智能火災(zāi)報警器的設(shè)計

題目：智能火災(zāi)報警器的設(shè)計學院：電氣工程與自動化時間：2011年6月3日1火災(zāi)報警器的課題研究，對于開發(fā)出優(yōu)秀的火災(zāi)報警系統(tǒng)具有重要意義。本文首先簡單介紹了火災(zāi)對人類生活的影響并介紹了當今世界火災(zāi)報警系統(tǒng)的發(fā)展情況；然后介紹了一種多傳感器火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計，講解了火災(zāi)報警系統(tǒng)的軟件功能設(shè)計并給出了系統(tǒng)與各個功能模塊的程序流程圖；之后詳細講解了系統(tǒng)的各功能模塊硬件及軟件設(shè)計，其中硬件設(shè)計的最后部分還論述了提高系統(tǒng)抗干擾能力與可靠性的一些方法，并對系統(tǒng)的可擴展性做了簡單介紹。本文的重點是系統(tǒng)的硬件以及單片機的相關(guān)應(yīng)用，其中詳細介紹并論述了系統(tǒng)所需要實現(xiàn)的功能以及各個模塊的設(shè)計，整個報警系統(tǒng)主要完成采集傳感器數(shù)據(jù)、處理信息并做出判斷等功能。軟件設(shè)計包括針對單片機和傳感器的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)檢測與報警程序的設(shè)計；之后對硬件進行了簡單的調(diào)試，對調(diào)試結(jié)果進行了一些分析；最后，文章對整個設(shè)計進行了概括性總結(jié)。最后的實驗結(jié)果表明，通過利用多傳感器該設(shè)計能夠有效火災(zāi)的智能報警。本設(shè)計具有高可靠性低誤報率等特點，有一定的實用價值。關(guān)鍵詞：火災(zāi)報警；多傳感器；單片機；LCD顯示2ofappearingagoodfirealarmsysdesigningeneral.Thcapabilityandreliability,andgivesabriefintroductKeywords:firealarm;multi-sensors;MCU;LCDdi32011屆本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)第一章緒論 11.1現(xiàn)今火災(zāi)報警器技術(shù)發(fā)展及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.2現(xiàn)代消防對火災(zāi)檢測與報警的要求 21.3課題研究的意義 31.4設(shè)計工作安排 31.5本章小結(jié) 3第二章系統(tǒng)方案設(shè)計 52.1系統(tǒng)的主要功能 52.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作流程 52.3系統(tǒng)整體框架 62.3.1煙霧傳感器選型 62.3.2溫度傳感器選型 72.3.3一氧化碳傳感器選型 82.4本章小結(jié) 9第三章系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1單片機的選型 3.2電源模塊的設(shè)計 3.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 3.4報警和顯示模塊的設(shè)計 3.5看門狗簡介 3.6通訊與下載電路設(shè)計 3.7本章小結(jié) 第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1嵌入式系統(tǒng)介紹 4.2軟件開發(fā)環(huán)境 4.3軟件設(shè)計流程 4.4軟件模塊功能與設(shè)計 4.4.1系統(tǒng)自檢模塊設(shè)計 4.4.2傳感器數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理模塊 4.4.3數(shù)據(jù)處理與報警模塊 4.5本章小結(jié) 第五章系統(tǒng)硬件制作及調(diào)試 5.1硬件功能調(diào)試 5.1.1顯示功能調(diào)試 5.1.2報警器功能調(diào)試 5.2系統(tǒng)整體運行調(diào)試 5.3本章小結(jié) 第六章總結(jié) 附錄I智能火災(zāi)報警器系統(tǒng)電路圖 2011屆本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)4附錄Ⅱ元器件清單報表 附錄Ⅲ部分程序清單 參考文獻 外文資料 中文翻譯 本章主要介紹了現(xiàn)今火災(zāi)報警技術(shù)的發(fā)展概述，現(xiàn)代消防對火災(zāi)檢測與報1.1現(xiàn)今火災(zāi)報警器技術(shù)發(fā)展及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會發(fā)展的主要災(zāi)害之一。防火災(zāi)和減少火災(zāi)的危害”是對消防立法意義的總體概述，包括了兩層含義：一是做好預(yù)防火災(zāi)的各項工作，防止發(fā)生火災(zāi)；二是火災(zāi)絕對不發(fā)生是不可能從1847年美國牙科醫(yī)生坎寧和緬因大學教授法莫研制出世界上第一臺城鎮(zhèn)19世紀40年代到20世紀40年代是火災(zāi)報警器發(fā)展的第一階段，這期間的火災(zāi)報警器以單線感溫報警為主，即通過簡單的探測和報警電路判斷環(huán)境溫度是否超過預(yù)先設(shè)置的閥值，由于受限于這一時期的電子技術(shù)和傳感器技術(shù)，報20世紀50年代到70年代則是火災(zāi)報警器發(fā)展的第二階段，火災(zāi)報警已經(jīng)要求每個探測器與控制器之間使用兩條以上的導線連接以保證每個探測點都能準確發(fā)出報警信號。