自动灭火课程设计报告自动灭火系统的设计

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1、摘要摘要随着社会的进步，人们越来越重视火灾的防范工作，许多单位或生产线逐渐引入完善的防火系统，目前市场上的防火大多处于原始的人为手动的灭火，其效率低下，效果并不好，因此全新的自动灭火系统这些年也是应用而生，小到家庭的火灾防范，大到整个森林的火灾防范，这都无疑证明自动灭火在当下甚至未来是一个不可阻挡的发展趋势。本课题主要是以 AT89C51 单片机为核心自动灭火系统的设计，通过烟雾和温度传感器进行现场信号实时采集，利用单片机控制，当信号大于设定值时，通过蜂鸣器和信号灯发出报警，同时使继电器驱动喷水装置启动，来实现自动灭火，并通过数码管对采集到的温度进行显示，利用键盘进行人机通信，应用的范围广泛，

2、可扩展性也是相当的强，针对不同的场所可以自行改进相关的部分。本次设计的主要方面是信号的检测和单片机程序的控制部分，也是整个自动灭火系统的两个主要方面。关键词关键词：自动灭火系统；AT89C51；烟雾和温度传感器 控制部分AbstractAs society advances, there is growing emphasis on fire prevention work, many units or production lines gradually introducing improved fire protection systems, most of the fire protec

3、tion on the market today still relys on human hand icontrolling , its efficiency is low and original, the effect is not good. Therefore, the new automatic fire extinguishing system apears Naturally. It is really widely used，ranged from home protection to the entire forest fire prevention, which woul

4、d no doubt prove that automatic fire protection in the future is an irresistible trend. This topic is mainly design with the core around AT89C51 ，aims to creating automatic fire extinguishing system, through the smoke and temperature sensor to collect the signal, MCU control to automatic fire. At th

5、e same time，a wide range of applications, scalability is also quite strong, for different places to improve their own related parts. The design of the main aspects contain the signal detection and control of the program part of the MCU, also，the two main aspects of my designs.KeyKey WordsWords：autom

6、atic fire extinguishing system；AT89C51；the smoke and temperature sensor； control segment1 概述1.1 课题背景火灾，作为一种具有突发性和强破坏性的灾害现象，严重危害人类生命财产安全和自然环境。据统计，在众多的灾种中，火灾造成的直接损失约为地震的5倍，仅次于干旱和洪涝，而火灾发生的频度则居于各灾种之首。千百年来，人类和火灾进行了长期的斗争，积累了许多防火、灭火的经验教训。随着社会的不断发展，人们对于火灾的认识不断加深，针对火灾初期不同特征的各种探测方法越来越多。人类逐步掌握了火的燃烧机理，燃烧条件和燃烧发展

7、的过程，创造了各种各样防火、灭火的方法。在上世纪70年代后期，开始出现一门新兴的多学科交叉应用基础科学，火灾科学，其中心内容就是用现代高科技手段研究火灾发生、发展和防治的机理和规律，为火灾防治提供新的思想、理论和方法，使得人类对火灾的研究进入了科学化、系统化的轨道，并促进了防火、灭火技术的进步。本文基于上述考虑，通过研发全自动灭火控制系统，满足了用户的不同使用环境的需要。通过温度传感器和烟雾传感器检测出信号，也可通过控制电路使电话自动拨号（119），并报告现场地址。这对有效、快速扑救具有积极意义。本系统适用于各种消防环境，尤其适合于不能用水做灭火介质的地方，如图书馆、档案馆、计算机房等处。因单

8、片机集成度高，故该装置具有结构简单，可靠性高，成本低等优点。1.21.2 自动灭火系统设计的意义自动灭火系统设计的意义火灾报警系统是各行各业必需的一种安全系统网络,可靠的监测与数据传输是该系统非常重要的环节. 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.随着我国经济建设的发展,各种高层建筑,大中型商业建筑,厂房不断涌现,对消防报警系统提出了更高更严的要求.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,火灾自动报警系统已成为必不可少的设施.电气工程设计,安装和使用是否正确不仅直

9、接影响到建筑的消防安全而且也直接关系到各种消防设施能否真正发挥 作用.因此,火灾报警系统的设计及设备选型显得尤为重要. 以往的火灾报警系统经常会出现总线上的数据冲突,长距离数据传输的不可靠以及 不易扩展等问题,随着近年来一些低价格,高性能单片机被广泛应用于各个电路系统, 尤其是电路控制等方面,这些问题都得到了一定的改善. 在人们生产过程中或日常生活中,火灾是时有发生的,它会给人们带来巨大的灾害与苦难.因此,正确采取预防火灾的手段是人类与火灾做斗争的重要课题. 自动灭火系统，美国现在已制定了相关规范对其推广，英国、澳大利亚、也在使用，实践证明安装该系统能够扑救初期火灾，保护财产安全，降低火灾损失

10、以及为抢救货物提供足够的时间并能及时报警。 随着我国自动灭火系统的不断发展，自动灭火系统大大的降低了火灾的危害性，把火灾给人们带来的经济损失将到了最低，为确保人的生命及财产安全提供了保障。在本次自动灭火系统采用了烟雾传感器之间的互锁模式进行控制，避免了因烟雾在仓库中的扩散而引起的其他非着火区域的错误报警与灭火，大大减少了系统的误报率，有很强的实用意义。且在本次设计中还采用了先报警后灭火的报警灭火模式，给管理人员提供了有效的火灾确认时间，大大减少了因误报带来的损失，具有很强的实用价值。2 2 方案的确定自动喷灭水火系统主要有两大类：湿式自动喷水灭火系统和干式自动喷水灭火系统。方案一：湿式自动喷水

