建筑類畢業(yè)論文---大空間火災監(jiān)控系統(tǒng)

1、<p><b>　　XXXXXXX學院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設計</b></p><p><b>　　題 目 </b></p><p>　　姓 名 </p><p>　　學 號 </p>

2、;<p>　　專業(yè)班級 </p><p>　　分 院 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　20XX年XX月XX日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　大空間火災監(jiān)控系統(tǒng)主要應用于各種大型建

3、筑及其它公共設施中，實現(xiàn)對這些場所早期的報警功能，達到預期的目的。</p><p>　　這種火災監(jiān)控系統(tǒng)是一個集信號檢測、傳輸、處理和控制與一體的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用DALLAS公司研制、生產(chǎn)的智能型DS18B20溫度傳感器，以及MQ-2煙霧傳感器模塊作為探測器，將探測器所檢測到的能充分反映現(xiàn)場火災因素采集到火災控制器，經(jīng)過火災控制器根據(jù)預期設計好的火災模式判斷，實現(xiàn)對火災早期的準確報警和對相應的現(xiàn)場消防設備的聯(lián)

4、動控制。</p><p>　　為了適應不同規(guī)模的工程的應用，便于信息的遠程傳輸和系統(tǒng)的安裝、維護，該系統(tǒng)采用模塊化結構，應用多種標準串行總線（如RS-485等）形成一個網(wǎng)絡系統(tǒng)。在這個網(wǎng)絡系統(tǒng)中，探測器完成對火災信號的檢測，然后數(shù)據(jù)傳輸?shù)交馂目刂破?。同時，每個控制器可以通過RS-485總線將相應的報警信息傳給位于各個位置的下位機，從而形成一個完整的防火、早期滅火局域網(wǎng)。</p><p>　

5、　關鍵詞：火災監(jiān)控系統(tǒng)；傳感器；模塊化結構；局域網(wǎng)</p><p>　　Abstract：Large space fire monitoring system is mainly used in various large buildings and other public facilities, which aims to achieve the intended purpose of getting ear

6、ly warning function of these sites.</p><p>　　The fire monitoring system is a control system which is combined with functions of signal detection, transmission, processing, and control and integrated. The det

7、ector of this system is DS18b20 and smoke detector MQ-2 sensor module, the former is developed by DALLAS Company, it is a intelligent temperature sensore.the both detectors collect factors which they detect and could ref

8、lect the fire scene, and then transmit to the fire controller. After receiving the message from the both detectors, fi</p><p>　　In order to adapt to the application of different scale of projects, to facilit

9、ate remote transmission of information and system installation and maintenance, the system is formed as a network system by using modular structure and the application of a variety of standard serial bus(e.g. RS-485,ect)

10、.in this network system, the detectors detect the fire, and the fire message is transferred to the fire controller, every lower computer gets the warning message from homologous controller through RS-4</p><p&g

11、t;　　Key words：Fire supervisory system；Fire controller；Main line；Local area network</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p>&

12、lt;p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 火災報警控制系統(tǒng)發(fā)展歷史1</p><p>　　1.2 系統(tǒng)主要結構和功能2</p><p><b>　　2 方案論證4</b></p><p>　　2.1 火災監(jiān)控系統(tǒng)設計方案4</p><

13、;p>　　2.2 火災監(jiān)控系統(tǒng)方案論證4</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路的設計6</p><p>　　3.1 中央處理器——STC89C516</p><p>　　3.1.1 STC89C51RC/RD+系列單片機6</p><p>　　3.1.2 STC89C51RC/RD+系列單片機的內部結構7</p>

14、<p>　　3.2 STC89C51單片機最小系統(tǒng)8</p><p>　　3.3 下位機輸入通道元器件選擇8</p><p>　　3.3.1傳感器選擇8</p><p>　　3.3.2 A/D轉換器選擇10</p><p>　　3.3.3下位機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計12</p><p>　　3.4 鍵

15、盤/顯示接口電路設計13</p><p>　　3.5 報警電路設計14</p><p>　　3.6 電源電路設計15</p><p>　　3.6.1 +5V3A直流穩(wěn)壓電路原理15</p><p>　　3.6.2 +5V3A直流穩(wěn)壓電路參數(shù)設計16</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設計18</p&g

16、t;<p>　　4.1 主機程序流程圖18</p><p>　　4.1.1 DS18B20子程序流程圖19</p><p>　　4.1.2 MQ-2煙霧傳感器模塊子程序流程圖20</p><p>　　4.1.3 LCD1602子程序流程圖21</p><p>　　4.1.4 AD轉換子程序流程圖22</p>

17、<p>　　4.2 總體程序23</p><p>　　5 硬件制作及調試24</p><p>　　5.1 使用的儀器儀表及工具24</p><p>　　5.2 硬件制作與調試24</p><p>　　5.2.1系統(tǒng)PCB板的設計24</p><p>　　5.2.2 系統(tǒng)硬件調試25<

18、/p><p>　　5.3 軟件調試25</p><p><b>　　6 總結27</b></p><p><b>　　致謝28</b></p><p><b>　　參考文獻29</b></p><p>　　附錄1：電路原理圖30</p&g

19、t;<p>　　附錄2：PCB板31</p><p>　　附錄3：主要程序32</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 火災報警控制系統(tǒng)發(fā)展歷史</p><p>　　火災報警控制系統(tǒng)的研究開發(fā)在國外的起步比較早，我國是在二十世紀八十年代中期才有個別企業(yè)開始這方面的研究

