多传感器仪器设计报告.doc

中原工学院信息商务学院课程设计机电综合应用题 目： 多传感器仪器设计 系部名称： 信息工程系 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 2011年12月29日摘 要近年来，随着经济和社会事业的不断发展，我国的消防事业蒸蒸日上、蓬勃发展，由于计算机和现代通讯技术的引入，使消防设施的自动化、智能化水平不断提高，消防在技术上实现了火灾自动监测、自动报警过程等新突破。火灾自动报警系统已广泛地应用到了建筑防火中，为及时发现和扑灭初期火灾，保护建筑内人身和财产安全发挥了重要作用。目前，全国各地的大中小城市新建的很多高楼大厦都安装有火灾自动报警系统，而且现在使用的火灾自动报警系统已经远比早期使用的要快捷、方便、报警精确度高，并且价格便宜，维护保养较为容易。但尽管如此，当前的火灾自动报警系统在使用中仍然存在诸多问题，值得我们引起高度重视，而火灾报警系统的课题研究，对于开发出优秀的火灾报警系统具有重要意义。本文首先介绍了一种多传感器火灾报警系统的设计，讲解了火灾报警系统的软件功能设计并给出系统和各个功能模块的程序流程图；之后讲解了个系统的功能模块的硬件及软件设计，并对系统的可扩展性做了简单介绍，软件设计包括对单片机和传感器的数据采集和数据模糊处理，系统检测与报警程序的设计，之后对硬件进行简单调试，对调试结果进行了一些分析；最后，文章对整个设计进行概括性总结。本文的重点是系统的硬件及软件设计，其中详细介绍并论述了系统所需要是想的功能以及各个模块的设计，整个报警系统主要完成采集传感器数据，处理信息并作出判断等功能。最后的实验结果表明，该设计能够有效解决灵敏度与报警准确率之间的矛盾，能够达到预期的效果。本设计具有高可靠性低误报率等特点，有一定的实用价值。关键字：火灾报警器，多传感器multiple sensor apparatus design abstractin recent years, with the economic and social development, the cause of the fire, be on the upgrade of vigorous development, the computer and modern communication technology is introduced, so that the fire facilities automation, intelligence changes a level to rise ceaselessly, the fire in the technical realization of the fire automatic monitoring, automatic alarm process etc new breakthrough. at present, throughout the country dazhong xiao city built many many-storied buildings are equipped with automatic fire alarm system, and is now used in the automatic fire alarm system has been far more than the early use of faster, convenient, high accuracy of alarm, and the price is cheap, maintenance is easy. but even so, the automatic fire alarm system in use there are still many problems, we should cause height to take seriously, and fire alarm system research, for the development of excellent fire alarm system has important significance.this paper introduces a kind of multi sensor fire hold system design, explained the fire alarm system software function design and gives the system and function of each module program flow diagram; then on the system functional modules of the hardware and software design, and the system can be extended to make simple introduction, including