但多線制火災(zāi)報警系統(tǒng)過于復雜的設(shè)計與布線，使得安裝和維護都很不方便，并且成本也比單線制報警器高很多。20世紀80年代到20世紀末，微處理器技術(shù)逐漸民用化并迅速普及起來，極大的改變了火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計思路，于是出現(xiàn)了以單片機為核心的總線制理器控制，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)信號傳線制發(fā)展到二總線制，探測器的性能和系統(tǒng)的聯(lián)動控制日趨完善，可靠性越來在國外的產(chǎn)品中，分布智能系統(tǒng)技術(shù)得到了較為廣泛的應(yīng)用，這類系統(tǒng)的顯著特點有：多判數(shù)據(jù)火災(zāi)探測技術(shù)，完善的功能設(shè)置以適應(yīng)一般場合的使用，通過編程使探測器適應(yīng)特殊的場合或環(huán)境需要，可以對自身電路及傳感器進行檢測，具有環(huán)境因素補償，故障報告功能，具有良好的可擴展性，多級判斷設(shè)現(xiàn)在國內(nèi)火災(zāi)報警技術(shù)也將重點放在了分布智能系統(tǒng)上，也有相當多優(yōu)秀的產(chǎn)品出現(xiàn)，但國內(nèi)產(chǎn)品普遍存在的缺乏核心技術(shù)的問題使得國內(nèi)外的產(chǎn)品在建筑越來越多，建筑布局及功能日益復雜，用火，用電，用氣和化學物品的應(yīng)防通信、消防通道等公共消防設(shè)施的建設(shè)卻發(fā)展緩慢，遠遠不能滿足現(xiàn)代防火、和靈活的環(huán)境布置，使建筑物開間和隔墻布置復雜，隨著建筑高度增加，在起火前室內(nèi)外溫差所形成的熱風壓大，起火后由于溫度變化而引起煙氣運動的風裝飾材料多種多樣，且多為易燃或可燃材料；建筑內(nèi)大量使用各種電氣設(shè)備，死角多等對火災(zāi)監(jiān)視不利的因素，此外，各種有毒或特殊材料的特點也對火災(zāi)行有效的火災(zāi)監(jiān)視。第三，由于火災(zāi)發(fā)生的可能性很大程度上取決于環(huán)境因素，因此火災(zāi)報警系統(tǒng)需要不僅能對固定環(huán)境的活在進行監(jiān)測，更要能夠針對不同環(huán)境條件下變化環(huán)境中的火災(zāi)隱患進行監(jiān)控，這對報警系統(tǒng)的智能化以及傳感上文中已經(jīng)提到過，我國火災(zāi)報警系統(tǒng)技術(shù)的主要不足之處在于缺乏自己的核心技術(shù)，因此如何設(shè)計一個具有自己獨創(chuàng)元素的系統(tǒng)將不僅有利于提高系統(tǒng)設(shè)計水平，也能夠為以后更多消防檢測系統(tǒng)的設(shè)計提供很多優(yōu)秀的參考。而這里面包括硬件設(shè)計的獨創(chuàng)性和軟件系統(tǒng)的設(shè)計獨創(chuàng)性兩方面。結(jié)合現(xiàn)代消防對火災(zāi)檢測與報警系統(tǒng)的要求，報警系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)根據(jù)上述三點要求對系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。除了完成通常環(huán)境下監(jiān)視傳感器及系統(tǒng)自身的工作狀況、處理各個傳感器輸出的報警信號、進行正確的示警與警示信息及執(zhí)行相應(yīng)的輔助控制等功能以外，還需要在設(shè)計系統(tǒng)軟件時考慮到不同環(huán)境下系統(tǒng)功能的適應(yīng)性與穩(wěn)定性。1.4設(shè)計工作安排根據(jù)現(xiàn)今國內(nèi)外火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計理念，針對現(xiàn)有火災(zāi)報警器存在的不足，設(shè)計一種基于多傳感器技術(shù)的火災(zāi)報警器，該設(shè)計的主要工作任務(wù)包括：系統(tǒng)硬件設(shè)計。包括火災(zāi)報警系統(tǒng)的控制器主板設(shè)計和其中各部分元件的選型，電路板的設(shè)計與繪制，傳感器及相關(guān)電路的設(shè)計。系統(tǒng)軟件設(shè)計。包括火災(zāi)報警系統(tǒng)主程序設(shè)計，各個功能模塊的程序設(shè)計，數(shù)據(jù)收集以及系統(tǒng)自檢程序的設(shè)計。第一章，簡單介紹的火災(zāi)報警的背景以及現(xiàn)今火災(zāi)報警技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以及全文內(nèi)容的安排。第二章，描述火災(zāi)報警系統(tǒng)的主板設(shè)計方案，包括各功能模塊和芯片的選第三章，詳細講解該系統(tǒng)各個模塊的設(shè)計思路和工作電路原理，分析實現(xiàn)各個功能的方法和設(shè)計特點。第四章，詳細介紹了整個火災(zāi)報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計思想，實現(xiàn)各個功能的模塊程序設(shè)計，以及系統(tǒng)工作的軟件流程。第五章，對完成的系統(tǒng)原型進行了簡單的一些調(diào)試，并在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)并解決軟件漏洞，改進系統(tǒng)的設(shè)計。并對系統(tǒng)做了簡單的環(huán)境穩(wěn)定性測試?