基于單片機控制的智能火災報警系統設計-畢業(yè)設計1.doc

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1、目 錄摘 要3Abstract4第一章 緒 論51.1 選題背景51.2 智能火災報警系統61.3 火災探測器61.3.1 火災探測器簡介6總體設計及方案論證82.1 工藝技術要求82.2 系統設計思想92.3 方案論證102.3.1 單片機的選擇10第三章 單片機AT89C51原理113.1引腳說明113.1.1 主要性能參數113.1.2 功能特性概述123.1.3AT89C51方框圖123.1.4 引腳功能說明133.2 工作特性153.2.1 時鐘振蕩器15第四章 前向通道的設計1641 溫度傳感器164.2 煙霧傳感器174.2.1 工作原理174.2.2 試驗結果1843 運算放大

2、器AD5951844 A/D轉換器194.4.1 A/D轉換器的主要參數204.4.2 A/D轉換器與CPU的接口方法204.4.3 A/D轉換器與CPU之間傳送數據的方法204.4.4 A/D轉換芯片 ADC0809及其接口214.4.5接口電路224.5 鍵盤顯示234.6 系統電源24第五章 后向通道的設計255.1 顯示部分255.1.1 MAX7219簡介265.1.2 MAX7219引腳說明265.1.3 MAX7219內部組成結構275.1.4 MAX7219接口電路圖5-7285.1.5 使用注意事項295.2 報警電路295.2.1 語音報警電路295.2.2 T6668語音

3、芯片介紹305.2.3 T6668的工作方式305.2.4 T6668的接口電路31第六章 軟件設計316.1 設計思想326.1.1 主程序326.1.2 信號分析及調節(jié)3262 流程圖33主程序流程圖，如圖6-1。34采樣程序流程圖，如圖6-2。356.2.3 濾波程序流程圖356.2.4. 火災處理模塊38致 謝41參考文獻41附錄A43附表B44摘 要隨著“信息時代”的到來，作為獲取信息的手段傳感器技術得到了顯著的進步，其應用領域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術已成為衡量一個國家科學技術發(fā)展水平的重要標志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結構、工作原理及特性

4、是非常重要的。 為了提高對傳感器的認識和了解，尤其是對煙霧傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實用、廣泛和典型的原則而設計了本系統。本文利用單片機結合傳感器技術而開發(fā)設計了這一煙霧監(jiān)控系統。 本論文以電阻式煙霧傳感器和單片機技術為核心并與其他電子技術相結合， 設計出一種技術水平較好的煙霧報警器。其中選用氣體敏感元件煙霧傳感器實現煙霧的檢測，具有靈敏度高、響應快、抗干擾能力強等優(yōu)點，而且價格低廉，使用壽命長。選用的AT89C51單片機，其整合了A/D轉換、硬件乘法器、硬件脈寬調制器等資源，具 有高速、低功耗、超強抗干擾等優(yōu)點，是目前同類技術中性價比較高的產 品。以AT89C51單片機 為核心設

5、計的煙霧報警器可實現聲光報警、故障自診斷、濃度顯示、報警限設置、延時報警及與上位機串口通信等功能。是一種結構簡單、性能 穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的煙霧報警器。具有一定的實用價值。關鍵詞：煙霧，報警器，AT89C51，傳感器 AbstractWhile “information age” the arrival, obtained the remarkable progress as the gain information method - - sensor technology, its application domain is more and more widespread,

6、is more and more high to its request, the demand is more and more urgent.The sensor technology has become weighs one of national science and technology level of development important symbols.Therefore, understood and grasps each kind of sensor the basic structure, the principle of work and the chara

7、cteristic is extremely important.In order to enhance to the sensor understanding and the understanding, in particular to the smog sensor thorough research as well as its usage and the use, based on practical, widespread and the model principle has designed this system.This article used the monolithi

8、c integrated circuit union sensor technology to develop has designed this smog supervisory system.。The present paper take leaves the minor smog sensor and the monolithic integrated circuit technology unifies as the core and with other electronic technology, designs one kind of technical level good s

9、mog alarm apparatus.In which selects type smog sensor realization smog the examination, has the sensitivity high, responds, the antijamming ability quickly strong and so on the merits, moreover the price is inexpensive, the service life is long.Selects the AT89C51 monolithic integrated circuit, its

10、conformity A/D transformed, the hardware multiplier, resources and so on hardware PDM keyer, has high speed, low merits and so on power loss, ultra strong antijamming, is the present similar technology neutral price quite high product. May realize the acousto-optics take the AT89C51 type gas sensor

11、as the core design smog alarm apparatus to report to the police, the breakdown from the diagnosis, the density demonstrated, reports to the police limits the establishment, the time delay reports to the police and with functions and so in position machine serial port correspondence.Is one kind of st

12、ructure simple, the performance stable, the easy to operate, the price inexpensive, the intellectualized smog alarm apparatus.Has certain practical value.Key word: Smog, alarm apparatus, AT89C51, sensor第一章 緒 論1.1 選題背景二十多年前，中國的消防報警產品剛剛起步，無論產品技術含量、產品系列完整性、使用性，還是社會影響程度都是相當低的。國外的產品和品牌一統天下，占領中國的大部分市場。由于中

