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文檔簡介
1、<p><b> 煙霧檢測設(shè)計</b></p><p><b> 目錄</b></p><p> 1 功能說明…………………………………………………………………………3</p><p> 2 感煙火災(zāi)探測器的介紹…………………………………………………………3</p><p>
2、2.1 離子感煙探測器………………………………………………………………3</p><p> 2.2 光電感煙探測器………………………………………………………………4</p><p> 2.3 兩者比較……………………………………………………………………4</p><p> 2.4其他感煙探測器………………………………………………………………5</p>
3、;<p> 3 MC14468傳感器…………………………………………………………………6</p><p> 3.1 MC14468的結(jié)構(gòu)特點及工作原理……………………………………………6</p><p> 3.2 MC14468傳感器應(yīng)用舉例……………………………………………………7</p><p> 4 AT89C51單片機…………………
4、……………………………………………9</p><p> 4.1 AT89C51單片機管腳說明……………………………………………………9</p><p> 4.2 AT89C51單片機振蕩器特性…………………………………………………11</p><p> 4.3 AT89C51單片機芯片擦除……………………………………………………12</p>&l
5、t;p> 5 無線收發(fā)芯片nRF401…………………………………………………………12</p><p> 6 RFID系統(tǒng)………………………………………………………………………15</p><p> 7 煙霧檢測器系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………………………15</p><p> 7.1煙霧檢測器總體結(jié)構(gòu)……………………………………………
6、……………15</p><p> 7.2煙霧檢測器系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………………………16</p><p> 8 煙霧檢測器系統(tǒng)軟件設(shè)計……………………………………………………20</p><p> 8.1 軟件設(shè)計………………………………………………………………………20</p><p> 8.2軟件設(shè)計流程圖……
7、…………………………………………………………22</p><p> 9 智能火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計……………………………………………………23</p><p> 9.1 智能火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用………………………………………………23</p><p> 9.2 智能探測器數(shù)量的確定………………………………………………………23</p><p
8、> 10 軟件設(shè)計程序清單及部分注釋……………………………………………24</p><p> 參 考 文 獻………………………………………………………………………27</p><p><b> 1 功能說明</b></p><p> 電子科技的飛速發(fā)展,給古老的火災(zāi)報警系統(tǒng)生產(chǎn)帶來了巨大的變革,現(xiàn)代的電子技術(shù)的研發(fā),產(chǎn)生了一系列
9、的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。</p><p> 現(xiàn)代建筑的特點是樓層不斷加高,這主要是從緩解城市用地的緊張的角度出發(fā),同時還便于集中供電、供熱 、供氣,便于集中管理和控制?,F(xiàn)在,不論是 普通型(比如民用住宅)還是豪華型(比如高級賓館)的高層建筑,都日益重視防火和安全技術(shù)的普及應(yīng)用。因為其樓層多、人員密集,如果發(fā)生火災(zāi),疏散困難,撲救也困難,勢必造成嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。為了保障高層建筑的安全可靠,必須設(shè)計出具有可靠
10、性高、實時性好的火災(zāi)自動報警與消防系統(tǒng),其要求是:</p><p> (1)當有火情發(fā)生時,能以最快的速度檢測報警,并能檢測火情發(fā)生的具體地點(特定的地址編碼);</p><p> (2)經(jīng)查實確認后,能及時的通報消防部門滅火;</p><p> (3)系統(tǒng)本身應(yīng)有自身故障檢測的功能,如系統(tǒng)欠電壓報警和自檢功能等,保證自動報警系統(tǒng)功能完好;</p>
11、<p> (4)較高的系統(tǒng)抗干擾能力,防止系統(tǒng)發(fā)生誤報警。</p><p> 目前,雖然已經(jīng)有多種火災(zāi)自動報警系統(tǒng),但大多還屬于脫機方式,最終要靠人來聯(lián)系消防部門,往往由于不能及時報警而造成巨大損失。如果能夠以在線的方式直接工作,將很大程度上減輕財產(chǎn)損失和人員傷亡。我們正是著眼于這一問題,力圖從根本上解決脫機信號傳輸方式存在的問題,直接將信號通過無線傳輸技術(shù)發(fā)送給主控室或消防部門,達到第一時間救
12、火、滅火的目的[1]。</p><p> 2 感煙火災(zāi)探測器的介紹</p><p> 2.1 離子感煙探測器</p><p> 離子型煙霧報警器,它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅241,電離產(chǎn)生的正、負離子,在電場的作用下各向正負電極移動。在正常的情況下,內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。一旦有煙霧進入外電離室,煙霧達到3.0%/ft時就干擾了帶電粒子的正常運動
