毕业设计火灾自动报警控制系统的设计.doc

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1、题目:火灾自动报警控制系统的设计 摘要火灾自动报警器系统是随时警惕火灾、及时报警和输出联动灭火信号的忠实兵。该系统的设计主要涵盖以下六个方面：探测器的选型、单片机的选取、接口芯片的选取、报警装置的设计、电源的设计以及联动消防装置的设计。火灾自动报警系统通过一定的方式向火灾报警器发出火灾报警信号火灾报警控制器收到报警信号后，立即发出声光报警，并打开消防联动装置。本设计的检测装置由离子感烟探测器UD-02和与之配套的专用集成电路DQ-295等组成，通过对现场的火灾参数采集，模/数转换，地址编码，然后传送给单片机，由单片机进行相应的运算处理，判断现场是否发生火灾。这种信号处理方式将单片机用于火灾模式

2、判别，可以根据火灾发生时，火灾参数的发展变化规律来识别真假火灾，不同于传统单一的定值判别方式，有利于提高火灾判别的准确性。关键词：火灾自动报警系统 监测 控制 消防联动第1章 引言11.1 研究背景11.2 火灾自动报警系统的作用2第2章 火灾自动报警系统简介- 4 -2.1 火灾自动报警系统概述- 4 -2.2 火灾自动报警系统的组成- 5 -2.2.1 火灾探测器- 5 -2.2.2火灾探测器的分类- 5 -2.3火灾探测器的选择- 6 -2.3.1火灾报警按钮- 6 -2.3.2火灾报警控制器- 7 -2.4火灾报警控制器分类- 7 -2.4.1报警控制器的功能- 8 -第3章 系统原理

3、及总体设计方案- 9 -3.1 系统原理- 9 -3.2 系统设计- 9 -3.2.1系统各模块的设计- 9 -3.2.2系统总构架设计- 10 -第4章 系统硬件设计- 11 -4.1 硬件的组成- 11 -4.2 烟雾信号采集模块- 11 -4.2.1 离子感烟探测器工作原理- 11 -4.2.2 UD-02型离子感烟探测器- 14 -4.3 离子感烟探测器专用集成电路DQ-295- 15 -4.3.1离子感烟雾火灾报警应用电路- 17 -4.4单片机控制中心- 18 -4.4.1时钟电路和工作方式- 18 -4.4.2中断系统- 19 -4.5声光报警模块- 20 -4.5.1 LED显

4、示器- 21 -4.6 接口芯片8243- 21 -4.7 电源系统设计- 22 -4.8消防联动装置- 23 -第5章 系统软件的设计- 25 -5.1主程序设计- 25 -5.2读数子程序- 25 -5.3 核对子程序- 26 -5.4 查找报警电子程序- 27 -5.5 显示及报警子程序- 28 -第6章 总结与展望- 30 -6.1 总结- 30 -6.2系统展望- 30 -致谢信- 31 -参考文献- 32 -附录- 33 -第1章 引言1.1 研究背景近年来，随着科学技术日新月异的发展，生产力水平达到了前所未有的高度。城市建筑发展越来越快，高层建筑越来越多，建筑面积大，用电设备多，

5、供电要求高，人员集中等特点，这些都给高层建筑防火问题提出了很高的要求。所以我们要对其火灾自动报警做以更加深刻的研究。1.2 火灾自动报警系统的作用火灾自动报警及消防联动系统，作为智能建筑中的一个重要子系统，其重要性是众所周知的。要在智能建筑中创造一个安全舒适的环境，消防安全是其中的一个重要的方面。火灾自动报警及消防联动系统，作为火灾的先期预报、火灾的及时扑灭、保障人身和财产安全，起到了不可替代的作用。火灾自动报警系统是人们为了早期发现火灾，并及时采取有效措施，控制和扑灭火灾，而设置在建筑物中或其他场所的一种自动消防设施，是人类同火灾作斗争的有力工具。随着中国的改革开放，在这十几年中，全国大中型

6、城市的高层建筑、公共场所、地下建筑、现代化厂区等得到了高速发展。这些建筑根据消防规范都安装了独立的火灾报警系统。这些系统在防火救灾中起到了关键的作用，为保护人民的生命和财产作出了贡献。但在实际操作中，由于火警信息需经过保安值班人员的处理，人为的因素起到了关键的作用。如近期上海地区闵行一仓库，由于个人的处理不当，延误了救火时间，酿成了大火，造成了重大经济损失。以火灾自动报警技术为核心的建筑消防系统，是预防和遏制建筑火灾的重要保障。近年来，我国火灾自动报警工程应用技术实现了较快发展，但由于在实际应用中，火灾自动报警系统的通讯协议不一致，火灾自动报警工程技术水平还相对落后，还存在着一些比较突出的问题