13、國的建設正在飛速發(fā)展，市場大的驚人，難道這由中國發(fā)展帶來的成果只能由外國企業(yè)來瓜分？可幸的是中國企業(yè)抓住了機遇，頂住了挑戰(zhàn)，先是一批國家的科研院所，后是一批國營企業(yè)、民營企業(yè)，業(yè)內也吸引和凝聚一大批國內的技術和管理精英，花了十多年時間，通過幾次產品更新換代，就使自己的產品緊緊跟上了國際水平，并且奪回了大部分國內市場，使得現在大多國外產品只有招架之功，這是典型的自力更生，走自己的路。當然目前而言，我們基本占據的是國內市場，對外還剛啟動。中國企業(yè)正虎視眈眈，準備進軍海外市場。同時，通過溫度傳感器和煙霧傳感器檢測出信號，通過控制電路使電話自動撥號（119），并報告現場地址。這對有效、快速撲救具有積極

14、意義。本系統適用于各種消防環(huán)境，尤其適合于不能用水做滅火介質的地方，如圖書館、檔案館、計算機房等處。因單片機集成度高，故該裝置具有結構簡單，可靠性高，成本低等優(yōu)點。1.2 智能火災報警系統火災自動報警系統屬于樓宇自動化范疇，是當前樓宇自動化的一個主要構成系統。其設置目的是為了防止和減少火災危害，保護人身和財產安全?；馂膱缶夹g是預防火災的一項基礎工作，應用范圍廣泛。報警早，損失少，不僅對發(fā)生火災的單位和個人具有重要作用，而且對公安消防監(jiān)督機構及時撲滅火災、減少人員傷亡和財產損失同樣具有十分重要的現實意義。火災自動報警系統由觸發(fā)器件、火災報警裝置、火災警報裝置及具有其他輔助功能的裝置組成。隨著電

15、子技術和計算機技術的迅速發(fā)展，火災自動報警系統的結構、形式越來越靈活多樣，很難精確劃分為幾種固定的模式?；馂淖詣訄缶夹g趨向于智能化系統，這種系統可組合成任何形式的火災自動報警網絡形式，既可以是區(qū)域報警系統，又可以是集中報警系統或控制中心報警系統形式。所謂智能火災自動報警系統，應當是：使用探測器件將火災發(fā)生期間所產生的煙、溫、光等信號以模擬量形式，連同外界相關的環(huán)境參數一起傳送給報警器，報警器再根據獲取的數據及內部存儲的大量數據，利用火災模型判據來判斷火災是否存在，這樣的系統稱為智能火災自動報警系統。由于該系統為解決火災報警系統存在的兩個難題（誤報、漏報）提供了新的方法和手段，并在處理火災真?zhèn)?/p>

16、方面表現出明顯的有效性和創(chuàng)新性，這是火災自動報警系統在技術上的飛躍。從傳統型走向智能型，是國內外火災自動報警系統技術發(fā)展的必然趨勢。 1.3 火災探測器1.3.1 火災探測器簡介火災探測器是火災探測系統最重要的組成部分之一，它至少含有一個能連續(xù)或以一定頻率周期探測物質燃燒過程中所產生的各種物理、化學現象的傳感器，并且至少能向控制和指示設備提供一個適合的信號。其基本功能就是對物質燃燒過程中產生的各種氣、煙、熱、光（火焰）等表征火災信號的物理、化學參量做出有效響應，并轉化為計算機可接收的電信號，供計算機分析處理?；馂奶綔y器一般由敏感元件傳感器、處理單元和判斷及指示電路組成，其中敏感元件U傳感器可以

17、對一個或幾個火災參量起監(jiān)視作用，做出有效響應，然后經過電子或機械方式進行處理，并轉化為電信號。（2）火災探測器的分類根據監(jiān)測的火災特性不同，火災探測器可分為感煙、感溫、感光、復合和可燃氣體等五種類型。感煙探測器可分為離子型、光電型、激光型和紅外線束型四種。感溫探測器根據其感熱效果和結構型式可分為定溫式、差溫式及差定溫式三種。目前，大多數消防系統中使用的是離子感煙探測器、光電感煙探測器及感溫探測器。（3）火災探測器的工作原理下面就幾種常用探測器的工作原理做簡要介紹：感煙探測器：該種探測器主要響應燃燒或熱解產生的固體、液體微粒即煙霧粒子，主要用來探測可見或不可見的燃燒產物及起火速度緩慢的初期火災。

18、離子型主要是利用煙霧粒子改變電離室電流原理而設計的，探測器內部裝有!放射源的電離室為傳感器件；光電型主要是應用煙霧粒子對光線產生散射及折射、吸收或遮擋的原理而設計，有減光型和散射型，探測器內部有光學系統和紅外線光源作探測器件；紅外光束型應用煙霧粒子吸收或散射紅外光束的原理而設計，主要包括一個光源，一套光線照準裝置和一個接收裝置。感溫探測器：該種探測器主要是利用熱敏元件來探測火災。在火災初始階段，除有大量煙霧產生外，物質在燃燒過程中會釋放出大量的熱量，周圍環(huán)境溫度急劇上升。該種類探測器中熱敏元件的阻值隨溫差發(fā)生變化，從而將溫度信號轉變成電信號，并進行報警處理。1.3.2 火災探測器發(fā)展特點隨著應

