毕业设计（论文）-单片机火灾报警系统.doc

辽宁职业学院毕业论文辽宁职业学院毕业论文(设计) 题 目 单片机火灾报警系统 系（分院） 汽车工程学院 专业班级 电气0932 姓 名 指导教师姓名 职称 高级讲师 日 期 辽宁职业学院毕业论文（设计）任务书专业班级： 电气0932 学生姓名： 题 目： 单片机火灾报警系统 上交论文（报告）日期： 年 月 日 答辩日期 年 月 日指导教师： 本人声明我声明，本论文及其设计工作是由本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签字 年 月 日目 录本人声明3目录4摘要5引言61系统功能及组成 7 1.1 系统功能及特点 71.2 系统组成 72报警器硬件设计 72.1火情检测模块 72.2语音录放模块 82.2.1 ISD1420各引脚功能介绍 82.2.2语音段的寻址112.3 双音频收发电路 11 2.3.1 MT8880介绍112.3.2DTMF信号的收发电路122.4声光报警模块142.4.1声音报警142.4.2灯光报警152.5主备电控制模块162.6AT89C5简介172.6.1管脚说明172.6.2振荡器特性192.6.3芯片擦除193系统软件设计193.1数据采集软件设计193.2报警程序设计20参考文献 23致谢 24摘要随着人们生活水平的提高和安全防范意识的增强,急需开发面向普通居民、价格低廉、运行可靠的自动报警系统。鉴于住宅电话和移动通讯设备已相当普及,因此利用公共通讯网作为报警系统的传输媒体是最佳的选择。本文介绍了一种基于公用电话网,利用单片机8051、DTMF信号收发芯片MT8880、集成语音芯片ISD1420, 集成温度传感器AD590 和气体传感器TGS202等,利用多传感器信息融合技术,完成语音报警的实用、可靠的单片机语音自动报警系统,着重阐述了该系统的组成形式及工作原理。基于该系统原理的相关产品已在线使用。实践表明,单片机技术在系统报警和其它一些自动控制领域中有着广泛的应用前景。本文设计了 一个简单，适用的单片机火警报警系统，该系统能自动完成对布测点检测，确认火警后能自动报警，并显示火情点，记录火灾发生时间。关键词: 单片机 传感器 数据处理 报警1 引言在一些学校，工厂，仓库及公共场所，由于各种原因，存在很多火灾隐患，一旦发生火灾，后果不堪设想。而在这些地方，有的没有任何预警措施，有的也只采用人工巡逻，人工报警等方式预防，人为因素较多，而且很难做到24小时全天候监测，本文对使用单片机来对火灾进行监测及报警进行了一些探索，并设计了单片机火警报警系统。给系统能对被测点自动探测，一旦出现火险能立即报警，指出火险地点，为快速而准确的扑灭火灾提供有力的前提。现场火灾报警器通过对传感器火情信息的检测, 使用智能识别算法实现对火灾的监测。当报警器监测到火情信息后, 直接通过Modem 经公用电话交换网迅速向消防指挥中心报告火情信息(包括火灾单位编码、单位名称、火情级别以及报警时间等) , 同时产生声光报警信号, 并按事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关负责人。消防指挥中心根据接收到的火警信息, 立即在消防信息数据库中查询单位位置、周围道路、交通、水源情况等基本信息, 根据所获得的信息迅速确定最佳救火方案, 通过网络将出警命令直接下达各消防中队。1 系统功能和组成1.1 系统功能本报警器的工作原理:当发现警情时,探测器将警报信号通过传感器接口送入单片机,单片机的报警中断程序开始运行,调用拨号子程序按照预置号码进行拨号。此时单片机控制MT8880 发送双音频信号拨号,并检测呼叫信号以判定是否可以调用语音模块进行语音报警1。1.2 系统组成硬件电路主要包括单片机电路，2 路传感器报警信号电路,模数转换电路， 语音报警电路，震铃检测电路、模拟摘机和DTMF 解调电路，以及主备电控制电路部分。2 报警器硬件设计2.1 火情检测火灾中气体烟雾主要是CO2 和CO。TGS202气体传感器能探测CO2, CO, 甲烷、煤气等多种气体,他灵敏度高,稳定性好,适合于火灾中气体的探测。如图2-1 所示,当TGS202探测到CO2或CO时,传感器的内阻变小,VA迅速上升。选择适当的电阻阻值,使得当气体浓度达到一定程度(如CO浓度达到0106%)时,VA 端获得适当的电压(设为3V)。