基于单片机的火灾报警和消防系统设计1

摘要设计了一个有应用性强和性价比高的火灾报警系统，该报警器具有误报率较低、安装和配置容易、本钱低、使用非常方便的特点。使用探测器件将火灾发生期间所产生的烟、温、光等信号以模拟量连同外界相关的环境参数一起传送给报警器，报警器再根据获取的数据及内部存储的大量数据，利用火灾模型判据来判断火灾是否存在。由于该系统为解决火灾报警系统存在的难题〔误报、漏报〕提供了新的方法和手段，并在处理火灾真伪方面表现出明显的有效性和创新性。关键词：传感器；AT89C51；报警系统AbstractThepurposeofdesignistodesignahighperformancevaluefirealarmsystem,thelowrateoffalsepositivealarms,installationandconfigurationeasy,lowcost,easytousefeatures.Thebasicprincipleistousethedetectorwillbegeneratedduringthefiresmoke,temperature,lightandothersignalstoanalogform,togetherwiththeexternalenvironmentalparametersassociatedwiththetransmissiontothealarm,thealarmandthenbasedontheacquireddataandalargenumberofinternalstoragedata,usingcriteriatodeterminethefiremodelfireexists.Asthesystemoffirealarmsystemtoaddresstwoproblemsexist(falsepositives,falsenegative)hasprovidednewwaysandmeans,andauthenticityindealingwiththefiredemonstratedsignificanteffectivenessandinnovation.Keywords：sensor；AT89C51；alarmsystem目录第一章绪论11.1火灾报警系统设计背景3火灾报警系统的简介3火灾报警系统的现状及开展趋势31.2火灾探测器简介3火灾探测器的工作原理3火灾探测器及其开展趋势31.3本论文的主要工作第二章系统的总体设计32.1系统设计任务及要求2.1系统设计方案32.2系统工作原理32.3温度和烟雾传感器的工作原理第三章硬件电路的设计33.1芯片AT89C51及其功能33.2A/D转换芯片ADC0809及其接口343.4电源电路模块43.5键盘输入模块43.6显示模块第四章软件设计及其仿真44.1程序流程图44.2程序源代码4第五章总结与展望4致谢4参考文献4第一章绪论1．1火灾报警系统的开展背景火灾自动报警系统属于楼宇自动化范畴，是当前楼宇自动化的一个主要构成系统。其设置目的是为了防止和减少火灾危害，保护人身和财产平安。火灾报警技术是预防火灾的一项根底工作，应用范围广泛。报警早，损失少，不仅对发生火灾的单位和个人具有重要作用，而且对公安消防监督机构及时扑灭火灾、减少人员伤亡和财产损失同样具有十分重要的现实意义。火灾报警系统的简介火灾自动报警系统由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置及具有其他辅助功能的装置组成。随着电子技术和计算机技术的迅速开展，火灾自动报警系统的结构、形式越来越灵活多样，很难精确划分为几种固定的模式。火灾自动报警技术趋向于智能化系统，这种系统可组合成任何形式的火灾自动报警网络形式，既可以是区域报警系统，又可以是集中报警系统或控制中心报警系统形式。火灾报警系统的现状及开展趋势〔1〕为全面有效地反映被监视环境的各种细微变化，智能系统采用了设有专用芯片的模拟量探测器，对湿度和灰尘等影响实施自动补偿，对电干扰及线路分布参数的影响进行自动处理，从而为实现各种智能特性、解决无灾误报和准确报警奠定了技术根底；〔2〕系统采用主从式网络结构，解决了对不同工程的适应性，又提高了运行的可靠性；〔3〕利用全总线计算机通信技术，既完成了总线报警，又实现了总线联动控制，彻底防止了控制输出与执行机构之间的长距离穿线布管，大大方便了系统布线设计和现场施工；〔4〕系统采用大容量的控制矩阵和交叉查寻软件包，以软件编程代替了硬件组合，提高了消防联动的灵活性和可修改性；〔5〕具有丰富的自诊断功能，为系统维护及正常运行提供了有利条件。1.2火灾探测器简介火灾探测器是火灾探测系统最重要的组成局部之一，它至少含有一个能连续或以一定频率周期探测物质燃烧过程中所产生的各种物理、化学现象的传感器，并且至少能向控制和指示设备提供一个适合的信号。