1、多路自動報警 /控制系統的設計（ 1 引言 2 正文“原理，設計，實驗，應用” 結論） 引言： 隨著城市的不斷發展，城市的住房及辦公樓也越來越集中，其中也產生了一項不利的 因素，那就是：樓宇的復雜化給小區、辦公大樓的安全帶來了更大程度上的隱患。出于安 全的考慮，也為了便于管理，大廈的智能化管理模式應用而生。同時隨著高性價比、嵌入 式微控制器的廣泛應用，作為智能大廈自動化系統一部分的火災報警 / 控制系統及紅外線防 盜系統有走向分布式智能控制系統的趨勢。這種分布式控制系統將專用微處理器置入傳統 的探測器和控制模塊及其它模塊中，使它們各自具有了數字計算和數字通信能力，由過去 的控制室設備來完成的功

2、能下載到智能化的現場設備來完成，從而適應工業控制系統向分 散化、網絡化、智能化發展的方向。 本課題主要研究的是應用單片機技術來實現現場的報警 / 控制裝置到主控制臺的多路的 自動打鈴報警系統，在這里有必要介紹一下單片機。單片機是單片微型計算機的簡稱，它 是把組成微型計算機的各功能部件：中央處理器CPU隨機存取存儲器RAM I/O接口電 路、定時器 /計數器以及串行通訊接口等部件制作在一塊集成芯片中，構成一個完整的微型 計算機。單片機的產生與發展和微處理器的產生與發展大體上同步，經歷了四個階段： 第一階段：（ 1971-1974 年）： 1971 年 11 月美國 intel 公司首先設計成集成

3、度為 2000只晶體管/片的微處理器intel4004 ，并且配有隨機存取存儲器RAM只讀存儲器ROM 和移位寄存器等芯片，構成第一臺MCS-4微型計算機。1972年4月in tel公司又 研制成功了功能較強的8位微處理器intel8008 ，在此期間FAIRCNILD公司也研制成F8微 處理器。這些微處理器雖說還不是單片機，但是從此拉開了研制單片機的序幕。 第二階段：（1974-1978年）：初級單片機階段。以in tel公司的MCS-48為代表。這 個系列的單片機內集成有8位CPU并行I/O 口、8位定時器/計數器，尋址范圍不大于 4K,且無串行口。 第三階段：（ 1978-1983 年）

4、：高性能單片機階段。在這一階段推出的單片機普遍帶 有串行口，有多級中斷處理系統、16位定時器/計數器。片內 RAM ROM容量增大，且尋址 范圍可達 64K 字節，有的還帶有 A/D 轉換器接口。這類單片機有 intel 公司的 MCS-51， MOTOROL公司的6801和ZILOG公司的Z8等。由于這類單片機的應用范圍極其廣泛，各公 司正在大力改進其結構及性能 .所以 , 這個系列的各類產品是目前國內外產品的主流 .其中 MCS-51 系列產品 ， 由于其優良的性能價格比 ， 特別適合我國的國情 ， 隨著我國經濟建設步伐 的加大 ， 在各方面得到了很大的應用 . 第四階段 :(1983-)

5、:8 位單片機鞏固發展及 16 位單片機推出階段 . 此階段主要特征是 方面發展 16 位單片機及專用單片機。另一方面不斷完善高檔 8 位單片機 , 改善其結構 ,以滿 足不同的用戶需要 . 單片機的應用領域廣泛 , 按照單片機的特點 , 單片機可分為單機應用和多機應用 . 1. 單機應用 在一個應用系統中 , 只使用一個單片機 ,這是目前應用最多的方式 , 單片機應用的主要領 域有: (1) 測控系統 . 用單片機可以構成各種工業控制系統 ,自適應控制系統 ,數據采集系統等 . 例如,溫室人工氣候控制 , 水閘自動控制 ,電鍍生產線自動控制 ,氣輪機電液調節系統 ,機器人 軸處理器等 . (

6、2) 智能儀表 .用單片機改造原有的測量 ,控制儀表 ,能促進儀表向數字化 ,智能化 ,多功 能化,綜合化,柔性化發展 .如溫度,壓力,流量,濃度顯示 ,控制儀表等 .通過采用單片機軟件 編程技術 ,使長期以來測量儀表中的誤差修正, 線形化處理等難題迎刃而解 . (3) 機電一體化產品 . 單片機與傳統的機械產品結合 , 使傳統的機械產品結構簡化 ,控制 智能化 , 構成新一代的機電一體化產品 . 例如在電傳打字機的設計中由于采用了單片機 , 取代 了近千個機械部件。在數控機床的簡易控制機中,采用單片機可提高可靠性及增強功能, 降 低控制機成本 . (4) 智能接口 . 在計算機系統 ,特別是