13、,使電流,電壓就有所改變,破壞了內(nèi)外電離室之間的平衡,于是就發(fā)出了信號達到報警的目的[2]。</p><p> 由于離子煙霧報警器對小粒子較敏感,所以在烹飪時會有較快的反應(yīng)。如果你遇到過這類問題,你可以有以下幾種選擇: </p><p> (1)將煙霧報警器安裝在離烹飪的地方較遠處,那么煙霧粒子到達報警器時就會變?nèi)鹾芏啵绻氵x擇了這種方法,就應(yīng)該弄清楚空氣的流動方向。否則也起不到什么
14、效果。 </p><p> (2)安裝一個光電煙霧報警器。當發(fā)生的火災(zāi)產(chǎn)生的是較小的粒子,你可能失去較早報警的機會,但是你也省去多個煙霧報警器失靈的麻煩。 </p><p> (3)安裝一個離子/光電聯(lián)合煙霧報警器。如果兩種傳感器結(jié)合在一起,離子傳感器的敏感度可以設(shè)置的小一些,這樣裝置就會減少誤報,同時你也可以擁有一個對蔓延快的熊熊大火和蔓延較慢的悶燒的火災(zāi)都有較大靈敏度的煙霧報警器。
15、 </p><p> (4)安裝一個有靜音功能的離子煙霧報警器。這樣你可以讓報警器降低靈敏度15分鐘,抽煙或做飯時避免刺耳的報警聲。</p><p> 2.2 光電感煙探測器</p><p> 光電式感煙探測器由光源、光電元件和電子開關(guān)組成。利用光散射原理對火災(zāi)初期產(chǎn)生的煙霧進行探測,并及時發(fā)出報警信號。按照光源不同,可分為一般光電式、激光光電式、紫外光光電式
16、和紅外光光電式等4種[3]。</p><p> 光電型煙霧報警器,它有一個發(fā)光元件和一個光敏元件,平常光源發(fā)出的光,通過透鏡射到光敏元件上,電路維持正常,如果有煙霧從中阻隔,到達光敏元件上的光就顯著減弱,達到3.0%/ft時光敏元件就把光強的變化變成電的變化,通過放大電路向人們報警。</p><p> 光電感煙探頭是一種檢測燃燒產(chǎn)生的煙霧微粒的火災(zāi)探測器。光電感煙作為前期、早期火災(zāi)報警
17、是非常有效的。對于要求火災(zāi)損失小的重要地點,火災(zāi)初期有陰燃階段,產(chǎn)生大量的煙和少量的熱,很少或沒有火焰輻射的火災(zāi),都適合選用[4]。</p><p><b> 2.3 兩者比較</b></p><p> 離子煙霧報警器對微小的煙霧粒子的感應(yīng)要靈敏一些,對各種煙能均衡響應(yīng);而前向式光電煙霧報警器對稍大的煙霧粒子的感應(yīng)較靈敏,對灰煙、黑煙響應(yīng)差些。當發(fā)生熊熊大火時,空
18、氣中煙霧的微小粒子較多,而悶燒的時候,空氣中稍大的煙霧粒子會多一些。如果火災(zāi)發(fā)生后,產(chǎn)生了大量的煙霧的微小粒子,離子煙霧報警器會比光電煙霧報警器先報警。這兩種煙霧報警器時間間隔不大,但是這類火災(zāi)的蔓延極快,此類場所建議安裝離子煙霧報警器較好。另一類是悶燒火災(zāi)發(fā)生后,產(chǎn)生了大量的稍大的煙霧粒子,光電煙霧報警器會比離子煙霧報警器先報警,這類場所建議安裝光電煙霧報警器。如果你想將兩者的長處兼而有之,你可以在要求安裝煙霧報警器的地方將兩種煙霧報
19、警器都安上。</p><p> 2.4其他感煙探測器</p><p> 紅外光束感煙探測器采用UV185~260nm火焰窄光譜信號軌對軌采集/全脈沖分析技術(shù)(PPW)設(shè)計,避免了傳統(tǒng)探測器的易受干擾的弱點。采用斜率遞增信號檢測技術(shù)(PAM)對探測環(huán)境進行監(jiān)測,提高了探測器的穩(wěn)定性及持續(xù)使用性。保證了探測器在盡量降低誤報的同時,快速完成火焰識別檢測火情的能力,通過CPU對探測管監(jiān)控,延長
20、了探測管的使用壽命。探測器適用于各類:油庫、酒庫、飛機庫、化工設(shè)備場所、軍事設(shè)備場所、液化氣站、電站等火災(zāi)萌發(fā)時無陰燃階段或較少陰燃階段,而以直接產(chǎn)生明火為主的場所。具有較高的抗干擾能力,不受風雨、高溫、高濕及自然人工光源等影響,可良好工作于室內(nèi)環(huán)境[5]。 </p><p> 探測器采用六線制連接方式(兩根電源線,兩根火警觸點線,兩根故障觸點線),報警時火警觸點由常開變常閉,報故障時故障觸點由常閉變常開,可與
21、任意廠家的火災(zāi)報警系統(tǒng)連接。</p><p> 還有一種叫管道抽吸式感煙探測器,它的工作原理與光電感應(yīng)探測器中另一種散射型相似,通過煙霧的反射或散射產(chǎn)生光敏電流,主要用在船舶上。</p><p> 近年來還出現(xiàn)了激光感煙探測器,它也是利用光電感應(yīng)原理,不同的是光源改用激光束。這種探測器采用半導體器件,體積小、價格低、耐震動、壽命長,很有發(fā)展前途[6]。 </p><
22、p> 3 MC14468傳感器</p><p> 3.1 MC14468的結(jié)構(gòu)特點及工作原理</p><p> 煙霧檢測器MC14467—1和MC14468是美國摩托羅拉(MOTOROLA)公司生產(chǎn)的離子感煙探測報警專用芯片,為大規(guī)模CMOS電路構(gòu)造。它只需外接一個離子源和用于安裝離子源的離子室及少量的外部元件,即完成煙霧探測、報警的功能。當探測到煙霧時,它能通過外接的壓電式
23、換能器和內(nèi)部的驅(qū)動電路發(fā)出報警聲。它主要具有以下一些特點:</p><p> (1)內(nèi)置高輸入阻抗的場效應(yīng)管和比較器;</p><p> (2)內(nèi)含壓電式蜂嗚器的驅(qū)動電路,可以直接驅(qū)動蜂嗚器;</p><p> (3)探測信號輸入端具有保護二極管;</p><p> (4)電池欠壓報警,電池電壓報警點可通過外接電阻設(shè)置;</p&
24、gt;<p> (5)探測閥值即靈敏度可通過電阻進行設(shè)置;</p><p> (6)具有電池極性反接保護功能(僅MC14467—1具有);</p><p> (7)MC14468還具有一個I/O腳,允許40個報警單元相互連接在一起,組成一個多點報警區(qū)域系統(tǒng)。</p><p> MC14467—1和MC14468為雙列直插式(DIP)16腳封裝,
