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1、编号：本科毕业论文（设计）基于单片机的智能火灾语音报警系统设计 系 （院）：信息工程系姓 名：刘元学 号：专 业：通信工程年 级：2008级指导教师：姚巧鸽职 称：讲师完成日期：2012年5月摘 要火灾自动报警系统能对火灾进行实时监测和准确报警，有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全的重要意义，有着很大的经济效益和社会效益。本设计基于单片机8051、集成语音芯片ISD1420、AD转换器、 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,着重讲述了该系统的组成形式及工作原理。该系统能自动完成对布测点检测，
2、确认火警后能自动报警。本系统可安装在各防火单位，它负责不断地向所监视的现场发出巡检信号，监视现场的温度、浓度等，并不断反馈给报警控制器，控制器将接到的信号与内存的正常整定值比较、判断确定火灾。当发生火灾时，可实现语音报警、浓度显示等，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的语音自动报警系统，具有一定的实用价值。关键词 ：自动报警；单片机；传感器 AbstractAutomatic fire alarm system can monitor and accurate fire alarm, with preventing and reducing fire damage, prot
3、ect the personal safety and property of the importance of safety significance, has great economic benefits and social benefits.This design based on the single chip computer 8051 , integrated voice chip ISD1420 chips are introduced , A/D converter , integrated temperature sensor AD590 to and gas sens
4、or TGS202 ,use multi-sensor information fusion technology ,complete voice alarm practical ,reliable single chip microcomputer automatic alarm system voice ,the emphasis on the form of the system and the working principles.This system can automatically to accomplish to the points which are acute to t
5、emperature. It can also send out alarm when a fire has broke out. The system can be installed in all fire units, which is responsible for continuously monitoring the site to start the inspection signal, monitor the site of temperature, concentration, and continuous feedback to the alarm controller,
6、the controller will receive the signal and the normal memory setting value was determined by comparing to determine the fire. When fire occurs, can achieve sound and light alarm, concentration display, alarm limit settings and delay alarm is a simple structure, stable performance, easy to use, inexp
7、ensive, intelligent smoke sensor, has some practical value.Keywords : Automatic alarm ; MCU ; Transducer 目 录1 绪论11.1 国内外的研究现状11.2 课题研究的背景和意义21.3 主要内容和要求32 火灾报警系统整体方案设计42.1 系统总体功能概述42.2 系统硬件总体构架42.3 系统软件总体构架53 火灾报警系统硬件设计73.1 系统核心芯片选择73.1.1 传感器73.1.2 ISD1420语音芯片83.1.3 80C51芯片93.1.4 数码管驱动芯片113.2 单片机外围接
8、口电路123.2.1 晶振电路123.2.2 复位电路123.3 数据采集和信号处理电路133.4 模数转换电路143.5 报警电路163.5.1 语音报警电路163.5.2 光报警电路173.6 数码管显示电路173.7 火灾报警温度门限设置电路184 火灾报警系统软件设计194.1主程序流程194.2 主程序初始化流程204.3 数据采集流程204.4 火灾判断与报警215 仿真与调试236 结论25致 谢27附录I附录电路原理图I附录 仿真程序II1 绪论1.1 国内外的研究现状现代火灾自动报警系统已有百余年的发展历史，19世纪40年代美国诞生的火灾报警装置标志着火灾自动报警系统首次进入
