1、m加呼於廳n畢業論文學生姓名學院專 業題目苗笛 學號 171107064物理與電子電氣工程學院電子信息工程基于單片機的火災報警器指導教師葛恒清副教授/碩士2015 年 5 月畢業論文獨創性聲明木人鄭重聲明：本論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。本論 文除引文外所有實驗、數據和有關材料均是真實的。盡我所知，除了文中特 別加以標注和致謝的地方外，論文屮不包含其他人已經發表或撰寫過的研究 成果。其他同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表 示了謝意。作者簽名：日 期：摘要:本文為了能夠及時的發現火災并準確、迅速的匯報，利用單片機80c5k集成語 音芯片1sd142

2、0,集成溫度傳感器ad590，氣體傳感器tgs202等，使用多個傳感器的信息 融合技術，完成語咅報警的實用、穩定的單片機火災報警系統。關鍵詞:火災報警，單片機，傳感器abstract： in order to can be found quickly and accurately, and the fire report, the use of single-chip 80c51, integrated voice chip isd1420, integrated temperature sensor ad590 and gas sensor tgs202,using multi-sensor

3、 information fusion technology, practical, complete voice alarm fire alarm system reliable microcontrollerkeywords :fire alarm , scm , transducer目錄1. 1緒論81.2國內外研究現狀82.1系統總體功能概述82. 2系統硬件總體構架92.3系統軟件總體構架102.3. 1火災探測器的原理113.1系統核心芯片選擇123.1. 1. ad590溫度傳感器123. 1. 2 tgs202氣體傳感器133.1. 3 isd1420各引腳及功能介紹143.1

4、.4 80c51芯片的引腳及功能153. 1.5 a/d轉換芯片173.1.6數碼管顯示電路193.2單片機外圍接口電路203.2. 1晶體電路203.2.2復位電路203.3數據采集電路213.4信號處理電路243.5報警電路253.5. 1語音報警電路253. 5. 2光報警電路253.6數碼管顯示電路264.1火災報警系統程序設計274.1. 1主程序流程圖274.1. 2主程序初始化流程圖294. 2數據采集子程序294.3火災判斷與報警程序31參考文獻33致謝34附錄135附錄2351.1緒論火災對人類生命財產和社會安全構成了極大的威脅，由此引起的重大安全事故比比 皆是，所以人類一直

5、也未停止過對它的研究。隨著樓宇建設技術的的發展，對防火的要求會更高，進而對火災報警器的要求也更高, 所以越來越多的人接受無線火災報警系統。無線火災報警系統冇以下優勢：容易安裝、不 需要布線、能最大限度降低建筑物表面的破壞、具有很強的適應性等特點。有關資料顯示, 任何地方安裝火災報警系統發生火災一般能及時報警，大大減少火災隱患。1.2國內外的研究現狀近些年，選用無線通信的火災自動報警系統在其他一些國家逐漸流行。無線電通信技 術被運用在這種系統屮，傳統的冇線通信方式替代通信，通過對信息的傳輸與控制的無線 連接，將大多的電器連接在一起，適用于各類建筑和場所。無線火災自動報警系統起初僅 特殊場合使用，

6、如博物館、名眺古跡等不方便布線的場合，但是其價格比較高。隨著科 技進步和元器件成本的降低，研發和生成無線火災自動報警系統的成本也隨之降低，無論 是性能和價格，都具有很強的競爭力，其市場潛力已經嶄露頭角。在我國，選用的無線通信的火災自動報警系統逐步受到重視。因為擁有安裝簡便、對 建筑物無損壞作業、靈活性好，適用于許多場合，如名勝古跡、博物館、展覽屮心、處于 施工階段的建筑物、醫院等。火災自動報警系統的智能性表現在火災判決和統籌管理方面, 大體上可分為分散式、集屮式和分布式，分散式系統是由非智能型控制器若干智能型探測 節點組成，由探測節點完成火災狀態的判斷;集屮式系統是由智能型控制器和若干非智能

7、探測節點構成，探測節點僅將火災參量傳送給控制器，由控制器智能地判斷火災狀態；分 布式系統的控制器和探測節點均為智能型，也是今后火災自動報警系統的發展方向間。2.1系統總體功能概述火災報警系統大體上是由火災探測器和報警器組成。火災探測器的工作原理是通過火 的物理和化學現象從氣體，煙粒，溫度和光的檢測。火災探測信號再傳輸到火災報警控制 器的屯氣信號。整體屯路的框圖如圖22所示：狀態指示燈聲音報警單片機濃度顯示按鍵圖2-2 系統原理及組成框圖2. 2系統硬件總體構架報警系統主要原件：單片機控制模塊、數據采集模塊、聲光報警模塊。圖2.3為火災 報警系統的框圖。圖2.3系統結構框圖單片機整個報警系統的核

