電路的運算放大器。LM324是價格便宜的帶差動輸入功能的高增 益四運算放大器。LM324的靜態(tài)功耗小、價格低廉，可在較寬電壓范圍內(nèi)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，四個運放一致性好； 其輸入偏流電阻是溫度補償?shù)模膊恍柰饨宇l率補償，可做到輸出電平與數(shù)字電路兼容。如圖3-5所示，IC2A作為電壓跟隨器，通過滑動變阻器Rp2產(chǎn)生的參考電壓 Vref接入IC2B的反相輸入端，從傳感器輸

21、出的信號經(jīng)過運算放大器LM324的同相輸入端，為保證電路引入負反饋，在IC2B中，輸出電壓Vo通過電阻R22接到反相輸入端，由此組成差分比例 運算電路。該電路的反饋組態(tài)為電壓串聯(lián)負反饋。圖3-5信號采集及前置放大電路圖設計中采用的信號放大電路有以下幾個特點：(1) 由于電路不存在“虛地”現(xiàn)象，所以其兩個輸入端都有較高的共模輸入電壓，這對 放大電路的穩(wěn)定性和運算的精度都有影響。(2) 電電路中IC2A構(gòu)成了的“電壓跟隨器”可以減少電路模塊間由于阻抗引起的干擾。 用來匹配阻抗用的，防止滑動變阻器輸出電壓受到影響。(3) 由于引入了深度電壓串聯(lián)負反饋，因此電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。高輸 入阻

22、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計。由于放大電路還增加入了參考電壓，引入了零點調(diào)節(jié)功能，這樣可以更方便地調(diào)整由于不同傳感器導致的零點變化問題。它利用通過滑動變阻器Rp2產(chǎn)生的參考電壓 Vref和傳感器的輸出電壓分別輸入到運算放大電路的兩個輸入端，由此得到的輸出電壓 Uo與兩個輸入端之差成正比而實現(xiàn)差分比例電路。所以調(diào)節(jié)滑動變阻器 Rp2,就可以直接改變放大電路的參考電壓值，使報警系統(tǒng)可以在可燃煙霧氣體的不同濃度下工作，即用氣敏傳感器實現(xiàn)對不同煙霧濃度的測量。3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0809是一種逐次逼近式 8路模

23、擬輸入、8位數(shù)字量輸出的 A/D轉(zhuǎn)換器。ADC0809的 轉(zhuǎn)換速度較快，完成一次的轉(zhuǎn)換時間為 100 s左右，可對0-5V的模擬信號進行轉(zhuǎn)換。 多路 開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入， 共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，這是 一種經(jīng)濟的多路數(shù)據(jù)采集方法。如圖 3-6所示，ADC0809的主要引腳功能如下。(1) IN0IN7是8路模擬信號輸入端。D0D7是8位數(shù)字量輸出端。(2) A,B,C分別是ALE控制8路模擬通道切換，A,B,C分別與三根地址線或數(shù)字線相連， 三者編碼對應8個通道地址口。 C,B,A=000111分別對應IN0IN7通道地址。(3) OE,START,CLK,E

24、OC為控制信號端，OE為輸出允許端，START為啟動信號端，CLOCK 為時鐘信號輸入端，EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號端。(4)Vref(+) 和Vref(-)為參考電壓輸入端。ADC0809雖然有8路模擬通道可以同時輸入8路模擬信號，但每個瞬間只能轉(zhuǎn)換一路，各路之間的切換由軟件變換通道地址實現(xiàn)。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C 3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、 輸出, 因 此 可 以 直 接 與 系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 總 線 相 連。EOC*-0S-*EXJK 一七c V#ADC 25* IN；叫 *AIJOa ADD. ,禹 DO. -=ALED_i

