自動(dòng)煙霧報(bào)警器1

1、1報(bào)警器設(shè)計(jì)背景1.1概述1.2設(shè)計(jì)煙霧報(bào)警器的目的及意義2系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)2.1煙霧報(bào)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(jī)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(shí)鐘電路和復(fù)位電路3.3信號(hào)采集及前置放大電路3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路3.5聲音報(bào)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(hù)電路3.9報(bào)警器故障自診斷電路3.10煙霧報(bào)警器硬件總電路4系統(tǒng)的軟件的設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)及流程圖4.2主程序初始化流程圖4.3報(bào)警子程序設(shè)計(jì)及流程圖4.4按鍵輸入設(shè)計(jì)子程序流程圖5裝配與調(diào)試6元件活單7參考文獻(xiàn)8結(jié)束語(yǔ)自動(dòng)煙霧報(bào)警器設(shè)計(jì)1

2、報(bào)警器設(shè)計(jì)背景1.1概述單片機(jī)及煙霧傳感器是煙霧報(bào)警器系統(tǒng)的兩大核心。單片機(jī)好比一個(gè)橋梁，聯(lián)系著傳感器和報(bào)警電路設(shè)備。近幾年來(lái)，單片機(jī)已逐步深入應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各部門及人們生活的各 個(gè)方面。各種類型的單片機(jī)也根據(jù)社會(huì)的需求而開發(fā)出來(lái)。單片機(jī)是器件級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)際上它是一個(gè)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(yīng)用到所有電子系統(tǒng)中。同樣，它也可以廣泛應(yīng)用于報(bào)警技術(shù)領(lǐng)域，使各類報(bào)警裝置的功能更加完善，可靠性大大提高，以滿足社會(huì)發(fā)展的需要。 而傳感器作為信息技術(shù)系統(tǒng)的“感官”器件，如果沒(méi)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(guó)曾把二十

3、世紀(jì)八十年代稱為傳感技術(shù)時(shí)代，日本更是把傳感技術(shù)列為十大技術(shù)之首。所以，根據(jù)報(bào)警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟(jì)的煙霧傳感器和單片機(jī)芯片是至關(guān)重要的。在本論文中的最主要的設(shè)計(jì)是選AT89C51單片機(jī)和QM-N郊導(dǎo)體氣體煙霧傳感器為核心器件。AT89C51單片機(jī)兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51指令系統(tǒng)，功能強(qiáng)大，可供許多高性價(jià)比的場(chǎng)合應(yīng)用， 能夠靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。QM-N郊導(dǎo)體氣體煙霧傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)可燃?xì)?體有良好的靈敏度， 壽命長(zhǎng)，成本低，非常適用于家庭使用的氣體泄漏報(bào)警器。由這兩個(gè)核 心器件設(shè)計(jì)而成的整個(gè)煙霧報(bào)警器系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、報(bào)警狀態(tài)字符顯示、換氣扇排煙和噴水滅火等煙霧報(bào)警

4、器應(yīng)有的功能，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。目前，現(xiàn)代建筑都會(huì)有選擇地安裝不同功能的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。因?yàn)榛馂?zāi)自動(dòng)報(bào)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(zāi)的早期信號(hào)并及時(shí)報(bào)警，發(fā)出警報(bào)同時(shí)告知用戶和周邊居民。它就像是一個(gè)個(gè)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(zāi)的早期階段， 準(zhǔn)確的探測(cè)到火情并迅速報(bào)警，對(duì)于及時(shí)組織有序快速疏散、積極有效地控制火災(zāi)的蔓延、快速滅火和減少火災(zāi)對(duì)居住人群的損失都具有重要 的意義。1.2設(shè)計(jì)煙霧報(bào)警器的目的及意義火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能夠及時(shí)將火災(zāi)跡象通知用戶及有關(guān)管理人員

