基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄TOC\o"1-3"\h\u21473摘要 頁(yè)緒論在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一?；馂?zāi)是世界上發(fā)生頻率較高的一種災(zāi)害，幾乎每天都有火災(zāi)發(fā)生，據(jù)聯(lián)合國(guó)世界火災(zāi)統(tǒng)計(jì)中心統(tǒng)計(jì)資料顯示，全球每年約發(fā)生火災(zāi)600萬至700萬次，全球每年死于火災(zāi)的人數(shù)約為65000人至75000人。歐洲和北美發(fā)生的火災(zāi)較多，死亡人數(shù)卻相對(duì)較少，這與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的生活水平高以及消防設(shè)施完善有關(guān)；亞洲居住人數(shù)最多，發(fā)生火災(zāi)次數(shù)較少，但死亡人數(shù)較多，這與亞洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度不高、消防設(shè)施不完善等因素有關(guān)?；馂?zāi)早已成為我國(guó)常發(fā)性和破壞性以及影響力最強(qiáng)的災(zāi)害之一?；馂?zāi)是世界上發(fā)生頻率較高的一種災(zāi)害，幾乎每天都有火災(zāi)發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)70年代火災(zāi)年平均損失不到2.5億元，80年代火災(zāi)年平均損失接近3.2億元。進(jìn)入90年代，特別是1993年以來，火災(zāi)造成的直接財(cái)產(chǎn)損失上升到年均十幾億元，年均死亡2000多人。隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市高層、地下以及大型綜合性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)發(fā)生的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢(shì)。一旦發(fā)生火災(zāi)，將對(duì)人的生命和財(cái)產(chǎn)造成極大的危害。嚴(yán)峻的事實(shí)證明，隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)財(cái)富日益增加，火災(zāi)給人類、社會(huì)和自然造成的危害范圍不斷擴(kuò)大，它不僅毀壞物質(zhì)財(cái)產(chǎn)，造成社會(huì)秩序的混亂，還直接危脅生命安全，給人們的心靈造成極大的傷害。殘酷的現(xiàn)實(shí)讓人們逐漸認(rèn)識(shí)到監(jiān)控預(yù)警和消防工作的重要性，良好的監(jiān)控系統(tǒng)和及時(shí)的報(bào)警機(jī)制可以大大降低人員的傷亡，為社會(huì)減少不必要的損失。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)就是為了滿足這一需求而研制出的，并且其自身的技術(shù)水平也在隨著人們需求的不斷地提高，在功能、結(jié)構(gòu)、形式等方面不斷地完善。火災(zāi)作為危害人類生存的大敵，越來越受到人們的重視。一旦發(fā)生火災(zāi)。將對(duì)人的生命財(cái)產(chǎn)造成極大的危害，于是人們開始尋求一種早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的方法，以便控制和撲滅火災(zāi)，減少損失，保障生命安全。火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就是為了滿足這一需求而研制出來的，并越來越被人們所接受，其自身技術(shù)水平也隨著人們需求的不斷提高，在功能、結(jié)構(gòu)、形式等方面不斷地完善?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能迅速監(jiān)測(cè)火情，可發(fā)現(xiàn)人們不易發(fā)覺的火災(zāi)早期特征，可將火災(zāi)帶來的生命財(cái)產(chǎn)損失降到最低限度?；馂?zāi)發(fā)生的早期，會(huì)使得燃燒物質(zhì)分解，釋放出大量的有毒氣體CO，人們可能在毫無察覺火情的情況下就發(fā)生了CO中毒，從而無力逃生，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)到CO濃度的變化，為人們提供CO濃度超標(biāo)報(bào)警信息，通知人們及時(shí)疏散?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可作為城市消防系統(tǒng)的單元，通過城市消防專用網(wǎng)與城市消防報(bào)警中心聯(lián)網(wǎng)，及時(shí)將報(bào)警信息傳遞到消防報(bào)警中心，城市消防報(bào)警中心會(huì)自動(dòng)查找到火災(zāi)發(fā)生的位置，以便消防隊(duì)員可以迅速抵達(dá)火災(zāi)地點(diǎn)?