11、灭火系统 特点：采用闭式喷头的灭火系统； 闭式喷头的灭火系统 特点：采用闭式喷头的灭火系统；准工作状态下管 网中充满用于启动系统的有压水 充满用于启动系统的有压水； 网中充满用于启动系统的有压水；当喷头保护范围 内发生火灾， 内发生火灾，喷头热敏元件受热达到或超过公称动作温度时，热敏元件动作（熔化、破碎）， 从而喷作温度时，热敏元件动作（熔化、破碎），从而喷头开启，出水灭火，同时系统自动启动。 方案二：干式自动喷水灭火系统 特点： 喷头常闭的灭火系统管网中平时不充水的灭火系统，有压空气（ 充有有压空气或氮气） ，不怕冻结，不怕环境温度高。当建筑物发生火灾火点温度达到开启闭时喷头时，喷头开启排气

12、、充水灭火。优点：管网中平时不充水，对建筑物装饰无影响，对环境温度也无要求，适用于采暖期长建筑内无采暖的场所。缺点：与湿式喷水灭火系统相比，因增加一套充气设备，且要求管网内的气压要经常保持在一定范围内，投资较大，因此-管理比较复杂，该系统灭火时需先排气，故喷头出水灭火不如湿式系统及时，灭火效率低；对管网、喷头安装要求严格。因此本次课程设计选用方案一。自动报警灭火系统可以大大的降低了火灾的危害性，把火灾给人们带来的经济损失将到了最低，为确保人的生命及财产安全提供了保障。该系统首先是通过烟雾和温度传感器进行现场信号实时采集，然后通过转化，这里需要做一下说明，由于温度传感器选用的是集成的 DS18B

13、20，自带 AD 转换，而烟雾传感器输出的信号作为辅助判断，我们为了节约成本，只需要知道其是否在危险范围内，因此通过简单的电压比较器即可实现，输入信号进入单片机后，即可由 AT89S51 单片机进行判断，当信号大于设定值时，通过蜂鸣器和信号灯发出报警，同时使继电器驱动喷水装置启动，来实现自动灭火，并通过数码管对采集到的温度进行显示，利用连接的键盘，达到故障复位，阀值设定等。我们可参考附录的总体电路图，键盘部分、声光报警部分、驱动电路部分均是通过软件编程来控制其运行的。图 1-1 基本上完整的说明了整个系统硬件部分的设计思路单片机复位电路时钟电路温度检测烟雾检测故障报警键盘电路报警电路驱动电路灭

14、火装置启动电路串口通信电路显示电路图图 1-11-1 系统原理框图系统原理框图2.1 CPU 的选择本课题是基于单片机的烟雾报警及其联动系统的研究， 单片机是其中的核心部件，是设计的枢纽。方案一：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 CMOS 工艺和 Atmel 公司的高密度非易失性存储器技术。 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改编程序或用常规的非易 失性存储器编程器来编程。它具有功能强、灵活性高、价格低、普遍和适合民用等 优点，

15、可方便应用于本系统设计的控制中心。方案二：STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得STC89S51 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种

16、软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35Mhz，6T/12T 可选。内带 4K 字节 EEPROM 存储空间，可直接使用串口下载，价格比较便宜。因此选择来 AT89C51 单片机。2.2 温度传感器选择测量温度的关键是温度传感器，本次设计中，我考虑了两种设计方案。（1）方案一采用热电偶温差电路测温，温度检测部分使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起不同金属导线组成，热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电

17、势组成。通过将参考节点保持在已知温度并测量该电压，便可推断出检测节点的温度。数据采集部分使用带有 A/D 通道的单片机，将随温度变化的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，将被测温度显示出来。热电偶电路的优点是测温范围广，且体积下。但是存在输出电压小、容易受到来自导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺点，并且需要设计 A/D 转换电路，因此可靠性较差、测量温度准确率低。（2）方案二采用数字温度传感器，将温度直接转化成数字信号经单片机输出。数字温度传感器的内部都包含温度传感器、A/D 转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路,其特点是能直接输出

18、数字化的温度数据及相关的温度控制量，自动适配各种微控制器(MCU)。采用数字温度传感器以实现温度数字化，既能以数字形式直接输出被测温度值，具有测量误差小，分辨力高，抗干扰能力强，能够远程传输数据，带串行总线接口等优点。DS18B20 是美国 Dallas 公司最新推出的一种单总线系统的数字温度传感器。与传统的热敏电阻温度传感器不同，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 912 位的数字值读数方式，可以分别在 93.75ms 和 750ms 内将温度值转化 9 位和 12 位的数字量。因而使用 DS18B20 可使系统结构更简单，可靠性更高。芯片的耗电量很小，从总线上“偷

