基于51单片机的火灾报警系统的设计

本文针对小型单位防火系统的预警措施，应用主控芯片AT89C51,设计了一个具有多路温度采集、显示，烟雾气体采集及显示和报警功能的消防火灾报警控制系统。等设计了火灾自动报警系统的硬件电路，主要包括：温度的多路采集、温度的分析及显示、气体的采集及分析和显示、A/D转换电路和断路报警电路。此外，还增加了联动部分的显示电路。本文根据系统的需要，采用模块化思想，设计了软件流程图，编写了传感器初始化、温度信号采集、温度信号分析、气体信号采集、气体信号分析、火灾报警和断路特别适合在工业与民用建筑方面等小型单位使用。Inthispaper,fireprotectionsystemsforsmalluapplicationAT89C51single-chip,designedamInthispaper,theapplicationofmaincontrolDS18B20,gassensorTGS202,A/DconversionchipADC0809,decoderdriverchip74ALS574,addresslatch74LS373,seventhdigitaldisplaydesignedautomaticfirealasystem,thehardwarecircuit,including:temperaturemulti-chdisplayoftemperature,gascollectionandanalysisanddisplay,A/Dconversioncircuitandopencircuitalarm.Inaddition,anincreaseofjointpartofthedisplaycircuit.Inthispaper,theneedsofthesystem,thinkingoftheuseofmodulardesignoftheacquisition,signalanalysisoftemperature,gassignalacquisition,signalanalysisofsmokeKeywords:SCM;Firealarm;Sensor;A/Dconversion iAbstract 第一章绪论 第一节设计目的和意义及单片机在本课题中的应用 第二节火灾报警系统功能和基本原理 2第三节本文主要设计内容 3第二章火灾报警系统总体设计 4第一节系统设计结构图 4第二节系统组成和工作原理 6第三节主控芯片AT89C51 7第三章火灾报警系统硬件电路设计 第一节译码系统 第二节温度采集转换系统 第三节气体信号采集系统 第四节A/D转换系统 第五节LED七段数码显示管 第四章火灾报警系统软件设计 第一节软件总体设计 第二节系统各部分函数 一、初始化函数 二、温度采集函数 三、气体浓度采集函数 四、报警模块函数 五、控制函数 参考文献 附录A总电路图 附录B总程序 外文资料 中文译文 太原理工大学阳泉学院----毕业设计说明书1我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能程度也越来越高。现代化的建筑规模大、标准高、人员密集、设备众多，对防火要求极为严格。为此，除对建筑物平面布置、建筑和装修材料的选用、机电设备的选型与配置有许多限制条件外，还需要设置现代化的消防设施。为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全，保卫社会主义现代化建设，在现代化的工业民用建筑、宾馆、图书馆、科研和商业部门以及居民生活区，火灾自动报警在一般小型防火单位火灾报警系统中，现场火灾报警器是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，立刻产生声光报警信号，同时通过调制解调器经公用电话交换网迅速向消防指挥中心报告火情信息。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。第一节设计目的和意义及单片机在本课题中的应用随着经济建设和城市的迅速发展，工业与民用建筑日趋增多，为了保护人民财产和生命的安全，消防控制已成为现代楼宇设计中不可缺少的组成部分。本系统通过用单片机编程控制和仿真软件及电路板的可视化，来实现火灾报警系统的多功能性和自动化。以多路显示的组合、联动控制系统的显示来实现报警的功能。同时自动报警器可以设计出漂亮的造型与周围环境融为一体，形成建筑的一部分。本系统的设计目的是让报警器具有更多的功能和实用性，真正成为人们生活中的一个实用报警器。本文利用单片机来实现火灾报警的自动控制，是根据当今技术的发展以及单片机在自动控制工业中的广泛应用而设计的。单片机以其体积小、功能齐全、价格低廉、产品自动化、分布式控制系统中已取得了可喜的成果。单片机已经成为衡量工业发展水平的标志之一，是产品更新换代、发展新技术、改造老产品的主要手段。目前，在太原理工大学阳泉学院----毕业设计说明书2数据采集是单片机的一个重要应用，同时它也是单片机和传感器的重要接口。在A/D转换实现对外部电压信号的采集，利用电流/电压转换芯片和A/D转换实现对电流信号的检测，通过脉冲计数和串行通信处理数字信号。本设计中就是将采集到的温度信号和烟雾气体信号通过A/D转换处理为单片机能识别的数字信号。利用报警器信号的采集、分析和报警原理等多种因素，再加上联动控制等外部条件的配合，来实现报警器的多功能性、灵活性、实用性。并且在设计过程中最大限度第二节火灾报警系统功能和基本原理消防火灾自动报警控制系统一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成，也可根据工程的要求，与各种灭火设施和通信装置进行联动，形成中心控制系统。电路中设定多个温度传感器和气体传感器，代表了多个采集温度和燃烧气体浓度的房间，本设计中由于A/D转换的输入口有限，只设定了8个房间，但可以进行扩展，以满足用户的需要。当温度或气体浓度任一信号值超过设定值时，进行报警，除了相应位置进行报警外，还设有联动系统，呼唤相应的单位采取必要的灭火措施，有效地制火灾报警自动控制系统的设计初衷是满足实际生产生活中火灾报警自动控制的需要。为此本系统针对实际应用开发了一种能够实时采集、分析并显示温度和气体浓度，在满足报警的条件下进行自动报警的自动控制系统。这种报警模式类似于普通的报警器，设定一个温度值，若所采集的温度信号低于该温度值，则显示其正常的温度值，同时，设定一个气体浓度值，若所采集的气体信号值低于该值，显示正常值，与之相应的发光二级管亮即绿灯亮。当温度超过设定值或气体浓度值超过其设定值，即任一信号值超过其设定值，与之相应的发光二极管亮即红灯亮，此时数码管显示为FAX,同时联动系统的显示灯亮，表示为火警报警；当 太原理工大学阳泉学院----毕业设计说明书3电路中出现短路或者断路等故障情况，与之相应的发光二极管亮即黄灯亮，此时数码十六进制数表示，这里温度的设定值为100℃,气体浓度设定值为1.06%。