多路自动报警控制系统的设计

1、多路自动报警/ 控制系统的设计（1 引言 2 正文“原理，设计，实验，应用”结论）引言：随着城市的不断发展，城市的住房及办公楼也越来越集中，其中也产生了一项不利的因素，那就是： 楼宇的复杂化给小区、办公大楼的安全带来了更大程度上的隐患。出于安全的考虑， 也为了便于管理，大厦的智能化管理模式应用而生。同时随着高性价比、嵌入式微控制器的广泛应用，作为智能大厦自动化系统一部分的火灾报警/ 控制系统及红外线防盗系统有走向分布式智能控制系统的趋势。这种分布式控制系统将专用微处理器置入传统的探测器和控制模块及其它模块中，使它们各自具有了数字计算和数字通信能力，由过去的控制室设备来完成的功能下载到智能化的现

2、场设备来完成，从而适应工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向。本课题主要研究的是应用单片机技术来实现现场的报警/ 控制装置到主控制台的多路的自动打铃报警系统，在这里有必要介绍一下单片机。单片机是单片微型计算机的简称，它是把组成微型计算机的各功能部件：中央处理器cpu 、随机存取存储器ram 、i/o 接口电路、定时器 / 计数器以及串行通讯接口等部件制作在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机。单片机的产生与发展和微处理器的产生与发展大体上同步，经历了四个阶段：第一阶段：（1971-1974 年） ：1971 年 11 月美国intel公司首先设计成集成度为2000只晶体管 / 片的

3、微处理器intel4004，并且配有随机存取存储器ram ，只读存储器rom 和移位寄存器等芯片，构成第一台mcs-4微型计算机。1972 年 4 月 intel公司又研制成功了功能较强的8 位微处理器intel8008，在此期间faircnild公司也研制成f8 微处理器。这些微处理器虽说还不是单片机，但是从此拉开了研制单片机的序幕。第二阶段：（1974-1978 年） ：初级单片机阶段。以intel公司的mcs-48为代表。这个系列的单片机内集成有8 位 cpu 、并行 i/o 口、 8 位定时器 / 计数器，寻址范围不大于4k，且无串行口。第三阶段：（1978-1983 年） ：高性能单

4、片机阶段。在这一阶段推出的单片机普遍带有串行口，有多级中断处理系统、16 位定时器 / 计数器。片内ram 、rom 容量增大，且寻址范围可达 64k 字节，有的还带有a/d 转换器接口。 这类单片机有intel公司的 mcs-51 ，motorola公司的 6801 和 zilog公司的 z8 等。由于这类单片机的应用范围极其广泛, 各公司正在大力改进其结构及性能. 所以 , 这个系列的各类产品是目前国内外产品的主流.其中mcs-51 系列产品 , 由于其优良的性能价格比, 特别适合我国的国情, 随着我国经济建设步伐的加大, 在各方面得到了很大的应用. 第四阶段 :(1983-):8位单片机

5、巩固发展及16 位单片机推出阶段. 此阶段主要特征是一方面发展 16位单片机及专用单片机; 另一方面不断完善高档8位单片机 , 改善其结构 ,以满足不同的用户需要. 单片机的应用领域广泛, 按照单片机的特点, 单片机可分为单机应用和多机应用. 1.单机应用在一个应用系统中, 只使用一个单片机, 这是目前应用最多的方式, 单片机应用的主要领域有 : (1) 测控系统 . 用单片机可以构成各种工业控制系统, 自适应控制系统, 数据采集系统等.例如 , 温室人工气候控制, 水闸自动控制, 电镀生产线自动控制,气轮机电液调节系统, 机器人轴处理器等 . (2) 智能仪表 . 用单片机改造原有的测量,

6、控制仪表 , 能促进仪表向数字化, 智能化 , 多功能化 , 综合化 , 柔性化发展 . 如温度 , 压力 , 流量 , 浓度显示 , 控制仪表等 . 通过采用单片机软件编程技术 , 使长期以来测量仪表中的误差修正, 线形化处理等难题迎刃而解. (3) 机电一体化产品. 单片机与传统的机械产品结合, 使传统的机械产品结构简化, 控制智能化 , 构成新一代的机电一体化产品. 例如在电传打字机的设计中由于采用了单片机, 取代了近千个机械部件; 在数控机床的简易控制机中, 采用单片机可提高可靠性及增强功能, 降低控制机成本 . (4) 智能接口 . 在计算机系统, 特别是较大型的工业测控系统中, 如

