基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)研究

目錄TOC\o"1-3"\f\h\u18231引言 1294081.1課題的研究目的和意義 1175381.2傳統(tǒng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 2245361.3無(wú)線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 3123741.4短距離無(wú)線通信技術(shù)的現(xiàn)狀與開(kāi)展趨勢(shì) 476301.5本課題研究的主要內(nèi)容 495322系統(tǒng)方案的總體設(shè)計(jì) 564982.2系統(tǒng)方案確實(shí)定 6286262.2.1總體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案 674972.2.2火災(zāi)檢測(cè)傳感器方案 6261792.2.3短距離無(wú)線通信模塊方案 7113002.3主要器件的選用 9310462.3.1溫度傳感器的選擇 9291872.3.4時(shí)鐘芯片的選擇 13292032.3.5存儲(chǔ)芯片的選擇 13212452.4本章小結(jié) 14279363電路的硬件設(shè)計(jì) 1519253.1火災(zāi)報(bào)警主控制器硬件設(shè)計(jì) 15244803.1.1AT89S52單片機(jī)簡(jiǎn)述15318403.1.2火災(zāi)報(bào)警主控制器時(shí)鐘電路 1897523.1.3火災(zāi)報(bào)警主控制器存儲(chǔ)電路1970273.1.4火災(zāi)報(bào)警主控制器無(wú)線通信電路20195963.1.5火災(zāi)報(bào)警主控制器鍵盤(pán)電路 2229973.1.6火災(zāi)報(bào)警主控制器顯示電路 2312893.1.7火災(zāi)報(bào)警主控制器電源電路25107693.1.8火災(zāi)報(bào)警主控制器報(bào)警電路 27101423.2火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)子機(jī)硬件設(shè)計(jì) 28189403.2.1溫度監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì) 28120323.2.2煙霧監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì) 3310303.2.3系統(tǒng)子機(jī)電源電路設(shè)計(jì) 35326244火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 37188684.1火災(zāi)報(bào)警控制器軟件設(shè)計(jì) 37290754.1.1火災(zāi)報(bào)警控制器主程序 37290244.1.3火災(zāi)報(bào)警控制器液晶顯示程序 38105994.2火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)子機(jī)軟件設(shè)計(jì) 42168914.2.1火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)子機(jī)主程序 42167574.2.2溫度測(cè)量子程序 4314974.2.3煙霧測(cè)量子程序 44217364.3本章小結(jié) 4494625結(jié)論 461863附錄A原理圖 472648附錄B局部程序 5024265參考文獻(xiàn) 5930067致謝 621引言1.1課題的研究目的和意義火災(zāi)嚴(yán)重威脅著人類的生命財(cái)產(chǎn)平安，每年我國(guó)由火災(zāi)引起的災(zāi)難數(shù)不勝數(shù)，然而，準(zhǔn)確、及時(shí)的對(duì)火災(zāi)進(jìn)行預(yù)測(cè)已成為迫在眉睫的事情。目前，火災(zāi)探測(cè)技術(shù)是預(yù)防火災(zāi)發(fā)生的最有效的手段，根據(jù)火災(zāi)發(fā)生初期的跡象來(lái)判斷并進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而使人們?cè)诘谝粫r(shí)間對(duì)這些跡象進(jìn)行處理，有效的減少了火災(zāi)的發(fā)生。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)所具有的早期發(fā)現(xiàn)并通知火災(zāi)和啟動(dòng)滅火設(shè)備滅火的功能，使大量火災(zāi)在起初階段就被撲滅，防止了重大經(jīng)濟(jì)損失，成為現(xiàn)代消防不可缺少的平安技術(shù)措施[1,2]。預(yù)防和消除火災(zāi)引起了消防部門(mén)和社會(huì)各方面的高度重視，因此使火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、應(yīng)用有了較大的開(kāi)展?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是在保護(hù)對(duì)象發(fā)生火災(zāi)的情況下自動(dòng)探測(cè)、顯示火災(zāi)警報(bào)的裝置。安裝火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的目的，就是及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)、及時(shí)采取滅火、疏散等措施，最大限度的降低因火災(zāi)帶來(lái)的損失。為了更好地進(jìn)行人機(jī)交互，把與火災(zāi)有關(guān)的各種信息以文字或圖形方式顯示在液晶屏或CRT上。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是由火災(zāi)報(bào)警控制器、火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器及其它現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警器組成。按照消防標(biāo)準(zhǔn)，火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器主要有感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器、手動(dòng)報(bào)警按鈕等?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)根據(jù)其開(kāi)展,通常分為兩個(gè)階段。把上世紀(jì)80年代初興起的新一代報(bào)警系統(tǒng)稱為“現(xiàn)代火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)〞。把采用80年代以前技術(shù)生產(chǎn)的目前仍在使用的系統(tǒng)通常稱為“傳統(tǒng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)〞[3]。當(dāng)前火災(zāi)探測(cè)領(lǐng)域廣泛使用的智能探測(cè)器的探測(cè)方式是將火災(zāi)探測(cè)及信號(hào)處理都集中在探測(cè)器內(nèi)部，在探測(cè)器內(nèi)部設(shè)有微處理器，這樣探測(cè)器就不是單純的傳感器。在探測(cè)器內(nèi)部可以融入更多、更先進(jìn)的火災(zāi)信號(hào)算法。由于其內(nèi)部有微處理器，每個(gè)探測(cè)器都有信號(hào)處理軟件，就地采集就地處理，不需要經(jīng)過(guò)線路傳輸，信號(hào)的真實(shí)程度得到提高。當(dāng)今，微處理器技術(shù)開(kāi)展非常迅速，低價(jià)位，低功耗，高性能的小型單片機(jī)比比皆是，這就為開(kāi)展智能型探測(cè)器提供了充分的物質(zhì)保障。所以，智能火災(zāi)探測(cè)器也是現(xiàn)在消防領(lǐng)域的一個(gè)重要開(kāi)展方向。普通可燃物燃燒的表現(xiàn)形式是：首先產(chǎn)生燃燒氣體和煙霧，在氧氣供給充足的條件下才能到達(dá)完全燃燒，產(chǎn)生火焰并發(fā)出一些可見(jiàn)光與不可見(jiàn)光，同時(shí)釋放大量的熱，使得環(huán)境溫度升高。普通可燃物由初起陰燃階段開(kāi)始，到火焰燃燒、火勢(shì)漸大，最終釀成火災(zāi)的起火過(guò)程。因此在該系統(tǒng)中我們以環(huán)境溫度、煙霧濃度作為判斷火災(zāi)的依據(jù)。傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有準(zhǔn)確度低、存在誤報(bào)和漏報(bào)等問(wèn)題，針對(duì)傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)這些問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了基于AT89S52的無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較高的可靠性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確度。1.2傳統(tǒng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀國(guó)際上，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)根據(jù)其開(kāi)展,通常分為兩個(gè)階段。把上世紀(jì)80年代初興起的新一代報(bào)警系統(tǒng)稱為“現(xiàn)代火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)〞。把采用80年代以前技術(shù)生產(chǎn)的目前仍在使用的系統(tǒng)通常稱為“傳統(tǒng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)〞[3]。傳統(tǒng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)主要是多線制開(kāi)關(guān)量式火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。根據(jù)其開(kāi)展和應(yīng)用說(shuō)明，不同型號(hào)，不同類型的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)根據(jù)其場(chǎng)合的要求進(jìn)行安裝使用，均能發(fā)揮其監(jiān)控火情的作用。但存在明顯的缺乏：一是抗干擾能力差、誤報(bào)率較高。判斷火災(zāi)僅僅是根據(jù)探測(cè)的某個(gè)火災(zāi)現(xiàn)象參數(shù)是否超過(guò)設(shè)定值閾值來(lái)確定是否報(bào)警，所以無(wú)法排除環(huán)境和其它干擾因素。由于靈敏度過(guò)高或過(guò)低，會(huì)使報(bào)警不及時(shí)、漏報(bào)或形成誤報(bào)。二是功能少，性能差，不能滿足開(kāi)展的要求?，F(xiàn)代火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的主要形式有：總線制可尋址開(kāi)關(guān)量式火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，模擬量傳輸式火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，分布智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和無(wú)線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。目前較為常用的一種火災(zāi)報(bào)警控制形是集散式火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。此種控制形式在信號(hào)傳輸方面大多數(shù)采用有線傳輸，通常采用的是RS-232，RS-485總線或CAN總線。現(xiàn)代火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的特點(diǎn)：一是具備自動(dòng)檢測(cè)功能的系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的可靠性。二是為能夠準(zhǔn)確的定位火災(zāi)發(fā)生的地址，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警探測(cè)器具備了自動(dòng)編址功能。三是模擬量探測(cè)器能及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)知火災(zāi)和提供火災(zāi)的詳細(xì)情況。我國(guó)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)研究比西方國(guó)家晚些，主要安裝在大型計(jì)算機(jī)中心，高層建筑等地，其工程技術(shù)水平還相對(duì)落后，存在著一些比較突出的問(wèn)題，表現(xiàn)在：〔1〕適用范圍過(guò)小。