8、心，系統的工作原理：首先通過溫度傳感器和煙霧傳感器將 現場的溫度、煙霧濃度等非電量信號轉化成電信號，傳感器輸出的電信號電路調理(放大, 通過過濾)。使之達到a /d轉換的要求,溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號由a /d 轉換電路換成數字信號，單片機判斷現場是否發生火災。木文設計單片機火災報警系統具有以下特:點：(1) 可以在室內檢測二氧化碳、一氧化碳和溫度,實現聲光雙重報警的功能。(2) 系統故障報警功能：當系統出現故障(碩件)時，發岀故障報警信號。(3) 異常報警功能：當環境煙霧濃度和溫度發生巨大變化時，異常報警信號就會被發 出，捉醒人們即將發生火災或者火災已經發生，進而使人們能夠最大限

9、度的避免火災引發 的災害。(4) 消防報警功能：當煙霧和溫度異常，立即發出聲音報警，火災報警燈閃爍。2. 3系統軟件總體構架為方便系統維護和功能擴展，應用模塊化設計方法屮的子程序調用，統籌各模塊。流 程圖如圖2. 4所示。圖2.4程序流程圖為了降低誤報率，系統應該多次采集、多次判斷。系統通過多次采集的數據根據對現場情況進行多次的判斷，最終對火情進行判斷。主程序選用循環體：系統通電后，初始化系 統的各部分的程序，然后初始化芯片內部的程序，最終收集報警系統中的數據，包括數據 通信任務和查詢判斷任務。2. 3.1火災探測器的原理火災發生時，會產生煙霧、高溫和火光，探測器能墩感的接收這些信息。當感測到

10、顆 粒、高溫、火光時，它的常態就會改變，進而引起電信號或機械部分發生變化或位移，再 經放大、信號的傳輸等過程發出警報。3. 1系統核心芯片選擇3. 1. 1 ad590溫度傳感器本文采用氣體傳感器tgs202與溫度傳感器ad590作為系統的敏感元件。圖3-1所示ad590電路。因為ad590是電流型的溫度傳感器，他的輸出同絕對溫度成 正比，即1 ua/k,而數模轉換芯片adc0809的輸入要求是電壓量。圖3-1 ad590應用電路圖ad590特點:1、測溫范圍:-55°c+150°co2、電源電壓范圍為4v-30vo3、輸出屯阻為710mq；4、精度高。ad590有i、j、

11、k、l、m五個檔，其中m檔精度最高，非線形誤差土0. 3°c。3. 1. 2 tgs202氣體傳感器c02和co是火災中主要氣體煙霧。tgs202傳感器能探測co?, co,甲烷、煤氣等多種 氣體，適用于探測火災屮氣體。如圖3-2所示，當傳感器在tgs202探測到co?或co時，內 阻變小，必快速增加。當氣體濃度達到一定程度(如co濃度達到0106%)時，端得到一個 適當的電壓。vitos2q2vattv2r圖3-2 tgs202應用電路3. 1. 3 isd1420各引腳及其功能介紹a0vccdalreca2a3xclk<a4a5redplaencplayncncanao“

12、isd1420aoa7anaiagcncrefvssdvssamicvccasp*sp261118147891028272019丄23456252423222?171615圖33 isd1420引腳電源(vcca, vccd):芯片里而的模擬和數字電路用不同的電源總線，并冃分別引到 外封裝上，可以降低噪聲。地線(vssa, vssd):芯片內部的模擬和數字電路用不同的地線。錄音(/rec):設置低電平有效,保證只要/rec變低，芯片就錄音。 邊沿觸發放音(/playe):此端岀現下降沿時，芯片開始放音。電平觸發放音(/playl): 一個下降沿端，芯片開始回放。錄音指示(/recled):在記