19、”一点电存储在片内的电容中就可正常工作，一般不用另加电源。最可贵的是这些芯片在检测点已把被测信号数字化了，因此在单总线上传送的是数字信号，这使得系统的抗干扰性好、可靠性高、传输距离远。因此本次温度传感器选用的是 DS18B20芯片。2.3 烟雾浓度传感器火灾的起火过程一般都伴有烟、热、光三种燃烧产物。在火灾初期，由于温度较低，物质多处于阴燃阶段，所以产生大量烟雾。烟雾是早期火灾的重要特征之一，烟雾浓度传感器是能对可见的或不可见的烟雾粒子响应的火灾探测器。它是将探测部位烟雾浓度的变化转 换为电信号实现报警目的一种器件。烟雾浓度传感器有离子感烟式、 光电感烟式、激光感烟式等几种型式。离子烟雾浓度传

20、感器是点型探测器，它是在电离室内含有少量放射性物质（镅-241），可使电离室内空气成为导体，允许一定电流在两个电极之间的空气中通过，射线使第 3 页局部空气成电离状态，经电压作用形成离子流，这就给电离室一个有效的导电性。当烟粒子进入电离化区域时，它们由于与离子相接合而降低了空气的导电性，形成离子移动的减弱。当导电性低于预定值时，探测器发出警报。烟雾传感器属于气敏传感器，是气-电变换器，它将可燃性气体在空气中的含量(即浓度)转化成电压或者电流信号，通过 A/D 转换电路或者 LM339 比较器将模拟量转换成数字量后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度的处理及报警控制等工作。传感器作为烟雾检

21、测报警器的信号采集部分，是仪表的核心组成部分之一。由此可见，传感器的选型是非常重要的。综合考虑本次选用的是离子型传感器，型号为 HIS-07 或者 NIS-07，以下为 NIS-07 的技术参数：DC:9V ；输出电压 5.6+0.4V；电流损耗：27+3pA ；灵敏度 0.6+0.1V；湿度：90%以下。2.42.4 显示电路的选择方案一：使用 LED 数码管显示LED 数码管是由发光二极管构成的,亦称半导体数码管.将条状发光二极管按照共阴极(负极)或共 阳极(正极)的方法连接,组成8字,再把发光二极管另一电极作笔段电极,就构成了 LED 数码 管。若按规定使某些笔段上的发光二极管发光, 就

22、能显示从 09 的系列数字。同荧光数码管(VFD), 辉光数码管(NRT)相比,它具有:体积小,功耗低,耐震动,寿命长,亮度高,单色性好,发光响 应的时间短,能与 TTL,CMOS 电路兼容等的数显器件。+,-分别表示公共阳极和公共阴极。ag 是 7 个笔段电极,DP 为小数点。另有一种字高为 7.6mm 的超小型 LED 数码管,管脚从左右两排引出,小数点则是独立的。耗能小，价格便宜。方案二：使用 LCD 液晶显示LCD 是一种利用液晶的扭曲/向列效应制成的新型显示器，它具有功耗极低、体积小，抗干扰能力强，价格廉等特点，目前已广泛应用于各个显示领域，尤其袖珍仪表和低功耗应用系统中。LCD 液

23、晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称，LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。但价格相对高。由于本次设计只显示温度值，从性价比考虑看，综合比较以上两种方案，最后选择方案二。并且静态显示的优点是显示稳定，亮度高，缺点是占用硬件电路多；动态显示的优点是节省能量，硬件电路简单，缺点是占用软件扫描时占用 CPU 时间多，因此我选择动态显示。2.5 键盘电路的选择键盘可以分为两类：非编码键盘和编码键盘。非编码键盘是利用按键直接与单片机相连接而成，这种键盘通常使用

24、在按键数量较少的场合。使用这种键盘，系统功能通常比较简单，需要处理的任务较少，但是可以降低成本、简化电路设计。常见的非编码键盘有两种结构：独立式键盘和矩阵式键盘。独立式键盘：其特点是：一键一线，各键相互独立。每个按键各接一条 I/O 口线，通过检测 I/O 输入线的电平状态，可以很容易的判断哪个按键被按下。这种键盘的优点是：电路简单，各条检测线独立，识别按下按键的软件编写简单。适用于键盘按键数目较少的场合，不适合用于键盘按键数目较多的场合，因为将占用较多的 I/O 口线。矩阵式键盘：特点，编程复杂，但是节省 IO 口，这种键盘用于按键数目较多的场合。由于本次课程设计使用的按键比较少，所以采用的

25、是独立式键盘。2.5 报警选择蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。 ；蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、 “LB”、 “JD”等）表示。2.5 驱动 3 3 系统硬件设计3.1 AT89S51 最小系统设计3.1.1 时钟电路硬件设计AT89S51 单片机各功能部件的运行都以时钟控制信号为基准，因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式，一种

26、是内部时钟方式，另一种方式是外部时钟方式。内部时钟方式：AT89S51 内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，它的输入端为芯片引脚 XLAT1，输出端为 XLAT2。这两个引脚跨接石英晶体和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器。外部时钟方式：外部时钟方式使用现成的外部振荡器产生脉冲信号，常用于多片AT89S51 单片机同时工作，以便于多片 AT89S51 单片机之间的同步，一般为低于 12MHz 的方波。外部时钟源直接接到 XLAT1 端，XLAT2 端悬空。通过比较不难发现，本次设计中应该采用的是内部时钟方式。本设计晶振电路如下图 3-1 所示。在本次设计中采用 12M 的晶振。晶振的作