7、果用单片机进行接口的控制与管理 , 单片机与主机可并行工作, 可以大大提高系统的运行速度.例如在大型数据采集系统中 , 用单片机对模 / 数转换接口进行控制不仅可提高采集速度, 还可对数据进行预处理,如数字滤波 , 线形化处理 , 误差修正等 . 2.多机应用单片机的多机应用系统可分为功能集散系统, 并行多机处理及局部网络系统. (1) 功能集散系统. 多功能集散系统是为了满足工程系统多种外围功能要求而设置的多机系统 . 例如一个加工中心的计算机系统除完成机床加工运行控制外, 还要控制对刀系统, 坐标指示 , 刀库管理 , 状态监视 , 伺服驱动等机构. (2) 并行多机控制系统. 并行多机控

8、制系统主要解决工程应用系统的快速性问题, 以便构成大型实时工程应用系统. 典型的有快速并行数据采集, 处理系统 , 实时图象处理系统等. (3) 局部网络系统. 单片机网络系统的出现, 使单片机应用进入了一个新的水平. 目前单片机构成的网络系统主要是分布式测控系统. 单片机主要用于系统中的通信控制, 以及构成各种测控子级系统. 在该多路自动报警/控制系统中 , 主要采用了单片机的多机应用, 局部网络系统原理. 由于 intel 公司的 8051 单片机具有较高的性价比,故采用 8051 作为主要部件. 设计原理：1网络拓扑结构本系统的网络拓扑结构如图1 所示，它由三个层次构成，各种探测器、控制

9、模块、编码模块和手报按钮等处于现场控制底层，和各个区域控制器相连. 区域控制器处于过程监控层的位置， 由 mcs8051单片机作为主控部件，通过驱动电路与总线回路相连，可实现和控制器、功能模块间的全数字通信，并实现联动控制。管理层也采用mcs8051单片机， 通过与区域控制器交换信息，可外接振铃实现报警、ld 显示器显示警报来源等功能操作，如有必要还可以通过网关联入城市消防和110 网络监控中心， 以实现双重管理和监控，作到及时传送火灾及窃案发生地点信息，起到快速反应的功能。2 硬件设计：3 软件设计主机程序：org0100hajmp go go: clr p2.1 ;警报复位按钮清零mov

10、r5,#1fh ;从机数mov r2,#00h ；被寻址从机地址start: mov r3,#01h ；命令从机发数据给主机mov r1,#60h ；数据长度送60h acall kerboard1 ;有地址输入则转向屏蔽地址子程序lcall mcom ；调用通讯子程序check: mov a,#61h ； 61h 的从机状态数据送累加器cjnz a,#00h,alarm;不正常跳到警报程序normal: inc r2 ；正常，地址加一，继续查询djnz r5,start ；查到 31 号机后跳到0 号机ljmp go alarm: jb p2.1,normal ； 读警报复位按钮， 如为高电

11、平， 则消除警报，转为正常setb p2.3 ;拉响警铃display: mov a,62h ；用十进制显示62h 中的地址anl a,#0f0h swap a mov b,#10h mul ab mov r6,a mov a,#62h anl a,#0fh 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 alarm ；不停地报警直到有复位按钮按下mcom: mov tomd,#20h ；初始化t1 为定时器方式，模式2 mov

12、tl1,#0f3h ；置计数器常数mov th1,#0f3h setb tr1 ；启动计时器t1 mov pcon, #80h ； smod=1 mov scon,#0d8h ；串行口方式3，允许接收，tb8=1 tx_addr: mov a,r2 ；发送地址帧setb p2.0 ；令 sn75176b 呈发送状态mov sbuf,a loop1: jnb ti,loop1 clr ti clr p2.0 ；令 sn75176b 呈接收状态rx_reply: jbc ri,if_agree ；等待从机应答sjmp rx_reply if_agree: mov a,sbuf ；判断应答地址是否符

