語(yǔ)音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)火災(zāi)報(bào)警器

1、摘要： 電子報(bào)警這門綜合技術(shù)的正在不斷的發(fā)展。研制一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的語(yǔ)音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)火災(zāi)報(bào)警器是非常必要的。使用AT89C51單片機(jī)，選用集成溫度傳感器AD590作為敏感元件，利用傳感器技術(shù)，開發(fā)了可用于小型單位火災(zāi)報(bào)警的語(yǔ)音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)報(bào)警器?，F(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)報(bào)警器通過(guò)對(duì)傳感器火情信息的檢測(cè)，使用智能識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的監(jiān)測(cè)。當(dāng)報(bào)警器監(jiān)測(cè)到火情信息后，直接通過(guò)Modem經(jīng)公用電話交換網(wǎng)迅速向消防指揮中心報(bào)告火情信息。本文將詳細(xì)介紹小型防火單位語(yǔ)音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 傳感器 信號(hào)處理 火災(zāi)報(bào)警器 復(fù)位電路1、 語(yǔ)音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)火災(zāi)報(bào)警器的基本原理 使用AT89C51單片機(jī)，選用集成溫

2、度傳感器AD590作為敏感元件，利用傳感器技術(shù)，開發(fā)了可用于小型單位火災(zāi)報(bào)警的語(yǔ)音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)報(bào)警器。一般小型防火單位火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)如下圖所示： 消 防指 揮中 心火 災(zāi)監(jiān) 控模 塊 modem 聲光報(bào)警 modem傳感器 當(dāng)報(bào)警器監(jiān)測(cè)到火情信息后，直接通過(guò)Modem經(jīng)公用電話交換網(wǎng)迅速向消防指揮中心報(bào)告。二、設(shè)計(jì)方案報(bào)警器硬件由溫度信號(hào)采集模塊、聲光報(bào)警模塊以及單片機(jī)與Modem通信模塊組成。其中，溫度傳感器，將現(xiàn)場(chǎng)溫度非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；信號(hào)調(diào)理電路，將傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理(放大、濾波等)，使之滿足A/D轉(zhuǎn)換的要求；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)

3、換。聲光報(bào)警模塊由單片機(jī)和報(bào)警電路組成，由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)不同的聲光報(bào)警功能。單片機(jī)與Modem通信模塊由單片機(jī)、串行端口擴(kuò)展芯片GM16C550和RS232電平轉(zhuǎn)換電路組成，實(shí)現(xiàn)報(bào)警器經(jīng)Modem與消防指揮中心的通信。處理器采用51系列單片機(jī)AT89C51。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。當(dāng)紅外檢測(cè)裝置檢測(cè)到有人時(shí)，信號(hào)經(jīng)放大電路和非門將相應(yīng)的電平送至單片機(jī)的p1.0端口，在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)報(bào)警延遲10s一段時(shí)間后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào)警信號(hào)，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是

4、在聲光報(bào)警10s鐘后有定時(shí)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消除報(bào)警。從設(shè)計(jì)的要求來(lái)分析該報(bào)警器設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、報(bào)警電路、單片機(jī)、復(fù)位電路、；它們之間的構(gòu)成如下總體設(shè)計(jì)框圖所示： AT89C51復(fù)位電路信號(hào)檢測(cè)電路報(bào)警執(zhí)行電路LED發(fā)光顯示放大驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng) 三、硬件設(shè)計(jì)3.1檢測(cè)模塊要準(zhǔn)確地進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警，選擇合適的溫度傳感器是準(zhǔn)確報(bào)警的前提。綜合考慮各因素，本文選擇集成溫度傳感器AD590用作采集系統(tǒng)的敏感元件。由于AD590是電流型溫度傳感器，他的輸出同絕對(duì)溫度成正比，即1A/k，而數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的輸入要求是電壓量，所以在AD590的負(fù)極接出一個(gè)10 k的電阻R1和一個(gè)100的可