5、，以便他們準(zhǔn)備疏散或組織滅火，延長(zhǎng)了建筑物可供疏散的時(shí)間并通過(guò)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)其他消防設(shè)施。所以，設(shè)計(jì)一種能夠在火災(zāi)剛剛發(fā)生時(shí)或者有可燃?xì)怏w堆積引起的火災(zāi)隱患時(shí)就能報(bào)警的報(bào)警器就能使 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)，最大限度的減少或消除因火 災(zāi)造成的生命危害和財(cái)產(chǎn)的損失，是人們同火災(zāi)做斗爭(zhēng)的有力工具。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以讓我們更加了解到報(bào)警器的工作原理和消防安全，能夠鍛煉我們的動(dòng)手和動(dòng)腦能力，同時(shí)，也讓我們了解到團(tuán)隊(duì)合作、交流的重要性。2系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)2.1煙霧報(bào)警器的工作結(jié)構(gòu)和原理煙霧報(bào)警器是能夠檢測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度， 并具有報(bào)警功能的儀器。該報(bào)警系統(tǒng)的最基 本組成

6、部分應(yīng)包括： 信號(hào)采集及前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、字符顯示電路、聲光報(bào)警電路和安全保護(hù)電路等部分組成。為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場(chǎng)所對(duì)可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警器具有顯示報(bào)警狀態(tài)、故障自檢、 換氣排煙和自動(dòng)滅火等功能。報(bào)警器采用延時(shí)的工作方式，煙霧檢測(cè)報(bào)警器以AT89C51單片機(jī)為控制核心，選用 QM-N砰導(dǎo)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(bào)警系統(tǒng)。報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1。圖2-1可燃煙霧報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖該系統(tǒng)的工作由煙霧信號(hào)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(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路再將該模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后

7、送入單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。當(dāng)輸入A/D轉(zhuǎn)換器的放大信號(hào)不為 零時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警電路。反之則為正常工作狀態(tài)。設(shè)計(jì)中為了方便檢測(cè)與監(jiān)控，使儀器測(cè)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(lái)指示報(bào)警狀態(tài)。系統(tǒng)采用蜂鳴器聲音報(bào)警和LED閃爍狀態(tài)作為警報(bào)信號(hào)。這種報(bào)警方法是在聲音報(bào)警基礎(chǔ)上，加入光閃報(bào)警。因?yàn)樽兓墓庑盘?hào)可以引起用戶和家庭鄰居的注意，彌補(bǔ)了在嘈雜環(huán)境中聲音報(bào)警的局限，使得報(bào)警裝置更加完善。 在報(bào)警啟動(dòng)的同時(shí)，單片機(jī)控制器還可以控制調(diào)節(jié)閥噴水滅火和換氣扇排煙動(dòng)作。系統(tǒng)留有繼電器接口， 使單片機(jī)能夠控制換氣風(fēng)扇和調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)，讓系

8、統(tǒng)在報(bào)警的同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)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(yīng)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或接觸不良時(shí)，進(jìn)行故障報(bào)警。以上是根據(jù)報(bào)警器應(yīng)具備的功能，提出的整體設(shè)計(jì)思路。2.2煙霧傳感器的選型煙霧傳感器是測(cè)量裝置和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。而煙霧報(bào)警器的信號(hào)采集由煙霧傳感器負(fù)責(zé)。煙霧傳感器能夠?qū)怏w的種類及其濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換為電信號(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)境中存在的

9、情況有關(guān)的信息，從而達(dá)到檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警的功能?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有精確可靠的傳感器，就沒(méi)有精確可靠的自動(dòng)檢測(cè)、控制和報(bào)警系統(tǒng)。煙 霧傳感器作為報(bào)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(hào)的準(zhǔn)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(bào)警器檢測(cè)煙霧種類的不同要求，很多場(chǎng)合都會(huì)選擇使用半導(dǎo)體煙霧傳感器。經(jīng)過(guò)對(duì)比眾多煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點(diǎn)更加突出。半導(dǎo)體煙霧傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，且不會(huì)發(fā)生探 頭阻緩及中毒現(xiàn)象， 維護(hù)成本較低，因而得到廣泛應(yīng)用17。因此，本設(shè)計(jì)中的煙霧傳感器選 用QM-N砰導(dǎo)體氣體煙霧傳感器。圖2-