20、開發(fā)。隨著越來越多的產(chǎn)品進入市場，國家也制定了相應的檢驗標準，當時都是多線制的開關量系統(tǒng)，整個系統(tǒng)呈星型接法，每個探測器分別用兩根線與控制器相連，系統(tǒng)中的探測器只能反映出三種狀態(tài)，分別表示報警、正常和故障，隨后出現(xiàn)n+1線制的開關量系統(tǒng)，也就是說n個探測器共用一根地線，這樣就在一定程度上減少了系統(tǒng)的布線。</p><p>　　隨著單片機技術的普遍應用，同時也因為多線制（包括n+1線制）系統(tǒng)在工程安裝、布線和維修都

21、很不方便，人們開始將單片機技術用于火災報警控制系統(tǒng)。從而在二十世紀八十年代后期在國內出現(xiàn)了總線制開關量火災報警控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)仍然采用開關量探測器，探測器被安裝在編址底座上，底座同時具有檢測探測器工作狀態(tài)的功能和控制通信的能力。一定數(shù)量帶有探測器的編址底座以并聯(lián)的方式連接在兩根串行總線上，形成一個通信回路（以下我們將這樣的總線稱為回路總線）。每臺控制器可以用多個獨立的回路總線。每個報警系統(tǒng)也可以由多臺控制器通過特定的串行總線連接起來，

22、以方便的適應不同規(guī)模的建筑物。</p><p>　　這種總線制火災報警系統(tǒng)的出現(xiàn)不僅使得該領域在技術上取得了較大的發(fā)展，而且也為工程施工、布線、調試、維護帶來了極大的方便。人們不需要一根一根的對線、布線，而只要將探測器和安裝底座像接燈泡一樣并聯(lián)在回路總線上。當系統(tǒng)發(fā)生報警或故障時，都能在控制器上反映出每個點的具體位置。但是這種控制系統(tǒng)與同時期的國外的火災報警控制系統(tǒng)有一定的差距。一九九四年在國內規(guī)模最大的北京國際

23、消防產(chǎn)品博覽會上，國外一些廠家將他們的智能火災報警控制系統(tǒng)拿來展出，使得國內同行們對智能火災報警控制系統(tǒng)有了初步的了解。相比之下，我們當時流行的總線制開關量系統(tǒng)就顯現(xiàn)出了很多弊端。如開關量系統(tǒng)只能反映出火災發(fā)展過程中的兩個狀態(tài)，即要么是正常，要么是報警。它無法反映出火災發(fā)生的全過程，難以實現(xiàn)對灰塵和潮濕等非火災因素造成的探測器的靈敏度的漂移進行自動補償，同時對超出補償容限的探測器實施污染報警；無法根據(jù)使用環(huán)境和工作的時間段不同而對探測器

24、的靈敏度自動調節(jié)；也不能對探測器本身的工作狀態(tài)進行自動測試等等。此后，國內部分企業(yè)開始研究、開發(fā)智能型火災報警控制系統(tǒng)。時隔兩年，在一九九六年的北京國際消防產(chǎn)品博覽會上，國內十幾家企業(yè)都推出了自己</p><p>　　1.2 系統(tǒng)主要結構和功能</p><p>　　大空間火災實驗室監(jiān)控系統(tǒng)是由火災報警控制器、火災探測器、手動報警裝置、報警裝置等組成。如圖1.1所示。在圖 1.1中，各種典型

25、的火災探測器和手動報警按鈕位于保護建筑內，下位機傳送火警信號，控制器經(jīng)正確判斷或火災確認后啟動聲報警裝置，通告有關人員逃生，同時啟動執(zhí)行環(huán)節(jié)滅火。系統(tǒng)也應該報出系統(tǒng)的斷線、短路及接地等故障。該系統(tǒng)的中心是火災報警控制器。如圖1.1所示，它主要分五部分：</p><p><b>　　1.輸入單元</b></p><p>　　它接收人工或自動火災探測器送來的信號，送至CP

26、U加以判斷，確認，并認識相應的編碼地址。</p><p><b>　　2.輸出單元</b></p><p>　　確認火災信號后，輸出單元一方面輸出聲，光報警信號，另一方面把相關信息發(fā)送給上位機，以便能從全局的角度采取滅火措施。</p><p><b>　　3.監(jiān)控單元</b></p><p>　　監(jiān)

27、控單元的作用主要有兩個：一個是檢查報警控制器與探測器以及下位機與上位機之間的線路的狀態(tài)是否存在斷路，短路等故障，如果存在這些故障，報警器應給出故障聲報警，以確保系統(tǒng)工作的可靠。監(jiān)控單元的另一個作用是自動巡回檢測，自動定期周而復始的逐個對編碼探測器發(fā)出的信號進行檢測，實現(xiàn)報警控制器的實時控制。</p><p><b>　　4.記憶單元</b></p><p>　　實時時

28、鐘記下第一次火災報警的時間，直到火警消除，復位后方恢復正常。</p><p><b>　　5.電源單元</b></p><p>　　通常報警控制器的電源來自兩個電源，即雙電源。一個是采用220V市電整流進行正常供電。另一個是蓄電池，平時對其進行充電，當有火災時，可在失去正常供電的情況下繼續(xù)供電，以保證火災監(jiān)控系統(tǒng)的正常工作。</p><p>&

