防火报警系统

宜宾职业技术学院宜宾职业技术学院 毕业论文（设计） 题目：基于单片机的防火报警系统 系 部 自动控制工程系 专 业 名 称 电气自动化技术 班 级 电气 1072 班 姓 名 甘 露 学 号 指 导 教 师 凌 泽 明 2009 年 9 月 8 日 I 基于单片机的防火报警系统 摘 要 本文介绍了住宅智能化中的防火报警系统。智能化住宅防火报警系统可实 现自动检测与自动电话拨号报警。自动检测是由温度探测器、光电感烟探测器 和一氧化碳探测器集为一体的复合式火灾探测器完成火情检测。多传感器的应 用实现了低误报率，增强了系统可靠性。自动电话拨号报警是只通过电话网络 自动向相关部门发出语音求救信号。当防火探测器检测到险情的时候，向单片 机发出中断申请，再由单片机控制电话接口电路，实现模拟摘机，根据险情类 别，自动拨打相关部门的电话号码如小区管理中心电话。 关键词：单片机 AT89C51；自动拨号；智能报警系统 II 目目 录录 1 绪绪 论论.1 2 系统总体设计方案系统总体设计方案.1 2.1 智能报警系统的总体构成.1 2.2 报警系统的功能及工作过程.3 2.2.1 系统的特点和功能.3 2.2.2 系统的基本工作过程.3 3 用户端探测器设计用户端探测器设计.4 3.1 防火探测器电路设计.5 3.1.1 温度探测器.6 3.1.2 光电感烟探测器.7 3.1.3 CO 气体探测器.12 4 用户端自动报警器设计用户端自动报警器设计.13 4.1 用户端自动报警器总体设计.13 4.2 自动拨号及语音报警电路设计.14 4.2.1 拨号电路.14 4.2.2 语音电路.16 4.2.3 电话接口电路.16 4.3 键盘与密码显示电路设计.17 4.3.1 键盘电路.17 4.3.2 密码显示电路.18 4.4 系统电源的设计.19 4.4.1 主电源.19 4.4.2 备用电源.20 4.5 用户端自动报警器软件编制与调试.20 4.5.1 控制模块程序设计.20 4.5.2 拨号模块程序设计.21 4.5.3 密码及显示模块程序设计.22 5 管理监控中心中央控制器设计管理监控中心中央控制器设计.24 5.1 中央控制器硬件电路设计.24 5.2 中央控制器软件编制.24 6 系统的通讯机制系统的通讯机制.26 6.1 通讯模块.26 6.1.1 串行通讯接口电路总体设计.26 6.1.2 用户端自动报警器侧 RS485 接口电路设计.26 6.2 报警系统软件设计.27 6.3 报警信息数据库设计.27 总总 结结.29 致致 谢谢.30 参考文献参考文献.31 附附 录录.32 1 1 绪绪 论论 随着计算机的普及和信息技术的迅猛发展，人们已不满足于传统的居住环 境，对家庭及住宅小区提出了更高的要求，智能化被引入家庭住宅小区，并迅 速在世界各地发展起来。人们对居住环境要求的日见增高，体现在希望住宅不 仅更便利、舒适而且更安全。 家庭及住宅小区智能化的定义，在国际上至今尚无一致的定义，一般认为， 在现代化的城乡住宅小区内综合采用微型计算机、自动控制、通信与网络及职 能卡等技术，建立一个由住宅小区综合物业管理中心与安防系统、信息通信服 务于管理系统和家庭智能化系统组成的“三合一”住宅小区服务于管理集成系 统，最终目的是使每一住户得到满足其要求的最佳方案。国家建设部规定，目 前住宅小区应该六项智能化要求，其中包括实行安全防范系统自动化监控管理; 住宅的火灾、有害气体泄漏实行自动报警;火灾报警系统应是以烟、温及可燃气 体等探测器为主体;系统应能与计算机安全综合管理系统联网;计算机系统能对 防火报警系统进行集中管理和控制。基于此项规定，住宅防火系统实现智能化 势在必行。 2 2 系统总体设计方案系统总体设计方案 2.12.1 智能报警系统的总体构成智能报警系统的总体构成 智能住宅防火智能报警系统开发设计方案是参照国内外相关技术发展状况， 根据我国住宅建设的实际情况，以及各相关方面的协调发展状况，为满足新时 期居民的居住要求，真正实现智能化报警的要求确定的。 本防火报警系统是一种新型的电子安全报警系统，该系统的设计是将电子 探测、智能控制和电话通讯技术相结合，从而形成一个联网通讯的防火报警系 统。