7、。适用范围过小。我国火灾自动报警系统技术比美、英等发达国家起步较晚，安装范围主要是高层民用建筑设计防火规范、建筑设计防火规范规定的场所和部位，而在易造成群死群伤的中小型公众聚集场所和社区居民家庭甚至部分高层住宅都没有规定安装火灾自动报警系统，适用范围过小，防范措施不到位。智能化程度低。我国使用的火灾探测器虽然都进行了智能化设计，但由于传感器件探测的参数较少、支持系统的软件开发不成熟、各种算法的准确性缺乏足够验证、火灾现场参数数据库不健全等，火灾自动报警系统难以准确判定粒子(烟气)的浓度、现场温度、光波的强度以及可燃气体的浓度、电磁辐射等指标，造成迟报、误报、漏报情况较多。网络化程度低。我国应用

8、的火灾119动报警系统形式基本上以区域火灾自动报警系统、集中火灾自动报警系统和控制中心火灾自动报警系统为主，安装形式主要是集散控制方式，自成体系，自我封闭，尚未形成区域性网络化火灾自动报警系统。组件连接方式有待改善。火灾自动报警系统以多线制和总线制连接方式为主，探测器和报警器及控制器之间是采用两条或多条的铜芯绝缘导线或铜芯电缆穿管相接，存在耗材多、成本高、抗干扰能力差的缺点。同时，铜导线耐高温性能差、易磨损，系统施工维修复杂，影响了火灾自动报警系统的可靠性和更广泛的应用。火灾自动报警系统误报、漏报问题较多。由于火灾探测器的安装环境极其复杂，加之各种传感器在探测火灾方面存在着某些先天不足，无法准

9、确地感应各种物质在燃烧过程中所特有的声波、光谱、辐射、气味等诸多方面发生的微妙变化，对火灾发生过程中所产生的不同粒径和颜色的烟存在探测“盲区”，误报、漏报现象时有发生。超早期火灾探测报警技术应用还几乎处于空白。国外已开发出适合洁净空间高灵敏度感烟火灾探测报警系统，如激光式高灵敏度感烟火灾探测器，吸气式高灵敏度感烟火灾探测报警系统和气体火灾探测报警系统，与普通火灾探测报警系统相比，其探测灵敏度提高了两个数量级，甚至更多，这些系统采用了激光粒子计数、激光散射等原理监视被保护空间，以单位体积内粒子增加的多少来判断是否发生火灾，系统可在火灾发生前几小时或几天内识别潜在的火灾危险性，实现超早期火灾报警。

10、而该技术我国目前还处于起步阶段有待进一步研究开发应用。第2章 火灾自动报警系统简介2.1 火灾自动报警系统概述火灾自动报警系统能够在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过感温、感烟和感光等火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位，记录火灾发生的时间。火灾自动报警系统网络化是用计算机技术将控制器之间、探测器之间、系统内部、各个系统之间以及城市“ll9”报警中心等通过一定的网络协议进行相互连接，实现远程数据的调用，对火灾自动报警系统实行网络监控管理，使各个独立的系统组成一个大的网络， 实现网络内部各系统之间的资源和信息共享，使城市“ll9”报警中心的人

11、员能及时、准确掌握各单位的有关信息，对各系统进行宏观管理，对各系统出现的问题能及时发现并及时责成有关单位进行处理，从而弥补现在部分火灾自动报警系统擅自停用，值班管理人员责任心不强、业务素质低、对出现的问题处置不及时、不果断等方面的不足。火灾自动报警系统智能化是使探测系统能模仿人的思维，主动采集环境温度、湿度、灰尘、光波等数据模拟量并充分采用模糊逻辑和人工神经网络技术等进行计算处理，对各项环境数据进行对比判断，从而准确地预报和探测火灾，避免误报和漏报现象。发生火灾时，能依据探测到的各种信息对火场的范围、火势的大小、烟的浓度以及火的蔓延方向等给出详细的描述，甚至可配合电子地图进行形象提示、对出动力

