自动灭火论文

1、（上接第一部分）3火灾探测器输出信号处理和数据的传输我们都知道火灾探测器的输出信号可以是模拟信号，也可以是数字信号，而单片机所能识别只有TTL电平的数字信号，高于2.2V为逻辑1，低于0.8V为逻辑0，这就需要我们对传感器的输出信号进行转换。同时，由于现场的各种干扰因素会导致信号的失真，频率的混叠，这也就要求我们对输出的模拟信号进行处理，以最大程度地原始地复现外界信息的变化。从前面的对于DS18B20的介绍，它是一个集成的可编程的温度传感器，体积小小，数字化，网络化，精度高、接线简单，输出的直接为数字信号，传输串行的数据，不需外部设备，下面简单的说明下DS18B20与单片机信号处理的顺序：初始

2、化单总线系统；执行某种ROM操作指令；执行存储器操作指令；处理数据。如果测温现场需要多个温度传感器，PC与DS18B20的连接可使用DALLAS提供的单总线到PC串口或并口的适配器，常用的有DS9097串行口适配器和DS1410并行口适配器，这样只需要一条双绞线（一条为信号线，一条为地线）从控制器引入测温现场，然后将多个DS18B20挂在其上就行了。由于本次信号的核心还是温度，对于烟雾浓度是用来辅助判断，为了节约成本，将不采用AD转换，用一个简单的电压比较器LM339来与预设定的电压值比较输出一个电压信号直接传输到单片机，即无需对烟雾浓度的具体值进行精确的了解，只是判断是否在危险范围内，这样可

3、以省去很多信号处理电路，具体离子型烟雾传感器的输出信号的处理电路如下：图3-1 离子烟雾传感器信号处理电路可以根据测试现场的环境来设定参考输入电压或者通过调动滑动变阻器即可实现简单的浓度预设值，需要进行现场的调试。 输出直接接到单片机的端口P1.0，低电平为安全，高电平为处于危险情况。下面对上述电路进行简单的分析：如图3-1选取LM339为电压比较器，比较器电路本身也有技术指标要求，如精度、响应速度、传播延迟时间、灵敏度等，大部分参数与运放的参数相同在要求不高时可采用通用运放来作比较器电路。电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高。当

4、“”输入端电压高于“”输入端时，电压比较器输出为高电平；当“+”端电压低于“”输入端时，电压比较器输出端为低电平。由于比较器与运放的内部结构基本相同，其大部分参数(电特性参数)与运放的参数项基本一样(如输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流等)。所以计算时直接把它当做运放，离子烟雾传感器的电压输出在5.6+0.4v的范围左右波动，设为U，输出为U0。参考电压可以取5V，设为Vcc，则输出4自动灭火系统MCU控制器4.1概述控制器是整个灭火系统的灵魂，所以我们选择是需要慎之又慎。在众多的51系列单片机中，要算 ATMEL 公司的AT89C51更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其

5、片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为 ATMEL AT89Cx 做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。单对AT89C51来说，在实际电路中可以直接互换8051和8751。由于内部RAM的存在，可以减少I/O扩展芯片、锁存器及片外RAM等等，使整个设计显得简单明了，所以我们选择AT89C51。4.2 AT89C51的介绍概述AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪存存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线

6、，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容。但振荡器停止工作并禁止其它所有工作直到下一个硬件复位。主要性能参数（1）与MCS-51产品指令系统完全兼容 （2）4K字节可重擦写Flash闪速存储器（3） 1000次擦写中期（4）全静态操作：0Hz24MHz（5）三级加密程序存储器（6）128*8字节内部RAM（7）32个可编程I/O口线（8）2个16位定时

7、/计数器（9）6个中断源（10）可编程串行UART通道（11）低功耗空闲和掉电式 引脚功能说明如图所示为AT89C51的引脚图图4-1 AT89C51引脚图：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对断口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0接受指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O

8、口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号来低时会输出一个电流（I）。Flash编程和程序校验期间，P1口接受底8位地址。P2口：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号来低电平时会输出一个电流（I）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如

9、执行MOVX DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX RI指令）时，P2口行上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接受高位地址和其它控制信号。P3口：P3是一组带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作输入口使用时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（I）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是他的第二功能，如下，P3.0：串

10、行输入口RXD；P3.1：串行输出口TXD；P3.2：外部中断INT0；P3.3外部中断INT1；P3.4：定时计数器T0；P3.5：定时计数器T2；P3.6：外部数据存储器写选通；P3.7：外部数据存储器读选通。P3口还接受一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG非：当访问外部程序存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将

11、跳过一个ALE脉冲。PSEN非：程序储存允许（PSEN非）输出是外部程序存储器的读选信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN非有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的PSEN非信号不出现。EA/Vpp：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须得保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用1