19、用領域的不斷擴大，應用需求不斷提高，普通類型的感溫、感煙火災探測報警系統已不能滿足需要，運用高新技術的新型探測器在不斷研發(fā)，其特點是：（1）功能更新現代火災探測器的最大特征之一就是判別功能和判定決定權不僅從觀念上分離，而且在實際應用中已經分別執(zhí)行。早期的判別功能和判定決定權合二為一，由設置在探測器中的傳感器件實現，因而處理問題死板且易受干擾。而現代火災探測傳感器的判別功能和判定決定權由軟件控制，能濾除干擾，識別真假火災，實現火災智能判斷。（2）可靠性提高火災探測報警系統可靠性的提高首先體現在用智能技術處理傳感器提供的火災信息。人們采用多種火災探測算法和復合多傳感等傳感方式，為判斷火災提供了更加

20、充分可靠的信息。模糊邏輯、神經網絡等高新技術用于火災的判別，大大提高火災探測的可靠性。（3）報警時間提前新型火災探測器已不局限于對已發(fā)生的火災及時報警，可以在火災發(fā)生之前的幾小時或幾天內，識別潛在的火災危險性，實現超早期火災報警。 總體設計及方案論證火災智能監(jiān)測及防火卷簾門自動控制系統是有傳感器，信號變換，單片機及相應的信號顯示、輸出部分組成。通過溫度和煙霧傳感器采集信號，經過單片機與其設定值進行比較后，根據差值和內部的軟件設計來對溫度高低和煙霧濃度進行檢測及控制，及時準確的報警和滅火，實現物資損失降低到最小。2.1 工藝技術要求由于本系統是為直接應用于工廠，所以所有參數必須與相關產品相匹配，

21、下面我們就以硅鋼片退火的相關參數為例來進行設計：1、利用單片機結合各類傳感器，實現樓宇（庫房） 現場溫度、煙氣信號的實時動態(tài)監(jiān)測，實時顯示監(jiān)測數據。2、當火災發(fā)生時，由計算機控制系統發(fā)生把盆景及控制信號。3、報警信號包括聲、光報警和電話語音報警，并通過通訊接口給相關部門發(fā)送火災位置信號。4、控制信號用于卷簾門的自動控制（溫感一步降、煙感兩步降，同時具有手動控制功能）和自動噴淋、排風換氣裝置的啟動，要求系統控制精度高，響應速度快 ，動作時間小于5秒，工作可靠。5、本設計可以獨立單元房間（面積100平方米）設計，要求系統可以方便地實現擴展。2.2 系統設計思想系統硬件及信號由AT89C51單片機內

22、部有非易失性Flash存儲器分別包含128 字節(jié)RAM 、32 條I/O 口線、3 個16 位定時/計數器、6 輸入4 優(yōu)先級嵌套中斷結構、1 個串行I/O口（可用于多機通信、I/O擴展或全雙工UART）以及片內振蕩器和時鐘電路。使用AT89C51芯片，能夠滿足需要，還可以使外圍器件盡可能少，另外價格也便宜，所以選用它。防火門及相應的控制、動力機構安裝完畢后，首先要確定時間。通過傳送信號給單片機，通知單片機要開始設置時間。有3個時間要設置：防火門的全程上升時間和全程下降時間及從頂下降到中位所需的時間。所確定的時間被存在EEPROM中。上述3個時間存入EEPROM后，就可以隨意按動“上”、“下”

23、、“?！?個按鈕中的任何一個，使防火門運行或停止。通常使防火門停在最高處，當火災發(fā)生時，防火門向下運行，切斷火勢曼延的通路。發(fā)生火災時，防火門的工作模式有如下幾種，我們可以預先做以下設置。1）煙霧二步降。發(fā)生火災，一般都是煙先竄到防火門，火后一步到。防火門的傳感器感知到煙信號后，防火門立即開始下降，并發(fā)出聲光報警信號。防火門下降到中位（通常門已關閉一半，下面一半開著，讓人逃生）停止下降，延時一段時間，以便讓里面的人逃生，而后繼續(xù)下降（稱作第二步下降），直到防火門完全關閉為止。在第二步下降過程中，只要有人按動“上”、“下”、“?！?個按鈕中的任何一個，門就會自動上升到中位，以便人逃離火場。2）煙

24、溫二步降?；馂陌l(fā)生，煙霧先到達，這時防火門附近的溫度還處在正常范圍。防火門感知此煙，立即下降到中位，并在中位停下來，以便人員逃生。在防火門附近的溫度上升到一定的高度以前，防火門將一直停在中位。當防火門的感應系統感知到防火門附近的溫度達到比較高的程度后，防火門開始第二步下降，從中位下降到把整個門關閉。因為只有溫度達到一定的高度，才說明火將曼延過來，須迅速徹底關閉防火門。防火門在第二步下降的過程中，若有人按動“上”、“下”、“停”3個按鈕中任何一鈕，門都將上升到中位。到達中位后，將立刻開始下降，但只要有人再次按任何一鈕，門仍將上升到中位。不論是煙霧二步降還是煙溫二步降，當門徹底關閉后，只要有人按上