12、量和扑救方法等给出合理化建议，以实现各方面快速准确反应联动，最大限度地降低人员伤亡和财产损失，而且火灾中探测到的各种数据可作为准确判定起火原因、调查火灾事故责任的科学依据。此外，规模庞大的建筑使用全智能型火灾自动报警系统， 即探测器和控制器均为智能型，分别承担不同的职能，可提高系统巡检速度、稳定性和可靠性。火灾自动报警系统的小型化是指探测部分或者说网络中的“子系统”小型化。如果火灾自动报警系统实现网络化，那么系统中的中心控制器等设备就会变得很小，甚至对较小的报警设备安装单位就可以不再独立设置，而依靠网络中的设备、服务资源进行判断、控制、报警，这样火灾自动报警系统安装、使用、管理就变得简洁、省钱

13、、方便。目前我国火灾自动报警系统只被安装在重要建筑上，而在美国、日本等发达国家，包括许多居民家庭都安装了火灾自动报警系统。随着我国经济的不断发展、人们安全意识的增强、火灾自动报警系统的进一步完善以及智能化程度的提高，在社区家庭特别是高级住宅积极推广应用防盗、防火联动报警装置或独立式感烟探测器，对干预防居民家庭火灾是非常必要和行之有效的措施。火灾自动报警系统的组成形式多种多样，它的发展目前可分为三个阶段1：1、多线制开关量式火灾探测报警系统。这是第一代产品，目前国内极少数厂家生产外，它基本上已处于被淘汰状态。2、总线制可寻址开关量式火灾探测报警系统。这是第二代产品，尤其式二总线制开关量式探测报警

14、系统目前正被大量使用。3、模拟量传输式智能火灾报警系统。这是第三代产品。目前我国已经开始从传统的开关量式火灾探测报警技术，跨入具有先进水平的模拟量式智能火灾探测报警技术的新阶段，它的系统的误报率降低到最低限度，并大幅度地提高了报警的准确度和可靠性。目前火灾自动报警系统有智能型、全总线型以及综合型等，这些系统不分区域报警系统或集中报警系统，可达到对整个火灾自动报警系统进行监视。但是在目前的实际工程当中传统型的区域报警系统、集中报警系统和控制中心报警系统仍得到较为广泛的应用。安装在保护区的探测器不断的向所监视的现场发出巡检信号，监视现场的烟雾浓度、温度等，并不断反馈给报警控制器，控制器将接到的信号

15、与内存的正常整定值比较、判断确定火灾。当发生火灾时候，发出声光报警，显示火灾区域或楼层房号的地址编码，并打印报警时间、地址等。同时向火灾现场发出警铃报警，在火灾发生楼层的上下相邻层或火灾区域的相邻区域也同时发出报警信号，以显示火灾区域。各应急疏散指示灯亮，指明疏散方向。2.2 火灾自动报警系统的组成火灾自动报警系统是由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其它辅助功能的装置组成的火灾报警系统，在火灾自动报警系统中，自动或手动产生火灾报警信号的器件称为触发件，主要包括火灾探测器和手动火灾报警按钮。2.2.1 火灾探测器火灾探测器是火灾自动报警系统的传感部分，是组成各种火灾自动报警系统的重要

16、组件，是火灾自动报警系统的“感觉器官”。它能对火灾参数(如烟、温度、火焰辐射、气体浓度等)响应，并自动产生火灾报警信号，或向控制和指示设备发出现场火灾状态信号的装置。火灾探测器是系统中的关键元件，他的稳定性、可靠性和灵敏度等技术指标会受到诸多因素的影响，因此火灾探测器的选择和布置应该严格按照规范进行。2.2.2火灾探测器的分类目前火灾探测器的种类很多，按照不同的方式有不同的分类方法2。1 根据监测的火灾特性不同，火灾探测器可分为感烟、感温、感光、复合和可燃气体等五种类型，每个类型又根据其工作原理的不同而分为若干种。 2 根据感应元件的结构不同，可分为： （1）点型火灾探测器。对警戒范围中某一点

17、周围的火灾参数作出响应。 （2）线型火灾探测器。对警戒范围中某一线路周围的火灾参数作出响应。 3 根据操作后是否能复位，可分为： （1）可复位火灾探测器。在产生火灾报警信号的条件不再存在的情况下，不需要更换组件即能从报警状态恢复到监视状态。根据复位的方式不同，又可分为以下三种： 自动复位火灾探测器。能自动地恢复到监视状态。 遥控复位火灾探测器。通过遥控操作能恢复到监视状态。 手动复位火灾探测器。通过手动调节能恢复到监视状态。 （2）不可复位火灾探测器。在产生火灾报警信号的条件不再存在的情况下，需调换组件才能从报警状态恢复到监视状态或动作后不能恢复到监视状态。 2.3火灾探测器的选择火灾探测器的