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能對(duì)火災(zāi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確報(bào)警，有著防止和減少火災(zāi)危害、保護(hù)人身安全和財(cái)產(chǎn)安全的重要意義，有著很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求硬件設(shè)計(jì)要求在硬件要求上主要從以下幾個(gè)方面來考慮：（1）設(shè)備的選型選擇性能優(yōu)良的產(chǎn)品，要把可靠性作為首要的選擇條件兼顧其經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性及適用性。（2）設(shè)備的正確配置使用與環(huán)境相符的配置設(shè)備，使設(shè)備最大限度的發(fā)揮它們的作用，使其能最早期的探測(cè)到火災(zāi)，給人與警示并聯(lián)動(dòng)滅火系統(tǒng)進(jìn)行滅火。（3）系統(tǒng)的供電選擇合理經(jīng)濟(jì)的供電方式來保證系統(tǒng)供電的可靠性，為系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供可靠的電源保障。（4）系統(tǒng)的接地良好的接地時(shí)提高電子設(shè)備電磁兼容性的重要手段之一，正確的接地才能抑制干擾的影響，而錯(cuò)誤的接地反而能引入嚴(yán)重的干擾而影響系統(tǒng)的可靠性。軟件設(shè)計(jì)要求對(duì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)軟件有如下要求：（1）實(shí)時(shí)性由于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，對(duì)于系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間要求較高，所以對(duì)應(yīng)用軟件的執(zhí)行速度有一定的要求，即能夠在采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)后，在允許的時(shí)間間隔內(nèi)，及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、處理、并做出正確判斷，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。采用C編寫，對(duì)于一些需要隨機(jī)中斷并且處理的任務(wù)，可以采用中斷系統(tǒng)來完成，并且給不同的任務(wù)設(shè)置不同的中斷優(yōu)先級(jí)，保證需要及時(shí)處理的任務(wù)可以及時(shí)被響應(yīng)。（2）靈活性和通用性為了節(jié)省內(nèi)存和具有較高的適應(yīng)能力，軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，在編寫程序的時(shí)候，采用自項(xiàng)向下的分析方法，將整個(gè)軟件系統(tǒng)劃分為若干個(gè)軟件功能模塊，然后針對(duì)每一個(gè)功能模塊編寫子程序。以后如果需要添加功能或修改現(xiàn)有功能，只需要添加或修改子程序即可。（3）可靠性在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，可靠性是至關(guān)重要的，是系統(tǒng)運(yùn)行的基本保障，為了保證系統(tǒng)軟件的可靠性，通常設(shè)計(jì)一個(gè)診斷程序，定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行診斷，也可以通過軟件診斷，防止程序失控。系統(tǒng)總體構(gòu)架火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)一般由火災(zāi)探測(cè)器、報(bào)警器組成?；馂?zāi)探測(cè)器通過對(duì)火災(zāi)發(fā)出的物理、化學(xué)現(xiàn)象——?dú)猓ㄈ紵龤怏w）、煙（煙霧粒子）、熱（溫度）的探測(cè)，將探測(cè)到的火情信號(hào)轉(zhuǎn)化成火警電信號(hào)傳遞給火災(zāi)報(bào)警控制器。報(bào)警器將接收到火警信號(hào)后經(jīng)分析處理發(fā)出報(bào)警信號(hào)，警示消防控制中心的值班人員，并在屏幕上顯示出火災(zāi)的位置。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及功能描述報(bào)警系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)控制模塊、聲光報(bào)警模塊組成。圖2-1為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)是整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的工作原理是：先通過傳感器（包括溫感和煙感）將現(xiàn)場(chǎng)溫度、煙霧等非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(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，最后由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)換，單片機(jī)判斷現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)生火災(zāi)。