系统总体构成包括防火探测器、用户端自动报警器、管理监控中心中央控 制器与通讯线路四个模块，系统组成框图如图 2.1 所示。 防火 探测器 报警开关 紧急呼救 开关量 的输入 用户端自 动报警器 AT89C51 密码控 制电路 电源 电路 通讯模块 小区监控管理中心 中央控制器 CPUAT89C51 （计算机接口电路） DTMF 拨号 电路 温度探测器 光电感烟探测 器 CO 探测器 主控计算机 工作灯 报警灯 故障灯 报警蜂鸣器 键盘 LCD 显示 指示灯 图 2.1 智能住宅防火报警系统组成框图 用户端自动报警器安装于居民住宅，用户对居民住宅各个不同部位的不同 类型探测器（光电感烟、温度、一氧化碳）进行监测与控制，并对从各个探测 器采集来的数据进行处理。当出现异常情况时，通过家中的电话线路自动拨号 控制输 入/输出 3 报警，并与中央控制器建立联系，将相关信息传至中央控制器中。系统不需要 另外占用电话线路，当有报警信号时，报警电话享有电话线路的优先权。用户 端自动报警器还能接收来自管理中心中央控制器的各种查询命令。 小区监控管理中心中央控制器安装于住宅小区的值班室内，可以同时控制、 管理多个用户端自动报警器，主要用于接收处理从用户端报警器传来的数据信 息，一旦收到报警信息立即进行存储以备查询，主控计算机通过对中央控制器 的查询可显示出各种报警信息，同时由高响度喇叭等设备告知值班人员，以便 及时做出相应的处理。 2.22.2 报警系统的功能及工作过程报警系统的功能及工作过程 2.2.12.2.1 系统的特点和功能系统的特点和功能 (1)系统采用模块化设计。 (2)前端报警器能够快速、准确地检测到现场的异常状态，经确认后及时通 报给中央控制器。并能够可靠地进行火情报警，通过电话线拨打预先设置的 1-6 组电话/手机号码（小区监控管理中心电话、用户个人电话、用户单位电话、火 警电话 119、紧急呼救电话） ，进行语言报警。报警完毕自动回到警戒状态，等 待下一次报警。 (3)用户端自动报警器可检测探测器或传输线路发生的故障（如探头断线或 掉电等） ，并可向中央控制器报告故障情况。 (4)系统开关机采用密码控制且允许修改密码，防止误报同时增加用户端自 动报警的保密性。 (5)中央控制器自动判别报警信号的来源，生成报警日志，如实记录报警发 生的地点、时间、日期、以备日后查询。 (6)用户端自动报警器内提供备用电源，在没有市电的情况下，交直流供电 中断切换，确保系统在停电时能继续工作。 2.2.22.2.2 系统的基本工作过程系统的基本工作过程 用户端的防范现场，一旦发生火灾紧急情况时，与之相应的报警探测器 （各种防火及手动报警按钮等）则立即向用户端自动报警器发出报警信号。接 到警情确认无误后，进行事件的现场声（蜂鸣器） 、光（LED）报警，同时用户 4 端自动报警器自动向相关部门拨打预先设置好的报警电话号码，进行语言报警。 在用户端自动报警器的面板上设有 LCD 显示器、键盘以及三色警灯（LED） ，三 色警灯分别指示火灾的防火报警、正常工作及系统出现故障的状态，即报警灯 （红） 、工作灯（绿）和故障灯（黄） 。正常时 LCD 显示时间，事件发生时锁定 显示当时的时间。用户端报警器同时具有探头故障功能，避免由于探头掉电而 漏报，出现故障时点亮故障灯；如果判断探头掉线（被剪断） ，则声光报警。如 果出现误触发而报警时可以通过触发延时时间（50s 定时器）去解除，另外用 户端自动报警器还具备状态信息（如有无交流电、备用电池电量是否不足等） 上报的功能，可以对预设的普通电话、手提电话实现报警。 与此同时，前端自动报警器通过通讯线路向小区监控中心发送报警信号， 从小区监控中心的计算机屏幕上不但可以准确地区别显示出报警的类别（火警、 紧急呼救等） ，还可以显示出报警的单位，地址，电话号码及联系人等信息，并 由中央控制器打印出报警的有关信息，同时报警信息发送至主控计算机数据库， 以备查询。 