18、选择应符合下列要求：(1) 对火灾初期有阴燃阶段，产生大量的烟和少量的热，很少或没有火焰辐射的，选用感烟探头；(2) 对火灾发展迅速，产生大量热、烟和火焰辐射的，选用感烟探头、感温探头、火焰探头或它们的组合；(3) 对火灾发展迅速，有强烈的火焰辐射和少量烟、热的，选用火焰探头；(4) 对情况复杂或火灾形成特点不可预料的，可进行模拟实验，根据实验选用适宜的探头。(5) 在不同高度的房间设置火灾探测器时可参照表2.1的规定。表2.1 点型感烟、感温火灾探测器的实用高度3房间高度(m)感烟探测 器感 温 探 测 器一 级二 级三 级12h20不适合不适合不适合不适合8h12适 合不适合不适合不适合6

19、h8适 合适 合不适合不适合4h6适 合适 合适 合不适合h4适 合适 合适 合适 合2.3.1火灾报警按钮手动火灾报警按钮概述火灾自动报警系统应有自动和手动两种触发装置。各种类型的火灾探测器是自动触发装置，而在防火分区疏散通道、楼梯口等处设置的手动火灾报警按钮是手动触发装置，它应具有应急情况下，人工手动通报火警的功能。2 手动火灾报警按钮的设置每个防火分区应至少设置一只手动火灾报警按钮。从一个防火分区内的任何位置到最邻近的一个手动火灾报警按钮的距离，不应大于30m。手动火灾报警按钮宜设置在公共活动场所的出入口处。手动火灾报警按钮应设置在明显的和便于操作的部位。当安装在墙上时其底边距地高度宜为

20、1.31.5m，且应有明显的标志。手动火灾报警按钮宜与集中报警器连接，且应单独占用一个部位号。因为集中控制器设在消防室内，能更快采取措施，所以当没有集中报警器时，它才接入区域报警器，但应单独占用一个部位号。2.3.2火灾报警控制器火灾报警控制器是火灾自动报警系统心脏，具有下述功能：(1) 用来接受火灾信号并启动火灾警报装置。该设备也可用来指示着火部位和记录有关信息。(2) 能通过火警发送装置启动火灾报警信号或通过自动消防灭火控制装置启动自动灭火设备和消防联动控制器。(3) 自动地监视系统的正确运行和对特定故障给出声、光报警。2.4火灾报警控制器分类火灾报警控制器种类繁多，根据不同的方法可分成不

21、同的类别。(1) 按控制范围可分为： 区域火灾报警控制器：直接连接火灾探测器，处理各种报警信息。 集中火灾报警控制器：它一般不与火灾探测器相连，而与区域火灾报警控制器相连，处理区域级火灾报警控制器送来的报警信号，常使用在较大型系统中。 控制中心火灾报警控制器：它兼有区域，集中两级或火灾报警控制器的特点，即可以作区域级使用，连接控制器；又可以作集中级使用，连接区域火灾报警控制器。(2) 按结构型式可分为： 壁挂式火灾报警控制器：连接的探测器回路相应少些，控制功能简单，区域报警控制器多才用这种型式。 台式火灾报警控制器：连接探测器回路数较多，联动控制较复杂，集中式报警器常采用这种方式。 框式火灾报

22、警控制器：可实现多回路连接，具有复杂的联动控制。(3) 按系统布线方式分为： 多线制火灾报警控制器：探测器与控制器的连接采用一一对应方式。 总线制火灾报警控制器：控制器与探测器采用总线方式连接，探测器并联或串联在总线上。2.4.1报警控制器的功能(1) 火灾报警：当收到探测器、手动报警开关、消火栓开关及输入模块所配接的设备所发来的火警信号时，均可在报警器中报警。(2) 故障报警：系统运行时控制器分时巡检，若有异常(设备故障)发出声、光报警信号，并显示故障类型及编码等。(3) 火警优先：在故障报警或已处理火警时，若发生火警则报火警，而当火警清除后又自动报原有的故障。(4) 时钟与火灾发生时间的记