13、錄的狀態，為低，可以驅動led。話筒參考（mic ref）:前置放大器的反向輸入。自動增益控制（agc） : agc動態調節器整前置以補償話筒輸入屯平的寬幅變化，失真都 能保持最小。模擬輸出（ana out）:前置放大器輸出。模擬輸入（ana in）:輸入信號的芯片記錄結束。喇叭輸出（sp+、sp-）:這對輸出端可用16q以上的喇叭。單端使用吋必須在輸出端和 喇叭間接耦合電容，而雙端輸出既不用電容又能將功率提高4倍。錄音吋，它們都呈高 阻態；節屯模式下，它們保持為低屯平。外部吋鐘（xclk）：此端內部有下拉元件，不用吋應接地。地址（a0a7）:地址端有兩個作用，取決于最高（msb）兩位a7、a

14、6的狀態。（1）語音段的尋址語音芯片與單片機常通過串行口將通常進行輔助電路的，可以實現吋間的串口。定義 好串行口的工作方式（串行口控制寄存器scon字節地址為98h,可位尋址）,當曲按鍵 輸入或其它需耍語音輸出吋，串行口向cpu申請中斷，響應中斷后，cpu可以從串口輸出 數據識別語音段數，語音信號。屮斷由軟件發送結朿后清零。3.1.4 80c51芯片的引腳及功能u119>xtal1po.o/adop0.1/ad1393837p0.2/ad218xtal236p0 3/ad335"3p0.4/ad4p0.5/ad5p0.6/ad69rst32p0.7/ad721p2 0/a822

15、p2 1/a9292324p2 2/a10psenp2 3/a113025alep2 4/a123126p2.5/a13ca27*28p2.6/a14p2.7/a151prop3.0/rxd10211pitp3.1/txd312p1.2p3.2/int0413p1.3p3.3/int1514p1.4 p1 5 p1 6p3.4/t0p3 5/t1p3 6wr615716817p3 7/rdr i80c511pl.0vccpl.lpo.odi rnn i40393384r l.zrv. 12da c37pl.4p0.3pi ca36635rd1 ann <34sr 1.0339r i. /

16、yu.oppe：dh 73210kxofu. /3111fs.uha fftxd p3.1alet*tn dlnc'xrv301513wt 1 di qd"> n2814taa127151 u fstf厶丄t1 di cdc261617vn xvf厶rdp3.7p2.4vt at1c24is2319aj-h 1 1f厶 n20aj-ai zjr2.0vw721s0c51圖3-4 80c51芯片的引腳圖（1）電源引腳vcc和vssvcc （40腳）:接+5v電源正端;vss （20腳）:接+5v電源正端。（2）外接晶振引腳xtal1和xtal2xtal1 （19腳）:接外

17、部石英晶體的一端。在單片機里面，它是一個反相放大器的輸 入端，這個放大器構成采用外部吋鐘吋，對t hm0s單片機，該引腳接地；對t ch0ms單 片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。xtal2 （18腳）:接外部晶體的另一端。在單片機連接反向放大器，在片上振蕩器的 輸出端。（3） 控制信號或與其它電源復用引腳_控制信號或與其它屯源復用引腳有rst/vpd、me/p、psen和ea/vpp等4種形式。（a）rsvvpd （9腳）:rst復位vpd作為后備電源，作為保護段。（b）ale/ p （30腳）:當訪問外部存儲器吋，ale （允許地址鎖存信號）以每機器 周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現在

18、p0 口的低（c）psen（29腳）：片外程序存儲器讀選通輸出端,低電平有用。（d）ea/vpp （31腳）：ea為訪問外部程序儲器控制信號,低電平有效。（4）輸入/輸出（t/0）引腳 p0 口、p1 口、p2 口及 p3 口（a）p0 口 （39腳22腳）:p0.0p0.7統稱為p0 口。當不接外部存儲器與不擴展 i/o接口吋，它可作為準雙向8位輸入/輸出接口。當接有外部程序存儲器或擴展i/o m 時，p0 口為地址/數據分吋復用口。它分吋提供8位雙向數據總線。對于片內含冇eprom 的單片機，當eprom編程時，從p0 口輸入指令字節，而當檢驗程序時，則輸出指令字節。（b）p1 口（1腳8

19、腳）:p1.0p1.7統稱為p1 口，可作為準雙向i/o接口使用。對 于mcs52子系列單片機,p1.0和pl. 1還有第2功能:p1.0 口用作定時器/計數器2的 計數脈沖輸入端t2； pl. 1用作定吋器/計數器2的外部控制端t2exo對于eprom編程和 進行程序校驗吋，p0 口接收輸入的低8位地址。（c）p2 口（21腳28腳）:p2.0p2.7統稱為p2 口, 一般可作為準雙向i/o接口。 當接有外部程序存儲器或擴展i/o接口且尋址范圍超過256個字節時，p2 口用于高8位 地址總線送出高8位地址。對于eprom編程和進行程序校驗時，p2 口接收輸入的8位地 址。（d）p3 口（10