，F(xiàn)代消防建設(shè)對火災(zāi)檢測與報警的要求與日俱增，同國外相比，國內(nèi)在火災(zāi)報警系統(tǒng)的研究上還是有一定的差距的，目前的實際工程當中傳統(tǒng)型的區(qū)域報第二章系統(tǒng)方案設(shè)計2.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作流程溫度傳感器溫度傳感器溫度/氣體濃度顯示狀態(tài)示警CO傳感器通訊模塊電源模塊放大整形放大整形放大整形單片機圖2-1火災(zāi)報警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖為0~5V的電平信號，由A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入單片機；這里我們使用的數(shù)字式傳感器是DS18B20,所以不需要連接驅(qū)動電路與整形電路而直接系統(tǒng)的其他部分均安裝在主板上，單片機接收到來自各傳感器的數(shù)據(jù)后將數(shù)值顯示于液晶屏，并根據(jù)事先制定好的規(guī)則判斷是否有火災(zāi)情況，如果有火災(zāi)情況則將報警信息顯示，同時驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音報警，并可以在需要的情些特定原因產(chǎn)生的類似火災(zāi)的干擾源觸發(fā)報警系統(tǒng)，如果用通常的處理方法，出如下設(shè)計：若檢測到單一傳感器的數(shù)據(jù)迅速變化，則檢測其余傳感器是否檢測到觸發(fā)火災(zāi)相應(yīng)的數(shù)據(jù)變化，同時判斷結(jié)果是否到達報警閾值，如果沒有檢本設(shè)計使用的煙霧傳感器為離子式煙霧傳感器HIS-07,該傳感器是基于類比最佳性能設(shè)計的單源雙室DSCB型電離室，電離室中安裝的電離源為Am-241,專用于感煙探測。當流經(jīng)內(nèi)外電離室的電子流不平衡時，集電極充電直到電離電流達到平衡，在無煙或無燃燒物時，集電極除手電離電流潮汐影響外保電極重新充電直到新的平衡電位，這時的電位變化經(jīng)整形后送入A/D轉(zhuǎn)換，即圖2-2煙霧傳感器HIS-07測量范圍：0%～5%;工±0.1V;UL217標準大氣中輸出電壓：5.6±0.4V;工作濕度：≤95%RH;棉芯≤0.5pA;電離源活度：0.5μCi(18Kbq)±10%;電離室25cm處輻射劑量率：0.03mGy/年。相關(guān)電路和工作參數(shù)如圖2-3和表2-1所示：REF-HIS-07煙霧圖2-3傳感器電路表2-1HIS-07煙霧傳感器工作參數(shù)靈敏度特性電源電壓特性濕度特性煙霧濃度%/英尺輸出電壓V誤差電源電壓V輸出電壓V濕度輸出V0061923溫度特性4溫度℃輸出V50根據(jù)傳感器的特性，其輸出值正好是5V左右，因此不需要額外的放大電路，直接由A/D轉(zhuǎn)換即可得到需要的數(shù)字信號。由上述性能指標可知該傳感器符合設(shè)計的性能要求，HIS-07傳感器的生產(chǎn)制作符合GB4715-93國家標準，采用單源雙室結(jié)構(gòu)，體積小，便于安裝；在適用范圍的環(huán)境條件下集電極平衡電位變化值基本在參數(shù)范圍內(nèi)，穩(wěn)定性較高；集電極平衡電位一致性好，響應(yīng)時間較短，適于2.3.2溫度傳感器選型DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1-Wire,即單總線器件，具一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。實物圖2-4如下：(2)在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。(4)測量溫度范圍在一55℃到+125℃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。圖DS18B20可以程序設(shè)定9~12位的分辨率，精度為±0.5℃?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的!性能價格比也非常出色!2.3.3—氧化碳傳感器選型本設(shè)計使用的一氧化碳傳感器為ME4-CO型電化學傳感器，ME4-CO傳感器屬于電化學型傳感器，對電解容納室作了重新設(shè)計，減少了電解液泄露的風險，體積小，大幅度的減低了成本。輸出信號直線性、重復再現(xiàn)性優(yōu)越、不受濕度影響、電池可驅(qū)動。傳感器檢測煙霧的原理由以下反應(yīng)式描述：此時生成的電子分布在檢知電極，氫離子分布在電極旁邊的電解液中，形實物圖和主要性能參數(shù)分別如圖2-5和表2-2所示：圖2-5ME4-CO型電化學傳感器表2-2ME4-CO一氧化碳傳感器性能參數(shù)產(chǎn)品類型電化學氣敏元件產(chǎn)品封裝塑料封裝(ME4)檢測范圍最大測量限預(yù)期壽命2年靈敏度分辨率使用壓力范圍標準大氣壓±10%響應(yīng)時間(T90)濕度范圍15%—90%RH無凝結(jié)零點漂移(-20℃~+40℃)重復性<2%輸出值由于傳感器輸出電壓很小達不到單片機工作的要求，所以在一氧化碳檢測電路的設(shè)計中加入了放大電路，同時出于對可調(diào)整性與可更換性的考慮，設(shè)計如圖2-6所示可調(diào)倍率放大電路。圖2-6可調(diào)倍10K,=50K;由圖可得故該電路的放大增益為：可見變阻器Rw可以在增益，這不僅對傳感器校準有用，也為以后能更換傳感器時的電路適用性起了很大幫助，降低了電路成本，提高了整個系統(tǒng)的硬件可移植性。本章主要結(jié)合了火災(zāi)報警器的功能要求，給出了系統(tǒng)的整體框架和設(shè)計思路，通過分析各種傳感器的工作參數(shù)和相關(guān)資料，確定了煙霧傳感器、溫度傳感器和一氧化碳傳感器的選型，方便接下來的系統(tǒng)模塊設(shè)計。