23、忆：系统中的时钟走时通过软件编程实现，具有相应的存储单元，记忆事故发生时间。(5) 自检功能：为了提高报警系统的可靠性，控制器设置了检查功能，可定期或不定期的进行模拟火警检查。第3章 系统原理及总体设计方案3.1 系统原理火灾自动报警系统的设计主要有六个方面：探测器的选取、单片机的选取、接口芯片的选区、报警装置、电源以及消防联动装置的设计。火灾自动报警系统原理图如图3-1所示。现场火灾报警通过探测器对火灾信息进行检测，从而判断火灾的发生具体位置。当报警器检测到火灾信息后，产生相应的报警信号，同时打开联动消防装置。图3-1 火灾自动报警系统原理图3.2 系统设计3.2.1系统各模块的设计第一，探

24、测器的设计。探测器的作业环境是非常重要的，这决定了在具体环境中探测器是的选型问题。探测器所要达到的任务目标必须确定无误的反应探测器在规定的工作环境中的作用。基于火灾的特殊情况，本设计选用离子感烟探测器。相对于其它探测器，离子探测器能在火灾早期做出早期准确的判断。探测器的设计是本设计的中心任务，具体情况将在随后的章节中进行阐述。第二，单片机的选取。根据要求，本设计选用的单片机是AT89C51。该单片机的具体情况将在随后的章节中进行阐述。第三，接口芯片。本设计的接口芯片采用并行接口芯片8243。有关8243的资料将在随后的章节中谈到。第四，报警装置。本设计的报警装置声光报警装置：首先，起火地点会发

25、出声音报警：同时，控制室会也发出声音报警同时显示具体的着火地点，报警装置在设计的随后章节中会详细说明。第五，电源的设计。当单片机探测到火情时，会自动切断用电电路，同时在不影响正常工作前提下转换为备用电源供电。电源设计见随后章节。第六，消防联动装置。当单片机探测到火情后，会自动打开联动消防装置。消防联动装置的设计见随后章节。3.2.2系统总构架设计该火灾自动报警控制系统，能对监测点进行自动检测，一旦发现火情能立即报警，并能指示发生火灾的地方。本火灾报警器具有结构简单、可靠性高、成本低等特点。由于该系统主要用于多点集中检测报警，故能对受测点进行巡回检测，若有火情方可报警，并用数字指示出发生火灾的地

26、点。该系统的探测器选用开关量探测器。系统端部分选用音响报警电路及数码显示电路。硬件电路图如图3-2所示。 图3-2 火灾报警系统硬件结构图第4章 系统硬件设计4.1 硬件的组成通过对火灾情况的分析，本设计采用4-1所示硬件组成，报警器硬件由烟雾信号采集模块，声光报警模块以及联动消防模块组成。图中1,2,3组成数据采集模块，4,5组成声光报警模块，5,6组成联动消防装置。其中，1为探测器，将现场烟雾浓度这一非电信号转换为电信号；2为信号调理电路，将探测器输出电信号进行调理（放大、滤波等），使之满足比较转换电路的要求；3为比较转换电路，完成将烟雾探测器输出的模拟信号转换为数字信号。声光报警模块由单

27、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。下面对上述的各模块进行详细的介绍。图4-1 火灾自动报警系统硬件框图4.2 烟雾信号采集模块图4-1中1，2，3组成烟雾数据采集模块，将现场烟雾浓度这一非电信号转化为电信号，并以数字量的形式送个单片机。4.2.1 离子感烟探测器工作原理离子感烟探测器是应用放射性同位素组成的火灾报警专用探测器，其检测灵敏度高，可靠性好，目前已得到广泛的应用。离子感烟探测器由两个电离室组成，外电离室有空与外界相通，烟雾可进入电离室，而内电离室是封闭的，烟雾不能进入。由烟雾进入外电离室，使内外两电离室离子电流不同，探测器就输出与

28、烟雾成正比的传感信号。离子烟雾探测器的工作原理如图4-2所示。图4-2 离子感烟探测器工作原理图在正常工作状态下，放射源发出得射线电离了电离室的空气，便有电流从A经B流向C，这时电离室是一个典型的电阻元件。初始条件下，在B点的电位Vb是相对稳定的，烟雾进入AB之间的检测室时，电离状态发生变化，导致AB之间的电阻阻值变化，而BC间组成的参照室因不感觉烟的存在，基本保持阻值初始状态不变，根据欧姆定律，在B点上分压值发生相应的变化，这一变化经过电路放大，做为火警信号输出从而实现烟信号到电信号的转变。如果在极板P1和P2间加上一个电压E，极板极板原来做杂乱无章运动的正负离子，此时在电场的作用下，正负离