software design the single chip microcomputer and sensor data acquisition and data processing system of fuzzy, detection and alarm program design, then the hardware simple debugging, for debugging results carried out some analysis; finally, the whole design summary.this paper focuses on the system hardware and software design, which details and discusses the system needs to function as well as the design of each module, the alarm system mainly completes acquisition sensor data, processing the information and make a judgment function.the experimental results show that, the design can effectively solve the sensitivity and accurate alarm rate between the contradictions, we can achieve the desired effect. this design has high reliability and low false alarm rate and other characteristics, has a certain practical value.keywords：fire alarm multi sensor目 录1 实验任务52 总方案设计63 硬件设计73.1单片机的选择73.2 a/d转换电路93.3 放大器选择113.4 传感器选择123.4.1 烟雾浓度传感器123.4.2 温湿度传感器133.4.3 酒精浓度传感器133.5 报警与显示电路设计143.5.1 蜂鸣器报警电路143.5.2 lcd12864显示电路153.6 电源模块设计173.7 键盘电路173.8 通讯与下载电路设计184 软件设计194.1 检测报警系统软件流程194.2 软件各功能模块设计204.2.1 主程序初始化流程图204.2.2 系统自检模块设计204.22 键盘处理子程序214.23 报警子程序225 系统调试24结 论26心得体会27致 谢29参考文献30附录 部分程序代码31641 实验任务自本世纪80年代开始，随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，由此引起的火灾也越来越多，在我们生活的四周到处潜伏着火灾隐患。智能化火灾报警系统已并非传统意义上的简单的报警设备，而是融入了计算机技术、电子技术、自动控制技术、传感器的应用等各领域知识。伴随着科学技术的不断进步，火灾报警系统必将得到更快的发展。在现代城市家庭里，许多人因不懂家庭安全常识引起火灾事故，使好端端的幸福家庭眼间毁于一旦,有的导致家破人亡,而且一旦发生居民家庭火灾,处置不当、报警迟缓,是造成人员伤亡的重要因素。所以说,人们应该积极了解家庭火灾的主要起因，还有预防火灾的发生。这就是我们研究多功能火灾报警系统的目的。由于城市规模日益扩大，高层建筑、地下建筑、公共娱乐场所及大型综合性建筑越来越多，建筑布局及功能日益复杂，用火、用电、用气和化学物品的应用日益广泛，火灾的复杂性、危险性大大增加。但是城市的消防站、消防供水、消防通信、消防通道等公共消防设施的建设却发展缓慢，远远不能满足现代防火、灭火的需要，使社会抗御火灾的能力相当薄弱。因此现代消防建设对火灾检测与报警的要求也与日俱增，所以多功能火灾报警系统在预防火灾发生上具有重要意义。根据现今国内外多传感器报警系统的设计理念，针对现有多传感器报警器存在的不足，现设计了一种温湿度、酒精浓度、烟雾浓度检测报警系统。本系统采用单片机作为主控制器，采集温度、湿度、酒精浓度和烟雾浓度值并实时显示。按键可以调节报警参数值，采集值超出设定报警值时实现声光报警。具体设计要求如下:1、可使用全数字的温湿度传感器，也可分别使用温度传感器和湿度传感器，温度显示范围-1050c，温度测量精度为0.5，湿度测量精度为2%rh；2、烟雾的测量范围50-10000ppm，测量精度1ppm；3、酒精浓度的测量范围： 0-1.00mg/l，测量精度：5%fs；4、采用12864液晶实时显示采集值浓度5、要求画出原理图，protues仿真出结果，并画出pcb板图，最后做出产品实物。