20、腳17腳）:p3.0p3.7統稱為p3 口。它為雙功能口，可以作為一般 的準雙向i/o接口，也可以將每1位用于第2功能，而且p3 口的每一條引腳均可獨立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。p3 口的第2功能見下表表1單片機p3.0管腳含義引腳第2功能p3. 0rxd （串行口輸入端0）p3. 1txd （串行口輸出端）p3. 2into （部中斷0請求輸入端，低電平有效）p3. 3int1 （中斷1請求輸入端，低電平有效）p3.4t0 （時器/計數器0計數脈沖端）p3. 5t1 （時器/計數器1數脈沖端）p3.6wr （部數據存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效）p3. 7rd （部數據存儲器讀

21、選通信號輸出端，低電平有效）綜上所述，mcs51系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點：1）單片機功能多，引腳數少，因而許多引腳具有第2功能；2）單片機對外呈3總線形式，rfp2、p0 口組成16位地址總線；由p0 口分吋復用作 為數據總線。315 a/d轉換芯片在單片機控制系統屮，控制或測量對象的冇關變量，往往是一些連續變化的模擬量， 如溫度、壓力、流量、位移、速度等物理量。但是大多數單片機本身只能識別和處理數字 量，因此必須經過模擬量到數字量的轉換（a / d轉換），才能夠實現單片機對被控對象的 識別和處理。完成a / d轉換的器件即為a / d轉換器。a / d轉換器的主要性能參數有： 分

22、辨率分辨率表示a/d轉換器對輸入信號的分辨能力。a/d轉換器的分辨率以輸出 二進制數的位數表示；（2）轉換時間轉換時間指a/d轉換器從轉換控制信號到來開始，到輸出端得到穩定的數 字信號所經過的時間。不同類型的轉換器轉換速度相差甚遠；(3) 轉換誤差轉換誤差表示a / d轉換器實際輸出的數字量和理論上的輸出數字量之間的 差別，常用最低有效位的倍數表示；(4) 線性度線性度指實際轉換器的轉移函數與理想直線的最人偏移。口前有很多類型的a/d轉換芯片，它們在轉換速度、轉換精度、分辨率以及使用價 值上都各具特色，綜合全部因索設計決定采用美國國家半導體公司生產的cmos工藝8通 道，8位逐次逼近式a/d轉

23、換器adc0809o其內部有一個8通道多路開關，它可以根據地 址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號小的一個進行a/d轉換。是口前國內應 用最廣泛的8位通用a/d芯片.a/d轉換屯路采用了常用的8位8通道數模轉換專用芯片adc0809, adc0809rtl8路模擬開 頭、地址鎖存與譯碼器、8位a/d轉換器和三態輸出鎖存緩沖器組成，芯片引腳圖如圖3-5所示，內部結構圖如圖3-6所示。12 16in3in4 -in5 -in6 -in7 - start - eoc - d3 oe - clock vcc - vref (+)gnd-dl-adc282726252423-in2 -ini一

24、in0 -a b67 os0wo9 228 219 2010 1911 18-ale -d716-d6d5d4dov ref (-)d26109start 010!圖3-5 adc0809引腳圖adc0809的引腳功能：圖36 adc0809內部結構圖d7-d0 : 8位數字量輸出引腳in0-in7 : 8位模擬量輸入引腳vcc : +5v工作電壓gxd :地ref ( + ):參考電壓正端ref (-):參考電壓負端start : a/d轉換啟動信號輸入端ale :地址鎖存允許信號輸入端adc0809的主要性能指標為：（1）分辨率為8位。（2）最大不可調誤差:adc0809為±1l

25、sb。（3）單電源+5v供電，基準電壓由外部提供，典型值為+5v,此吋允許輸入模擬電壓 為 05vo（4）具冇鎖存控制的8路模擬選通開關。（5）可鎖存三態輸出，輸出電平與ttl電平兼容。（6）轉換速度取于決芯片的吋鐘頻率。當吋釗瀕率500khz吋，轉換吋間為128u so3. 1.6數碼管顯示電路1cm7218是intersil公司生產的一種性能價格比較高的通用8位l ed數碼管驅動 電路，28腳雙列封裝,是一種多功能l ed數碼管驅動芯片,可與多種單片機接口使用。 icm7218的輸出可直接驅動l ed顯示器，不需外接驅動電路，工作電壓為+5v,其構成的顯 示電路結構簡單，使用方便。同樣由單