发光二极管绿灯亮表示正常情况，红灯亮表示火灾报警情况，黄灯亮表示电路出错状态。按下复位键，重新对室内温度和气体浓度进行采集。当联动系统的显示灯亮，采取必要的措施后，可以按下另外一个复位键，即可熄灭该指示灯。第三节本文主要设计内容他们采用集中区域报警控制方式，其系统复杂、成本较高。而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位，需要设置一种单一或区域报警联网、廉价实用的火灾自动探测报警装置，因此，设计一种结构简单、价格低廉的火灾报警器是非常必要的。(1)能够实时、准确地采样温度值；(2)能够准确地显示与房间温度相应的发光二极管；(3)能够实时、准确地采样气体浓度值；(4)能够准确地显示与房间气体浓度相应的发光二极管；(5)完成自动报警显示；(6)对电路进行断路报警；(7)设有复位按键，以便检查电路能否正常工作；(8)报警模块用警报声音、警报灯的显示来实现等。4第二章火灾报警系统总体设计任何火灾，在其初始发展阶段，都将伴随烟雾、热量和火焰的产生，烟、热、光热则表现为温度的变化。火灾早期预报的重要手段，就是通过安装在现场的火灾探测器对火灾产生的烟、热、光等火灾参量做出有效响应，发出报警信号，呼唤工作人员采取必要的灭火措施，有效地制止火灾的发生。第一节系统设计结构图消防火灾监控系统一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成，也可根据工程的要求，与各种灭火设施和通信装置进行联动，形成中心控制系统。电路中设定多个温度传感器和气体传感器，代表了多个采集温度和CO、CO₂浓度的房间，本系统由于A/D转换电路的输入口的限制，设定房间个数是八个，当温度超过某一设定值或℃,气体浓度设定值为1.06%;除了相应位置进行报警外，还设有联动系统，呼唤相应的单位采取必要的灭火措施，有效地制止火灾的发生。由于条件的限制，该系统中对联动系统的处理仅采用了指示灯作为显示。若该指示灯工作，则代表有相应的联动系统进行工作。根据火灾自动报警控制系统的工艺要求，工作特点，环境等条件，选择合理的设计方案。自动报警控制系统的平面布置图如图2.1所示。利用单片机定时控制，计数控制以及其它指令来实现显示电路的房间温度和CO、CO₂浓度，并配有发光二极管显示相应的房间。发光二极管由三条支路组成，分别为红色灯支路、黄色灯支路、绿色灯支路，红灯亮表示火灾报警状态，绿灯亮表示正常状态，黄灯亮表示电路出错状态，由单片机控制，自动实现温度和气体浓度及相应房间灯光的变化。图2.2为系统总结构框图。5温度气体传感器温度气体传感器信号处理A/D转换AT89C51单片机驱动芯片声音报警数码管显示报警联动显示电路复位接口电路房间4房间8气体传气体传气体传气体传气体传气体传气体传气体传感器A/D转换温度房间2温度单片机房间5温度温度房间3温度温度声音报警房间7温度房间8温度数码管依次显示房间I房间2房间6房间7房间8信号值信号值信号值图2.2系统总框图6第二节系统组成和工作原理火灾报警自动控制系统是以AT89C51单片机作为主控机，周边设备使用驱动芯片换芯片ADC0809、三色LED灯、七段数码显示管等实现。在此系统中，温度芯片采用(1)芯片89C51:负责中心运算和控制，协调系统各个模块的工作。(2)温度芯片DS18B20:采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/0口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值(9位二进制数，含符号位),其精度可精确到小数点后三位。但该系统中，对精度要求不是很高，主要体现在对小数部分不作处理。(3)气体传感器TGS202:火灾中气体烟雾主要是CO₂和CO。TGS202气体传感器探测，需经过A/D转换电路，对信号调理之后再与微机接口。(4)A/D转换芯片ADCO809:与微处理器兼容的8通路8位转换器，可直接与微处理器相连，不需要另加接口逻辑，具有锁存控制的8路模拟开关，可以输入8个模拟信号，将气体传感器采集的信号输入，转换为单片机可以识别的数字信号。(5)驱动芯片74ALS574:对AT89C51芯片输出的信号译码，驱动七段数码显示管显示相应房间的温度和气体浓度值。对于多路监测的情况，可以通过一定时间间隔分时驱动数码管，从而达到分时复用74ALS574的目的。本设计中地址锁存器74LS373(6)LED显示、报警模块：此部分负责系统报警功能。数码显示管在74ALS574的控制下有规律地显示房间的温度和CO₂、CO的浓度，与之相对应的发光二极管也有规律的闪烁，当温度或气体浓度超过系统的设定值时系统将报警，室内报警显示，通知用户采取相应的措施，同时联动系统的显示灯亮，报警声音响起，通知相应的联动单位。7第三节主控芯片AT89C51司继Intel公司推出8051后推出的8位嵌入式微控制器(内部数据总线为8位，外部数据总线为8位),它与MCS-96系统中的其它芯片相比，具有性能高、功能全、售字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Flash器，俗称单片机。片内含4KB的可反复擦写的程序存储器和128B的随机存取数据存储器，还具有高密度、非易失性存储技术，兼有标准MCS-51指令系统，片内配置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可灵活应用于各种控制领域。AT89C51的管脚图和逻辑符号如图2.3所示：图2.389c51的管脚图和逻辑符号8口为一个8位漏级开路双向I/0口，每脚可吸收8TTL门电流。当PO口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。PO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，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/0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(TTL)这是由于上拉的缘故。AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：口P3.6管脚RXD备选功能(串行输入口)(串行输出口)(外部中断0)(外部中断1)(计时器0外部输入)(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。