在我國(guó)，主要是根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定安置在大型計(jì)算機(jī)中心、高級(jí)賓館、高層建筑，學(xué)校，大型公共建筑中，而中小型公眾聚集場(chǎng)所及社區(qū)民居住宅區(qū)都沒(méi)有安裝火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)?！?〕智能化程度低。目前，我國(guó)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)具備了一定的智能化，但存在巡檢速度慢、穩(wěn)定性和可靠性差的缺點(diǎn)?！?〕網(wǎng)絡(luò)化程度低。各區(qū)域火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)間沒(méi)有建立網(wǎng)絡(luò)，使得它們不能共享資源和效勞，有可能使消防人員不能及時(shí)到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，延緩救緩，造成額外經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。〔4〕組件連接方式有待改善。多線制和總線制是我國(guó)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的主要連接方式。火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器與火災(zāi)報(bào)警控制器主要采用兩根或多根銅芯絕緣導(dǎo)線或銅芯電纜相連接，這種連接方式施工與維護(hù)復(fù)雜，加大了系統(tǒng)本錢(qián)費(fèi)用，且功耗大，降低了系統(tǒng)的抗干預(yù)性。〔5〕火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)誤報(bào)、漏報(bào)問(wèn)題較多。由于存在以上問(wèn)題，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警應(yīng)用技術(shù)應(yīng)進(jìn)一步著眼于當(dāng)前國(guó)際開(kāi)展的新形勢(shì)，加快更新改造進(jìn)程，加強(qiáng)對(duì)數(shù)字技術(shù)和新工藝、新材料的應(yīng)用，改良系統(tǒng)能力，使火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警應(yīng)用技術(shù)向著高可靠、低誤報(bào)和網(wǎng)絡(luò)化、智能化、無(wú)線化、社區(qū)化方向開(kāi)展[４]。1.3無(wú)線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是近幾年來(lái)國(guó)外開(kāi)展起來(lái)的新型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，它是利用無(wú)線火災(zāi)探測(cè)裝置發(fā)出的火警信號(hào)和故障信號(hào)，并記錄發(fā)出這些信號(hào)的地點(diǎn)和時(shí)間的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警專用設(shè)備[５,６]。近年來(lái)，無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在國(guó)外已經(jīng)開(kāi)展起來(lái)，并走向了實(shí)用化。起初，無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)不僅價(jià)格高，而且局部探測(cè)裝置必須通過(guò)布線進(jìn)行連接，這僅適合于一些特殊場(chǎng)所，如具有歷史價(jià)值的古建筑物，將火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警探測(cè)器安裝在不易、不可能實(shí)現(xiàn)布線的彩繪天花板與石墻上。如今，幾乎所有的電器裝置都可以改由無(wú)線控制，可廣泛地應(yīng)用于各類建筑和場(chǎng)所。無(wú)線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單、方便、快捷，適用于包括家庭等多種場(chǎng)所，不會(huì)對(duì)建筑物自身造成傷害，具備有線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)不可比較的優(yōu)點(diǎn)。由于無(wú)線火災(zāi)自報(bào)警系統(tǒng)不采用導(dǎo)線，因此可以方便地將火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器從室內(nèi)移到室外進(jìn)行工藝處理，完成后再將探測(cè)器放回原位。這些都為無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的開(kāi)展提供了技術(shù)保障。美國(guó)松柏公司〔ITI公司〕成立于1981年，其創(chuàng)辦人創(chuàng)造了第一代全監(jiān)控?zé)o線報(bào)警系統(tǒng)。1983年前，美國(guó)的無(wú)線系統(tǒng)一般并不可靠，ITI公司采用了多種軍用技術(shù)使無(wú)線報(bào)警方法有所突破，采用數(shù)碼傳送及鑒別技術(shù)，大大提高了可靠性及干擾的排除[７]。1983年推出第一代可靠性的無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)，第三代技術(shù)是世界上最先進(jìn)的無(wú)線報(bào)警技術(shù)，第四代產(chǎn)品將推出。我國(guó)在無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)展方面滯后于國(guó)外，但近年來(lái)有所開(kāi)展[７]。開(kāi)始之初，無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)不僅價(jià)格高，而且僅適合于一些特殊場(chǎng)所。現(xiàn)在，能用布線連接的電器幾乎都可以用無(wú)線電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，廣泛地應(yīng)用于各類建筑物及場(chǎng)所。我國(guó)無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)根本空白，雖然有人進(jìn)行了這方面的研究，但并沒(méi)有成型產(chǎn)品推向市場(chǎng)。因此，無(wú)線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的研究勢(shì)在必行。1.4短距離無(wú)線通信技術(shù)的現(xiàn)狀與開(kāi)展趨勢(shì)隨著移動(dòng)通信需求和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集量的增加，加之有線傳輸?shù)馁M(fèi)用日益增長(zhǎng)，人們正逐漸認(rèn)識(shí)到在許多檢測(cè)領(lǐng)域采用無(wú)線傳輸?shù)谋匾?。在過(guò)去的幾年中，無(wú)線通訊領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)展，這其中包括數(shù)字電路和射頻電路制作工藝的進(jìn)步、低功耗電路、高能電池以及微電子技術(shù)的采用。以上諸多方面的開(kāi)展使移動(dòng)通信設(shè)備更加靈巧、經(jīng)濟(jì)、可靠。與上述技術(shù)一樣，數(shù)字通信技術(shù)和數(shù)字調(diào)制技術(shù)的開(kāi)展也發(fā)揮了很大的作用，他們使無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)向更加經(jīng)濟(jì)、更加容易操作的方向開(kāi)展。所以如果我們能夠很好地了解無(wú)線通信的根本原那么以及這些技術(shù)的特點(diǎn)，就能更好地理解并完成傳感數(shù)據(jù)的無(wú)線采集。無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)可分為兩大類：一是基于蜂窩的接入技術(shù)，如蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)(CDPD)，通用分組無(wú)線傳輸技術(shù)(GPRS)、EDGE等。二是基于局域網(wǎng)的技術(shù)，如IEEE802.11WLAN、Bluetooth、IrDA、Home-RF、微功率短距離無(wú)線通信技術(shù)等。與目前已經(jīng)具備相當(dāng)規(guī)模的無(wú)線長(zhǎng)距離通信網(wǎng)絡(luò)(如蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng))相比，短距離無(wú)線通信系統(tǒng)在根本結(jié)構(gòu)、效勞范圍、應(yīng)用層次及通信業(yè)務(wù)(數(shù)據(jù)、話音)上，均有很大的不同。1.5本課題研究的主要內(nèi)容本課題的研究任務(wù)是研發(fā)一種基于單片機(jī)的無(wú)線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用無(wú)線電信號(hào)傳輸代替通常用的雙總線或多總線的傳輸模式。本系統(tǒng)包括火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)控制器、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)子機(jī)兩局部?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警控制是控制處理中心，相當(dāng)于人的大腦；火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)子機(jī)完成對(duì)火災(zāi)報(bào)警控制器和火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器間的數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)發(fā)。無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)交換、誤碼率低、火警預(yù)報(bào)、上報(bào)及時(shí)等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了施工簡(jiǎn)單、安裝容易。從而最大程度的減少由于火災(zāi)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。本課題的主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器整體設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，包括時(shí)鐘存儲(chǔ)電路、電路、液晶顯示電路、鍵盤(pán)電路、通訊電路、電源電路等硬件設(shè)計(jì)及時(shí)鐘、液晶、鍵盤(pán)、通訊等軟件編程；(2)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)子機(jī)整體設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，包括探測(cè)器、通訊電路等硬件設(shè)計(jì)及通訊等軟件編程；(3)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)整體軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，包括顯示、無(wú)線通訊及火警檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、無(wú)線通訊協(xié)議等軟件編程。2系統(tǒng)方案的總體設(shè)計(jì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的檢測(cè)有許多方法，可供選擇的器件和運(yùn)用的技術(shù)也有多種。因此，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案應(yīng)在滿足系統(tǒng)整體性能指標(biāo)的前提下，充分考慮系統(tǒng)使用的環(huán)境，所選的結(jié)構(gòu)要盡量簡(jiǎn)單實(shí)用、易于實(shí)現(xiàn)，器件的選用要著眼于適宜的參數(shù)、穩(wěn)定的性能、較低的功耗、低廉的本錢(qián)以及較好的互換性能。2.1火災(zāi)報(bào)警控制器及系統(tǒng)子機(jī)功能要求依據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB4717-93對(duì)火災(zāi)報(bào)警控制器及系統(tǒng)子機(jī)的要求，火災(zāi)報(bào)警控制器及系統(tǒng)子機(jī)應(yīng)具有以下功能：(1)火災(zāi)報(bào)警功能火災(zāi)報(bào)警控制器及系統(tǒng)子機(jī)接收到探測(cè)器的異常信息后，經(jīng)屢次識(shí)別確認(rèn)，發(fā)出聲、光報(bào)警等信號(hào)，指示火災(zāi)發(fā)生的部位。