第三章系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)合單片機的選型以及上一章給出的相關(guān)傳感器的選型，本章給出了相關(guān)STC89C51單片機是新一代高速、低功耗、超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘機器周期和6時鐘周期可以任意選擇。STC89C51單片機幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得1.增強型8051單片機，12時鐘機器周期和6時鐘周期可以任意選擇，指令代代碼完全兼容傳統(tǒng)8051;2.工作電壓：5.5V-3.3V(5V單片機)3.8V-2.0V(3V單片機);3.工作頻率范圍：0~40MHz,相當于普通8051的0~80MHz,實際工作頻率可達48MHz;4.用戶應(yīng)用程序空間：4K、8K、13K、16K、32K、64K字節(jié)；5.片上集成1280字節(jié)或512字節(jié)RAM;6.通用I/O口(35/39個),復位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口、弱上拉(普通8051傳統(tǒng)I/O):P0口是開漏輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電7.ISP(系統(tǒng)可編程)/IAP(應(yīng)用可編程),無需專用編程器，無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口(RXD/P3.0,TXD/P3.1)直接下載用戶10.內(nèi)部集成MAX810專用復位電路，外部晶體20M以下時，可省外部復11.共有3個16位定時器/計數(shù)器，其中定時器0可以當成2個8位定時器12.外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，PowerDown模式可由13.通用異步串行口(UART),還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART;14.工作溫度范圍：-40~+85℃(工業(yè)級)、0~7℃(商業(yè)級);STC89C51單片機管腳圖如圖3.1所示。T2EX/P1.1單片機管腳圖3.2電源模塊5P1.4P0.336的設(shè)計bP1.5P0.435]輸入電路采P1.6P0.534路圖如圖3-2所TO/P3.4P2.6/A14示。WR/P3.6RD/P3.7P2.8XTAL2P2.ViNVourXTAL1圖3-25v電源電路圖3.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計由上面的敘述可知，系統(tǒng)中的各個傳感器返回的信號均為模擬量，無法被單片機直接接收和處理，所以需要將這些信號進行A/D轉(zhuǎn)換，又因為各個傳感器的參考電壓并不完全相同，因此不能簡單使用多通道A/D轉(zhuǎn)換芯片來統(tǒng)一處圖3-3理，所以本設(shè)計中選擇單通道8位A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC549CP。TLC549是單通道8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換器，總不可調(diào)整誤差≤±0.5LSB。采用的外部I/OCLOCK相互獨立。有片內(nèi)采樣保持電路，轉(zhuǎn)換時間≤17us,包括存取與轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換速率達40000次/秒。差分高阻抗基準電壓輸入范圍是：1V≤差分基準電壓≤Vcc+0.2V。寬電源范圍：3V-6.5V,低功耗，當片選信號/CS為低，芯片選中處于工作狀態(tài)。芯片的連接方式見圖3-3,電路中另需要通過源=cDREF-DbX*是1DTLC549接線方式對于A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標是已知的和固定的。例如，對于TLC549CP,其內(nèi)部時鐘信號為4MHz,轉(zhuǎn)換時間小于17μs,相當于晶振3.4報警和顯示模塊的設(shè)計1)根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計，為方便系統(tǒng)的處理，這里選擇蜂鳴器作為報警器。本設(shè)計采用一般市場上就能買到的常見蜂鳴器，工作電壓5V,和一般數(shù)字元件不同，蜂鳴器工作時電流較大，因而不能直接由單片機驅(qū)動，故在系統(tǒng)設(shè)計時采用了ULN2003A作為驅(qū)動芯片，其封裝和邏輯框圖見圖3-4。ULN2003A是7路高耐壓、大電流達林頓管陣列，由7個硅NPN達林頓管組成，每一對達林頓都串聯(lián)一個2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA,輸出還可以在高負載電!ULN2003A硬件連接方式如圖3-5所示，可見蜂鳴器由單片機P1.2腳控制，當觸發(fā)報警時，P1.1腳按照音頻頻率拉低電位，蜂鳴器便發(fā)出對應(yīng)頻率的鳴叫聲。P1.1腳對應(yīng)一個繼電器，用以在需要時驅(qū)動外部設(shè)備，使用繼電器可以排除器件本身如工作電壓范圍等不相容因素，使系統(tǒng)能控制更多外部設(shè)備，同時預(yù)留了剩余的5個驅(qū)動引腳，用于驅(qū)動、擴展其他外部設(shè)備。日Cc1345678I229□12)1602是一種雙行16字符液晶顯示模塊，其外形如圖3.6所示。