13、合xrl a,r2 jz tx_comd comeback: mov a,#0ffh ；重新联络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，给tb8 置 0，准备送命令mov a,r3 ； r3 内容为控制代码setb p2.0 mov sbuf,a ；送命令loop3:jnb ti,loop3 clr ti clr p2.0 rx_state: jbc ri,if_right ；准备接收从机状态字节sjmp rx_st ate if_right : mo

14、v a,sbuf ；判从机是否接到非法命令jbc acc.7,go_on ；若正确就继续，否则返回重新联络sjmp comeback go_on: cjnz r3,#00h,receive ；要求从机发送就跳转jnb acc.0,comeback tx_bytes: mov a,r4 ；主机发送数据给从机setb p2.0 mov sbuf,a wait1:jbc ti,tx_data sjmp wait1 tx_dat a: mov a,r0 mov sbuf,a wait2:jnb ti,w ait2 clr ti inc r0 djnz r4,tx_dat a ret receive:

15、clr p2.0 ； sn75176b 呈接收状态jnb acc.1,comeback ；从机未准备就绪跳重新联络rx_bytes: jnb ri,rx_bytes ；接收数据块长度mov a,sbuf mov r4,a；数据块长度存r4，用以计数mov r1,a；数据块长度保存在60h 中inc r1 ；指向存储数据地址rx_dat a: jnb ri,rx_dat a ；准备接收数据clr ri mov a,sbuf mov r1,a；存放数据inc r1 ；存放指针加一djnz r4,rx_dat a ；未接收完就继续ret ；返回主程序4 工作原理结论：该多路自动报警/ 控制系统中，采

16、用8051 单片机作为区域控制器，各种探测器及手动装置作为外部事物输入设备，用打铃及led来提示报警和显示警报来源。由于采用了单片机作为控制元件，使得原先复杂的编码/ 译码电路可以用软件来实现，大大简化了硬件线路。在多机通讯上采用rs-485 总线传输标准，保证了信号远距离的可靠传输，可完成对多区域远距离的监控报警与消防控制，适用于多点测量系统，具有很好的通用性和实用性。作为一个在安全管理中十分重要的系统，该多路自动报警/ 控制系统具有安全可靠的优点，即该系统既能在出现异常情况时及时地打铃报警又能在受干扰的环境下尽可能的不谎报。该系统实时性强，即控制响应（包括命令响应、报警响应等）的速度快，能

17、实时地跟踪现场情况并对发生的事件进行处理；可靠性高， 不但在正常的情况下能稳定可靠地工作，而且对用户操作和外围设备具有很强的抗干扰能力；能和多媒体pc进行通信。且在设计时本着生产成本与设备灵活、电路简洁的设计原则，尽量选用了功耗低、体积小的电子器件，有效地降低了用户成本。该多路报警 / 控制系统还采用了先进的分布式控制方式，即将专用微处理器置入传统的探测器和控制模块及其它模块中，使它们各自具有了数字计算和数字通信能力，由过去的控制室设备来完成的功能下载到智能化的现场设备来完成。从这个角度来看，该系统已具备现场总线技术的部分特点，由于现场总线系统具有节省硬件数量与投资、节省安装与维护费用、用户可

18、自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统、设备标准化、功能模块化等许多优点，因而已成为工业控制领域一个新时代的开始，它也成为多路自动报警/ 控制系统今后发展的方向。综合看来，该多路自动报警/ 控制系统的应用前景十分广阔，必将凭借其廉价、安装方便、电路简洁的特点成为智能楼宇开发中的首选系统。参考文献： 1 阳宪惠，主编. 现场总线技术及其应用. 第 1 版. 北京：清华大学出版社，1999 2 郭敏 . 一种新型编 / 译码器件在报警/ 控制系统中的应用. 计算机应用研究，1998（5） 3 何立民 .mcs 51 系列单片机应用系统设计. 北京：北京航空航天大学，1990 4 李华 .mcs-51 系列单片机实用接口技术. 北京 : 北京航空航