9 的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，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EA/VPP:当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器地址为(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。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。89C51单片机引脚采用40双列直插式封装结构。它的结构特点是：8位CPU;片内振荡器和时钟电路；32根I/0线；外部存贮器、寻址范围ROM、RAM64K;2个16位的定时器/计数器；5个中断源，两个中断优先级；全双工串行口；布尔处理器。89C51单片机CPU中的主要元件有：高速寄存器阵列、特殊功能寄存器(SFR)、存器SFR或存储器控制器进行的。此外，通过SFR还可以直接控口等部件的有效运行。CPU内部的两条总线是：16位地址总线(A-BUS)和8位数据总线(D-BUS)。数据总线仅在RALU与寄存器阵列或SFR之间传送数据，地址总线用作上述数据传送的地址总线或用作与寄存器控制器连接的多路复用地址/数据总线。89C51工作时所需的时钟可通过其XTAL1输入引脚由外部输入，也可采用芯片内输出。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)复位：在振荡器工作时将RST脚保持至少两个机器周期(高电平12时钟模式为24个振荡周期，6时钟模式为12个振荡周期)可实现复位。为了保证上电复位保持高电平的时间至少为振荡器启动时间(通常为几个毫秒)再加上两个机器周期。复位后，振荡器以12时钟模式运行(当已通过并行编程器设置为6时(3)芯片擦除：整个EEPROM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。在芯片擦除操作中，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。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种可选的掉电模式。在在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。荡器停止，所以系统不能工作，仅保存RAM中内容。第三章火灾报警系统硬件电路设计火灾报警自动控制系统是以AT89C51单片机作为主控机，周边设备使用芯片74ALS574,地址锁存芯片74LS373,温度芯片DS18B20,气体传感器TGS202,ADC0809芯片，三色LED灯，七段数码显示管等实现。本系统采用总线型结构设计，由PO口消防火灾监控系统一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成，也可根据工程的要求，与各种灭火设施和通信装置进行联动，形成中心控制系统。电路中设定了八个温度传感器和气体传感器，代表了八个采集温度和气体浓度的房间，当温度或气体浓度超过其设定值时，进行报警。上一章已经详细介绍了AT89C51芯片及引脚功能和特性，这里不作重复。第一节译码系统这种译码器可称为唯一地址译码器，它常用于计算机中对存储器单元地址的译码，即将每一个地址代码转化成一个有效信号，从而选中对应的单元。另一种是将一种代码转换成另一种代码，所以也称为代码变换器。译码是编码的逆过程，它的功能是将具有特定含义的二进制码进行辨别，并转换成控制信号，具有译码功能的逻辑电路称为译码器74ALS574内部为8个D触发器，用以实现数据地并行锁存，并行输出。其芯片管脚图及封装形式如图3.1所示：图3.174ALS574的封装及管脚图对于74ALS574来说，每一个时钟信号的上升沿加到11脚时，锁存器启动，输入数据被锁存到输出脚。芯片74ALS574共有20个管脚，管脚说明如表3.1所示：表3.174ALS574的管脚名称管脚号功能I电源：提供掉电、空闲、正常工作电压I地I时钟脉冲输入端D0~I并行数据输入端Q0~0并行数据输出脚1I始能控制端，低电平有效本系统中，74ALS574外接的是七段数码显示管。对于多数码管的情况，可以通过间隔一定时间分时输出结果来驱动数码管，从而达到分时复用74ALS574的目的。时间间隔以人眼无法分辨为标准，在本系统中设为0.3ms。74LS373是常用的地址锁存器芯片，它实质是一个是带三态缓冲输出的8D触发器，在单片机系统中为了扩展外部存储器，通常需要一块74LS373芯片，本设计中是第二节温度采集转换系统温度采集转换系统主要由DS18B20实现。要使DS18B2线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由于每个DS18B20在温度转换期间工作电流达到1mA,本系统中的电压为5V,要满足该条件必须设定相应的上拉电阻。根据欧姆定律及电阻标称系列，选择4.7KΩ的上拉电阻。温度信号通过温度传感器将温存储采集到的数据。系统电路图如图3.2所示：P3(P3(vcdvccVCCvccvcdvcdvcdVCCDS18B20DS18B20DS18B20DS18B20DS18B20DS18B20DS18B20DS18B20图3.2显示了八个温度传感器的温度采集，该系统利用温度传感器DS18B20作为微处理器的智能温度传感器。DS18B20可以程序设定9～12位的分辨率，其输出电流与绝对温度有关，对于电源电压从5～10V变化只引起1mA最大电流的变化或0.5℃等效误差，反应时间小于等于500ms。DS18B20已广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM,温度灵敏元件，非挥发的温度报警触发器TH和TL,高速暂存器。其中64位光刻ROM是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列号。不同的器件地址序列号不同。DS18B20的封装形式如图3.3所示：BOTTOMVIEW38DS18B20的管脚排列如图3.4所示：VO1DS18B20NC3NC4GNDVOUDDDS18B20图3.4DS18B20的管脚图及封装形式本系统中，温度采集工作是由DS18B20数字温度传感器完成的。在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。