毕业设计（论文）-单片机火灾报警系统.doc

单片机火灾报警系统摘 要 随着人们生活水平的提高和安全防范意识的增强,急需开发面向普通居民、价格低廉、运行可靠的自动报警系统。鉴于住宅电话和移动通讯设备已相当普及,因此利用公共通讯网作为报警系统的传输媒体是最佳的选择。本文介绍了一种基于公用电话网,利用单片机8051、DTMF信号收发芯片MT8880、集成语音芯片ISD1420, 集成温度传感器AD590 和气体传感器TGS202等,利用多传感器信息融合技术,完成语音报警的实用、可靠的单片机语音自动报警系统,着重阐述了该系统的组成形式及工作原理。基于该系统原理的相关产品已在线使用。实践表明,单片机技术在系统报警和其它一些自动控制领域中有着广泛的应用前景。 本文设计了 一个简单，适用的单片机火警报警系统，该系统能自动完成对布测点检测，确认火警后能自动报警，并显示火情点，记录火灾发生时间。关键词: 单片机；传感器；数据处理 ；报警Abstract Along with people living standard enhancement and safe guard consciousness enhancement, urgently needed development face ordinarily resident, low in price, movement reliable auto alarm system. In view of the fact that the residence telephone and the two-way charges for cellular phones equipment quite popularized, therefore uses the public communications net to take alarm systems transmission medium is the best choice. This article introduced one kind based on the public telephone network, using monolithic integrated circuit 8051, DTMF signal receiving and dispatching chip MT8880, integration speech chip ISD1420, integration temperature sensor AD590 and gas sensor TGS202 and so on, uses the multi-sensor information fusion technology, completes the pronunciation warning practical, the reliable monolithic integrated circuit pronunciation auto alarm system, elaborated this systems composition form and the principle of work emphatically. Based on this system principle related product already online use. The practice indicated that the monolithic integrated circuit technology has the widespread application prospect in the system warning and other automatic control domain. This article has designed a simplicity, the suitable monolithic integrated circuit fire-alarm alarm system, this system can complete automatically to the cloth measuring point examination, confirmed after the fire-alarm, can the auto-alarm, and demonstrates