9、人们的视野。1890年在英国，感温式火灾探测器研制成功并应用于火灾探测系统，标志着火灾自动报警系统的发展走上正轨。此后，随着世界科技取得了突飞猛进的进步和各种新兴技术的出现和发展，火灾监测技术也相应迅速发展，各种类型的火灾探测器相继问世，并日臻完善，火灾自动报警系统也在此基础上逐渐地蓬勃发展起来，其发展过程可以分为以下几个阶段:第一阶段，从19世纪40年代至20世纪40年代，火灾报警系统处于发展的初级阶段，采用的探测器主要是感温式的探测器，它通过采集温度信号，然后判定是否超出设定的阂值，从而判断是否有火灾发生。这一阶段，火灾报警系统简单，仅靠单一的温度参量进行火灾判断。但是它易受环境中其他干扰
10、源的影响，灵敏度低，响应速度慢，无法判断阴燃火灾，也无法满足智能化火灾报警系统的要求。第二阶段，20世纪40年代末，瑞士物理学家 Emst Meili研究的离子感烟探测器推出以后，引起了人们对离子感烟探测器的重视，随后感烟探测器得到广泛应用，并逐渐占据了绝大部分市场，迫使感温式探测器退居其次；到70年代末，光电式感烟探测器在光电技术的基础上发展起来，并很快得到大力发展，它的使用寿命长，抗干扰能力强，没有离子感烟探测器的放射性问题。在这一阶段，火灾报警系统普遍采用多线制布局方式，布线、调试、系统可靠性是系统发展的瓶颈。第三阶段，20世纪80年代初期，总线型火灾报警系统开始兴起，在火灾报警领域中迈
11、出了一大步，并得到了较普遍的应用。它使得布线工作量显著减少，安装调试更加容易，更能精确报警定位。但是这一时期的火灾报警系统的智能化水平不高，采用有线连接对工程要求高。第四阶段，从20世纪80年代中后期开始，随着计算机技术、控制技术、集成电路技术、传感器技术及智能技术的快速发展，火灾自动报警系统步入智能化时代，智能化火灾报警系统迅速发展起来，各种智能型的火灾自动报警系统相继出现。模拟量可寻址技术的应用使得火灾报警系统的安全性、精准性和智能性有了很大提高，在火灾自动报警系统发展史上具有里程碑的意义。在我国，采用的无线通信方式的火灾自动报警系统日益受到重视。火灾自动报警系统的智能性主要体现在火灾判决
12、和统筹管理方面，一般分为分散式、集中式和分布式。分散式系统由非智能型控制器若干智能型探测节点组成，由探测节点完成火灾状态的判断；集中式系统由智能型控制器和若干非智能探测节点构成，探测节点仅将火灾参量传送给控制器，由控制器智能地判断火灾状态；分布式系统的控制器和探测节点均为智能型，也是今后火灾自动报警系统的发展方向。1.2 课题研究的背景和意义在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。火灾是世界上发生频率较高的一种灾害，几乎每天都有火灾发生。随着经济和城市建设的快速发展，城市高层、地下以及大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，火灾发生的数量及其造成的损失呈逐
13、年上升趋势。一旦发生火灾，将对人的生命和财产造成极大的危害。严峻的事实证明，随着社会和经济的发展，社会财富日益增加，火灾给人类、社会和自然造成的危害范围不断扩大，它不仅毁坏物质财产，造成社会秩序的混乱，还直接危胁生命安全，给人们的心灵造成极大的伤害。残酷的现实让人们逐渐认识到监控预警和消防工作的重要性，良好的监控系统和及时的报警机制可以大大降低人员的伤亡，为社会减少不必要的损失。火灾自动报警系统(FAS)就是为了满足这一需求而研制出的，并且其自身的技术水平也在随着人们需求的不断地提高，在功能、结构、形式等方面不断地完善。火灾自动报警系统能迅速监测火情，可发现人们不易发觉的火灾早期特征，可将火灾
14、带来的生命财产损失降到最低限度。火灾发生的早期，会使得燃烧物质分解，析出大量的有毒气体CO，人们可能在毫无察觉火情的情况下就发生了CO中毒，从而无力逃生，火灾自动报警系统可监测到CO浓度的变化，为人们提供CO浓度超标报警信息，通知人们及时疏散。火灾自动报警系统可作为城市消防系统的单元，通过城市消防专用网与城市消防报警中心联网，及时将报警信息传递到消防报警中心，城市消防报警中心会自动查找到火灾发生的位置，并为消防队员制定消防路线图，以便消防队员可以迅速抵达火灾地点。火灾自动报警系统能对火灾进行实时监测和准确报警，有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全的重要意义，有着很大的经济效益和社会效
15、益。1.3 主要内容和要求本设计以80C51单片机作为核心控制电路的火灾智能语音报警系统，通过传感器检测出火灾发生阶段所产生的烟雾、 温度信号并且连同外界相关的环境参数一起传送到显示屏以及信号处理系统，允许前置电路对信号进行放大、滤波、电平调整信号的要求。当检测的信号值大于内部存储的设定的火灾发生上限值时，发出指令，实现语音报警，达到预期效果，提醒工作人员救灾。为了提高系统的准确性，本设计采用两次采集和判断。当两次采集的数据大于设定的门限时，红色指示灯亮，系统发出火灾报警语音信号；当两次采集的数据小于设定的门限时，系统不发出火灾报警语音信号，此时没有火灾发生，且绿色指示灯亮，说明外部环境正常；
16、当两次采集的数据一个大于设定门限，一个小于设定门限，系统发出报警，同时黄色指示灯亮。检测人员通过观察显示屏的数据，能够判断当前环境的情况，能够更好地提前预防火灾发生以及采取有效的防御措施，避免不必要的意外损害、人员伤亡和财产损失。当检测人员发现显示屏的数据超过火灾发生的上限值时，检测人员能够按动报警按钮，开始报警提醒人们火灾的发生以及救灾人员的救援。当系统自动检测到的温度和烟雾浓度达到火灾的上限值时，系统发出报警指令，控制报警器实现语音报警功能。当检测人员发现显示屏的数据超过火灾发生的上限值时，检测人员也能够按动报警按钮，使报警器能够有效的正常工作。为了完成本次设计，本人经多方面查阅资料。在设