29、lt;b>　　6.時鐘及時間記錄</b></p><p>　　火災報警控制器本身應提供一個工作時鐘，用于對工作狀態(tài)提供監(jiān)測參考。當發(fā)生火災報警時，時鐘應能指示并記錄準確的報警時間。</p><p><b>　　7.輸出控制</b></p><p>　　火災報警控制器應具有一對以上的工作接點，用于火災報警時的直接聯(lián)動控制，如控制

30、警鈴、啟動自動滅火系統(tǒng)等。</p><p>　　圖1.1 大空間火災實驗室監(jiān)控系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　2 方案論證</b></p><p>　　2.1 火災監(jiān)控系統(tǒng)設計方案</p><p>　　本次畢業(yè)設計的題目是“大空間火災實驗室監(jiān)控系統(tǒng)建立——硬件設計”，該系統(tǒng)的工作對象是大型建筑的火災安全，該系

31、統(tǒng)主要是火災探測器、信號調理裝置、A/D轉換器、火災聲報警裝置、鍵盤顯示裝置、電源電路等裝置構成。</p><p>　　通過查閱相關的文獻資料和篩選器件，最終確立了設計中上述各工作模塊所采用的具體器件?；馂奶綔y器分別采用DALLAS公司生產(chǎn)的一種DS18B20溫度傳感器及MQ-2煙霧傳感器模塊；信號調理裝置即為幾個簡單的電阻和可變電阻，使得傳感器的輸出滿足A/D轉換器的輸入即可；選用ADC0832作為該系統(tǒng)的A/

32、D轉換器；火災報警裝置由聲報警系統(tǒng)組成。鍵盤顯示裝置直接與單片機的P3口相連，完成鍵盤輸入和LED顯示控制功能。只有上面所列的器件是不夠的，要通過系統(tǒng)的整體框圖把這些器件有機的連接成一個性能可靠的整體，理想的整體系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。</p><p>　　2.2 火災監(jiān)控系統(tǒng)方案論證</p><p>　　在上述最終方案確定之前，火災報警控制器選用的是MC8051，理由是MC8051功能強

33、大，外圍電路簡單，資料比較多，設計中會省去一大部分的工作。但通過查閱大量資料和與當今被廣泛應用的器件進行比較，發(fā)現(xiàn)火災報警監(jiān)控系統(tǒng)的控制器對單片機的數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的容量有一定的要求，而MCS8051只有256B的數(shù)據(jù)存儲器，要是選用MCS8051單片機做火災監(jiān)控系統(tǒng)的火災報警控制器，就需要對單片機進行擴展其數(shù)據(jù)和程序存儲器，此舉在當今單片機已得到廣泛發(fā)展的今天是沒有必要的。最終方案中所選用的STC89C51作為主控制器，其數(shù)據(jù)和

34、程序存儲器的容量是足夠系統(tǒng)的要求的。溫度傳感器選用DALLAS公司的DS18B20，在測量精度、轉換時間、傳輸距離和分辨率方面足夠滿足系統(tǒng)的要求。煙霧傳感器采用比較流行的MQ-2煙霧傳感器模塊，該模塊具有快速響應恢復、長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性、對煙霧有良好的靈敏度。</p><p>　　圖2.1 理想系統(tǒng)整體結構圖</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路的設計</p>

35、<p>　　3.1 中央處理器——STC89C51</p><p>　　3.1.1 STC89C51RC/RD+系列單片機</p><p>　　STC89C51RC/RD+系列單片機是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘、機器周期和6時鐘、機器周期可以任意選擇，HD版本和90C版本內部集成MAX810專用復位電路。&l

36、t;/p><p>　　1.增強型8051單片機，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。</p><p>　　2.工作電壓：5.5V-3.3V（5V單片機）/3.8V-2.0V（3V單片機）。</p><p>　　3.工作頻率范圍：0-40MHz，相當于普通8051的0-80MHz，實際工作頻率可達48MHz。</p>

37、<p>　　4.用戶應用程序空間：4K/8K/13K/32K/64K字節(jié)。</p><p>　　5.片上集成1280字節(jié)或512字節(jié)RAM。</p><p>　　6.通用I/O口（35/39個），復位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）；P0口是開漏輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。</p>

38、;<p>　　7.ISP（在系統(tǒng)可編程），IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成。</p><p>　　8.有EEPROM功能。</p><p><b>　　9.內置看門狗。</b></p><p>　　10.內部集成MAX810專用復

39、位電路（HD版本和90C版本才有），外部晶體20M以下時，可省略外部復位電路。</p><p>　　11.共3個16定時器/計數(shù)器，其中定時器0還可以當成2個8位定時器使用。</p><p>　　12.外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。</p><p>　　3.1.2 STC89C51RC/RD+系

40、列單片機的內部結構</p><p>　　STC89C51RC/RD+系列單片機的內部結構框圖如下圖3.1所示。其中包含中央處理器（CPU）、程序存儲器（Flash）、數(shù)據(jù)存儲器（SRAM）、定時/計數(shù)器、UART串口、I/O接口、EEPROM、看門狗等模塊。STC89C51RC/RD+系列單片機幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個片上系統(tǒng)。</p><p><b

41、>　　RESET</b></p><p>　　P0，p1，p2，p3，p4</p><p>　　圖3.1 STC89C51RC/RD+系列單片機內部結構框圖</p><p>　　3.2 STC89C51單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　STC89C51內部有閃存儲器，芯片本身就是一個最小系統(tǒng)。在能滿足系統(tǒng)的性能要求的情況下