25、述3個鈕任一鈕，門就上升到中位，以讓人逃離火場。3）高溫處理。不論初始設置的是煙霧二步降還是煙溫二步降，只要高溫先到達或是與煙霧信號同時到達，防火門都將從頂不停地一直下降到底。還有一種情形也會導致“高溫處理”：若火災發(fā)生時沒有高溫，當防火門從頂下降到中位前或下降到中位后在中位停留的時間內，檢測到有高溫信號，防火門系統將自動轉入高溫處理，立即開始第二步下降。火撲滅后，防火門系統檢測到既無煙又無高溫，則確認火已滅，便自動關閉報警信號，防火門自動上升到正常位置。2.3 方案論證2.3.1 單片機的選擇單片機是本方案的靈魂，所以我們選擇是需要慎之又慎，下面我們來拿8031和AT89C51做一下比較。8

26、031片內不帶程序存儲器ROM，使用時用戶需外接程序存儲器和一片邏輯電路373，外接的程序存儲器多為EPROM的2764系列。用戶若想對寫入到EPROM中的程序進行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫入。寫入到外接程序存儲器的程序代碼沒有什么保密性可言。 由于上述類型的單片機應用的早，影響很大，已成為事實上的工業(yè)標準。后來很多芯片廠商以各種方式與Intel公司合作，也推出了同類型的單片機，如同一種單片機的多個版本一樣，雖都在不斷的改變制造工藝，但內核卻一樣，也就是說這類單片機指令系統完全兼容，絕大多數管腳也兼容；在使用上基本可以直接互換。我們統稱這些與8051內核相同的單片

27、機為51系列單片機。 在眾多的51系列單片機中，要算 ATMEL 公司的AT89C51更實用，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內的4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89Cx 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機對開發(fā)設備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機內的程序還可以進行加密，這又很好地保護了你的勞動成果。而且AT89C51目前的售價比8031還低，市場供應也很充足。 單對AT89C51來說，在實際電路中可以直接互換8051和8751，替換8031只是第31腳有區(qū)別，8031因內部沒有R

28、OM，31腳需接地（GND），單片機在啟動后就到外面程序存儲器讀取指令；而8051/8751/89c51因內部有程序存儲器，31腳接高電平（Vcc），單片機啟動后直接在內部讀取指令。也就是51芯片的31腳控制著單片機程序從內部讀取還是從外部讀取，31電腳接源，程序從內部讀取，31腳接地，程序從外部讀取，其他無須改動。另外，AT89C51替換8031后因不用外存儲器，不必安裝原電路的外存儲器和373芯片。 由于內部RAM的存在，可以減少I/O擴展芯片、鎖存器及片外RAM等等，使整個設計顯得簡單明了，所以我們選擇AT89C51。 2.3.2 模數轉換器的選擇A/D轉換器的種類很多，就位數來分，有8

29、位、10位、12位、16位等。位數越高，其分辨率也越高，但價格也越貴。而就其結構而言，有單一的A/D轉換器，有內含多路開關的A/D轉換器。根據本設計的需要，我選擇的A/D轉換器是ADC0809。 ADC0809是美國Analog Device公司生產的8位逐次逼近式模數轉換器，轉換速率高，自帶三態(tài)輸出緩沖電路，可直接與各種典型的8位或16位的微處理器相連而無需附加邏輯接口電路，且能與CMOS及TTL兼容。是目前我國應用最為廣泛，價格始終的A/D轉換器。加之內部含有三態(tài)輸入緩沖電路，可直接與各種微處理器連接，且無須附加邏輯接口電路，內部設置的高精參考電壓源和時鐘電路，使它不需要任何外部電路和時鐘

30、信號，就能完成A/D轉換功能，應用非常方便。第三章 單片機AT89C51原理AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS8位單片機。片內含4K bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51 指令系統，片內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。3.1引腳說明3.1.1 主要性能參數：AT89C51管腳圖，如圖3-1。圖3-1 AT89C51管腳圖

31、與MCS-51產品指令系統完全兼容 4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器1000次擦寫中期全靜態(tài)操作：0Hz24MHz三級加密程序存儲器128*8字節(jié)內部RAM32個可編程I/O口線2個16位定時/計數器6個中斷源 3.1.2 功能特性概述：AT89C51提供以下標準功能：4K字節(jié)Flash閃存存儲器，128字節(jié)內部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統繼續(xù)工作

32、。掉電方式保存RAM中的內容。但振蕩器停止工作并禁止其它所有工作直到下一個硬件復位。3.1.3 AT89C51方框圖，如下圖3-2圖3-2 AT89C51內部結構圖3.1.4 引腳功能說明 ：電源電壓 GND：地 P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路，對斷口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在Flash編程時，P0接受指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 P1口：

33、P1是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號來低時會輸出一個電流（I）。Flash編程和程序校驗期間，P1口接受底8位地址。 P2口：P2口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號來低電平時會輸出一個電流（I）。在訪問外部程

34、序存儲器或16位地址的外部數據存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數據。在訪問8位地址的外部數據存儲器（例如執(zhí)行MOVX RI指令）時，P2口行上的內容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內容），在整個訪問期間不改變。Flash編程或校驗時，P2亦接受高位地址和其它控制信號。 P3口：P3是一組帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作輸入口使用時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（I）。P3口除了作為一般的I/O口線外，更