2 总方案设计(1)自诊断故障报警功能 当传感器加热丝或者电缆线发生断线或者接触不良的情况时，报警器发出警报，并且黄色指示灯闪烁，提醒用户检查传感器或者电路线接触情况，及时排除故障，保证安全。 (2)烟雾浓度显示通过液晶屏显示可燃烟雾的浓度值，并且可以切换到设置状态，通过键盘设置或者更改报警限值，以便于用户或检测人员随时观测烟雾浓度及更改报警限。 (3)烟雾报警功能 当烟雾浓度连续20秒取值都在报警限值之上，蜂鸣器开始报警，且声音越来越急促，并且伴随红灯闪烁。因为人对变化的信号更为敏 感，所以变化的声音及灯光更容易引起用户的注意。 (4)防止报警器误报功能 快速重复检测及延时报警可以区别出是管道中可燃烟雾的泄漏，还是由于打开阀门时的微量烟雾的散失。 (5)与上位机通讯功能 可以实现与计算机串口通讯，对报警器采取统一控制，以及便于采集 和处理数据，也可以在计算机上更改报警限值等。火灾报警系统整体框图如图2.1感烟探测器感温探测器放大电路ad转换单片机声光报警状态指示灯浓度显示串口通信中断按钮感温探测器图2.1系统整体框图3 硬件设计3.1单片机的选择at89s52是一种低功耗、高性能cmos 8位微控制器，具有8k 在系统可编程flash 存储器。使用atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80c51 产品指令和引脚完全兼容。片上flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位cpu 和在系统可编程flash，使得at89s52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。引脚说明如图3.1。at89s52 是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有 8k 在系统可编程flash 存储器。使用atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业80c51 产品指令和引脚完 全兼容。片上f lash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位cpu 和在系统 可编程flash，使得at89s52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 at89s52具有以下标准功能： 8k字节flash，256字节ram， 32 位i/o 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，at89s52 可降至0hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu 停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。图3.1 at89s52引脚排列 p0 口：p0口是一个8位漏极开路的双向i/o口。作为输出口，每位能驱动8个ttl逻辑电平。对p0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，p0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， p0不具有内部上拉电阻。 在flash编程时，p0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验 时，需要外部上拉电阻。p1 口：p1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个 ttl 逻辑电平。对p1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。此外，p1.0和p1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（p1.0/t2）和定时器/计数器2 的触发输入（p1.1/t2ex）。 在flash编程和校验时，p1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能：p1.0 t2（定时器/计数器t2的外部计数输入），时钟输出p1.1 t2ex（定时器/计数器t2的捕捉/重载触发信号和方向控制）p1.5 mosi（在系统编程用）p1.6 miso（在系统编程用）p1.7 sck（在系统编程用）p2 口：p2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p2 输出缓冲器能驱动。4 个 ttl 逻辑电平。对p2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行movx dptr） 时，p2 口送出高八位地址。