42、，可優(yōu)先考慮采用此種方案。用這種芯片構成的最小系統(tǒng)簡單、可靠。用AT89C52單片機構成最小應用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，與8031外擴展程序存儲器的最小應用系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)省去了外擴程序存儲器的工作。該最小應用系統(tǒng)只能用作一些小型的數(shù)字量的測控單元。如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 STC89C51的最小系統(tǒng)</p><p>　　3.3 下位機輸入通道

43、元器件選擇</p><p>　　3.3.1傳感器選擇</p><p>　　隨著經(jīng)濟技術和社會經(jīng)濟環(huán)境的發(fā)展，人員、設備和建筑對消防保護的要求也越來越高，促使火災自動探測報警系統(tǒng)不斷采用新技術來實現(xiàn)對人類生命和財產(chǎn)安全的可靠保障。如何進一步縮短火災探測報警的時間，減少火災的發(fā)生，及時采取有效防火、滅活措施，為減少火災損失提供寶貴的時間等等。所以，有好的火災探測器在現(xiàn)場可靠的運行是很重要的！&

44、lt;/p><p>　　由于本設計方案只針對普通的大空間可能發(fā)生的火災，所以本設計方案選用感煙探測器和感溫探測器兩種。</p><p>　　感溫探測器采用DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器。DS18B20是1—Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點，超低的硬件開銷，抗干擾能力強，精度高，附加功能強，是測溫系統(tǒng)的不二選擇。</p><p>　　DS

45、18B20的主要特征有：</p><p>　　1）全數(shù)字溫度轉換及輸出。</p><p>　　2）先進的單總線數(shù)據(jù)通信。</p><p>　　3）最高12位分辨率，精度可達0.5°C。</p><p>　　4）12位分辨率時最大工作周期為750毫秒。</p><p>　　5）可選擇寄生工作方式。</p&

46、gt;<p>　　6）檢測溫度范圍為-55°C~+125°C（-67°F~+257°F）。</p><p>　　7）內置EEPROM，限溫報警功能。</p><p>　　8）64位光刻ROM，內置產(chǎn)品系列號，方便多機掛接。</p><p>　　DS18B20芯片與單片機的接口如圖3.3所示，采用兩個DS18B20

47、作為溫度采集系統(tǒng)。</p><p>　　圖3.3 DS18B20與單片機接口電路</p><p>　　如圖所示，DS18B20只需要掛到單片機的一個I/O口上，由于單總線為開漏所以需要外接一個10K的上拉電阻。</p><p>　　感煙探測器采用的是MQ-2煙霧傳感器模塊，它能準確的探測到，CO，甲烷，煙霧等多種可能引發(fā)火災的氣體的存在。它靈敏度高，穩(wěn)定性好，適用與

48、火災中氣體的探測。該模塊具有如下特點：</p><p>　　1）具有信號輸出指示。</p><p>　　2）雙路信號輸出（模擬量輸出及TTL電平輸出）。</p><p>　　3）TTL輸出有效信號為低電平。（當輸出低電平是信號燈亮，可直接接單片機）</p><p>　　4）模擬量輸出0~5V電壓，濃度越高越有效。</p><

49、;p>　　5）對液化氣，天然氣，城市煤氣，煙霧有較好的靈敏度。</p><p>　　6）具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。</p><p>　　7）快速的響應恢復特性。</p><p>　　MQ-2煙霧傳感器模塊原理圖如圖3.4所示</p><p>　　圖3.4 MQ-2煙霧傳感器模塊原理圖</p><p>　　

50、3.3.2 A/D轉換器選擇</p><p>　?。?）ADC0832引腳結構及應用</p><p>　　A/D轉換電路采用美國國家半導體公司生產(chǎn)的8位雙通道A/D轉換專用芯片ADC0832，其引腳結構如圖3.5所示,其中CS為片選使能，低電平芯片使能；CH0模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用；CH1模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用；GND為芯片參考0電位（地）；DI數(shù)據(jù)信號輸入，選

51、擇通道控制；DO數(shù)據(jù)信號輸出，轉換數(shù)據(jù)輸出；CLK為芯片時鐘輸入；VCC（VREF）電源輸入及參考電源輸入（復用）。</p><p>　　圖3.5 ADC0832的引腳結構圖</p><p>　　ADC0832為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一個的模擬量轉換要求，其內部電源輸入與參考電壓復用，使得芯片的模擬電壓輸入在0V——5V之間。芯片轉換時間僅為32uS，

52、具有雙數(shù)據(jù)輸出，可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變得更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。</p><p>　　正常情況下ADC0832與單片機的接口應為4條數(shù)據(jù)線，分別為CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當ADC

53、0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片被禁用，CLK和DO/DI的電平可以任意。當要進行A/D轉換時，必須將CS使能端置位低電平并保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時有處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第一個時鐘脈沖的下降之前DI端必須是高電平，表示起始信號。在第二、三個脈沖下降之前DI端應輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，當此兩位數(shù)據(jù)為“1”、“0”

54、時，只對CH0進行單通道轉換；當此兩位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時，只對CH1進行單通道轉換；當此兩位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端IN-進行輸入。當此兩位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時，將CH0作為負輸入端IN-,CH1作為正輸入端IN+進行輸入。到第三個脈沖的下降之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端</p><p>　　圖3.6 ADC0832、MQ-2煙霧傳感器模塊

55、及單片機接口電路</p><p>　?。?）ADC0832內部邏輯結構</p><p>　　ADC0832由一個8位輸入寄存器、一個8位DAC寄存器和一個8位D/A轉換器組成。結構圖如圖3.7所示。</p><p><b>　　VREF</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)輸入</b></