27、用是给单片机正常工作提供稳定的时钟信号。单片机的晶振并不是只能用 12M，只要不超过 20M就行，在准许的范围内，晶振越大，单片机运行越快，还有用 12M 的就是好算时间，因为一个机器周期为 1/12 时钟周期，所以这样用 12M 的话，一个时钟周期为 12us，那么定时器计一次数就是 1us 了，电容范围在 20-40pF 之间，这里连接的是 30pF 的电容。机器周期=10*晶振周期=12*系统时钟周期30pFC112Y1GND30pFC2Cap11.0592MXTAL1XTAL2 图 3-1时钟电路3.1.23.1.2 复位电路硬件设计复位是单片机的初始化操作，只需给 AT89S51 的

28、复位引脚 RST 加上大于 2 个机器周期（即 24 个时钟振荡周期）的高电平就可使 AT89S51 复位。AT89S51 的复位是由外部的复位电路实现的。AT89S51 的复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路给电容 C 充电加至 RST 引脚一个断的高电平信号，此信号随着Vcc 对电容的充电过程而逐渐回落，即 RST 引脚上的高电平持续时间取决于电容的充电时间。因此为了保证系统可靠的复位，RST 引脚上的高电平必须维持足够长的时间。除了上电复位之外，还可以进行按键手动复位，这种复位是通过 RST 端经电阻与电源 Vcc 接通来实现，在本次设计中采用的

29、是上电按钮手动复位电路。本次设计中复位电路如下图所示：首先经过上电复位，当按下按键时，RST 直接与VCC 相连，为高电平形成复位，同时电解电容被电路放电；按键松开时，VCC 对电容充电，充电电流在电阻上，RST 依然为高电平，仍然是复位，充电完成后，电容相当于开路，RST为低电平，单片机芯片正常工作。其中电阻 R23 决定了电容充电的时间，R23 越大则充电时间长，复位信号从 VCC 回落到 0V 的时间也长。硬件上最有效的保护措施就是采用具有监视功能的自动复位电路，自功复位电路除了具有上电复位功能外，还具有监视系统运行并在系统发生故障或死机时再次进行复位的能力。其基本原理就是电路提供一个用

30、于监视系统运行的监视线，当系统正常运行时，应在规定的时间内给监视线提供一个高低电平发生变化的信号，如果在规定的时间内这个信号不发生变化，自动复位电路就认为系统运行不正常，并重新对系统进行复位的能力。其基本原理就是电路提供一个用于监视系统运行的监视线，当系统正常运行时，应在规定的时间内给监视线提供一个高低电平发生变化的信号，如果在规定的时间内这个信号不发生变化，自动复位电路就认为系统运行不正常，并重新对系统进行复位。复位是单片机的初始化操作，只需在单片机的复位引脚加上大于 2 个机器周期的高电平就可使单片机复位，当程序运行出错或操作进入死循环状态可通过复位重新启动程序。MCS-51 的复位是由外

31、部的复位电路来实现的，STC89C52 也不例外，复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，为方便复位操作，本文采用按键电平复位，电路如图 5 所示。其中 C 取 4.7uF，R2取 10K，本课程设计采用复位电路如图 3-3。4.7uFC310KR12S1GNDVCCRST图 3-3 复位电路P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119VSS20

32、P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE30EA/VPP31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40U530pFC112Y1GND4.7uFC310KR12S1GNDVCCVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P05P06P0730pFC2CapTXDRXDP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P1.

33、2P1.3P1.4P1.5P1.7P1.6U4EP1.011.0592MVCC3.23.2 键盘/显示电路硬件设计3.2.3.2.1 键盘电路硬件设计键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。按键是一种常开型按钮开关。平时(常态时)，按键的两个触点处于断开状态，按下键时它们才闭合(短路)。常见键盘：触摸式键盘、薄膜键盘和按键式键盘，最常用的是按键式键盘。按键实质上就是一个开关。如图 3-4(a) 所示，按键开关的两端分别连接在行线和列线上，通过键盘开关机械触点的断开、闭合，其行线电压输出波形如图 3-4（b） 所示。图 3-4（b）所示的 t1

34、和 t3 分别为键的闭合和断开过程中的抖动期（呈现一串负脉冲），抖动时间长短与开关的机械特性有关，一般为 510ms，t2 为稳定的闭合期，其时间由按键动作确定，一般为十分之几秒到几秒，t0、t4 为断开期。按键的识别键的闭合与否，行线输出电压上就是呈现高电平或低电平。高电平，表示键断开，低电平则表示键闭合，通过对行线电平的高低状态的检测，可确认按键按下以及按键释放与否。为了确保对一次按键动作只确认一次按键有效，必须消除抖动期 t1 和 t3 的影响4如何消除按键的抖动按键去抖动的方法有两种：一种软件延时，其思想是：在检测到有键按下时，该键所对应的行线为低电平，执行一段延时 10ms 的子程序

35、后，确认该行线电平是否仍为低电平，如果仍为低电平，则确认该行确实有键按下。当按键松开时，行线的低电平变为高电平，执行一段延时 10ms 的子程序后，检测该行线为高电平，说明按键确实已经松开。采取本措施，可消除两个抖动期 t1和 t3 的影响。另一种是采用专用的键盘/显示器接口芯片，这类芯片中都有自动去抖动的硬件电路。S2S3S4S5VCCP1.2P1.3P1.4P1.510KR1910KR1810KR2010KR21GND图 3-5 键盘电路本次键盘采用最简单的上拉电阻和开关与单片机接口相连，由于本次 I/O 端口的数目足够，故直接与 4 个端口相连构成 4 键组成的键盘系统，可参考总电路图，