如果發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)以聲光的形式報(bào)警。本文設(shè)計(jì)用于小型防火單位的單片機(jī)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）能對(duì)室內(nèi)煙霧（CO2，CO）及溫度突變進(jìn)行報(bào)警，具有聲、光雙重報(bào)警功能。（2）系統(tǒng)故障報(bào)警功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障時(shí)，能發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。（3）常報(bào)警功能。當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)異常（如煙霧濃度過大或是溫度較高）時(shí)，能發(fā)出異常報(bào)警信號(hào)，引起人們注意，盡可能避免火災(zāi)的發(fā)生。（4）一旦真出現(xiàn)火災(zāi)（煙霧和溫度同時(shí)出現(xiàn)異常）時(shí)，能立即發(fā)出語音、光火災(zāi)警報(bào)。本系統(tǒng)安全可靠，誤報(bào)率低。且由于其體積小、操作維護(hù)方便、成本低廉等，具有廣闊的應(yīng)用前景。系統(tǒng)軟件流程及功能描述為了便于系統(tǒng)維護(hù)和功能擴(kuò)充，采用了模塊化程序設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)各個(gè)模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報(bào)警子程序等，系統(tǒng)程序流程圖如圖2-2所示。圖2-2程序流程圖為了降低誤報(bào)率，系統(tǒng)采用多次采集、多次判斷的方法。每次數(shù)據(jù)采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行判斷，然后綜合多次判斷結(jié)果做出最終的火情判斷。主程序是一個(gè)無限循環(huán)體，其流程是：首先在上電之后系統(tǒng)的各部分包括單片機(jī)各個(gè)端口輸入輸出的設(shè)置、外圍驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路，等完成初始化，其次是對(duì)芯片內(nèi)的程序進(jìn)行初始化，接下來執(zhí)行火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，數(shù)據(jù)通信任務(wù)和查詢判斷任務(wù)?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主控單片機(jī)選型及電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的選型單片機(jī)處理是該系統(tǒng)的信號(hào)處理核心部分，報(bào)警信號(hào)是由該單片機(jī)發(fā)出的，所選用單片機(jī)的特點(diǎn)必須適合火災(zāi)報(bào)警的需要，確保工作效率高，可靠性好，穩(wěn)定性強(qiáng)。在選擇CPU上，除了考慮性價(jià)比和執(zhí)行速率之外，還應(yīng)考慮電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。由于各傳感器的輸出都是電壓信號(hào)，所以為了減少電路的復(fù)雜性，在選擇單片機(jī)上應(yīng)當(dāng)選擇帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)，本次設(shè)計(jì)選用AT89S52系列單片機(jī)。AT89S52有40個(gè)引腳，4kbytesflash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（wdt）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。AT89S52單片機(jī)是一種低功耗高性能的CMOS8位微控制器，內(nèi)置8KB可在線編程閃存。該器件采用Atmel公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，其指令與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80C51指令集兼容。片內(nèi)程序存儲(chǔ)器允許重復(fù)在線編程，允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)內(nèi)通過SPI串行口改寫或用非易失性存儲(chǔ)器改寫。通過把通用的8位CPU與可在線下載的Flash集成在一個(gè)芯片上，AT89S52便成為一個(gè)高效的微型計(jì)算機(jī)。它的應(yīng)用范圍廣，可用于解決復(fù)雜的控制問題，且成本較低。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。