5 3 用户端探测器设计用户端探测器设计 探测器电路设计是本课题电路设计的重点之一，探测器电路由多种类型传 感器实现多元信号综合检测是本系统中探测电路部分的基本设计思想，多元信 号检测一方面完成火情的实时监测任务，另一方面大大降低了探测器部分的误 报率，提高了整个系统的可靠性和抗干扰性。 3.13.1 防火探测器电路设计防火探测器电路设计 防火探测器是由温度探测、光电感烟探测和一氧化碳探测构成的复合型火 灾探测器。多传感器设计思想解决了传统防火探测器一直存在的误报率高的问 题，增强了火灾探测的可靠性。其中光电感烟探测器为本课题中传感电路的设 计重点。复合型火灾探测器原理图 3.1 所示。由于单元探测技术所采用的单一 参数火灾探测器（包括阀值触发式和模拟量式）对火灾特征信号响应灵敏度的 不均匀性，导致它对实际火灾的探测能力受到了限制，尤其是用于对家庭住宅 火情的准确探知更是尤为重要。因此，报警系统中对火灾信号的检测采用多传 感器/多判据的火灾探测技术，将探测器探测到的多元火灾探测信息经单片机进 行综合判断。 温度 探测器 光电感烟 探测 器 CO 气体 探测器 预处理 单片机 图 3.1 复合型火灾探测器原理示意图 6 表 3.1 探测器比较试验对照表 传感器类型单传感元件阀值探测器多传感元件探 测器 试验火类型光电感烟探测 器 差温探测器离子感烟探测 器 光电和差温复 合探测器 木材明火 TF1不适合最佳最佳很适合 木材热解火 TF2 最佳不适合适合最佳 棉绳阴燃火 TF3 最佳不适合很适合最佳 聚氨酯塑料火 TF4 很适合适合很适合很适合 正庚烷火 TF5很适合很适合最佳最佳 无烟液体火 TF6 不适合最佳不适合很适合 实际上，响应各种不同类型的火灾，通常使用不同类型的火灾传感器，比 较试验结果如表 3.1 中所示。光电感烟探测器不仅可探测一般火情，对阴燃火 尤其有极好的探测效果，主要用于火情早期各种燃烧的烟雾颗粒进行统探测， 这一点就弥补了感温探测器对阴燃火不敏感，速度慢以及不能区分是火灾的热 还是空调或烹饪蒸汽的热等缺点；但温度与光电感烟探测器都不能区分有些烟 雾究竟是火灾的烟还是烹饪蒸汽或香烟的烟雾，由此，在设计中增加了 CO 探测 部分，可以探知早期火灾烟雾中的 CO 成分，这样就大大降低了各种环境因素的 干扰，提高了报警的可信度。 在本系统中只取用其处理后的报警信号进行自动拨号报警处理，下面分别 介绍三种传感器的电路设计。 7 3.1.13.1.1 温度探测器温度探测器 温度探测器使用数字温度传感器 DS18B20,5V 直流电压供电。 DS18B20 的测温原理是利用温敏振荡器的频率随温度变化的关系，把温度 信号直接转换为串行数字信号，通过内部计数器对受温度影响的振荡器周期的 计数可实现温度测量。探测器中 DS18B20 采用寄生电源供电方式，保证在有效 的 DS18B20 时钟周期内能提供足够的电流，图 3.2 采用一个 MOSFET 管和 MCU 的 I/O 口来完成对 DS18B20 的总线上拉，然后通过另一 I/O 对 DS18B20 进行控制 并取得温度值。 MCU P1 DS18B20 I/O +5V 图 3.2 温度探测器电路 3.1.23.1.2 光电感烟探测器光电感烟探测器 本节着重探讨光电感烟探测器电路设计。作为发光器件，目前多采用大电 流发光效率高的红外发光管，受光器件多采用半导体硅光电管，受光器件的阻 抗是随烟雾浓度的增加而降低的，本电路所用的探测头采用的是 OPTEK 公司的 OP231 和 OP801SL 光电组合套件作为发射管和接收管，其中，发射管典型供电 电压 1.5V，接收管使用 5V 的直流电压供电。 3.1.2.13.1.2.1 散射光式光电感烟火灾探测器的工作原理散射光式光电感烟火灾探测器的工作原理 利用烟雾微粒对光的散射作用，在一定的烟雾浓度范围内，散射光的强度 与烟雾的浓度成比例，因而可以利用光散射检测到烟雾浓度的变化。对于由烟 雾引起光散射的测量，特别是对于近距离产生的光散射测量，因为烟雾的测量 8 限于小的范围，对那些影响测量的干扰可以比较容易的消除，因此，利用光散 射测量烟雾微粒是一种较理想的方法。 正常情况下，在发射与接收管之间有光隔离板，用以消除无烟时红外发射 管发出的光被光电三极管接收，因而无烟时接收管不会产生光电流。