the state spot, the record fire has the time.Key words: Monolithic integrated circuit; Sensor; Data processing; Warning目 录第1章 绪论- 1 -1.1 研究背景- 1 -1.2 我国的报警系统发展及现状- 1 -1.3 研究内容- 2 -第2章 火灾报警系统- 3 -2.1 火灾报警系统介绍- 3 -2.1.1 系统的原理及功能- 3 -2.1.2 报警系统的特点- 3 -2.2 系统的组成- 4 -2.3 元器件选择- 4 -第3章 报警系统的硬件设计- 5 -3.1 火情检测- 5 -3.2 语音录放电路- 6 -3.2.1 ISD1420各引脚及其功能- 7 -3.2.2 语音段的寻址- 9 -3.3 双音频收发电路- 9 -3.3.1 MT8880介绍- 9 -3.3.2 DTMF信号介绍- 11 -3.3.3 DTMF信号的收发电路- 12 -3.4 声光报警模块- 14 -3.4.1 声音报警- 14 -3.4.2 灯光报警- 15 -3.5 振铃检测电路- 15 -3.6 信号音检测电路- 16 -3.7 主备电控制电路- 18 -3.8 AT89C51简介- 18 -3.8.1 主要特性- 19 -3.8.2 管脚说明- 19 -3.8.3 振荡器特性- 21 -3.8.4 芯片擦除- 21 -第4章 系统软件设计- 23 -4.1数据采集子程序- 23 -4.2火灾判断程序设计- 24 -4.3 报警程序设计- 25 -4.3.1电话报警模块- 25 -4.3.2MT8880的数据发送程序设计- 27 -4.3.3 MT8880的数据接收程序设计- 29 -第5章 结论- 33 -参考文献- 35 -致 谢- 37 - 37 -第1章 绪论1.1研究背景 在一些学校，工厂，仓库及公共场所，由于各种原因，存在很多火灾隐患，一旦发生火灾，后果不堪设想。而在这些地方，有的没有任何预警措施，有的也只采用人工巡逻，人工报警等方式预防，人为因素较多，而且很难做到24小时全天候监测，本文对使用单片机来对火灾进行监测及报警进行了一些探索，并设计了单片机火警报警系统。给系统能对被测点自动探测，一旦出现火险能立即报警，指出火险地点，为快速而准确的扑灭火灾提供有力的前提。1.2 我国的报警系统发展及现状 我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。目前国内厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发，他们采用集中区域报警控制方式，其系统复杂、成本较高。而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位，需要设置一种单一或区域联网、廉价实用的火灾自动探测报警装置，因此，研制一种结构简单、价格低廉的语音数字联网火灾报警器是非常必要的。图1.1 小型防火单位火灾报警系统 一般小型防火单位火灾报警系统如图1.1 所示。现场火灾报警器通过对传感器火情信息的检测，使用智能识别算法实现对火灾的监测。当报警器监测到火情信息后，直接通过Modem 经公用电话交换网迅速向消防指挥中心报告火情信息（包括火灾单位编码、单位名称、火情级别以及报警时间等），同时产生声光报警信号， 并按事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关负责人。消防指挥中心根据接收到的火警信息，立即在消防信息数据库中查询单位位置、周围道路、交通、水源情况等基本信息，根据所获得的信息迅速确定最佳救火方案，通过网络将出警命令直接下达各消防中队。本文将详细介绍单片机语音报警器的设计与实现。1.3研究内容 本文主要研究了火灾报警系统在单片机中的设计及应用。第二章主要介绍了单片机报警系统的组成原理及其结构。本报警器的工作原理是当发现警情时，探测器将警报信号通过传感器接口送入单片机,单片机的报警中断程序开始运行，调用拨号子程序按照预置号码进行拨号，发出报警。第三章主要介绍了报警器的硬件设计，其中包括了报警器各部分的设计过程及其元件的应用和介绍。 第四章主要介绍了系统的软件部分的设计，主要有数据采集软件设计、火灾判断程序设计、报警程序设计。