35、重要的用途是他的第二功能，見表3-1。表3-1P3口還接受一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 ALE/PROG非：當訪問外部程序存儲器時，ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG非）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止

36、ALE操作，該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令ALE才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE無效。 PSEN非：程序儲存允許（PSEN非）輸出是外部程序存儲器的讀選信號，當AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次PSEN非有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數據存儲器，這兩次有效的PSEN非信號不出現。 EA/Vpp：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須得保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LBI被編程，復位時內部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CP

37、U則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.2 工作特性3.2.1 時鐘振蕩器 AT89C51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器一起構成自激振蕩器，振蕩電路參見圖3-3。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構成并聯振蕩電路，對外電容C1、C2雖然沒有

38、十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF（10pF），而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF（10F）。用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如下圖所示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，電腦最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產品技術條件的要求。圖3-3 振蕩電路第四章 前向通道的設計41 溫度傳感器火災總伴隨著火焰、煙霧和溫

39、度，隨著燃燒，室內溫度將上升。將煙霧傳感器作為第一感受器，溫度傳感器作為智能計算的補充傳感器。當報警環(huán)境出現煙霧后，溫度傳感器根據設定溫度值確定是否報警。為防止漏報，另一組溫度傳感器設定了溫度的報警極限，當溫度超過這個極限立刻報警。溫度傳感器利用半導體PN結的負溫度系數工作，它有三路輸出，其中兩路測量溫度梯度，一路測量極限溫度。圖4-1是一個溫度傳感器的結構單元。其基本工作原理是利用硅PN結的負溫度系數測量環(huán)境溫度。由、以及,經、分壓給的基極提供一個電壓基準。這個電壓基準使得在常溫下不導通，例如，假設在常溫下，NPN晶體管的發(fā)射結在=0.65V時導通，而電壓基準設定為0.60V，這時，處于截止

40、狀態(tài)。由于硅器件的發(fā)射結導通電壓是負的溫度系數(典型值為-2mV/)，隨著溫度上升，器件的導通電壓線性下降。當溫度上升25時，的發(fā)射結導通電壓下降為0.60V,達到設定值使導通。由原先的高電平輸出下降為低電平輸出。 圖4-1 溫度傳感單元原理圖作為電壓基準，希望經、分壓得到的電壓值具有較低的溫度系數。在這個電路中，利用正溫度系數的齊納擊穿穩(wěn)壓管和PN結的負溫度系數實現低溫度系數的要求。防火系統采用了復合形式的智能型火災傳感電路，代替了過去的單一形式的傳感器，如火焰?zhèn)鞲衅?、溫度傳感器、煙霧傳感器等，這樣就不會出現誤報情況。此傳感器具有不受使用場所無交流電源的限制，靜態(tài)功耗低、安裝比較隱蔽、靈敏度

41、高等特點。4.2 煙霧傳感器4.2.1 工作原理離子煙霧傳感器單電離室的工作原理，如圖4-2所示。 圖4-2 電離室工作原理圖圖4-2（a）是單電離室的結構圖，P1和P2是一對電極，在電極之間放有放射性物質241Am，不斷放出射線，高速運動的離子撞擊極板間的空氣分子，將其電離為正離子和負離子，從而使電極之間原來不導電的空氣具有了導電性。如果在極板P1和P2之間加上一個電壓E，極板間原來雜亂無章的正負離子，在電場的作用下作有規(guī)則的運動，從而在極板間形成電離電流，施加的電壓越高，則電離電流越大，當電離電流增加到一定值時，將不再增加，此電流稱為飽和電流，如圖4-2（b）所示。實際使用的離子煙霧傳感器

42、電路如圖4-3 所示。 圖4-3 離子煙霧傳感器電路圖為了減少溫度、濕度等環(huán)境條件變化對電離電流帶來的影響，以提高傳感器工作的穩(wěn)定性，將兩個電離室串接起來與電源相接，上面的一個為補償電離室，下面的一個為檢測電離室，在結構上檢測電離室做成煙霧容易進入的型式，而補償電離室做成煙霧很難進入、而空氣又能慢慢進入的型式。當有火災發(fā)生時，煙霧進入檢測電離室，由于煙離子的阻擋作用，一方面使電離后的正負離子在電場中的運動速度降低，另一方面使射線的電離能力降低，從而使檢測電離室的電離電流減小，這一現象，相當于補償電離室的等效電阻未變，而檢測電離室的等效電阻變大，從而使A點的電位升高。顯然煙霧濃度越大，煙離子的阻

43、擋作用越強，A 點電位越高。這一電壓信號經由T1、T2組成的跟隨電路，傳送給模/數轉換電路，實現對煙霧濃度的采樣。采用離子源作為煙敏元件的突出特點是電流消耗極低，適合在系統中使用。圖4-3中的為自檢電阻器，由于離子源等效電阻很高（一般在10M以上），只要適當選擇，就可使上的壓降在正常情況下近似為0。對探測器進行自檢時，一個邏輯高電壓加到上，使傳感器輸出升高，單片機根據自檢前后的模/數轉換結果，可判斷出模/數轉換及傳感器兩個模塊的功能是否正常。4.2.2 試驗結果探測器試驗是根據傳輸與火災報警的基本要求進行的。 43 運算放大器AD595AD595具有熱電偶信號放大和冰點補償雙重功能,AD595