56、p><p><b>　　數(shù)據(jù)輸出 </b></p><p>　　圖3.7 ADC0832的內部邏輯結構圖</p><p>　　3.3.3下位機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計</p><p>　　下位機的數(shù)據(jù)采集的主要流程為：現(xiàn)場的情況通過傳感器來反映，而從傳感器傳出來的信號是模擬量信號，該模擬量信號通過A/D轉換器，把模擬量轉化為數(shù)字量

57、，只有轉化成數(shù)字量后，單片機才能接收到傳感器傳來的信號，下位機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 下位機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理</p><p>　　3.4 鍵盤/顯示接口電路設計</p><p>　　本模塊以STC89C51單片機為控制核心，由于本模塊只用了5個按鍵，不需要譯碼器，直接與單片機的P3口相連，如圖所示，大大簡化了硬件設計，充分的

58、利用了單片機的資源，這也是本設計的巧妙所在?？赏ㄟ^鍵盤來設置溫度上下限，并在液晶顯示屏1602上顯示。通過軟件編程，負責鍵盤掃描、消除抖動處理和顯示輸出工作。系統(tǒng)框架電路圖如圖3.9和圖3.10所示。</p><p>　　圖3.9 鍵盤接口電路</p><p>　　圖3.10 顯示接口電路</p><p>　　3.5 報警電路設計</p><p&

59、gt;　　大空間火災監(jiān)控系統(tǒng)的報警系統(tǒng)主要是由聲報警組成。在火災可能發(fā)生或發(fā)生時在或者某個火災探測器出現(xiàn)問題的時候，都需要火災的聲報警系統(tǒng)來提醒工作人員或告知有關人員逃生。下面分別對火災監(jiān)控系統(tǒng)的聲報警系統(tǒng)做詳細的介紹。</p><p>　　火災報警控制器在兩種情況下發(fā)出聲音報警：當檢測到故障信號時（如傳感器斷線，電纜斷線或傳感器接觸不良時）由蜂鳴器發(fā)出故障報警信號，蜂鳴器工作電流12mA，由P2.3經(jīng)驅動放大電

60、路驅動。原理圖如圖3.11所示；當檢測到火災時，由報警器發(fā)出警鈴報警，它由三極管8550、電子和無源蜂鳴器相關電路夠成。</p><p>　　圖3.11 聲報警系統(tǒng)電路原理圖</p><p>　　3.6 電源電路設計</p><p>　　本系統(tǒng)中，由于MQ-2煙霧傳感器模塊對電流要求比較高，故外加的穩(wěn)壓器必須達到足以提供模塊工作以及其他電路工作的條件，所以本系統(tǒng)采用

61、開關電源芯片LM2576完成從12V到5V的轉換，為系統(tǒng)供電。</p><p>　　3.6.1 +5V3A直流穩(wěn)壓電路原理</p><p>　　+5V直流穩(wěn)壓電源的工作電路,傳統(tǒng)方式采用分立元件構成,該火災監(jiān)控系統(tǒng)采用美國國家半導體公司生產(chǎn)的3A電流輸出降壓型穩(wěn)壓器LM2576。它內含固定頻率振蕩器（52kHz）和基準穩(wěn)壓器（1.23V），并具有完善的保護電路，包括電流限制及熱關斷電路等，

62、利用該器件只需極少的外圍器件便可構成高效穩(wěn)壓電路。LM2576因其穩(wěn)壓精度高、工作穩(wěn)定可靠、外圍電路簡單、容易設計和制作、體積小、重量輕、成本低、維修簡單等優(yōu)點，所以在各種電源電路中得到了普遍的應用。</p><p>　　LM2576系列開關穩(wěn)壓集成電路的主要特性如下： ●最大輸出電流：3A； ●最高輸入電壓：LM2576為40V，LM2576HV為60V； ●輸出電壓：3.3V、5V、12V、15V和AD

63、J（可調）等可選； ●振東頻率：52kHz； ●轉換效率：75%～88%（不同電壓輸出時的效率不同）； ●控制方式：PWM；</p><p>　　●工作溫度范圍：-40℃ ～ +125℃ ●工作模式：低功耗/正常兩種模式可外部控制； ●工作模式控制：TTL電平兼容； ●所需外部元件：僅四個（不可調）或六個（可調）；●器件保護：熱關斷及電流限制； ●封裝形式：TO-220或TO-263。</p

64、><p>　　LM2596的典型應用電路如圖3.12所示，這是一個輸出+5V直流電壓的穩(wěn)壓電路。IC采用LM2576，C4、C5、C6、C7分別為輸入端和輸出端濾波電容，D1為續(xù)流二極管。L1為儲能功率電感。</p><p>　　圖3.12 +5V直流穩(wěn)壓原理圖</p><p>　　3.6.2 +5V3A直流穩(wěn)壓電路參數(shù)設計</p><p>　

65、　根據(jù)設計要求，圖3.17中電感L1的選擇要根據(jù)LM2576的輸出電壓、最大輸入電壓、最大負載電流等參數(shù)選擇，首先，依據(jù)如下公式計算出電壓.微秒常數(shù)（E.T）:</p><p>　　E.T= (Vin-Vout)*Vout/Vin*1000/f</p><p>　　上式中，Vin是LM2576的最大輸入電壓，Vout是LM2576的輸出電壓，f是LM2576的工作振蕩頻率值（52kHz）。