17、计过程中，综合自己所掌握的专业知识，整个系统基本实现了预期的目标。本报警器电路结构简单、可维护性好。由于实现了对普通环境中烟雾浓度和温度的实时监控，因此具有非常普遍的意义。2 火灾报警系统整体方案设计2.1 系统总体功能概述火灾报警系统一般由火灾探测器、报警器组成。火灾探测器通过对火灾发出的物理、化学现象气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、光（火焰）的探测，将探测到的火情信号转化成火警电信号传递给火灾报警控制器。报警器将接收到火警信号后经分析处理发出报警信号，警示消防控制中心的值班人员。整体电路的框图如图2-1所示。传感器放大电路模数转换单片机状态指示灯声音报警温度浓度显示判决门限 图
18、2-1 系统原理及组成框图2.2 系统硬件总体构架报警系统主要由数据采集模块、单片机控制模块、声光报警模块组成。图2-2为火灾报警硬件系统的结构框图 。数据采集模块烟雾、温度传感器信号调节电路A/D转换电路单片机声、光报警温度浓度显示图2-2 硬件系统结构框图单片机是整个报警系统的核心。系统的工作原理是：先通过传感器 (包括温感和烟感)将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号，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 ,然后由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，最后单片机判断现场是否发生火灾。如果发生火灾，系统以
19、语音、光的形式报警。本文设计的单片机火灾报警系统适用于小型防火单位，系统具有以下特点:(1)能对室内烟雾(CO2, CO) 及温度突变进行报警,具有声、光双重报警功能。(2)系统故障报警功能。当系统出现硬件故障时，能发出故障报警信号。(3)异常报警功能。当环境出现异常(如烟雾浓度过大或是温度较高)时，能发出异常报警信号，引起人们注意，尽可能避免火灾的发生。(4)火灾报警功能。一旦真出现火灾(烟雾和温度同时出现异常)时，能立即发出语音、光警报 。2.3 系统软件总体构架为了便于系统维护和功能扩充，采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。本系统主要包括数据采集子程
20、序、火灾判断与报警子程序等，系统程序流程图如图2-3所示。初始化温度烟雾信号采集判断报警判断火灾报警异常报警手动复位正常图2-3 程序流程图 为了降低误报率，系统采用多次采集、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，然后综合多次判断结果做出最终的火情判断。主程序是一个无限循环体，其流程是：首先在上电之后系统的各部分包括单片机各个端口输入输出的设置、外围驱动电路和数据存储电路等完成初始化，其次是对芯片内的程序进行初始化，接下来执行火灾报警系统中的数据采集任务，数据通信任务和查询判断任务。3 火灾报警系统硬件设计3.1 系统核心芯片选择本次设计主要用到单片机、传感器、语音芯
21、片、数码管及数码管驱动芯片。3.1.1 传感器本设计中的传感器主要有温度传感器和气体传感器。为了能准确地进行火灾报警，需要选择合适的温度和烟雾传感器。综合考虑各因素，本文选择集成温度传感器AD590 和气体传感器TGS202 用作采集系统的敏感元件。（1） AD590温度传感器AD590是美国Analog Devices公司生产的一种电流型二端温度传感器。由于AD590 是电流型温度传感器，它的输出同绝对温度成正比，即1A/K，而数模转换芯片ADC0809 的输入要求是电压量，所以在AD590 的负极接出一个10k的电阻R26和一个100的可调电阻R27 ,将电流量变为电压量送入ADC0809
22、。通过调节可调电阻，便可在输出端VT 获得与绝对温度成正比的电压量，即10 mV/K。AD590的引脚和应用电路如图3-1所示。图3-1 AD590引脚图和应用电路图AD590有以下特点： AD590的测温范围-55+150。 AD590的电源电压范围为4V-30V。电源电压可在4V-6V范围变化，电流变化1uA，相当于温度变化1K。AD590可以承受24V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会损坏。 输出电阻为710M； 精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线形误差0.3。 电阻采用激光修刻工艺，使在+ 25 ( 298.2K) 时
23、，器件输出2.982A 。(2) TGS202气体传感器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3-2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0.06%)时,VA 端获得适当的电压（设为3V）。烟雾传感器输出电压V与烟雾浓度P关系为：V=-0.3P+5.6。图3-2 TGS202应用电路图3.1.2 ISD1420语音芯片（1） ISD1420各引脚及其功能 电源（VCCA，VCCD）：
24、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。模拟和数字电源端最好分别走线，尽可能在靠近供电端处相连，而去耦电容应尽量靠近芯片。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（）：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。 边沿触发放音（）：此端出现下降沿时，芯片开始放音。 电平触发放音（）：此端出现下降沿时，芯片开始放音。 图3 -3 ISD1420引脚录音指示（）：处于录音状态时，此端为低,可驱动LED。话筒参考（MICREF）：此端是前置放大器的反向输入