報(bào)警時(shí)火警指示燈亮，火警音響，同時(shí)顯示第一次報(bào)警地址及循環(huán)顯示后續(xù)報(bào)警地址，并可顯示報(bào)警總數(shù)和報(bào)警點(diǎn)的地理位置及類型。報(bào)警聲響可以手動(dòng)消除，光信號(hào)可以保持，直至手動(dòng)復(fù)位。當(dāng)有新的報(bào)警發(fā)生時(shí)，聲光報(bào)警再次啟動(dòng)?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)具有火警優(yōu)先功能，即當(dāng)前系統(tǒng)無(wú)論處于任何狀態(tài)下，只要出現(xiàn)了火警，那么系統(tǒng)由當(dāng)前狀態(tài)自動(dòng)切換至火警顯示狀態(tài)。(2)故障報(bào)警功能火災(zāi)報(bào)警控制器有完善的故障監(jiān)視系統(tǒng)，可以對(duì)以下情況：主電故障、備電故障等。聲報(bào)警可以手動(dòng)消除，光報(bào)警那么持續(xù)保持，直至故障消除。(3)中文顯示及時(shí)鐘功能火災(zāi)報(bào)警控制器配置點(diǎn)陣式大屏幕液晶顯示器〔藍(lán)底白字〕，多級(jí)菜單式操作，全中文功能提示。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示功能，內(nèi)含時(shí)鐘芯片。(4)具有后備電源功能在火災(zāi)報(bào)警控制器中備有浮充電池，在火災(zāi)報(bào)警控制器投入使用時(shí)，應(yīng)將電源開(kāi)關(guān)全翻開(kāi)，當(dāng)主電網(wǎng)有電時(shí)，火災(zāi)報(bào)警控制器自動(dòng)利用主電進(jìn)行供電。當(dāng)主電網(wǎng)斷電或欠壓時(shí)備用電池自行啟動(dòng)。(5)存儲(chǔ)功能用戶從火警報(bào)警控制器上進(jìn)行相關(guān)查詢及有火警、故障等信息需要在液晶屏進(jìn)行顯示時(shí)，都需要從火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)控制器的存儲(chǔ)單元讀取。系統(tǒng)的功能往往決定了系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的是溫度和煙霧數(shù)據(jù)的測(cè)量、存儲(chǔ)、顯示及后期處理等功能，因此系統(tǒng)采用近幾年來(lái)成熟的各種溫?zé)焸鞲屑夹g(shù)、短距離無(wú)線通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理控制技術(shù)等來(lái)構(gòu)造根本的系統(tǒng)功能。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)可以設(shè)想為溫度煙霧采集模塊、短距離無(wú)線通信模塊、系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理模塊、存儲(chǔ)、顯示及報(bào)警等幾大局部。2.2系統(tǒng)方案確實(shí)定2.2.1總體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由火災(zāi)報(bào)警控制器和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)子機(jī)組成。當(dāng)火警探測(cè)器監(jiān)測(cè)到火災(zāi)、故障等異常情況時(shí)，系統(tǒng)子機(jī)通過(guò)無(wú)線通訊模塊以無(wú)線電波的形式將這些信息發(fā)射給系統(tǒng)控制器，系統(tǒng)控制器一端有同樣無(wú)線通訊模塊將信號(hào)接收進(jìn)來(lái)?；馂?zāi)報(bào)警控制器通過(guò)無(wú)線模塊接收這些信息后，及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的處理，使用戶可以要根據(jù)這些提示進(jìn)行相應(yīng)的滅火、排除故障等操作。同時(shí)火災(zāi)報(bào)警控制器將這些火警及故障信息在液晶屏上予以顯示、存儲(chǔ)，以備用戶將來(lái)查詢所用。無(wú)線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖2-1。圖2-1火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.2.2火災(zāi)檢測(cè)傳感器方案火災(zāi)發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量煙霧和熱量，溫度和煙霧是最明顯的物理變化和化學(xué)反響過(guò)程?；馂?zāi)探測(cè)的原理是檢測(cè)火災(zāi)發(fā)生產(chǎn)生的各種物理、化學(xué)變化，進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳送給火災(zāi)報(bào)警控制器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的檢測(cè)和報(bào)警。常見(jiàn)的火災(zāi)探測(cè)傳感器根據(jù)所檢測(cè)的對(duì)象不同，可以分為以下幾種：(1)感溫探測(cè)器的檢測(cè)對(duì)象是溫度，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高；(2)感煙探測(cè)器的檢測(cè)對(duì)象是煙霧微料，對(duì)煙霧敏感，技術(shù)成熟，可靠性高；(3)氣體探測(cè)器適用于散發(fā)可烯氣體和可燃汽的場(chǎng)所，但會(huì)降低其探測(cè)的靈敏度；(4)火焰探測(cè)器的檢測(cè)對(duì)象是火焰輻射光，其探測(cè)范圍廣，對(duì)火焰反響速度快，但易受太陽(yáng)光等高溫物體輻射干擾；(5)圖像探測(cè)器其檢測(cè)對(duì)象是煙霧、火焰形狀，適合商場(chǎng)等大空間建筑物；綜上比照，感溫傳感器，感煙傳感器本錢(qián)低，適用環(huán)境廣，抗干擾能力強(qiáng)，因此本系統(tǒng)主要采用這兩種傳感器。2.2.3短距離無(wú)線通信模塊方案目前國(guó)內(nèi)外比較成熟的短距離無(wú)線通信技術(shù)主要有以下幾種：〔1〕紅外通信技術(shù)〔IrDA〕[8,9,10]紅外通信技術(shù)IrDA(InfraRedDataAssociation)采用人眼看不到的紅外線傳輸信息，是使用最廣泛的短距離無(wú)線通信技術(shù)。它利用紅外線的通斷表示計(jì)算機(jī)中的0-1邏輯，通常有效作用半徑2米，傳統(tǒng)速度可達(dá)4Mbit/s，1995年IrDA將通信速率擴(kuò)展到的高達(dá)16Mbit/s，紅外技術(shù)采用點(diǎn)到點(diǎn)的連接方式，發(fā)射、接收具有方向性，具有體積小、功耗低、連接方便、簡(jiǎn)單易用、數(shù)據(jù)傳輸干擾少、速度快、保密性強(qiáng)、本錢(qián)低廉的特點(diǎn)。因此廣泛應(yīng)用于各種遙控器，筆記本電腦，PDA，移動(dòng)等移動(dòng)設(shè)備。但紅外技術(shù)只是一種視距傳輸技術(shù)，有效距離近，發(fā)射角度較小，一般不超過(guò)20度，兩臺(tái)相互通信的設(shè)備之間必須對(duì)準(zhǔn)，而且傳輸數(shù)據(jù)時(shí)兩臺(tái)設(shè)備之間不能有阻擋物，只能限于兩臺(tái)設(shè)備通信，無(wú)法靈活構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，且無(wú)法用于邊移動(dòng)邊使用的設(shè)備，另外，IrDA設(shè)備中的核心部件LED易磨損?！?〕藍(lán)牙技術(shù)〔Bluetooth〕[8,9,10]藍(lán)牙技術(shù)使用全球統(tǒng)一開(kāi)放的2.4GHz的ISM頻段，采用跳頻擴(kuò)頻FHSS技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的無(wú)線互連，有穿透能力，能夠全方位傳送，主要面對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各種數(shù)據(jù)和語(yǔ)音設(shè)備，通過(guò)無(wú)線方式將它們連成一個(gè)微微網(wǎng)(Piconet)。多個(gè)微微網(wǎng)之間也可以形成分布式網(wǎng)絡(luò)(Scatternet)，從而方便，快速的實(shí)現(xiàn)各類設(shè)備之間的通信。藍(lán)牙技術(shù)作為一種新興的技術(shù)，主要具有以下特點(diǎn):標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放性、產(chǎn)品的互操作性及兼容性、公用通信頻段以及提供大容量的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。藍(lán)牙技術(shù)目前只是一種行業(yè)聯(lián)盟制定的短距離無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)?！?〕微功率短距離無(wú)線通信技術(shù)[10]近年來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的開(kāi)展，短距離無(wú)線通信系統(tǒng)的大局部功能都可以集成到一塊芯片內(nèi)部，一般使用單片數(shù)字信號(hào)射頻收發(fā)芯片，加上微控制器和少量外圍器件構(gòu)成專用或通用無(wú)線通信模塊，所有高頻元件包括電感、振蕩器等已經(jīng)全部集成在芯片內(nèi)部，一致性良好，性能穩(wěn)定且不受外界影響。射頻芯片一般采用FSK調(diào)制方式，工作于ISM頻段，通信模塊一般包含簡(jiǎn)單透明的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議或使用簡(jiǎn)單的加密協(xié)議，發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過(guò)軟件設(shè)置完成，用戶不用對(duì)無(wú)線通信原理和工作機(jī)制有較深的了解，只要依據(jù)命令字進(jìn)行操作即可實(shí)現(xiàn)根本的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸功能。新一代短距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有體積小、功耗低、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單快速，可以方便地嵌入到各種設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的無(wú)線連接，因此，較適合搭建小型網(wǎng)絡(luò)，在工業(yè)、民用領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用。綜上比照，微功率短距離無(wú)線收發(fā)芯片的可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)，通訊協(xié)議簡(jiǎn)單透明，技術(shù)成熟。使用該種方案無(wú)線通訊接口與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接口電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠。2.2.4數(shù)據(jù)處理方案[11]現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些先進(jìn)的算法不斷產(chǎn)生。這些算法在各個(gè)行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，使該行業(yè)得到新的開(kāi)展?；馂?zāi)報(bào)警探測(cè)領(lǐng)域同其他領(lǐng)域一樣，先進(jìn)的算法使火災(zāi)探測(cè)技術(shù)更上一個(gè)新的臺(tái)階。本系統(tǒng)采用門(mén)限檢測(cè)法和變化率檢測(cè)法對(duì)火災(zāi)信息進(jìn)行判斷。火災(zāi)檢測(cè)方法最早使用的是固定門(mén)限檢測(cè)法，其檢測(cè)方法是以火災(zāi)報(bào)警傳感器采集到的數(shù)據(jù)值作為火災(zāi)報(bào)警的依據(jù)，將這個(gè)數(shù)據(jù)值與固定的門(mén)限值比較,當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)值超過(guò)報(bào)警門(mén)限值時(shí)，表示有火警發(fā)生，發(fā)出報(bào)警信息；否那么就是沒(méi)有火警發(fā)生。固定門(mén)限檢測(cè)法具有計(jì)算量好的優(yōu)點(diǎn)，而且該算法易于實(shí)現(xiàn)。但是由于算法簡(jiǎn)單，誤報(bào)或漏報(bào)率高。因此為了提高火災(zāi)傳感器的抗干擾能力，對(duì)固定門(mén)限值檢測(cè)法進(jìn)行改良，其原理是“浮動(dòng)底線＋固定報(bào)警門(mén)限值〞。