自动烟雾报警器1

目 录1 报警器设计背景 1.1 概述1.2 设计烟雾报警器的目的及意义2 系统的总体方案设计2.1 烟雾报警器的工作结构和原理2.2 烟雾传感器的选型2.3 单片机的选型3 系统 的硬件电路3.1 系统电源电路3.2 AT89C51 的时钟电路和复位电路3.3 信号采 集及前置放大电路3.4 A/D 转换电路3.5 声音报警及消音键电路3.6 字符显示电路3.7 状态指示灯电路3.8 安全保护电路3.9 报警器故障自诊断电路3.10 烟 雾报警器硬件总电路4 系统的软件的设计4.1 系统主程序设计及流程图4.2 主程序初始化流程图4.3 报警子程序设计及流程图4.4 按键输入设计子程序流程图5 装配与调试6 元件清单7 参考文献8 结束语自动烟雾报警器设计1 报警器设计背景 1.1 概述单片机及烟雾传感器是烟雾报警器系统的两大核心。单片机好比一个桥梁，联系着传感器和报警电路设备。近几年来，单片机已逐步深入应用到工农业生产各部门及人们生活的各个方面。各种类型的单片机也根据社会的需求而开发出来。单片机是器件级计算机系统，实际上它是一个微控制器或微处理器。由于它功能齐全，体积小，成本低，因此它可以应用到所有电子系统中。同样，它也可以广泛应用于报警技术领域，使各类报警装置的功能更加完善，可靠性大大提高，以满足社会发展的需要。而传感器作为信息技术系统的“感官”器件，如果没有“感官”感受信息，或者“感官”迟钝，都难以形成高精度、高速度的控制系统。美国曾把二十世纪八十年代称为传感技术时代，日本更是把传感技术列为十大技术之首。所以，根据报警器功能的需要，选择合适、精确、经济的烟雾传感器和单片机芯片是至关重要的。在本论文中的最主要的设计是选 AT89C51 单片机和 QM-N5 半导体气体烟雾传感器为核心器件。 AT89C51 单片机兼容标准 MCS-51 指令系统，功能强大，可供许多高性价比的场合应用，能够灵活应用于各种控制领域。QM-N5 半导体气体烟雾传感器在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度，寿命长，成本低，非常适用于家庭使用的气体泄漏报警器。由这两个核心器件设计而成的整个烟雾报警器系统可实现声光报警、报警状态字符显示、换气扇排烟和喷水灭火等烟雾报警器应有的功能，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器，具有一定的实用价值。目前，现代建筑都会有选择地安装不同功能的火灾自动报警系统。因为火灾自动报警系统是建筑物的神经系统，它能够感受、接收着发生火灾的早期信号并及时报警，发出警报同时告知用户和周边居民。它就像是一个个称职的更夫，给居住、忙碌或是休息在家庭中的人们以极大的安全感。在火灾的早期阶段，准确的探测到火情并迅速报警，对于及时组织有序快速疏散、积极有效地控制火灾的蔓延、快速灭火和减少火灾对居住人群的损失都具有重要的意义。1.2 设计烟雾报警器的目的及意义火灾自动报警系统能够及时将火灾迹象通知用户及有关管理人员，以便他们准备疏散或组织灭火，延长了建筑物可供疏散的时间并通过联动系统启动其他消防设施。所以，设计一种能够在火灾刚刚发生时或者有可燃气体堆积引起的火灾隐患时就能报警的报警器就能使人们能够及时发现火灾，并及时采取有效措施，扑灭初期火灾，最大限度的减少或消除因火灾造成的生命危害和财产的损失，是人们同火灾做斗争的有力工具。通过这次毕业设计，可以让我们更加了解到报警器的工作原理和消防安全，能够锻炼我们的动手和动脑能力，同时，也让我们了解到团队合作、交流的重要性。2 系统的总体方案设计 2.1 烟雾报警器的工作结构和原理 烟雾报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器。该报警系统的最基本组成部分应包括：信号采集及前置放大电路、模数转换电路、单片机控制电路、字符显示电路、声光报警电路和安全保护电路等部分组成。为适应家庭和工业等场所对可燃性易爆烟雾安全性要求，设计的烟雾报警器具有显示报警状态、故障自检、换气排烟和自动灭火等功能。报警器采用延时的工作方式，烟雾检测报警器以 AT89C51 单片机为控制核心，选用 QM-N5 半导体气体烟雾传感器采集烟雾浓度信息，配合外围电路构成烟雾报警系统。报警器系统结构如图 2-1。烟雾传感器放大电路A/D转换 单片机调节阀LED 状态指示灯蜂鸣器数码管字符显示换气扇图 2-1 可燃烟雾报警器系统结构框图该系统的工作由烟雾信号采集及放大电路将采集到的烟雾浓度信息转化为放大的模拟电信号。