基于单片机实现的火灾报警器设计.doc

单片机原理及应用课程设计论文 09届 自动化 专业 。 班级 题 目 火灾报警器设计 姓 名 逐 陌 学 号 0906。 指导教师 中科院 二一二 年 六 月 二 日一、火灾报警的基本原理 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。当没有警情时,可以通过另一部话机拨打本机,振铃检测电路将振铃音信号转换成ttl 信号传送给单片机,由单片机计数；当经过预设的振铃无人摘机时,系统就会自动摘机,调用远程设置子程序进行远程录音、查询警情等操作。语音报警系统主要完成的功能：感温传感器和感烟传感器通过采集现场信号输入中央处理器,若判断出两种传感器中有一种动作, 表明有异常现象,发异常语音报警信号“温度超限”或“烟雾报警”,同时相应的指示灯亮。此时,若另一传感器也动作,则停止异常报警,而进入火警报警状态,有现场语音“火警”报警提示,火警指示灯亮。同时系统调用远程报警模块,开始逐个拨叫预设的报警电话,直至有一个报警电话拨通,并收到回码。在拨号后首先判断电话线的状态是否为回铃音及对方是否摘机。如是,播放录制好的语音报警内容,如“某某区某某单元某某楼层某某房间发生火警”。否则挂机,拨打下一个号码。二、设计方案 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。1温度烟雾传感器2信号调理器3a/d转换器6收发码电路5单片机at89c514现场声光报警系统图1 报警电路方框图如图1所示, 报警器硬件由温度烟雾信号采集模块、声光报警模块以及单片机与收发码模块组成。图中1, 2, 3 组成数据采集模块, 4, 5 组成现场声光报警模块, 5,6组成远程报警模块。其中, 1 为传感器(包括烟感和温感) , 将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号；2为信号调理电路, 将传感器输出的电信号进行调理(放大、滤波等), 使之满足a/d 转换的要求； 3为a/d 转换电路, 完成将温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。声光报警模块由单片机和报警电路组成, 由单片机控制实现不同的声光报警(异常报警、故障报警、火灾报警) 功能。单片机与远程报警模块由单片机、mt8880收发码电路组成, 实现远程报警。三、硬件设计1. mt8880接收电路的设计图2 mt8880接收电路连线图当mt8880作为dtmf接收器的时候，dtmf信号经由in和in输入，经过运算放大滤除信号中的拨号音频率，然后发送到双音频滤波器，分离出低频组和高频组信号，通过数字计数的方式检出dtmf信号的频率，并且通过译码器译成4位二进制码。4位二进制编码被锁存在接收数据寄存器中，此时状态寄存器中的延时控制识别位复位，状态寄存器中的接收数据寄存器满标识位置位，对外而言，当寄存器中的延时控制识别位复位时，irql/cp由高电平变为低电平。如果用irqlcp作为单片机的中断信号，irql由高电平变为低电平，向cpu发出中断请求，当cpu响应中断，读出寄存器中的数据后，irql返回高电平。mt8880的d0d3与单片机的p1.0p1.3相连，p1.4p1.7分别与ck，rso，csl，r/wl相连。2. 发送电路设计图3 mt8880发送电路连线图当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7所示。应用mt8880使dtmf信号的收发功能于一体，完成dtmf信号的编码与解码，达到数据传输的目的。3. 灯光报警电路由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8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4 光报警电路4. 系统总体电路图四、软件设计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。参考程序如下： 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地址到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end2. 火灾判断程序为了降低误报率, 系统采用了多次采集、多次判断的方法。每次数据采集后根据得到的数据对现场情况进行判断:00h 表示正常；01h 表示异常；02h 表示火灾。然后综合多次判断结果做出最终的火情判断。具体判断方法如下:(1) 对温度和烟雾进行了两次数据采集与判断温度100 , 温度异常, 置标志位为1, 否则为0；烟雾(co, co2) 浓度0106% , 烟雾浓度异常, 置标志位为1, 否则为0。(2) 根据温度和烟雾的异常标志位判断现场情况2 个标志位均为0, 表示情况正常, 给53h 或56h 单元送00h； 2 个中仅有1 个为1, 表示情况异常, 送01h；2 个均为1, 表示有火灾发生, 送02h。