根據(jù)火災(zāi)探測(cè)器的工作環(huán)境不同，對(duì)固定報(bào)警門(mén)限值設(shè)置不同的值。當(dāng)其值適中時(shí)，火災(zāi)探測(cè)器工作在正常模式；當(dāng)值較高時(shí)，火災(zāi)探測(cè)器工作在低靈敏度模式；當(dāng)值較低時(shí)，火災(zāi)探測(cè)器工作在高靈敏度模式。感溫火災(zāi)探測(cè)器的報(bào)警門(mén)限值是75oC。任何物質(zhì)的燃燒都會(huì)明顯的溫度變化,因此感溫火災(zāi)報(bào)測(cè)器可以利用溫度變化率對(duì)火災(zāi)進(jìn)行檢測(cè)。在實(shí)際計(jì)算中對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的溫度采樣，計(jì)算信號(hào)變化斜率值，將其與設(shè)定的斜率門(mén)限值進(jìn)行比較。以此來(lái)判斷火災(zāi)是否發(fā)生。為了提高檢測(cè)的可靠性和抗干擾能力，在使用這種算法時(shí)同時(shí)可以使用信號(hào)平均和延時(shí)等處理手段。2.3主要器件的選用2.3.1溫度傳感器的選擇隨著溫度傳感器智能化、集成化技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字式溫度傳感器也得到了快速開(kāi)展，世界上許多公司推出了新型的數(shù)字溫度傳感器系列。在如此眾多的產(chǎn)品中選擇出適宜的器件，應(yīng)該把握以下幾點(diǎn)：外圍電路應(yīng)該盡量簡(jiǎn)單；測(cè)溫的精度、分辨率要適宜，以便減少不必要的電路和軟件開(kāi)發(fā)本錢(qián)；溫度傳感器采用的總線負(fù)載能力如何，能否滿足多點(diǎn)測(cè)溫的需要；占用MCU的I/O引腳數(shù)情況如何，因?yàn)镸CU的系統(tǒng)資源非常珍貴，輸入通道有限，多點(diǎn)溫度測(cè)量時(shí)，如果測(cè)量的點(diǎn)數(shù)超過(guò)了輸入通道時(shí)，就要添加多路復(fù)用器，這將增加本錢(qián)和開(kāi)發(fā)時(shí)間，應(yīng)盡量節(jié)約與MCU的通信協(xié)議應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，溫度測(cè)量的軟件開(kāi)發(fā)難度、本錢(qián)要盡量小。目前在數(shù)字溫度傳感器中采用的串行總線主要有Philips公司的I2C總線，Motorola公司的SPI總線，NationalSemiconductor公司的Microwireplus總線，DallasSemiconductor公司的1-Wire總線和Siemens公司的Profibus總線等。常用的數(shù)字溫度傳感器主要有：①AD7418是是美國(guó)模擬器件公司〔ADI〕推出的單片溫度測(cè)量與控制用集成電路。其內(nèi)部包含有帶隙溫度傳感器和10位A/D轉(zhuǎn)換器。測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，具有10位數(shù)字輸出溫度值，分辨率為0.25℃，精度為±2℃，轉(zhuǎn)換時(shí)間為15～30ms。具有體積小、編程簡(jiǎn)單、使用容易、測(cè)量精度高，并且不易受環(huán)境千擾等優(yōu)點(diǎn)。AD7418可以級(jí)聯(lián)至多8片在同一個(gè)I2C總線上。②MAX6575L/H是美國(guó)MAXIM公司的一種單總線式數(shù)字溫度傳感器，具有較好的線性、較低的功耗，而且編程簡(jiǎn)單，調(diào)試容易，使用方便。測(cè)溫范圍為-40～+125℃，其誤差范圍：在25℃時(shí)優(yōu)于±3℃,在85℃時(shí)優(yōu)于±4.5℃，在125℃時(shí)優(yōu)于±5℃。但是MAX6575L/H在其測(cè)溫范圍內(nèi)非線性誤差較大，因此，當(dāng)它用于高精度溫度測(cè)量時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行非線性補(bǔ)償。它最多允許在一根MCU的I/O總線上同時(shí)掛接8個(gè)MAX6575L/H進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量。為了防止多個(gè)傳感器同時(shí)測(cè)溫時(shí)有重疊的現(xiàn)象，MAX6575提供了“L〞和“H〞兩種型號(hào)的傳感器,它們的使用方法相同,而且每一種型號(hào)的傳感器又可以通過(guò)時(shí)間選擇引腳。但是，MAX6575L的遠(yuǎn)距離傳輸特性并不理想，傳輸范圍只能在5m以內(nèi)，超過(guò)此范圍將采集不到被測(cè)溫度數(shù)據(jù)，這也是這種器件的一個(gè)弊端。③DS18B20是美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司的新一代數(shù)字式溫度傳感器，它具有獨(dú)特的單總線接口方式，即允許在一條信號(hào)線上掛接數(shù)十甚至上百個(gè)數(shù)字式傳感器，從而使測(cè)溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡(jiǎn)單，克服了模擬式傳感器與微機(jī)接口時(shí)需要的A/D轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點(diǎn)，而且，可以通過(guò)總線供電，由它組成的溫度測(cè)控系統(tǒng)非常方便，而且本錢(qián)低、體積小、可靠性高。DS18B20的測(cè)溫范圍-55～+125℃，最高分辨率可達(dá)0.0625℃，由于每一個(gè)DS18B20出廠時(shí)都刻有唯一的一個(gè)序列號(hào)并存入其ROM中，因此CPU可用簡(jiǎn)單的通信協(xié)議就可以識(shí)別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。Dallas公司的單總線技術(shù)具有較高的性能價(jià)格比，有以下特點(diǎn)：①適用于低速測(cè)控場(chǎng)合，測(cè)控對(duì)象越多越顯出其優(yōu)越性；②性價(jià)比高，硬件施工、維修方便，抗干擾性能好；③具有CRC校驗(yàn)功能，可靠性高；④軟件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)簡(jiǎn)明直觀，易于掌握。由于DS18B20獨(dú)特的單總線接口方式在多點(diǎn)測(cè)溫時(shí)有明顯的優(yōu)勢(shì)，占用MCU的I/O引腳資源少，和MCU的通信協(xié)議比較簡(jiǎn)單，本錢(qián)較低，傳輸距離遠(yuǎn)，所以，選用DS18B20做為溫度測(cè)量的傳感器。2.3.2煙霧傳感器的選擇[12]絕大多數(shù)物質(zhì)在燃燒的開(kāi)始階段，首先產(chǎn)生煙霧，煙霧具有很大的流動(dòng)性，它能潛入建筑物的任何空間。煙霧具有毒性，它對(duì)人的生命具有特別大的威脅?；馂?zāi)中約有70%的死者是由于燃燒氣體或煙霧窒息造成的。因此要實(shí)現(xiàn)早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，減少火災(zāi)損失，在通常情況下利用感煙式火災(zāi)探測(cè)器會(huì)有良好效果。這種探測(cè)器可探測(cè)70%以上的火災(zāi)。感煙火災(zāi)探測(cè)器是目前世界上應(yīng)用最普遍、數(shù)量最多的探測(cè)器。感煙式火災(zāi)探測(cè)器分為點(diǎn)型與線型，點(diǎn)型分為離子型感煙和光電型感煙，線型分為激光感煙別離式紅外光束感煙。離子感煙式探測(cè)器〔點(diǎn)型探測(cè)器〕：它是在電離室內(nèi)含有少量放射性物質(zhì)，可使電離室內(nèi)空氣成為導(dǎo)體，允許一定電流在兩個(gè)電極之間的空氣中通過(guò)，射線使局部空氣成電離狀態(tài)，經(jīng)電壓作用形成離子流，這就給電離室一個(gè)有效的導(dǎo)電性。當(dāng)煙粒子進(jìn)入電離化區(qū)域時(shí)，它們由于與離子相接合而降低了空氣的導(dǎo)電性，形成離子移動(dòng)的減弱。當(dāng)導(dǎo)電性低于預(yù)定值時(shí)，探測(cè)器發(fā)出警報(bào)。光電感煙探測(cè)器〔點(diǎn)型探測(cè)器〕：它是利用起火時(shí)產(chǎn)生的煙霧能夠改變光的傳播特性這一根本性質(zhì)而研制的。根據(jù)煙粒子對(duì)光線的吸收和散射作用。光電感煙探測(cè)器又分為遮光型和散光型兩種。根據(jù)接入方式和電池供電方式等的不同，感煙探測(cè)器又可分為聯(lián)網(wǎng)型煙感，獨(dú)立型煙感，無(wú)線型煙感。紅外光束感煙探測(cè)器〔線型探測(cè)器〕：它是對(duì)警戒范圍內(nèi)某一線狀窄條周圍煙氣參數(shù)響應(yīng)的火災(zāi)探測(cè)器。它同前面兩種點(diǎn)型感煙探測(cè)器的主要區(qū)別在于線型感煙探測(cè)器將光束發(fā)射器和光電接受器分為兩個(gè)獨(dú)立的局部，使用時(shí)分裝相對(duì)的兩處，中間用光束連接起來(lái)。紅外光束感煙探測(cè)器又分為對(duì)射型和反射型兩種。離子感煙探測(cè)器對(duì)小粒子響應(yīng)靈敏度高,隨著煙的色帶由可見(jiàn)煙到不可見(jiàn)煙的變化，相對(duì)響應(yīng)靈敏度增加得很小，即離子感煙探測(cè)器響應(yīng)靈敏度與煙的顏色近似無(wú)關(guān)；光電感煙探測(cè)器對(duì)大粒子響應(yīng)靈敏度高，散射光型光電探測(cè)器對(duì)灰色的可見(jiàn)煙具有較高的響應(yīng)靈敏度，由于黑煙對(duì)光的吸收作用而對(duì)其響應(yīng)較遲鈍，因此其對(duì)小粒子響應(yīng)小.綜上比照，離子感煙探測(cè)器對(duì)各種煙霧的響應(yīng)靈敏度都較高。因此，本系統(tǒng)采用離子式感煙探測(cè)器作為系統(tǒng)的感煙器件。2.3.3無(wú)線收發(fā)芯片的選擇[13]無(wú)線收發(fā)芯片的種類和數(shù)量比較多，在設(shè)計(jì)中選擇適宜芯片可以提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、節(jié)約本錢(qián)。在選擇時(shí)，應(yīng)主要參考以下幾點(diǎn)：①收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)傳輸是否需要進(jìn)行曼徹斯特編碼采用曼徹斯特編碼的芯片，在編程上會(huì)需要較高的技巧和經(jīng)驗(yàn)，需要更多的內(nèi)存和程序容量，并且曼徹斯特編碼大大降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩话銉H能到達(dá)標(biāo)稱速率的1/3，而采用串口傳輸?shù)男酒?，?yīng)用及編程非常簡(jiǎn)單，傳送的效率很高，標(biāo)稱速率就是實(shí)際速率，編程方便。②收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量芯片外圍元器件的數(shù)量直接關(guān)系到系統(tǒng)的復(fù)雜程度和本錢(qián)，因此應(yīng)該選擇外圍元件少的收發(fā)芯片。③功耗大多數(shù)無(wú)線收發(fā)芯片是應(yīng)用在便攜式產(chǎn)品上的，因此功耗也非常重要，應(yīng)該根據(jù)需要選擇綜合功耗較小的產(chǎn)品．④發(fā)射功率在同等條件下，為了保證有效和可靠的通信，應(yīng)該選用發(fā)射功率較高的產(chǎn)品。常用的無(wú)線收發(fā)芯片主要有：①nRF24E1是挪威NordicVLSIASA公司最近開(kāi)發(fā)的一種嵌入了高性能單片機(jī)內(nèi)核的高速單片無(wú)線收發(fā)芯片[15]。采用先進(jìn)的0.18μsCMOS工藝、6mm×6mm的36引腳QFN封裝；以nRF2401芯片結(jié)構(gòu)為根底，將射頻、8051MCU、9輸入12位ADC、125頻道、UART、SPI、PWM、RTC、WDT全部集成到單芯片中；內(nèi)部有電壓調(diào)節(jié)器〔工作電壓1.9～3.6V〕和VDD電壓監(jiān)視，通常開(kāi)關(guān)時(shí)間小于200μs，數(shù)據(jù)速率1Mbps，輸出功率0dBm；不需要外接SAW濾波器，極少的外圍電路，發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過(guò)軟件設(shè)置完成，所有高頻元件包括電感、振蕩器等已經(jīng)全部集成在芯片內(nèi)部，一致性良好，性能穩(wěn)定且不受外界影響；工作在全球開(kāi)放的2.4GHz頻段、勿需申請(qǐng)通信許可證。②nRF903單片射頻收發(fā)器芯片工作在915MHz國(guó)際通用的ISM頻段；GMSK/GFSK調(diào)制和解調(diào),抗干擾能力強(qiáng)；采用DDS+PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；靈敏度高達(dá)-100dBm,最大發(fā)射功率達(dá)+10dBm；數(shù)據(jù)速率可達(dá)76.8Kbit/s；170個(gè)頻道,適合需要多信道工作的特殊場(chǎng)合；可方便地嵌入各種測(cè)量和控制系統(tǒng)中進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)雙向傳輸，在儀器儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無(wú)線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)遙測(cè)遙控系統(tǒng)等中應(yīng)用。