模塊有16個引腳，引腳說明見表3.1。該模塊在制作時已經(jīng)內(nèi)置了字符庫與80×8位的片內(nèi)RAM緩沖區(qū)，所以不必單獨制作驅(qū)動程序和相關(guān)電路，為開發(fā)節(jié)約了很多時間，模塊的硬件連接圖如圖3.7所示，可見電路本身相當簡單，其中滑動變阻器RW與第3引腳相連，影響液晶顯示偏壓信號VL,用來調(diào)整顯示屏的對比度。表3.1SMC1602ALCM液晶顯示模塊引腳說明引腳標號符號引腳說明1電源地2電源正極3液晶顯示偏壓信號4數(shù)據(jù)/命令選擇端(H/L)5讀/寫選擇端(H/L)6E使能信號數(shù)據(jù)I/O背光源正極背光源負極圖3.7圖3.7顯示模塊硬件連接圖示的基本操作時序分以下4個：顯示模塊的初始化及復位過程依次為：延時15ms,寫指令0x38,延時5ms,寫指令0x38,延時5ms,寫指令0x38,檢測忙信號，寫指令0x38設(shè)置顯示模式，寫指令0x08顯示關(guān)閉，寫指令0x01顯示清屏，寫指令0x06設(shè)置顯示系統(tǒng)運行時需要注意一點，模塊初始化或復位之后，每次進行數(shù)據(jù)讀/寫之前均需要檢測讀寫忙信號，確保狀態(tài)字STA7為0。在實際應(yīng)用中，單片機的工作環(huán)境很復雜，易受到來自各方面的干擾，使內(nèi)部指針混亂或者進入死鎖狀態(tài)導致整個系統(tǒng)的無響應(yīng)或者崩潰，為了解決這一問題，通常會在設(shè)計中加入程序運行時間(RuntimeMonitoring)監(jiān)控電路，即“看門狗(Watchdog)”技術(shù)，當監(jiān)測到程序運行時間超出預(yù)設(shè)值時自動復位系統(tǒng)，將系統(tǒng)指針強制指向0000H入口，使程序脫離死循環(huán)，可有效解決軟件系本設(shè)計使用的STC89C51單片機內(nèi)置有硬件看門狗，使看門狗的配置極大地簡化，僅需要將對應(yīng)的特殊功能寄存器ENWDT賦給啟動值即可完成看門狗的啟用?？撮T狗的命令碼見表3.2。助記符地址名稱76543210重置值寄存器PS2PPS1PS0其中，ENWDT為看門狗允許位，當值為“1”時，看門狗啟動；此位置“0”;IDLEWDT為看門狗“空閑模定時器在空閑模式下任然計時，置“0”時則不會在空閑模式下計時。PS2,PS1,PS0為看門狗計時器預(yù)分頻值，預(yù)分頻值如表3.3所示。預(yù)分頻值00020014章章小結(jié)0108011100101110111看門狗定時器溢出時間可由公式“溢出時間=(N×預(yù)分頻×32768)/時鐘頻率”推算，其中N是單片機工作周期T。例如當單片機工作在12T、12MHz,預(yù)3.6通訊與下載電路設(shè)計由于RS-232標準規(guī)定發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD和接受數(shù)據(jù)線RXD采用EIA電平，即傳送數(shù)字“1”時，傳輸線上的電平在-3~-15V之間；傳送數(shù)字“0”時，傳輸線上的電平在+3~+15V之間。但單片機串行口采用正邏輯的TTL電平，這樣就存在TTL電平與EIA電平的轉(zhuǎn)換問題，例如當單片機和PC進行串行通行時，PCCOM1或者COM2口發(fā)送引腳TXD信號是EIA電平，不能直接與單片機串行口接收端RXD引腳相連；同樣單片機串行口發(fā)送端TXD引腳輸出信號采用故在通訊電路中加入一片MAX232CPE芯片進行電平轉(zhuǎn)換，這樣可以實現(xiàn)程序與PC進行通訊時，系統(tǒng)通過串口—USB轉(zhuǎn)接線與PC連接，通過下載軟件將程序下載到單片機中，通訊模塊的硬件原理圖見圖3.8。圖3.8通訊模塊硬件連接圖本章對火災(zāi)報警系統(tǒng)的各個硬件模塊設(shè)計作了詳細介紹，選擇STC89C51作為系統(tǒng)處理器。詳細介紹了傳感器信息采集電路、示警與顯示電路、看門狗和通信模塊的設(shè)計。實現(xiàn)了整個系統(tǒng)各模塊功能的結(jié)合和報警系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計本章將詳細介紹火災(zāi)報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計過程，從系統(tǒng)功能對軟件設(shè)計的嵌入式系統(tǒng)(EmbeddedSystem)是當今最熱門的概念之一。根據(jù)IEEE(國際電氣和電子工程師協(xié)會)的定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機器和車間運行的裝置”(英文原文是Devicesusedtocontrolmonitor,orassisttheoperationofequipmentmachineorplants),從這個定義可以看出，嵌入式系統(tǒng)是如果從功能角度定義，嵌入式系統(tǒng)可以視為執(zhí)行獨立功能的專用計算機系件，及嵌入式存儲器中的微型操作系統(tǒng)和控制應(yīng)用軟件組成，實現(xiàn)諸如實時控(2)嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導體技術(shù)和電子技術(shù)以及各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物.