25、 MSB IlMl岫21* D,iLSB> D iL5Bi /罹AD. iMSBb vD-Kt圖3-S ADCOOOS引腳圖和內(nèi)蹬輻結(jié)柩I圖JA/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應及時傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關鍵問題是如何確認A/D轉(zhuǎn)換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。設計中采用中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送。擴展中地址鎖存器使用 74LS373。74LS373是八D鎖存器，常應用在地址鎖存及輸出口 的擴展中。其主要特點在于：控制端G為高電平時，輸出QA Q7跟隨輸入信號D0D7的狀 態(tài);G T跳沿時，D0D7的狀態(tài)被鎖存在 QA Q7上。由于ADC080啡內(nèi)無時鐘，可利用AT89C51 提供的

26、地址鎖存允許信號 ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得，ALE腳的頻率是AT89C51單片機的 時鐘頻率的1/6。由于單片機頻率采用6MHz,則ALE腳的輸出頻率為1MHz在經(jīng)二分頻后為500kHz,恰好符合ADC0809對時鐘頻率的要求。由于ADC080織有輸出三態(tài)鎖存器，因此其8位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。如圖3-7所示，在單片機擴展連接 ADC0809電路中，地址譯碼引腳 A、B、C分別與地址 總線的低三位 A0,A1,A2相連，以選通IN0IN7中的一路。將P2.7 （地址總線 A15）作為片 選信號，在啟動 A/D轉(zhuǎn)換時，由單片機的寫信號和P2.7控制ADC勺地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動，由于

27、ALE和START連在一起，因此ADC0809鎖存通道地址的同時，啟動轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，用低電平的讀信號和 P2.7腳經(jīng)一級或非門后，產(chǎn)生的正脈沖作為。曰言號，用以打 開三態(tài)輸出鎖存器。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC反向后送到單片機的/INT0引腳，單片機讀取 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果并將結(jié)果送 P1端口顯示。IC1131514311918P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETP03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27RXDTXDALE/PP02P00P0135 /333221222324252627281011

28、30PSENOCC1Q1D2D3D2Q3Q4Q5Q6Q7Q4D5D6D7D8Q8DIC311134781314171825691215161974LS373 msb2-1.2-2IN-0.2-3IN-1 2-4.2-5IN-2.2-6 2-7IN-3-lsb2-8IN-4-EOCIN-5.ADD-A-ADD-BIN-6-ADD-CIN-7-ALE ENABLE-START卜 CLOCKref(+)IC426272823451612ADC08099 6WIC5A:1AT89C51RDWR17 wJ圖3-7 ADC0809與單片機的接口電路圖3.5聲音報警及消音鍵電路電路通過三極管基極串連一個電阻

29、與單片機P2.3端口連接從而達到控制蜂鳴器是否報警。報警裝置采用電磁式無源蜂鳴器HC-12075-B其參數(shù)特點如下：額定電壓：1.5V額定電流：=<10m4 =<70Ma聲壓電平：>=75>=85諧振頻率：2048Hz線圈電阻：6.5 土 1Q60 土 2Q重 量：1.5g系統(tǒng)設有一個消音按鍵，當報警器發(fā)出鳴叫時，用戶到達現(xiàn)場，可按下消音按鍵停止報警器鳴叫。若過一點時間濃度仍超出報警限，報警器會再次鳴叫提醒用戶。5V圖3-8聲音報警電路圖R12470 QP1.7S2圖3-9消音按鍵連接電路圖3.6字符顯示電路報警器濃度等級顯示采用一個八段共陽極數(shù)碼管顯示。由于不顯示小數(shù)

30、點，所以不接dp段。8段LED數(shù)碼管字符顯示與比劃編碼對應關系如表3-1所示。表3-1 8段共陽極LED數(shù)碼管顯示字符與比劃編碼對應表數(shù)字 dpag fedcb編碼0x 100000COH0F9H1x 1111001電路采用型號為 CPS08011B用勺光普牌LED共陽極數(shù)碼管。其參數(shù)特點如下大 小：0.8 寸顯示方式：靜態(tài)顯示顯示顏色：紅色顯示位數(shù)：1位3.7狀態(tài)指示燈電路圖3-11 指示燈電路圖綠燈常亮表示正常狀態(tài)，環(huán)境中可燃煙霧濃度極低；黃燈閃爍表示傳感器連接故障或是 線路接觸不良；紅燈閃爍表示環(huán)境中煙霧濃度超過報警最低預設值，提醒用戶盡快做出相應安全防范措施。3.8安全保護電路在安全保