在这种应用中，p2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址（如movx ri）访问外部数据存储器时，p2口输出p2锁存器的内容。 在flash编程和校验时，p2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。p3 口：p3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p3 输出缓冲器能驱动4 个 ttl 逻辑电平。对p3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。 p3口亦作为at89s52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash编程和校验时，p3口也接收一些控制信号。端口引脚 第二功能：p3.0 rxd(串行输入口)p3.1 txd(串行输出口)p3.2 into(外中断0)p3.3 int1(外中断1)p3.4 to(定时/计数器0)p3.5 t1(定时/计数器1)p3.6 wr(外部数据存储器写选通)p3.7 rd(外部数据存储器读选通)此外，p3口还接收一些用于flash闪存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是单片机复位。ale/prog：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ale（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ale仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，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）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（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指令才能将ale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禁止位无效。psen：程序储存允许（psen）输出是外部程序存储器的读选通信号，当at89s52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次psen有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次psen信号。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端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1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：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。xtal2：振荡器反相放大器的输出端定时器 2 寄存器：寄存器t2con 和t2mod 包含定时器2 的控制位和状态位，寄存器对rcap2h和rcap2l是定时器2的捕捉/自动重载寄存器。中断寄存器：各中断允许位在ie寄存器中，六个中断源的两个优先级也可在ie中设置。3.2 a/d转换电路tlc1543美国ti司生产的多通道、低价格的模数转换器。采用串行通信接口，具有输入通道多、性价比高、易于和单片机接口的特点，可广泛应用于各种数据采集系统 。 tlc1543为20脚dip装的cmos 10位开关电容逐次a/d逼近模数转换器，引脚排列如图3.2 所示。其中a0a10（19 、11、12脚）为11 个模拟输入端，ref+（14脚，通常为vcc）和ref-（13脚，通常为地）为基准电压正负端，cs（15脚）为片选端，在cs端的一个下降沿变化将复位内部计数器并控制和使能address、i/o clock （18脚）和data out（16脚）。address（17脚）为串行数据输入端，是一个1的串行地址用来选择下一个即将被转换的模拟输入或测试电压。data out 为a/d换结束3态串行输出端，它与微处图3.2 tlc1543引脚排列理器或外围的串行口通信，可对数据长度和格式灵活编程。i/o clock数据输入/输出提供同步时钟，系统时钟由片内产生。芯片内部有一个14通道多路选择器，可选择11个模拟输入通道或3个内部自测电压中的任意一个进行测试。片内设有采样-保持电路，在转换结束时，eoc（19脚）输出端变高表明转换完成。内部转换器具有高速（10s转换时间），高精度（10分辨率，最大1lsb不可调整误差）和低噪声的特点。