這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資(3)嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需求對軟硬件進行裁剪，滿足應(yīng)用系統(tǒng)的由于嵌入式系統(tǒng)本身是一個外延極廣的名詞，凡是與產(chǎn)品結(jié)合在一起的具統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格(2)設(shè)計反映的這些系統(tǒng)通常是更大系統(tǒng)中的一個完整的部分，稱為嵌字機頂盒DST(DigitalSet-Topbox)可以說在很多家庭娛樂場所中找到，本身就是一個嵌入式系統(tǒng)，數(shù)字音物視頻解碼系統(tǒng)，稱為A/V解碼器，是DST中一個完凡是與產(chǎn)品結(jié)合在一起的具有嵌入式特點的控制系統(tǒng)都可以叫嵌入式系統(tǒng)。本系統(tǒng)的設(shè)計是以51系列單片機為核心展開的，該系列單片機所采用的技術(shù)已經(jīng)相當成熟，針對此系列單片機開發(fā)過程發(fā)布的指令集也相當齊全，極大的簡化了設(shè)計過程，考慮到軟件開發(fā)的編程難度，單片機的軟件設(shè)計使用C語C語言是一種通用編程語言，既可用于PC程序設(shè)計，也可以對單片機進行程序設(shè)計，由于C語言既有高級語言很強的表達性和運算能力，又可以像低級率上來看C語言設(shè)計的軟件代碼冗余度較匯編代碼更高，但卻具有匯編程序不由于匯編程序開發(fā)周期長，調(diào)試相對困難，程序可讀性低等缺點，故使用C語設(shè)計所采用由KeilSoftware基于Windows開發(fā)的KeilμVision3單片機開發(fā)的KEIL8051工具包括C編譯器宏匯編器連接/定位器目標代碼到HEX的轉(zhuǎn)換b)器件庫用來配置開發(fā)工具設(shè)置；f)源代碼級CPU和外圍器件的調(diào)試器；g)使用高級GDIAGDI接口在目標硬件上進行軟件調(diào)試/同Monitor-51進行通信。如圖4.1所示。國×興16E//下面是主函數(shù)雪圖4.1KeilμVision3軟件開發(fā)界面化以便開始系統(tǒng)自檢，隨后系統(tǒng)進入自檢階段，軟件將根據(jù)各個傳感器返回的信息判斷傳感器功能是都正常，若發(fā)現(xiàn)異常將及時把錯誤信息顯示出來，同時掛起系統(tǒng)，避免繼續(xù)運行對系統(tǒng)可能造成的損害，若傳感器正常，系統(tǒng)會根據(jù)環(huán)境溫度對照事先寫入的環(huán)境權(quán)重數(shù)值表分配變量權(quán)值；然后系統(tǒng)開始進入循環(huán)檢測各個傳感器返回數(shù)據(jù)的監(jiān)控狀態(tài)，每一次遍歷傳感器返回信息后，將數(shù)據(jù)進行分析，判斷是否有異常狀況，數(shù)據(jù)判斷方式根據(jù)設(shè)計的權(quán)重算法進行模軟件總體流程圖見圖4.2。軟件總體流程圖見圖4.2。開始W初始化傳感器系統(tǒng)自檢示結(jié)束傳感器是否異常?否讀取傳感器數(shù)據(jù)▼是是否異常?否是否氣體異常?否是否暗火火災(zāi)?否是否明火火災(zāi)?否其它異常提示是是是氣體濃度異常暗火火災(zāi)報警明火火災(zāi)報警1)火災(zāi)初期示警：2)暗火火災(zāi)告警：火災(zāi)從初期開始繼續(xù)發(fā)展，煙霧和一氧化碳濃度會繼續(xù)升高，溫度開始上升，但由于仍然沒有明火，仍然不會使溫度達到報警閾值，此時系統(tǒng)通過傳感器檢測到氣體和煙霧濃度的繼續(xù)升高，將啟動蜂鳴器進行報警，同時將暗火火災(zāi)的消息顯示出來。3)明火火災(zāi)示警：當火災(zāi)發(fā)生至產(chǎn)生明火的狀態(tài)時火勢已經(jīng)具有一定的規(guī)模了，由于明火的出現(xiàn)，溫度會很快上升，同時消耗掉一定的一氧化碳和煙霧，使這兩者的測量到溫度的快速上升同時存在煙霧和易燃氣體時將顯示明火火災(zāi)報警消息，并啟4.4軟件模塊功能與設(shè)計4.4.1系統(tǒng)自檢模塊設(shè)計系統(tǒng)自檢模塊的功能是完成系統(tǒng)初期的傳感器功能檢測，測試傳感器是否延時，防止因為系統(tǒng)初啟動不穩(wěn)定造成的讀數(shù)錯誤，之后程序會依次啟動各個傳感器所在的A/D轉(zhuǎn)換器讀取信號，依據(jù)各傳感器參數(shù)，若溫度傳感器故障或拔出時，A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓將為5V,轉(zhuǎn)換結(jié)果將是255,則將此數(shù)據(jù)作為判斷溫度傳感器是否正常的判斷標準，而一氧化碳傳感器和煙霧傳感器故障或拔出時，A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓為0,相應(yīng)輸出值為0,則將此數(shù)據(jù)作為判斷煙圖4.3圖4.3自檢模塊軟件流程圖傳感器檢測確認無誤之后， 然后根據(jù)讀取到的溫度信息對照權(quán)值分配表進行權(quán)值分配，最后進入系統(tǒng)正式運軟件流程圖如圖模塊換器的采樣與轉(zhuǎn)換速度很快，往往會產(chǎn)生很多重復值，故設(shè)計了一個采樣延遲和多次采樣平均值開始延時500μsV檢測溫度傳感器是否正常?是檢測CO傳感器是感器V是對照表分配V系統(tǒng)掛起顯示錯誤事系統(tǒng)掛起顯示錯誤V系統(tǒng)掛起A/D轉(zhuǎn)換之后，每一次采樣之前會延時1ms,除此之外每次讀取的數(shù)據(jù)并不送buffer[j-1]=buffer[}temp=(uint)(((float)tem4.4.3數(shù)據(jù)處理與報警模塊數(shù)據(jù)到警戒值?否總體評估值自減總體評估值按權(quán)值累加值?分析數(shù)據(jù)比例分析數(shù)據(jù)比例值?是符合氣體警告?否符合氣體警告?否告?否符合明火警告?