29、子做有规则的运动。电离室又可分为双极性和单极性两种，整个电离室全部a射线所照射电离室内的空气都被电离，我们把这种电离室称之为双极性电离室。所谓单极性电离室，是指电离室局部被a射线所照射，使一部分形成电离区，而未被a射线所照射的部分则为非电离区。这样在同一个电离室内分维两个性质不同的区域。如图4-3所示。我们把这个非电离区称之为主探测区图4-3 单极性电离室工作原理当外电离室进入燃烧生成物或者烟雾时，部分正离子和负离子被吸附到燃烧生成物和烟雾颗粒上，所以它们在电场中的速度就比原来慢的多，并且在移动还有部分正负离子中和，这样到达正负极板的离子数量相对减少，即离子电流减少。烟雾数量越多，离子电流就越

30、小，而内电离室是封闭的，无烟尘离子进入，离子电流是恒定的。内电离室与外电离室是串联的，如图4-4所示。无烟雾时，A点电位约为1/2E.若有烟雾，外电离室的离子电流减少，等效电阻增加，A点电位下降，期下降程度与烟雾数量成正比。图4-4 离子感烟探测器等效电路图4.2.2 UD-02型离子感烟探测器UD-02型离子感烟探测器具有灵敏度高、可靠性好、性能符合标准等特点。它有两个电离室及一个放射源（AM241），对外有三个引出脚：A电极（接电源正端+9V）、B电极（接地）、C电极（收集电极输出端），外形如图4-5所示。图4-5 UD-02 型探测器4.3 离子感烟探测器专用集成电路DQ-295由于离子

31、感烟探测器的广泛应用，与之配套的专用集成电路得到了迅速的发展，DQ-295是与UD-02型离子感烟探测器相配套的专用集成电路。DQ-295的管脚排列如图4-6所示，其内部功能框图见4-7所示。图4-6 DQ-295 管脚图DQ-295各引脚功能如下：15脚接离子感烟探测器的收集电极；12脚为内部震荡器的外接电容脚；7脚接定时电阻；14、15脚为输入保护用；5脚为发光LED；1与4脚为检测脚；3与15脚为电压与灵敏度设置脚；10与11脚为报警输出脚。DQ-295集成块内部设有检测信号阀值设置（超过阀值即输出报警声）以及电池低压设置（电压低于某值时发出报警声）。由图4-7可以看出，A1是检测电池电

32、压的比较器，电池的分压与内部稳压管相比较，若电池电压较高，比较器A1输出高电平；若电池电压不足，则A1输出低电平，并给出电池电压不足的报警声。3脚为电池电压外部设置端，可以通过外接电阻网络来改变其低电压报警阀值。A2是检测信号阀值比较器，无烟雾信号时，探测器的输出平衡电压为5.3V左右，大于内部设置的阀值电压，比较器A2输出低电平；当由烟雾信号时，探测器输出电压下降1V左右，则其电压小于内部设置阀值电压，A2翻转为输出高电平，并发出调制报警声。与A1一样，也可以通过13脚的外接电阻网络来改变阀值电平高低。图4-7 DQ-295 内部结构框图4.3.1离子感烟雾火灾报警应用电路（1）电路原理：离

33、子感烟雾火灾报警器的应用电路图4-8所示。它由离子感烟探测器UD-02和与之配套的专用集成电路DQ-295等组成。图4-8 离子感烟火灾报警器离子感烟探测器由内外两个电离室组成，当空气无烟雾时，输出端0输出电平约等于1/2电源电压即4.5V这时集成块A不工作，压电陶瓷喇叭B无声。当空气中有烟雾粉尘时，烟雾颗粒进入探测器的外电离室，使离子电流大幅下降，相当于等效电阻增大，所示0端电平下降。此电平下降的信号加到集成块的第15脚，使集成块触发工作，第10、11脚就输出调制的报警信号，推动压电陶瓷报警喇叭发出响亮的报警声。途中S是试验按钮开关，离子探测器经R3由9V电压供电；当按下S时，探测器由R3、

34、R4分压供电，供电电压只有4.5V，所有探测器0电输出电平下降，相当于有烟雾状态，则B发出报警。（2）元器件选择与制作R1-R6均用RTX-1/8W型炭膜电阻器；C1-C3可用CT1型磁介电容；LED为普通红色二极管；B为三端压电陶瓷扬声器；为保证电路可靠正常工作，电源最好采用9V稳压电源供给；S为小型按钮开关。4.4单片机控制中心本设计是基于单片机的声光火灾报警器，单片机是其中的核心部件，它就像大脑一样，是设计的枢纽。AT89C51是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机、片内带有4K字节的FLASH可编程，可擦除只读存储器（EPROM）,它采用了COMS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性