1tlc1543工作时序 tlc1543工作时序如图3.3示，其工作过程分为两个周期：访问周期和采样周期。工作状态由cs使能或禁止，工作时cs必须置低电平。cs为高电平时，i/o clock、address被禁止，同时data out为高阻状态。当cpu使cs变低时，tlc1543开始数据转换，i/o clock、address使能，data out脱离高阻状态。随后，cpu向address提供4位通道地址，控制14个模拟通道选择器从11个外部模拟输入和3个内部自测电压中选通1 路送到采样保持电路。同时，i/o clock输入时钟时序，cpu从data out 端接收前一次a/d转换结果。i/o clock从cpu 接收10时钟长度的时钟序列。前4个时钟用4位地址从address端装载地址寄存器，选择所需的模拟通道，后6个时钟对模拟输入的采样提供控制时序。模拟输入的采样起始于第4个i/o clock下降沿，而采样一直持续6个i/o clock周期，并一直保持到第10个i/o clock下降沿。转换过程中，cs的下降沿使data out引脚脱离高阻状态并起动一次i/o clock工作过程。cs上升沿终止这个过程并在规定的延迟时间内使data out引脚返回到高阻状态，经过两个系统时钟周期后禁止i/o clock和address端。图3.3 工作时序2.软硬件设计要点 tlc1543三个控制输入端cs、i/o clock、address和一个数据输出端data out遵循串行外设接口spi协议，要求微处理器具有spi口。但大多数单片机均未内置spi口（如目前国内广泛采用的mcs51和pic列单片机），需通过软件模拟spi协议以便和tlc1543接口。tlc 1543芯片的三个输入端和一个输出端与51 系列单片机的i/o口可直接连接。3.3 放大器选择lm324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为mc1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“v+”、“v-”为正、负电源端，“vo”为输出端。两个信号输入端中，vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端vo的信号与该输入端的位相反；vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端vo的信号与该输入端的相位相同。lm324的引脚排列见图3-4图3-4 lm324引脚排列3.4 传感器选择3.4.1 烟雾浓度传感器his-07烟雾传感器是日本为检测烟雾而设计的新型传感器，是为专用于烟雾检测的传感器实物图及外形尺寸见图3.5及图3.6。图3.5 his-07烟雾传感器实物图图3.6 his-07烟雾传感器工程样图根据传感器的特性，其输出值正好是5v左右，因此不需要额外的放大电路，直接由a/d转换即可得到需要的数字信号，烟雾检测的电路原理图如图3.7所示。图3.7 烟雾检测电路原理图3.4.2 温湿度传感器瑞士sensirion公司推出了shtxx单片数字温湿度集成传感器。采用cmos过程微加工专利技术(cmosenstechnology)，确保产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。该传感器由1个电容式聚合体测湿元件和1个能隙式测温元件组成，并与1个14位a/d转换器以及1个2-wire数字接口在单芯片中无缝结合，使得该产品具有功耗低、反应快、抗干扰能力强等优点。sht10的主要特点如下：相对湿度和温度的测量兼有露点输出；全部校准，数字输出；接口简单(2-wire),响应速度快；超低功耗，自动休眠；出色的长期稳定性；超小体积(表面贴装)；测湿精度45%rh，测温精度0.5(25)sht10典型应用电路如图3.8所示图3.8 sht10典型应用电路3.4.3 酒精浓度传感器mq-3酒精传感器对乙醇蒸气有很高的灵敏度，并且响应和恢复快速。另外，mq-3酒精传感器简单的驱动回路和可靠的稳定性是相比较于其他型号传感器的优点。mq-3酒精传感器可用于机动车驾驶人员及其他严禁酒后作业人员的现场检测，也可用于其他场所乙醇蒸气的检测。mq-3酒精传感器有6只针状管脚，其中4个管脚（两个a和两个b）用于信号读取，两个h脚用于提供加热电流。mq3型气敏传感器技术指标如下：探测范围：101000*10-6 特征气体：100*10-6灵敏度：rin air/rin typical gas5敏感体电阻：4004000k（空气中）响应时间：10s（70% response)恢复时间：30s（70% response)加热电阻：313加热电流：180ma加热电压：5v0.2v加热功率：900mw工作条件：环境温度：1065摄氏度 湿度：95%rh贮存条件：温度：2070摄氏度 湿度：70%rh灵敏度调整：mq3 型气敏元件对不同种类，不同浓度的气体有不同的电阻值。 