5、調(diào)電阻W，將電流量變?yōu)殡妷毫克腿階DC0809。通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，便可在輸出端VT獲得與絕對(duì)溫度成正比的電壓量，即10 mV/K。應(yīng)用電路如下圖： 圖1 AD590的應(yīng)用電路A/D轉(zhuǎn)換電路采用了常用的8位8通道數(shù)模轉(zhuǎn)換專用芯片ADC0809，電路如圖5所示。溫度、煙霧傳感器的輸出分別接到ADC0809的IN0和IN1。ADC0809的通道選擇地址A，B，C分別由89C51的P00P02經(jīng)地址鎖存器74LS373輸出提供。當(dāng)P2.7=0時(shí)，與寫信號(hào)WR共同選通ADC0809。圖中ALE信號(hào)與ST信號(hào)連在一起，在WR信 號(hào)的前沿寫入地址信號(hào)，在其后沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。例如，輸出地址7FF8H可選通通道IN

6、0，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換；輸出地址7FF9H可選通通道IN1，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖中ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)EOC接到89C51的INT1引腳，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖?，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，產(chǎn)生中斷。在中斷服務(wù)程序中，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送到指定的存儲(chǔ)單元。 圖2 數(shù)據(jù)采集模塊電路3.2 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) TAL1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(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩

7、周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個(gè)振蕩周期為1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為1us。如圖所示為時(shí)鐘電路。 圖3 時(shí)鐘電路圖3.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后, 在RESET端持續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作6。例如使用晶振頻率為12MHz時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于2us7。本設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。如圖7示為復(fù)位電路。圖4 復(fù)位電路圖3.4發(fā)光二極管報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 由4個(gè)發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的RXD的引腳，外接VCC，當(dāng)單片機(jī)的RXD引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，起到報(bào)

8、警作用。圖8所示為發(fā)光二極管報(bào)警電路。 圖5 發(fā)光二極管報(bào)警電路圖3.5 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 此聲音報(bào)警電路用555多諧振蕩器構(gòu)成模擬聲響電路，當(dāng)單片機(jī)響應(yīng)報(bào)警時(shí)p3.1引腳輸出高電平，555定時(shí)器的復(fù)位端4腳輸入高電平，電路開始振蕩發(fā)出報(bào)警聲，當(dāng)10s計(jì)時(shí)結(jié)束或人工復(fù)位時(shí)，p3.1輸出低電平，555振蕩器的4引腳接收到低電平，振蕩器停止震蕩，報(bào)警停止。報(bào)警電路如下： 圖6 報(bào)警電路3.6 單片機(jī)與Modem通信模塊 當(dāng)報(bào)警器監(jiān)測(cè)到火災(zāi)信息后，除了在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)外，還需要將火災(zāi)信息按事先預(yù)留的電話號(hào)碼自動(dòng)撥號(hào)通知單位有關(guān)人員，并迅速上報(bào)消防指揮中心，為此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了單片機(jī)與Mode

9、m通訊模塊，該模塊由單片機(jī)、GM16C550串行端口擴(kuò)展芯片和RS232電平轉(zhuǎn)換電路組成。四、軟件設(shè)計(jì) 按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知中斷服務(wù)程序工作流程圖： 中斷源發(fā)出中斷申請(qǐng)關(guān)中斷、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)INTO端有輸入信號(hào)關(guān)閉報(bào)警恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)、開中斷中斷返回本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到外部熱釋電傳感器送來(lái)的脈沖信號(hào)后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過(guò)單片機(jī)內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警，報(bào)警持續(xù)10秒鐘后自動(dòng)停止報(bào)警,然后程序開始循環(huán)工作，檢測(cè)是否還有下次觸發(fā)信號(hào)，等待報(bào)警從而使報(bào)警器進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)。同時(shí)，利用中斷方式可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警持續(xù)時(shí)間未到10秒時(shí)，用手工按鍵停止的聲光報(bào)警的作用。手工

10、按鍵停止報(bào)警中斷服務(wù)程序工作流程圖，如上圖所示。 按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖所示：系統(tǒng)初始化聲光報(bào)警結(jié)束檢測(cè)外部有無(wú)信號(hào)輸入聲光報(bào)警是否持續(xù)10秒開始啟動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警是否還有檢測(cè)信號(hào)等待下次報(bào)警結(jié)束YNNYYN 程序流程圖源程序清單： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 0200H MAIN: MOV IE,#81H ;CPU開放中斷，INT0允許中斷 SETB IT0 ;外部中斷為邊沿觸發(fā)方式 MOV SP,#30H ;指針入口地址 SETB P3.0 CLR P3.1 MOV P1,#0FFH ;