模数转换电路再将该模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机。单片机对该数字信号进行处理，并对处理后的数据进行分析。当输入 A/D 转换器的放大信号不为零时，启动报警电路。反之则为正常工作状态。设计中为了方便检测与监控，使仪器测试人员及用户能够间接知道环境中的烟雾浓度，所以用数码管显示字符来指示报警状态。系统采用蜂鸣器声音报警和 LED 闪烁状态作为警报信号。这种报警方法是在声音报警基础上，加入光闪报警。因为变化的光信号可以引起用户和家庭邻居的注意，弥补了在嘈杂环境中声音报警的局限，使得报警装置更加完善。在报警启动的同时，单片机控制器还可以控制调节阀喷水灭火和换气扇排烟动作。系统留有继电器接口，使单片机能够控制换气风扇和调节阀的工作状态，让系统在报警的同时自动启动相关安全装置。另外由于烟雾传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反应越快，响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时间，保证传感器准确地、稳定地工作，报警器需要向烟雾传感器持续输出一个 5V 的电压。为了保证其可靠性，在输出 5V 的电压的同时，进行故障监测。当传感器加热丝或电缆线和传感器断线或接触不良时，进行故障报警。以上是根据报警器应具备的功能，提出的整体设计思路。2.2 烟雾传感器的选型烟雾传感器是测量装置和控制系统的首要环节。而烟雾报警器的信号采集由烟雾传感器负责。烟雾传感器能够将气体的种类及其浓度有关的信息转换为电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中存在的情况有关的信息，从而达到检测、监控、报警的功能。可以说，没有精确可靠的传感器，就没有精确可靠的自动检测、控制和报警系统。烟雾传感器作为报警器中不可缺少的核心器件，它决定了所采集的烟雾浓度信号的准确性和可靠性。图 2-2 烟雾传感器及其结构图根据报警器检测烟雾种类的不同要求，很多场合都会选择使用半导体烟雾传感器。经过对比众多烟雾传感器的应用特性，发现半导体烟雾传感器的优点更加突出。半导体烟雾传感器具有灵敏度高、响应快、体积小、结构简单，使用方便、价格便宜等优点，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低，因而得到广泛应用 17。因此，本设计中的烟雾传感器选用 QM-N5 半导体气体烟雾传感器。图 2-3 QM-N5 半导体气体烟雾传感器结构QM-N5 半导体气体烟雾传感器QM-N5 半导体传感器是以清洁空气中电导率较低的金属氧化物二氧化锡(SnO2)为主体的 N 型半导体气敏元件。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。在设计报警器时只有使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。该传感器具备一般半导体烟雾传感器灵敏度高、电导率变化大、响应和恢复时间短、抗干扰能力强、输出信号大、寿命长和工作稳定等优点，在市面上应用十分广泛。二氧化锡(SnO2)半导体气敏元件特点：(a)SnO2 材料的物理、化学稳定性较好，与其他类型气敏元件相比，SnO2 气敏元件寿命长、稳定性好、耐腐蚀性强。(b)SnO2 气敏元件对气体检测是可逆的，而且吸附、脱离时间短，可连续长时间使用。(c)SnO2 气敏元件结构简单，成本低，可靠行较高，机械性能良好。QM-N5 气敏元件的结构和外形如图 2-3 所示，由微型 AL2O3 陶瓷管、SnO2 敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有只针状管脚，其中个用于信号取出，个用于提供加热电流。QM-N5 半导体气体烟雾传感器适用于天然气、煤气、氢气、烷类气体、汽油、煤油、乙炔、氨气、烟雾等的检测，对可燃性气体的（CH4、C4H10、H2 等）的检测很理想。这种传感器在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度，能够检测多种可燃性气体，十分适合应用在家庭的气体泄漏报警器中。是一款便携式气体检测器，非常适合多种应用的低成本传感器。其技术指标表 2-1。