10、3 QM-N5半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器結(jié)構(gòu)QM-N5半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器QM-N5半導(dǎo)體傳感器是以清潔空氣中電導(dǎo)率較低的金屬氧化物二氧化錫(SnO2)為主體的N型半導(dǎo)體氣敏元件。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。在設(shè)計(jì)報(bào)警器時(shí)只有使用簡(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)。該傳感器具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度高、電導(dǎo)率變化大、響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間短、抗干擾能力強(qiáng)、輸出信號(hào)大、壽命長(zhǎng)和工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在市面 上應(yīng)用十分廣泛。二氧化錫(SnO2)半導(dǎo)體氣敏元件特點(diǎn)：(a) SnO2材料的物理、化學(xué)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(zhǎng)、穩(wěn)定性好、耐腐蝕性強(qiáng)。(b) SnO2氣敏元件對(duì)氣體檢測(cè)是可逆的，而且吸附、脫離時(shí)間短，可連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間使用。(c) SnO2氣敏元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠行較高，機(jī)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(cè)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(gè)用于信號(hào)取出，2個(gè)用于提供加熱電流。QM-N5半導(dǎo)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(cè)，對(duì)可燃性氣體的(CH4 C4H10

12、 H2等)的檢測(cè)很理想。這種傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)可燃?xì)怏w有良好的靈敏度，能夠檢測(cè)多種可燃性氣體，十分適合應(yīng)用在家庭的氣體泄漏報(bào)警器中。是一款便攜式氣體檢測(cè)器，非常適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。其技術(shù)指標(biāo)表 2-1。表2-1 QM-N5的技術(shù)指標(biāo)加熱電壓(Vh)AC 或 DC 5 土 0.2V回路電壓(Vc)最大DC 24V負(fù)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(yīng)時(shí)間(trec)< 10S恢復(fù)時(shí)間(trec)< 30S元件功耗< 0.7W檢測(cè)范圍50- 10000pp

13、m使用壽命2年由于物理量和測(cè)量范圍的不同，傳感器的工作機(jī)理和結(jié)構(gòu)就不同。通常煙霧傳感器輸出的電信號(hào)是模擬信號(hào)(已有許多新型傳感器采用數(shù)字量輸出)。當(dāng)信號(hào)的數(shù)值符合 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級(jí)時(shí)，可以不用放大器放大； 當(dāng)信號(hào)的數(shù)值不符合 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級(jí)時(shí)， 就 需要放大器放大。所以QM-N郊導(dǎo)體氣體煙霧傳感器要想把采集到的煙霧濃度模擬信號(hào)傳送 給單片機(jī)控制器就必須經(jīng)過(guò)放大器進(jìn)行放大處理，之后才能將模擬信號(hào)經(jīng)過(guò) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可以識(shí)別的電信號(hào)給單片機(jī)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，氣敏元件開機(jī)通電時(shí)，其內(nèi)阻很小，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，才能恢復(fù)到原 來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，QM-N孜體傳感器需開機(jī)預(yù)熱幾分鐘，才可投