11、使P1口全部置1 MOV P2,#00H ;P2口清零 CLR P1.2 LP: JNB P1.0,LA ;監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)，是否有輸入信號(hào) LA: ACALL DELAY ;延時(shí)消抖 JNB P1.0,ALARM ;再次監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)，若有輸入信號(hào)轉(zhuǎn)入報(bào)警子程序 AJMP LPDELAY: MOV R1,0AAH LD2: MOV R2,0BBH LD1: NOP DJNZ R2,LD1 DJNZ R1,LD2 RET ALARM: SETB P1.2 ;開始報(bào)警使運(yùn)行正常綠指示燈熄滅，紅燈和聲報(bào)警啟動(dòng)CPL P3.0CPL P3.1;10S鐘定時(shí): MOV 51H,#0C8H ;10S循環(huán)次數(shù)

12、MOV TMOD,#01H ;定時(shí)器T0定時(shí) 方式1 MOV TL0,#0B0H ;置50ms定時(shí)初值 MOV TH0,#3CH SETB TR0 ;啟動(dòng)T0 L2: JBC TF0,L1 ;查詢記數(shù)溢出 SJMP L2 L1: MOV TL0 ,#0B0H MOV TH0 ,#3CH DJNZ 51H,L2 ;未到10S繼續(xù)循環(huán) SETB P3.0 ;10s到關(guān)閉報(bào)警 CLR P3.1 CLR P1.2 ;報(bào)警結(jié)束，正常運(yùn)行綠指示燈亮 LJMP LP ;循環(huán),繼續(xù)工作 PINT0: CLR EX0 ;外部中斷0服務(wù)程序開始，屏蔽外部中斷 PUSH PSW PUSH ACC JNB P3.2,

13、LN ;監(jiān)測(cè)是否有中斷輸入 LN: LCALL DELAY ;延時(shí)消抖 JNB P3.2,LN1 AJMP LN2 ;無(wú)中斷輸入,中斷返回LN1: SETB P3.0 CLR P3.1 CLR P1.2 ;使報(bào)警結(jié)束，綠指示燈亮 POP ACC POP PSW SETB EX0 ;開放外部中斷0 LCALL LP ;在中斷繼續(xù)檢測(cè)是否有輸入信號(hào)LN2: RETI END5、 結(jié)論 本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了基于51單片機(jī)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警器的設(shè)計(jì)從硬件和軟件方面來(lái)說(shuō)基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能本設(shè)計(jì)方便快接又簡(jiǎn)單成本也比較低，適用于各個(gè)場(chǎng)合，本設(shè)計(jì)還有技術(shù)可擴(kuò)展硬件可升級(jí)等諸多優(yōu)勢(shì)。能夠滿足一般的火災(zāi)報(bào)警的要求。本

14、系統(tǒng)安全可靠，誤報(bào)率低、操作維護(hù)方便、成本低廉等，具有廣闊的應(yīng)用前景。6、 參考資料單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)實(shí)例 劉文濤 清華大學(xué)出版社單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐 往道輝 電子工業(yè)出版社單片機(jī)原理與接口技術(shù) 清華大學(xué)出版社 設(shè)計(jì)總結(jié)：這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)學(xué)過(guò)的知識(shí)有了更深的了解，對(duì)書本中的知識(shí)掌握的更 扎實(shí) 了真正的做到了學(xué)以致用，也使自己對(duì)于如何根據(jù)人們的需要設(shè)計(jì)產(chǎn)品，有了一定了解，設(shè)計(jì)的過(guò)程中出現(xiàn)了不少問(wèn)題，在大家伙的共同努力下，最終都得以解決，這鍛煉我們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，這次課程設(shè)計(jì)也在一定程度上鍛煉了我的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，我相信這對(duì)于我今后走上社會(huì)工作時(shí)一定會(huì)有所幫助。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程”千里之行始于足下”，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義我今