25、。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。模拟输出（ANAOUT）：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（ANAIN）：此端即芯片录音的输入信号。对话筒输入来说，ANAOUT端应通过外接电容连至本端。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
26、内部有下拉元件，不用时应接地。输入时钟的占空比无关紧要，因为内部首先进行了分频。地址（A0-A7）：地址端有两个作用，取决于最高两位A7、A6的状态。（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，串行口向CPU申请中断，响应中断后，CPU便可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。3.1.3 80C51芯片 下面按引脚功能分为4个部分叙述个引脚的功能。 （1）电源引脚VCC和VSS VCC（40脚）：接+
27、5V电源正端； VSS（20脚）：接+5V电源正端。 （2）外接晶振引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1（19脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成采 图3-4 80C51芯片的引图用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHOMS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。 XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至片内振荡反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。对于CHMOS芯片，该引脚悬空不接。（3）控制信号或与其它电源复用引脚控制信号或与其它电源复用引脚有RST/V
28、PD、ALE/P、PSEN和/VPP等4种形式。 RST/VPD（9脚）：RST即为RESET，VPD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机复位到初始状态。当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（+5V）为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。 ALE（30脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0口的低8位地址。 PSEN(29脚):片外程序存储器读选通输出端,低电平有效。当从外部程序存储器读取指
29、令或常数期间，每个机器周期PESN两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据存储器期间，PESN信号将不出现。/VPP（31脚）：为访问外部程序储器控制信号，低电平有效。当端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器4KB（MS52子系列为8KB）。若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。当端保持低电平时，无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。对于片内含有EPROM的单片机，在EPROM编程期间，该引脚用于接21V的编程电源VPP。（4）输入/输出（I/O）引脚P0口、P1口、P2口及P3口 P0口（39脚-22脚）：P0.0-P0.7统称为P0口。当不接外部存储
30、器与不扩展I/O接口时，它可作为准双向8位输入/输出接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O口时，P0口为地址/数据分时复用口。它分时提供8位双向数据总线。对于片内含有EPROM的单片机，当EPROM编程时，从P0口输入指令字节，而当检验程序时，则输出指令字节。 P1口（1脚-8脚）：P1.0-P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。对于MCS52子系列单片机，P1.0和P1.1还有第2功能：P1.0口用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2；P1.1用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。对于EPROM编程和进行程序校验时，P0口接收输入的低8位地址。 P2口（21脚-28脚）：P
31、2.0-P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时，P2口用于高8位地址总线送出高8位地址。对于EPROM编程和进行程序校验时，P2口接收输入的8位地址。 P3口（10脚-17脚）：P3.0-P3.7统称为P3口。它为双功能口，可以作为一般的准双向I/O接口，也可以将每1位用于第2功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。P3口的第2功能见表3-1。表3-1 P3管脚含义引脚第2功能P3.0RXD（串行口输入端）P3.1TXD（串行口输出端）P3.2（中断0请求输入端，低电平有效）P3.3（中