26、片機向1cm7218寫控制字及數據，編程部分像給外 部ram寫數據一樣簡單。當單片機寫入模式控制字icm7218以約定的方式接收顯示數據并將數據寫入靜 態顯示ram屮。數據接收結束，icm7218在掃描控制電路的控制下，按設定的譯碼模式, 以動態掃描顯示方式向段顯示驅動器和位控驅動器發出控制信號，直到下一個控制字寫入 前，不停地進行動態顯示工作。其引腳圖和內部框圖如圖37所示。id0-id7wr modesegc 0grond sege segasegb segg?dp segdjid6 segfjid5 digit iid7 icm72i8digit6 jwrite dig1t7 !mode

27、 digit4 104 vcc:idi digits iid0 一 digits id2 digit2 :【d3 digit 1:8 x 8靜態ram十六進制 譯碼器段驅動器dp控制器寫地址計數器多位器位驅動器段碼和小數點位選信號圖3-7 icm7218引腳圖及內部框圖按蕩器3.2單片機外圍接口電路3. 2. 1晶振電路晶振電路為單片機80c51工作提供時鐘信號，芯片中有一個用于構成內部振蕩器的高 增益反相放大器，引腳xtal1和xtal2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與 作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振蕩器一起構成口激振蕩器。電路中的外接石英晶 體及電容c2、c3接在放大器的

28、反饋冋路中構成并聯振蕩電路，系統的晶振電路如圖3.3 所示。由于外接電容c2、c3的容量大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩定 性、起振的難易程度及溫度穩定性，如果使用石英晶體，電容的容量大小范圍為 30pf±10pf ；如果使用陶瓷諧振，則電容容量大小為40"±10pf。木設計屮使用石英 晶體，電容的容值設定為30pfo3.2.2復位電路復位電路的基本功能是：系統上電時提供復位信號，直至系統電源穩定后，撤銷復位 信號。為可靠起見，電源穩定后還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源 插頭分合過程屮引起的抖動而影響復位。單片機在啟動時都需要復位，以

29、使cpu及系統各 部件處于確定的初始狀態，并從初態開始工作。80c51的復位信號是從rest引腳輸入到 芯片內的施密特觸發器中的。當系統處于正常工作狀態時，且振蕩器穩定后，如果rest 引腳上冇一個高電平并維持2個機器周期（24個振蕩周期）以上，則cpu就可以響應并將 系統復位。單片機系統的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位，本設計采用的是手動按 鈕復位。手動按鈕復位需耍人為在復位輸入端rest上加入高電平，采用的辦法是在rest端和 正電源vcc之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則vcc的+5v電平就會直接加到rest 端，系統復位。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數十毫秒，所以，設計完

30、全能夠 滿足復位的時間耍求。復位電路屮sw-pb為手動復位開關，電容c1可避免高頻諧波對電 路的干擾。80c51的復位電路如圖3. 8所示。1t a fp0 1p02p03匸a 4.pc-5po5p：'/p3.0ea tpp3 1ale0 p? 2pee：<1 p3 3p2 0>3 4p21n 5p21p23p汀|p2 4jip2 5j2p2 5p2*e:r亠r 亠nixndjr2d?二£d3fwlm4d?n0二rd"圖3-8 80c51品振和復位電路原理圖3.3數據采集電路本設計中的a/d使用的是通用8位芯片adc0809,煙霧、溫度傳感器的輸出端經過

31、放 大電路后分別接到adc0809的ino和ink adc0809的通道選擇地址由80c51的p0. 0 p0. 2經地址鎖存器74ls373輸出提供。芯片的兒個重要管腳功能如下：ale：地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ale線為高電平吋，地址鎖存與譯碼器 將a, b, c三條地址線的地址信號進行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進 行轉換。a, b和c為地址輸入線，用于選通in0-in7上的一路模擬量輸入.當p2. 0=0時, 與寫信號wr共同選通adc0809ostart：轉換啟動信號，當start上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始 進行a/d轉換；在轉換期間，star