其根本功能就是对物质燃烧过程中产生的各种气、烟、热、光〔火焰〕等表征火灾信号的物理、化学参量做出有效响应，并转化为计算机可接收的电信号，供计算机分析处理。火灾探测器一般由敏感元件传感器、处理单元和判断及指示电路组成，其中敏感元件U传感器可以对一个或几个火灾参量起监视作用，做出有效响应，然后经过电子或机械方式进行处理，并转化为电信号。火灾探测器的分类及工作原理根据监测的火灾特性不同，火灾探测器可分为感烟、感温、感光、复合和可燃气体等五种类型。感烟探测器可分为离子型、光电型、激光型和红外线束型四种。感温探测器根据其感热效果和结构型式可分为定温式、差温式及差定温式三种。目前，大多数消防系统中使用的是离子感烟探测器、光电感烟探测器及感温探测器。下面就几种常用探测器的工作原理做简要介绍：感烟探测器：该种探测器主要响应燃烧或热解产生的固体、液体微粒即烟雾粒子，主要用来探测可见或不可见的燃烧产物及起火速度缓慢的初期火灾。离子型主要是利用烟雾粒子改变电离室电流原理而设计的，探测器内部装有!放射源的电离室为传感器件；光电型主要是应用烟雾粒子对光线产生散射及折射、吸收或遮挡的原理而设计，有减光型和散射型，探测器内部有光学系统和红外线光源作探测器件；红外光束型应用烟雾粒子吸收或散射红外光束的原理而设计，主要包括一个光源，一套光线照准装置和一个接收装置。感温探测器：该种探测器主要是利用热敏元件来探测火灾。在火灾初始阶段，除有大量烟雾产生外，物质在燃烧过程中会释放出大量的热量，周围环境温度急剧上升。该种类探测器中热敏元件的阻值随温差发生变化，从而将温度信号转变成电信号，并进行报警处理。火灾探测器的开展特点和趋势随着应用领域的不断扩大，应用需求不断提高，普通类型的感温、感烟火灾探测报警系统已不能满足需要，运用高新技术的新型探测器在不断研发，其特点是：〔1〕功能更新现代火灾探测器的最大特征之一就是判别功能和判定决定权不仅从观念上别离，而且在实际应用中已经分别执行。早期的判别功能和判定决定权合二为一，由设置在探测器中的传感器件实现，因而处理问题死板且易受干扰。而现代火灾探测传感器的判别功能和判定决定权由软件控制，能滤除干扰，识别真假火灾，实现火灾智能判断。〔2〕可靠性提高火灾探测报警系统可靠性的提高首先表达在用智能技术处理传感器提供的火灾信息。人们采用多种火灾探测算法和复合多传感等传感方式，为判断火灾提供了更加充分可靠的信息。模糊逻辑、神经网络等高新技术用于火灾的判别，大大提高火灾探测的可靠性。〔3〕报警时间提前新型火灾探测器已不局限于对已发生的火灾及时报警，可以在火灾发生之前的几小时或几天内，识别潜在的火灾危险性，实现超早期火灾报警。1.3本文的主要工作为系统的总体设计方案划分功能模块，第一局部是火灾探测器〔可以是多个烟雾，温度传感器分别安放在各个需要的地方〕；第二局部是主机〔含电源、处理器、报警器等〕；第三局部是显示与控制〔含发光二极管、键盘〕；〔2〕确定硬件电路的设计，包含芯片的选择，具体电路的设计如探测电路、电源电路、报警电路、键盘与显示电路等等。软件的设计，软件的设计主要是以熟悉硬件电路的工作原理为前提来设计的。为了降低错报和误报，在设计软件时参加了延迟的机制，保证在判断火灾发生时的正确率。防止瞬间的干扰导致的传感器报警，提高了整个系统报警的可靠性。第二章系统的总体设计2.1系统的组成和设计思想由火灾感应探测器、电源电路、中央处理单元、火灾处理单元、数字显示单元、报警电路组成。其框图如图2.1。现状整体的模块已经清楚了，最主要的是各个模块的设计。首先是火灾探测器，通过查阅资料我选用典型的MQ-2烟雾传感器作为系统的火灾探测装置。再次是系统的主要处理器用AT89C51单片机，加上ADC0809作为数模转换装置。之后会对每一个芯片做详细的表达。AT89C51AT89C51电源电路火灾探测器电源电路火灾探测器自动喷淋装置报警模块控制模块A/D转换器火灾探测器自动喷淋装置报警模块控制模块A/D转换器火灾探测器2.2系统工作原理火灾探测器检测到参数的值到达或者超过预设值后发出信号，通过A/D转换器将信号交给单片机处理。单片机发出指令完成自动喷淋和蜂鸣器报警，键盘可以控制对报警的停止和开启。为了降低误报和错报率，采用了延迟法来实现报警：当火灾探测器探测到可疑信息后发送信号给单片机，单片机并不报警而是把探测器当前的状态进行复位、延迟，在下一个巡检周期〔4到6秒之后〕再次读取探测器的数据，如果还存在那么立即发出报警，同时采取相应的防火措施。第三章硬件电路的设计3.1片AT89C51的引脚图与功能介绍本方案的灵魂，所以我们选择是需要慎之又慎，下面我们来拿8031和AT89C51做一下比拟。8031片内不带程序存储器ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。