表 2-1 QM-N5 的技术指标加热电压（Vh） AC 或 DC 50.2V 回路电压（Vc）负载电阴（Rl ）清洁空气中电阻 （Ra） 灵敏度（S=Ra/Rdg）响应时间(trec)恢复时间(trec)元件功耗检测范围使用寿命最大 DC 24V2K2000 K4(在 1000ppmC4H10 中)10S30S0.7W5010000ppm2 年由于物理量和测量范围的不同，传感器的工作机理和结构就不同。通常烟雾传感器输出的电信号是模拟信号（已有许多新型传感器采用数字量输出） 。当信号的数值符合 A/D 转换器的输入等级时，可以不用放大器放大；当信号的数值不符合 A/D 转换器的输入等级时，就需要放大器放大。所以 QM-N5 半导体气体烟雾传感器要想把采集到的烟雾浓度模拟信号传送给单片机控制器就必须经过放大器进行放大处理，之后才能将模拟信号经过 A/D 转换器转化为可以识别的电信号给单片机。 设计时应注意，气敏元件开机通电时，其内阻很小，但经过一段时间后，才能恢复到原来的稳定状态。因此，QM-N5 气体传感器需开机预热几分钟，才可投入使用，以免造成误报。2.3 单片机的选型图2-4 AT89C51的引脚排列图 AT89C51 单片机提供以下标准功能：4k 字节 Flash 闪速存储器，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部件工作直到下一个硬件复位。图2-5 AT89C51单片机的基本组成图（2）AT89C51 的内存空间1、内部程序存储器（FLASH）4K 字节。2、外部程序存储器（ROM）64K 字节。3、内部数据存储器（RAM）256 字节。4、外部数据存储器（RAM）64K 字节。T0 T1 时钟源系 统 总 线 CPU震荡与定时电路外部中断信号内部中断信号128BSFR 128BRAM4KBROM两个 16 位定时 0 计数器总线控制 并行端口 串行端口控制信号 P0 P1 P2 P3 TXD RXD表 3-2 程序存储器的 6 个特殊地址0000H 上电或复位入口地址 0003H000BH0013H001BH0023H外部中断 0 入口地址定时器 T0 中断入口地址外部中断 1 入口地址定时器 T1 中断入口地址串口中断入口地址在上述事件发生时，PC 指针获得固定的地址，然后 CPU 执行 PC 指针所指地址单元内的程序。图2-6 AT89C51的存储器结构3 系统的硬件电路 3.1 系统电源电路任何电子设备都需要稳定的直流电源供电，直流稳压电源是将交流电压转换成稳定的直流电压的设备。一般直流稳压电源是由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。其组成方框图如图 3-1 所示。交流电源 负载图 3-1 直流稳压电源组成方框图交流变压器整流电路 滤波电路 稳压电路电源变压器的作用是，改变电网的交流电压的大小，将 220V、50Hz 的市电进行降压，使变压器的副边输出的交流电压符合设计要求。然后利用二极管的单向导通性，将交流电压变换为单方向的脉冲直流电压，再利用电容储能元件组成的滤波电路，将脉动大的直流电压处理成平滑的脉动小的直流电压，即将整流电路输出的脉动直流电压中的交流成分滤掉，只留下比较平滑的直流电压，最后利用集成稳压器 W7805，让电源电路的输出电压稳定为 5V，以此作为系统各个部分电路的电源。以下是本设计所采用的电源电路图。12348件9VBRIDGE件220 VT132V VGNDIN OUTIC6W7805C60.1uFC41000uFC50.33uFR15240 件件12J1CON2Dz图 3-2 系统电源电路图3.2 AT89C51 的时钟电路和复位电路（1）时钟电路：AT89C51 单片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器，XTAL1 和 XTAL2 分别为振荡电路的输入端和输出端，时钟可由内部或外部生成，在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上外接晶体振荡器 Y，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择 12MHZ，C1、C2 的电容值取 30pF，电容的大小起频率微调的作用。时钟电路如图 3-3。 