32、t應保持低電平。eoc：轉換結朿信號。當eoc為高電平吋，表明轉換結束；否則，表明正在進行a/d 轉換。oe為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。oe =1,輸出轉換得到的數據；0e = 0,輸岀數據線呈高阻狀態。由于木設計屮數模轉換芯片使用的是adc0809,其工作的時鐘信號為500khz,因其內部沒有吋鐘電路，時鐘信號由外部80c51的ale瑞口提供。系統80c51與adc0809接口電 路如圖3-9所示。c231.1m壯 31.?0(3qo1'1qi02q203q3t»*q«osososq60?q?cffl61-s3? ：.3vks

33、fo vicfe)-£1z-3z-2z*1mbsale mo cmo avc© olockoutfutcnaail：8cstawtihtmeibs!ih3lnih1u3:a;dscx圖3-9-1 80c51與adc0809接口仿真電路xt s t3 ：: t: n 3 ：,? t3 j一二二二;i 壬三三二二二亍.:rz rs -：v xra ? r圖3-9 -2 80c51與adc0809接口電路原理圖當80c51的ale端口不訪問外部存儲器時,80c51的ale端以時鐘振蕩頻率的1/6輸 出固定的正脈沖信號，故品振設定12mkz,再經過二分頻屯路，單片機即可向adc08

34、09輸 ib 500khz的吋鐘信號。二分頻電路由d觸發器實現，r、s端接地，d接q非，q端作為 輸出端，clk接80c51的ale端。d觸發器的特性方程為en+i = d由于當cp二1時，d觸發器有效；cp二0時，觸發器保持原來狀態。故d觸發器能實現 對ale端口的信號二分頻。由于木火災報警系統只采集溫度、煙霧信號，經過調理的溫度、 煙霧信號分別進入adc0809的1n-0和in-1端口，其余輸入引腳接地，8個數字量輸出引 腳接80c51的p0 口。單片機的p0 口接受adc0809傳輸來8位數字量，向a/d輸出的8位 地址經地址鎖存器74ls373鎖存，選擇低3位地址作為a/d的通道選通地

35、址。adc0809通 道選通如表3lo表3.1 adc0809通道選通通入通道in01x1in2in3in4in5in6in7a00001111b00110011c01010101本設計使用74ls373作為地址鎖存器，當三態允許控制端0e為低電平時，輸岀端 0007為正常邏輯狀態，可用來驅動負載或總線。當0e為高電平時，0007呈高阻態， 既不張動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內部的邏輯操作不受影響。圖中三態允許 控制端0e接地，表示三態門一直打開。鎖存允許端le為高電平時，輸出端0007狀態 與輸入端d0d7狀態相同；當le由“1”變為“0”時，數據輸入鎖存器屮。le端接至單 片機的地址

36、鎖存允許ale端。當p20二0時，與寫信號wr共同選通adc0809o圖屮ale信號與start信號連在一起, 在wr信號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉換。當ale端口變為高電平，將74ls373 輸出端的低3位地址存入a/d的地址鎖存器中，此地址經譯碼選通8路模擬輸入之一到比 較器。start ±升沿將a/d內的寄存器清零，下降沿啟動a/d轉換，之后eoc端變成低電 平，指示轉換正在進行。例如，輸出地址f8h可選通通道1n0,實現對溫度傳感器輸出的 模擬量進行轉換；輸出地址f9h可選通通道門1,實現對煙霧傳感器輸出的模擬量進行轉 換。adc0809的轉換結束狀態信號eoc接到8

37、0c51的tnt1引腳，當a/d轉換完成后，eoc 變為高電平，表示轉換結束，結果數據已存入鎖存器，并產生產生中斷。當80c51知道a/d 轉換完成后，p20與讀信號rd共同控制下的a/d端口 0e電平變為高電平吋，輸出三態門 打開，轉換結果的數字量輸出到單片機上。3. 4信號處理電路圖3-10信號處理電路出于傳感器輸出的模擬信號比較微弱，且含冇干擾信號，所以系統需要將信號進行放 大、過濾。對于傳感器輸出的模擬信號，一般耍用運算放大器對其進行調理或放犬，以 滿足a/d轉換器對輸入模擬量幅值及極性的要求。在木報警器電路屮，同樣要對兩類傳感 器的輸出信號進行放人調理。電路圖如上圖3-10所示，運算