44、適用于型熱電偶,是14腳DIP封裝。AD595有二個等級(級和級),3的校準準確度。具有以下特性: 低阻抗電壓輸出:10/ 片內冰點補償 電源電壓范圍:+5V15V 低功耗:1MW 熱電偶斷線報警功能 高阻抗差動輸入 可用作攝氏溫度傳感器 差動輸入可抑制熱電偶引線上的共模噪聲電壓 補償、零點、標度系數都預先用激光校準 可用于型熱電偶由于熱電偶的輸出電勢與溫度成非線性關系,下列轉換函數將決定芯片的實際輸出電壓:在控制系統中，傳感器和檢測電路輸出的信號，一般都比較小，不能直接進行顯示記錄和控制。為此，當用傳感器把非電量轉換成電量后，大都需要放大。AD595芯片說明:圖 4-5 AD595結構圖表

45、4-1 管腳功能圖 44 A/D轉換器A/D轉換器的功能是將模擬量電信號轉換成數字量。在本設計中，我采用了ADC0809轉換器，它可以將多路轉換器輸入的模擬量進行A/D轉換，所以省略了多路開關。由于控制系統是對溫度和煙的濃度進行檢測，相當于A/D轉換器的轉換時間來說信號變化很慢，所以采樣保持器（保持在A/D轉換時間內輸入的模擬信號不變）也可以省去。因此，模擬信號經過放大后可以直接進入A/D轉換器。 4.4.1 A/D轉換器的主要參數 (1) 分辨率： 是指A/D轉換器可轉換成二進制數的位數。 (2) 轉換時間： 指從輸入啟動轉換信號開始到轉換結束，得到穩(wěn)定的數字輸出量為止的時間其他參數與D/A

46、轉換器類似。4.4.2 A/D轉換器與CPU的接口方法(1) ADC轉換好的數據必須經過三態(tài)緩沖器件與CPU數據總線相連接（在芯片內部沒有三態(tài)輸出緩沖器時）；(2) 為了輸入正確的轉換結果，必須解決好A/D轉換器和CPU取數之間的時間配合問題。 (3) 啟動轉換信號（START）：是由CPU提供給ADC芯片的，在正脈沖的下降沿轉換開始； (4) 轉換結束信號（EOC）：一旦啟動轉換，EOC立即變低，直至轉換結束，EOC輸出高電平，通知CPU轉換已結束； (5) 允許輸出信號（OE）：ADC轉換結束后，轉換結果存放在輸出鎖存器中，并沒有送入數據總線上。CPU取數時，發(fā)出OE信號選通芯片內部三態(tài)輸

47、出緩沖器將數據輸出。4.4.3 A/D轉換器與CPU之間傳送數據的方法(1) 延時等待法延時法是利用CPU執(zhí)行一條輸出指令，啟動ADC轉換，然后CPU執(zhí)行延時程序，延時時間大于所選用的ADC芯片轉換時間，延時結束，CPU執(zhí)行輸入指令，打開三態(tài)門獲取ADC轉換好的數據。 (2) 查詢法 查詢法是由CPU來檢查EOC信號。當CPU啟動ADC芯片開始轉換之后，再通過狀態(tài)端口讀取EOC信號，檢查ADC是否轉換結束。若轉換結束，則讀取轉換結果，否則繼續(xù)查詢。(3) 中斷法用中斷法可提高CPU的利用率，當ADC轉換結束，由EOC信號上升沿通過8255A中斷控制邏輯向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應中斷在服務

48、程序中讀取結果。 4.4.4 A/D轉換芯片 ADC0809及其接口(1) 主要性能 8位逐次逼近型A/D轉換器，所有引腳的邏輯電平與TTL兼容； 帶有鎖存功能的8路模擬量轉換開關，可對8路0-5V模擬量進行分時轉換； 輸出具有三態(tài)鎖存/緩沖功能； 分辨率：8位，轉換時間：100us； 不可調誤差：1LSB，功耗：15mW； 工作電壓：+5V，參考電壓標準值+5V； 片內無時鐘，一般需外加640KHz以下且不低于100KHz的時鐘信號。 (2) ADC0809內部結構有模擬多路轉換開關和A/D轉換兩大部分組成。模擬多路轉換開關由8路模擬開關和3位地址鎖存與譯碼器組成，地址鎖存允許信號ALE將三

49、位地址信號ADDC、ADDB和ADDA進行鎖存，然后由譯碼電路選通其中一路摸擬信號加到A/D轉換部分進行轉換。A/D轉換部分包括比較器、逐次逼近寄存器SAR、256R電阻網絡、樹狀電子開關、控制與時序電路等，另外具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，其輸出數據線可直接連CPU的DB。具體見下圖4-6。 圖4-6 ADC0809內部結構（3）ADC0809的引腳功能：D7-D0：8位數據輸出線；IN7-IN0：8路模擬信號輸入；ADDC、ADDB、ADDA：8路模擬信號輸入通道的地址選擇線；ALE：地址鎖存允許，其正跳變鎖存地址選擇線狀態(tài)，經譯碼選通對應的模擬輸入信號；START：啟動信號，上升沿使片內所有寄