第2章 火灾报警系统2.1 火灾报警系统介绍2.1.1系统的原理及功能 本报警器的工作原理：当发现警情时，探测器将警报信号通过传感器接口送入单片机，单片机的报警中断程序开始运行，调用拨号子程序按照预置号码进行拨号。此时单片机控制MT8880 发送双音频信号拨号，并检测呼叫信号以判定是否可以调用语音模块进行语音报警1。当没有警情时，可以通过另一部话机拨打本机，振铃检测电路将振铃音信号转换成TTL 信号传送给单片机，由单片机计数;当经过预设的振铃无人摘机时，系统就会自动摘机，调用远程设置子程序进行远程录音、查询警情等操作。 语音报警系统主要完成的功能：感温传感器和感烟传感器通过采集现场信号输入中央处理器，若判断出两种传感器中有一种动作，表明有异常现象,发异常语音报警信号“温度超限”或“烟雾报警”，同时相应的指示灯亮。此时，若另一传感器也动作，则停止异常报警，而进入火警报警状态,有现场语音“火警”报警提示，火警指示灯亮。同时系统调用远程报警模块，开始逐个拨叫预设的报警电话，直至有一个报警电话拨通，并收到回码。在拨号后首先判断电话线的状态是否为回铃音及对方是否摘机。如是，播放录制好的语音报警内容，如“某某区某某单元某某楼层某某房间发生火警”。否则挂机，拨打下一个号码。2.1.2 报警系统的特点 本文设计的用于小型防火单位的单片机火灾报警系统具有以下特点： (1) 能对室内烟雾(CO2, CO) 及温度突变进行报警(声光报警)。(2) 如果出现硬件故障(如传感器遗落、内部元器件损坏等) ：能发出故障报警。(3) 如果只有一种参数出现异常(如烟雾浓度过大或是温度较高) ：能发出异常报警信号，令值班人员到现场处理。(4) 如果烟雾和温度同时出现异常，则说明有火灾,发出火灾警报，并及时将火灾信息上报消防指挥中心。(5) 有报警优先，对普通电话的强拆功能。既当电话正在使用时发生火警，系统将强行切断电话；自动拨打报警电话功能。据类似本系统的报警器现场模拟实验表明，本系统安全可靠：误报率低。且由于其体积小、操作维护方便、成本低廉等, 具有广阔的应用前景。2.2 系统的组成 硬件电路主要包括单片机电路，2 路传感器报警信号电路,模数转换电路， 语音报警电路，震铃检测电路、模拟摘机和DTMF 解调电路，以及主备电控制电路部分。图2-1 报警系统框图 如图2.1所示，报警器硬件由温度烟雾信号采集模块、声光报警模块以及单片机与收发码模块组成。图中1，2，3 组成数据采集模块；4，5 组成现场声光报警模块；5，6组成远程报警模块。其中：1 为传感器(包括烟感和温感) ：将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号；2为信号调理电路：将传感器输出的电信号进行调理(放大、滤波等)；使之满足A/D 转换的要求；3为A/D 转换电路，完成将温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。声光报警模块由单片机和报警电路组成，由单片机控制实现不同的声光报警(异常报警、故障报警、火灾报警) 功能。单片机与远程报警模块由单片机、MT8880收发码电路组成，实现远程报警。2.3 元器件选择主要芯片：AT89C51 MT8880 ISD1420 74LS373 74LS138 ADC0809 7812 7805LM386三极管：5551 8550 9014二极管：4007 4148第3章 报警系统的硬件设计3.1 火情检测要准确地进行火灾报警，选择合适的温度和烟雾传感器是准确报警的前提。综合考虑各因素，本文选择集成温度传感器AD590 和气体传感器TGS202 用作采集系统的敏感元件。 AD590是美国Analog Devices 公司生产的一种电流型二端温度传感器。电路如图3 所示。由于AD590 是电流型温度传感器，他的输出同绝对温度成正比，即1A/k,而数模转换芯片ADC0809 的输入要求是电压量2，所以在AD590 的负极接出一个10k的电阻R 1 和一个100的可调电阻W，将电流量变为电压量送入ADC0809。通过调节可调电阻,便可在输出端VT 获得与绝对温度成正比的电压量,即10 mV/K。AD590的应用电路如下：图3-.1 AD590 的应用电路 火灾中气体烟雾主要是CO2 和CO。TGS202气体传感器能探测CO2，CO，甲烷、煤气等多种气体，他灵敏度高，稳定性好，适合于火灾中气体的探测。