66、E.T確定之后，就可參照參考文獻所提供的相應的電壓.微秒常數(shù)和負載電流曲線來查找所需的電感值。該電路中的輸入電容C4一般應大于或等于100uF，安裝時要盡量靠近LM2576的輸入引腳，其耐壓值應與最大輸入電壓值相匹配。而輸出電容C6的值應根據(jù)下式進行計算（單位：uF）：</p><p>　　C=13300Vin/Vout*L</p><p>　　上式中，Vin是LM2576的最大輸入電壓，

67、Vout是LM2576的輸出電壓，L是經(jīng)過計算并查表選出的電感L1的值，其單位是uH。電容C的耐壓值應大于額定輸出電壓的1.5~2倍。對于5V電壓輸出而言，推薦使用耐壓值為16V。二極管D1的額定電流值應大于最大負載電流的1.2倍，考慮到負載短路的情況，二極管的額定電流值應大于LM2576的最大電流限制。二極管的反向電壓應大于最大輸入電壓的1.25倍，推薦使用IN582X系列的肖特基二極管。</p><p>　　

68、Vin的選擇應考慮交流電壓最低跌落值（Vac-min）所對應的LM2576輸入電壓值及LM2576的最小輸入允許電壓值Vmin（以5V電壓輸出為例，該值為8V），因此，Vin可依據(jù)下式計算：</p><p>　　Vin=（220Vmin/Vac-min）</p><p>　　如果交流電壓最大允許跌落30%（Vac-min=154V）、LM2576的電壓輸出為5V（Vmin=8V），則當Va

69、c=220V時，LM2576的輸入直流電壓應大于11.5V，通?？蛇x為12V。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設計</b></p><p>　　4.1 主機程序流程圖</p><p>　　為了便于系統(tǒng)維護和功能擴充，本系統(tǒng)采用了模塊化程序設計方法，系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調用實現(xiàn)的。系統(tǒng)主程序流程圖如圖4.1所示。<

70、;/p><p><b>　　是</b></p><p><b>　　否</b></p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p>　　4.1.1 DS18B20子程序流程圖</p><p>　　DS18B20子程序流程圖如圖4.2所示。</p><p

71、><b>　　否</b></p><p><b>　　是</b></p><p>　　圖4.2 DS18B20子程序流程圖</p><p>　　4.1.2 MQ-2煙霧傳感器模塊子程序流程圖</p><p>　　MQ-2煙霧傳感器模塊子程序流程圖如圖4.3所示。</p><

72、p><b>　　否</b></p><p><b>　　是</b></p><p>　　圖4.3 MQ-2煙霧傳感器模塊子程序流程圖</p><p>　　4.1.3 LCD1602子程序流程圖</p><p>　　LCD1602子程序流程圖如圖4.4所示。</p><p&g

73、t;<b>　　否</b></p><p><b>　　是</b></p><p>　　圖4.4 LCD1602子程序流程圖</p><p>　　4.1.4 AD轉換子程序流程圖</p><p>　　AD轉換子程序流程圖如圖4.5所示。</p><p><b>　　

74、否</b></p><p><b>　　是</b></p><p>　　圖4.5 AD轉換子程序流程圖</p><p><b>　　4.2 總體程序</b></p><p>　　總體程序見附錄3主要程序。</p><p>　　5 硬件制作及調試</p&g

75、t;<p>　　本硬件的制作調試主要分為硬件調試和軟件調試兩部分。</p><p>　　經(jīng)過初步的分析設計后，在設計制作硬件電路的同時，調試穿插進行，應用系統(tǒng)的硬件調試和軟件調試是分不開的，許多硬件故障是在調試軟件時才發(fā)現(xiàn)的。但通常是先排除硬件系統(tǒng)中明顯的硬件故障后才和軟件結合起來調試，如此才有利于問題的分析和解決，不會造成問題的積累，從而可以節(jié)約大量的調試時間。軟件編程中，我首先完成單元功能模塊的

76、調試，然后進行系統(tǒng)調試。</p><p>　　5.1 使用的儀器儀表及工具</p><p><b>　　筆記本一臺；</b></p><p><b>　　單片機仿真器一臺；</b></p><p>　　DT9205A型數(shù)字萬用表一個；</p><p>　　TLW-T調溫烙鐵一

77、把；</p><p>　　Keil開發(fā)軟件一套。</p><p>　　5.2 硬件制作與調試</p><p>　　5.2.1系統(tǒng)PCB板的設計</p><p>　　PCB即印刷電路板，是電子電路的承載體。在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中，幾乎都離不開PCB。PCB板的設計是電路設計的最后一個環(huán)節(jié)，也是對原理圖的再設計。因此PCB板的設計是理論設計到實際應用一

78、個十分重要的內容。印刷電路板（PCB）是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐體。因此，在進行PCB設計時，必須遵守印制電路板設計原則和抗干擾措施的一般原則，并應符合抗干擾設計的要求。本次設計采用Altium公司PROTEL系列設計完成SCH到PCB的設計，并且手工完成電路焊接以及整機的裝配。</p><p>　　5.2.2 系統(tǒng)硬件調試</p><p>　　本系統(tǒng)的硬件調試分為以下階段進行調試：

79、</p><p><b>　　（1）邏輯錯誤調試</b></p><p>　　樣機硬件的邏輯錯誤是由于設計錯誤和加工過程中的工藝性錯誤所造成的。這類錯誤包括：錯線、開路、短路等幾種，其中短路是最常見的故障。</p><p><b>　?。?）器件調試</b></p><p>　　元器件失效的原因有兩