31、護電路中，繼電器（電磁繼電器）是否動作是保護動作是否執(zhí)行的唯一條件。當被檢測到的現(xiàn)場煙霧濃度達到給定裝置所設定的報警預設值時，繼電器KA1動作，自動換氣風扇啟動。此時，單片機調(diào)用延時子程序，經(jīng)延時600s后，繼電器KA2動作，調(diào)節(jié)閥打開同時灑水滅火。圖3-12繼電器連接及控制電路圖繼電器的工作原理是利用低壓控制電路來控制高壓工作電路。在繼電器的輸入回路中， 當流經(jīng)線圈的電流變化時， 線圈會產(chǎn)生自激電壓來抑制電流的變化，線圈中的電流變化越快，所產(chǎn)生的電壓越高。所以在設計中，單片機驅(qū)動繼電器時，需要并聯(lián)一個二極管，利用二極管的反向擊穿能力，來消除自激電壓，達到穩(wěn)定線圈電壓和保護晶體管的目的。當晶體

32、管 C8550由導通變?yōu)榻刂箷r，流經(jīng)繼電器線圈的電流將迅速減小，這時線圈會產(chǎn)生很高的自感 電動勢與電源電壓疊加后加在晶體管的c、e兩極間，會使晶體管擊穿，繼電器并聯(lián)上二極管后，即可將線圈的自感電動勢鉗位于二極管的正向?qū)妷?，從而避免擊穿晶體管。 并聯(lián)二極管時一定要注意二極管的極性不可接反，否則容易損壞晶體管等驅(qū)動元器件。3.9報警器故障自診斷電路(1)判斷傳感器電源連接情況在傳感器的地端串聯(lián)一個電阻R16。當傳感器正常連接時，電阻和傳感器分壓，此時電阻兩端有微弱的電壓，單片機可以通過ADC0809的IN2 口檢測到；如果傳感器電源連接不正常，則會產(chǎn)生斷路，檢測到電阻兩端電壓為0。圖3-13傳

33、感器故障自診斷電路圖(2)判斷傳感器信號端連接情況另一種情況是判斷傳感器信號端是否連接正確，此時不需要外加電路，在傳感器預熱12分鐘后，通過與 ADC0809的IN1輸入端口連接，測量傳感器信號的輸出電壓，如果電 壓為5V,則說明傳感器的信號端連接不正常，此時系統(tǒng)發(fā)出警報。3.10煙霧報警器硬件總電路把上述各個部分電路結(jié)合到一起，就是所設計的可燃煙霧報警器總電路。通過各自分工,最終實現(xiàn)聲光報警、字符顯示、自動換氣排煙和滅火功能。圖3-14煙霧報警器硬件電路設計圖4系統(tǒng)的軟件的設計4.1系統(tǒng)主程序設計及流程圖主程序流程圖如下圖所示。首先要給傳感器預熱，因為QM-N理半導體電阻式煙霧傳感器在不通電

34、存放一段時間后，再次通電時，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時間預熱。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進入監(jiān)控狀態(tài)。主程序設計先對傳感器預熱，預熱同時， 對傳感器進行故障檢測，采用軟件方式檢測傳感器加熱絲或電纜線是否斷線或者接觸不良。圖4-1主程序流程圖在整個報警器系統(tǒng)工作中，AT89C51單片機對傳感器檢測的煙霧濃度信號進行信號放大、A/D轉(zhuǎn)換處理后，由單片機進行分析處理，判斷系統(tǒng)是否啟動聲光報警。主程序還包括 LED八段式數(shù)碼管濃度字符顯示功能、消音按鍵功能、安全聯(lián)動裝置，中斷子程序等，使報 警器功能更加完善，給用戶帶來便利。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。給傳感