因此，在使用此类型气敏元件时 ，灵敏度的调整是很重要的。 建议使用 200ppm 的乙醇蒸汽校准传感器。当精确测量时，报警点的设定应考虑温湿度的影响。电路图如图3-9：图3-10 mq-3传感器电路原理图3.5 报警与显示电路设计3.5.1 蜂鸣器报警电路蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后（1.515v直流工作电压），多谐振荡器起振,输出1.52.5khz的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机io引脚输出的电流较小，单片机输出的ttl电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路。s51增强型单片机实验板通过一个三极管c8550来放大驱动蜂鸣器，原理图见下面图：图3.11 蜂鸣器原理图如图所示，蜂鸣器的正极接到vcc（5v）电源上面，蜂鸣器的负极接到三极管的发射极e，三极管的基级b经过限流电阻r1后由单片机的p3.7引脚控制，当p3.7输出高电平时，三极管t1截止，没有电流流过线圈，蜂鸣器不发声；当p3.7输出低电平时，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。因此，我们可以通过程序控制p3.7脚的电平来使蜂鸣器发出声音和关闭。3.5.2 lcd12864显示电路带中文字库的128x64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ascii字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。模块接口说明：管脚号管脚名称电平管脚功能描述1vss0v电源地2vcc3.0+5v电源正3v0-对比度（亮度）调整4rs(cs）h/lrs=“h”,表示db7db0为显示数据rs=“l”,表示db7db0为显示指令数据5r/w(sid)h/lr/w=“h”,e=“h”,数据被读到db7db0r/w=“l”,e=“hl”, db7db0的数据被写到ir或dr6e(sclk)h/l使能信号7db0h/l三态数据线8db1h/l三态数据线9db2h/l三态数据线10db3h/l三态数据线11db4h/l三态数据线12db5h/l三态数据线13db6h/l三态数据线14db7h/l三态数据线15psbh/lh：8位或4位并口方式，l：串口方式16nc-空脚17/reseth/l复位端，低电平有效18vout-lcd驱动电压输出端19avdd背光源正端（+5v）20kvss背光源负端3.6 电源模块设计在各种电子系统中，电源是不可缺少的组成部分，其性能直接关系到整个系统的技术性能和工作稳定性。尽管89c52单片机可以工作在3.5v5.5v的宽幅电压下，却不能保证整个系统也能够在不稳定的电压条件下正常工作，因此设计一个可靠、高效、稳定的电源模块是一项重要工作。本系统的电源模块使用正稳压场效应管l7805cv作为电路的稳压芯片，该芯片能承受1.5a的瞬时电流，支持5v、5.2v、6v等多种电压，且具有过热过载保护和输出转换soa保护措施，芯片的外形及原理框图见图3.12。图3.12 l7805cv正稳压管外形及原理框图3.7 键盘电路 图3.13 键盘电路按键功能如下：s2:在个人信息，显示的温湿度,酒精浓度，烟雾浓度及报警值之间切换，实现多功能切换显示s3:移动lcd12864的光标，每按下一次光标右移一位。s4:增加示值及报警值。s5:减小示值及报警值。3.8 通讯与下载电路设计由于rs-232标准规定发送数据线txd和接受数据线rxd采用eia电平，即传送数字“1”时，传输线上的电平在-3-15v之间；传送数字“0”时，传输线上的电平在+3+15v之间。但单片机串行口采用正逻辑的ttl电平，这样就存在ttl电平与eia电平的转换问题，故在通讯电路中加入一片max232cpe芯片进行电平转换，这样可以实现程序的下载与仿真功能。与pc进行通讯时，系统通过串口usb转接线与pc连接，通过下载软件将程序下载到单片机中，通讯模块的硬件原理图见图3.15。图3-16 max232电平转换芯片引脚分配及逻辑原理图图3.14 芯片的引脚分配以及逻辑原理图图3-15 通讯模块硬件连接图4 软件设计4.1 检测报警系统软件流程本系统的软件分为自检、传感器数据接收、数据分析处理与判断以及驱动显示和报警电路几个主要功能。程序开始运行后，系统首先对各个传感器进行初始化以便开始系统自检，随后系统进入自检阶段，软件将根据各个传感器返回的信息判断传感器功能是都正常，若发现异常将及时把错误信息显示出来，同时挂起系统，避免继续运行对系统可能造成的损害，若传感器正常，系统会根据环境温度对照事先写入的环境权重数值表分配变量权值；然后系统开始进入循环检测各个传感器返回数据的监控状态，每一次遍历传感器返回信息后，将数据进行分析，判断是否有异常状况，数据判断方式根据设计的权重算法进行模糊判断，确定为异常时进行对应的消息提示或报警提示。