③nRF401是挪威NordicVLSI公司推出的單芯片RF收發(fā)機(jī)，專為在433MHzISM(工業(yè)、科研和醫(yī)療)頻段工作而設(shè)計(jì)。該芯片集成了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL合成、FSK調(diào)制、FSK解調(diào)、雙頻道切換等功能，具有性能優(yōu)異、功耗低、使用方便等特點(diǎn)。nRF401的外圍元件很少，僅10個(gè)左右。只包括一個(gè)4MHz基準(zhǔn)晶振(可與MCU共享)、一個(gè)PLL環(huán)路濾波器和一個(gè)VCO電感，收發(fā)天線合一，沒(méi)有調(diào)試部件，這給研制及生產(chǎn)帶來(lái)了極大的方便?；趎RF401本錢(qián)低、可靠性高、外圍設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)將nRF401做為無(wú)線收發(fā)芯片的首選。2.3.4時(shí)鐘芯片的選擇目前單片機(jī)可用時(shí)鐘芯片很多，但功能都很相似，例如HOLTEK公司生產(chǎn)的HT1380和DALLAS公司生產(chǎn)的DS1302。下面僅介紹一下DS1302：DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、日期、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整，時(shí)鐘操作可通過(guò)AM/PM指示決定采用24或12小時(shí)格式。DS1302與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三個(gè)口線：RES〔復(fù)位〕、I/O〔數(shù)據(jù)線〕、SCLK〔串行時(shí)鐘〕。時(shí)鐘/RAM的讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。DS1302工作時(shí)功耗很低保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW。DS1302是由DS1202改良而來(lái)，增加了以下的特性：雙電源管腳用于主電源和備份電源供給，Vcc1為可編程涓流充電電源，附加七個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器。它廣泛應(yīng)用于、、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。2.3.5存儲(chǔ)芯片的選擇系統(tǒng)主機(jī)對(duì)火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間、地方以及火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器等的相關(guān)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，因此火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)要具有存儲(chǔ)功能。考慮到需要存儲(chǔ)的信息量不多，本系統(tǒng)選用AT24C16。AT24C16是16K位的非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器，具有非易失性，并且可以象RAM一樣快速讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。在掉電狀態(tài)下，數(shù)據(jù)可以保存10年。比EEPROM或其他非易失性存儲(chǔ)器可靠性更高，系統(tǒng)更簡(jiǎn)單。與EEPROM不同，AT24C16以總線速度進(jìn)行寫(xiě)操作，沒(méi)有任何延時(shí)。數(shù)據(jù)送到AT24C16直接寫(xiě)到具體的單元地址,下一個(gè)操作可以立即執(zhí)行。接口方式為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)二線制造串行接口，這種方式占用單片機(jī)腳位少，占用線路板空間小，節(jié)省系統(tǒng)資源。2.3.6鍵盤(pán)、顯示模塊的選擇[14]用戶與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行交互時(shí)，主要是通過(guò)顯示屏顯示輸出和鍵盤(pán)手動(dòng)輸入完成的。顯示單元是人機(jī)交互的窗口，是傳遞儀表工作狀態(tài)和檢測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵性設(shè)備，通常的顯示器件有液晶顯示器〔LCD〕和數(shù)碼管顯示器〔LED〕。其中數(shù)碼管僅能顯示有限的幾位數(shù)字或字母且占用系統(tǒng)管腳資源較多。由于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)要求顯示系統(tǒng)時(shí)間、火警、故障等信息，信息較多。因此，本系統(tǒng)采用點(diǎn)陣式大屏幕液晶顯示屏，全中文提示。本系統(tǒng)采用HS12864點(diǎn)陣式液晶屏，全中文顯示綜合功能信息，操作直觀方便。鍵盤(pán)電路的結(jié)構(gòu)可以分為獨(dú)立式按鍵和矩陣式鍵盤(pán)兩種方式。獨(dú)立式按鍵就是各按鍵間相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各占用一根I/O口線，各口線間的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他口線上的工作狀態(tài)。可通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)來(lái)判斷哪個(gè)按鍵被按下了。獨(dú)立式按鍵電路靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但占用單片機(jī)I/O口數(shù)量較多，浪費(fèi)大，適用于按鍵較少的系統(tǒng)中。矩陣式鍵盤(pán)是一種適合按鍵數(shù)量較多的系統(tǒng)中，它是由行線和列線組成的，又稱行列式鍵盤(pán)。按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上，這種結(jié)構(gòu)，節(jié)省I/O口線。矩陣式鍵盤(pán)的工作原理：行線是通過(guò)上拉電阻接到＋5V上。當(dāng)無(wú)按鍵時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。即列線電平為低電平，那么行線電平為低；列線電平為高電平，那么行線電平為高。本系統(tǒng)鍵盤(pán)采用矩陣式鍵盤(pán)，也就是行列式鍵盤(pán)，由行線和列線組成。采用這種結(jié)構(gòu)主要是考慮到I/O口線的節(jié)省，在能節(jié)省口線的同時(shí)又能滿足系統(tǒng)對(duì)鍵盤(pán)的要求。2.4本章小結(jié)本章首先介紹了系統(tǒng)方案的總體要求，然后又介紹了系統(tǒng)方案的設(shè)想，最后介紹了器件的選用，確定了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示。圖2-2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3電路的硬件設(shè)計(jì)根據(jù)上一章所選的系統(tǒng)方案設(shè)想，下面進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路的具體設(shè)計(jì)，由圖2-2所示，系統(tǒng)由主控機(jī)和系統(tǒng)子機(jī)兩局部組成。其中主控機(jī)由時(shí)鐘模塊、鍵盤(pán)顯示模塊、無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、聲光報(bào)警模塊及電源模塊等局部組成；系統(tǒng)子機(jī)由溫度傳感器，煙霧傳感器、無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊等組成。系統(tǒng)總體工作原理是由數(shù)字溫度傳感器和離子煙霧傳感器把監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳到系統(tǒng)子機(jī)CPU，處理后通過(guò)無(wú)線收發(fā)電路向主控機(jī)發(fā)送信號(hào)，接收端收到信號(hào)經(jīng)主控機(jī)CPU處理后，進(jìn)行分析和判斷后，把結(jié)果通過(guò)LCD液晶屏顯示出來(lái)，并把相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，假設(shè)有火災(zāi)，那么進(jìn)行相關(guān)報(bào)警操作。3.1火災(zāi)報(bào)警主控制器硬件設(shè)計(jì)火災(zāi)報(bào)警控制器是以AT89S52芯片為核心；以HS12864點(diǎn)陣式液晶屏進(jìn)行顯示；同時(shí)還具有人工干預(yù)單片機(jī)主要手段的鍵盤(pán)；進(jìn)行信息傳遞的無(wú)心線通信模塊；存儲(chǔ)火災(zāi)信息的存儲(chǔ)器；為整個(gè)主控機(jī)進(jìn)行供電的電源模塊等。整個(gè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器是一個(gè)復(fù)雜的單片機(jī)控制系統(tǒng)，單片機(jī)是其核心部件?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警主控制器接收系統(tǒng)子機(jī)從探測(cè)器轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)來(lái)關(guān)于火災(zāi)、故障等報(bào)警信號(hào)，并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理后向用戶發(fā)出聲、光等報(bào)警信息；所有操作指示、包括火災(zāi)警、故障等系統(tǒng)反響信息都在系統(tǒng)提供的液晶屏上顯示，讓用戶操作更簡(jiǎn)單、靈活、方便、圖像信息更直觀。本系統(tǒng)還具有時(shí)鐘電路，為系統(tǒng)提供日期及時(shí)間，時(shí)間以直觀方式顯示在液晶屏上，且為液晶待機(jī)時(shí)主界面。以上這些硬件模塊電路設(shè)計(jì)主要本著抗干能力強(qiáng)，傳遞信息準(zhǔn)確、可靠，硬件電路簡(jiǎn)潔、本錢(qián)較少為根本原那么。3.1.1AT89S52單片機(jī)簡(jiǎn)述[15，16]AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。指令系統(tǒng)與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。AT89S52管腳定義如圖3-1。圖3-1AT89S52管腳定義P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫(xiě)“1〞時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0不具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1端口寫(xiě)“1〞時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外，P1.0和P1.1分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入〔P1.0/T2〕和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入〔P1.1/T2EX〕。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號(hào)第二功能：P1.0T2〔定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入〕，時(shí)鐘輸出P1.1T2EX〔定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制〕P1.5MOSI〔在系統(tǒng)編程用〕P1.6MISO〔在系統(tǒng)編程用〕P1.7SCK〔在系統(tǒng)編程用〕P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)AT89S52引腳圖PLCC封裝4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2端口寫(xiě)“1〞時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流〔IIL〕。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔例如執(zhí)行MOVX@DPTR〕時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址〔如MOVX@RI〕訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p3輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3端口寫(xiě)“1〞時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流〔IIL〕。