14、入使用，以免造成誤報(bào)。2.3單片機(jī)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(hào)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(jī)提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM 32個(gè)I / O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信 口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)， 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(shí)/計(jì)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(gè)硬件復(fù)位。128BSFR128BRAM4 KBROM兩個(gè)16位 定時(shí)0計(jì)數(shù) 器T0 T1總線控制并行端口串行端口圖2-5 AT89C51單片機(jī)的基本組成圖（2） AT89C51的內(nèi)存空間1、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（FLASH ） 4K字節(jié)。2、外部程序存儲(chǔ)器（ROM ） 64K字節(jié)。3、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM ） 256字節(jié)。4、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM ） 64K字節(jié)。表3-2程序存儲(chǔ)器的6個(gè)特殊地址0000H上電或復(fù)位入口地址0003H000BH0013H001BH0023H外部中斷0入口地址定時(shí)器T0中斷入口地址 外部中斷1入口地址 定時(shí)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(shí)，PC指針獲得固定的地址，然后 CPU執(zhí)行PC指針?biāo)傅刂穯卧獌?nèi) 的程序。外 ® RAM圖3-3時(shí)鐘電路和復(fù)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(shè)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(shè)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(fù)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(jìn)行降壓，使變壓器的副邊輸出的交流電壓符合設(shè)計(jì)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(chǔ)能元件組成的濾波電路，將脈動(dòng)大的直流電壓處理成平滑的脈動(dòng)小的直流電壓，即將整流電路輸出的脈動(dòng)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(gè)部分電路的電源。以下是本設(shè)計(jì)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(shí)鐘電路和復(fù)位電路（1）時(shí)鐘電路：AT89C51單片機(jī)芯片內(nèi)部設(shè)有一個(gè)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(shí)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(huì)產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時(shí)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(shí)鐘電路如圖 3-3。（2）復(fù)位電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)有多種復(fù)位電路，本系統(tǒng)采用自動(dòng)復(fù)位 （上電復(fù)位）與手動(dòng)復(fù)位方式，電路如圖3-3。當(dāng)上電時(shí)，C3充電，電源經(jīng)過(guò)電容器 C3 加到RESE時(shí)腳，使單片機(jī)復(fù)位；在正常 工作時(shí)，按下復(fù)位鍵時(shí)單片機(jī)復(fù)位。3.3信號(hào)采集及前置放大電路在許多檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合，傳感器輸出的信號(hào)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(duì)這種信號(hào)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(hào)經(jīng)過(guò)前置放大

20、電路對(duì)其進(jìn)行的放大、濾波、電平調(diào)整，才能滿足單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)的要求。（反相輸入端）聽血AoUi+ （同相箭入端）的”1234567圖3-4 LM324四運(yùn)放引腳圖和結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)中采用LM324作為電路的運(yùn)算放大器。LM324是價(jià)格便宜的帶差動(dòng)輸入功能的高增 益四運(yùn)算放大器。LM324的靜態(tài)功耗小、價(jià)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(wú)關(guān)，四個(gè)運(yùn)放一致性好； 其輸入偏流電阻是溫度補(bǔ)償?shù)?，也不需外接頻率補(bǔ)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(guò)滑動(dòng)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(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器LM324的同相輸入端，為保證電路引入負(fù)反饋，在IC2B中，輸出電壓Vo通過(guò)電阻R22接到反相輸入端，由此組成差分比例 運(yùn)算電路。該電路的反饋組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。圖3-5信號(hào)采集及前置放大電路圖設(shè)計(jì)中采用的信號(hào)放大電路有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1) 由于電路不存在“虛地”現(xiàn)象，所以其兩個(gè)輸入端都有較高的共模輸入電壓，這對(duì) 放大電路的穩(wěn)定性和運(yùn)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(lái)匹配阻抗用的，防止滑動(dòng)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(fù)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(duì)前端電路的影響，同時(shí)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(shè)計(jì)。由于放大電路還增加入了參考電壓，引入了零點(diǎn)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(dǎo)致的零點(diǎn)變化問(wèn)題。它利用通過(guò)滑動(dòng)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(yùn)算放大電路的兩個(gè)輸入端，由此得到的輸出電壓 Uo與兩個(gè)輸入端之差成正比而實(shí)現(xiàn)差分比例電路。所以調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 Rp2,就可以直接改變放大電路的參考電壓值，使報(bào)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(shí)現(xiàn)對(duì)不同煙霧濃度的測(cè)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(shí)間為 100 s左右，可對(duì)0-5V的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 多路 開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入， 共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是 一種經(jīng)濟(jì)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(hào)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(duì)應(yīng)8個(gè)通道地址口。 C,B,A=000111分別對(duì)應(yīng)IN0IN7通道地址。(3) OE,START,CLK,E