用户假设想对写入到EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。由于上述类型的单片机应用的早，影响很大，已成为事实上的工业标准。后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作，也推出了同类型的单片机，如同一种单片机的多个版本一样，虽都在不断的改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上根本可以直接互换。我们统称这些与8051内核相同的单片机为"51系列单片机"。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ATMELAT89Cx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。而且AT89C51目前的售价比8031还低，市场供给也很充足。单对AT89C51来说，在实际电路中可以直接互换8051和8751，替换8031只是第31脚有区别，8031因内部没有ROM，31脚需接地〔GND〕，单片机在启动后就到外面程序存储器读取指令；而8051/8751/89c51因内部有程序存储器，31脚接高电平〔Vcc〕，单片机启动后直接在内部读取指令。也就是51芯片的31脚控制着单片机程序从内部读取还是从外部读取，31脚接电源，程序从内部读取，31脚接地，程序从外部读取，其他无须改动。另外，AT89C51替换8031后因不用外存储器，不必安装原电路的外存储器和373芯片。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。AT89C51管脚图，如图3-1·与MCS-51产品指令系统完全兼容·4K字节可重擦写Flash闪速存储器·1000次擦写中期·全静态操作：0Hz——24MHz·三级加密程序存储器·128*8字节内部RAM·32个可编程I/O口线·2个16位定时/计数器·6个中断源·可编程串行UART通道·低功耗空闲和掉电式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，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。引脚说明：·：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〔也即特殊功能存放器〔SFR〕区中R2存放器的内容〕，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，见表3-1。表3-1端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD〔串行输出口〕P3.2INT0(外中断0)P3.3INT1(外中断1)P3.4T0〔定时/计数器0〕P3.5T1〔定时/计数器1〕P3.6WR〔外部数据储存器写选通〕P3.7RD〔外部数据储存器读选通〕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跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲〔PROG非〕。如有必要，可通过对特殊功能存放器〔SFR〕区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作，该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。·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0000H——FFFFH〕，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那么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12V编程电压Vpp。·XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。·XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.2A/D转换芯片ADC0809及其接口A/D转换器的种类很多，就位数来分，有8位、10位、12位、16位等。位数越高，其分辨率也越高，但价格也越贵。而就其结构而言，有单一的A/D转换器，有内含多路开关的A/D转换器。根据本设计的需要，我选择的A/D转换器是ADC0809。