7、較大型的工業測控系統中 , 如果用單片機進行接口 的控制與管理 , 單片機與主機可并行工作 , 可以大大提高系統的運行速度 . 例如在大型數據采 集系統中 ,用單片機對模 / 數轉換接口進行控制不僅可提高采集速度 ,還可對數據進行預處理 如數字濾波 , 線形化處理 , 誤差修正等 . 2. 多機應用 單片機的多機應用系統可分為功能集散系統 , 并行多機處理及局部網絡系統 . (1) 功能集散系統 . 多功能集散系統是為了滿足工程系統多種外圍功能要求而設置的多 機系統 .例如一個加工中心的計算機系統除完成機床加工運行控制外, 還要控制對刀系統 , 坐 標指示,刀庫管理 ,狀態監視 ,伺服驅動等機

8、構 . (2) 并行多機控制系統 . 并行多機控制系統主要解決工程應用系統的快速性問題 ,以便構 成大型實時工程應用系統 .典型的有快速并行數據采集 ,處理系統 ,實時圖象處理系統等 . (3) 局部網絡系統 . 單片機網絡系統的出現 , 使單片機應用進入了一個新的水平. 目前單 片機構成的網絡系統主要是分布式測控系統 . 單片機主要用于系統中的通信控制 , 以及構成 各種測控子級系統 在該多路自動報警/控制系統中，主要采用了單片機的多機應用，局部網絡系統原理由 于INTEL公司的8051單片機具有較高的性價比，故采用8051作為主要部件 設計原理： 1 網絡拓撲結構 本系統的網絡拓撲結構如圖

9、 1所示，它由三個層次構成，各種探測器、控制模塊、編 碼模塊和手報按鈕等處于現場控制底層，和各個區域控制器相連區域控制器處于過程監控 層的位置，由 MCS8051單片機作為主控部件，通過驅動電路與總線回路相連，可實現和控 制器、功能模塊間的全數字通信，并實現聯動控制。管理層也采用MCS8051單片機，通過 與區域控制器交換信息，可外接振鈴實現報警、LD顯示器顯示警報來源等功能操作，如有 必要還可以通過網關聯入城市消防和110網絡監控中心，以實現雙重管理和監控，作到及 時傳送火災及竊案發生地點信息，起到快速反應的功能。 接打鈴和顯示裝置 主控制器 圖1網絡拓撲結構圖 2硬件設計: 3 軟件設計

10、主機程序： ORG 0100H AJMP GO GO: CLR P2.1 。警報復位按鈕清零 MOV R5,#1FH 。從機數 MOV R2,#00H ；被尋址從機地址 START:MOV R3,#01H ；命令從機發數據給主機 MOV R1,#60H ；數據長度送 60H ACALL KERBOARD1 。有地址輸入則轉向屏蔽地址子程序 LCALL MCOM ；調用通訊子程序 CHECK:MOV A,#61H ； 61H 的從機狀態數據送累加器 CJNZ A,#00H,ALARM 。 不 正 常 跳 到 ；正常，地址加一，繼續 ；查到 31 號機后跳到 ；讀警報復位按鈕， 。拉響警鈴 ；用十

11、進制顯示 62H NORMAL:INC R2 DJNZ R5,START LJMP GO ALARM:JB P2.1,NORMAL 轉為正常 SETB P2.3 DISPLAY:MOV A,62H ANL A,#0F0H SWAP A MOV B,#10H MUL AB MOV R6,A MOV A,#62H ANL A,#0FH 0 號機 如為高電平，則消除警報， 中的地址 ADD A,R6 MOV R6,A ANL A,#0F0H SWAP A MOV P1,A SETB P1.4 MOV A,R6 ANL A,#0FH MOV P1,A SETB P1.5 CLR P1 LJMP ALA

12、RM ；不停地報警直到有復位按鈕按下 MCOM: MOV TOMD,#20H ；初始化 T1 為定時器方式，模式 2 MOV TL1,#0F3H ；置計數器常數 MOV TH1,#0F3H SETB TR1 ；啟動計時器 T1 MOV PCON, #80H ；SMOD=1 MOV SCON,#0D8H ；串行口方式 3，允許接收， TB8=1 TX_ADDR: MOV A,R2 ；發送地址幀 SETB P2.0 ；令 SN75176B 呈發送狀態 MOV SBUF,A LOOP1:JNB TI,LOOP1 CLR TI CLR P2.0 ；令 SN75176B 呈接收狀態 RX_REPLY:J