35、存储技术。而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容。片内的FLASH存储器允许在系统内可编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此AT89C51是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机、可方便应用在与本次设计相关的控制领域。4.4.1时钟电路和工作方式（1）时钟电路AT89C51是一种内部有一个由反向放大器所构成的振荡电路，XTAL1和XTAL2分别为震荡电路的输出入端和输出端，时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式时钟电路如图4-9所示。在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部震荡电路就产生自激震荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。晶体可以在1.2

36、MHZ到12MHZ之间选择。电容值在5-30PF之间选择。电容的大小可起频率微调作用，对外部方式的时钟电路如图所示，XTAL1接地XTAL2接外部振荡器。对外部震荡信号无特殊要求。只要保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHZ的方波信号。图4-9 内部方式和外部方式的时钟电路（2）省电工作方式AT89C51有两种可用软件来选择的省电方式-空闲工作方式和掉电工作方式。这两种方式是由专用寄存器PCON（电源调制寄存器）中的PCON.1和IDL(CON.0)位来控制。PD是掉电方式位，当PD=1时，激活掉电工作方式，ILD空闲方式位。若PD和IDL同时为1，则先激活掉电方式。4.4.2中断系统中断技术

37、是计算机一项很重要的技术。中断系统是指能够实现中断功能的相关硬件电路和软件程序。中断系统的功能主要为了解决快速的CPU与慢速的外设间的矛盾。有了中断系统能使计算机的功能更强，效率更高、使用更加方便灵活。MCS-51系列单片机中，不同类型的单片机，其中断源数量不同。8051单片机的中断系统包括5个中断源、中断请求标志位（分别在特殊功能寄存器TCON和SCON中）、中断允许控制寄存器IE、中断优先级寄存器IP及内部硬件查询电路等部分。5个中断源分为两个中断优先级，可实现两级中断嵌套，IE控制CPU是否影响中断请求。由IP设置个中断源优先级，同一优先级内的各中断源同时提出中断请求时，由内部查询电路确

38、定其响应次序。（1） 系统的基本组成MCS-51系列单片机有5个中断源。中断源分为2个中断优先级，即高级优先级和低级优先级，每个中断源的优先级都可由软件来设定。MCS-51的中断系统由4个与中断有关的特殊寄存器中断允许控制寄存器IE、中断优先级管理和中断顺序查询巡逻电路等组成。（2） 中断控制部分功能8051单片机中断控制部分由4个专用寄存器组成，他们的功能分述如下：中断请求标志寄存器。5个中断源的中断请求标志位及定时器/计数器的控制位，均设置在定时控制寄存器TCON和串行口控制寄存器SCON中。中断开放和屏蔽MCS-51单片机中，设有一个专用寄存器IE（称为中断允许寄存器）。其作用是用来对各

39、中断源进行开放或屏蔽的控制。中断优先级设定MCS-51单片机的中断分为2个优先级，每个中断源的优先级都可以通过中断优先级寄存器IP中的相应位来设定。中断管理受IP寄存器控制，CPU将各中断源的优先级分为高低2级，并遵循以下2条基本原则：1）低优先级中断源可以被高优先级中断源中断，反之不能。2）一种中断一旦得到相应，与它同级的中断不在中断它。中断源由高到低：外部中断0、定时器0中断、外部中断1、定时器1中断、串行口中断。中断处理过程中断处理过程分为三个阶段，即中断响应、中断处理和中断返回。由于不同的计算机有不同的中断系统硬件结构，其中断相应的方式也有所不同。8051单片机的中断响应与中断返回由C

40、PU硬件自动完成，而中断处理由软件完成。4.5声光报警模块声光报警电路在单片机P2口的控制下，可以在检测到火灾时发出声音报警信号。声音报警信号由专门的语音芯片PB2130UP002A提供，由单片机P2.0控制。只有当该信号为高电平时，芯片才会根据控制端的控制信号发出报警声，否则不会发声报警。由于该报警器约需10mA的驱动电流，因此，选择TTL系列集成电路7406或7407低电平驱动。如图4-10所示。图4-10中，驱动器的输入端接AT89C51的P2.0，当P2.0输出高电平“1”时，7406的输出为低电平，低压电蜂鸣器引线获得将近5V的直流电压，而产生蜂鸣音响；当P2.0端输出低电平“0”时