38、放大器接成屯壓放大屯路。 從傳感器采集過來的微弱電壓信號，經過電壓放人器的放人，得到較強的模擬電壓信號。 采樣吋，把相應的模擬電壓信號從vi端送進lm324a進行放大處理后，從vo端輸出送入 a/d轉換電路。3.5報警電路3. 5. 1語音報警電路isdi42c*:<0ncvccd ncvssdvssasp-c14recxclkfl 丄甘8anaifiefmicvcca圖312語音報警屯路ad轉換器輸出的數字信號傳輸給po i i,讀取po i i的內容跟設定的值進行判定，女口 果大于設定值，p2.1輸出低電平，控制語音芯片isd1420的發出火災語音報警.如果小于 于設定值，p2.1輸

39、出高電平，說明正常，沒冇火災發生。3. 5.1光報警電路丄23 5 6 7 -222 22 2 pp pp pvuu圖311光報警電路ad轉換器輸岀的數字信號傳輸給p0 口，讀取p0 口的內容跟設定的值進行判定，如 果大于設定值，p2.3、p2.4輸出高電平，p2.2輸岀低電平，控制紅色發光二級管的發光， 實現光報警功能.如果小于設定值，p2.2、p2.3輸出高電平，p2.4輸出低電平，控制綠色 發光二級管的發光，說明正常，沒冇火災發生。如果岀現異常情況，p2.2、p2.4輸出高電 平，p2.3輸出低電平，控制綠色發光二級管的發光。3.6數碼管顯示電路數拯采集進來并被成功地由模擬量轉化為數字量

40、后，就被傳送到系統的顯示模塊， 讓人們更直接地觀察到相關數據。在木系統屮，對led進行的是動態掃描，除了給顯示器 提供段的輸入z外，還要對顯示器進行位控制。本系統顯示用的4位七段數碼管由數碼管專用騾動芯片icm7218a騾動，分別接數碼 管的 a、b、c、d、e、f、g, digitk digit2、digit3. digit4 為位選，分別控制 4 位 數碼管的亮滅，ido-7為數據線，接單片機poli. write、mode是寫控制位和模式控制位,分別接單片機p3.6、p2.5o其電路圖如圖3-9所示。gnddpyred-cadpyred-ca4.1火災報警系統程序設計4. 1.1主程序流

41、程圖火災報警系統控制器采用主控芯片為80c51,是火災報警系統智能化的統一休現。為了方便系統維護，火災報警系統的軟件采用了模塊化程序設計方法，系統通過子程 序調用，實現各個模塊的具體功能。不僅使程序結構清晰，乂易于以后進一步擴展它功能。 本系統主要包扌舌主程序、溫度煙霧數據采集子程序、火災判斷與報警子程序等系統 程序流程圖如圖4.1所示。圖4.1程序流程圖主程序是一個無限循環體。首先，在上電z后，系統初始化各部分包括單片機輸出輸 入端i i的設置、數據存儲電路、外圍驅動電路等。緊接著報警系統的實現，數據采集程序, 確定火災報警程序。初始化后，80c51的，12 1、12 3、p2. 4為低電平

42、，12 5是高電平, 紅燈、黃燈不亮，蜂鳴器報警。4.1. 2主程序初始化流程圖圖4-2所示為主程序初始化流程圖。實現以下功能：各種i/o輸入輸岀狀態的設定、 寄存器初始化、屮斷使能。首先設定定吋器工作方式，再開系統屮斷，以響應屮斷定吋, 并對煙霧和溫度進行采樣。關閉蜂鳴器，開啟綠燈，設置報警限初值。臺定時器初始i開中斷關閉蜂鳴器，圖42主程序初始化流程圖4.2數據采集子程序數據采集是火災報警系統中的至關重要環節。為了降低誤報率，設計系統時對溫度和 煙霧兩次采集、兩次判斷。網次采集的數拯都存入單片機的寄存其中，然后將采集的數拯 與設定的閾值進行比較，判斷現場是否發生火災。具體流程是：初始化系統

43、和程序后，驅動adc0809的ino對溫度信號進行a/d轉換， 寄存器存入轉換好的數據；系統延時10ms,再次執行上一步驟。在系統延時50ms后，進 行第二次溫度煙霧信號采集，將轉換好的數據存入寄存器屮。單片機每次驅動a/d轉換后 等待外部中斷1,當adc0809的eoc端變為1時，即中斷到來，說明已經完成a/d轉換。由于是模塊化設計，報警功能是通過調用子程序實現的。一次溫度煙霧信號采集設定 延吋10ms,以保證adc0809可以進行下一次信號轉換。系統采集二次溫度煙霧信號，轉 換好的數據存入單片機的寄存器中，系統再調用了程序。溫度煙霧信號采集程序流程圖如 圖4. 3所示:圖4.2數據采集流程