圖3-1AT89S52結(jié)構(gòu)框圖圖3-2DIP-40封裝AT89S52引腳此外，AT89S52設(shè)計(jì)和配置了震蕩頻率可為12MHZ并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，cpu暫停工作，而ram定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存ram的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。主要功能特性：兼容mcs-51指令系統(tǒng)4k可反復(fù)擦寫（>1000次）ispflashrom32個(gè)雙向i/o口4.5-5.5v工作電壓2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率0-33mhz全雙工uart串行中斷口線128x8bit內(nèi)部ram2個(gè)外部中斷源低功耗空閑和省電模式中斷喚醒省電模式3級(jí)加密位看門狗（wdt）電路軟件設(shè)置空閑和省電功能靈活的isp字節(jié)和分頁(yè)編程雙數(shù)據(jù)寄存器指針按照功能，AT89S52的引腳可分為主電源、外接晶體振蕩或振蕩器、多功能I/O口、控制和復(fù)位等。（1）功能I/O口AT89S52共有四個(gè)8位的并行I/O口：P0、P1、P2、P3端口，對(duì)應(yīng)的引腳分別是P0.0～P0.7，P1.0～P1.7，P2.0～P2.7，P3.0～P3.7，共32根I/O線。每根線可以單獨(dú)用作輸入或輸出。①P0端口，該口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。在作為輸出口時(shí)，每根引腳可以帶動(dòng)8個(gè)TTL輸入負(fù)載。當(dāng)把“1”寫入P0時(shí)，則它的引腳可用作高阻抗輸入。當(dāng)對(duì)外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P0可用作多路復(fù)用的低字節(jié)地址/數(shù)據(jù)總線，在該模式，P0口擁有內(nèi)部上拉電阻。在對(duì)Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行編程時(shí)，P0用于接收代碼字節(jié)；在校驗(yàn)時(shí)，則輸出代碼字節(jié)；此時(shí)需要外加上拉電阻。②P1端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P1口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫“1”時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可用作輸入口。P1口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在對(duì)Flash編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址。另外，P1.0與P1.1可以配置成定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入端（P1.0/T2）與定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入端（P1.0/T2EX），如表3.1所示。表3-1P1口管腳復(fù)用功能端口引腳復(fù)用功能P1.0T2（定時(shí)器/計(jì)算器2的外部輸入端）P1.1T2EX（定時(shí)器/計(jì)算器2的外部觸發(fā)端和雙向控制）P1.5MOSI（用于在線編程）P1.6MISO（用于在線編程）P1.7SCK（用于在線編程）③P2端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P2口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫“1”時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可用作輸入口。P2口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址，在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不會(huì)改變。在對(duì)Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P2口也接收高位地址或一些控制信號(hào)。④P3端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P3口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫“1”時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可用作輸入口。P3口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在AT89S52中，同樣P3口還用于一些復(fù)用功能，如表3.2所列。在對(duì)Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P3口還接收一些控制信號(hào)。表3-2P3端口引腳與復(fù)用功能表端口引腳復(fù)用功能P3.0RXD<串行輸入口>P3.1TXD<串行輸出口>P3.2INT0<外部中斷0>P3.3INT1<外部中斷1>P3.4T0<定時(shí)器0的外部輸入>P3.5T1<定時(shí)器1的外部輸入>P3.6WR<外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通>P3.7RD<外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通>（3）E/PROG