35、器預熱后，程序開始執(zhí)行初始化子程序，這部分實現(xiàn)的功能包括各種 I/O 口輸入輸出狀態(tài)的設定、寄存器初始化、中斷使能等。開始設置定時器0,選擇方式1允許外部中斷0點亮綠燈，熄滅黃燈和紅燈關閉蜂鳴器關閉安全聯(lián)動裝置熄滅數(shù)碼管1 r（ 結(jié)束 ）圖4-2主程序初始化流程圖4.3報警子程序設計及流程圖當放大后的信號不為零時，即煙霧濃度達到系統(tǒng)的報警預設值，此時報警器發(fā)出一種近似警笛的鳴叫聲，對應輸出通道的紅燈閃亮，換氣扇自動運行，并且延時打開調(diào)節(jié)閥。為防止誤報，在程序設計上，對煙霧濃度進行快速重復檢測和延時報警，以區(qū)別出是管道中煙霧的泄漏，還是由于暫短打開閥門產(chǎn)生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報。報警子程

36、序流程圖如圖4-3所示。開始圖4-3報警子程序流程圖4.4按鍵輸入設計子程序流程圖在閉合及斷開均有抖按鍵的識別方法采本報警器設計附加一個消音功能按鍵。 按鍵由于彈性作用的影響， 動過程，從而使電壓也出現(xiàn)抖動， 所以在識別按鍵時要消除抖動的影響。 用掃描法，按鍵處理程序流程圖如圖 4-4所示。Y圖4-4鍵盤掃描子程序流程圖.5.裝配與調(diào)試1）在聯(lián)動系統(tǒng)設備單機自調(diào)合格之前禁止打開聯(lián)動控制器的電源。2）對聯(lián)動系統(tǒng)線路進行測試，排除線路故障。3）檢查控制模塊接線端子的壓線是否正確、可靠。4）檢查控制信號電平是否符合設計要求。5）對消防報警主機進行編程，并進行漢化圖形顯示。檢驗其6）對系統(tǒng)每一回路中的

37、每一個探測器應進行模擬火災響應試驗和故障報警試驗，可靠性。7）對手動報警按鈕逐一進行動作測試。8）聯(lián)動系統(tǒng)設備單機調(diào)試合格后，對消防報警主機進行聯(lián)動控制邏輯編程。9）將聯(lián)動主機的轉(zhuǎn)換開關設為自動狀態(tài)，以防火分區(qū)為單位分層進行系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試。10）對探測器進行模擬火災試驗，監(jiān)測主機及現(xiàn)場報警狀態(tài)、預設報警聯(lián)動動作及反饋 信號，并在現(xiàn)場逐一進行核實。11）使用火災報警按鈕模擬火災狀態(tài)，監(jiān)測主機及現(xiàn)場報警狀態(tài)、預設報警聯(lián)動動作及 反饋信號，并在現(xiàn)場逐一進行核實。12）使用消火栓按鈕模擬火災狀態(tài)，監(jiān)測主機及現(xiàn)場報警狀態(tài)、消火栓泵運行狀態(tài)，并 在現(xiàn)場進行核實。13）噴淋系統(tǒng)末端進行放水模擬火災，監(jiān)測主機及現(xiàn)場報警狀態(tài)、預設報警聯(lián)動動作及 反饋信號，并在現(xiàn)場逐一進行核實。14）手動拉動防火閥使其動作，模擬火災狀態(tài)，監(jiān)測主機及現(xiàn)場報警狀態(tài)、預設報警聯(lián) 動動作及反饋信號，并在現(xiàn)場逐一進行核實。15）系統(tǒng)應在連續(xù)試運行 120h無故障后，填寫火災自動報警系統(tǒng)調(diào)試報告。.6.元件清單LM324 X 1 QM-N5 X 1 AT89C51X 1PNP三極管X 2 74HC147 X 1 74LS47X1 74LS04X1 蜂鳴器X 1 風扇X 1共陽數(shù)碼管X 1 二極管X 1 ISD1760 X 1 繼電器X 1 按鍵開關X7 MIC X 1 揚聲器X 1發(fā)光二極管