44、圖在火災自動報警系統的程序設計中使用了延時程序，延時10ms的程序如下: void delayloms （uint i）while （i-）uchar i , j , k ；for （i=5 ； i>0 ； i- ）for （j=4 ； j>0 ； j）for （k=248 ； k>0 ； k- ）；4.3火災判斷與報警程序1.火災報警數據處理方法固定門限檢測法使用最早，也是應用最廣泛的探測方法，優點是計算量小且易于實 現，其原理是根據火災探測器的信號幅值作為火災報警的依據，并與固定的閾值進行比較 5：當信號幅值超過報警閾值時，則發出報警，否則解除報警。火災報警系統中，煙霧傳

45、感器輸出電壓v與煙霧濃度p關系為:v=-0.3p+5.6,溫度 傳感器使用的靈敏度是-5. 5n）v/°co本次設計，報警溫度為57° c。經過計算，得岀溫度 煙霧傳感器輸出火災報警臨界電壓值為：卩煙臨=43,血臨二0.72u系統對溫度和煙霧進行了兩次數據采集與判斷，當溫度m57°c,溫度異常，寄存器變 量a為1,否則便為0；當煙霧濃度$3.2%，煙霧濃度異常，置寄存器變量b為1,否則 為0。系統對環境判斷，間斷20s,再一次判斷現場環境的溫度煙霧信號（語音報警持續20 秒）。當系統狀態為00吋，表示正常，80c51的p2. 2 口變成低電平，綠燈亮；當系統狀態為

46、01或10時，表示異常，p2.3 口變為低電平，p2. 1 口變為低電平，黃 燈亮，蜂鳴器報警；當系統狀態為11吋，表示發生火災，p24 口變為低電平，p2. 1 口變為低電平，紅燈 亮，蜂鳴器報警。結論火災報警器能夠保障人們在生產與生活的更加安全，避免火災和爆炸事故的發生，是 防火、防爆以及安全生產必不可少的儀器，具有廣闊的市場。畢業設計通過對整個系統的努力，達到了預期的目標。通過設計一個以80c51單片機 為核心的火災報警器可以實現語音報警、溫度濃度顯示、報警限設置、延時報警等功能。 是一種結構簡易、功能穩定、廉價、智能化的火災報警器，有很高的實用價值。因為能夠 在普通環境中對環境進行監測

47、，所以具有非常重要的意義。但在過程中也冇很多不盡如人意的事情。由于電源的不穩定性，傳感器自身的特性等,a/d轉換結果波動很大，就可能出現錯誤報警。通過這樣的設計，更深入的了解和掌握這方面的知識，對專業的認識也越來越深，讓 自己喜歡的專業，做了四年的本科學習中的進一步總結。在設計過程中，自己也學到了 其他方面的知識，有很多新的感悟和體驗。并且，對工程設計的步驟有了清晰的認識，為 以后的學習、生活和研究打下了穩固的基礎。參考文獻1 vaughn bradshaw. the building environment: active and passive control systemsm. john

48、 wiley & sons, 2006.2 陳穎.基于c8051f單片機的火災智能報警控制系統的設計.人連海事大學,2007.3 于智洋.淺析智能建筑中火災自動報警系統的設計j.潛江:江漢石油科技,2008, 2:6264.4 黃鳳娟.單片機火災報警系統的設計.安徽電子倍息職業技術學院學報，2010年第1期.5 luck h 0. dedicated detection algorithms for automatic fire detection c international symposium on fire safety science: edinburgh uk, 1991.6 魏鋒.論火災報警系統的應用及發展j.科學之友.2006. 9:1112.致謝在本次畢業設計屮，我得到了指導老師葛恒清老師的悉心指導，葛老師在論文的設計 過程中提出了許多寶貴的合理建議，幫助解決畢業設計中遇到的許多問題，還不斷向我傳 授分析問題和解決問題的辦法，并指出了正確的努力方向，使得論文不斷完善。同時，論文的順利完成，離不開同學和朋友的關心和幫助。在整個的論文寫作中，各 位同學和朋友積極幫助我查資料，提供有利于論文寫作的建議和意見，在他們的幫助下， 我最終完了整個論文。在此一并感謝！大學四年的時光轉憐即逝，在黃淮學院的學習和生活是我人生中一段非常寶貴而難忘 的經歷。感謝我的母校黃