25、其引腳如圖3.1所示。由圖可看出它具有直接同離子室中的各極相連的引腳和發(fā)光二極管驅(qū)動輸出腳等。MC14467—1和MC14468內(nèi)含有振蕩器、定時器、鎖存器、報警控制邏輯電路和高輸入阻抗的比較器、電阻網(wǎng)絡(luò)等。沒有檢測到煙霧時,MC14467—1和MC14468的內(nèi)部振蕩器振蕩周期為1.67S。每個1.67S周期內(nèi),內(nèi)部的電源都提供給整個芯片工作。除了LED閃亮、電池欠壓告警和有煙霧報警期間,它都不停地檢測有無煙霧,每24個周期檢測一次電
26、池電壓是否正常,它是通過與比較器中的一個齊納穩(wěn)壓二極管相比較而得出,因為整個探測裝置對功耗的要示比較高,所以經(jīng)12腳接的振蕩電容應(yīng)該選低泄漏的電容,以提高電池使用壽命[7]。</p><p> 圖3.1 MC14468與MC14467-1引腳功能</p><p> 當MC14467—1或MC14468一旦檢測到有煙霧時,振蕩器的振蕩周期變?yōu)?0MS,壓電蜂鳴器振蕩驅(qū)動電路啟動,啟動使能
27、輸出為維持高電平160MS后,停止80MS。在停止期間,繼續(xù)檢測煙霧的變化,這時如果沒有檢測到煙霧,則禁止蜂鳴器振蕩電路振蕩,將不發(fā)出報警聲。在煙霧報警過程中,將禁止電池欠壓報警,同時LED發(fā)光二極管指示燈閃亮,頻率約為1Hz。</p><p> 檢測輸入端的鄰近腳均設(shè)置有隔離保護,這三個腳的輸入端電壓必須在100MV以內(nèi),以維持其泄漏電流最小化,提高其測量精度,15腳檢測輸入端內(nèi)部設(shè)置有保護二極管,防止靜電干
28、擾等引起場效應(yīng)管損壞。</p><p> 煙霧檢測的靈敏度和電池欠壓告警值可通過外接電阻來設(shè)置,它們共用一個電阻分壓網(wǎng)絡(luò),通過3腳將一電阻接到VDD,可設(shè)置電池欠壓告警電壓值,通過13腳將一電阻接至VSS可設(shè)置靈敏度級別;靈敏度級別的設(shè)置也可以通過改變離子室的結(jié)構(gòu)或離子源的強度。電池欠壓告警值一般設(shè)置為7.0V左右[8]。</p><p> MC14467-1和MC14468還可以工作
29、于一種自控模式,用來檢測裝置的工作狀態(tài),將1腳接至VDI可模擬檢測出有煙情況。</p><p> MC14468還有一個I/O腳,可將40個檢測單元構(gòu)成的一個多點探測區(qū)域,在得電后的三個振蕩器周期內(nèi),I/O引腳處于無效狀態(tài),以消除其它單元的意外變化引起的誤報警等。為提高噪聲抑制能力,它同其它單元信息交換主要采用電流傳輸方式[9]。</p><p> 3.2 MC14468傳感器應(yīng)用舉例
30、</p><p> 我們用MC 14468設(shè)計的TA-JY-9708型家用火災(zāi)自動探測報警器的原理,離子室中的離子電流隨著探測現(xiàn)場的煙霧變化而變化,從而產(chǎn)生微弱的電壓變化傳的檢測端15,由MC14468內(nèi)部的邏輯處理電路處理后,啟動蜂鳴器驅(qū)動電路,蜂鳴器驅(qū)動電路經(jīng)外接的C10、R10、R9形成調(diào)制的變頻輸出,從而推動蜂鳴器發(fā)出報警聲。通過報普聲音和發(fā)光二極管V1的閃爍等來判定所處的各種狀態(tài)。當V1發(fā)光二極管閃亮
31、,并且蜂鳴器發(fā)出刺耳的音頻報警聲時,為本處有火災(zāi)報警信號。當只有刺耳的報警聲,而發(fā)光二極管不閃亮時,為本區(qū)域探測網(wǎng)中其他地方報警,提醒用戶注意危險。當為一短促的嘟嘟聲,且V1發(fā)光二極管閃亮時,為電池欠壓告警,提醒用戶更換電池。當為一短促的嘟嘟聲,且V1發(fā)光二極管不亮,則為探測報警器的靈敏度級別有所降低,提醒用戶進行適當?shù)木S護,以提高其探測靈敏度。同時不同狀態(tài)的閃亮頻率還有所區(qū)別。蜂鳴器XI共有三個級,分別為B極、S極、F極,系美國進口,
32、由中美合資南京華鋒電子有限公司經(jīng)銷。B1為9V疊層電池,探測報警器處于監(jiān)控狀態(tài)時電流只有10 μA左右,所以一般情況下電池至少可以使用一年以上。圖3.2中,R8用來設(shè)</p><p> 圖3.2 TA-JY-9708型家用火災(zāi)自動探測報警器原理圖</p><p> 類似MC14467-1和MC14468的芯片還有家托羅拉公可生產(chǎn)的MC14678和MC14570。它們的基本工作原理相同,
33、只是因其內(nèi)部無電池欠壓告警電路,只能通過外接集中供電電源頭實現(xiàn).比較實用于一個較大的住宅小區(qū),采用統(tǒng)一的電源并在布線時引至每一安裝此裝置的居民家中即可[11]。</p><p> 4 AT89C51單片機</p><p> 4.1 AT89C51單片機管腳說明</p><p> AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM—Fals
34、h Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓,高性能CMOS8位微處理器,俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中,ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器,為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案[12]。</p><p>
35、 AT89C51管腳(如圖4.1所示)說明:</p><p><b> VCC:供電電壓。</b></p><p><b> GND:接地。</b></p><p> P0口:P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器