如图3.2 所示，当TGS202探测到CO2或CO时，传感器的内阻变小，VA迅速上升。选择适当的电阻阻值，使得当气体浓度达到一定程度(如CO浓度达到0.106%)时，VA 端获得适当的电压(设为3V)。 A/D 转换电路采用了常用的8位8通道模数转换专用芯ADC0809。温度、烟雾传感器的输出分别接到ADC0809的IN0和IN1。ADC0809 的通道选择地址A，B，C分别由89C51的P2.0P2.2经地址锁存器74LS373输出提供。为了给OE线分配一个地址，图中把AT89C51 RD和译码器输出F0H经或门M1和OE相连。在相应中断后，AT89C51执行中断服务程序中如下两条指令就可以使OE变为高电平，从而打开三态输出锁存器，让CPU提取A/D转换后的数字量。 图3-2 TGS202 的应用电路MOV R0, #0F0HMOVX A, R0; OE变为高电平，数字量A 图中ALE 信号与START信号连在一起，在WR信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。例如，输出地址7FF8H可选通通道IN0，实现对温度传感器输出的模拟量进行转换； 输出地址7FF9H可选通通道IN 1，实现对烟雾传感器输出的模拟量进行转换。图中ADC0809 的转换结束状态信号EOC经过反向器接到89C51的INT1引脚，当A/D 转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，产生中断。在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元3。 ADC0809所需时钟信号由89C51的ALE信号提供.89C51的ALE信号通常是每个机器周期出现两次，故它的频率是单片机时钟频率的1/6.若89C51主频是6MHZ，ALE信号频率为1MHZ，若使ALE上信号经触发器二分频接到ADC0809 的 CLOCK输入端，就可获得500KHZ的A/D转换脉冲。3.2语音录放电路图3-3 ISD1420芯片引脚图3.2.1 ISD1420各引脚 电源（VCCA，VCCD） 芯片内部的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装上，这样可使噪声最小。模拟和数字电源端最好分别走线，尽可能在靠近供电端处相连，而去耦电容应尽量靠近芯片。 地线（VSSA，VSSD） 芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线，这两个脚最好在引脚焊盘上相连。 录音（/REC） 低电平有效。只要/REC 变低（不管芯片处在节电状态还是正在放音），芯片即开始录音。录音期间，/REC 必须保持为低。/REC 变高或内存录满后，录音周期结束，芯片自动写入一个信息结束标志（EOM），使以后的重放操作可发及时停止。之后芯片自动进入节电状态。注：/REC 的上升沿有 50 毫秒防颤，防止芯片自动进入节电状态。 边沿触发放音（/PLAYE） 此端出现下降沿时，芯片开始放音。放音持续到 EOM 标志或内存结束，之后芯片自动进入节电状态。开始放音后，可以释放/PLAYE。 电平触发放音（/PLAYL） 此端出现下降沿时，芯片开始放音。放音持续至端回到高电平，遇到 EOM标志，或内存结束。放音结束后芯片自动进入节电状态。 注：放音过程中当遇到 EOM 或内存结束时，如果/PLAYE 或/PLAYL 仍处在高电平，芯片虽然也进入节电状态（内部震荡器和时钟停止工作），但是由于芯片没有对/PLAYE 和/PLAYL 的上升沿进行消颤，随后在这两个引脚上出现的下隆沿（例如释放按键时的抖动） 都会触发放音。 录音指示（/RECLED） 处于录音状态时，此端为低，可驱动 LED。此外，放音遇到 EOM 标志时，此端输出低电平脉冲。话筒输入（MIC）此端边至片内前置放大器。片内自动增益控制电路（AGC）将前置增益控制在-15至 24dB。外接话筒应通过串联电容耦合到此端。耦合电容值和此端的10K输入阻抗决定了芯 片频带的低频截止点。 话筒参考（MIC REF）此端是前置放大器的反向输入。当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，提 高共模抑制比。 