图2-1TGS202 的应用电路A/D 转换电路采用了常用的8位8通道模数转换专用芯ADC0809。温度、烟雾传感器的输出分别接到ADC0809的IN0和IN 1。ADC0809 的通道选择地址A,B,C分别由89C51的P2.0P2.2经地址锁存器74LS373输出提供。为了给OE线分配一个地址,图中把AT89C51 RD和译码器输出F0H经或门M1和OE相连。在相应中断后，AT89C51执行中断服务程序中如下两条指令就可以使OE变为高电平，从而打开三态输出锁存器，让CPU提取A/D转换后的数字量。 MOV R0, #0F0HMOVX A, R0; OE变为高电平，数字量送A2.2 语音录放电路由ISD1420 单片永久记忆型语音电路及少量外围元件组成4,片内存储的报警信息,不怕掉电,放音由单片机P0.4 控制,语音信息通过该片的14，15 脚送至外线。图2-2 ISD1420芯片引脚图2.2.1 ISD1420各引脚及其功能介绍如下:电源（VCCA，VCCD）芯片内部的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装上，这样可使噪声最小。地线（VSSA，VSSD）芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线，这两个脚最好在引脚焊盘上相连。录音（/REC）低电平有效。只要/REC 变低（不管芯片处在节电状态还是正在放音），芯片即开始录音。录音期间，/REC 必须保持为低。/REC 变高或内存录满后，录音周期结束，芯片自动写入一个信息结束标志（EOM），使以后的重放操作可发及时停止。之后芯片自动进入节电状态。注：/REC 的上升沿有 50 毫秒防颤，防止芯片自动进入节电状态。边沿触发放音（/PLAYE）此端出现下降沿时，芯片开始放音。放音持续到 EOM 标志或内存结束，之后芯片自动进入节电状态。开始放音后，可以释放/PLAYE。电平触发放音（/PLAYL）此端出现下降沿时，芯片开始放音。放音持续至端回到高电平，遇到 EOM标志，或内存结束。放音结束后芯片自动进入节电状态。录音指示（/RECLED）处于录音状态时，此端为低，可驱动 LED。此外，放音遇到 EOM 标志时，此端输出低电平脉冲。话筒输入（MIC）此端边至片内前置放大器。片内自动增益控制电路（AGC）将前置增益控制在-15至 24dB。话筒参考（MIC REF）此端是前置放大器的反向输入。当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，提 高共模抑制比。自动增益控制（AGC） AGC 动态调节器整前置境益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录制变化很大的音量（从耳语到喧哗嚣声）时失真都能保持最小。响应时间取决于此端的 5K输入阻抗和外接的对地电容（即线路图中的 C12）的时间常数。释放时间取决于此端外接的并联对地电容和电阻（即线路图中 R9 和 C12）的时间常数。470K和 4.7uF 的标称值在绝对大多数场合 下可获得满意的效果。模拟输出（ANA OUT）前置放大器输出.前置电压增益取决于AGC 端的电平。模拟输入（ANA IN）此端即芯片录音的输入信号。对话筒输入来说，ANA OUT 端应通过外接电容连至本端。该电容和本端的 3K输入阻抗给出了芯片频带的附加低端截止频率。喇叭输出（SP+、SP-）这对输出端能驱动16以上的喇叭。单端使用时必须在输出端和喇叭间接耦合电容,而双端输出既不用电容又能将功率提高4倍.录音时,它们都呈高阻态;节电模式下,它们保持为低电平。外部时钟（XCLK）此端内部有下拉元件，不用时应接地。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校，保证了标称的最小录音时间。商业级芯片在整个温度各电压范围内，频率变化在+2.25%内,并保证最小录放时间，所以有些芯片的录放时间比标称的值稍大。工业级芯片在整个温度和电压范围内， 频率变化在+5%内，建议使用稳压电源。若要求更高精度或系统同步，可从本端输入外部时钟。地址（A0A7）地址端有两个作用，取决于最高（MSB）两位 A7、A6 的状态。