P3口亦作為AT89S52特殊功能〔第二功能〕使用，如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。端口引腳第二功能：P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INTO(外中斷0)P3.3INT1(外中斷1)P3.4TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)P3.5T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE〔地址鎖存允許〕輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖〔PROG〕。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能存放器〔SFR〕區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。PSEN：程序儲(chǔ)存允許〔PSEN〕輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令〔或數(shù)據(jù)〕時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。EA/VPP：外部訪問(wèn)允許，欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器〔地址為0000H-FFFFH〕，EA端必須保持低電平〔接地〕。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平〔接Vcc端〕，CPU那么執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路連接方式如圖3-2。圖3-2AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路連接圖3.1.2火災(zāi)報(bào)警主控制器時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)提供存儲(chǔ)火災(zāi)報(bào)警發(fā)生時(shí)間及時(shí)間顯示功能所需的時(shí)鐘基準(zhǔn)。本系統(tǒng)采用高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯DS1302。該芯片采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，該芯片可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM存放器。可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。采用普通32.768kHz晶振。DS1302芯片的特點(diǎn)：(1)Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行；(2)31*8位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)RAM；(3)工作電壓：2.0V～5.5V；(4)單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送兩種讀/寫(xiě)時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)；(5)時(shí)芯片可以采用8腳DIP或8腳SOIC封裝；(6)適用溫度范圍：—40oC～+85oC。DS1302與AT89S52應(yīng)用連接電路如圖3-3。圖3-3DS1302與AT89S52連接電路3.1.3火災(zāi)報(bào)警主控制器存儲(chǔ)電路[18]系統(tǒng)主機(jī)對(duì)火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間、地方以及火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器等的相關(guān)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，因此火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)要具有存儲(chǔ)功能。本系統(tǒng)選用AT24C16。芯片AT24C16的特點(diǎn)如下：(1)AT24C16是串行、非易失的EEPROM存儲(chǔ)器，低壓和標(biāo)準(zhǔn)電壓工作(Vcc=1.8V—5.5V)，2048x8〔4k〕存儲(chǔ)空間，斯密特觸發(fā)，噪聲抑制濾波輸入，內(nèi)部有64頁(yè)，允許局部頁(yè)寫(xiě)操作；(2)采用8引腳封裝，具有結(jié)構(gòu)緊湊、存儲(chǔ)容量大等特點(diǎn)，可以在2線總線上并接多片芯片，在使用時(shí)只需通過(guò)不同的地址對(duì)芯片進(jìn)行訪問(wèn)；(3)AT24C16采用的是I2C總線[19]。I2C總線最主要的優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)單性和有效性。AT24C16與AT89S52連接電路圖3-4。圖3-4AT24C16與AT89S52連接電路3.1.4火災(zāi)報(bào)警主控制器無(wú)線通信電路[24]火災(zāi)報(bào)警主控制器與系統(tǒng)子機(jī)之間靠無(wú)線通信芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)信息交互，本系統(tǒng)選用nRF401。nRF401芯片的簡(jiǎn)介：射頻收發(fā)芯片nRF401工作在433MHz國(guó)際通用的ISM頻段；FSK調(diào)制和解調(diào)，抗干擾能力強(qiáng)；采用PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；靈敏度高達(dá)-105dBm，最大發(fā)射功率到達(dá)+10dBm；數(shù)據(jù)速率可達(dá)20Kbit/S；可方便地嵌入測(cè)量和控制系統(tǒng)中。nRF401具有兩個(gè)信號(hào)通道，適合需要多信道工作的特殊場(chǎng)合；可直接與微控制器接口；低工作電壓〔2.7V—3.6V〕，功耗低，發(fā)射時(shí)電源電流8mA，接收時(shí)電源電流250μA，接收待機(jī)狀態(tài)僅為8μA；僅需外接一個(gè)晶體和幾個(gè)阻容、電感元件，即可構(gòu)成一個(gè)完整的射頻收發(fā)器。nRF401采用20腳SSOIC封裝，內(nèi)部電路可分為發(fā)射電路、接收電路、模式和低功耗控制邏輯電路幾局部。發(fā)射電路包含有：射頻功率放大器，鎖相環(huán)〔PLL〕，壓控振蕩器〔VCO〕，頻率合成器等電路。基準(zhǔn)振蕩器采用外接晶體振蕩器產(chǎn)生電路所需的基準(zhǔn)頻率。本機(jī)振蕩用鎖相環(huán)〔PLL〕方式，由在DDS根底上的頻率合成器、外接的無(wú)源回路濾波器和壓控振蕩器組成。壓控振蕩器由片內(nèi)的振蕩電路和外接的電感組成。要發(fā)射的數(shù)據(jù)通過(guò)DIN端〔第9腳〕輸入。接收電路包含有：低噪聲放大器、混頻器、FSK解調(diào)器、濾波器等電路。接收電路中，低噪聲放大器放大輸入的射頻信號(hào)，接收靈敏度-105dBm?；祛l器采用Ⅰ級(jí)混頻結(jié)構(gòu)，混頻器的輸出信號(hào)經(jīng)中頻濾波器濾波后送入FSK解調(diào)器解調(diào)，解調(diào)后的數(shù)字信號(hào)在DOUT端〔第10腳〕輸出。9腳DIN輸入數(shù)字信號(hào)和10腳DOUT輸出數(shù)字信號(hào)均為標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平信號(hào)，需要發(fā)射的數(shù)字信號(hào)通過(guò)DIN輸入，解調(diào)出來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)DOUT輸出；12腳通道選擇：CS=“0〞為通道#〔1433.9,MHz〕，CS=“1〞為通道#2〔434.33MHz〕；18腳電源開(kāi)關(guān)；PWR—UP=“0〞為待機(jī)模式；19腳發(fā)射允許：TXEN=“1〞為發(fā)射模式；TXEN=“0〞為接收模式。nRF401內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3-5，引腳圖3-6。圖3-5nRF401內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3-6nRF401引腳圖nRF401電路如圖3-7所示。1腳和20腳之間連接的是震蕩電路，采用4MHz的晶震；9腳是數(shù)據(jù)的輸入引腳，10腳是數(shù)據(jù)的輸出引腳，11腳可以通過(guò)選擇不同的R3值調(diào)整發(fā)射功率，當(dāng)R3＝22kΩ時(shí)，有最大發(fā)射功率＋10dBm；15腳和16腳是環(huán)形天線的連接引腳；18腳可控制工作和待機(jī)模式；19腳可以控制發(fā)射和接收模式。在無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中，nRF401主要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警數(shù)據(jù)和命令參數(shù)的無(wú)線傳輸。圖3-8是發(fā)送和接收電路框圖。圖3-7nRF401電路P258051P26P27RXDTXDTXENPWR_UPCSnRF401DOUTDIN圖3-8發(fā)送和接收電路框圖3.1.5火災(zāi)報(bào)警主控制器鍵盤(pán)電路本系統(tǒng)鍵盤(pán)采用矩陣式鍵盤(pán)，也就是行列式鍵盤(pán)，由行線和列線組成。采用這種結(jié)構(gòu)主要是考慮到I/O口線的節(jié)省，在能節(jié)省口線的同時(shí)又能滿足系統(tǒng)對(duì)鍵盤(pán)的要求。鍵盤(pán)模塊為4*4鍵盤(pán)，由AT89S52的I/O口組成，P04-P07是列線，P32-P35是行線。按鍵位置設(shè)置在行線和列線的交叉點(diǎn)上。鍵盤(pán)連接如圖3-9。圖3-9鍵盤(pán)電路這16個(gè)按鍵中，其中0-9為十個(gè)數(shù)字鍵，還有上翻頁(yè)鍵、下翻頁(yè)鍵、消音鍵、確認(rèn)鍵及兩個(gè)F功能鍵。各鍵功能說(shuō)明如下：數(shù)字鍵：用于輸入功能代碼，例如時(shí)間及密碼等；上下翻頁(yè)鍵：用于查看上一條或者下一條記錄；F1鍵：此鍵上退出當(dāng)前狀態(tài)，返回上一級(jí)菜單；F2鍵：根據(jù)不同菜單操作不同；確認(rèn)鍵：對(duì)所進(jìn)行的操作予以確認(rèn)；消音鍵：消除火警或者故障聲音。3.1.6火災(zāi)報(bào)警主控制器顯示電路用戶與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行交互時(shí)，主要是通過(guò)液晶屏顯示輸出和鍵盤(pán)手動(dòng)輸入完成的。因此，液晶模塊在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中是不可缺少，十分重要的。液晶屏顯示的根本原理就是在兩塊平行板之間填充液態(tài)晶體材料，其材料的內(nèi)局部子排列狀況是通過(guò)電壓來(lái)改變，從而實(shí)現(xiàn)遮光和透光，來(lái)到達(dá)顯示深淺不同的圖象。本系統(tǒng)要求能夠進(jìn)行漢字、字符和數(shù)字顯示。本系統(tǒng)采用深圳漢昇實(shí)業(yè)生產(chǎn)的HS12864-15點(diǎn)陣式液晶屏，全中文顯示綜合功能信息，操作直觀方便。液晶屏外形如圖3-10。圖3-10HS12864-15液晶屏實(shí)物圖HS12864-15系列中文圖形液晶模塊的特性主要由其控制器ST7920決定。ST7920同時(shí)作為控制器和驅(qū)動(dòng)器，它可提供33路com輸出和64路seg輸出。在驅(qū)動(dòng)器ST7921的配合下，最多可以驅(qū)動(dòng)256×32點(diǎn)陣液晶，同進(jìn)可以實(shí)現(xiàn)圖形、字符等顯示。本液晶屏帶LED背光，藍(lán)底白字，背光壽命長(zhǎng)，使用簡(jiǎn)單。。采用并口直接訪問(wèn)方式，3條位控制總線和8位并行數(shù)據(jù)總線輸入輸出與CPU接口通訊，并且該液晶屏內(nèi)具有顯示數(shù)據(jù)鎖存器，操作指令簡(jiǎn)單。HS12864-15系列產(chǎn)品硬件特性如下：提供8位，4位并行接口及串行接口可選；并行接口適配M6800時(shí)序；自動(dòng)電源起動(dòng)復(fù)位功能；內(nèi)部自建振蕩源；64*16位字符顯示RAM；2M位中文字型ROM，總共提供8192個(gè)中文字型；16K為半寬字型ROM，總共提供126個(gè)西文字型；64*16為字符產(chǎn)生RAM；驅(qū)動(dòng)電壓：5.0V。AT89S52與液晶模塊接口電路如圖3-11。圖3-11AT89S52與液晶模塊電路3.1.7火災(zāi)報(bào)警主控制器電源電路[14]我們把提供電壓的裝置稱為電源，其作用是把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能。