自动增益控制（AGC） AGC 动态调节器整前置境益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录制变化很大的音量（从耳语到喧哗嚣声）时失真都能保持最小。响应时间取决于此端的 5K输入阻抗和外接的对地电容（即线路图中的 C12）的时间常数。释放时间取决于此端外接的并联对地电容和电阻（即线路图中 R9 和 C12）的时间常数。470K和 4.7uF 的标称值在绝对大多数场合 下可获得满意的效果。 模拟输出（ANA OUT） 前置放大器输出。前置电压增益取决于AGC 端的电平。 模拟输入（ANA IN） 此端即芯片录音的输入信号。对话筒输入来说，ANA OUT 端应通过外接电容连至本端。该电容和本端的 3K输入阻抗给出了芯片频带的附加低端截止频率。其它音源可通过交流耦合直接连至本端。 喇叭输出（SP+、SP-） 这对输出端能驱动16以上的喇叭。单端使用时必须在输出端和喇叭间接耦合电容：而双端输出既不用电容又能将功率提高4倍。录音时，它们都呈高阻态；节电模式下：它们保持为低电平。 外部时钟（XCLK） 此端内部有下拉元件，不用时应接地。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校，保证了标称的最小录音时间。商业级芯片在整个温度各电压范围内，频率变化在+2.25%内,并保证最小录放时间，所以有些芯片的录放时间比标称的值稍大。工业级芯片在整个温度和电压范围内， 频率变化在+5%内，建议使用稳压电源。若要求更高精度或系统同步，可从本端输入外部时钟。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定，帮上述持荐的时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关紧要，因为内部首先进行了分频。 地址（A0A7） 地址端有两个作用，取决于最高（MSB）两位 A7、A6 的状态。当 A7 或 A6 有一个为 0 时，所有输入均释放为地址位，作为当前录放操作的起始地址。地址端只用输入，不输出操作过程的内部地址信息。地址在/PLAYE、/PLAYL、或/REC 的下降沿锁存。ISD1420在电路图中的外围接线图如图3-4所示。图3-4 ISD1420芯片外围接线图3.2.2 语音段的寻址 语音芯片与单片机的连接，常通过串行口来实现，串行口也可以通过辅助电路分时多用。定义好串行口的工作方式（串行口控制寄存器SCON字节地址为98H，可位寻址），当由按键输入或其它需要语音输出时，串行口向CPU申请中断，响应中断后，CPU便可以从串行数据中识别出语音段编号，输出语音信号。发送结束，中断由软件清零。3.3 双音频收发电路 由MT8880构成,可预先存储各种电话号码。我们先了解一下该芯片的基础知识.3.3.1 MT8880介绍 MT8880C是一个带有呼叫处理滤波器的单片DTMF信号收发器。他的制造采用MITEL公司的低功耗、高稳定性的ISO-CMOS技术。DTMF信号的接收部分采用DTMF信号接收单片机MT8870的工业制造标准；发送部分采用开关电容进行DA转换发送高精度、低畸变的DTMF5信号。内部寄存器提供一个群模式。在双音频群模式下DTMF信号可以通过精确的时序被发送出去。可选择呼叫处理滤波器让一个微处理器处理呼叫音频信号。整合了收发功能的MT8880C单片机的结构包括一个带有可变增益的内部放大器的高性能接收器和一个带有脉冲计数器的发射器。一个可以访问MT8880内部的寄存器的标准的微处理器接口。MT8880的内部寄存器包括1个状态寄存器、2个数据寄存器和2个控制寄存器，如图3.5所示。 图3-5 MT8880C单片机的结构表1 DTMF信号的编码解码表FlowFhighDIGITD3D2D1D06971209100016971336200106971477300117701209401007701336501017701477601108521209701118521336810008521477910019411336010109411209*10119411477#11006971633A11017701633B11108521633C11119411633D0000 发号由单片机的P0.4 控制，将事先存储的号码以DTMF 形式通过该片的8 脚送至外线。