36、,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時,P0口作為原碼輸入口,當FIASH進行校驗時,P0輸出原碼,此時P0外部必須被拉高。</p><p> P1口:P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時,P1口作為第八位地址接
37、收。</p><p> P2口:P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個TTL門電流,當P2口被寫“1”時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時,P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時,P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢,當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行
38、讀寫時,P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p> P3口:P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。</p><p> P3口也可作為AT89C51
39、的一些特殊功能口,如下所示:</p><p><b> 口管腳備選功能</b></p><p> P3.0 RXD(串行輸入口)</p><p> P3.1 TXD(串行輸出口)</p><p> P3.2 /INT0(外部中斷0)</p><p> P3.3 /INT1(外部中斷1)&
40、lt;/p><p> P3.4 T0(記時器0外部輸入)</p><p> P3.5 T1(記時器1外部輸入)</p><p> P3.6 /WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)</p><p> P3.7 /RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)</p><p> P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。</p&g
41、t;<p> RST:復位輸入。當振蕩器復位器件時,要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。</p><p> ALE/PROG:當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時,ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是:每當用作外部數(shù)據(jù)存儲
42、器時,將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時, ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無效。</p><p> /PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p>
43、<p> /EA/VPP:當/EA保持低電平時,則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時,/EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當/EA</p><p> 端保持高電平時,此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。</p><p> XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的
44、輸入。</p><p> XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。</p><p> 圖4.1 AT89C51管腳圖</p><p> 4.2 AT89C51單片機振蕩器特性</p><p> XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件,XTAL
45、2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器,因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求,但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p> 4.3 AT89C51單片機芯片擦除</p><p> 整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合,并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中,代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前,該操作
46、必須被執(zhí)行。</p><p> 此外,AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯,可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯,支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下,CPU停止工作。但RAM,定時器,計數(shù)器,串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下,保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器,禁止所用其他芯片功能,直到下一個硬件復位為止。</p><p> 5 無線收發(fā)芯片nRF401</p><p&g