13、BC RI,IF_AGREE ；等待從機應答 SJMP RX_REPLY IF_AGREE:MOV A,SBUF ；判斷應答地址是否符合 XRL A,R2 JZ TX_COMD COMEBACK: MOV A,#0FFH ；重新聯絡 SETB TB8 SETB P2.0 MOV SBUF,A LOOP2:JNB TI,LOOP2 CLR TI SJMP TX_ADDR TX_COMD:CLR TB8 ；地址符合，給 TB8 置 0 ， MOV A,R3 ； R3 內容為控制代碼 SETB P2.0 MOV SBUF,A ；送命令 LOOP3:JNB TI,LOOP3 CLR TI 準備送命令

14、CLR P2.0 RX_STATE: JBC RI,IF_RIGHT ；準備接收從機狀態字節 SJMP RX_STATE IF_RIGHT: MOV A,SBUF ；判從機是否接到非法命令 JBC ACC.7,GO_ON ；若正確就繼續，否則返回重新聯絡 SJMP COMEBACK GO_ON:CJNZ R3,#00H,RECEIVE ；要求從機發送就跳轉 JNB ACC.0,COMEBACK TX_BYTES:MOV A,R4 ；主機發送數據給從機 SETB P2.0 MOV SBUF,A WAIT1:JBC TI,TX_DATA SJMP WAIT1 TX_DATA: MOV A,R0 M

15、OV SBUF,A WAIT2:JNB TI,W AIT2 CLR TI INC R0 DJNZ R4,TX_DATA RET RECEIVE:CLR P2.0 JNB ACC.1,COMEBACK RX_BYTES:JNB RI,RX_BYTES MOV A,SBUF MOV R4,A MOV R1,A INC R1 RX_DATA:JNB RI,RX_DATA CLR RI SN75176B 呈接收狀態 ；從機未準備就緒跳重新聯絡 ；接收數據塊長度 ;數據塊長度存 R4，用以計數 ；數據塊長度保存在 60H 中 指向存儲數據地址 ;準備接收數據 MOV A,SBUF MOV R1,A;存放

16、數據 INC R1 ;存放指針加一 DJNZ R4,RX_DATA;未接收完就繼續 RET ;返回主程序 4 工作原理 結論： 該多路自動報警 /控制系統中，采用 8051 單片機作為區域控制器，各種探測器及手 動裝置作為外部事物輸入設備，用打鈴及 LED 來提示報警和顯示警報來源。由于采用了單 片機作為控制元件，使得原先復雜的編碼/ 譯碼電路可以用軟件來實現，大大簡化了硬件線 路。在多機通訊上采用 RS-485 總線傳輸標準，保證了信號遠距離的可靠傳輸，可完成對多 區域遠距離的監控報警與消防控制，適用于多點測量系統，具有很好的通用性和實用性。 作為一個在安全管理中十分重要的系統，該多路自動報

17、警 / 控制系統具有安全可靠的優點， 即該系統既能在出現異常情況時及時地打鈴報警又能在受干擾的環境下盡可能的不謊報。 該系統 實時性強，即控制響應（包括命令響應、報警響應等）的速度快，能實時地跟蹤現 場情況并對發生的事件進行處理；可靠性高，不但在正常的情況下能穩定可靠地工作，而 且對用戶操作和外圍設備具有很強的抗干擾能力；能和多媒體PC進行通信。且在設計時本 著生產成本與設備靈活、電路簡潔的設計原則，盡量選用了功耗低、體積小的電子器件， 有效地降低了用戶成本。 該多路報警 / 控制系統還采用了先進的分布式控制方式，即將專用微處理器置入傳統的 探測器和控制模塊及其它模塊中，使它們各自具有了數字計

18、算和數字通信能力，由過去的 控制室設備來完成的功能下載到智能化的現場設備來完成。從這個角度來看，該系統已具 備現場總線技術的部分特點，由于現場總線系統具有節省硬件數量與投資、節省安裝與維 護費用、用戶可自由選擇不同廠商所提供的設備來集成系統、設備標準化、功能模塊化等 許多優點，因而已成為工業控制領域一個新時代的開始，它也成為多路自動報警/ 控制系統 今后發展的方向。 綜合看來，該多路自動報警 / 控制系統的應用前景十分廣闊，必將憑借其廉價、安裝方 便、電路簡潔的特點成為智能樓宇開發中的首選系統。 參考文獻： 1 陽憲惠，主編 . 現場總線技術及其應用 . 第 1 版 . 北京：清華大學出版社， 1999 2 郭敏.一種新型編 /譯碼器件在報警 / 控制系統中的應用 . 計算機應用研究， 1998（5） 3 何立民.MCS-51系列單片機應用系統設計.北京：北京航空航天大學，1990 4 李華.MCS-51系列單片機實用接口技術.北