12、2V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。时钟振荡器AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图4-2。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路，对外电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30pF（±10pF

13、），而如使用陶瓷谐振器建议选择40pF（±10F）。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如下图所示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，电脑最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。图振荡电路图4-2 时钟振荡电路 编程方式 编程前，须设置好地址，数据及控制信号，编程单元的地址加在P1口和P2口的P2.0-P2.3<11位地址范围为0000H-0FFFH>，数据P0口输入，引脚P2.6,P2.7

14、和P3.6,P3.7的电平设置见表3-4，PSEN为低电平，RST保持高电平，EA/引脚是编程电源的输入端，按要求加上编程电源，ALE/PROG引脚输入编程脉冲（负脉冲）。编程时，可采用420MHz的时钟震荡器，AT89C51编程方法如下：1 在地址线上加上要编程单元的地址信号。2 在数据线上加上要写入的数据字节。3 激活相应的控制信号。4 在高电压编程方式时，将EA/端加上+12V编程电压。5 每对Flash存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个ALE/PROG编程脉冲。改变编程单元的地址和写入的数据，重复15步骤，直到全部文件编程结束。每个字节写入周期是自身定时的，通常约为1

15、.5ms。 数据查询 AT89C51单片机用数据查询方式来检测一个写周期是否结束，在一个写周期中，如需读取最后写入的那个字节，则读出的数据的最高位（P0.7）是原来写入字节最高位的反码。写周期完成后，有效的数据就会出现在所有输出端上，此时，可进入下一个字节写周期，写周期开始后，可在任意时刻进行数据查询。 Ready/Busy字节编程的进度可通过“RDY/BSY”输出信号监测，编程期间，ALE变成高电平“H”后P3.4(RDY/BSY)端电平被拉低，表示正在编程状态（忙状态）。编程结束后，P3.4变为高电平准备就绪状态。复位电路在振荡，有两个机器周期（24 个振荡周期）以上的高电平出现在此引脚时

16、，将使单片器运行时机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P0P3 口均置1 引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR 全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM 的0000H 处开始运行程序。该芯片的复位脚为9脚，所以复位电路接STC89C52RC的9脚，具体电路如下图所示。当采用的晶体频率是6 MHZ时，可取C=22UF，R=1K；当采用的晶体频率为12MHZ时，可取C=10UF，R=8.2K。不过这都是最佳的组合，也可以有其它大小的电容电阻，只要符合电路要求就可以，如本文就采用22UF的电容和10K的电阻。图4-3 复位电路4.3 AT89C51与上位

17、机的接口电路本次的串口通信的设计主要是考虑到其可扩展性进行设计的，由于灭火系统可能用于多点和网络型的实时监测，这对于数据的处理要求较高，需要接到上位机PC，为此我们设计了一个基于RS232的串口通信，以备扩展需要，下面就基于RS232的串口通信做简单的介绍。1.RS232协议标准RS232信号在正负电平之间摆动,在发送数据时,发送端驱动器输出正电平在+5V+15V，负电平在-5V-15V电平。当无数据传输时，线上为TTL电平，从开始数据传输到结束，线上电平从TTL电平到RS232电平再返回TTL电平。接收器典型的电平在+3V+12V与-3V-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为23V左右，所

18、以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传输距离最大为约15m，最高速率为20kbps。2.MAX232简介RS232用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态规定不通，因此要用RS232总线进行串行通信时需外接电路以实现电平转换。在发送端用驱动器将TTL电平转换成RS232电平，在接收端用接收器将RS232电平再转换成TTL电平。MAX232内部有电荷汞电压转换器，可将+5V电源变换成RS232所需的±10V电压，以实现电压的转换，既符合RS232的技术，又可实现+5V单电源供电，所以MAX收发器电路给短距离串行通信带来极大的方便。3.硬件连接 &#

19、160;  单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和计算机之间可以方便 地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，计算机的串口是RS232 电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，采用专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。采用三线制连接串口，也就是说和计算机的9针串口只连接其中的3根线：第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。电路如图4-4所示，MAX232的第11脚和单片机的11脚连接，第12脚和单片机的10脚连接，第15脚和单片机的20脚连接。图4-4基于rs232

20、串口通信电路5自动灭火系统外接硬件系统5.1报警部分本次报警部分分2个部分，一个是LED灯光的闪烁，一个是蜂鸣器的报警。LED报警：由2个不同颜色的二极管组成，分别接到单片机的P0.5和P0.6，其中P0.5为黄色，预警，即烟雾浓度指示灯，当烟雾浓度不满足测试值时便开始发光；P0.6端口接红色LED，即温度超过阀值便开始不停的闪烁（闪烁容易引起人们的注意），发出火灾警告。蜂鸣器报警下图6-1为声音报警部分的电路图，通过简单的三极管Q9014驱动电路和蜂鸣器构成，其中一个电阻是偏置电阻，给三极管提供偏置电压。这个电路的工作过程可简单的描叙如下：驱动电路的输入端与单片机的I/O口相连，当I/O口输