47、t; nRF401(如表5.1和表5.2)是北歐集成電路公司最新推出的單片無線收發(fā)一體的芯片,采用藍牙核心技術(shù)設(shè)計,在一個20腳的芯片中包括了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL合成、FSK調(diào)制、FSK解調(diào)、多頻道切換等,是目前集成度最高的無線數(shù)傳產(chǎn)品,具有性能優(yōu)異、功耗低、使用方便等特點,nRF401 的外圍元件很少,只包括一個基準晶振和幾個無源器件,沒有調(diào)試部件,這給研制及生產(chǎn)帶來了極大的方便。nRF401采用抗干擾能力強的FSK調(diào)制方式,
48、工作頻率穩(wěn)定可靠,外圍元件少,便于設(shè)計生產(chǎn),功耗極低,適合于便攜及手持產(chǎn)品的設(shè)計,由于采用了低發(fā)射功率,高接收靈敏度的設(shè)計,滿足無線電管制要求,無需使用許可證,是目前低功率無線數(shù)傳的理想選擇,可廣泛用于遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標簽、身份識別、非接觸RF智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機器人控制、無線232數(shù)據(jù)通信、無線數(shù)字語音等。nR
49、F401無線收發(fā)芯片性能領(lǐng)先業(yè)界,其顯著特點是外圍元件較少(約10個),在設(shè)計上充分考慮了用戶編程和使用的方便,例如nRF401</p><p> 表5.1 NRF401引腳功能表</p><p> 表5.2 nRF401電氣性能參數(shù)</p><p> 圖5.1 nRF401的應(yīng)用電路</p><p><b> 6 RFI
50、D系統(tǒng)</b></p><p> RFID即為非接觸的識別系統(tǒng),它是一種從20世紀90年代興起的一種自動識別技術(shù),它利用無線射頻方式進行非接觸雙向通信,以達到識別目的并交換數(shù)據(jù),其數(shù)據(jù)存儲在電子數(shù)據(jù)載體(稱應(yīng)答器)之中。RFID是一種簡單的無線系統(tǒng),只有兩個基本器件,該系統(tǒng)用于控制、檢測和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個詢問器(或閱讀器)和很多應(yīng)答器(或標簽)組成。然而,應(yīng)答器的能量供應(yīng)已及應(yīng)答器與閱讀器之間的
51、數(shù)據(jù)交換不是通過電流的 觸點接通而是通過磁場或電磁場,這方面采用了無線電和雷達技術(shù)。射頻識別是無線電頻率識別的簡稱,即通過無線電波進行識別。同其它識別系統(tǒng)相比,射頻識別系統(tǒng)具有許多優(yōu)點,因此,射頻識別系統(tǒng)開始占據(jù)巨大的銷售市場。這方面的例子有:用非接觸IC卡做短距離公共交通車票、公路收費系統(tǒng)以及在安全系統(tǒng),銀行,醫(yī)院,商店,賓館以及個人通信等場所廣泛應(yīng)用的無線呼叫系統(tǒng),該系統(tǒng)與其他有線通信系統(tǒng)相比有著性能及成本的優(yōu)勢。對于該系統(tǒng)在后面我
52、們將較詳細地敘述[14]。</p><p> 7 煙霧檢測器系統(tǒng)設(shè)計</p><p> 7.1煙霧檢測器總體結(jié)構(gòu)</p><p> 本系統(tǒng)由兩部分組成:檢測發(fā)射部分和接收控制部分,其結(jié)構(gòu)如圖7.1和圖7.2所示。</p><p> 檢測發(fā)射部分和接收控制部分,二者均采用單片機控制,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,容易實現(xiàn)。由于采用了nRF401單片射
53、頻收發(fā)器,從而達到了無線傳輸?shù)哪康?,能迅速的發(fā)出報警信號,方便及時的控制火情。檢測發(fā)射端和接收控制端選用了目前市場上已經(jīng)成熟的高性能芯片,其外圍電路結(jié)構(gòu)簡單,實現(xiàn)容易,可靠實用。系統(tǒng)由三大芯片互相配合構(gòu)成,檢測裝置采用了Motorola公司生產(chǎn)的具有聲光報警電路的MC14468芯片,能實現(xiàn)多點并行檢測,配合外圍電路可構(gòu)成多點煙霧報警系統(tǒng),其應(yīng)用電路如圖3.3所示。 無線收發(fā)器采用美國Nordic公司最新推出的基于無線通信的 nRF401
54、型單片射頻收發(fā)器,它采用了無線通信和FSK(頻移鍵控)調(diào)制解調(diào)技術(shù),工作頻率穩(wěn)定且抗干擾能力強,不需要對數(shù)據(jù)進行編碼,外圍電路簡單,使用方便,其應(yīng)用電路如圖3.4所示。由于采用低發(fā)射功率和高接收靈敏度的設(shè)計方案,因此不受無線電管理條例的限制,無須辦理許可證。nRF401的引入是本系統(tǒng)的突出特點之一,它極大的提高了系統(tǒng)的實時性,這對安全系統(tǒng)是相當重要的。單片機采用AT89C51,它不但是MC14468與nRF401之間的橋梁,還起著控制各
55、芯片時鐘周期相互配</p><p> 圖7.1 檢測發(fā)射端框圖</p><p> 圖7.2 接收控制端框圖</p><p> 7.2煙霧檢測器系統(tǒng)設(shè)計</p><p> MC系列芯片MC14468為離子型煙霧檢測器報警芯片,是目前市場上很流行的集火災(zāi)檢測與報警于一體的智能傳感器。當檢測到煙霧顆粒時,它能驅(qū)動其外圍連接的壓電陶瓷蜂鳴器或
56、壓電式揚聲器發(fā)出報警聲,與此同時,還驅(qū)動發(fā)光二極管(LED)以1Hz的頻率閃爍發(fā)光,利用聲光報警達到煙霧報警的最佳效果[16]。</p><p> MC14468的1腳(檢測輸出端)直接接單片機的INT0(如圖7.3),當檢測到煙霧時,其輸出的高電平通過INT0控制單片機內(nèi)部定時器T0工作,定時一段時間,T0溢出中斷,進入中斷服務(wù)程序,通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)(房間號或之前對系統(tǒng)的有意義編碼)給單片射頻收發(fā)器nRF40