软件总体流程图见图4.1。图4-1 软件系统总体流程图4.2 软件各功能模块设计4.2.1 主程序初始化流程图主程序初始化流程图如图4.2所示。这部分实现的功能包括各种i/o输入输出状态的设定、寄存器初始化、中断使能等。首先设定定时器工作方式，然后开系统中断，以便响应中断定时，及时对气体浓度和温度进行采样。然后关闭蜂鸣器，开启绿灯，设置报警限初值。开始定时器初始化开中断关闭蜂鸣器，打开绿灯设定初值是否是否保持报警初值返回图4.2 主程序初始化流程图4.2.2 系统自检模块设计系统自检模块的功能是完成系统初期的传感器功能检测，测试传感器是否正常，并得出系统工作环境的数据以选择相应的数据权值。开机之后，通过主函数首先调用系统自检函数system_chk()进行自检，程序首先会有一个约500s的延时，防止因为系统初启动不稳定造成的读数错误，之后程序会依次启动各个传感器所在的a/d转换器读取信号，由图3-3、图3-6所示的传感器电路可知若温度传感器故障或拔出时，a/d转换器的输入电压将为5v，转换结果将是255，则将此数据作为判断温度传感器是否正常的判断标准，而一氧化碳传感器和烟雾传感器故障或拔出时，a/d转换器的输入电压为0，相应输出值为0，则将此数据作为判断烟雾和一氧化碳传感器是否正常的判断标准。传感器检测确认无误之后，在屏幕上显示“system normal”字样，然后根据读取到的温度信息对照权值分配表进行权值分配，最后进入系统正式运行状态。该模块的软件流程图如图4.3所示。图4.3 自检模块软件流程图4.22 键盘处理子程序按键处理子程序流程图如图4.4所示开始扫描键值是否有键按下延时10ms消抖是否有键按下提取键值调用键盘处理子程序结束否否y是是图4.4按键处理子程序流程图4.23 报警子程序当烟雾浓度或温度值超过报警限设定值时，蜂鸣器发声，对应通道的红灯闪亮，以提示操作人员采取安全对策或自动控制相关安全装置，从而保障生产安全，避免火灾和爆炸事故的发生。为防止误报，在程序设计上，对烟雾浓度和温度进行快速重复检测和延时报警，以区别出时管道中烟雾的泄露，还是由于暂时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4.5所示。图4.5 报警子程序流程图n是否是是开始读取处理后的气体浓度值或温度值延迟20秒后采集一组数据是否是否烟雾浓度0.06或温度100传感器故障自诊断传感器有问题返回启动故障报警复位键是否按下烟雾浓度0.06或温度100温度100否启动火灾报警5 系统调试调试的主要内容包括线路测试、火灾报警设备的单机功能试验、系统的接地测试和整个系统的开通调试。在对电路板进行通电调试之前应先对电路板进行检查，需要检查电路板的焊接处是否有虚焊、漏焊等情况，检查电路板的各个器件是否在正确的位置，并且要保证电路板不能有短路、断路等情况，保证电路板的顺利导通。首先，进行初步检查工作：1、检查所有设备(如探测器底座、接线端子箱、手动按钮及报警控制器)是否已全部安装布线，接线就绪。2、检查各线之间是否有短路，查穿线时是否有线被划破。检查时应用摇表测量线与线，线与地之间绝缘电阻是否符合要求(一般要求线与地之间绝缘电阻不应小于20m欧姆，检查时应将与报警控制器连接的插座取下。3、检查系统的接地应符合规范所提出的各项接地要求。4、检查报警控制器的各种旋钮、开关、插座、插件等外型和结构是否完好，检查将要插入的电源插座输出电压是否符合要求。5、检查探测器外型是否有损坏，然后用单点报警器逐个进行检查。然后在保证电路板导通的情况下对电路板进行通电，检查调试各个器件：1、sht10 温湿度传感器调试：将传感器装在火灾报警器电路板底座上，将开关拨至开的位置，打开电源，此时可向温湿度传感器加温或加湿，加温的方法是将酒精灯的火苗放置在离传感器两米的位置，观察报警灯是否闪烁，同时蜂鸣器发出报警声，若报警灯闪烁同时蜂鸣器发出响声，则说明温度传感正常工作。在对湿度传感进行调试，方法是将加湿器放置在离传感器两米的位置，观察报警灯是否闪烁，同时蜂鸣器发出报警声，若报警灯闪烁同时蜂鸣器发出响声，则说明湿度传感正常工作。2、酒精传感器调试：将酒精传感器装在火灾报警器电路板底座上，将开关拨至开的位置，打开电源，此时可以向酒精传感器加酒精，方法是将装酒精的玻璃瓶打开，放置在距离酒精传感器二十厘米处，让酒精自然挥发一段时间，观察报警灯和蜂鸣器工作情况，若报警灯闪烁同时蜂鸣器发出响声，则说明酒精传感器正常工作。3、烟雾传感器调试：将烟雾传感器装在火灾报警器电路板底座上，将开关拨至开的位置，打开电源，此时可以向烟雾传感器加烟，方法是用口中吸一口香烟，在距离探测器二十厘米处喷向探测器，立即出现报警灯闪烁，同时蜂鸣器发出响声，则说明该烟雾传感器正常工作。