36、其功用如下：确认、数字加 1、数字减 1、复位键 确认、数字+1、数字-1 是用来调节温度上限设定的阀值，即报警预设值的设定，初始状态我们给它设定为 80 摄氏度，可以人为根据现场的环境来增减。3.2.2 显示电路硬件设计LED 就是 light emitting diode ，发光二极管的英文缩写，简称 LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。显示器显示接口按驱动方式可分为静态显示和动态显示，静态显示时，除变更显示数据期间外，各显示器均处于通电状态，每个显示器的通电占空比为 100%，静态显示的优点是显示稳

37、定，亮度高，缺点是占用硬件电路多；动态显示的优点是节省硬件电路，缺点是占用软件扫描时占用 CPU 时间多。对于多位 LED 显示器，通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即逐个地循环点亮各位显示器，这样虽然在任一时刻只有一显示器被点亮，但是由于人眼具有视觉残留效应，看起来与全部显示器持续点亮效果完全一样。为了实现 LED 显示器的动态扫描，除了要给显示器的输入之外，还有对显示器选择位的控制，这就是通常所说的段控和位控。因此，多位 LED 显示器接口电路需要有两个输出口，其中一个用于 8 条段控线，另一个用于输出位控线，位控线的数目等于显示器的位数。本次采用动态显示。为了方便编写程序，通常在内部

38、RAM 中设置显示缓冲区，存放显示的数字或字符，显示缓冲区单元个数与 LED 显示器位数相同。本次的显示部分采用 4 位的七段共阴数码管显示，部分电路如 3-5 图所示，通过 P2端口提供段选信号来点亮各位和小数点，再通过 p0.1 、p0.2 来进行位选信号的输出，即每次输出的数据送到个位、十位还是百位或是小数位，也就是动态显示。七段数码管有不同的尺寸，以适应不同场合的需要。它的七个显示段可以独立地控制发光或者熄灭，这样一来不同段组合的就形成了不同的数字或者英文字母。所谓共阴就是7 个数码管的负极相连接到 GND，而正极由我们来控制；共阳就是这 7 个发光二极管的正极相连，接到电源正极，而负

39、极则是有我们来控制。在实际的应用中选择共阴或是共阳取决于设计的方便性，本次我们采用共阴。A1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS1Dpy Yellow-CAA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS2Dpy Yellow-CAA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS3Dpy Yellow-CAA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS4Dpy Yellow-CAOE11A12A24A36A48Y412Y314Y216Y118Y83Y75Y67Y59GND10A511A613A715A817OE219VCC20U1DM74LS244NGNDVCCR2R3R4R5R6R

40、7R9R10abcdefgdpabcdefgdpabcdefgdpabcdefgdpabcdefgdpA1A2A3A4P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.712U4ASN74LS06D34U4BSN74LS06D98U4DSN74LS06D56U4CSN74LS06DP0.0P0.1P0.2P0.33.3 自动灭火电路驱动部分本部分由两组构成，一组用来作为初级阶段的火灾驱动，一组作为下一阶段的火灾驱动，具体的灭火设备和选用的物质和现场紧密相关的。3.3.1固态继电器 SSR固态继电器又名固态开关。是一种新颖的四端以弱控器的无触点功率控制元件。一般施加输入信号后其主控回

41、路呈导通状态,无信号时呈阻断状态,固态继电器为一个四端组件:两个输入控制器,两个输出受控端。它由三部分组成:输入控制部分、隔离部分及输出受控部分。输入控制部分一般由限流电阻或恒流电路及光电二极管组成;隔离部分一般由光电隔离器组成,也有用变压器隔离的。输出部分一般由光敏控制器、电压过零控制器、驱动器、可控硅及阻容吸收部分组成,固态继电器的如图6-2所示。恒流电路发光二极管过零控制器光敏检测器与门驱动器可控硅图 5-2 SRR的结构组成示意图3.3.2 固态继电器特点(1) 输入控制电压低(314V) , 驱动电流小(315mA) , 输入控制电压与TTL 、DTL 、HTL 电平兼容,直流或脉冲

42、电压均能作输入控制电压;(2) 输出与输入之间采用光电隔离,可实现在以弱控强的同时,做到强电与弱电完全隔离,两部分之间的安全绝缘电压大于2kV , 符合国际电气标准UL 的器件;(3) 输出无触点、无噪音、无火花、开关速度快;(4) 输出部分内部一般含有RC 过压吸收电路,以防止瞬间过压而损坏固态继电器;(5) 有多种规格可选择: 输入有电阻限流直流、恒流直流、交流等类型。输出有直流输出方式和交流输出方式。输出额定电压有(220380V) 交流电压及(30180V) 直流电压。交流输出中有过零触发型和非过零触发型(移相型) ;(6) 过零触发型固态继电器对外界的干扰非常小;(7) 采用环氧树脂