R13470R141K+ C322u FS1件件件件C130p FC230p F Y12MHz5VX1X2RESET图3-3 时钟电路和复位电路图（2）复位电路：单片机有多种复位电路，本系统采用自动复位（上电复位）与手动复位方式，电路如图 3-3。当上电时，C3 充电，电源经过电容器 C3 加到 RESET 引脚，使单片机复位；在正常工作时，按下复位键时单片机复位。3.3 信号采集及前置放大电路 在许多检测技术的应用场合，传感器输出的信号比较弱，而且其中还包括了工频、静电和电磁耦合等共模干扰，对这种信号的放大就需要放大电路具有很好的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗。只有传感器输出的信号经过前置放大电路对其进行的放大、滤波、电平调整，才能满足单片机对输入信号的要求。图3-4 LM324四运放引脚图和结构图设计中采用 LM324 作为电路的运算放大器。LM324 是价格便宜的带差动输入功能的高增益四运算放大器。LM324 的静态功耗小、价格低廉，可在较宽电压范围内的单电源或双电源下工作，其电源电流很小且与电源电压无关，四个运放一致性好；其输入偏流电阻是温度补偿的，也不需外接频率补偿，可做到输出电平与数字电路兼容。如图 3-5 所示，IC2A 作为电压跟随器，通过滑动变阻器 Rp2 产生的参考电压 Vref 接入 IC2B 的反相输入端，从传感器输出的信号经过运算放大器 LM324 的同相输入端，为保证电路引入负反馈，在 IC2B 中，输出电压 Vo 通过电阻 R22 接到反相输入端，由此组成差分比例运算电路。该电路的反馈组态为电压串联负反馈。R161KRp120KR175.1K5V56 7IC2B:1LM32432 1IC2A:1LM324R191MRp220KR181MR205.1K R211MR221MIN0IN2VrefA KRGIN1图 3-5 信号采集及前置放大电路图设计中采用的信号放大电路有以下几个特点： (1) 由于电路不存在“虚地”现象，所以其两个输入端都有较高的共模输入电压，这对放大电路的稳定性和运算的精度都有影响。(2)电电路中 IC2A 构成了的“ 电压跟随器”可以减少电路模块间由于阻抗引起的干扰。用来匹配阻抗用的，防止滑动变阻器输出电压受到影响。(3)由于引入了深度电压串联负反馈，因此电路的输入阻抗很高，输出阻抗很低。高输入阻抗就可以减少放大电路对前端电路的影响，同时低输出阻抗也可以提高自身的抗干扰性，这显然有利于电路中其他模块的设计。由于放大电路还增加入了参考电压，引入了零点调节功能，这样可以更方便地调整由于不同传感器导致的零点变化问题。它利用通过滑动变阻器 Rp2 产生的参考电压 Vref 和传感器的输出电压分别输入到运算放大电路的两个输入端，由此得到的输出电压 Uo 与两个输入端之差成正比而实现差分比例电路。所以调节滑动变阻器 Rp2，就可以直接改变放大电路的参考电压值，使报警系统可以在可燃烟雾气体的不同浓度下工作，即用气敏传感器实现对不同烟雾浓度的测量。3.4 A/D 转换电路ADC0809 是一种逐次逼近式 8 路模拟输入、8 位数字量输出的 A/D 转换器。ADC0809 的转换速度较快，完成一次的转换时间为 100s 左右，可对 0-5V 的模拟信号进行转换。多路开关可选通 8 个模拟通道，允许 8 路模拟量分时输入，共用一个 A/D 转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。如图 3-6 所示，ADC0809 的主要引脚功能如下。(1)IN0IN7 是 8 路模拟信号输入端。D0 D7 是 8 位数字量输出端。(2)A,B,C 分别是 ALE 控制 8 路模拟通道切换，A,B,C 分别与三根地址线或数字线相连，三者编码对应 8 个通道地址口。C,B,A=000111 分别对应 IN0IN7 通道地址。(3)OE,START,CLK,EOC 为控制信号端，OE 为输出允许端，START 为启动信号端，CLOCK为时钟信号输入端, EOC 为转换结束信号端。(4)Vref(+)和 Vref(-)为参考电压输入端。ADC0809 虽然有 8 路模拟通道可以同时输入 8 路模拟信号，但每个瞬间只能转换一路，各路之间的切换由软件变换通道地址实现。地址锁存与译码电路完成对 A、B、C 3 个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连。