32、断1请求输入端，低电平有效）P3.4T0（时器/计数器0计数脉冲端）P3.5T1（时器/计数器1计数脉冲端）P3.6（部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）P3.7（部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）综上所述，MCS51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点：（1）单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚具有第2功能。（2）单片机对外呈3总线形式，由P2、P0口组成16位地址总线；由P0口分时复用作为数据总线。3.1.4 数码管驱动芯片ICM7218 是INTERSIL公司生产的一种性能价格比较高的通用8 位LED 数码管驱动电路, 28 脚双列封装,是一种多功能L ED 数码管驱动芯片
33、,可与多种单片机接口使用。ICM7218 的输出可直接驱动LED显示器,不需外接驱动电路,工作电压为+5V,其构成的显示电路结构简单,使用方便。同样由单片机向ICM7218写控制字及数据，编程部分像给外部RAM写数据一样简单。当单片机写入模式控制字后，ICM7218以约定的方式接收显示数据并将数据写入静态显示RAM中。数据接收结束，ICM7218在扫描控制电路的控制下，按设定的译码模式，以动态扫描显示方式向段显示驱动器和位控驱动器发出控制信号，直到下一个控制字写入前，不停地进行动态显示工作。其引脚图和内部框图如图3-7所示。段码和小数点D pMODE位选信号ID0-ID7WR控制器写地址计数器
34、多位器振荡器位驱动器88静态RAM十六进制译码器段驱动器 图3-7 ICM7218引脚图及内部框图3.2 单片机外围接口电路单片机外围接口电路主要有晶振电路和复位电路。3.2.1 晶振电路晶振电路为单片机80C51工作提供时钟信号，芯片中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振荡器一起构成自激振荡器。电路中的外接石英晶体及电容C2、C3接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路，系统的晶振电路如图3.8所示。由于外接电容C2、C3的容量大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振
35、的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，电容的容量大小范围为10pF-30pF；如果使用陶瓷谐振，则电容容量范围大小为10pF-40pF。本设计中使用石英晶体，电容的容值设定为30pF。3.2.2 复位电路复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。80C51的复位信号是从REST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RE
36、ST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位，本设计采用的是手动按钮复位。手动按钮复位需要人为在复位输入端REST上加入高电平,采用的办法是在REST端和正电源VCC之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则VCC的+5V电平就会直接加到REST端，系统复位。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，设计完全能够满足复位的时间要求。复位电路中S1为手动复位开关，电容C1可避免高频谐波对电路的干扰。80C51的复位电路如图3.8所示。图3-8 80C51晶振和复位电路原理图3.3 数据采集和信号
37、处理电路本系统通过传感器接收温度信号和烟雾信号，完成对数据的采集。由于传感器输出的模拟信号比较微弱，且含有干扰信号，所以系统需要将信号进行放大、过滤 。对于传感器输出的模拟信号，一般要用运算放大器对其进行调理或放大，以满足A/D转换器对输入模拟量幅值及极性的要求。在本报警器电路中，同样要对两类传感器的输出信号进行放大调理。电路图如图3-9所示，运算放大器接成电压放大电路。从传感器采集过来的微弱电压信号，经过电压放大器的放大，得到较强的模拟电压信号。采样时，把相应的模拟电压信号从Vi端送进LM324进行放大处理后，从VO端输出送入A/D转换电路。图3-10 数据采集和信号处理电路3.4 模数转换
38、电路由于传感器采集的信号是模拟信号，单片机无法识别，因此必须将模拟信号转换为数字信号才能被单片机识别。本设计中的A/D是通用8位芯片ADC0809，烟雾、温度传感器的输出端经过放大电路后分别接到ADC0809的IN0和IN1。 ADC0809的通道选择地址由80C51的P0.0P0.2经地址锁存器74LS373输出提供。（1）ADC0809芯片的几个重要管脚功能如下：ALE：地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进行转换。A、B和C为地址输入线，用于选通IN0-IN7上的一路模拟量输入. 当P