双音多频信号（DTMF）是由一组低音频信号和一组高音频信号以一定方式的组合构成6，每组音频信号各有4个音频信号，而每种组合有一个高音频信号和一个低音频信号，共16种组合。过去主要用于电话拨号信息传输，具有很强的抗干扰能力。目前市场上销售的DTMF专用芯片集编解码于一体，MT8880具有收发功能。本文通过89C51单片机控制MT8880实现计算机间的远距离数据传输。3.3.2 DTMF信号介绍 DTMF信号的产生原理：双音频信号是2个正弦波信号的叠加，选定2个频率和后可得到这种信号的数学表达式： 如果用合适的采样频率对这个信号进行AD转换，则很容易计算出每一个采样点的AD值，而如果将这些采样值形成一张表，在单片机里用同样的采样频率将这张表中的数值用DA转换器输出，就是双音频信号。在实际应用中常用1 b的DM编码来实现AD和DA过程，其中AD过程可以在PC机上完成，用程序生成对应每一个DTMF信号的DM编码表，DA过程在单片机上完成。与单音编码不同，DTMF信号是采用八中取二的方式来构成一个音频信号7，由虚假信号的干扰，所以应用范围特别广泛。对照表1可以发现DTMF信号由2个不同的频率信号合成。分为高频组和低频组，各包含有4个频率，可以构成16种不同的信号，依次对应着16个不同的BCD码。3.3.3 DTMF信号的收发电路1、 MT8880接收电路设计 当MT8880作为DTMF接收器的时候，DTMF信号经由IN和IN输入，经过运算放大滤除信号中的拨号音频率，然后发送到双音频滤波器，分离出低频组和高频组信号，通过数字计数的方式检出DTMF信号的频率，并且通过译码器译成4位二进制码。4位二进制编码被锁存在接收数据寄存器中，此时状态寄存器中的延时控制识别位复位，状态寄存器中的接收数据寄存器满标识位置位，对外而言，当寄存器中的延时控制识别位复位时，IRQLCP由高电平变为低电平。如果用IRQLCP作为单片机的中断信号，IRQL由高电平变为低电平，向CPU发出中断请求，当CPU响应中断，读出寄存器中的数据后，IRQL返回高电平。MT8880的D0D3与单片机的P1.0P1.3相连，P1.4-P1.7分别与CK，RSO，CSL，R/WL相连。图 3.6 接收电路接线图2、发送电路设计 图3.7 发送电路接线图当MT8880作为发送器时数据总线上D0D3四位二进制码被锁存在发送数据寄存器中8，发送的DTMF信号频率由3.58 MHz的晶振分频产生。分频器首先从基准频率分离出8个不同频率的正弦波，行列计数器根据发送数据寄存器中的数据，以八取二方式分离出一个高频信号和一个低频信号，经开关电容做DA转换，在加法器中合成DTMF信号，并从TONE端输出，电路图如图3.7所示。 应用MT8880使DTMF信号的收发功能于一体，完成DTMF信号的编码与解码，达到数据传输的目的。大大简化了设计的复杂性，可以降低成本，减少体积。3.4 声光报警模块 声光报警电路在单片机P1 口的控制下，可以根据不同情况(火灾、异常、故障) 发出不同的声光报警信号。3.4.1声音报警 声音信号由专用语音芯片提供9。通过给语音芯片的D0，D1，D2，D3端输入不同的地址，便可以获得各种不同的声音信号。由单片机的P1.0，P1.2，P1.3 和P1.4 控制。另外该芯片还需要一个放音控制信号，由P0.4口 提供。只有当该信号为高电平时，芯片才会根据地址端提供的地址寻找到不同的语音信息，发出不同的报警声，否则不会发声报警。图 3.8 功放电路 ISD1420的驱动能力有限(0.5W)，直接接到扬声器上效果不是太理想，若接1W以上的扬声器将发生失真现象，通常1W以下的扬声器可用LM386，D2283，D2822，MC34119，TA7368等芯片驱动如图3.8所示， 1W-10W的扬声器用TDA2003，LA4440芯片驱动，如图3.9所示：图3.9 功放电路3.4.2 灯光报警 图3.10 光报警电路 由AT89C51 P0 口的P0.0P0.3 分别控制4 个发光二极管，予以光报警。如图3.10 所示。P114P117 控制的灯依次为绿色(正常信号灯)、黄色(故障信号灯)、红色(异常信号灯)和红色(火灾信号灯)。当这些输出端输出低电平时，对应的信号灯便会发光报警。3.5 振铃检测电路 由继电器J、整流桥等组成,单片机P1.4和P3.5 控制整流桥，使继电器J 吸合或断开，从而完成摘挂机。电路如图3.11所示。电话线振铃信号25Hz，75100V。