43、全灌封装,具有防尘、耐湿、寿命长等优点。3.3.3驱动电路部分如下为图6-3，当AT89C51输出为高电平信号时，经过或非门后为低电平信号固态继电器SSR 导通，使电磁阀开通，从而达到自动喷淋效果。相反，输出为低电平信号时，经过或非门为高电平信号，固态继电器SSR 截止。P3.7K1Relay-SPSTQ22N3904D3Diode1KR18Res210KR19Res2VCCGND图 3-6 SRR 驱动电路3.43.4 AT89C51 与上位机的接口电路本次的串口通信的设计主要是考虑到其可扩展性进行设计的，由于灭火系统可能用于多点和网络型的实时监测，这对于数据的处理要求较高，需要接到上位机P

44、C，为此我们设计了一个基于RS232的串口通信，以备扩展需要，下面就基于RS232的串口通信做简单的介绍。3.4.1 RS232 协议标准RS232信号在正负电平之间摆动,在发送数据时,发送端驱动器输出正电平在+5V+15V，负电平在-5V-15V电平。当无数据传输时，线上为TTL电平，从开始数据传输到结束，线上电平从TTL电平到RS232电平再返回TTL电平。接收器典型的电平在+3V+12V与-3V-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为23V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传输距离最大为约15m，最高速率为20kbps。3.4.2 MAX232 简介RS232用正负

45、电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态规定不通，因此要用RS232总线进行串行通信时需外接电路以实现电平转换。在发送端用驱动器将TTL电平转换成RS232电平，在接收端用接收器将RS232电平再转换成TTL电平。MAX232内部有电荷汞电压转换器，可将+5V电源变换成RS232所需的10V电压，以实现电压的转换，既符合RS232的技术，又可实现+5V单电源供电，所以MAX收发器电路给短距离串行通信带来极大的方便。3.4.3 硬件连接 单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和计算机之间可以方便 地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，计算机的串口是 RS232 电平的，而

46、单片机的串口是 TTL 电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，采用专用芯片 MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。采用三线制连接串口，也就是说和计算机的 9 针串口只连接其中的 3 根线：第 5 脚的 GND、第 2 脚的 RXD、第 3 脚的 TXD。电路如图 4-4 所示，MAX232 的第 11 脚和单片机的 11 脚连接，第 12 脚和单片机的 10 脚连接，第 15 脚和单片机的 20 脚连接。1234567891110J1D Connector 9C1+1VDD2C1-3C2+4C2-5VEE6T2OUT7R2IN8R2OUT9T

47、2IN10T1IN11R1OUT12R1IN13T1OUT14GND15VCC16U6MAX232EWEGND0.01ufC4Cap0.01ufC5CapGNDVCCTXDRXD图 3-7 基于 rs232 串口通信电路3.53.5 报警电路设计本次报警部分分 2 个部分，一个是 LED 灯光的闪烁，一个是蜂鸣器的报警。LED 报警：由 2 个不同颜色的二极管组成，分别接到单片机的 P0.5 和 P0.6，其中P0.5 为黄色，预警，即烟雾浓度指示灯，当烟雾浓度不满足测试值时便开始发光；P0.6 端口接红色 LED，即温度超过阀值便开始不停的闪烁（闪烁容易引起人们的注意），发出火灾警告。蜂鸣器

48、报警下图 3-8 为声音报警部分的电路图，通过简单的三极管 Q9014 驱动电路和蜂鸣器构成，其中一个电阻是偏置电阻，给三极管提供偏置电压。这个电路的工作过程可简单的描叙如下：驱动电路的输入端与单片机的 I/O 口相连，当 I/O 口输出一个高电平，三极管 Q 的基极 B 得到高电平，三极管导通，电流从 VCC 经集电极 C 流向发射极 E，并流入蜂鸣器 BP，这样蜂鸣器 BP 得到工作电流而发出“滴滴”的提示音。Q14.7KR11LS1VCCGNDP0.4图 3-8 蜂鸣器报警电路4 4 自动灭火系统软件设计介绍自动灭火系统软件设计介绍软件流程是程序编写的核心，也是整个控制系统工作的核心思想

49、，因此一个合理有效的流程构思显得尤为重要。主程序的主要功能是负责读取烟雾浓度信号，温度的实时显示，读出并处理 DS18B20的当前温度值，同时通过扫描和中断来调用键盘子程序达到阀值调整、故障人工操作等。如图 4-1 为整个程序的主程序流程图。系统初始化DS18B20初始化设定值小于显示值吗？ 是否按下键 键盘子程序调用读取温度子程序设定结束处理温度值转换BCD调显示子程序 继电器启动有烟雾信号报警子程序 开始NYYNYN图 4-1 主程序流程图参照附录的汇编程序做下简单的部分原理解释，系统初始化主要是对波特率的设置，单片机与上位机之间的传输是串口，因此需要一个 8 位的 UART，对波特率设置

50、是必须的；同时也对中断的允许位进行了设定，中断申请是靠外部的 INTO 和 INT1 输入电平来决定，一旦提出了中断申请，立马转去执行中断子程序 SETUP 和 STOP;系统初始化完成后，转去判断烟雾输入电平的高低，从而进行初步火灾的判断，决定是否执行启动 2 路继电器，无论怎样都要转去执行温度本分的信号采集和比较，这部分也是本次程序设计的核心和难点。DS18B20 的初始化步骤如下：（1） 先将数据线置高电平“1”。（2） 延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）（3） 数据线拉到低电平“0”。（4） 延时 750 微秒（该时间的时间范围可以从 480 到 960 微秒）。（5）