地址鎖存允許信號(hào)。在存取外部存儲(chǔ)器時(shí)，這個(gè)輸出信號(hào)用于鎖存低字節(jié)地址。在對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，這條引腳用于輸入編程脈沖PROG。一般情況下，ALE是振蕩器頻率的6分頻信號(hào)，可用于外部定時(shí)或時(shí)鐘。但是，在對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器每次存取中，會(huì)跳過一個(gè)ALE脈沖。在需要時(shí)，可以把地址8EH中的SFR寄存器的0位置為“1”，從而屏蔽ALE的工作；而只有在MOVX或MOVC指令執(zhí)行時(shí)ALE才被激活。在單片機(jī)處于外部執(zhí)行方式時(shí)，對(duì)ALE屏蔽位置“1”并不起作用。（4）PSEN

程序存儲(chǔ)器允許信號(hào)。它用于讀外部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)AT89S52在執(zhí)行來自外部存儲(chǔ)器的指令時(shí)，每一個(gè)機(jī)器周期PSEN被激活2次。在對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的每次存取中，PSEN的2次激活會(huì)被跳過。（5）EA/Vpp外部存取允許信號(hào)。為了確保單片機(jī)從地址為0000H～FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器中讀取代碼，故要把EA接到GND端，即地端。但是，如果鎖定位1被編程，則EA在復(fù)位時(shí)被鎖存。當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部程序時(shí)，EA應(yīng)接到ACC。在對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，這條引腳接收12V編程電壓Vpp。（6）XTAL1

振蕩器的反相放大器輸入，內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。（7）XTAL2

振蕩器的反相放大器輸出。DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路外部接口電路DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。DS18B20測(cè)溫電路圖3-3DS18B20電路DS18B20的1腳接地，2腳數(shù)據(jù)端接單片機(jī)的P3.4，3腳接VCC，為了確保DS18B20工作可靠，2腳要接10K的上拉電阻。報(bào)警電路圖3-4蜂鳴器電路本系統(tǒng)中采用蜂鳴器報(bào)警，由于單片機(jī)輸出電流較小，所以用三極管9013驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音。四位數(shù)碼管顯示電路圖3-5數(shù)碼管顯示電路4位數(shù)碼管為共陽(yáng)管，由于單片機(jī)輸出電流比較小，故用4個(gè)PNP型的三極管9015來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。單片機(jī)輸出低電平時(shí)三極管導(dǎo)通，使數(shù)碼管的4各公共端1、4、5和12腳為高電平，此時(shí)數(shù)碼管的數(shù)據(jù)端輸入低電平后數(shù)碼管被點(diǎn)亮，120歐電阻R12到R19為三極管的限流電阻。報(bào)警溫度設(shè)定按鍵電路圖3-6按鍵電路報(bào)警溫度用按鍵S2，S3，S4來設(shè)置，S2為調(diào)整鍵，按一次可調(diào)整報(bào)警上限溫度值，按兩次可調(diào)整報(bào)警下限溫度值，按三次數(shù)碼管恢復(fù)到正常溫度顯示。煙霧傳感器轉(zhuǎn)換電路圖3-7下載電路軟件設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求首先要給傳感器預(yù)熱三分鐘，因?yàn)镸Q-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時(shí)間后，再次通電時(shí)，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時(shí)間預(yù)熱。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。本論文的主程序設(shè)計(jì)先對(duì)傳感器預(yù)熱三分鐘，預(yù)熱同時(shí)，對(duì)傳感器加熱絲故障檢測(cè)，采用軟件方式檢測(cè)傳感器加熱絲，電纜線是否斷線或者接觸不良。AT89S52單片機(jī)對(duì)傳感器檢測(cè)的煙霧濃度信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、平均值法濾波、線性化處理后，將濃度值與報(bào)警限設(shè)定值相比較，判斷是否報(bào)警。同時(shí)送入段式液晶顯示煙霧濃度值。主程序還包括狀態(tài)指示燈及按鍵功能設(shè)置，中斷子程序等，使報(bào)警器功能更加完善，給用戶帶來便利。