因此不能直接与IC电路连接，同时为了防雷击，输入端用 1F/160 V 电容进行隔离或并联防雷管4148。铃流声经全桥整流后再由光电耦合器4N25耦合整形后送AT89C51 T0计数器进行振铃次数记数,当T0记数为n次时，按约定为有任务输入，AT89C51输出模拟摘机信号使线路接通，同时单片机控制语音提示电路“请用户输入密码，并通过电话线路将输入的密码信号送入双音频DTMF解码电路。图3.11 振铃检测电路3.6 信号音检测电路 本文介绍利用单片机定时/计数功能检测电话信号音的原理及方法。该方法简单，使用锁相放大器，成本低、可靠性高，当信号音频率偏离450Hz较大或线路存在干扰时，依然能够正确识别无声(线路故障)、拨号音、忙音、空号音、拥塞音、回铃音、被叫用户摘机等状态；占用单片机资源少，仅需要1个定时器和1个计数器；检测程序结构简洁，代码短。话线信号通过音频变压器T1耦合到电容C2负极，经MC4558 放大4倍后，送LM339比较器，回差电压由R7控制，这样就实现正弦波到方波的转换，从LM339输出的方波信号送AT89C51单片机计数器T0输入端P3.4引脚。图3.12 信号音检测电路 检测方法：话线信号在传输过程中可能受到较严重的干扰，例如在话线信号持续期内缺少数个甚至数十个信号周期以及在话线信号间歇期内存在高频干扰。为此，可利用单片机定时中断(例如MCS-51的定时/ 计数器T2)功能，每隔20ms对话线信号周期进行计数(可使用定时/ 计数器T0或T1作为话线信号周期计数器)。当话线信号频率为450Hz10 %时，20ms 内应检测到810个话线信号周期。由于T0开启时间与话线信号不一定同步，可能存在1个字的误差，这样，20ms内实际检测到的话线信号周期为711个。为了提高判别的准确性，简化判别步骤；缩短检测程序代码，使用一个内部RAM单元b2b0位作为状态寄存器，其中b2b0位分别记录最近3个20ms内计数器T0的取值范围。再用2个内部RAM 单元分别记录话线信号续、断时间.这样，根据续、断时间的长短就可以判别出话线状态。具体做法如下：状态寄存器b2b0位初始化为“000”；20 ms 定时时间到时，保存计数器T0后清计数器T0；然后将状态寄存器左移,亦即使b2b1，b1b0；而b0 位内容由计数器T0决定：如果计数器T0在711之间，则表明这20 ms内存在450 Hz话线信号音，b0位取“1”；如果计数器T0在06 之间，表明在20ms内450Hz话线信号音未出现或只检测到话线信号音持续期的一小部分，b0位取“0”；如果计数器T0大于12 ，则表明计数信号频率太高(大于600 Hz，不属于话线信号音，重新初始化状态寄存器b2b0为000。对于忙音、拨号音、回铃音等话线信号(如图15所示) 。在没有干扰情况下，状态寄存器沿000001(表示前2个20 ms 内未检测到话线信号音，当前20ms内检测到话线信号音，话线信号持续时间+1)011(已连续在相邻的2 个20ms内检测到话线信号，是话线信号持续期开始标志，话线信号持续时间+1)111(在相邻的3个20ms内检测到话线信号，是话线信号持续期，话线信号持续时间+1)110(前2个20 ms内检测到话线信号,当前20ms内检测不到话线信号时，可能是话线信号持续期后沿，间歇期时间+1)100(已连续在相邻的2个20ms内检测不到话线信号，是话线信号持续期结束标志，间歇期时间+1)000(已连续3个20ms检测不到话线信号，是话线信号间歇期)转换。图3.13电话线铃音持续时间图3.7 主备电控制电路 主电路接线图如下：图3.14 主备电接线图 电路主要由7805和7812稳压芯片及外围电路组成，供电电源有备电和主电之分。其中主电由220V电源经过变压器变压后供给，经整流桥整流后由稳压芯片稳压供给系统电路。主电检测由单片机P0.7口输入检测信号，当主电故障时，该脚输入为高电平，AT89C51的P0.5口输出高电平，控制备电供电。备电由12V备用电池供给,当电池电量不足时，由89C51的P0.6口输出高电平，控制备用电池充电。本系统的主备电结构使系统即使在主电故障情况下仍可工作，但时间不可过长，以免损坏备用电池.3.8 AT89C51简介 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。