51、 数据线拉到高电平“1”。（6）延时等待（如果初始化成功则在 15 到 60 毫秒时间之内产生一个由 DS18B20 所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。（7）若 CPU 读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要 480 微秒。（8） 将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。接下来要进行的是 DS18B20 的写操作如下为操作步骤：（1） 数据线先置低电平“0”。（2） 延时确定的时间为 15 微秒。（3） 按从低位到高位的顺序发送字节（一次只

52、发送一位）。（4） 延时时间为 45 微秒。（5） 将数据线拉到高电平。（6） 重复上（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。（7） 最后将数据线拉高。如下为 DS18B20 的读操作步骤：（1）将数据线拉高“1”。（2）延时 2 微秒。（3）将数据线拉低“0”。（4）延时 15 微秒。（5）将数据线拉高“1”。（6）延时 15 微秒。（7）读数据线的状态得到 1 个状态位，并进行数据处理。（8）延时 30 微秒。完成 DS18B20 温度的读取，然后与设定的上限值进行比较，决定是否启动 2 路继电器和相关的报警措施。同时要对键盘进行扫描，确定是否改变温度上限值，可参考键盘子程序部分

53、 KEYWORK，主要能实现的内容如下，按下设置键，开始进入温度上限改变的程序，按+，个位会自动增加 1，如果超过 10，则执行个位清零，十位+1,：按下-，则个位会自动减 1，如果个位数字为 0，则执行十位减 1，个位数值变为 9。接下来如果收到 COFIRM，则设定的数值就成功了，若是 DELE，则取消设置，保存原有的数值，转到主程序继续执行。键盘扫描程序框图：程序入口是否按下设置键是否按下减1键是否按下加1 键设定值加1设定值减1退出NYNNYY是否按下确认键Y图 4-2 键盘流程图附录 A：程序（汇编语言）单片机内存分配申明!* LED0 EQU P0.0 ;数码管小数位位选 LED1

54、 EQU P0.1 ;数码管个位位选 LED2 EQU P0.2 ;数码管十位位选LED3 EQU P0.3 ;数码管百位位选 TEMPH EQU 31H ;用于保存读出温度的高 8 位TEMPL EQU 30H ;用于保存读出温度的低 8 位 DIS0 EQU 40H ; 显示缓冲寄存器小数位 DIS1 EQU 41H ; 显示缓冲寄存器个数位 DIS2 EQU 42H ; 显示缓冲寄存器十数位DIS3 EQU 43H ; 显示缓冲寄存器百数位 TEMPHC EQU 44H ; 温度转换寄存器高 8 位TEMPLC EQU 45H ;温度转换寄存器低 8 位TMSETVH EQU 33H ;

55、报警上限设定值BT_VL EQU 34H ;当前显示数据 DISH_VL EQU 24H ;报警上限高 4 位数存放内存位置DISH_VH EQU 23H ;报警上限低 4 位数存放内存位置 TEMPER_L EQU 35H ;用于保存读出温度的低 8 位TEMPER_H EQU 36H ;用于保存读出温度的高 8 位TMROMVH EQU 37H ;报警上限;* CHK_2 BIT P1.2CHK_3 BIT P1.3CHK_4 BIT P1.4CHK_5 BIT P1.5 ;* ORG 0000H ;程序入口地址 AJMP START START: MOV SP, #53H MOVTMOD

56、,#20H ;波特率设置 MOVTL1,#0E8H ;送初值的低 8 位 MOVTH1,#0E8H SETB EA ;CPU 允许中断请求 SETB TR1；启动 T1 MOV SCON, #40H MOV PCON, #00H CLR ES；禁止串行口中断 MOV R0, #40HMOV R2, #04HSETB P1.0 JNB P1.0 SRR2 AJMP LOOP SRR2： SETB P3.7 CLR P0.5 ;- LOOP: MOV P1,#0FFH ; MOV P2,#0FFH ; MOV DISH_VL,#00H ; MOV DISH_VH,#00H ; MOV TEMPH,

57、#00H :寄存器清零 MOV TEMPL,#00H ; MOV TMSETVH, #80H ;报警预设上限值;* LCALL SET_18B20 ;先复位 DS18B20 MOV A,#0CCH ;跳过 ROM 匹配 LCALL WRITE_18B20 ; MOV A,#0B8H ;发出读温度命令 LCALL WRITE_18B20 ; LCALL GET_TEMPER ;调用读温度子程序 LCALL CONVTEMP ;温度 BCD 码计算处理子程序 LCALL DISPBCD ;显示区 BCD 码温度值刷新子程序;* MOV A,TMSETVH ;调上限设置值到调整显示寄存 ANL A,

58、 #0FH ; MOV DISH_VL，A ; MOV A，TMSETVH ; SWAP A ; ANL A, #0FH ; MOV DISH_VH，A ;*MAIN: MOV TEMPHC, #00H ;给转换寄存器高 8 位清零 MOV TEMPLC, #00H ;给转换寄存器低 8 位清零 JNB CHK_2, KEYWORK ;判断按键是否按下JNB CHK_5, KEYWORK LCALL GET_TEMPER ; 调用读温度子程序 LCALL CONVTEMP ; 调用数据处理程序 LCALL DISPBCD ; 调用 BCD 码刷新子程序 LCALL DISPLY ;调用显示子程