A/D 转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认 A/D 转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。设计中采用中断方式进行数据传送。扩展中地址锁存器使用 74LS373。74LS373 是八 D 锁存器，常应用在地址锁存及输出口的扩展中。其主要特点在于：控制端 G 为高电平时，输出 Q0Q7 跟随输入信号 D0D7 的状态;G 下跳沿时，D0D7 的状态被锁存在 Q0Q7 上。由于 ADC0809 片内无时钟，可利用AT89C51 提供的地址锁存允许信号 ALE 经 D 触发器二分频后获得，ALE 脚的频率是 AT89C51单片机的时钟频率的 1/6。由于单片机频率采用 6MHz,则 ALE 脚的输出频率为 1MHz，在经二分频后为 500kHz，恰好符合 ADC0809 对时钟频率的要求。由于 ADC0809 具有输出三态锁存器，因此其 8 位数据输出引脚可直接与数据总线相连。如图 3-7 所示，在单片机扩展连接 ADC0809 电路中，地址译码引脚 A、B、C 分别与地址总线的低三位 A0,A1,A2 相连，以选通 IN0IN7 中的一路。将 P2.7（地址总线 A15）作为片选信号，在启动 A/D 转换时，由单片机的写信号和 P2.7 控制 ADC 的地址锁存和转换启动，由于 ALE 和 START 连在一起，因此 ADC0809 在锁存通道地址的同时，启动转换。在读取转换结果时，用低电平的读信号和 P2.7 脚经一级或非门后，产生的正脉冲作为 OE 信号，用以打开三态输出锁存器。转换结束信号 EOC 经反向后送到单片机的/INT0 引脚，单片机读取 A/D 转换结果并将结果送 P1 端口显示。OC1 C111D31Q 22D42Q 53D73Q 64D84Q 95D135Q 126D146Q 157D177Q 168D188Q 19IC374LS373D5 Q 1CLK3 Q 2IC6:14013123IC5A:174ALS02IN-0 26msb2-121 2-220IN-1 272-319 2-418IN-2 282-58 2-615IN-3 12-714 lsb2-817IN-4 2EOC7IN-5 3ADD-A25IN-6 4ADD-B24 ADD-C23IN-7 5ALE22ref(-) 16ENABLE9 START6ref(+) 12CLOCK10IC4ADC0809EA/VP31X119 X218RESET9RD17 WR16INT012 INT113T014 T115P101 P112P123 P134P145 P156P167 P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P30TXD 11RXD 10IC1AT89C51123IC5B:174ALS021 23IC5C:174ALS02图 3-7 ADC0809 与单片机的接口电路图3.5 声音报警及消音键电路 电路通过三极管基极串连一个电阻与单片机 P2.3 端口连接从而达到控制蜂鸣器是否报警。报警装置采用电磁式无源蜂鸣器 HC-12075-B 其参数特点如下：额定电压：1.5V额定电流：=75=85谐振频率：2048Hz线圈电阻：6.51602重 量 ：1.5g系统设有一个消音按键，当报警器发出鸣叫时，用户到达现场，可按下消音按键停止报警器鸣叫。若过一点时间浓度仍超出报警限，报警器会再次鸣叫提醒用户。 R847K件件件C8550PNP5VP2.3图 3-8 声音报警电路图 S2件件 件件R124705VP 1.7图 3-9 消音按键连接电路图3.6 字符显示电路 报警器浓度等级显示采用一个八段共阳极数码管显示。由于不显示小数点，所以不接dp 段。8 段 LED 数码管字符显示与比划编码对应关系如表 3-1 所示。 表 3-1 8 段共阳极 LED 数码管显示字符与比划编码对应表数字 dp g f e d c b a编码0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1COHF9H电路采用型号为 CPS08011BR 的光普牌 LED 共阳极数码管。