图3.15 AT89C51引脚图3.8.1 主要特性与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 3.8.2 管脚说明 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故. P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： 口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.8.3 振荡器特性 XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。3.8.4 芯片擦除 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。第4章 系统软件设计为了便于系统维护和功能扩充，采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。本系统主要包括数据采集子程序、火灾判断与报警子程序以及通讯子程序等。4.1数据采集子程序 数据采集部分的程序设计包括： 驱动ADC0809 的IN0和IN1进行A/D 转换，分别由子程序ADC1 (温度转换) 和ADC2 (烟雾浓度转换) 完成；单片机接收转换好的数据，存入指定内存单元，由INT1 中断服务程序完成。每次驱动A/D转换后等待外部中断，中断到来说明A/D 转换已经完成，通过中断服务程序读取转换得到的数据。 A/ D 采样程序如下： 本程序分住程序和中断服务程序两部分。主程序用来对中断初始化，给ADC0809发起动脉冲和送模拟量路数地址等。中断服务程序用来从ADC 接受A/D转换后的数字量和判断一遍采集完否。程序如下：主程序： ORG 0A00H MOV R1, #30H /输入数据区始址送R1 MOV R4, #2 /模拟量总路数送R4 MOV R2, #00H /IN0地址送R2 SETB EA /开CPU中断 SETB EX1 /允许INT1L中断 SETB IT1 /即INT1L为边沿触发 MOV R0, #0F0H /送端口地址F0H到R0 MOV A, R2 /IN0地址送A MOVX R0, A /送IN0地址并启A/D SJMP $ /等待中断或其它中断服务程序： ORG 0013H AJMP CINT1 /转中断服务程序 ORG 0100HCINT1: MOV R0, #0F0H /端口地址送R0MOVX A, R0 /输入数字量送AMOV R1, A /存入输入数据区INC R1 /输入数据区指针加1INC R2 /修改模拟量路数地址MOV A, R2 /下个模拟量路数地址送AMOVX R0, A /送下路模拟量路数地址,并启A/DDJNZ R4, LOOP /若未采集完2路,则LOOPCLR EX1 /若已采集完2路,则关INT1L中断LOOP:RETI /中断返回END4.2火灾判断程序设计 为了降低误报率，系统采用了多次采集、多次判断的方法。每次数据采集后根据得到的数据对现场情况进行判断：00H 表示正常；01H 表示异常；02H 表示火灾； 然后综合多次判断结果做出最终的火情判断。数据在内部RAM 存储单元中的存放情况如表2 所示。具体判断方法如下：(1) 对温度和烟雾进行了两次数据采集与判断温度100 , 温度异常， 置标志位为1，否则为0；烟雾(CO, CO2) 浓度0.106% ，烟雾浓度异常，置标志位为1，否则为0。(2) 根据温度和烟雾的异常标志位判断现场情况2 个标志位均为0，表示情况正常，给53H 或56H 单元送00H；2 个中仅有1 个为1，表示情况异常，送01H；2 个均为1，表示有火灾发生，送02H。(3) 综合两次情况做最后判断，并予以报警若53H 和56H 中数据不相同，说明是误报；调故障报警子程序；否则按该单元中的数据调相应的报警子程序。00H 为情况正常： 返回。01H 为情况异常：调异常报警子程序。02H 为现场有火灾，调火灾报警子程序：并向消防中心报告火情。表2数据在RAM 的存放第一次数据采集第二次数据采集51H 温度数据54H 温度数据52H 烟雾数据55H 烟雾数据53H 现场情况56H 现场情况4.3 报警程序设计4.3.1电话报警模块 电话报警模块主要通过中断服务程序来实现。该程序的基本流程是：报警器摘机，自动拨叫号码簿上相应的报警号码，如