(1)采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/0口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值(9位二进制数，含符号位);(2)测温范围为-55℃~+125℃,DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB(3)内含64位经过激光修正的只读存储器ROM;(4)适配各种单片机或系统机；(5)用户可分别设定各路温度的上、下限；(6)内含寄生电源。在硬件上，根据定义，单线总线只有一根线，即总线上的第一个器件能在适当的时间驱动该总线。为做到这一点，第一个连接到单线总线上的器件必须具有漏极开路或三态输出。DS18B20与单片机的连接有两种方法，一种是UDD接外部电源，GND接I/0接单片机I/0。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/0口线要接5KQ左右的上拉电阻。本系统中采用的是外部供电。需要注意，单线总线的空闲状态时高电平。不管任何原因，如果执行需要被挂起，那么,若要重新恢复执行，总线必须保持在空闲状态。如果不满足这一点且总线保持在低电平时间大于480μs,那么总线上所有器件均被复位。电源电压可在4V～6V范围变化，电流变化约为1μA。输入A/D的模拟信号有过压保护，不会损坏A/D转换器。DS18B20的管脚说明，如表3.2所示：表3.2DS18B20的管脚说明引脚符号说明8脚SOSIPR-35封装51地42单线运用的数据输入/输出引脚33可选UDD引脚空引脚DS18B20高速暂存器共有9个存储单元，其各部分功能如表3.3所示：表3.3DS18B20的9个存储单元序号作用0温度低字节以16位补码形式存放1温度高字节以16位补码形式存放2TH/用户字节1存放温度上限3TL/用户字节2存放温度下限4保留字节1存放保留字5保留字节2存放保留字6计数器余值7计数器/℃8决定是否继续操作后才能对存储器操作，数据操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROMDS18B20单线智能温度传感器可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量第三节气体信号采集系统气体信号采集转换系统主要由TGS202气体传感器来实现。火灾中气体烟雾主要气体浓度达到一定程度(如CO浓度达到1.06%)时，VA端获得适当的电压(设为3V)。VCCCVATGS202R输入单片机，分析判断后输出，经74ALS574将数字信号译码驱动，利用CPU存储采集到的数据。系统电路图如图3.6所示：8(8(MIM¹M¹MIMiMiYiMiVCCOTGS202DP¹4.74TGS202DP2R24.7TGS202DP3R34.7HTGS202DP4R4TGS202DP5RS4.71TGS202DP6R64.7TGS202DP7R7TGS202DP84.7HVCCU3STARTNRFALEEOCNOADC0809D4VRER()D7GNDCLOCK图3.6气体浓度采集部分电路图第四节A/D转换系统A/D转换电路采用了常用的8位8通道模数转换专用芯片ADCO809。ADC0809主要由逐次逼近式A/D转换器和8路模拟开关组成。ADCO809的特点是：可直接与微处理器相连，不需要另加接口逻辑；具有锁存控制的8路模拟开关，可以输入8个模拟信号；分辨率为8位，总的不可调误差为±1LSB;输入、输出引脚电平与TTL电路兼容；当模拟电压范围为0～5V时，可使用单一的+5V电源；基准电压可以有多种接法，且一般不需要调零和增益校准。图3.7是ADCO809的引脚及其在系统中的典型连接方法。图3.7ADCO809引脚及其在系统中的典型连接方法a)ADCO809引脚b)ADC0809在系统中的典型连接方法是3个采样地址输入端，它们的8种组合用来选择8个模拟量输入通道INO～IN7中的一个通道并进行转换。这8位组合与所选通道的对应关系如表3.4所示：对应通道地址ADDCADDBADDA000001010011100101110111ALE是地址锁存选通信号。该信号上升沿把地址状态选通入地址锁存器。该信号还可以用来作为开始转换的启动信号，但此时要求信号有一定的宽度，典型值为START为启动转换脉冲输入端，其上跳变复位转换器，下降沿启动转换，该信号宽度应大于100μs,它也可由程序或外部设备产生。若希望自动连续转换(即上次转上升沿开始经1～8个时钟周期后由高电平变为低电平，这一过程表示正在进行转换。每位转换要8个时钟周期，8位共需64个时钟周期，若时钟频率为500kHz,则一次转换要128μs。该信号也可作为中断请求信号。CLOCK是时钟信号输入端，最高可达1280kHz。REF(+)和REF(-)为基准电压输入端，它们决定了输入模拟电压的最大值和最转换(START为正脉冲),转换结束产生EOC高电平信号作为中断请求。当CPU执行输入指令后，OE变为高电平，选通三态输出锁存器，输入转换后的代码。22VCCWRP1.6VREF(+)EOCNOIN151系列P0.0—P0.1—P0.2—P0.3—ALEDOD1D2D3D4D5D6D7STARTALEADC0809CLOCKNTOVCC图3.8ADCO809与51系列单片机的接口单片机的端口0作为复用数据总线。与ADCO809的数据输出端D0～D7相接：单片机的低3位数据线用于选择8路模拟量输入。ADC0809的时钟信号由单片机的ALE信号提供。转换的启动(SC)信号和8路模拟量输入开关的地址锁存允许(ALE)信51单片机的一个I/0扩展口，启动ADCO809进行写入操作，写入的数据送到A、B、C只由IN7路输入时A、B、C可固定接+5V。本设计用P1.5(A8)和P1.6(A14)作I/0地址选择信号，相当于用ADC0809的片选信号作启动信号，故ADCO809的地址为断方法通知单片机转换已经结束，可将转换结果输入单片机；如果用查询方法时，将查询，看是否升为高电平，查询到高电平后，即用传送指令采入数据；也可用等待方法，单片机的利用率低。ADCO809的输出允许(OE)信号，用单片机的RD及同样的地址译码信号来驱动。 对图3.8的接口，可编出相应的程序。在主程序中要对INTO外部中断进行预置，然后启动ADCO809进行A/D转换。设由INO路开始，8路模拟量轮流输后，转入中断服务子程序，把转换结果读入51单片机的累加器，并存入相应缓冲存储单元50H～57H,再由主程序对这些数据进行处理或移入外部RAM各自的缓冲区中。 