80、個方面：一是器件本身已損壞或性能不符合要求；二是由于組裝錯誤造成的元器件失效，如電解電容、二極管的極性錯誤，集成塊安裝方向錯誤等。</p><p><b>　?。?）可靠性調試</b></p><p>　　引起系統(tǒng)不可靠的因素很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會造成系統(tǒng)時好時壞；內部和外部的干擾、電源紋波系數(shù)過大、器件負載過大等造成邏輯電平不穩(wěn)定；另外，走線和布局的不合

81、理等也會引起系統(tǒng)可靠性差。</p><p><b>　?。?）電源故障</b></p><p>　　若樣機中存在電源故障，則加電后將造成器件損壞。電源的故障包括：電壓值不符合設計要求，電源引出線和插座不對應，電源功率不足、負載能力差。</p><p>　　在本次調試在調試樣機加電之前，先用萬用表和示波器,根據(jù)硬件電氣原理圖和裝配圖仔細檢查樣機線

82、路的正確性，并核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否符合要求。還特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯誤，并重點檢查擴展系統(tǒng)總線是否存在相互間的短路；或其它信號線的短路，由于本設計的印刷電路板布線密度較高，出現(xiàn)了幾處因工藝原因造成短路，短路點用刻刀斷開。</p><p>　　對于樣機所用的電源事先做了單獨調試，調試好后，檢查其電壓值、負載能力、極性等均符合要求，然后加到系統(tǒng)的各個部件上。在不插片子的情況下，加電

83、檢查各插件上引腳的電位，仔細測量各地點電位是否正常，還特別注意單片機插座上的各點電位是否正常，防止了聯(lián)機時會損壞仿真器。</p><p><b>　　5.3 軟件調試</b></p><p>　　軟件調試與所選用的軟件結構和程序設計技術有關。本系統(tǒng)采用模塊程序設計技術，逐個模塊調好以后，再進行系統(tǒng)程序總調試。在調試第一個任務時，同時也調試相關的子程序、中斷服務程序和

84、操作系統(tǒng)的程序。等逐個任務調試好以后，再使各個任務同時運行，在本次調試中操作系統(tǒng)中沒有錯誤，在單步和斷點調試后，進行了連續(xù)調試，因為單步運行時只能驗證程序的正確與否，而不能確定定時精度、CPU的實時響應等問題。等全部完成后，反復運行多次，除了觀察穩(wěn)定性之外，還觀察了用戶系統(tǒng)的操作是否符合設計要求的操等，部分程序作了適當修正后系統(tǒng)能夠正常運行。</p><p><b>　　6 總結</b>&

85、lt;/p><p>　　本次畢業(yè)設計的主要任務是大空間火災實驗室監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計,主要由硬件電路和系統(tǒng)軟件兩部分構成。在軟件編寫過程中，一定要注意的每個元器件的工作情況，確保各個芯片的時序的正確。從整體來說這是一個復雜的過程，要細心謹慎，沉著冷靜，反復檢查。本設計主要從硬件方面介紹，在軟件部分也做了些大概介紹，此設計對于大空間提供全方位監(jiān)控報警的智能火災監(jiān)控系統(tǒng)的研究也具有一定的借鑒意義。</p>&

86、lt;p>　　本大空間火災實驗室監(jiān)控系統(tǒng)具體功能如下：</p><p><b>　　1）高溫報警功能</b></p><p>　　如果當前大空間內的溫度達到某一上限值（即火災即將發(fā)生），火災監(jiān)控系統(tǒng)便會用喇叭播放報警。</p><p><b>　　2）煙霧報警功能</b></p><p>　　

87、大空間的煤氣、天然氣等可燃氣體或煙霧的濃度超標時，火災監(jiān)控系統(tǒng)便會報警，可有效防止火災事故的發(fā)生，確保人身不受傷害。</p><p>　　本系統(tǒng)采用最簡單的電路、最便宜的電路芯片實現(xiàn)了完善的功能，具有很強的實用性，充分發(fā)揮了智能火災監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)越性。由于實踐經(jīng)驗等方面的不足，系統(tǒng)在硬件和軟件方面還存在一些缺陷，需要進一步加以改進和完善。</p><p><b>　　致謝</

88、b></p><p>　　通過這次設計，我既鞏固了過去學過的專業(yè)知識，又學到了許多新知識。通過理論與實踐相結合，使我真正感受到了知識的力量，但也使我知道了自己的不足和一種危機感。我會在以后的工作中繼續(xù)努力進取、不驕不躁，為祖國建設事業(yè)出一份力。</p><p>　　本次畢業(yè)設計能夠很順利的完成，最主要的是xx老師的細心的解答和不斷的鼓勵，使我每當遇到困難的時候不急躁，在有所成就的時候

89、不驕傲，才使我的本次畢業(yè)設計順利的完成，再次對xx老師表達誠摯的謝意！</p><p>　　由于本人水平有限，加之時間倉促，設計中疏漏和錯誤之處在所難免，希望老師給予諒解，同時也希望老師加以指正和批評，使我在以后的學習和工作中取得更大的成績。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 趙繼文.傳感器與應用電路設計

90、.北京：科學出版社，2002.9:53~68</p><p>　　[2] 何希才.傳感器及其應用電路.北京：電子工業(yè)出版社，2001.3:54~96 </p><p>　　[3] 皮壯行. 可編程序控制器系統(tǒng)的設計與應用實例.北京：機械工業(yè)出版社，2000:67~75</p><p>　　[4] 謝瑞和.串行技術大全. 北京：清華大學出版社，2003.4:14~23