否 是警告啟動蜂鳴器報警顯示其他異常警告本設(shè)計為了解決許多火災(zāi)報警系統(tǒng)存在的誤警及適應(yīng)性問題，設(shè)計了基于權(quán)重分配與時間積累的判斷算法，通過設(shè)置全局變量，當數(shù)據(jù)超過系統(tǒng)警戒閾值時，根據(jù)各數(shù)據(jù)的權(quán)值進行累加運算，當全局變量的累加值增長到一定程度理與分析的流程圖如圖4.4所示。模糊判斷與示警模塊軟件設(shè)計，比較詳細的說明了各個模塊程序的流程圖和實現(xiàn)功能，使整個系統(tǒng)在軟件系統(tǒng)的支持下完全實現(xiàn)了火災(zāi)報警的功第五章系統(tǒng)硬件制作及調(diào)試單片機系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開的，許多硬件錯誤是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。在硬件設(shè)計中需要在保證電路的可行性，之后就可以通過下載程序到系統(tǒng)中進行調(diào)試了，系統(tǒng)的調(diào)試不僅是對系統(tǒng)功能的檢驗，也是對系統(tǒng)在運行中可能出現(xiàn)的問題的檢測，并針對問題做出可行的解決方案。顯示功能對整個系統(tǒng)的正常運行有著極其重要的作用，不僅關(guān)系到運行狀態(tài)的檢測、警示信息的顯示，還關(guān)系到系統(tǒng)的調(diào)式和維護，所以顯示功能的正常與否顯得很重要，在調(diào)試中，使用了一段簡單的程序來檢測1602顯示模塊能否voidL1602_init(void)}voidL1602_string(ucharhang,ucharlie,uchar*p)L1602_string(2,1,"ABCDED3這一段程序的功能是在顯示模塊上的兩行分別顯示字符串“1234560123456789”和“ABCDEDGHIJKLMNOP”,如果顯示模塊功能正常則會顯示出正常的兩行字符，反之，則不會顯示或出現(xiàn)亂碼。顯示效果如圖5.1圖在載后進行系統(tǒng)行字符，4參EXT解世整世w招于E蓋2B可知該顯示模塊功能正常。5.1.2報警器功能調(diào)試蜂鳴器在本設(shè)計中的作用主要在于發(fā)出警報聲響以提示操作人員，蜂鳴器發(fā)聲的原理是使用單片機的定時器定時，按照一定音調(diào)所對應(yīng)的頻率產(chǎn)生驅(qū)動信號并使用另一個計時器控制發(fā)音的持續(xù)時間，使蜂鳴器發(fā)出對應(yīng)頻率和長短的聲音。調(diào)試蜂鳴器模塊使用一下一段程序：voidPlay_Song(uchari)if(Temp1==0xFF)}}}音符的頻率根據(jù)標準音頻表設(shè)計，由于單片機使用12MHz的晶振，計時器將以方式一產(chǎn)生10ms的定時中斷，定時器初始值為D8FOH,之后在播放調(diào)用過程中配合循環(huán)產(chǎn)生相應(yīng)的節(jié)拍時間。功能調(diào)試時，該程序能夠成功驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出歌曲的聲音，故證明蜂鳴器報警模塊工作正常。系統(tǒng)運行中一共有多種報警方式及警告級別，在整體運行調(diào)試中，將通過使系統(tǒng)處于各種環(huán)境條件下進行行為測試，整個測試過程及系統(tǒng)行為記錄見表5-1。其中由于一氧化碳的測試具有一定危險性，調(diào)試時使用模擬電壓輸入代替表5-1系統(tǒng)整體運行調(diào)試行為記錄溫度示數(shù)CO示數(shù)(ppm)煙霧示數(shù)(%/inch’屏幕顯示蜂鳴器鳴響0各數(shù)據(jù)示數(shù)否0各數(shù)據(jù)示數(shù)否0各數(shù)據(jù)示數(shù)否0各數(shù)據(jù)示數(shù)否0否0否0否各數(shù)據(jù)示數(shù)否各數(shù)據(jù)示數(shù)否各數(shù)據(jù)示數(shù)否各數(shù)據(jù)示數(shù)否否否否0各數(shù)據(jù)示數(shù)否0各數(shù)據(jù)示數(shù)否0各數(shù)據(jù)示數(shù)否0各數(shù)據(jù)示數(shù)否0否0否0否否是是否否是是是是此外，還進行了系統(tǒng)自檢功能的調(diào)試，在系統(tǒng)啟動前拔去不同的傳感器模擬傳感器故障，在系統(tǒng)運行后檢測能否如預(yù)期一樣檢測到傳感器的異常，運行表5-2系統(tǒng)自檢行為記錄各傳感器狀態(tài)(插入/拔出)屏幕顯示溫度傳感器CO傳感器煙霧傳感器插入插入插入無，進入讀數(shù)顯示插入插入拔出插入拔出插入插入拔出拔出拔出插入插入拔出插入拔出拔出拔出插入拔出拔出拔出觀察表5-2可見，如同系統(tǒng)自檢模塊的軟異常后會在顯示消息后掛起而不會再檢測其余傳感器，這樣的順序檢測設(shè)計使最后是煙霧傳感器。因此有了如表5-2中所示的提示模式。本章大致介紹了各硬件模塊的功能調(diào)試與系統(tǒng)整體運行的調(diào)試結(jié)果，對在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)了一些存在的誤差情況從軟件設(shè)計上進行了一些修改，但整體運行仍存在著一定誤差，此外系統(tǒng)自檢中對傳感器的檢測方式仍沒有適當?shù)乃惴▽⒒馂?zāi)報警系統(tǒng)對現(xiàn)代建筑起著極其重要的安全保障作用，研制火災(zāi)報警系統(tǒng)的目的是改變我國防火報警技術(shù)的落后現(xiàn)狀，提高我國防火報警產(chǎn)品的水本文對火災(zāi)報警系統(tǒng)進行了深入的分析，設(shè)計了火災(zāi)報警系統(tǒng)，該報警系統(tǒng)能ME4-CO三種傳感器，可以利用傳感器之間的互補作用來大大減小整個系統(tǒng)的誤差；采用了一種改進的差動放大電路，使得放大倍數(shù)可連續(xù)性的調(diào)整，同時也保證了不同傳感器放大倍數(shù)不同的要求，降低了系統(tǒng)成本；采用蜂鳴器與液晶顯示報警，達到及時告知使用處理現(xiàn)場事故，疏散人群的目的，系統(tǒng)設(shè)置了在設(shè)計過程中，我學到了很多新的東西，并且把以前學的不好的知識又重新鞏固了一遍，雖然還達不到隨便使用的程度，但還是進一步加深了理解與認地運用Visio,Office等應(yīng)用軟件。