SETBITO;置INTO为下降沿触发SETBEA;总中断开放 ;ADCO809口地址MOVR0,#50H;RO作存数缓冲器指针MOVR1,#OOHMOVA,R1MOVX@DPTR,A;启动转换……;继续主程序，等待中断 ORG0003H;INTO中断向量地址AJMPRDDAT;转移至读入数据处RDDAT:MOVXA,@DPTRMOV@RO,A;读入数据;存入缓冲器;增量缓冲器指针;指向下一通道MOVA,R1MOVX@DPTR,ACJNEA,#O7H,RMPOMOVR1,#0OH;启动下一路转换;所有路都转换过吗?;是，重新从INO路开始RMPO:RET1;否，返回主程序人们直接读取测量和运算的结果；另一方面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。本系统中两位温度和三位气体浓度值的输出状态由译码显示电路显示。经74ALS574译码后，直接驱动七段数码管显示。本系统采用共阳极数码管，另外每个数码管还必须加有相应的限流电阻。数码显示方式目前以分段式应用最普遍，七段式数码显示器利用各发光段不同的组合方式，显示0～15阿拉伯数字。在实际中，10～15并不显示，而是用其相应的十六进制代码进行显示，如图3.9所示：1—__1-1-二二二d图3.9七段数码管显示报警系统由声音报警和警报灯报警组成。声音报警通过P3.4口接报警模块，用CPU控制P3.4产生一定频率的方波就可以实现报警模块的声音控制。声音报警模块是一个带有扬声器的放大电路。警报灯报警使用的是LED七段数码显示管。它由8个发光二极管(7段和一个小数点)构成，这七段依次为a、b、c、d、e、f、g。根:e其结构的不同，可分为共阳极数码管和共阴极数码管两种。根据管脚资料，可以判断使用的是何种接口类型。数码管的结构如图3.10所示：图3.10七段数码显示管共阳极数码管中8个发光二极管的阳极连接一起，即为共阳极接法，简称共阳数码管。通常，公共阳极接高电平(一般接电源),其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输入端为低电平时，该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。本设计中应用共阳极接法，如图3.11:图3.11共阳极接法共阴极数码管中8个发光二极管的阴极连接在一起，即为共阴极接法，简称共阴数码管。通常，公共阴极接低电平(一般接地),其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为高电平时，该端所连接的字符导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。数码管的8个发光二极管，按照一定的规律组合，可用来显示0～9,A、B、C、D、E、F及小数点等字符。具体显示如表3.5所示：表3.5阴、阳数码管显示数字的组合数字(十六进七段数码显示管的组合显示共阴极abcdefg共阳极abcdefg0122334H556口7899A(10)日口L□EF七段数码显示管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压降较大，正向电阻也较大。在一定范围内，其正向电流与发光亮度成正比。常规的数码管起辉电流只有1～2mA,最大极限电流也只有10～30mA,所以它的输入端在5V电源电路信号相接时，同样加300Q的限流电阻，以免损坏器件。当温度传感器和气体传感器将测得的信号值传入单片机，数据经单片机处理后由P3口输出，输出温度可以精确到个位，输出的气体浓度精确到0.01,该部分能够实时显示温度和浓度。若实时温度和气体浓度未超过报警设定值，显示其正常值，同时相应的发光二极管闪烁即绿灯亮；若实时温度或气体浓度超过报警设定值，显示为码管显示如图3.12所示：图3.12火灾报警显示若电路中出现断路情况，两位七段数码显示管显示为EAX,A为楼层数，X为对应的房间号，同时相应房间的发光二极管闪烁，数码管显示如图3.13所示：图3.13断路报警显示当电路中有断路出现的时候，同样也发生报警。此时的控制是由软件来实现的。此系统由驱动电路、七段数码显示器及相应的限流电阻组成。LED是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。它的基本结构是一块电致发光的半导体材所以LED的抗震性能好。第一个商用二极管产生于1960年。◆点亮无延迟，响应时间更快，传统玻壳灯泡则有0.3秒的延迟；◆耗电量低，达到传统灯泡同等的发光亮度时，耗电量仅为传统灯泡的6%,省(1)允许功耗Pm:允许加的LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大(2)最大正向直流电流IFm:允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二(3)最大反向电压VRm:所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。(4)工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。发光二极管要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定的导通电流来确定相应的限流电阻。见公式3.1:R=(Vcc-U,)/I,式中Vcc——电源电压；U,——LED的正向导通压降；I,——LED的工作电流。本系统中，电源电压为5V,LED的导通压降为1.5V～3V,工作电流为2mA～20mA。发光强度与工作电流有关。由公式(3.1)可以计算出限流电阻为200Ω~350Ω,因此在本系统中选用200Q的限流电阻。该系统电路如图3.14所示：图3.14译码驱动显示电路第四章火灾报警系统软件设计第一节软件总体设计本系统软件设计是利用C语言编写的程序，C编译器为KeilC517.10版本，文本编辑环境和编译环境为MedWin。系统采用模块化设计方法，系统初始化，中断子程序，对每一个功能编写了一个或几个功能函数。主函数的流程图如图4.1所示：开始系统初始化设置报警温度和气体浓度设置定时器初始值设置按键初始值设置程序变量初始值设置中断寄存器初始值等待中断结束图4.1主函数流程图第二节系统各部分函数系统软件部分主要由三个模块构成的，分别是初始化函数、温度和气体浓度采集函数、报警函数，另外还有一个控制函数。因为温度传感器DS18B20有一个“握手协议”,即DS18B20每向单片机发送信号一次，单片机就会向传感器回执一个信号。该函数主要是针对电路是否断路而设定的。一、初始化函数系统初始化函数主要完成系统的初始化和设定系统的工作状态，它的流程图如图4.2所示：设置堆栈栈底N初始化数码管Y初始化串口初始化89c51调用显示子程序开始图4.2初始化函数流程图(1)系统启动时，八个房间相应的LED指示灯依次亮，表示系统已经正常启动，可以工作。(2)采集温度和气体浓度信号工作模式。