24、OC為控制信號(hào)端，OE為輸出允許端，START為啟動(dòng)信號(hào)端，CLOCK 為時(shí)鐘信號(hào)輸入端，EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)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(shí)輸入8路模擬信號(hào)，但每個(gè)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(shí)現(xiàn)。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì)A、B、C 3個(gè)地址位進(jìn)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(guò)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(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。設(shè)計(jì)中采用中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。擴(kuò)展中地址鎖存器使用 74LS373。74LS373是八D鎖存器，常應(yīng)用在地址鎖存及輸出口 的擴(kuò)展中。其主要特點(diǎn)在于：控制端G為高電平時(shí)，輸出QA Q7跟隨輸入信號(hào)D0D7的狀 態(tài);G T跳沿時(shí)，D0D7的狀態(tài)被鎖存在 QA Q7上。由于ADC080啡內(nèi)無(wú)時(shí)鐘，可利用AT89C51 提供的

26、地址鎖存允許信號(hào) ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得，ALE腳的頻率是AT89C51單片機(jī)的 時(shí)鐘頻率的1/6。由于單片機(jī)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(duì)時(shí)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(jī)擴(kuò)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(hào)，在啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由單片機(jī)的寫信號(hào)和P2.7控制ADC勺地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，由于

27、ALE和START連在一起，因此ADC0809鎖存通道地址的同時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用低電平的讀信號(hào)和 P2.7腳經(jīng)一級(jí)或非門后，產(chǎn)生的正脈沖作為。曰言號(hào)，用以打 開三態(tài)輸出鎖存器。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC反向后送到單片機(jī)的/INT0引腳，單片機(jī)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(jī)的接口電路圖3.5聲音報(bào)警及消音鍵電路電路通過(guò)三極管基極串連一個(gè)電阻

29、與單片機(jī)P2.3端口連接從而達(dá)到控制蜂鳴器是否報(bào)警。報(bào)警裝置采用電磁式無(wú)源蜂鳴器HC-12075-B其參數(shù)特點(diǎn)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(shè)有一個(gè)消音按鍵，當(dāng)報(bào)警器發(fā)出鳴叫時(shí)，用戶到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，可按下消音按鍵停止報(bào)警器鳴叫。若過(guò)一點(diǎn)時(shí)間濃度仍超出報(bào)警限，報(bào)警器會(huì)再次鳴叫提醒用戶。5V圖3-8聲音報(bào)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(bào)警器濃度等級(jí)顯示采用一個(gè)八段共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示。由于不顯示小數(shù)

30、點(diǎn)，所以不接dp段。8段LED數(shù)碼管字符顯示與比劃編碼對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3-1所示。表3-1 8段共陽(yáng)極LED數(shù)碼管顯示字符與比劃編碼對(duì)應(yīng)表數(shù)字 dpag fedcb編碼0x 100000COH0F9H1x 1111001電路采用型號(hào)為 CPS08011B用勺光普牌LED共陽(yáng)極數(shù)碼管。其參數(shù)特點(diǎn)如下大 ?。?.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(guò)報(bào)警最低預(yù)設(shè)值，提醒用戶盡快做出相應(yīng)安全防范措施。3.8安全保護(hù)電路在安全保