ADC0809是美国AnalogDevice公司生产的8位逐次逼近式模数转换器，转换速率高，自带三态输出缓冲电路，可直接与各种典型的8位或16位的微处理器相连而无需附加逻辑接口电路，且能与CMOS及TTL兼容。是目前我国应用最为广泛，价格始终的A/D转换器。加之内部含有三态输入缓冲电路，可直接与各种微处理器连接，且无须附加逻辑接口电路，内部设置的高精参考电压源和时钟电路，使它不需要任何外部电路和时钟信号，就能完成A/D转换功能，应用非常方便。A/D转换器的功能是将模拟量电信号转换成数字量。在本设计中，我采用了ADC0809转换器，它可以将多路转换器输入的模拟量进行A/D转换，所以省略了多路开关。由于控制系统是对温度和烟的浓度进行检测，相当于A/D转换器的转换时间来说信号变化很慢，所以采样保持器〔保持在A/D转换时间内输入的模拟信号不变〕也可以省去。因此，模拟信号经过放大后可以直接进入A/D转换器。A/D转换器的主要参数(1)分辨率：是指A/D转换器可转换成二进制数的位数。(2)转换时间：指从输入启动转换信号开始到转换结束，得到稳定的数字输出量为止的时间其他参数与D/A转换器类似。主要性能:8位逐次逼近型A/D转换器，所有引脚的逻辑电平与TTL兼容；带有锁存功能的8路模拟量转换开关，可对8路0-5V模拟量进行分时转换；输出具有三态锁存/缓冲功能；分辨率：8位，转换时间：100us；不可调误差：±1LSB，功耗：15mW；工作电压：+5V，参考电压标准值+5V；片内无时钟，一般需外加640KHz以下且不低于100KHz的时钟信号ADC0809内部结构有模拟多路转换开关和A/D转换两大局部组成。模拟多路转换开关由8路模拟开关和3位地址锁存与译码器组成，地址锁存允许信号ALE将三位地址信号ADDC、ADDB和ADDA进行锁存，然后由译码电路选通其中一路摸拟信号加到A/D转换局部进行转换。A/D转换局部包括比拟器、逐次逼近存放器SAR、256R电阻网络、树状电子开关、控制与时序电路等，另外具有三态输出锁存缓冲器，其输出数据线可直接连CPU的DB。3.3温度和烟雾传感器及工作原理〔1〕温度传感器火灾总伴随着火焰、烟雾和温度，随着燃烧，室内温度将上升。将烟雾传感器作为第一感受器，温度传感器作为智能计算的补充传感器。当报警环境出现烟雾后，温度传感器根据设定温度值确定是否报警。为防止漏报，另一组温度传感器设定了温度的报警极限，当温度超过这个极限立刻报警。温度传感器利用半导体PN结的负温度系数工作，它有三路输出，其中两路测量温度梯度，一路测量极限温度。图4-1是一个温度传感器的结构单元。其根本工作原理是利用硅PN结的负温度系数测量环境温度。由、、、以及,经、分压给的基极提供一个电压基准。这个电压基准使得在常温下不导通，例如，假设在常温下，NPN晶体管的发射结在=0.65V时导通，而电压基准设定为0.60V，这时，处于截止状态。由于硅器件的发射结导通电压是负的温度系数(典型值为-2mV/℃)，随着温度上升，器件的导通电压线性下降。当温度上升25℃时，的发射结导通电压下降为0.60V,到达设定值使导通。由原先的高电平输出下降为低电平输出。图3.4作为电压基准，希望经、分压得到的电压值具有较低的温度系数。在这个电路中，利用正温度系数的齐纳击穿稳压管和PN结的负温度系数实现低温度系数的要求。防火系统采用了复合形式的智能型火灾传感电路，代替了过去的单一形式的传感器，如火焰传感器、温度传感器、烟雾传感器等，这样就不会出现误报情况。此传感器具有不受使用场所无交流电源的限制，静态功耗低、安装比拟隐蔽、灵敏度高等特点。〔2〕烟雾传感器烟雾传感器种类繁多，从检测原理上可以分为三大类：(a)利用物理化学性质的烟雾传感器：如半导体烟雾传感器、接触燃烧烟雾传感器等。(b)利用物理性质的烟雾传感器：如热导烟雾传感器、光干预烟雾传感器、红外传感器等。(c)利用电化学性质的烟雾传感器：如电流型烟雾传感器、电势型气体传感器等。烟雾传感器应满足的根本条件一个烟雾传感器可以是单功能的，也可以是多功能的；可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。但是，任何一个完整的烟雾传感器都必须具备以下条件：*能选择性地检测某种单一烟雾，而对共存的其它烟雾不响应或低响应；*对被测烟雾具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的烟雾浓度；*对检测信号响应速度快，重复性好；*长期工作稳定性好；*使用寿命长；*制造本钱低，使用与维护方便。常见烟雾传感器简介下面对工业上常用的几种烟雾传感器作简单介绍。(a)半导体烟雾传感器半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器，以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器。