此时八个数码管上显示的是室内的温度和气体浓度值，从房间1至房间8依次显示，与之相应的LED灯也依次闪烁。(3)将系统置于断路，检查是否报警。若报警，则返回工作模式值，系统开始温度采集部分，将使用DS18B20芯片完成温度信号的采集。其流程图如图4.3开始配置18B20初始化18B20跳过读序列号读取温度寄存器组合读出温度值N温度传感器断开?YN超过设定温度?Y数码管显示温度中断返回图4.3采集温度部分流程图气体浓度采集部分，将使用TGS202芯片完成浓度信号的采集。其流程图如图4.4开始跳过读序列号转换模拟信号读取气体寄存器组合读出浓度值YNY气体传感器断开?YNY数码管显示EAX数码管显示EAX数码管显示浓度数码管显示浓度中断返回图4.4采集气体浓度部分流程图在此过程中涉及显示实时气体浓度和相应房间的函数，在函数中，参数flag为当前刚转换完毕的浓度值，counter为计数器，房间1、2、3、4、5、6、7、8对应flag在设定报警浓度的范围内，正常显示浓度即可，并显示对应房间的彩灯。四、报警模块函数在报警部分中，设置了两个函数参模块。一个函数是完成LED七段数码显示管有规律的闪烁，以便从视觉上提醒用户，出现火情。该部分显示是由74ALS574控制的LED七段数码显示管组成的，其闪烁规律(1)向74ALS574发送的数据初始值，若温度和气体浓度未超过设定报警值，显示正常值；若温度或气体浓度值超过报警设定值，数码管显示为FAX,A为楼层数，X为对应房间的号码，相应房间的发光二极管正常发光。(2)如果电路出现断路情况或其他故障情况，数码管显示为EAX,A为楼层数，X为对应房间的号码，相应房间的发光二极管正常发光。如此就能实现LED七段数码显示管有规律的变换。同时，与之相应的发光二极管另一个函数完成的是联动系统的指示灯的发光，当电路中出现有火警报警时，联动系统指示灯发光，以此来提醒联动单位采取必要的灭火措施，联动系统指示灯需要当温度或气体浓度值超过设定值或者是电路出现断路或其他故障情况，报警器都会报警，其流程图如4.5所示：NYNYN计数变量累加NYN判断计数变量是10的倍数?继续计数判断计数变量继续计数除以10的商32点亮2号灯点亮1号灯点亮3号灯点亮2号灯点亮1号灯NYN判断计数变量YNY启动信号复位?图4.5报警电路流程图五、控制函数控制函数是决定系统将要进行什么工作的。如电路出现断路或者温度和气体浓度值任一信号值高于设定值时启动报警等等。在系统的模式下专有一个控制函数，首先检查电路是否有断路情况出现，若有，则报警；没有，则正常显示。控制函数的流程采用分支结构设计，程序流程如图4.6所示：调用是否断路N大于设定值Y报警YN调用图4.6控制函数流程图本文针对温度控制和烟雾气体控制设计了火灾自动报警控制系统，有效的提高了火灾报警的精确度和适用范围。这种工作条件能够满足环境温度控制和烟雾气体的需要，此外，增加了断路保护功能，将系统的实用性大大提高。本文主要设计了三部分电路：温度和气体浓度的多路采集、温度和气体浓度的分析和断路报警电路。(1)温度采集部分采用比较先进的温度传感器DS18B20来实现。DS18B20具备有温度采集转换的功能，所以简化了硬件电路，气体信号值采集部分采用了TGS202传感器，可以灵敏的感测发生火灾时产生的烟雾和气体，能够及时地报警。(2)温度和气体浓度值的分析与判断，是靠单片机控制的。它决定了电路的报(3)断路报警电路部分。DS18B20的“握手协议”实现了电路中的断路保护功显示温度及气体浓度值和报警部分是通过74ALS574和七段数码管电路实现的。为了增加系统的可靠性，还设置了联动系统报警功能。另外，系统还有许多不完善之处。例如：温度的变化在火灾刚发生时变化较小，而烟雾气体的产生则是开始就伴随着，可以直接去掉温度传感器，单独用气体传感器控制，灵敏度也很高；由于AD转换器模拟量输入口的限制，只测得八个房间的温度和气体浓度值，可以换用别的A/D转换器，以扩大报警器的应用范围；对报警系统作改因此利用公共通讯网作为报警系统的传输媒体是较好的选择，当发现警情时，探测器子程序按照预置号码进行拨号。然后由单片机控制，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，可以通过另一部参考文献[1]李移伦.单片机原理与应用.长沙：中南大学出版社.[2]何立民.单片机应用技术选编.北京：北京航空航天大学出版社.[3]荀殿栋，徐志军.数字电路设计使用手册.北京：电子工业出版社.[4]强锡富.传感器.北京：机械工业出版社[5]胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京：清华大学出版社.[6]贾浩来.MCS-51单片机原理及应用.北京：机械工业出版社.[7]陈龙三.8051单片机C语言控制与应用.北京：清华大学出版社.[8]杨光友，朱宏辉.单片微型计算机原理及接口技术.北京：中国水利水电出版社.[9]楼然苗，李光飞.单片机课程设计指导.北京：北京航空航天大学出版社[10]王元庆.新型传感器原理及应用.北京：机械工业出版社.[11]余文俊.8051C语言实习.北京：中国水利水电出版社.[12]谭浩强.C程序设计(第二版).北京：清华大学出版社.[13]刘和平.PIC16F87X单片机实用软件与接口技术.北京：北京航空航天大学出版社[14]阎石.数字电子技术基础.高等出版社.[15]传感器入门[16]传感器与信号处理[17]传感器应用技术[18]孙育才编，单片微型计算机及其应用[M],江苏：东南大学出版社.[19]刘明，温度传感器DS18B20的特性及程序设计方法[J],电测与仪表.[21]/(单片机爱好网)[22]/(微电网)[24]/(51GPS世界网)附录A总电路图#include#definenop_nop_()unsignedcharcode/1显示8个传感器信号的指示灯dpynum[10]={0X82,0X9F,0XC4,0X85,0X99,0XA1,0XA0,0X8F,0X80,0X81};/十个数字的7段数码管表示形式负逻辑bitbitbitbitbitbitbitbiterror8;bitdown;Init_DS18B20_landTGS202-1(void);Init_DS18B20_2andTGS202-2(void);Init_DS18B20_3andTGS202-3(void);Init_DS18B20_4andTGS202-4(void);Init_DS18B20_5andTGS202-5(Init_DS18B20_6andTGS202-6(void);Init_DS18B20_7andTGS202-7(void);Init_DS18B20_8andTGS202-8(void);unsignedcharReadOneChar_2(void);unsignedcharReadOneChar_3(void);unsignedcharReadOneChar_4(void);unsignedcharReadOneChar_5(void);unsignedcharReadOneChar_6(void);unsignedcharReadOneChar_7(void);unsignedcharReadOneChar_8(void);WriteOneChar_2(unsignedchardat);WriteOneChar_4(unsignedchardat);WriteOneChar_6(unsignedchardat);voidConfig18b20_landTGS202-1();voidConfig18b20_2andTGS202-2();voidConfig18b20_4anvoidConfig18b20_5andTGS202-5();voidConfig18b20_6andTGS202-6();voidConfig18b20_7andTvoidConfig18b20_8andT{while(i--);voidmain()while(1){nop;}nighth=1;clk2=1;nop;clk2=0;errorl=0;error2=0;error3=0;error4=0;error5=0;error6=0;error7=0;error8=0;down=0;IE=0X0;TMOD=0X10;TCON=0X00;TH1=0X00;TL1=0X00;TR1=1;IE=0XAA;voidcaiyangOinterrupt3using0TR1=0;if(flag==0){)if(down==0)down=1;flag=1;}down=0;}counter++;if((counter%10)==0)switch(counter/10){first=0;second=1;third=1;forth=1;fifth=1;second=0;sixth=1;seventh=1;first=1;second=1;third=0;forth=1;fifth=1;sixth=1:seventh=1;nighth=1;break;case4:first=1;second=1;third=1;forth=0;fifth=1;sixth=1;seventh=1:nighth=1;second=1;sixth=1;third=1;forth=1;fifth=1;sixth=0;seventh=1;nighth=1;break;first=1;second=1;third=1;nighth=1;}{}TH1=0X00;TL1=0X00;}Init_DS18B20_landTGS202-1(void)unsignedcharjishu;bitjudge;jishu=0;restart1:JP1=1;delay(8);JP=0;if(check1)errorl=1;error1=0JP=1;JP1=1;if(judge)jishu++;if(jishu>5)return;gotorestart1;}Init_DS18B20_2andTGS202-2(void)unsignedcharjishu;jishu=0;restart2:JP2=1;delay(8);if(check2)error2=1:JP2=1;judge=JP2:JP2=1;if(jishu>5)return;}}InitDS18B203andTGS202-3(void){unsignedcharjishu;restart3:JP3=1;JP3=0;JP3=1;judge=JP3;)jishu++;return;}}{unsignedcharjishu;bitjudge;restart1:JP4=1;jishu++;return;}Init_DS18B20_5andTGS202-5(void)unsignedcharjishu;bitjudge;jishu=0;restart1:JP5=1;delay(8);JP=0;if(check1)error5=1;error5=0;delay(80);JP=1;delay(14);delay(20);JP5=1;if(judge)if(jishu>5)return;gotorestart5;}Init_DS18B20_6andTGS202-6(void)unsignedcharjishu;bitjudge;jishu=0;return;}1))unsignedcharjishu;bitjudge;jishu=0;JP=1;delay(14);judge=JP;delay(20);JP7=1;if(judge))jishu++;if(jishu>5)return;gotorestart7;}}Init_DS18B20_8andTGS202-8(void){unsignedcharjishu;bitjudge;jishu=0;restart1:JP8=1;delay(8);JP=0;if(check1)error8=1:error8=0delay(80);JP=1;delay(14);judge=JP;delay(20);JP8=1;if(judge){jishu++;if(jishu>5)return;gotorestart8;unsignedcharReadOneChar_1(void){unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for(i=8;i>0;i--){dat>>=1;if(JP1)datl=0x80;delay(5);unsignedcharReadOneChar_2(void)unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for(i=8;i>0;i--)JP2=0;dat>>=1;JP2=1;return(dat);}unsignedcharReadOneChar_3(void)unsignedchari=0;)return(dat);})unsignedchari=0;)JP4=dat&0x01;WriteOneChar_2(unsigunsignedchari=0;{JP5=dat&0x01;}WriteOneChar_3(unsig{unsignedchari=0;{}Init_DS18B20_1TGS202-1();WriteOneChar_1(0xcc);WriteOneChar_1(0x48);Init_DS18B20_1andTGS202-1();WriteOneChar_1(0xcc);//skipromWriteOneChar_1(0xb8);}voidConfig18b20_2TGS202-2()Init_DS