31、護(hù)電路中，繼電器（電磁繼電器）是否動(dòng)作是保護(hù)動(dòng)作是否執(zhí)行的唯一條件。當(dāng)被檢測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)煙霧濃度達(dá)到給定裝置所設(shè)定的報(bào)警預(yù)設(shè)值時(shí)，繼電器KA1動(dòng)作，自動(dòng)換氣風(fēng)扇啟動(dòng)。此時(shí)，單片機(jī)調(diào)用延時(shí)子程序，經(jīng)延時(shí)600s后，繼電器KA2動(dòng)作，調(diào)節(jié)閥打開同時(shí)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(lái)控制高壓工作電路。在繼電器的輸入回路中， 當(dāng)流經(jīng)線圈的電流變化時(shí)， 線圈會(huì)產(chǎn)生自激電壓來(lái)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(shè)計(jì)中，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器時(shí)，需要并聯(lián)一個(gè)二極管，利用二極管的反向擊穿能力，來(lái)消除自激電壓，達(dá)到穩(wěn)定線圈電壓和保護(hù)晶體管的目的。當(dāng)晶體

32、管 C8550由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，流經(jīng)繼電器線圈的電流將迅速減小，這時(shí)線圈會(huì)產(chǎn)生很高的自感 電動(dòng)勢(shì)與電源電壓疊加后加在晶體管的c、e兩極間，會(huì)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(dòng)勢(shì)鉗位于二極管的正向?qū)妷海瑥亩苊鈸舸┚w管。 并聯(lián)二極管時(shí)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(dòng)元器件。3.9報(bào)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(gè)電阻R16。當(dāng)傳感器正常連接時(shí)，電阻和傳感器分壓，此時(shí)電阻兩端有微弱的電壓，單片機(jī)可以通過(guò)ADC0809的IN2 口檢測(cè)到；如果傳感器電源連接不正常，則會(huì)產(chǎn)生斷路，檢測(cè)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(hào)端連接情況另一種情況是判斷傳感器信號(hào)端是否連接正確，此時(shí)不需要外加電路，在傳感器預(yù)熱12分鐘后，通過(guò)與 ADC0809的IN1輸入端口連接，測(cè)量傳感器信號(hào)的輸出電壓，如果電 壓為5V,則說(shuō)明傳感器的信號(hào)端連接不正常，此時(shí)系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。3.10煙霧報(bào)警器硬件總電路把上述各個(gè)部分電路結(jié)合到一起，就是所設(shè)計(jì)的可燃煙霧報(bào)警器總電路。通過(guò)各自分工,最終實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、字符顯示、自動(dòng)換氣排煙和滅火功能。圖3-14煙霧報(bào)警器硬件電路設(shè)計(jì)圖4系統(tǒng)的軟件的設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)及流程圖主程序流程圖如下圖所示。首先要給傳感器預(yù)熱，因?yàn)镼M-N理半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器在不通電

34、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)。主程序設(shè)計(jì)先對(duì)傳感器預(yù)熱，預(yù)熱同時(shí)， 對(duì)傳感器進(jìn)行故障檢測(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。圖4-1主程序流程圖在整個(gè)報(bào)警器系統(tǒng)工作中，AT89C51單片機(jī)對(duì)傳感器檢測(cè)的煙霧濃度信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大、A/D轉(zhuǎn)換處理后，由單片機(jī)進(jìn)行分析處理，判斷系統(tǒng)是否啟動(dòng)聲光報(bào)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(dòng)裝置，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(yù)熱后，程序開始執(zhí)行初始化子程序，這部分實(shí)現(xiàn)的功能包括各種 I/O 口輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、寄存器初始化、中斷使能等。開始設(shè)置定時(shí)器0,選擇方式1允許外部中斷0點(diǎn)亮綠燈，熄滅黃燈和紅燈關(guān)閉蜂鳴器關(guān)閉安全聯(lián)動(dòng)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(bào)警子程序設(shè)計(jì)及流程圖當(dāng)放大后的信號(hào)不為零時(shí)，即煙霧濃度達(dá)到系統(tǒng)的報(bào)警預(yù)設(shè)值，此時(shí)報(bào)警器發(fā)出一種近似警笛的鳴叫聲，對(duì)應(yīng)輸出通道的紅燈閃亮，換氣扇自動(dòng)運(yùn)行，并且延時(shí)打開調(diào)節(jié)閥。為防止誤報(bào)，在程序設(shè)計(jì)上，對(duì)煙霧濃度進(jìn)行快速重復(fù)檢測(cè)和延時(shí)報(bào)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(bào)。報(bào)警子程