57、1。在檢測到煙霧時,MC14468自身的100mv的滯后電壓會防止其他外界因素(如飛蟲)造成誤報警,輔以單片機產(chǎn)生一定的延時,更能提高系統(tǒng)可靠性。每次T0計時開始時,要由軟件重新置初值,從而不會因定時期間MC14468管腳1上的信號消失或變低而導致下次運行出錯[17]。</p><p> 圖7.3 MC14468構(gòu)成的煙霧檢測報警電路</p><p> nRF401是集發(fā)射接收為一體的
58、無線數(shù)傳芯片,它是一個為433MHZ頻段設(shè)計的真正單片機UHF無線收發(fā)芯片,采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)。最高工作速度可達20k發(fā)射功率可以調(diào)整,最大為+10dBm。nRF401集成度高,工作頻率穩(wěn)定可靠,外圍元器件少,功率極低,適合便攜式產(chǎn)品的設(shè)計。在以下設(shè)計的電路中(如圖7.4)通過AT89C51的P2.5口控制射頻芯片的PWR_UP,使其為“1”時表示進入正常工作模式,為“0”時表示進入待機模式;P2.6接射頻芯片的CS,控制發(fā)送接收頻
59、率,為“1”表示工作頻率為434.32MHZ。為“0”表示工作頻率為433.92MHZ。P2.7控制射頻芯片的TXEN端,使其為“1”表示進入發(fā)送模式,為“0”表示進入接收模式[18]。</p><p> nRF401的串行口直接與單片機的串行口連接(DIN接TXD,DOUT接RXD),TXEN端的高/低電平由軟件設(shè)置,可實現(xiàn)nRF401發(fā)射模式與接收模式之間的相互切換。當需要發(fā)射數(shù)據(jù)時,由晶振電路產(chǎn)生的4MH
60、Z頻率作為其內(nèi)部鎖相環(huán)的基準頻率,經(jīng)鎖相環(huán)和壓控振蕩器進行N倍頻后,中心頻率f0成為433.9MHZ或434.33MHZ(雙頻道),調(diào)制后,f=f0±△f=f0±15 kHz(該芯片調(diào)制度為±15 kHz),最后經(jīng)功率放大器放大后從PCB天線上發(fā)射出去[19]。</p><p> 相比于檢測發(fā)射端電路,接收控制電路更簡單。各引腳引線方法基本相同,只是軟件實現(xiàn)稍有不同。它可直接采用多
61、位LED顯示,不用擴展任何接口。nRF401從PCB天線上收到調(diào)頻信號時,單片機置TXEN端為低電平,功率放大器被關(guān)斷從而進入接收狀態(tài)。調(diào)頻信號依次經(jīng)低噪音放大器放大,經(jīng)混頻器(其作用是抵消本機發(fā)送器與接收器之間的高頻干擾)變成中頻,,再經(jīng)帶通濾波器濾波和調(diào)制器解調(diào)后,成為數(shù)據(jù)輸出。這時單片機切換到發(fā)射模式,回送握手信號,nRF401把得到的數(shù)據(jù)輸送給單片機,經(jīng)處理后從P1口輸出到LED上顯示(火情來源地)同時驅(qū)動報警器報警[20]。&
62、lt;/p><p> 圖7.4 無線發(fā)射電路</p><p> 如前所述,AT89C51單片機片內(nèi)帶有一個4k字節(jié)的Flash可編程可擦除只讀存儲器,這就決定了在某些方面其自身的優(yōu)越性。眾所周知,編寫程序絕大多數(shù)需要反復調(diào)試,數(shù)次修改AT89C51的可擦除可編程特性極大的方便了編程者的調(diào)試修改工作,因此,在RFID系統(tǒng)中,AT89C51單片機得到了充分的應(yīng)用。下面將以無線呼叫系統(tǒng)為例,系統(tǒng)
63、包括發(fā)射和接收兩部分:發(fā)射部分由按鍵、AT89C51單片機控制器和nRF401芯片組成;接收部分由nRF401、AT89C51單片機控制器和LED顯示以及蜂鳴器報警組成。在發(fā)射器中有約定的數(shù)據(jù)代碼,當按鍵式將數(shù)據(jù)代碼送入nRF401芯片,由它向外發(fā)射,同時接收部分由單片機控制nRF401芯片接收數(shù)據(jù)代碼并顯示報警,為了增強系統(tǒng)靈活性,發(fā)射器中的數(shù)據(jù)代碼可以通過接口電路即時的輸入,并且接收器接收到信號后反饋信息給發(fā)射器,即采用半雙工的工作
64、方式。圖7.5為上電復位電路,在此我們采取手動復位的方式。圖7.6為AT89C51發(fā)射控制部分電路,其實際功能是當按鍵按下時,蜂鳴器發(fā)出報警聲,從而在聽覺上提醒操作者操作成功。同時,因為AT89C51內(nèi)部有程序存儲器,31腳接高電平</p><p> 圖7.5 上電復位電路</p><p> 圖7.6 AT89C51控制電路</p><p> 圖7.7 無線呼
65、叫系統(tǒng)接收電路</p><p> 8 煙霧檢測器系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p><b> 8.1 軟件設(shè)計</b></p><p> 軟件設(shè)計時,要注意nRF401模塊工作模式切換時,編程中要做相應(yīng)的延時處理。另外一個值得注意的問題是在無線呼叫系統(tǒng)進行工作時,可能會出現(xiàn)同時有幾個發(fā)射器處于接收器的工作范圍內(nèi),這樣當有兩個或兩個以上的發(fā)射器
66、同時發(fā)送數(shù)據(jù)時就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)相互的干擾(碰撞),所以就必須制定適當?shù)耐ㄐ欧绞?。一般在RFID系統(tǒng)中有兩種不同的基本通信方式:第一種通信方式:從接收器到發(fā)射器的數(shù)據(jù)傳輸為第一種通信形式。發(fā)送的數(shù)據(jù)流同時被所有的發(fā)射器接收,此方式稱為“無線廣播”(Radio)。第二種通信方式:在接收器的應(yīng)答范圍內(nèi)有多個發(fā)射器的數(shù)據(jù)同時傳輸給閱讀器,這種通信方式稱為多路存取。這是RFID系統(tǒng)中的主要通信方式之一[22]。 RFID系統(tǒng)是個小的無線局域網(wǎng)