21、出一个高电平，三极管Q的基极B得到高电平，三极管导通，电流从VCC经集电极C流向发射极E，并流入蜂鸣器BP，这样蜂鸣器BP得到工作电流而发出“滴滴”的提示音。图5-1 蜂鸣器报警电路5.2自动灭火电路驱动部分概述本部分由两组构成，一组用来作为初级阶段的火灾驱动，一组作为下一阶段的火灾驱动，具体的灭火设备和选用的物质和现场紧密相关的。固态继电器SRR固态继电器又名固态开关。是一种新颖的四端以弱控器的无触点功率控制元件。一般施加输入信号后其主控回路呈导通状态,无信号时呈阻断状态,固态继电器为一个四端组件:两个输入控制器,两个输出受控端。它由三部分组成:输入控制部分、隔离部分及输出受控部分。输入控制

22、部分一般由限流电阻或恒流电路及光电二极管组成;隔离部分一般由光电隔离器组成,也有用变压器隔离的。输出部分一般由光敏控制器、电压过零控制器、驱动器、可控硅及阻容吸收部分组成,固态继电器的如图6-2所示。恒流电路发光二极管过零控制器光敏检测器与门驱动器可控硅图 5-2 SRR的结构组成示意图 固态继电器特点(1) 输入控制电压低(314V) , 驱动电流小(315mA) , 输入控制电压与TTL 、DTL 、HTL 电平兼容,直流或脉冲电压均能作输入控制电压;(2) 输出与输入之间采用光电隔离,可实现在以弱控强的同时,做到强电与弱电完全隔离,两部分之间的安全绝缘电压大于2kV , 符合国际电气标准

23、UL 的器件;(3) 输出无触点、无噪音、无火花、开关速度快;(4) 输出部分内部一般含有RC 过压吸收电路,以防止瞬间过压而损坏固态继电器;(5) 有多种规格可选择: 输入有电阻限流直流、恒流直流、交流等类型。输出有直流输出方式和交流输出方式。输出额定电压有(220380V) 交流电压及(30180V) 直流电压。交流输出中有过零触发型和非过零触发型(移相型) ;(6) 过零触发型固态继电器对外界的干扰非常小;(7) 采用环氧树脂全灌封装,具有防尘、耐湿、寿命长等优点。驱动电路部分如下为图6-3，当AT89C51输出为高电平信号时，经过或非门后为低电平信号固态继电器SSR 导通，使电磁阀开通

24、，从而达到自动喷淋效果。相反，输出为低电平信号时，经过或非门为高电平信号，固态继电器SSR 截止。图5-3 SRR驱动电路5.3灭火相关的知识一些介绍按照燃烧原理，一切灭火方法的原理是将灭火剂直接喷射到燃烧的物体上。或者将灭火剂喷洒在火源附近的物质上，使其不因火焰热辐射作用而形成新的火点。以下为几种常用的方法： 冷却灭火法： 这种灭火法的原理是将灭火剂直接喷射到燃烧的物体上，以降低燃烧的温度于燃点之下，使燃烧停止。或者将灭火剂喷洒在火源附近的物质上，使其不因火焰热辐射作用而形成新的火点。 冷却灭火法是灭火的一种主要方法，常用水和二氧化碳作灭火剂冷却降温灭火。灭火剂在灭火过程中不参与燃

25、烧过程中的化学反应。这种方法属于物理灭火方法。隔离灭火法：隔离灭火法是将正在燃烧的物质和周围未燃烧的可燃物质隔离或移开，中断可燃物质的供给，使燃烧因缺少可燃物而停止。具体方法有：1、把火源附近的可燃、易燃、易爆和助燃物品搬走； 2、关闭可燃气体、液体管道的阀门，以减少和阻止可燃物质进入燃烧区；3、设法阻拦流散的易燃、可燃液体； 4、拆除与火源相毗连的易燃建筑物，形成防止火势蔓延的空间地带。 窒息灭火法：窒息灭火法是阻止空气流入燃烧区或用不燃烧区或用不燃物质冲淡空气，使燃烧物得不到足够的氧气而熄灭的灭火方法。具体方法是：1、用沙土、水泥、湿麻袋、湿棉被等不燃或难燃物质覆盖燃烧物；2、喷洒雾状水、干粉、泡沫等灭火剂覆盖燃烧物； 3、用水蒸气或氮气、二氧化碳等惰性气体灌注发生火灾的容器、设备；4、密闭起火建筑、设备和孔洞；5、把不燃的气体或不燃液体（如二氧化碳、氮气、四氯化碳等）