50、存器清零，下降沿啟動A/D轉換；EOC：轉換結束，轉換開始后，此引腳變?yōu)榈碗娖?，轉換一結束，此引腳變?yōu)楦唠娖?；OE：輸出允許，此引腳為高電平有效，當有效時，芯片內部三態(tài)數據輸出鎖存緩沖器被打開，轉換結果送到D7-D0；CLOCK：時鐘，最高可達1280KHz，由外部提供；REF（+）、REF（-）：參考電壓正極、負極，通常REF（+）接Vcc，REF（-）接GND；Vcc：電源，+5V，GND：地線。 在論文的硬件設計中ADC0809因內部帶有三態(tài)門輸出鎖存器，故它可以直接和AT89C51的P0口相連，ALE和START由和P2.7口經或非門后控制，輸出允許OE由和P2.7口經或非門后控制，轉

51、換結束輸出信號EOC經反向器后和 INT1非相連，以提供A/D轉換的中斷方式。ADC0809的時鐘輸入信號CLK有ALE經二分頻后提供，也可由外部500kHZ 時鐘源提供，八路模擬量有IN7-IN0端輸入。4.4.5接口電路圖 4-7 ADC0809與89C51的接口電路圖4.5 鍵盤顯示鍵盤在單片機應用系統中能實現向單片機輸入數據、傳送命令等功能，是人工干預單片機的主要手段。按鍵是一種常開型按鈕開關。平時(常態(tài)時)，按鍵的兩個觸點處于斷開狀態(tài)，按下鍵時它們才閉合(短路)。鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤。鍵盤上閉合鍵的識別由專用的硬件譯碼器實現，并產生鍵編號或鍵值的稱編碼鍵盤，如BCD碼鍵盤、AS

52、CII碼鍵盤等；靠軟件識別的稱為非編碼鍵盤。在單片機組成的測控系統及智能化儀器中，用的最多的是非編碼鍵盤。本系統中，采用42鍵盤。42的鍵盤結構如圖所示，圖中行線通過電阻接+5V，當鍵盤上沒有健閉合時，所有的行線和列線斷開，行線XO、X1呈高電平。當鍵盤上某一個鍵閉合時，該健所對應的行線與列線短路。例如，6號鍵按閉合時，行線Xl和列線Y1短路，此時Xl的電平由Y1的電平所決定，如果把行線接到微機的輸人口，列線接到微機的輸出口，則在微機的控制下，使列線Y1為低電平(0)，其余四根列線Y0、Y2、Y3都為高電平。然后微機通過輸人口讀行線的狀態(tài)，如果X0、X1都為高電平，則Y1這一列上沒有鍵閉合，如

53、果讀出的列線狀態(tài)不全為高電平，則為低電子的行線和Y1相交的鍵處于閉合狀態(tài)；如果Y1這一列上沒有鍵閉合，接著使列線Y1為低電平，其余列線為高電平。用同樣的方法檢查Y2這一列上有無鍵閉合，以此類推，最后使列線Y3為低電平，其余的列線為高電平，檢查Y3這一列上是否有健閉合。這種逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)的過程稱為對鍵盤的一次掃描。CPU對鍵盤掃描可以采取程序控制的隨機方式，CPU在空閑時掃描鍵盤，也可以采取定時控制方式，每隔一定時間，CPU對鍵盤掃描一次，CPU可隨時響應健輸入請求。也可以采用中斷方式，當鍵盤上有鍵閉合時，向CPU請求中斷，CPU響應鍵盤輸入中斷請求，對鍵盤掃描，以識別那一個鍵處于閉合狀

54、態(tài)，并對鍵輸入信息做出相應處理。CPU對鍵盤上閉合鍵鍵號的確定，可根據行線和列線的狀態(tài)計算求得，還可以根據行線和列線狀態(tài)查表求得。鍵盤共八個：“”為使顯示數字加一“”為使顯示數字減一“”為顯示屏的閃爍光標右移“”為顯示屏的閃爍光標左移 “啟動”為使整個系統運行 “停止”為使整個系統停止 “更改”為調解系統的設置以及切換溫度和濃度的顯示 “確認”為使系統設置值進行保存圖4-9 鍵盤顯示原理圖4.6 系統電源系統的控制系統中的AT89C51單片機、A/D轉換電路、執(zhí)行機構電路、鍵盤顯示電路都需要有穩(wěn)定的直流電源供電才能正常工作。系統中需要12V和+5V電源，系統采用串聯型的集成穩(wěn)壓器來實現。采用集

55、成穩(wěn)壓器外接元件少，使用方便，安全可靠，精度、穩(wěn)定性高，噪聲小。直流穩(wěn)壓電源系統包括整流器、濾波器、直流穩(wěn)壓器和高頻濾波器等幾部分，常用的直流穩(wěn)壓電路如圖4-10所示。一般直流穩(wěn)壓電源用的整流器多位單項橋式整流，直流側常用電容濾波。圖4-9 中C1為平滑濾波電容，常選用幾百幾千F的瓷片電容，用以減輕整流橋輸出電壓的脈動。C2為高頻濾波電容，常選用0.010.1F的瓷片電容，用于抑制浪涌的尖峰。作為直流穩(wěn)壓器件，現在常選用的就是三端穩(wěn)壓器78和79系列芯片，這類穩(wěn)壓器結構簡單，使用方便，負載穩(wěn)定度為15mV，具有過電流和輸出短路保護，可用于一般微機系統。三端穩(wěn)壓電源的輸出端常接兩個電容C3和C4