59、序 LCALL BT_WORK ; 调用当前值转换子程序 LCALL EMGERCY ;调用报警程序 LCALL TRSA ;调用发送程序 AJMP MAIN ;转主程序;*KEYWORK:KEYWORK1: LCALL DELAYT ;调延时去抖;* JNB CHK_2, TEMRESET ；CHK_2 是否按下，按下转JNB CHK_5, K5WORK ;CHK_5 是否按下，按下转 AJMP KEYWORK1 ;转去扫描按键;按键功能程序;*TEMRESET: JNB CHK_3，K3WORK JNB CHK_4, K4WORKLCALL DELAYAJMP KEYWORK1K3WORK

60、: INC DISH_VL ;上限值+1 调整程序 MOV A, DISH_VL ; CJNE A, #10,OUT ; MOV DISH_VL,#00H ; INC DISH_VH ; MOV A, DISH_VH ; CJNE A, #10, OUT ; MOV DISH_VH,#00H ; AJMP OUT K4WORK: DEC DISH_VL MOV A, DISH_VL CJNE A ,#00，OUT MOV DISH_VL,#09H DEC DISH_VH MOV A, DISH_VH CJNE A, #00，OUT MOV DISH_VH,#09HOUT: JNB CHK_5，

61、COFIRM JNB CHK_6，DELE AJMP TEMRESETCONFIRM: MOV DIS1, DISH_VL ; MOV DIS2 , DISH_VH ; ;* MOV A, DISH_VL ; 写入设定上限值 MOV TMSETVH, A ; MOV A, DISH_VH ; SWAP A ; ORL A, TMSETVH ; MOV TMSETVH, A ; LCALL WRITE_18B20 ;* LCALL SET_18B20 ;先复位 DS18B20 MOV A,#0CCH ;跳过 ROM 匹配 LCALL WRITE_18B20 ; MOV A,#48H ;温度上限和

62、下值 COPY 回 E2PRAM LCALL WRITE_18B20 ; AJMP MAIN ;转主程序DELE:AJMP MAIN 报警和驱动外设程序;*EMGERCY: MOV A, BT_VL ; CJNE A, TMSETVL, X0 ;比较当前温度与设定下限温度值 LCALL BIAOJING ; LJMP OUT1 ;X0: JNC X1 ; LCALL BIAOJING ; LJMP OUT1 ;X1: CJNE A, TMSETVH,X2 ; LCALL BIAOJING ; LJMP OUT1 ;X2: JC GUAN ; LCALL BIAOJING ;OUT1: RET;

63、*BIAOJING: CLR P0.6 ;开标志灯 SETB P0.4 ;开蜂鸣器 SETB P0.7RETGUAN: SETB P0.6 ;关标志灯 CLR P0.4 ;关蜂鸣器 RET;当前值转换子程序;*BT_WORK: MOV BT_VL, #00H ; MOV BT_VL, DIS1 ;当前显示保存转换程序 MOV A, DIS2 ; SWAP A ; ORL A, BT_VL ; MOV BT_VL, A ; RET ;读温度子程序;*GET_TEMPER: LCALL SET_18B20 JB F0, TSS1 RETTSS1: MOV A, #0CCH LCALL WRITE_

64、18B20 MOV A ,#44H LCALL WRITE_18B20 LCALL DISPLY LCALL SET_18B20 MOV A,#0CCH LCALL WRITE_18B20 MOV A,#0BEH LCALL WRITE_18B20 LCALL READ_18B20 RET;*;18B20 读数程序SET_18B20:SETB P1.1 NOP CLR P1.1 MOV R2, #250 DJNZ R2, $ SETB P1.1 MOV R2, #30 DJNZ R2, $ JNB P1.1, INIT1 AJMP SET_18B20INIT1: SETB F0 CPL P1.

65、4 MOV R2,#250 DJNZ R2,$ SETB P1.1 RETIWRITE_18B20: MOV R2, #8WR0: CLR P1.1 MOV R3, #6 DJNZ R3, $ RRC A MOV P1.1, C MOV R3, #20 DJNZ R3, $ SETB P1. 1 NOP NOP DJNZ R2,WR0 SETB P1.1 RET*READ_18B20: MOV R4,#4 ; 将温度高位和低位从 DS18B20 中读出 MOV R1, #TEMPER_L ;RE0: MOV R2, #8RE1: SETB P1.1 NOP NOP CLR P1.1 MOV R

66、3,#4 DJNZ R3,$ SETB P1.1 MOV R3,#4 DJNZ R3,$ MOV C, P1.1 RRC A MOV R3, #30 DJNZ R3,$ DJNZ R2, RE1 MOV R1,A INC R1 DJNZ R4,RE0 MOV TEMPL, TEMPER_L ; MOV TEMPH, TEMPER_H ; MOV TMSETVH, TMROMVH MOV TMSETVL, TMROMVL RET显示子程序*DISPLY: MOV DPTR,#ZIXING ;送字型码首地址 MOV A,DIS0 ;取小数 MOVC A,A+DPTR ;取对应字型码 SETB LED0 SETB LED1 SETB LED2 SETB LED3 CLR LED0 MOV P2, A ; 送字型码 LCALL DELAY0 MOV A, DIS1 ;取各位 MOVC A,A+DPTR ;取对应字型码 CLR ACC.7 ;清最高位显示小数点 SETB LED0 SETB LED1 SETB LED2 SETB LED3 CLR LED1 MOV P2, A ;送字型码 LCA