自1962年半导体金属氧化物烟雾传感器问世以来，由于具有灵敏度高、响应快、输出信号强、耐久性强、结构简单、价格廉价等诸多优点，得到了广泛的应用。该传感器己成为世界上产量最大、使用最广的烟雾传感器之一。按照敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻型。(b)固体电解质烟雾传感器固体电解质烟雾传感器使用固体电解质气敏材料作为气敏元件，其原理是利用气敏材料在通过烟雾时产生电阻，测量其形成电动势从而测量气体浓度。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，因而得到了广泛的应用，几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域，其产量仅次于半导体烟雾传感器的一类传感器。但这种传感器制造本钱高，检测烟雾范围有限，在检测环境污染领域中有优势。(c)接触燃烧式传感器当易燃烟雾接触这种被催化物覆盖的传感器外表时会发生氧化反响而燃烧，故得名接触燃烧式传感器。接触燃烧式烟雾传感器的检测元件一般为铂金属丝(也可外表涂铂、钯等稀有金属催化层)，使用时将铂丝通电，保持300°C~400°C的高温，此时假设与烟雾接触，烟雾就会在稀有金属催化层上燃烧，因此铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道烟雾的浓度。(d)高分子烟雾传感器利用高分子气敏材料制作的烟雾传感器近年来得到很大的开展。高分子气敏材料在遇到特定烟雾时，其电阻、介电常数、材料外表声波传播速度和频率、材料重量等物理性能发生变化。高分子气敏材料由于具有易操作性、工艺简单、常温选择性好、价格低廉、易与微结构传感器和声外表波器件相结合，在毒性烟雾和食品鲜度等方面的检测中具有重要作用。高分子烟雾传感器具有对特定烟雾分子灵敏度高，选择性好，且结构简单，能在常温下使用，可以弥补其它烟雾传感器的缺乏。(e)电化学传感器电化学传感器由膜电极和电解液封装而成。烟雾浓度信号将电解液分解成阴阳带电离子，通过电极将信号传出。它的优点是：反映速度快、准确、稳定性好、能够定量检测，但寿命较短(大约两年)。它主要适用于毒性烟雾检测。目前国际上绝大局部毒气检测采用该类型传感器。(f)热传导传感器热传导传感器与接触燃烧式传感器具有类似的结构形式，但是测量原理不同。它的测量原理是：将加热后的铂电阻线圈置于目标烟雾中，由于向目标烟雾传送热量造成温度降低，引起电阻值变化，传感器即测量电阻值的变化情况。温度的变化情况是目标烟雾热传导率的函数，而对于一种给定的烟雾或汽化物，热传导率是它固有的物理特性。红外传感器红外传感器通常用两束红外光进行烟雾测量，主光束通过测量元件内的目标烟雾，参考光束通过比拟元件内的参考烟雾。在测量和比拟元件中，红外射线被烟雾有选择地吸收了。未吸收的红外光由光电探测器测量，产生一个正比于目标烟雾浓度的差分信号。非扩散式红外探测器NDIR(non-dispersiveIR)是其中的一种，所有的未吸收光全部以最小的扩散和损耗被记录下来。不同的烟雾吸收不同波长的IR，所以传感器根据目标烟雾而调整，典型应用包括测量CO和CO2、冷冻剂烟雾和一些易燃气。由于非碳氢化合物易燃烟雾(如氢)不吸收电磁谱中IR局部的能量，所以这种传感器可以精确地测量碳氢化合物，并具有最小的交叉灵敏度，而且不受其它烟雾的腐蚀以及高浓度目标烟雾的影响。3.4电源电路的设计电源电路设计原理:考虑采用典型的变压器降压，全波整流，电容滤涉及集成电路稳压的思路进行设计。由于单片机及后续的无线接收电路等都用5V作为工作电源，所以在经整流和滤波电路后再用三端集成稳压电路进行稳压，为后续电路提供稳定可靠的5V直流电源，三端稳压集成电路采用LM7805。具体电路图如图3.5图电源电路图电源通过变压会使输入、输出电压不同，从而到达升压或降压的目的。在我的设计中是要求降压，如图中U1到U2的振幅的变化就是通过降压来实现的；其中U2到U3的波形图的变化就是通过整流电路实现的；再就是通过滤波电路得到的波信图如UI所示；最后为满足电路所要求的稳定的直流电压，再通过稳压芯片就可得到如UO所示。U1U2U3U1U00t0t0t0t0t图电源电路的波形图3.5键盘与显示键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。按键是一种常开型按钮开关。平时(常态时)，按键的两个触点处于断开状态，按下键时它们才闭合(短路)。键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件译码器实现，并产生键编号或键值的称编码键盘，如BCD码键盘、ASCII码键盘等；靠软件识别的称为非编码键盘。