18B20_2TGS202-2();WriteOneChar_2(0xcc);WriteOneChar_2(0x4e);WriteOneChar_2(0x55);WriteOneChar_2(0x00);WriteOneChar_2(0x7f);Init_DS18B20_2TGS202-2();WriteOneChar_2(0xcc);WriteOneChar_2(0x48);InitDS18B20_2TGS202-2();WriteOneChar_2(0xcc);WriteOneChar_2(0xb8);}voidConfig18b20_3TGS202-3){InitDS18B20_3andTGS202-3();WriteOneChar_3(0xcc);WriteOneChar_3(0x4e);WriteOneChar_3(0x55);WriteOneChar_3(0x00);WriteOneChar_3(0x7f);Init_DS18B20_3andTGS202-3();WriteOneChar_3(0xcc);WriteOneChar_3(0x48);Init_DS18B20_30TGS202-3;WriteOneChar_3(0xcc);WriteOneChar_3(0xb8);ʃunsignedcharb=0;temp=temp>>4;)nop;P1=dpynum[1];nop;}elseif((temp>set_temp)){)nop;P1=dpynum[1];nop;}{P1=dpynum[temp/10];nop;P1=dpynum[temp%10];nop;}Config18b20_2andTGS202-2();WriteOneChar_2(0x44);while(JP2==0);WriteOneChar_2(0xCC);WriteOneChar_2(0xBE);b=ReadOneChar_2();temp=b<<8la;temp=temp>>4;{nop;P1=dpynum[2];nop;}elseif(temp>set_temp){nop;nop;}}{P1=dpynum[temp/10];Config18b20_3andTGS202-3();WriteOneChar_3(0x44);while(JP3==0);WriteOneChar_3(0xCC);WriteOneChar_3(0xBE);b=ReadOneChar_3();nop;{{P1=0xE8;nop;P1=dpynum[3];nop;1了}P1=dpynum[temp/10];nop;P1=dpynum[temp%10];nop;AT89C51isaflickerwith4Kbyteerasableprogrammableread-onlymemory(FPEROM-FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)ofthelow-voltage,high-performancedigitalmicroprocessorsCMOS8,commonlyknownassingle-chipmicrocomputer.AT89C2051isaflickerwith2KbytesEEPROMprogrammablemanufacturehigh-densitynonvolatilememorytechnologywithindustry-standardMCS-51memorychipsinasingleportfolio,ATMEL'sAT89C51microcontrollerisahighlyefficient,AT89C2051isastreamlinedversiosystemformanyprovidesaflexibleandinexpensiveimpedanceinput.P0procedurescanbeusedforexternaldatamemory,whichcanbedefinedasdata/addresslow8.InFIASHpwhenFIASHwhentocheck,P0outputofP0.P1port:P1portisaninternalpuport,P1portoutputbuffercapableofinternalpull-high,canbeusedasinpuoutputcurrent,whichisduetointernalreasonspull.FLASHprogrammingandcheckinP2port:P2porttoaninternalpull-upresistor8-bitbi-direreceivebuffers,theoutputcurrentof4TTLgate,woutsideofthepindown,theoutputcurrenportforexternalprogrammemoryor16-bitaddrepull-advantage,wheneightoftheexternaldatamemoryreadandwriteaddresswportoutputthecontentsofspecialfunctionregistprogrammingandhigh-eighthourstoP3port:P3portis8-pinwithintertoreceivetheoutputcurrentopull-high,andusedasinput.Asinput,astheexternalpull-downlow,P3portocurrent(TTL)ThisisbecausetP3.0RXD(serialinput)P3.2/INTO(externalinterruptO)P3.6/WR(externaldatamemorywritestrobe)P3portatthesametimeflashingcheck89C51single-chippowerusedautomaticallyreseAutomaticpower-onresetistheinstantaneouspower,RCchargingcircuit,RESETpinterminalpositivepulse,pressed,therapiddischargecapacitorstoRST/VPresetbutton,thecapacitordischargethroughtheresistance,graduallyRST/VPDlowerendoftherestorationoflevel.Inpracticalapplicatiocircuitside.Thissystemhaadvantages,itisboundtobecomethenextfifirealarmsystemshould