主程序流程主程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1主程序流程圖主程序初始化流程主程序初始化流程圖如圖4-2所示。給傳感器預(yù)熱后，程序開始執(zhí)行初始化子程序，這部分實(shí)現(xiàn)的功能包括各種I/O口輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、寄存器初始化、中斷使能等。首先設(shè)定定時(shí)初值50ms，利用IAP寫入EEPROM，作為取值間隔。然后設(shè)置定時(shí)器0，選擇方式1。方式1狀態(tài)下定時(shí)器的工作寄存器TH1、TL1是全16位參與操作。接下來定時(shí)器0中斷允許位置1，打開定時(shí)器0，關(guān)閉蜂鳴器，開啟綠燈，設(shè)置報(bào)警限初值。圖4-2主程序初始化流程圖火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)子程序數(shù)字濾波設(shè)計(jì)程序在煙霧傳感器對(duì)煙霧濃度采樣時(shí)，可能會(huì)遇到尖脈沖干擾的現(xiàn)象。干擾通常只影響個(gè)別采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與其他采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)相差比較大。如果采用一般的平均值法，則干擾將“平均”到計(jì)算結(jié)果上去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾而引起的煙霧濃度采樣值的偏差。為此，可采取中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法），先對(duì)N個(gè)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，去掉其中的最大值和最小值，然后計(jì)算余下的N-2個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。這種方法既可濾去脈沖干擾又可濾去小的隨機(jī)干擾。保證報(bào)警器檢測(cè)煙霧濃度的準(zhǔn)確性，減小誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)的可能。在實(shí)際應(yīng)用中，N可取任意值，但為了加快測(cè)量計(jì)算速度，本論文數(shù)字濾波的設(shè)計(jì)中N取10。即調(diào)用A/D連續(xù)進(jìn)行10次采樣，去掉其中的最大值和最小值，計(jì)算其余8個(gè)值的平均值，將這個(gè)平均值送入寄存器。中位值平均濾波法的程序流程圖如圖4-3所示。圖4-3中位值平均濾波法程序流程圖報(bào)警程序當(dāng)煙霧濃度超過報(bào)警設(shè)定值時(shí)，報(bào)警器發(fā)出一種近似警笛的鳴叫聲，對(duì)應(yīng)通道的紅燈閃亮，以提示操作人員采取安全對(duì)策或自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置，從而保障生產(chǎn)安全，避免火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。為防止誤報(bào)，在程序設(shè)計(jì)上，對(duì)煙霧濃度進(jìn)行快速重復(fù)檢測(cè)和延時(shí)報(bào)警，以區(qū)別出是管道中煙霧的泄漏，還是由于暫短打開閥門產(chǎn)生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報(bào)。報(bào)警子程序流程圖如圖4-4所示。圖4-4報(bào)警子程序流程圖控制按鍵設(shè)計(jì)程序本報(bào)警器設(shè)計(jì)附加一個(gè)按鍵，功能分別為：確定（消音）。按鍵處理子程序流程圖如圖4-5所示。圖4-5鍵盤處理子程序檢測(cè)程序（1）霧檢測(cè)報(bào)警器的工作原理本論文中的煙霧檢測(cè)報(bào)警器以AT89S52單片機(jī)為控制核心，采用MQ-2型電阻式半導(dǎo)體傳感器采集煙霧信息。首先，煙霧傳感器經(jīng)過AD0832進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，進(jìn)入單片機(jī)，溫度通過DS18B20進(jìn)行采集，用數(shù)碼管顯示溫度和煙霧濃度的級(jí)別，溫度報(bào)警的上下限值可以通過三個(gè)按鈕來設(shè)置，另外，還設(shè)置一個(gè)緊急呼叫按鈕，可以通過按此按鈕來緊急報(bào)警，也可以設(shè)置為無人狀態(tài)，用煙霧和溫度自動(dòng)報(bào)警。（2）霧檢測(cè)報(bào)警器的結(jié)構(gòu)為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場(chǎng)所對(duì)可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計(jì)的可燃性煙霧報(bào)警儀應(yīng)不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應(yīng)具有顯示可燃煙霧濃度其目標(biāo)是在傳統(tǒng)的煙霧報(bào)警儀的基礎(chǔ)上，盡量提高準(zhǔn)確性，降低成本，縮小體積。