当 A7 或 A6 有一个为 0 时，所有输入均释放为地址位，作为当前录放操作的起始地址。地址端只用输入，不输出操作过程的内部地址信息。地址在/PLAYE、/PLAYL、或/REC 的下降沿锁存。ISD1420在电路图中的外围接线图如图2-3所示：图2-3 ISD1420芯片外围接线图2.2.2 语音段的寻址语音芯片与单片机的连接，常通过串行口来实现，串行口也可以通过辅助电路分时多用。定义好串行口的工作方式（串行口控制寄存器SCON字节地址为98H，可位寻址），当由按键输入或其它需要语音输出时，串行口向CPU申请中断，响应中断后，CPU便可以从串行数据中识别出语音段编号，输出语音信号。发送结束，中断由软件清零。2.3 双音频收发电路2.3.1 MT8880介绍MT8880C是一个带有呼叫处理滤波器的单片DTMF信号收发器。他的制造采用MITEL公司的低功耗、高稳定性的ISO-CMOS技术。DTMF信号的接收部分采用DTMF信号接收单片机MT8870的工业制造标准；发送部分采用开关电容进行DA转换发送高精度、低畸变的DTMF5信号。内部寄存器提供一个群模式。在双音频群模式下DTMF信号可以通过精确的时序被发送出去。可选择呼叫处理滤波器让一个微处理器处理呼叫音频信号。整合了收发功能的MT8880C单片机的结构包括一个带有可变增益的内部放大器的高性能接收器和一个带有脉冲计数器的发射器。一个可以访问MT8880内部的寄存器的标准的微处理器接口。MT8880的内部寄存器包括1个状态寄存器、2个数据寄存器和2个控制寄存器，如图2-4所示。图2-4 MT8880C单片机的结构发号由单片机的P0.4 控制,将事先存储的号码以DTMF 形式通过该片的8 脚送至外线。双音多频信号（DTMF）是由一组低音频信号和一组高音频信号以一定方式的组合构成6，每组音频信号各有4个音频信号，而每种组合有一个高音频信号和一个低音频信号，共16种组合。过去主要用于电话拨号信息传输，具有很强的抗干扰能力。目前市场上销售的DTMF专用芯片集编解码于一体，MT8880具有收发功能。本文通过89C51单片机控制MT8880实现计算机间的远距离数据传输。2.3.2 DTMF信号的收发电路MT8880接收电路设计 图2-5 接收电路接线图发送电路设计当MT8880作为发送器时数据总线上D0D3四位二进制码被锁存在发送数据寄存器中8，发送的DTMF信号频率由3.58 MHz的晶振分频产生。分频器首先从基准频率分离出8个不同频率的正弦波，行列计数器根据发送数据寄存器中的数据，以八取二方式分离出一个高频信号和一个低频信号，经开关电容做DA转换，在加法器中合成DTMF信号，并从TONE端输出，电路图如图2-6所示。图2-6 发送电路接线图2.4 声光报警模块2.4.1 声音报警声音信号由专用语音芯片提供9。通过给语音芯片的D0,D1,D2,D3端输入不同的地址 , 便可以获得各种不同的声音信号。由单片机的P1.0,P1.2,P1.3 和P1.4 控制。另外该芯片还需要一个放音控制信号, 由P0.4口 提供。只有当该信号为高电平时, 芯片才会根据地址端提供的地址寻找到不同的语音信息,发出不同的报警声, 否则不会发声报警。ISD1420的驱动能力有限(0.5W),直接接到扬声器上效果不是太理想,若接1W以上的扬声器将发生失真现象,通常1W以下的扬声器可用LM386,D2283,D2822,MC34119,TA7368等芯片驱动;如图2-7所示:图 2-7 功放电路1W-10W的扬声器用TDA2003,LA4440芯片驱动,如图2-8所图2-8 功放电路2.4.2 灯光报警由AT89C51 P0 口的P0.0P0.3 分别控制4 个发光二极管, 予以光报警, 如图2-9 所示。P114P117 控制的灯依次为绿色(正常信号灯)、黄色(故障信号灯)、红色(异常信号灯)和红色(火灾信号灯)。当这些输出端输出低电平时, 对应的信号灯便会发光报警。图2-9 光报警电路2.5 主备电控制电路电路主要由7805和7812稳压芯片及外围电路组成,供电电源有备电和主电之分.其中主电由220V电源经过变压器变压后供给,经整流桥整流后由稳压芯片稳压供给系统电路.主电检测由单片机P0.7口输入检测信号, 当主电故障时,该脚输入为高电平,AT89C51的 P0.5口输出高电平,控制备电供电.