通過完成畢業(yè)設(shè)計我初步明白了怎樣把所學的知識運用到實踐中來，終于能夠做到學以致用，同時也大大提高了我的動手器智能火災(zāi)報警器電路原理圖m序號元件元件符號數(shù)量圖中符號1三端穩(wěn)壓集成電路12三端穩(wěn)壓集成電路13三端穩(wěn)壓集成電路14三端穩(wěn)壓集成電路1551單片機16MAX232芯片17復合晶體管1829液晶顯示器1蜂鳴器1溫度傳感器1煙霧傳感器1一氧化碳傳感器1電阻R若干電感L若干電容C若干二極管D若干發(fā)光二極管若干變壓器T1滑動變阻器1開關(guān)K2導線若干#defineucharunsignedchar//煙霧濃度告警閾值(%)unsignedcharTMPH,TMPL,CunsignedcharcodeVOICE[]={0x26,0x20,0x20,0x20,0//alert()函數(shù)報警音頻數(shù)據(jù)uintwarn_flag,tmp_h,gas_h,suintAD_Filter_3(voiuintDate_Buffer[30]={0},temp;uchari;Date_Buffer[i]=AD_Chadelay(148);1/**************************************************************************************************************************voidalert(uintAddr)if(Templ==0xFF){{{/************************************************************************************************************************uintt;/***************************************************************************************************************************uintj;j=(255-temp)*3.92;//CO濃度水平/**********************************************************smk_chk()煙霧濃度檢測函數(shù)**************************************************************uintj;/**********************************************************systemchk(系統(tǒng)自檢函數(shù)*********************************************************L1602_string(2,1,"PleaseCheck!");{L1602_string(2,1,"PleaseCheck!");{/***********************************************************************************************************************voidfuzzy_judge(void){temp=tmp_h*t_q+gas_h*g_q+sm/******************************DE使用數(shù)據(jù)**********************************************************************************L1602_string(1,1,"C//一氧化碳泄露告警{{L1602_string(1,1,"InFlameAlert!!!");//明火火災(zāi)告警L1602_string(1,1,"etc.Warnning!!!");//其他異常告警}L1602_string(1,1,"Tm參考文獻[1]張愛羚.國內(nèi)外自動滅火系統(tǒng)發(fā)展概況及趨勢研究[J].科技致富向?qū)В?010(21):13~16.[2]史世曉，楊偉等.淺談火災(zāi)自動報警技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國科技信息，2010(20);24~25.[3]謝望.煙霧傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].儀器儀表用戶，2006:21~23.[4]金發(fā)慶.傳感器技術(shù)與應(yīng)用[D].北京：機械工業(yè)出版社，2004.[5]黃賢武，鄭筱霞.傳感器原理與應(yīng)用(第二版)[M].北京：高等教育出版社，2006.[6]符青松.智能火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].武漢理工大學，[7]張紅蘭等.基于多傳感器的智能火災(zāi)報警器的設(shè)計[J].儀器儀表用戶，[8]范新民.火災(zāi)報警器電源[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學校學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