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1、第一章 绪 论1.1 选题背景近年来全国火灾事故频繁发生，造成人、财、物的巨大损失。用户对火灾报警以至自动消防系统的要求越来越高。针对多起火灾事故的分析，排除水压不足等因素外，现有的消防隔断未能起到应有的作用，是造成重大损失的关键。本文基于上述考虑，通过研发全自动智能防火卷闸门电气控制系统，满足了防火卷闸门的各种动作状态要求，也满足了用户的不同使用环境的需要。其主要功能是在火灾发生时，控制防火卷闸门可靠、准确地运行，实现防火卷闸门的一步降或二步降，达到分区防火，控制火势蔓延，减少火灾损失的目的防火卷闸门控制方式主要分为手动调整自动与联动等各种控制方式同时预留和上位机的通讯接口，为自动消防系统作
2、好前期准备。同时，通过温度传感器和烟雾传感器检测出信号，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。1.2 智能火灾报警系统火灾自动报警系统属于楼宇自动化范畴，是当前楼宇自动化的一个主要构成系统。其设置目的是为了防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。火灾报警技术是预防火灾的一项基础工作，应用范围广泛。报警早，损失少，不仅对发生火灾的单位和个人具有重要作用，而且对公安消防监督机构及时扑灭火灾、减少
3、人员伤亡和财产损失同样具有十分重要的现实意义。火灾自动报警系统由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置及具有其他辅助功能的装置组成。随着电子技术和计算机技术的迅速发展，火灾自动报警系统的结构、形式越来越灵活多样，很难精确划分为几种固定的模式。火灾自动报警技术趋向于智能化系统，这种系统可组合成任何形式的火灾自动报警网络形式，既可以是区域报警系统，又可以是集中报警系统或控制中心报警系统形式。所谓智能火灾自动报警系统，应当是：使用探测器件将火灾发生期间所产生的烟、温、光等信号以模拟量形式，连同外界相关的环境参数一起传送给报警器，报警器再根据获取的数据及内部存储的大量数据，利用火灾模型判据来判断火灾是否
4、存在，这样的系统称为智能火灾自动报警系统。由于该系统为解决火灾报警系统存在的两个难题（误报、漏报）提供了新的方法和手段，并在处理火灾真伪方面表现出明显的有效性和创新性，这是火灾自动报警系统在技术上的飞跃。从传统型走向智能型，是国内外火灾自动报警系统技术发展的必然趋势。智能火灾自动报警控制系统具有如下特点：（1）为全面有效地反映被监视环境的各种细微变化，智能系统采用了设有专用芯片的模拟量探测器，对湿度和灰尘等影响实施自动补偿，对电干扰及线路分布参数的影响进行自动处理，从而为实现各种智能特性、解决无灾误报和准确报警奠定了技术基础；（2）系统采用主从式网络结构，解决了对不同工程的适应性，又提高了运行
5、的可靠性；（3）利用全总线计算机通信技术，既完成了总线报警，又实现了总线联动控制，彻底避免了控制输出与执行机构之间的长距离穿线布管，大大方便了系统布线设计和现场施工；（4）系统采用大容量的控制矩阵和交叉查寻软件包，以软件编程代替了硬件组合，提高了消防联动的灵活性和可修改性；（5）具有丰富的自诊断功能，为系统维护及正常运行提供了有利条件。1.3 火灾探测器1.3.1 火灾探测器简介火灾探测器是火灾探测系统最重要的组成部分之一，它至少含有一个能连续或以一定频率周期探测物质燃烧过程中所产生的各种物理、化学现象的传感器，并且至少能向控制和指示设备提供一个适合的信号。其基本功能就是对物质燃烧过程中产生的
6、各种气、烟、热、光（火焰）等表征火灾信号的物理、化学参量做出有效响应，并转化为计算机可接收的电信号，供计算机分析处理。火灾探测器一般由敏感元件传感器、处理单元和判断及指示电路组成，其中敏感元件U传感器可以对一个或几个火灾参量起监视作用，做出有效响应，然后经过电子或机械方式进行处理，并转化为电信号。（1）衡量火灾探测器产品质量的主要技术指标灵敏度，既响应火灾参量的敏感程度、可靠性、稳定性和抗干扰能力。国家技术监督局颁布了国家标准：如GB4715-93点型感烟火灾探测器技术要求及试验方法，GB4716-93点型感温火灾探测器技术要求及试验方法等，国际标准如ISO7240-1火灾探测和报警系统等。（