91、</p><p>　　[5] 高海生等主編.單片機及應用技術大全[M].成都：西南交通大學出版社.1996：78-82</p><p>　　[6] 孫凱.火災報警系統(tǒng).傳感器世界，2003(5):13-16</p><p>　　[7] 蔡得聰.傳感器的發(fā)展方向及數(shù)字傳感器的地位.電氣自動化2003(9)：21-23</p><p>　　[8]

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94、;/p><p>　　[13] Dreamtech Software Team, Programming for Embedded Systems-Cracking the Code, Hungry Minds, April 2002:145-147</p><p>　　[14] 沙占友.新型單片機開關電源的設計與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社.2001：32-48</p>&l

95、t;p>　　[15] 廉保旺，李勇，張怡，趙乃煌．智能火災報警控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)．西北工業(yè)大學學報［N］，1999，17(4):520-524</p><p><b>　　附錄1：電路原理圖</b></p><p><b>　　附錄2：PCB板</b></p><p><b>　　附錄3：主要程序</

96、b></p><p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#include <intrins.h></p><p>　　#define uchar unsigned char </p><p>　　#define uint unsigned int </p><p&g

97、t;　　#define XTAL 11059200 // CUP晶振頻率</p><p>　　#define baudrate 9600 // 通信波特率</p><p>　　//定義1602指令集//</p><p>　　#define CMD_clear 0x01 // 清除屏幕</p><p>

98、;　　#define CMD_back 0x02 // DDRAM回零位,數(shù)據(jù)指針清零</p><p>　　#define CMD_dec1 0x04 // 讀入后AC（指針）減1，向左寫</p><p>　　#define CMD_add1 0x06 // 讀入后AC（指針）加1，向右寫</p

99、><p>　　#define CMD_dis_gb1 0x0f // 開顯示_開光標_開光標閃爍</p><p>　　#define CMD_dis_gb2 0x0e // 開顯示_開光標_關光標閃爍</p><p>　　#define CMD_dis_gb3 0x0c // 開顯

100、示_關光標_關光標閃爍</p><p>　　#define CMD_OFF_dis 0x08 // 關顯示_關光標_關光標閃爍</p><p>　　sbit DQ=P2^0; // 溫度輸入口 2^0</p><p>　　uint temp; // variable of t

101、emperature 定義一個變量 </p><p>　　uchar flag1,flag; // 定義一個標志,標志溫度是負還是正,1為負,0為正</p><p>　　uchar up=30,down=12;//設定上下限值,默認值</p><p>　　sbitKEY1=P3^3;</p><p>　　sb

102、itKEY2=P3^4;</p><p>　　sbitKEY3=P3^5;</p><p>　　sbitKEY4=P3^6;</p><p>　　sbitKEY5=P3^7;</p><p>　　sbit beep=P2^4;</p><p>　　//***************************

103、*********/</p><p><b>　　串口初始化</b></p><p>　　**************************************/</p><p>　　void StartUART( void )</p><p><b>　　{ </b></p>

104、<p>　　EA = 1; // "中斷總允許"</p><p>　　TMOD = 0x20;// 定時器1工作于8位自動重載模式, 用于產(chǎn)生波特率</p><p>　　TH1=(unsigned char)(256 - (XTAL / (32L * 12L * baudrate)));</

105、p><p>　　TL1=(unsigned char)(256 - (XTAL / (32L * 12L * baudrate))); // 定時器0賦初值</p><p>　　SCON = 0x50;// 設定串行口工作方式</p><p>　　PCON &= 0x00;// 波特率不倍增</p><p>　　TR1 =

106、 1;// 啟動定時器1</p><p>　　IE = 0x00;// 禁止任何中斷</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//************************************</p><p>　　通過串口將接收到數(shù)據(jù)發(fā)送給PC端</p><

107、;p>　　**************************************</p><p>　　void R_S_Byte(uchar R_Byte)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　SBUF = R_Byte; </p><p>　　while( TI == 0 );

108、//查詢法</p><p><b>　　TI = 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***************************************/ </p><p>　　/* 延時子程序

109、 */ </p><p>　　/***************************************/ </p><p>　　void delayus(uint i) //delay </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　while(i--); </p>

110、<p><b>　　}</b></p><p>　　void Delay(unsigned int s)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned int i;</p><p>　　for(i=0; i<s; i++);</p>&

111、lt;p>　　for(i=0; i<s; i++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/************************************************/ </p><p>　　/* 初始化ds18b2子函數(shù)* */ <

112、;/p><p>　　/************************************************/ </p><p>　　void Init_DS18B20(void) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　uchar x=0; </p><p>　　D

113、Q = 1; //DQ復位 </p><p>　　delayus(8); //稍做延時 </p><p>　　DQ = 0; //單片機將DQ拉低 </p><p>　　delayus(80); //精確延時 大于 480us </p><p&g

114、t;　　DQ = 1; //拉高總線 </p><p>　　delayus(14); </p><p>　　x=DQ; //稍做延時后 如果x=0則初始化成功 x=1則初始化失敗 </p><p>　　delayus(20); </p><p><b>　　} </b

115、></p><p>　　/*************************************************/ </p><p>　　/* 讀字節(jié)子函數(shù) */ </p><p>　　/************************************************

116、*/ </p><p>　　ReadOneChar(void) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　uchar i = 0; </p><p>　　uchar dat = 0; </p><p>　　for (i=8;i>0;i--) </p>&l