56、，C3主要起負載匹配作用，常選用幾十幾百F的電解電容；C4為抗高頻干擾電容，常選用0.01-0.1F的瓷片電容。圖4-10 電源原理圖系統電源的工作原理為：220V市電經過一個雙18V變壓器和二極管整流橋輸出，兩路輸出分別進入三端固定正電壓穩(wěn)壓器MC7812K和三端固定負電壓穩(wěn)壓器MC7912K，由這兩個電壓穩(wěn)壓器輸出就是我們需要12V電源，再將+12電壓經過正電壓穩(wěn)壓器MC7805T，就得到了+5V電源。第五章 后向通道的設計 5.1 顯示部分顯示電路部分采用串行接口，靜態(tài)鎖存驅動，不但節(jié)約了系統的資源，而且簡化編程。LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的共陰極（或共陽極）連接在一起并接地

57、（或接高電平）。之所以稱為靜態(tài)顯示，是由于顯示器中的各位相互獨立，而且各位的顯示字符一經確定，相應鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個字符為止。也正因為如此，靜態(tài)顯示器的亮度都較高。MAX7219是微處理器和共陰極七段八位LED顯示、圖條/柱圖顯示或64點陣顯示接口的小型串行輸入/輸出芯片。片內包括BCD譯碼器、多路掃描控制器、字和位驅動器和8X8靜態(tài)RAM.外部只需要一個電阻設置所有LED顯示器字段電流。MAX7219和微處理器只需三根導線連接，每位顯示數字有一個地址由微處理器寫入。允許使用者選擇每位是BCD譯碼或不譯碼。使用者還可選擇停機模式、數字亮度控制、從1-8選擇掃描位數和對所有L

58、ED顯示器的測試模式。5.1.1 MAX7219簡介MAX7219和單片計算機連接有三條引線(DIN. CLK, LOAD)。采用16位數據串行移位接收方式。即單片機將16位二進制數逐位發(fā)送到DIN端，在CLK上升沿到來前準備就緒，CLK的每個上升沿將一位數據移入MAX7219內移位寄存器，當16位數據移入完，在LOAD引腳信號上升沿將16位數據裝入MAX7219內的相應位置，在MAX7219內部硬件動態(tài)掃描顯示控制電路作用下實現動態(tài)顯示。5.1.2 MAX7219引腳說明MAX7219為24引腳芯片，引腳排列如圖5-5所示，各引腳功能如下:DIN:串行數據輸入端:DIGO-DIG7: LED

59、位線:LOAD:數據裝載信號輸入端;SEGA SEGG, SEGDp:段碼輸出端:ISET:硬件亮度調節(jié)端;DOUT:串行數據輸出端;CLK:移位脈沖輸入端;V十:正電源:GND:地。圖5-5 MAX7219引腳圖5.1.3 MAX7219內部組成結構MAX7219組成如圖5-6所示。圖5-6 MAX7219組成框圖各部分作用是:16位地址/數據移位寄存器接收串行數據，實現串/并變換。16位數據含義如下:D7-DO:寫入內部RAM和功能寄存器的數據:D8-Dll:內部RAM和功能寄存器地址;D12-D15:無定義。地址譯碼器是一個4-16線譯碼器，用于選擇數據存放單元，在LOAD信號作用下將接

60、收數據送入指定單元;八字節(jié)雙端口靜態(tài)存儲器存放接收數據和提供動態(tài)顯示據;B譯碼和不譯碼電路對RAM數據進行BCD澤碼或直接送顯示;段碼電流參考電路、亮度脈沖產生調制器實現對顯示器的亮度控制，段碼電流參考電路由硬件調節(jié)顯示器亮度;動態(tài)掃描控制器實現由硬件控制動態(tài)掃描顯示。LED段/位駭動器提供顯示器的一段和一位點亮時的電流各內部功能寄存器含義如下:(1)停機寄存器(地址OCH):當DO=0時，MAX721處于停機狀態(tài);當D0=1時，處于正常工作狀態(tài)。(2)顯示測試寄存器(地址OFH):當DO=0時，MAX7219按設定模式正常工作;當D0=1時，處于測試狀態(tài)。在該狀態(tài)下，不管MAX7219處于什

61、么模式，全部LED將按最大亮度顯示。(3)亮度寄存器(地址OAH):亮度可以用硬件和軟件兩種方法調節(jié)。亮度寄存器中的DO-D3位可以控制LED顯示器的亮度。(4)掃描界限寄存器(地址OBH):該寄存器中DO-D3位數據設定值為0-7H,設定值表示顯示器動態(tài)掃描個數位1-8。(5)譯碼方式寄存器(地址09H):該寄存器的8位二進制數的各位分別控制8個LED顯示器的譯碼方式。當高電平時，選擇BCD-B譯碼模式，當低電平時選擇不譯碼模式(即送來數據為字型碼)。(6)內部RAM 地址01-08H分別對應于DIGO-DIG7MAX7219驅動8位以下LED顯示器MAX7219在驅動8位以下LED顯示器時，它的DIN, CLK, LOAD端分別接單片