其参数特点如下:大 小 : 0.8 寸 显示方式： 静态显示显示颜色： 红色显示位数： 1 位 P 1.0abfcgdeV CC1234567abcdefg8 dp dp9DSP 1.15VR1 1KP 1.2R2 1KP 1.3 R3 1KP 1.4R71KR41KP 1.5R51KP 1.6R61K图 3-10 数码管字符显示电路图3.7 状态指示灯电路 LED2件件LED3件件R10470R114705VLED1件件R9470P2.4P2.5P2.6图 3-11 指示灯电路图绿灯常亮表示正常状态，环境中可燃烟雾浓度极低；黄灯闪烁表示传感器连接故障或是线路接触不良；红灯闪烁表示环境中烟雾浓度超过报警最低预设值，提醒用户尽快做出相应安全防范措施。 3.8 安全保护电路 在安全保护电路中，继电器（电磁继电器）是否动作是保护动作是否执行的唯一条件。当被检测到的现场烟雾浓度达到给定装置所设定的报警预设值时，继电器 KA1 动作，自动换气风扇启动。此时，单片机调用延时子程序，经延时 600s 后，继电器 KA2 动作，调节阀打开同时洒水灭火。C8550PNPD1KA1件件件5VR2347KC8550PNPD2KA2件件件5VR2447KP2.0P2.1 M2件件件KA2KA1M1 件件件1 2J2CON2图 3-12 继电器连接及控制电路图继电器的工作原理是利用低压控制电路来控制高压工作电路。在继电器的输入回路中，当流经线圈的电流变化时，线圈会产生自激电压来抑制电流的变化，线圈中的电流变化越快，所产生的电压越高。所以在设计中，单片机驱动继电器时，需要并联一个二极管，利用二极管的反向击穿能力，来消除自激电压，达到稳定线圈电压和保护晶体管的目的。当晶体管 C8550 由导通变为截止时，流经继电器线圈的电流将迅速减小，这时线圈会产生很高的自感电动势与电源电压叠加后加在晶体管的 c、e 两极间，会使晶体管击穿，继电器并联上二极管后，即可将线圈的自感电动势钳位于二极管的正向导通电压，从而避免击穿晶体管。并联二极管时一定要注意二极管的极性不可接反，否则容易损坏晶体管等驱动元器件。3.9 报警器故障自诊断电路 (1)判断传感器电源连接情况 在传感器的地端串联一个电阻 R16。当传感器正常连接时，电阻和传感器分压，此时电阻两端有微弱的电压，单片机可以通过 ADC0809 的 IN2 口检测到； 如果传感器电源连接不正常，则会产生断路，检测到电阻两端电压为 0。R161KRp120KR175.1K5V321IC2A:1LM324IN2A KRGIN1图 3-13 传感器故障自诊断电路图(2)判断传感器信号端连接情况 另一种情况是判断传感器信号端是否连接正确，此时不需要外加电路，在传感器预热12 分钟后，通过与 ADC0809 的 IN1 输入端口连接，测量传感器信号的输出电压，如果电压为 5V，则说明传感器的信号端连接不正常，此时系统发出警报。3.10 烟雾报警器硬件总电路把上述各个部分电路结合到一起，就是所设计的可燃烟雾报警器总电路。通过各自分工，最终实现声光报警、字符显示、自动换气排烟和灭火功能。123456A B C D654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:8-Jun-2011 Sheet of File:D:Program FilesDesign Explorer99 SEMyDesign件件 1.ddbDrawnBy:LED2件件C8550PNPD1LED3件件KA1件件件 5VR847KR2347KC8550PNPD2KA2件件件R104705VR2447KR11470P2.0P2.15VR13470件件件LED1件件C8550PNP5VS2件件件件R141KR9470P1.012348件9VBRIDGER12470abfc gde VCC1234567abcdefg8dpdp 9DSP1.1M2件件件5V5V件220VT+C322uFR11KP1.2P1.7R21KS1件件件件OC1C111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19IC374LS373P1.3C130pFP2.3R31KD5Q1CLK3Q2IC6A4013132VVGNDINOUTIC6W7805C60.1uFP1.4R7 1KC230pFP2.4C41000uFC50.33uF123 IC5AA74ALS02R41KKA2IN-026msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10IC4ADC0809P1.5Y12MHzP2.5EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10IC1AT89C51R15240R51K123 IC5BA74ALS02KA1P1.6P2.6R61KM1件件件12 3IC5CA74ALS025V X1X2RESET件件12 J1CON212 J2CON2R161KRp120KR175.1K5V5 67IC2BALM3243 21IC2AALM324R191MRp220KR181MR205.1KR211M R221MIN0IN2VrefDzAKRGIN1图 3-14 烟雾报警器硬件电路设计图4 系统的软件的设计 4.1 系统主程序设计及流程图主程序流程图如下图所示。