36、序流程圖如圖4-3所示。開始圖4-3報(bào)警子程序流程圖4.4按鍵輸入設(shè)計(jì)子程序流程圖在閉合及斷開均有抖按鍵的識(shí)別方法采本報(bào)警器設(shè)計(jì)附加一個(gè)消音功能按鍵。 按鍵由于彈性作用的影響， 動(dòng)過(guò)程，從而使電壓也出現(xiàn)抖動(dòng)， 所以在識(shí)別按鍵時(shí)要消除抖動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)設(shè)備單機(jī)自調(diào)合格之前禁止打開聯(lián)動(dòng)控制器的電源。2）對(duì)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)線路進(jìn)行測(cè)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(hào)電平是否符合設(shè)計(jì)要求。5）對(duì)消防報(bào)警主機(jī)進(jìn)行編程，并進(jìn)行漢化圖形顯示。檢驗(yàn)其6）對(duì)系統(tǒng)每一回路中的

37、每一個(gè)探測(cè)器應(yīng)進(jìn)行模擬火災(zāi)響應(yīng)試驗(yàn)和故障報(bào)警試驗(yàn)，可靠性。7）對(duì)手動(dòng)報(bào)警按鈕逐一進(jìn)行動(dòng)作測(cè)試。8）聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備單機(jī)調(diào)試合格后，對(duì)消防報(bào)警主機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制邏輯編程。9）將聯(lián)動(dòng)主機(jī)的轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)為自動(dòng)狀態(tài)，以防火分區(qū)為單位分層進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試。10）對(duì)探測(cè)器進(jìn)行模擬火災(zāi)試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)主機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警狀態(tài)、預(yù)設(shè)報(bào)警聯(lián)動(dòng)動(dòng)作及反饋 信號(hào)，并在現(xiàn)場(chǎng)逐一進(jìn)行核實(shí)。11）使用火災(zāi)報(bào)警按鈕模擬火災(zāi)狀態(tài)，監(jiān)測(cè)主機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警狀態(tài)、預(yù)設(shè)報(bào)警聯(lián)動(dòng)動(dòng)作及 反饋信號(hào)，并在現(xiàn)場(chǎng)逐一進(jìn)行核實(shí)。12）使用消火栓按鈕模擬火災(zāi)狀態(tài)，監(jiān)測(cè)主機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警狀態(tài)、消火栓泵運(yùn)行狀態(tài)，并 在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行核實(shí)。13）噴淋系統(tǒng)末端進(jìn)行放水模擬火災(zāi)，監(jiān)測(cè)主機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警狀態(tài)、預(yù)設(shè)報(bào)警聯(lián)動(dòng)動(dòng)作及 反饋信號(hào)，并在現(xiàn)場(chǎng)逐一進(jìn)行核實(shí)。14）手動(dòng)拉動(dòng)防火閥使其動(dòng)作，模擬火災(zāi)狀態(tài)，監(jiān)測(cè)主機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警狀態(tài)、預(yù)設(shè)報(bào)警聯(lián) 動(dòng)動(dòng)作及反饋信號(hào)，并在現(xiàn)場(chǎng)逐一進(jìn)行核實(shí)。15）系統(tǒng)應(yīng)在連續(xù)試運(yùn)行 120h無(wú)故障后，填寫火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)調(diào)試報(bào)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(fēng)扇X 1共陽(yáng)數(shù)碼管X 1 二極管X 1 ISD1760 X 1 繼電器X 1 按鍵開關(guān)X7 MIC X 1 揚(yáng)聲器X 1發(fā)光二極管