報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4-6所示，系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，配合外圍電路共同完成信號(hào)采集、濃度顯示、狀態(tài)顯示、聲音及閃爍報(bào)警、按鍵輸入等功能。報(bào)警器采用巡檢的工作方式，進(jìn)行兩級(jí)報(bào)警值設(shè)定，并發(fā)出不同的光、聲信號(hào)。系統(tǒng)應(yīng)采用高性能的單片機(jī)，要求工作穩(wěn)定、測(cè)量精度高、通用性強(qiáng)、功耗低，保證報(bào)警器的精確性及可靠性，而且最好體積小，成本低，有利于減少報(bào)警器的體積，降低報(bào)警器的成本。圖4-6可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器結(jié)構(gòu)框圖煙霧檢測(cè)報(bào)警器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）傳感器類型：半導(dǎo)體電阻式（2）檢測(cè)范圍：0-100%LEL（3）報(bào)警準(zhǔn)確度:：±5%LEL（4）報(bào)警點(diǎn)設(shè)置：達(dá)到20%LEL開始報(bào)警（5）報(bào)警器工作方式：現(xiàn)場(chǎng)固定安裝，自然擴(kuò)散進(jìn)行采樣，長(zhǎng)年連續(xù)運(yùn)行（6）工作環(huán)境溫度：檢測(cè)器-50°C-50°C；報(bào)警器0°C-500°C（7）工作環(huán)境濕度：≤85%RH（8）報(bào)警方式：煙霧泄漏聲光報(bào)警、自診斷故障報(bào)警（9）指示方式：數(shù)字顯示，可顯示被測(cè)煙霧LEL%及設(shè)定報(bào)警限值（10）響應(yīng)時(shí)間：≤30S（11）輸出信號(hào)：可輸出與煙霧濃度對(duì)應(yīng)的0-5VDC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（11）工作電壓：AC220V±15%，50±lHz（12）具備快速重復(fù)檢測(cè)和延時(shí)報(bào)警功能，可區(qū)別煙霧的泄漏和短時(shí)間的微量散失，防止誤報(bào)。結(jié)束語煙霧檢測(cè)報(bào)警器可保障生產(chǎn)與生活的安全，避免火災(zāi)和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和安全生產(chǎn)所必備的儀器，具有廣闊的市場(chǎng)空間與發(fā)展前景。論文在對(duì)煙霧傳感器和報(bào)警技術(shù)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，較合理地確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。并對(duì)儀器的整體設(shè)計(jì)和各個(gè)組成部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警器由煙霧信號(hào)采集電路與單片機(jī)控制電路兩大部分構(gòu)成。根據(jù)設(shè)計(jì)要求、使用環(huán)境、成本等因素，選用MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器。該傳感器是對(duì)以烷類煙霧為主的多種煙霧有良好敏感特性的廣譜型半導(dǎo)體敏感器件。它的靈敏度適中，具有響應(yīng)與恢復(fù)特性好，長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性、重現(xiàn)性、不易受環(huán)境影響及抗溫濕度影響等優(yōu)點(diǎn)。在系統(tǒng)單片機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)上，采用了高性能、高整合度的AT89S52單片機(jī)作為核心芯片，充分利用了其高速數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內(nèi)外設(shè)，實(shí)現(xiàn)了儀器的小型化。使儀器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)越快，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間就越快。為提高響應(yīng)時(shí)間，保證傳感器準(zhǔn)確地、穩(wěn)定地工作，需要向煙霧傳感器持續(xù)供給5V的加熱電壓。為了保證傳感器加熱工作的可靠性，當(dāng)傳感器加熱絲斷線或傳感器接觸不良時(shí)，能夠進(jìn)行故障報(bào)警。煙霧報(bào)警器能在較寬的溫度范圍工作，可將煙霧濃度顯示用LCD顯示。當(dāng)煙霧的濃度達(dá)到設(shè)定的濃度時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警。還具有故障自診斷功能快速重復(fù)檢測(cè)和延時(shí)報(bào)警功能。在本論文研制的報(bào)警器的基礎(chǔ)上，可以再做適當(dāng)?shù)墓δ軘U(kuò)展，使可燃性煙霧報(bào)警器的功能更加完善，安全性更高，使用更加方便等。為了能夠進(jìn)一步提高安全性，可以在自動(dòng)