67、,所以應(yīng)選用比較簡單的多路存取方法??梢允褂迷赗FID系統(tǒng)中的多路存取方法有ALOHA法,時隙ALOHA法,動態(tài)時隙ALOHA法,“二進制搜索”算法和“動態(tài)二進制搜索”算法等,在我們的無線呼叫系統(tǒng)中使用的是“動態(tài)二進制搜索”算法,這種算法有效地避免了通信碰撞問題。使用RF技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)時很容易受外界的千擾:使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)發(fā)生改變導致錯誤。校驗是用以識別并以</p><p> 初始化主要是指對定時器工作方式寄存器、中
68、斷寄存器、串口工作方式寄存器等的設(shè)定。當檢測到煙霧時,先由定時器T0定時一段時間,在此期間,如以智能檢測到煙霧,確認有火情存在,T0溢出中斷,開始發(fā)送數(shù)據(jù)(可以是火情地址編碼),經(jīng)由nRF401的PCB天線發(fā)射出去。INT0被設(shè)置為下降沿觸發(fā),如果定期間MC14468管腳1信號消失或變低,都會引起外部INT0中斷,計數(shù)器重新設(shè)置初值。當接收控制端接收到數(shù)據(jù)時,回送握手信號,以示發(fā)送下一幀數(shù)據(jù),同時控制壓電陶瓷蜂鳴器報警,并控制LED顯示
69、數(shù)據(jù);如沒接收到,即檢測發(fā)射端沒接收到應(yīng)答信號,則重新發(fā)送,直到接收到為止。TXEN端的高低電平由軟件設(shè)置,可實現(xiàn)nRF401發(fā)射模式與接收模式之間的相互切換[24]。</p><p> 8.2軟件設(shè)計流程圖</p><p> 程序主要采用C語言,運用自上而下的設(shè)計思想,總體分為兩部分,如流程圖8.1所示。整個軟件系統(tǒng)有主程序和中斷程序、延時程序等子程序。主程序主要是對系統(tǒng)的初始化以及
70、檢測處理,中斷程序主要是發(fā)送數(shù)據(jù)并通過nRF401發(fā)射出去,延時程序是為了nRF401的發(fā)射模式與接收模式之間相互切換時的需要。</p><p><b> NN</b></p><p><b> N</b></p><p><b> Y</b></p><p><
71、;b> N Y</b></p><p><b> NYN</b></p><p><b> Y</b></p><p><b> Y</b></p><p> 圖8.1 檢測發(fā)射端流程圖 接收控制端流程
72、圖</p><p> 9 智能火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計</p><p> 9.1 智能火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用</p><p> 隨著科學技術(shù)的發(fā)展,智能火災(zāi)報警系統(tǒng)問世,從傳統(tǒng)走向智能型是國外火災(zāi)報警系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢,工程技術(shù)人員必須予以充分重視。以某大型建筑群為例:該建筑群是由三棟塔樓組成,一棟為25層,一棟13層和一棟12層的塔樓由4層裙樓連接而成,建筑
73、面積6萬平方米,建筑高度85米,主要功能:1至4層為商場,5層以上為寫字樓。由于該大廈建筑面積大,探測區(qū)域廣,探測器數(shù)量非常可觀。傳統(tǒng)的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)已無法滿足需要,因此,在設(shè)計中,經(jīng)過反復的方案比較,選擇了采用主——從式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的智能火災(zāi)報警控制系統(tǒng),該系統(tǒng)利用大容量的控制矩陣交叉查尋軟件包,以軟件編程代替硬件組合,滿足了大型工程的適應(yīng)性,提高了消防聯(lián)動的靈活性和可修改性。系統(tǒng)由主機、從機、復式器等構(gòu)成。該工程消防控制中心設(shè)于1層,
74、主機和消防聯(lián)動控制柜設(shè)在消防中心,從機與復式器分設(shè)于樓層內(nèi)[25]。</p><p> 9.2 智能探測器數(shù)量的確定</p><p> 設(shè)計時先根據(jù)《火災(zāi)自動報警器系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定確定探測器的布局和設(shè)置。其規(guī)定探測區(qū)域內(nèi)的每個房間至少應(yīng)設(shè)置一只火災(zāi)探測器。感煙探測器的保護面積和保護半徑應(yīng)按表9.1確定。表中列出的是一個感煙探測器的保護面積和保護半徑。建筑物內(nèi)往往一個探測區(qū)域的面積較
75、大,超過一只探測器的保護面積,這時需要計算一個探測區(qū)域內(nèi)所需設(shè)置的探測器數(shù)量,可按式計算。式中:N為一個探測區(qū)域內(nèi)所需設(shè)置的探測器數(shù)量(只),N取整數(shù),S為一個探測區(qū)域的面積(平方米),A為探測器的保護面積,K為修正系數(shù),重點保護建筑取0.7-0.9,非重點保護建筑取1.0。根據(jù)上式計算結(jié)果,該系統(tǒng)控制器為主——從式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),每個主——從機系統(tǒng),只能有一臺主機,從機數(shù)量根據(jù)工程要求確定,一般按探測器數(shù)量計算,從機數(shù)量最多為15臺。<