整個(gè)系統(tǒng)中，電流和電壓的穩(wěn)定，將直接影響系統(tǒng)的工作性能和使用壽命。電源引起系統(tǒng)故障在所有故障中占一定的比例，因此一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)工作就是要設(shè)計(jì)一個(gè)可靠、穩(wěn)定、高效、抗干預(yù)能力強(qiáng)的電源模塊。整個(gè)系統(tǒng)的本錢(qián)、設(shè)計(jì)能力以及特殊芯片對(duì)電源的要求，是具體設(shè)計(jì)電源方案是要考慮的因素。每種電器設(shè)備都需要電源進(jìn)行供電，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)作為一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，更要求電源模塊時(shí)刻進(jìn)行供電。因此在市電停電的情況下，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)依然要進(jìn)行正常工作，這就需要兩個(gè)電源。本系統(tǒng)采用主電源和備用電源，主電源是由市電提供的交流220V。交流220V經(jīng)整流濾波電路轉(zhuǎn)換為直流6V，再經(jīng)過(guò)分壓后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)各局部進(jìn)行供電。備用電源那么采用6V蓄電池?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)控制器的主要芯片供電電集中在4.5V～5.5V，主控芯片采用AT89S52作為MCU，具有獨(dú)立方向控制功能的IO引腳，具有強(qiáng)大的帶負(fù)載能力。本系統(tǒng)中市電交流電壓220V/50HZ，經(jīng)過(guò)變壓器初級(jí)繞組，次級(jí)繞組輸出交流電變換成電路所需的低壓交流電。低壓交流電再經(jīng)過(guò)整流電路得到＋6V直流電壓，此時(shí)是脈動(dòng)直流。經(jīng)過(guò)橋式整流、平滑濾波后得到的直流電仍然有局部交流，這時(shí)還不能對(duì)電壓波動(dòng)敏感的元器件直接供電，因此要進(jìn)行穩(wěn)壓。本系統(tǒng)采用開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器LM2596，能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流，可固定輸出5V。封裝形式有5腳TO-220封裝和5腳TO-263表貼。該器件內(nèi)部集成頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)生器，開(kāi)關(guān)頻率為150KHz，與低頻開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件，外圍電路簡(jiǎn)單，僅需4個(gè)外接元件。在特定的輸入電壓和輸出負(fù)載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在±4%的范圍內(nèi)，振蕩頻率誤差在±15%的范圍內(nèi)。經(jīng)過(guò)上述變壓、整流及穩(wěn)壓電路，將市電220V轉(zhuǎn)化為器件所需的5V直流電壓。電源可以在停電時(shí)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)切換供電。正常供電時(shí)，自動(dòng)對(duì)后備蓄電池充電，并有充電保護(hù)功能[32]。如圖3-12所示，在供電正常時(shí)，J2得電吸合，其動(dòng)觸點(diǎn)與“N/O〔常開(kāi)點(diǎn)〕〞接通，后備蓄電池正端與IC1的反相端相聯(lián)。IC1〔LM308〕和D3、D4組成電壓比較器，參考電壓由D3、D4決定。這里用一個(gè)硅二極管〔D3〕和一個(gè)6.2V的穩(wěn)壓二極管〔D4〕組成6.9V的參考電壓，對(duì)充電壓電壓進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)IC1的2腳輸入電壓〔既蓄電池電壓〕低于6.9V時(shí)，IC1的6腳輸出高電平，T1導(dǎo)通，J1得電，其動(dòng)觸點(diǎn)與“N/O〔常開(kāi)點(diǎn)〕〞接通，電源電壓通過(guò)R3對(duì)蓄電池充電，同時(shí)LED2點(diǎn)亮為充電指示。改變R3阻值可調(diào)整充電電流。隨著充電時(shí)間增加，IC1的2腳電壓逐漸增加，當(dāng)電壓大于參考電壓6.9V時(shí)，IC1的6腳輸出低電平，T1截止，J1失電，斷開(kāi)充電回路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電保護(hù)功能。當(dāng)停電時(shí)，J2失去電源，其動(dòng)觸點(diǎn)與“N/C〔常閉點(diǎn)〕〞接通，蓄電池對(duì)系統(tǒng)供電，實(shí)現(xiàn)停電時(shí)自動(dòng)切換功能。變壓器選用次級(jí)為6V/200mA的電源變壓器。J1、J2選用線圈電壓為6V的繼電器。其他器件選擇可參考圖示，無(wú)特殊要求。圖3-12系統(tǒng)主機(jī)電源電路3.1.8火災(zāi)報(bào)警主控制器報(bào)警電路當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)的溫度或者煙霧濃度信息超過(guò)臨界值時(shí)能發(fā)出聲光報(bào)警，由主控芯片的P0.3輸出報(bào)警信號(hào)。平時(shí)P0.3輸出高電平，三極管Q1導(dǎo)通，555處于強(qiáng)制復(fù)位狀態(tài)；當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)P0.3輸出低電平，三極管Q1截止，555震蕩器復(fù)位管腳高電平，多諧振蕩器工作，從而使發(fā)光二極管閃爍發(fā)光，揚(yáng)聲器發(fā)聲，發(fā)出聲光報(bào)警[33]。其連接電路如圖3-13。圖3-13報(bào)警電路3.2火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)子機(jī)硬件設(shè)計(jì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)子機(jī)同樣具有相對(duì)復(fù)雜的功能，采用單片機(jī)控制。系統(tǒng)子機(jī)仍然采用AT89S52芯片為核心。一臺(tái)主控制器可以同時(shí)帶多臺(tái)火系統(tǒng)子機(jī)。系統(tǒng)子機(jī)具有電源模塊，為子機(jī)系統(tǒng)提供電源?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)子機(jī)具有雙向通訊，一方面要接收來(lái)自控制器的各種操作命令，另一方面又要將接收到的命令經(jīng)過(guò)處理后發(fā)送給探測(cè)器；同樣地，系統(tǒng)子機(jī)由無(wú)線通訊電路上報(bào)信息給主控制器，也將火警、故障等信息通過(guò)無(wú)線通訊模塊上報(bào)主控制器。因此，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)子機(jī)無(wú)線通訊功能是重要功能之一。每臺(tái)系統(tǒng)子機(jī)各自具有一個(gè)唯的地址號(hào)，用于控制器對(duì)每臺(tái)系統(tǒng)子機(jī)進(jìn)行區(qū)分。系統(tǒng)子機(jī)硬件模塊電路設(shè)計(jì)以具有很好抗干性，傳遞信息準(zhǔn)確、可靠，操作方便簡(jiǎn)單，硬件電路簡(jiǎn)潔、本錢(qián)較少為根本原那么。3.2.1溫度監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用DS18B20做為溫度測(cè)量的傳感器，針對(duì)51單片機(jī)I/O口線較少的特點(diǎn)，用一只DS18B20型單線數(shù)字式集成溫度傳感器組成溫度采集網(wǎng)絡(luò)。數(shù)字式溫度傳感器DS18B20簡(jiǎn)介：?jiǎn)慰偩€是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司近年推出的新技術(shù)，它只定義了一根信號(hào)線，總線上的每個(gè)器件都能夠在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間驅(qū)動(dòng)它，相當(dāng)于把單片機(jī)的地址nRF401線、數(shù)據(jù)線、控制線合為一根信號(hào)線對(duì)外進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。為了區(qū)分這些芯片，廠家在生產(chǎn)芯片時(shí)，為每個(gè)芯片編制了惟一的序列號(hào)，通過(guò)尋址就能把芯片識(shí)別出來(lái)。從而能使這些器件掛在一根信號(hào)線上進(jìn)行串行分時(shí)數(shù)據(jù)交換，大大簡(jiǎn)化了硬件電路。DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的應(yīng)用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。它的主要技術(shù)特性如下：①具有獨(dú)特的單線接口方式，即微處理器與其接口時(shí)僅需占用1位I/O端口；②支持多節(jié)點(diǎn)，使分布式多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)的線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和硬件開(kāi)銷大為簡(jiǎn)化；③測(cè)溫時(shí)無(wú)需任何外部元件：④可以通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式：⑤測(cè)溫范圍為-55℃+125℃，測(cè)溫精度為±0.5℃：⑥溫度轉(zhuǎn)換精度9-12位可編程，能夠直接將溫度轉(zhuǎn)換值以16位二進(jìn)制數(shù)碼的方式串行輸出。12位精度轉(zhuǎn)換的最大時(shí)間為750ms。因?yàn)樗菙?shù)字輸出，而且只占用一個(gè)I/O端口，所以它特別適合于微處理器控制的各種溫度測(cè)控系統(tǒng)，防止了模擬溫度傳感器與微處理器接口時(shí)需要的A/D轉(zhuǎn)換和較復(fù)雜的外圍電路。縮小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。1．DS18B20的結(jié)構(gòu)DS18B20主要由四局部組成。①64位光刻ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。②溫度傳感器。③非易失性電可擦寫(xiě)溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL。④非易失性電可擦寫(xiě)設(shè)置存放器。如圖3-3所示，器件只有3根外部引腳，其中VDD和GND為電源引腳，另一根DQ線那么用作I/O總線，因此稱為一線式數(shù)據(jù)總線。與單片機(jī)接口的每個(gè)I/O口可掛接多個(gè)DS18B20器件。每片DS18B20含有一個(gè)唯一的64位ROM編碼。頭八位是產(chǎn)品系列編碼，表示產(chǎn)品的分類編號(hào)；接著的48位是一個(gè)惟一的產(chǎn)品序列號(hào)，序列號(hào)是一個(gè)15位的十進(jìn)制編碼，每個(gè)芯片惟一的編碼可以通過(guò)尋址將其識(shí)別出來(lái)，最后8位是前56位的循環(huán)冗余(CRC)校驗(yàn)碼，是數(shù)據(jù)通信中校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸是否正確的一種方法。所以多片DS18B20能夠連接在同一條數(shù)據(jù)線上而不會(huì)造成混亂。這為溫度的多點(diǎn)測(cè)量帶來(lái)了極大的方便。DS18B20傳感器的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成。第一、二個(gè)字節(jié)是溫度數(shù)據(jù)(MSB、LSB)，可以在系統(tǒng)配置存放器中自行設(shè)置數(shù)據(jù)位數(shù)(9～12位)，數(shù)據(jù)位越多溫度分辨率越高，多余的高位是溫度數(shù)據(jù)的符號(hào)擴(kuò)展位。第三、四字節(jié)是溫度上下限報(bào)警值(TH、TL)。第五字節(jié)是系統(tǒng)配置存放器，存放器各位定義如下：第八位用來(lái)設(shè)置傳感器的工作狀態(tài)，“1〞為測(cè)試狀態(tài)，“0〞為操作狀態(tài)，出廠設(shè)置為操作功能狀態(tài)，用戶不能修改；第七、六兩位是溫度轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)位的設(shè)置(00、01、10、11分別對(duì)應(yīng)9、10、11、12位溫度數(shù)據(jù))，出廠設(shè)置為12位溫度數(shù)據(jù)位，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行修改，其余位無(wú)效。