集烟盒内 壁为黑色粗糙面，以防止杂物进入集烟盒造成误报。在火灾发生时，当有烟雾 进入检测室时，由于烟粒子的作用，发光器件发射的光产生漫散射，这种漫散 射的光被光电三极管接收，使光电三极管的阻抗发生变化，产生光电流，从而 实现了将烟雾信号转变为电信号的功能，探测器给出报警信号电平。 OP231 系列器件是一种密封封装的铝砷化镓（GaAlAs）红外发光二极管， 它的特性是具有更强的温度适应范围（工作温度范围-65-+125） 、TO-46 型 密封封装、变化的能量范围。OP231GaAlAs 红外发光二极管，在相同的正向电 流下，GaAlAs 的辐射输出要远高于 GaAs。GaAlAs 的波长集中在 890nm 范围， 这一波长严格的与光敏三极管相匹配。OP231 系列前端封装有透镜，可以提供 极窄的受光角度（仅为 18 度） 。和 OP800 或 OP598 系列的光电三极管作为对管 匹配使用时，狭窄的发射角度以及特殊的射线强度使得 OP231 系列能够轻松自 如的应用于光干扰等的设计中。若发射二极管两端正向电压为 Vf,流过二极管 的正向电流（直流）为 If,则电流随电压变化成线性关系，所以电路设计时， 可适当增大发射管两端工作电压，以增加发射管的发射功率，但工作电流不能 过大否则会导致发射管电路的功耗增大，测试结果如表 3.2 和图 3.3 所示。 表 3.2 正向电流随电压变化关系 Vf(V)1.01.11.141.161.181.21.22 If(mA)0.070.240.470.731.471.983.82 Vf(V)1.241.261.281.31.321.341.36 If(mA)5.766.948.2010.5013.018.6520.6 Vf(V)1.381.41.421.441.461.481.5 If(mA)28.037.640.558.463.874.077.1 9 0.1 1.0 10 100 If正向电流mA 1.6 1.4 1.2 1. 0 0.8 0.6 0.4 Vf正向电压V 图 3.3 正向电流与电压特性曲线 下面介绍光电三极管工作原理： OP801SL 是使用密封封装的 NPN 型光电三极管，集电极最小电流 0.5mA，它 既有光敏二极管的感光性能又具有三极管的放大功能，特性：狭窄的接受角度、 变化的灵敏度范围、更强的温度适应范围、TO-18 封装。其中狭窄的接收角度 提供了与发射管在轴线方向的耦合。 它的构造是在 n+型硅片上设置一层 n 型硅，它相当于三极管的集电极，然 后在 n 型硅上生长 p 层作为基极。另外，在该基极的一部分再形成一个小的 n 型区作为发射极。基区比发射区具有大得多的面积，这是为了让外面的光照射 在基极上，要外加与一般硅晶体三极管一样的电压才能使它工作。但是，由于 光的输入，在基极与集电极的 p-n 结附近产生基极电流，所以只是直流基极电 流发生偏移。 通常，多数使用的光电三极管也没有基极，从图 3.4 的等效电路清楚地看 到，基极和集电极的 p-n 结完成了光电二极管承担的任务。也就是说，入射光 在 p-n 结附近被吸收，形成电子和空穴，电子向集电极方向移动，空穴向基极 方向移动，形成了基极电流 Ico，图 3.4 虚线部分显示出了实际三极管的基极和 集电极的 p-n 结。这时 Ico 变成放大了 倍的集电极电流。 10 Ic 集电极 发射极 基极 输入光 Ico 光电二极管 图 3.4 光电三极管等效电路 3.1.2.23.1.2.2 光电感烟探测器电路设计光电感烟探测器电路设计 发射电路中的 555 电路用于产生频率可调的脉冲波形，使用 555 电路的一 个主要优点是输出脉冲的占空比可调，便于设计不同要求的驱动输出。同时， 较之用直流电源供电可以达到减小功耗的目的。