首先要给传感器预热，因为 QM-N5 型半导体电阻式烟雾传感器在不通电存放一段时间后，再次通电时，传感器不能立即正常采集烟雾信息，需要一段时间预热。程序初始化结束后，系统进入监控状态。主程序设计先对传感器预热，预热同时，对传感器进行故障检测，采用软件方式检测传感器加热丝或电缆线是否断线或者接触不良。 Y N NYN图 4-1 主程序流程图传感器是否故障程序初始化传感器预热及故障检测信号采集及放大A/D 转换放大信号是否为零进入报警子程序开始在整个报警器系统工作中，AT89C51 单片机对传感器检测的烟雾浓度信号进行信号放大、A/D 转换处理后，由单片机进行分析处理，判断系统是否启动声光报警。主程序还包括 LED 八段式数码管浓度字符显示功能、消音按键功能、安全联动装置，中断子程序等，使报警器功能更加完善，给用户带来便利。4.2 主程序初始化流程图主程序初始化流程图如图 4-2 所示。给传感器预热后，程序开始执行初始化子程序，这部分实现的功能包括各种 I/O 口输入输出状态的设定、 寄存器初始化、中断使能等。图 4-2 主程序初始化流程图4.3 报警子程序设计及流程图当放大后的信号不为零时，即烟雾浓度达到系统的报警预设值，此时报警器发出一种近似警笛的鸣叫声，对应输出通道的红灯闪亮，换气扇自动运行，并且延时打开调节阀。为防止误报，在程序设计上，对烟雾浓度进行快速重复检测和延时报警，以区别出是管道中烟雾的泄漏，还是由于暂短打开阀门产生的可燃烟雾的微量散失，防止误报。报警子程序流程图如图 4-3 所示。放大信号不为零放大信号是否为零信号采集开始消音键是否按下传感器是否故障传感器故障自诊断黄灯闪烁 30min熄灭绿灯红灯闪烁 60min启动换气扇蜂鸣器鸣叫 30min打开调节阀蜂鸣器继续鸣叫按键扫描子程序蜂鸣器停止鸣叫延时 600s子程序蜂鸣器鸣叫 60min数码管显示字符 1数码管显示字符 0返回子程序延时 20s 子程序设置定时器 0，选择方式1允许外部中断 0关闭蜂鸣器点亮绿灯，熄灭黄灯和红灯关闭安全联动装置结束开始熄灭数码管Y N Y N N YY 图 4-3 报警子程序流程图蜂鸣器鸣叫60min蜂鸣器停止鸣叫4.4 按键输入设计子程序流程图本报警器设计附加一个消音功能按键。按键由于弹性作用的影响，在闭合及断开均有抖动过程，从而使电压也出现抖动，所以在识别按键时要消除抖动的影响。按键的识别方法采用扫描法，按键处理程序流程图如图 4-4 所示。NYNY图 4-4 键盘扫描子程序流程图.5.装配与调试1)在联动系统设备单机自调合格之前禁止打开联动控制器的电源。 2)对联动系统线路进行测试，排除线路故障。 3)检查控制模块接线端子的压线是否正确、可靠。 4)检查控制信号电平是否符合设计要求。5)对消防报警主机进行编程，并进行汉化图形显示。 6)对系统每一回路中的每一个探测器应进行模拟火灾响应试验和故障报警试验，检验其可靠性。 7)对手动报警按钮逐一进行动作测试。8)联动系统设备单机调试合格后，对消防报警主机进行联动控制逻辑编程。 调用延时子程序，延时 10ms 去抖动调用键盘处理子程序提取键值按键是否闭合按键是否闭合结束开始9)将联动主机的转换开关设为自动状态，以防火分区为单位分层进行系统联合调试。 10)对探测器进行模拟火灾试验，监测主机及现场报警状态、预设报警联动动作及反馈信号，并在现场逐一进行核实。 11)使用火灾报警按钮模拟火灾状态，监测主机及现场报警状态、预设报警联动动作及反馈信号，并在现场逐一进行核实。 12)使用消火栓按钮模拟火灾状态，监测主机及现场报警状态、消火栓泵运行状态，并在现场进行核实。 13)喷淋系统末端进行放水模拟火灾，监测主机及现场报警状态、预设报警联动动作及反馈信号，并在现场逐一进行核实。 14)手动拉动防火阀使其动作，模拟火灾状态，监测主机及现场报警状态、预设报警联动动作及反馈信