在单片机组成的测控系统及智能化仪器中，用的最多的是非编码键盘。本系统中，采用4×2键盘。4×2的键盘结构如下图，图中行线通过电阻接+5V，当键盘上没有健闭合时，所有的行线和列线断开，行线XO、X1呈高电平。当键盘上某一个键闭合时，该健所对应的行线与列线短路。例如，6号键按闭合时，行线Xl和列线Y1短路，此时Xl的电平由Y1的电平所决定，如果把行线接到微机的输人口，列线接到微机的输出口，那么在微机的控制下，使列线Y1为低电平(0)，其余四根列线Y0、Y2、Y3都为高电平。然后微机通过输人口读行线的状态，如果X0、X1都为高电平，那么Y1这一列上没有键闭合，如果读出的列线状态不全为高电平，那么为低电子的行线和Y1相交的键处于闭合状态；如果Y1这一列上没有键闭合，接着使列线Y1为低电平，其余列线为高电平。用同样的方法检查Y2这一列上有无键闭合，以此类推，最后使列线Y3为低电平，其余的列线为高电平，检查Y3这一列上是否有健闭合。这种逐行逐列地检查键盘状态的过程称为对键盘的一次扫描。CPU对键盘扫描可以采取程序控制的随机方式，CPU在空闲时扫描键盘，也可以采取定时控制方式，每隔一定时间，CPU对键盘扫描一次，CPU可随时响应健输入请求。也可以采用中断方式，当键盘上有键闭合时，向CPU请求中断，CPU响应键盘输入中断请求，对键盘扫描，以识别那一个键处于闭合状态，并对键输入信息做出相应处理。CPU对键盘上闭合键键号确实定，可根据行线和列线的状态计算求得，还可以根据行线和列线状态查表求得。键盘共八个：“↑〞为使显示数字加一“↓〞为使显示数字减一“→〞为显示屏的闪烁光标右移“←〞为显示屏的闪烁光标左移“启动〞为使整个系统运行“停止〞为使整个系统停止“更改〞为调解系统的设置以及切换温度和浓度的显示“确认〞为使系统设置值进行保存显示局部使用发光二极管来实现第四章软件设计4.1程序流程图开始开始系统初始化系统初始化数据采集数据采集N是否有烟感信号？启动报警电路延时Y启动报警电路延时N是否有烟感信号？YN有键按下？Y结束结束4.2程序源代码主程序：ORG0000HAJMPMAINORG0013HAJMPINT1ORG1000HMAIN：MOVSP，#60HCLRCCLRACLR20HCLR21HCLR22HCLR23HCLR2AHCLR2CHCLR2DHCLR2EHCLR30HCLR31HCLR32HCLR33HSETBEX1开放中断SETBEA开放总中断LOOP4：MOVR1，#20HMOVDPTR，#7FF8HMOVR7，#03HLOOP1：MOVX@DPTR，AMOVR6，#0AHDELAY1：NOP第一次延时NOPNOPDJNZR6，DELAY1MOVXA，@DPTRMOV@R1，AINCR1DJNZR7，LOOP1MOVR4,#03HMOVR5，23HMOVA，23HCJNEA，#40H，LOOP2比拟如果A<#40h那么cy=1LJMPLOOP3LOOP2：JNCLOOP7LJMPLOOP4LOOP7：MOVR2，#30HMOVDPTR，#7FF9HMOVR7，#03HLOOP5：MOVX@DPTR，AMOVR6，#0AHDELAY2：NOP第二次延时NOPNOPDJNZR6，DELAY2MOVXA，@DPTRMOV@R2，AINCR2DJNZR7，LOOP5LCALLFILTERMOV33H，23HMOVA，33HCJNEA，#00H，LOOP6LJMPLOOP7LOOP6：JNCLOOP3LJMPLOOP4LOOP3：SETBP2.4任然有报警，执行喷水—————P2.4LCALLDIRLCALLKEYIN报警中断子程序：INT1：PUSHA;SETBP2.2 报警DELAY4：MOVR5，#04HL2：MOVR6，#0FAHL1：MOVR7，#64HNOPNOPNOPDJNZR7，L1DJNZR6，L2DJNZR5，DELAY4POPARETI键盘子程序：KEYIN：LCALLKS1JNZLK1LJMPKEYINLK1：LCALLSHIMIAOLCALLKS1JNZLK2LJMPKEYINLK2：MOVR2，#07HMOVR4，#00HLK4：MOVDPTR，#0FF7FHMOVA，R2MOVX@DPTR，AINCDPTRMOVXA，@DPTRJBAcc.0,LONEMOVA,#00HLJMPLKPLONE：JBAcc.1，LTWOMOVA，#04HLJMPLKPLTWO：JBAcc.2，LTHRMOVA，#08HLJMPLKPLTHR：JBAcc.3，NEXTMOVA，#0CHLKP：ADDA，R4PUSHALK3：LCALLKS1JNZLK3POPAK0：CJNEA，#00H，K1LJMPPK1K1：CJNEA，#01H，