第六、七、八字節(jié)保存未用。第9個(gè)字節(jié)是CRC校驗(yàn)碼，是前面8個(gè)字節(jié)的循環(huán)校驗(yàn)碼，用在通信中驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性。圖3-14DS18B20的結(jié)構(gòu)框圖溫度傳感器的轉(zhuǎn)換結(jié)果以16位二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式存放在便箋式存儲(chǔ)器中，其中第一個(gè)字節(jié)〔Byte0〕存放測(cè)溫結(jié)果的低位〔LSByts〕，第二個(gè)字節(jié)〔Byte1〕存放測(cè)溫結(jié)果的高位〔MSByts〕，S為符號(hào)位，其它位為數(shù)據(jù)位，溫度為負(fù)時(shí)S=1；溫度為正時(shí)S=0。格式如下：Bit0Bit7LSByts232221202-12-22-32-4Bit8Bit15MSBytsSSSSS262524如果測(cè)量的溫度值高于溫度報(bào)警觸發(fā)器TH或低于TL中的值，那么DS18B20內(nèi)部的報(bào)警標(biāo)志位就被置位，表示溫度測(cè)量值超出范圍。DS18B20的溫度轉(zhuǎn)換位數(shù)可以選擇9～12位，分別對(duì)應(yīng)的測(cè)溫分辨率為0.5℃,0.25℃，0.125℃，0.0625℃。不過(guò)溫度轉(zhuǎn)換位數(shù)越大，轉(zhuǎn)換時(shí)間也越長(zhǎng)。12位精度的最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms。DS18B20的測(cè)溫范圍為-55～+125℃，溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果以16位二進(jìn)制方式單線輸出,轉(zhuǎn)換的位數(shù)可通過(guò)寫(xiě)配置存放器〔字節(jié)4〕設(shè)定,其格式如下：Bit7Bit00R1R011111R1、R0的設(shè)定值與位數(shù)、分辯率和最大轉(zhuǎn)換時(shí)間的關(guān)系如表3-1所示，可見(jiàn)位數(shù)每減少一位，分辯率同比減少而轉(zhuǎn)換時(shí)間那么加快一倍,器件上電時(shí)默認(rèn)分辯率為12位。表3-1配置存放器設(shè)置R1R0分辨率℃最大轉(zhuǎn)換時(shí)間ms有效位數(shù)000.593.759位〔Bit11～Bit3〕010.25187.5010位〔Bit11～Bit2〕100.125375.0011位〔Bit11～Bit1〕110.0625750.0012位〔Bit11～Bit0〕溫度報(bào)警觸發(fā)器和設(shè)置存放器都由非易失性電可擦寫(xiě)存儲(chǔ)器(EEPROM)組成，設(shè)置值通過(guò)相應(yīng)命令寫(xiě)入，一旦寫(xiě)入后不會(huì)因?yàn)榈綦姸鴨适А?.DS18B20的測(cè)溫原理DS18B20的溫度傳感器是通過(guò)溫度對(duì)振蕩器的頻率影響來(lái)測(cè)量溫度，如圖3-15所示。DS18B20內(nèi)部有兩個(gè)不同溫度系數(shù)的振蕩器。低溫系數(shù)振蕩器輸出的時(shí)鐘脈沖信號(hào)通過(guò)由高溫系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門(mén)開(kāi)通周期而被計(jì)數(shù)，通過(guò)該計(jì)數(shù)值來(lái)測(cè)量溫度。計(jì)數(shù)器被預(yù)置為與-55℃對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值，如果計(jì)數(shù)器在高溫系數(shù)振蕩器輸出的門(mén)周期結(jié)束前計(jì)數(shù)到零，表示測(cè)量的溫度高于-55℃，被預(yù)置在-55℃的溫度存放器的值就增加一個(gè)增量，同時(shí)為了補(bǔ)償和修正溫度振蕩器的非線性，計(jì)數(shù)器被斜率累加器所決定的值進(jìn)行預(yù)置，時(shí)鐘再次使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)直至零，如果開(kāi)門(mén)通時(shí)間仍未結(jié)束，那么重復(fù)此過(guò)程，直到高溫度系數(shù)振蕩器的門(mén)周期結(jié)束為止。這時(shí)溫度存放器中的值就是被測(cè)的溫度值。這個(gè)值以16位二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式存放在便箋式存儲(chǔ)器中。溫度值由主機(jī)通過(guò)發(fā)讀存儲(chǔ)器命令讀出，經(jīng)過(guò)取補(bǔ)和十進(jìn)制轉(zhuǎn)換，得到實(shí)測(cè)的溫度值。圖3-15DS18B20測(cè)溫原理3.DS18B20的封裝和供電方式DS18B20是DS1820的升級(jí)產(chǎn)品，一般封裝為T(mén)O-92，比DS1820的PR-35封裝更小。DS18B20只有三根外引線：?jiǎn)尉€數(shù)據(jù)傳輸端口DQ、共用地線GND、外供電源線VDD。DS18B20有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時(shí)VDD接地，它是通過(guò)內(nèi)部電容在空閑時(shí)從數(shù)據(jù)線獲取能量，來(lái)完成溫度轉(zhuǎn)換，完成溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)使用數(shù)據(jù)總線寄生供電時(shí)，供電端必須接地，同時(shí)總線口在空閑的時(shí)候必須保持高電平，以便對(duì)傳感器充電。但當(dāng)所測(cè)溫度超過(guò)100℃時(shí)，DS18B20的漏電流增大，傳感器從I/O線上獲取的電流缺乏以維持DS18B20通訊所需的電流，此時(shí)只能選用外部供電方式。比較而言，寄生電源方式少用一根導(dǎo)線，但它完成溫度測(cè)量所需的時(shí)間較長(zhǎng)，而外部電源方式測(cè)量速度那么要快些。因此，本系統(tǒng)采用外部供電方式。DS18B20與單片機(jī)電路連接圖如3-16。圖3-16DS18B20與單片機(jī)電路連接圖3.2.2煙霧監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用離子式煙霧傳感器設(shè)計(jì)煙霧報(bào)警電路。離子煙霧報(bào)警是通過(guò)測(cè)量空氣中的正負(fù)電荷的平衡來(lái)工作的。這種報(bào)警器的傳感器是一個(gè)離子室。內(nèi)部有一小片放射性物質(zhì)〔離子源〕，這種物質(zhì)能在感應(yīng)室內(nèi)流動(dòng)的空氣中產(chǎn)生一股微小的電流。當(dāng)煙霧粒子進(jìn)入到感應(yīng)室后，就會(huì)擾亂那里的正負(fù)電荷的平衡，同時(shí)也會(huì)使這股電流發(fā)生變化。當(dāng)煙霧逐漸加重，正負(fù)電荷的不平衡性就會(huì)加強(qiáng)。當(dāng)這種平衡性到達(dá)一定的限度，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在本設(shè)計(jì)中，選用NIS-09聲光傳感器。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。它的輸出模擬量與我們所用的A/D轉(zhuǎn)換器〔ADC0832〕輸入等級(jí)不相符合〔NIS-09聲光傳感器輸出電壓是5.6+0.4v，A/D轉(zhuǎn)換器的輸入量程是0～+5V〕。因此，設(shè)計(jì)時(shí)先將傳感器輸出電壓分壓后，再輸入A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端口。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。NIS-09特性參數(shù)如表3-2所示：(a)靈敏度特性〔根據(jù)UL217標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速0.1M/秒〕。(b)電源電壓特性〔25℃60﹪RH〕。(c)溫濕度特性溫度特性〔溫度60﹪〕。(d)溫度特性〔溫度25℃〕源：放射元素是媚241，放射量是平均33.3KBq.=0.9uCi〔29K—37KBq〕。工作環(huán)境：電源電壓是DC6.0-18.0V，最大24V；溫度是0-50℃，最大-10-60℃。典型特性:表3-2NIS-09特性參數(shù)〔a〕靈敏度特性(9V)〔b〕電源電壓特性聲光強(qiáng)度〔%英尺〕輸出電壓〔V〕誤差〔△V〕05.6±0.4015.3±0.50.3±0.125.0±0.50.6±0.134.7±0.50.9±0.244.4±0.51.2±0.254.2±0.51.4±0.2電源電壓輸出電壓〔V〕63.3±0.395.6±0.4128.0±0.71510.0±0.851813.0±1.0濕度〔%C〕輸出〔V〕305.75±0.5605.6±0.4905.45±0.4溫度〔℃〕輸出〔V〕05.15±0.4255.6±0.4505.85±0.4〔C)溫度特性〔d〕溫度ADC0832是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛(ài)好者及企業(yè)歡送，其目前已經(jīng)有很高的普及率。ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過(guò)DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。ADC0832管腳圖如圖3-17。圖3-17ADC0832管腳圖煙霧傳感器NIS-09輸出的模擬量信號(hào)，經(jīng)過(guò)分壓后，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832的CH0腳輸入，輸出結(jié)果經(jīng)DO和DI引腳輸入控制器。煙霧監(jiān)測(cè)電路如圖3-18。圖3-18煙霧監(jiān)測(cè)電路3.2.3系統(tǒng)子機(jī)電源電路設(shè)計(jì)火災(zāi)報(bào)警器系統(tǒng)子機(jī)電源模塊對(duì)整個(gè)子機(jī)系統(tǒng)提供電源，使其能夠正常工作。本子機(jī)采用9V鋰電池供電。經(jīng)過(guò)濾波電容附去電源波動(dòng)后，為煙霧傳感器供電。再經(jīng)過(guò)采用COMS技術(shù)的三端口低功耗電壓調(diào)整器LM7805，將9V電源變換為芯片AT08S52和ADC0832所需的5V電源。系統(tǒng)子機(jī)電源電路如圖3-19。圖3-19系統(tǒng)子機(jī)電源電路LM7805允許的輸入電壓可達(dá)35V，輸出5V的固定電壓；輸出電壓差典型值50mV；LM7805的靜態(tài)電流功耗典型值8mA；輸出阻抗：15mΩ；LM7805的工作溫度系數(shù)0OC～125OC；存儲(chǔ)溫度-65OC～150OC；封裝采用TO-220。4火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)總體采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警器系統(tǒng)軟件主要分為控制器軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)子機(jī)軟件設(shè)計(jì)。其中又可分為各模塊子程序的設(shè)計(jì)。4.1火災(zāi)報(bào)警控制器軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中的火災(zāi)報(bào)警控制器采用C語(yǔ)言對(duì)AT89S52單片機(jī)進(jìn)行程序編寫(xiě)[21，22]。主要分為火災(zāi)報(bào)警控制器主程序、時(shí)鐘程序、液晶程序、尋鍵程序、存儲(chǔ)程序和通訊子程序幾個(gè)模塊。幾個(gè)模塊共同工作完成火災(zāi)報(bào)警控制器的主要功能。4.1.1火災(zāi)報(bào)警控制器主程序火災(zāi)報(bào)警控制器主程序是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)上電后最先運(yùn)行的程序，其功能是對(duì)單片機(jī)及外圍器件進(jìn)行初始化，及相應(yīng)的參數(shù)配置。初始化完成后，液晶進(jìn)入初始顯示界面。當(dāng)有鍵按下時(shí)，查詢是否為功能鍵。為功能鍵時(shí)，按照不同鍵碼執(zhí)行不同子功能程序。如果不是功能鍵，程序回到液晶初始界面顯示，等待下次人機(jī)交互。當(dāng)無(wú)線通訊模塊接收到火災(zāi)報(bào)警信號(hào)時(shí)，進(jìn)入報(bào)警中斷程序。手動(dòng)復(fù)位或報(bào)警信號(hào)消除后，液晶再次進(jìn)入初始顯示界面?；馂?zāi)報(bào)警控制器主程序流程如圖4-1。圖4-1火災(zāi)報(bào)警控制器主程序流程圖4.1.2火災(zāi)報(bào)警控制器時(shí)鐘程序[20]時(shí)鐘芯片采用DS1302，其軟件程序主要包括初始化、寫(xiě)時(shí)鐘芯片、讀時(shí)鐘芯片。在發(fā)生火警、故障等時(shí)，要把相應(yīng)的時(shí)間信息同其他相關(guān)信息寫(xiě)入存儲(chǔ)器芯片