上电后，555 振荡输出信号经 过 8050 放大并反相，使红外发射管 OP231 上获得调制后的方波电压信号，电路 设计中，振荡电路输出的方波信号为 7ms 的高电平和 139ms 的低电平输出，频 率约为 7Hz，设计时以发射管高电平供电时间满足单片机采样时间为准，同时 满足低功耗要求，具体参数 TH=0.693*RA*C=0.693*10*103*1*10-6=6.9ms TL=0.693*RB*C=0.693*200*103*1*10-6=138.6ms F=1.44/(RA+RB)*C)=1.44/(10+200)*103*1*10-6=6.86Hz 接收电路部分中的光电三极管接收到烟雾粒子散射的光信号后，以变化电 流的形式送给三极管 9014，放大后的射极电流变换成电压信号作为输出，其中 输出端可变电阻用于调节输出为合适的电压信号以备计算机采样用。 3.1.2.33.1.2.3 光信号估算光信号估算 设发光管发射红外光波长为 0.89m，由光量子相应公式 =1.24/V，式中： 为光波波长(m)；V 为光量子的电子伏特数，所以 V=1.24/0.89=1.39 伏。如 11 以发光效率 k=1%计，发光时峰值驱动电流为 100mA。则峰值辐射光脉冲功率。 P0=k IV=1.39mW 设光电三极管视场含光源光程的 1.5cm,此光程的中心到接收窗平均距离设 为 3cm。设光电三极管接收面积 S=0.169cm2,光电管响应灵敏度为 R=0.4A/W（即在光波长匹配时，每微瓦的入射光功率产生光导电流 0.4A)。 今取探测灵敏度阀值为减光系数 =1，由公式 =10/d*lgP0/P 式（3.1） 得阀值烟状态下的峰值散射光功率为 P0-P=P0(1-10-d/10) 式（3.2） 代入 =1，d=0.015,po=0.00139 得 PS=P0-P=0.00139*(1-10-0.0015)=4.79W 设散射光向球面均匀分布，则光电三极管接收阀值光通量功率为 S=PS*S/4r2=7.16*10-9W 得阀值光导信号电流 I=R*s=2.86*10-9A 测试输出电压 V0=I*RL=14.3V 光电三极管的光增益是由公式 式（3.3） hvPin qIc G / / 计算得出的， 2 8346 193 10*92 . 2 10*3*10*63 . 6 /10*89 . 0 *79 . 4 10*6 . 1/10*1 G 其中 Ic 是集电极电流，q 是电子电荷，Pin 是输入光功率，hv 是光子能量。 Ico=GI=292*2.86*10-9=0.84A，实际测量值为 0.9A，属误差范围之 内。光电三极管后级接电流放大电路，经过三极管 9014 发大的发射极电流 ，其中 =460，由射极负载电阻得到的估算输出阀值电压为： COS II VRIV WSS 061 . 1 1074 . 2 1084 . 0 461 36 12 试验过程中，我们用木头、树叶、碎布、塑料、泡沫、报纸、毡子作为燃 烧物，取同一温度（35.5 度）点做参考阀值电压点，得到图 3.5 所示测量输出 结果。分析结果如表 3.3 所示，光电感烟探测器对阴燃火（木头、碎布）响应 明显，测量值与估计值接近；对燃烧时产生烟量较少的物质（塑料、毡子）输 出响应无明显变化；对明火（报纸）因温升较快，烟量较少，因此不适合探测 明火。 图 3.5 光电感烟探测器测量输出数据 表 3.3 试验输出测量结果 阴燃火类型木头、树叶碎布塑料泡沫报纸毡子 阀值电压 （V） 0.9271.1970.1440.6240.2850.090 3.1.33.1.3 COCO 气体探测器气体探测器 CO 气体探测器是采用 MQ-7 一氧化碳气体传感器作为 CO 敏感元件，对 CO 响 应是选择性好，并具有灵敏度高，稳定性好等特点。555 振荡输出 Q 端驱动 13 C9013 给 CO 敏感元件的加热丝间断电，节省功耗。由 CO 引起的敏感元件电阻 的变化最终反应在输出电阻 R5 上。 4 用户端自动报警器设计用户端自动报警器设计 4.14.1 用户端自动报警器总体设计用户端自动报警器总体设计 用户端自动报警器是本课题的设计重点，自动报警器组成框图如图 4.1 所 示，主要包括拨号模块、语音模块、电话接口模块、键盘/密码显示模块以及电 源模块。本节着重介绍与自动拨号功能相关的硬件电路设计及其软件编制。 