4、显示器12864调试：将三个传感器中的任意一个装上，现以sht10为例，对传感器进行加温、加湿，观察显示器12864是否显示温湿度变化，若有温湿度值的变化说明显示器12864正常工作。5、单机空载通电检查，即对每台区域、集中报警控制器拔去输人、输出插座，使其与系统脱开，接通电源若未发现异常现象，即可进行功能检查。此外，还进行了系统自检功能的调试，在系统启动前拔去不同的传感器模拟传感器故障，在系统运行后检测能否如预期一样检测到传感器的异常，运行记录见表5.1。表5.1 系统自检行为记录各传感器状态(插入/拔出)屏幕显示温度传感器酒精传感器烟雾传感器插入插入插入无，进入读数显示插入插入拔出smk error插入拔出插入ach error插入拔出拔出ach error拔出插入插入tmp error拔出插入拔出tmp error拔出拔出插入tmp error拔出拔出拔出tmp error观察表5-2可见，如同系统自检模块的软件流程设计，开机后系统将依次检测温度传感器、酒精传感器和烟雾传感器，系统在检测到任何一个传感器异常后会在显示消息后挂起而不会再检测其余传感器，这样的顺序检测设计使传感器的检测产生了优先级，即温度传感器优先级最高，酒精传感器其次，最后是烟雾传感器。因此有了如表5.1中所示的提示模式。现对所有器件调试，均一一工作正常。结 论火灾报警系统对现代建筑起着极其重要的安全保障作用，研制火灾报警系统的目的是改变我国防火报警技术的落后现状，提高我国防火报警产品的水平。本文对火灾报警系统进行了深入的分析，设计了火灾报警系统，该报警系统能接收、显示和传递火灾报警信号。从开始对整个题目分析，到最后的设计完成整个系统的过程中，我对单片机技术和接口技术、测控系统原理及设计的有了更深刻的认识。以at89s52单片机核心，结合接口电路理论和汇编语言知识设计出了本系统。系统中采用了烟雾传感器his-07、温湿度传感器sht10、酒精传感器mq3三种传感器，可以利用传感器之间的互补作用来大大减小整个系统的误差；采用了一种改进的差动放大电路，使得放大倍数可连续性的调整，同时也保证了不同传感器放大倍数不同的要求，降低了系统成本；采用蜂鸣器与液晶显示报警，达到及时告知使用处理现场事故，疏散人群的目的，系统设置了自检功能，能够检测传感器工作状态以及时通知操作人员更换故障传感器。受时间和经验限制，本系统有不足和需改进的地方。由于时间的关系，系统中本应具有的串行通信的功能没有实现，而只是实现了烟雾浓度、温度显示及按键控制。由于电源的波动，传感器的电气特性等问题，使得a/d转换结果有时波动很大，这样就可能出现误报警。在确定方案之后，对部分电路采取了试验板焊接测试，保证以后的电路可以实现联调。通过这次设计，更加深入的理解和掌握了这方面的知识，对本专业的认识也更加深入，使自己对本专业更加的热爱，更加明确了自己学习的目标和方向。在设计过程中，自己也学到了许多新的知识，有很多感悟和体验心得。而且，对工程设计的流程和步骤有了清晰的认识，为自己日后的学习和研究打下了坚实的基础。心得体会本次课程设计到现在已近尾声，这次的多传感器仪器设计是我感触颇深，历时整整一个学期，是我大学以来做得最久的一次课程设计，而且不仅是最久，同时也是最难的一次。从拿到任务书开始就没有停下学习这方面的知识，每次都要在图书馆以及网络上查阅大量的资料，有很多不明白的地方都是在老师的指导和同学们的帮助下才弄明白，让我受益匪浅。课程设计是对我们知识运用能力的一次全面的考核，也是对我们进行科学研究基本功的训练，培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文和工作打下良好的基础。通过本次课程设计，使得我学到了很多，让我知道理论在实践中的实现是做么的困难，这次课程设计不仅是我更深入的了解了自己的专业知识，而且更锻炼了我的动手能力，磨练了自己的意志，让我知道该如何面对困难以及如何解决困难。这次课程设计让我重新仔细认真的复习了一遍大学以来所学的知识，单片机、数字电子技术、模拟电子技术等，并且让我现在可以很熟练的使用pretel、proteus等软件，这是对我大学这几年来的一次总复习，让我的知识进一步升华，让我对自己的水平有了进一步了解，并在原有的基础上近一步有所提高。在本次课程设计中，我同时还锻炼了自己的动手能力，亲自把元器件焊在电路板上，并调试好，当中遇到很多困难，但是在老师和同学的帮助下，还是完美的解决了这些问题。老师在这次课程设计中不仅给予了我们帮助，还注重提高我们自己解决问题的能力，有时候我遇到困难，老师并不是直接告诉我解决办法，而是给我指明了方向，让我自己去解决问题，这对于我是个莫大的锻炼，让我能更好的面对自己的未来，在以后我可能会遇到很多挫折与困难，但是我相信，每当我想起来这学期的这次课设，我都能勇敢面对并能完美的解决问题。这些都为我以后的学习及工作带来了很大的帮助。这次的课程设计，多传感器仪器设计很是复杂，在刚刚知道这个题目的时候不是很明白，当拿到课程设计知道书的时候，我很是发愁，怎么这么难呢，但是老师和同学在当时给了我很大的鼓励与无私的帮助。从最开始的查