76、;/p><p> 表9.1 感煙探測器的保護面積和半徑</p><p> 10 軟件設(shè)計程序清單及部分注釋</p><p> #include<reg51.h></p><p> #define uchar unsigned char</p><p> #define uint unsigned i
77、nt </p><p> #define WEIXIAN 0x0a</p><p> uchar flag;//系統(tǒng)狀態(tài)標志變量,1-有危險,0-無危險。</p><p> sbit BEEP = P2^1;</p><p> sbit RF_PWR = P2^5;</p><p> sbit RF_CS
78、= P2^6;</p><p> sbit RF_TXEN = P2^7;</p><p> sbit RF_DOUT = P3^0;</p><p> sbit RF_DIN = P3^1;</p><p> void delayms(uint z)</p><p><b> {</b&g
79、t;</p><p><b> uint x,y;</b></p><p> for(x=z;x>0;x--)</p><p> for(y=110;y>0;y--);</p><p><b> }</b></p><p> void UART_INIT
80、()//串口初始化函數(shù)</p><p><b> {</b></p><p> TMOD = 0x20;</p><p> SCON = 0x50;</p><p> TH1 = 0xFD;</p><p> TL1 = TH1;</p><p> PCON
81、 = 0x00;</p><p><b> TR1 = 1;</b></p><p><b> }</b></p><p> void RF_INIT()//無線模塊初始化函數(shù)</p><p><b> {</b></p><p> RF_
82、PWR = 0;</p><p> RF_CS = 1;</p><p> RF_TXEN = 1;</p><p><b> }</b></p><p> void send(uchar dat)//無線發(fā)送子函數(shù)</p><p><b> {</b><
83、/p><p> SBUF = dat;</p><p> while(!TI);</p><p><b> TI = 0;</b></p><p><b> }</b></p><p> void main()</p><p><b>
84、 {</b></p><p><b> uint i;</b></p><p><b> EA = 1;</b></p><p><b> EX0 = 1;</b></p><p> UART_INIT();</p><p> R
85、F_INIT();</p><p><b> flag = 0;</b></p><p><b> while(1)</b></p><p><b> {</b></p><p> if(flag==1)</p><p><b> {
86、</b></p><p> //發(fā)現(xiàn)危險發(fā)出警報。</p><p> RF_PWR = 1;</p><p> send(WEIXIAN);//發(fā)送預(yù)先設(shè)定好的危險標志</p><p> for(i=0;i<10000;i++)</p><p><b> {</b>
87、</p><p><b> BEEP = 0;</b></p><p> delayms(1);</p><p><b> BEEP = 1;</b></p><p> delayms(1);</p><p><b> }</b></p&
88、gt;<p><b> flag = 0;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> void int0() interrupt 0&
89、lt;/p><p><b> {</b></p><p><b> EX0 = 0;</b></p><p> delayms(90);</p><p> if(INT0==0)</p><p><b> flag = 1;</b></p&g
90、t;<p><b> EX0 = 1;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> 參 考 文 獻</b></p><p> [1] 沙占友 . 集成化智能傳感器原理與應(yīng)用[M] . 北京:電子工業(yè)出版社,2004. [2] 余錫存,曹國華 . 單片
91、機原理及接口技術(shù)[M] . 西安:西安電子科技大學出 版社,2002</p><p> [3] 吳啟鵬.新世紀消防科學技術(shù)展望[J].中國消防大全,2000(11):4-5 </p><p> [4] 花鐵森.消防報警產(chǎn)品和系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀與市場[J].安防科技,2003,(6):4-13 &
92、lt;/p><p> [5] 宋中才.智能建筑中火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)計[J].重慶郵電學院學報(自然科學版),2003,(9):96-98[6] 楊堅.火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計淺談[J].林業(yè)建設(shè),2005,4(3):3-6 </p><p> [7] 王新軍.三種火災(zāi)探測器性能比較及應(yīng)用[J].隧道建設(shè),2005,25(3):74-79 [8] 華瑞.適用氣體探測器的原理和選擇[J].消防技術(shù)
93、與產(chǎn)品息.2004,(9):76-79 [9] 徐江榮,胡建人.火焰輻射溫度場測量系統(tǒng)[J].杭州電子工業(yè)學院學報,2002,(1):44-47</p><p> [10] 衛(wèi)成業(yè),李曉東,馬增益等.高溫火焰圖像處理比色測溫法的數(shù)值方法研究[J].燃燒科學與技術(shù),1998,(3):307-311[11] 宋國珍,張立明.紡織廠火災(zāi)探測器的選擇[J].浙江建筑,2005,22(6):54-55 </p&g
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