用户端 自动报警器 CPU AT89C51 通讯接口 看门狗电路 EEPROM 神 经 网 络 智 能 处 理 温度探测器 光电感烟火 灾探测器 CO 探测器 DTMF 拨号 电路 语音检测电 路 电话接口 电路 开关电路 输入/ 输出 控制 电路 紧急呼叫按钮 报警蜂鸣器 LED 指示灯 键盘/密码 控制电路 备用电源 LCD 显示 电路 图 4.1 用户端自动报警器组成框图 系统微处理器采用美国 ATMEL 公司生产的 AT89C51 单片机。AT89C51 采用 COMS 工艺，是一种低功耗、高性能的，与 INTEL8051 系列单片机完全兼容的 8 位微控制器。 AT89C51 内部具有 4K 字节的 Flash（闪速）存储器，可反复擦写，在设计程序时可反复修 改源程序、编译、并烧写到单片机，适合单片机最小系统的开发与研制。 自动报警器电路设计 14 自动报警器电路见图 4.2。时钟电路由两个 30P 的电容和 12MHz 的晶振构成。 复位电路由电阻、电容、二极管和按键开关构成，具体上电复位和手动复位的 功能。单片机的 INT1 于火警传感器相连，实现警情的采集。为防止环境干扰信 号对触发中断的影响，当响应中断后，对中断信号多次巡检，确认是中断信号 时，才去执行中断处理子程序，否则认为是外界干扰信号不执行报警处理，有 效较低误报几率。 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 R1 10k C1 1uF D1 1N4148 X1 CRYSTAL C2 33p C3 33p VCC GND GND 图 4.2 自动报警器电路 15 4.24.2 自动拨号及语音报警电路设计自动拨号及语音报警电路设计 4.2.14.2.1 拨号电路拨号电路 本系统设计的自动拨号电路可通过电话网络实现自动寻呼，对所指定的机 构或人员发出求救信号，简述事故性质及地点，使救援人员采取措施来制止事 故，系统主要功能如下：报警优先功能；自动拨号功能；用户对自动拨号报警 系统可自行设定和修改密码；可自行录制语音；自动探测通话状态；记忆储存 功能。 4.2.1.14.2.1.1 MT8888MT8888 芯片简述芯片简述 加拿大 Mitrl 公司生产的 DTMF 信号编/解码芯片 MT8888 芯片，不仅具有 DTMF 信号收发功能，而且具有电话信号语音检测功能。 IN+ IN- GS VREF VSS OSC1 OSC2 TONE WR CS VDD St/GT ESt D3 D2 D1 D0 IRQ/CP RD RS0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 MT8888 图 4.3 MT8888 引脚排列图 由于是采用 CMOS 制造工艺，芯片集成度高，功耗低，工作稳定可靠，因此 在必须同时具备 DTMF 信号接收和发送的功能的系统中备受人们的青睐。另外， MT8888 可以方便与 MCS51 系列单片机接口，外围电路简单。因此，MT8888 被广 泛应用于信用卡系统、寻呼系统、中断系统、移动通信、互联拨号以及个人电 16 脑等领域。MT8888 引脚排列如图 4.3 所示。 4.2.1.24.2.1.2 芯片工作原理芯片工作原理 MT8888 硬件电路由接收、发送和控制三个主要部分组成。接收电路包括信 号发大、拨号音抑制滤波、输入信号的高低频带通滤波、译码及锁存等功能， 用于完成 DTMF 信号的接收，分离和译码，并以 4 位并行二进制码的方式输出。 4.2.1.34.2.1.3 拨号芯片及外围电路拨号芯片及外围电路 在本系统中，MT8888 以及外围电路参见图 4.4。它的接收部分采用单端输 入，由 R201、R202 和 C201 组成，其输入电压增益为 R202/R201=2。它的发送 部分 R205、R206、C204、C205 和 XTAL2 构成，其中 XTAL2 为 3.5795MHz 的晶体 振荡器，负责产生全部 16 种标准双音信号。它的控制部分由 R203、C201 构成。 另外，由于 IRQ/CP 端为电源输出，故要用上拉电阻 R204，与单片机 P3.5 脚相 连。C203 为去耦电容。DTMF IN 和 DTMF OUT 与电话接口电路相连。 