39、3.0=0时，与写信号共同选通ADC0809。START：转换启动信号，当START上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，START应保持低电平。EOC：转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE：输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。当OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。（2）ADC0809的时钟电路ADC0809的工作时钟信号为500KHz，因其内部没有时钟电路，所以时钟信号由外部80C51的ALE端口提供。系统80C51与ADC0809接口电路如图3-10所示。图3-
40、10 80C51与ADC0809接口电路原理图当80C51的ALE端口不访问外部存储器时，80C51的ALE端以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，故晶振设定12MKz，再经过二分频电路，单片机即可向ADC0809输出500KHz的时钟信号。二分频电路由D触发器实现，R、S端接地，D接，Q端作为输出端，CLOCK接80C51的ALE端。D触发器的特性方程为 D=Q (n+1) 当CP=1时，D触发器有效；CP=0时，触发器保持原来状态。由于本火灾报警系统只采集温度、烟雾信号，经过调理的温度、烟雾信号分别进入ADC0809的IN0和IN1端口，其余输入引脚接地，8个数字量输出引脚接80C5
41、1的P2口。单片机的P2口接受ADC0809传输来8位数字量，向A/D输出的8位地址经地址锁存器74LS373锁存，选择低3位地址作为A/D的通道选通地址。ADC0809通道选通如表3-2。表3-2 ADC0809通道选通通入通道IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7A00001111B00110011C01010101本设计使用74LS373作为地址锁存器，当三态允许控制端为低电平时，输出端O0-O7为正常逻辑状态。当为高电平时，O0-O7呈高阻态，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。图中三态允许控制端接地，表示三态门一直打开。锁存允许端LE连接单片机的ALE端，当LE为高电平时，输出
42、端O0-O7 状态与输入端D0-D7状态相同；当LE由“1”变为“0”时，数据输入锁存器中锁存。当P3.0=0时，与写信号共同选通ADC0809。ADC0809的ALE信号与START信号连在一起，在信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。当单片机的ALE端口变为高电平时，将74LS373输出端的低3位地址存入A/D的地址锁存器中，此地址经译码选通8路模拟输入之一。START上升沿将A/D内的寄存器清零，下降沿启动 A/D转换，之后EOC端变成低电平，指示转换正在进行。例如，输出地址F8H可选通通道IN0，实现对温度传感器输出的模拟量进行转换；输出地址F9H可选通通道IN1，实现对烟雾传感器
43、输出的模拟量进行转换。ADC0809的转换结束状态信号EOC经过反相器后接到80C51的引脚，当A/D转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，结果数据已存入锁存器,并产生中断。当80C51知道A/D转换完成后，P3.0与读信号共同控制A/D端口OE电平变为高电平，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到单片机P2口。3.5 报警电路报警电路主要有语音报警和光报警。3.5.1 语音报警电路图3-11 语音报警电路火灾发生时，要使的系统发出“起火了”的声音，必须对系统进行初始化，使P3.4为高电平，P3.5为低电平，对芯片ISD1420提前进行录音。为了提高系统抗干扰能力，在电源与地之间连接0.
44、1uF的电容。系统还增加了手动报警的功能，当工作人员看到显示器上面的温度、浓度超过设定的门限时，按下按键S2，系统立即报警。单片机读取ADC0809输出到P2口的数字信号跟设定的报警门限值进行判定。如果大于设定值，P3.5输出低电平，控制语音芯片ISD1420的发出语音报警；如果小于设定值，P3.5输出高电平，说明正常，没有火灾发生。3.5.2 光报警电路图3-12 光报警电路单片机读取ADC0809输出到P2口的数字信号跟设定的报警门限值进行判定。如果大于设定值，P1.4、P1.5、P1.7输出高电平，P1.6输出低电平，控制红色发光二级管的发光，实现光报警功能。 如果小于设定值，P1.5、
45、P1.6、P1.7输出高电平，P1.4输出低电平，控制绿色发光二级管的发光，说明正常，没有火灾发生。如果出现异常情况，P1.4、P1.6、P1.7输出高电平，P1.5输出低电平，控制黄色发光二级管的发光。 3.6 数码管显示电路数据采集进来并被成功地由模拟量转化为数字量后，就被传送到系统的显示模块，让人们更直接地观察到相关数据。在本系统中，对LED进行的是动态扫描，除了给显示器提供段的输入之外，还要对显示器进行位控制。系统显示用的4位七段数码管由数码管专用驱动芯片ICM7218A驱动，分别接数码管的a、b、c、d、e、f、g，DIGIT1、DIGIT2、 DIGIT3、 DIGIT4为位选端，分别控制4位数码管的亮灭，ID0-ID7为数据线，接单片机P2口。 、MODE是写控制位和模式控制位，分别接单片机P3.6、P3.1，其电路图如图3-13所示。图3-13 数码管显示电路3.7 火灾报警温度门限设置电路图3-14 报警门限设置电路由于单片机在工作时候P1口都是低电平，因此在外接一个电源，由开关控制闭合时，可以调节P