备电由12V备用电池供给,当电池电量不足时,由89C51的P0.6口输出高电平,控制备用电池充电.本系统的主备电结构使系统即使在主电故障情况下仍可工作,但时间不可过长,以免损坏备用电池.具体电路接线图如下:图2-10 主备电接线图2.6 AT89C51图2-11 AT89C51引脚图2.6.1 管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故. P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：口管脚 备选功能：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.6.2 振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.6.3 芯片擦除 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行3 系统软件设计 3.1 数据采集子程序数据采集部分的程序设计包括: 驱动ADC0809 的IN0和IN1进行A/D 转换,分别由子程序ADC1 (温度转换) 和ADC2 (烟雾浓度转换) 完成;单片机接收转换好的数据, 存入指定内存单元, 由INT1 中断服务程序完成。每次驱动A/D转换后等待外部中断, 中断到来说明A/D 转换已经完成, 通过中断服务程序读取转换得到的数据。A/ D 采样程序如下: 本程序分住程序和中断服务程序两部分。主程序用来对中断初始化，给ADC0809发起动脉冲和送模拟量路数地址等。中断服务程序用来从ADC 接受A/D转换后的数字量和判断一遍采集完否。程序如下： 主程序： ORG 0A00H MOV R1, #30H /输入数据区始址送R1 MOV R4, #2 /模拟量总路数送R4 MOV R2, #00H /IN0地址送R2 SETB EA /开CPU中断 SETB EX1 /允许INT1L中断 SETB IT1 /即INT1L为边沿触发 MOV R0, #0F0H /送端口地址F0H到R0 MOV A, R2 /IN0地址送A MOVX R0, A /送IN0地址并启A/D SJMP $ /等待中断或其它中断服务程序: ORG 0013H AJMP CINT1 /转中断服务程序 ORG 0100HCINT1: MOV R0, #0F0H /端口地址送R0MOVX A, R0 /输入数字量送AMOV R1, A /存入输入数据区INC R1 /输入数据区指针加1INC R2 /修改模拟量路数地址MOV A, R2 /下个模拟量路数地址送AMOVX R0, A /送下路模拟量路数地址,并启A/DDJNZ R4, LOOP /若未采集完2路,则LOOPCLR EX1 /若已采集完2路,则关INT1L中断LOOP:RETI /中断返回END3.2 报警程序设计电话报警模块电话报警模块主要通过中断服务程序来实现。该程序的基本流程是:报警器摘机,自动拨叫号码簿上相应的报警号码,如,110、119 ,或一组用户的自己设置的固定电话号码、手机号码。拨叫时,报警器摘机后先对电话线上的信号进行检测,检测到拨号音就拨号,检测不到拨号音说明电话线已有问题,无法拨号,就自动挂机。拨号后等待三秒再检测有无回铃音或忙音,如果都没有,就表明已经接通,可以进行语音报警。如遇回铃音就等待三秒再检测,若等待三次后线路仍然不通,就拨叫下一个号码; 若遇忙音就先挂机再等待10s ,重新拨号,如此三次后仍然拨不通,就拨叫下一个号码,直到将电话簿上的所有号码拨完为止。MT8880的数据发送程序设计MT8880的数据发送程序中用到了相应的串口接收程序，其程序流程图如图所示。图3-1 MT8880的数据发送流程图程序清单如下：ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0100HMAIN: MOV 30H,#08H MOV 31H,#04H MOV 32H,#07H MOV 33H,#09H MOV 34H,#04H MOV 35H,#06H MOV 36H,#02HCLR P1.6 /CS写CRB,CRB对MT8880进行初始化 CLR P1.4 /CK CLR P1.7