IN+ IN- GS VREF VSS OSC1 OSC2 TONE WR CS VDD St/GT ESt D3 D2 D1 D0 IRQ/CP RD RS0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 MT8888 P3.7 P2.7 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 374K R203 3.3K R204 P3.5 GND C203 0.1uF VCC P2.0 P3.6 R206 10K GND C204 0.01uF 0.1uF GND R205 4.7K C205 3.5795MHz R202 100K R201 100K 0.1uF C201 DTMF/CP IN DTMF OUT 图 4.4 拨号电路 4.2.24.2.2 语音电路语音电路 这是应用 ISD1420 作为基本录放音的电路，所有的地址线均设置为“0” ， 17 所以放音的起始地址是 0.当按下 PLAY 键后，则开始放音，直到 PLAY 松开或者 存储器用完为止。 4.2.34.2.3 电话接口电路电话接口电路 电话接口电路参见图 4.5。此电路起着很重要的作用，拨号电路、语音电路 均需要通过它与外界相连，它完成电话线在系统与电话机之间的转换。 图 4.5 电话接口电路 4.34.3 键盘与密码显示电路设计键盘与密码显示电路设计 键盘与密码显示电路负责系统与外界的联系，数据或命令的显示，包括： 密码输入、修改密码输入、电话号码设置、紧急呼叫、录音、放音等功能。 4.3.14.3.1 键盘电路键盘电路 键盘在单片机应用系统中是一个关键部件，它用来实现单片机输入数据， 传送命令等功能，是属于人机通道电路。这里采用节省单片机 I/O 端口的键盘 电路，只用到 3 根 I/O 口线，普通接法只能接 3 个键，我们在常规接法是基础 上增加了 3 个二极管，并采用了新的接法，键盘连接如图 4.6 所示。其软件处 理使用了端口访问和扫描检测两种方法，从而使按键可达到 16 个，同时由于采 用了组合逻辑来直接对端口进行读取，因此极大的简化了程序的处理过程，也 节省了宝贵的存储器和 CPU 资源。 18 D1 HFA04TB60 D2 HFA04TB60 D3 HFA04TB60 D4 HFA04TB60 D5 HFA04TB60 D6 HFA04TB60 D7 HFA04TB60 D8 HFA04TB60 D9 HFA04TB60 D10 HFA04TB60 D11 HFA04TB60 D12 HFA04TB60 图 4.6 键盘电路 4.3.24.3.2 密码显示电路密码显示电路 当探测器检测到异常信号传给自动报警器时，只有解码正确时才会有开锁 电平输出给单片机，控制关闭中断，解除用户端自动报警器的监测报警状态， 此时，自动报警器对这个异常信号不做出任何响应，直到被复位后，自动报警 器才重新开始工作。如果六次误码输入，则产生报警信号电平，触发报警器中 断响应，此时报警器进入报警状态，自动拨号发出报警信号。密码电路中设有 50 秒定时中断输出控制信号，防止长时间无效操作。当有超过 50 秒的无效操 作时，中断开启。发出报警信号。 显示模块选用 EDM-C002 八位串行输入段码式 LCD 模块，是八位的七段型液 晶显示器件与显示驱动器 HD44100 构成，可实现数据实时显示功能，原理如图 4.7 所示。HD44100 接收来自显示控制器的时序信号和串行数据，并把它们转换 成相应的液晶驱动波形输出。 19 图 4.7 显示电路原理图 4.44.4 系统电源的设计系统电源的设计 4.4.14.4.1 主电源主电源 本系统主电源采用直流电源 5V 和 6V 供电，原理图如图 4.8 所示。电源部 分电路为典型的 7805/7806 应用电路，具有两路电源输出。该电路具有短路保 护功能，编译器输出 7V 交流电，经桥路整流，电容滤波，送入 7805/7806 输入 端，最后输出 5V/6V 直流电。电阻与红色 LED 构成电源工作正式电路，绿色 LED 和蜂鸣器用于短路报警指示。 