41、，7406输出端升高到约+5V，压电蜂鸣器的两引线间的直流电压降至近于0V，发生停止。图4-10 声音报警接口4.5.1 LED显示器由P2口的P2.4P2.7分别控制BS212共阴极数码管，予以进行光报警并显示着火的地方。LED是发光二极管的缩写。通常所说的LED显示器由7个发光二极管组成，其排列形状分别如图4-11和4-12所示。本设计选用的是BS212共阴极数码管，即就是把发光二级管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。图4-11 符号和引脚 图4-12 共阴极LED显示器4.6 接口芯片8243综合考虑成本

42、投入以及产品特性，本系统用8243芯片扩展单片机的并行I/O口。8243为24脚的双列直插式芯片，其与AT89C51连接如图4-13所示。图4-13 8243与AT89C51连接图该芯片共有4个4位的并行I/O端口，即P4、P5、P6和P7口，这四个端口均可独立地设置或为输入口或为输出口。由于各端口均为4位，因此十分适宜用于BCD码的输入/输出。CS为芯片的片选信号，低电平有效。4.7 电源系统设计电源系统设计在实际开发单片机应用系统中占有很重要的位置。由于很多实际应用系统工作环境比较复杂，所以电源设计就有很高的要求，既要稳定，又要有很高的抗干扰能力。对于要求较高的系统，通常电源选择比较可靠的

43、专业厂家设计的稳定电源系统。本章的电源系统，选择稳压的电源，然后通过电源检测控制部分电路连接到主板的电源系统。单片机检测到火灾信息后，应该能够自动切断主电源，所以该系统的电源设计要求具有备用电源。另外，电源检测控制部连接到电池上，一旦发生断电现象，电源检测控制部分电路要及时地切换到电池上，并且报告鼓掌。通常，把稳压电源成为主电，电池成为备电。由于火灾自动报警系统的连线要求是24V电压，所以电源系统选择的是能输出24V和5V的稳压电源模块以及24V备电电池。综上所述，电源系统设计主要是设计电源检测控制部分电路，其要完成的任务如下：（1） 检测电源部分电压情况并及时报告故障；（2） 检测电池部分电

44、压情况并及时报告故障；（3） 如果主电路发生故障，及时切换到备电且不能影响CPU正常工作；（4） 根据第3点的要求，需要在电源检测控制部分电路上设计储电部分，通常采用几个大容量的电解电容并连到5V电压上即可；（5） 具有将备电电池24V电压降到5V电压的电路。电源电路板设计图如图4-14所示。图4-14 电源电路板设计4.8消防联动装置消防联动装置的设计在火灾自动报警系统的总体设计中占据了重要的位置。本设计中的消防联动装置用的是电磁阀控制，其工作原理简单，操作简单，经济实用。装置具体如图4-15所示。用单片机AT89C51控制24V直流电磁换向阀运动，信号通过单片机端口送出，经三极管的开关放大

45、作用，接直流固态继电器，然后接负载，因此电磁阀是感性负载，其两端并联一个二极管。图4-15 消防联动装置由于本设计中，消防联动装置的设计仅仅是设计的一部分，使用在特定环境时，其各项参数都不是恒定的值，但工作原理大同小异，所有具体的电阻值及元件型号不用选定。在实际工程应用中，应根据情况再做变化。第5章 系统软件的设计5.1主程序设计主程序主要用来进行初始化，设置8243的口地址及控制字，并对检测结果进行核对、控制。其流程图如图5-1所示。图5-1 火灾报警系统的主流程图5.2读数子程序读数子程序主要用来读入8243输入口的信息，并检查是否有报警信号，程序流程如图5-2所示。根据流程图编程如下所示

46、。图5-2 读数子程序流程图 5.3 核对子程序核对子程序主要用于核对火警的真实性，以防止发生误报，故在核对子程序中先延时3s,然后再次读入相同口的信号，比较后作出判断是否报警。程序流程如图5-3所示。图5-3 核对子程序流程图5.4 查找报警电子程序查找报警电子程序要完成三项任务：第一项任务是判断当前读的是8243四个口中的哪一个；第二项任务是判断这个口所在的片；第三项任务是判断这个口有哪几个不为零点。定义为PX.0-PX.4（X=47）。程序流程如图5-4所示。根据流程图编程如下所示。图5-4 查找报警点子程序流程图5.5 显示及报警子程序显示及报警子程序主要用于对所查找的报警点进行显示报警，其程序流程如图5-5所示。图5-5 显示及报警子程序第6章 总结与展望6.1 总结本文所设计的基于AT89C51单片机的火灾自动控制系统，在该系统的研究和设