(3) 综合两次情况做最后判断,并予以报警若53h 和56h 中数据不相同, 说明是误报, 调故障报警子程序；否则按该单元中的数据调相应的报警子程序。00h 为情况正常, 返回；01h 为情况异常, 调异常报警子程序；02h 为现场有火灾, 调火灾报警子程序, 并向消防中心报告火情。3. 电话报警流程设计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。自动电话语音报警程序在发生报警时调用,其程序流程图如图10所示。 nnyyyn电话语音报警程序是否报警？报警性质语音从电话数据库中查找电话号码电话拨号电话连接成功？电话占线？播放语音程序结束等待10s拨打下一电话号码图5 报警流程图报警拨号后对方回铃音和忙音的区别： 按规定回铃音为1s 高电平4 s 低电平方波信号，忙音为高电平和低电平均为0135s方波信号，回铃音和忙音呼叫时间60s，60s后自动挂机。当有报警信号送单片机时,通过软件模拟摘机,预留电话拨号输出后,在接到第一声回铃音或忙音时,定时器开始定时，计数器开始计输入的回铃音或忙音的个数。然后判别在60 s 内，若计数值大于15个脉冲(这时无论60s定时到否)则表示对方为忙音,，应挂机，拨打下一个报警电话。若在60 s 内计数小于14个脉冲，则表示为回铃音。若在少于12个脉冲中间回铃音中断表示对方有人接听，可以播放报警信号对应的报警语音12。若60 s 内一直有回铃音，且定时到，表示对方无人接听，则挂机拨打下一个报警电话，直到电话报警完成。4. mt8880的数据发送程序设计yn开始mt8880初始化串口初始化r1=1?接受数据r1清0发送数据到mt888050ms延时图6 mt8880的数据发送图程序清单如下： 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, #02h clr p1.6 /cs写crb,crb对mt8880进行初始化 clr p1.4 /ck clr p1.7 /r/w setb p1.5 /rso mov p1,#0dh /写cra set p1.4 /触发ck信号 nopnopclr p1.4 /清ck信号mov p1,#00h /写crbsetb p1.4 /触发ck信号nopnopclr p1.4 /清ck信号setb p1.6 /关闭片选end:clr p1.6 /cs 选择mt8880的发送数据寄存器clr p1.4 /ckclr p1.5 /rsoclr p1.7 /r/wlloop: mov r0, 30hmov r1,#7h /将发送的数据个数给r1寄存器mov a, r0 /将数据首地址给寄存器mov p1,a /将数据送入p1口setb p1.4 /触发ck信号acall delay /调用延时子程序clr p1.4 /清ck信号inc r0 /数据地址加一djnz r1,loop /数据个数减一 5. mt8880数据接收程序设计ynyn开始mt8880初始化串口初始化p1.2=1?接收数据t1=1?发送数据t1清“0”图7 mt8880的数据接收流程图程序清单如下： org 0000hajmp main org 0100hmain:mov 30h,#00h /赋初值给30-36的地址范围mov 31h, #00hmov 32h, #00hmov 33h, #00hmov 34h, #-00hmov 35h, #00hmov 36h, #00hmov tmod,#20 /初始化定时器/计数器作为波特率发生器mov tl1,#0fdh /装入低位的记数初值mov th1,#0fdh /装入重装值9600的波特率clr et1 /禁止t1中断setb tr1 /t1启动mov scon,#40h /串口初始化为方式1mov pcon,#00h /使smod=0clr p1.6 /cs写cra,crb对mt8880进行初始化clr p1.4 /ckclr p1.7 /r/wsetb p1.5 /rsomov p1,#2dh /写cra setb p1.4 /触发ck 信号 nop nop clr p1.4 /清ck信号 mov p1,#20h /写crb setb p1.4 /单发ck信号 nop nop clr p1.4 /清ck信号setb p1.6 /关闭片选nopnop mov r0,30h /接收数据的首地址mov r1,#7h /接收数据的个数五、结论 本系统是将单片机和多传感器信息融合,完成语音报警的实用、可靠的单片机语音自动报警系统，它具有功能强、灵活性高、可靠性好、抗干扰能力强、实时性高等优点。不过，还存在一些缺陷，比如：系统需要的模块较多，编写程序时有点复杂。希望在以后的研究中进一步优化整个系统。尽量简化线路数量和布线方式,减少设备种类,系统功能尽可能由软件实现,提高系统可靠性和维护性,同时建立良好的人机界面,方便人们使用。总之，此系统整体结构还是比较简单、容易实现自动报警功能，符合安全系统的规则和要求。设计总结：由于时间紧迫和个人