桥 式 整 流 滤 波 电 路 三端稳压块 AN7806 三端稳压块 7805 LM393 + 报警 LED 蜂鸣器 比较器 短路保护 +6V -5V 图 4.8 主电源原理图 20 4.4.24.4.2 备用电源备用电源 备用电源的主要作用是在输入回路断电时，将电池的电能共给负载，当电 源恢复正常后，输入回路既负责向负载提供电源还要负责向电池充电。是可以 实现及时、正确、可靠地产生交/直流掉电预警信号的直流在线式备用电源。 ICL8212 是一种高性能可编程的电压检测器，它能在供电电压低（1.8V） 、 宽范围（1.8-30V）条件下正常工作，其性能受环境温度的影响极小，在整个供 电电压范围内也不受供电电压变化的影响。当输入到 3 脚 THRE（预置门限输入） 端的被检测电压高于 1.15V 时，ICCL8212 为一饱和晶体管输出，即 4 脚 OUT 端 输出低电平；而当 3 脚低于 1.15V 时，4 脚输出高电平，而且这一高电平知道 供电电源降到 0V 时仍有效，2 脚 HYST 端为磁滞电压设置端，磁滞电压的设置 可防止 THRE 端的被检测电压在 1.15V 附近时，使 OUT 输出端处于不稳定态。 4.54.5 用户端自动报警器软件编制与调试用户端自动报警器软件编制与调试 自动报警器软件部分采用模块化设计，分为主控模块、摘挂机模块、拨号 模块、语音模块、显示模块及读写数据模块。应用汇编语言编程，在 KeiluVision2 环境里，使编写自动报警器中相关程序（如拨号、语音、读写 X25045 等） 。 4.5.14.5.1 控制模块程序设计控制模块程序设计 主程序流程图参见图 4.9。由于单片机的 P3.3 脚与防火传感器相连，因此， 一旦发生险情，转密码子程序，若解码正确则取消报警，否则将产生中断，在 中断服务子程序里，位地址 7FH 被置 1，证明发生险情，然后根据险情类别， 将 7DH 置 1，7DH 为火警标志位。主程序在运行期间首先检查探头与电源状态， 一切正常后等待中断的发生。当检测到 7DH 被置 1 后，调密码显示子程序，密 码正确系统重新检测中断信号，密码有误则主程序判断 7DH 是否被置 1，如果 是被置 1，则调用控制模块 PROCESS 完成后续处理。 21 开始 延时 100ms 拨号初始化 探头掉线检测 电源状态检测 有险情 密码及显示 火警 调用 PROCESS 记录火警信息 Y N Y 图 4.9 主程序流程图 22 4.5.24.5.2 拨号模块程序设计拨号模块程序设计 4.5.2.14.5.2.1 信号音检测信号音检测 置 MT8888 为 CP 模式 开始 置 T0 定时、T1 计数 T0、T1 赋初值 定时、计数开始 R2=100 5 秒定时到 返回 Y N 图 4.10 检测子程序流程图 检测子程序流程图如图 4.10.首先将 MT8888 设置为呼号处理模式，接着将 单片机的 T0 设置成定时方式，T1 设置成计数方式，由于需要定时 5s，而需要 定时方式 1，晶体振荡器选择 12MHz，则最大定时时长为 65.53ms，所以，需要 用软件扩展定时。计时开始后，计数也即开始。在定时中断服务子程序里，判 断 5s 定时时间是否到，如果时间到，则从检测子程序里跳出，否则，继续计数。 最后，计数值高八位存储到 TH1 中，低八位存储到 TL1 中，供判断子程序进行 判断。 23 4.5.34.5.3 密码及显示模块程序设计密码及显示模块程序设计 密码及显示子程序流程图如图 4.11 所示，用于控制报警器外部输入。 N=0 开始 解码输入 解码输入 错误输入告警 N=N+1 输入新密码 N6 50 秒定 时中断 返回 探头掉线检测 修改密码？ Y N Y N N N Y Y 图 4.11 密码及显示子程序流程图 24 5 管理监控中心中央控制器设计管理监控中心中央控制器设计 5.15.1 中央控制器硬件电路设计中央控制器硬件电路设计 本系统中的中央控制器作为主控计算机和自动报警器之间的桥梁，是数据 的中间存储站，组成框图如图 5.1 所示，它包括微控制器、EEPROM，通讯接口、 LED 指示、打印机接口、备用