7、2）火灾探测器的分类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。感烟探测器可分为离子型、光电型、激光型和红外线束型四种。感温探测器根据其感热效果和结构型式可分为定温式、差温式及差定温式三种。目前，大多数消防系统中使用的是离子感烟探测器、光电感烟探测器及感温探测器。（3）火灾探测器的工作原理下面就几种常用探测器的工作原理做简要介绍：感烟探测器：该种探测器主要响应燃烧或热解产生的固体、液体微粒即烟雾粒子，主要用来探测可见或不可见的燃烧产物及起火速度缓慢的初期火灾。离子型主要是利用烟雾粒子改变电离室电流原理而设计的，探测器内部装有!放射源的电离室为传感器件；光
8、电型主要是应用烟雾粒子对光线产生散射及折射、吸收或遮挡的原理而设计，有减光型和散射型，探测器内部有光学系统和红外线光源作探测器件；红外光束型应用烟雾粒子吸收或散射红外光束的原理而设计，主要包括一个光源，一套光线照准装置和一个接收装置。感温探测器：该种探测器主要是利用热敏元件来探测火灾。在火灾初始阶段，除有大量烟雾产生外，物质在燃烧过程中会释放出大量的热量，周围环境温度急剧上升。该种类探测器中热敏元件的阻值随温差发生变化，从而将温度信号转变成电信号，并进行报警处理。1.3.2 火灾探测器发展特点随着应用领域的不断扩大，应用需求不断提高，普通类型的感温、感烟火灾探测报警系统已不能满足需要，运用高新
9、技术的新型探测器在不断研发，其特点是：（1）功能更新现代火灾探测器的最大特征之一就是判别功能和判定决定权不仅从观念上分离，而且在实际应用中已经分别执行。早期的判别功能和判定决定权合二为一，由设置在探测器中的传感器件实现，因而处理问题死板且易受干扰。而现代火灾探测传感器的判别功能和判定决定权由软件控制，能滤除干扰，识别真假火灾，实现火灾智能判断。（2）可靠性提高火灾探测报警系统可靠性的提高首先体现在用智能技术处理传感器提供的火灾信息。人们采用多种火灾探测算法和复合多传感等传感方式，为判断火灾提供了更加充分可靠的信息。模糊逻辑、神经网络等高新技术用于火灾的判别，大大提高火灾探测的可靠性。（3）报警
10、时间提前新型火灾探测器已不局限于对已发生的火灾及时报警，可以在火灾发生之前的几小时或几天内，识别潜在的火灾危险性，实现超早期火灾报警。1.3.3 火灾探测器新技术（1）高灵敏度探测技术应用目前已研究开发出激光式高灵敏度感烟火灾探测器、吸气式高灵敏度火灾探测报警系统和气体火灾探测报警系统等超早期火灾探测报警产品。这些系统采用激光粒子计数原理、激光散射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可能发生火灾。与普通感烟火灾探测报警系统相比，这种系统的探测灵敏度提高了两个数量级甚至更多。但目前，这种技术还仅限于对烟粒子的探测，在应用中不同程度地受到了应用场所环境的限制。（2）气体浓度探测
11、技术应用利用气体和气体成分对火灾早期阶段生成物或构成火灾的要素进行探测的火灾探测技术，也能够实现超早期火灾探测。易燃易爆场所一旦爆炸起火，火势蔓延速度极快，难以控制，人们为此专门开发研制了在火灾爆炸事故之前，从可燃气体浓度方面进行故障和火灾爆炸危险性等方面预测的线型可燃气体探测报警系统。它采用光学原理，利用不同气体光谱特性的差别进行气体浓度探测，从根本上解决了点型可燃气体传感元件稳定性差、寿命短等缺陷，用于大面积可燃气体探测报警时，性能价格比较高，其原理还可扩展用于其他场所气体泄漏的监测。（3）多信息技术应用早期的火灾探测器对于火灾信息的反应是输出信息“0”或“1”即开关量，其他信息仅围绕反映
12、开关是否正常、能否动作等。而现代火灾探测器是对火灾过程进行监测，有些探测器实质上只起传感器的作用。因此，其火灾信息量明显增加。另一方面，各种单一传感器提供的火灾信息均混杂非火灾信息，给从传感器提供的火灾信息上判别火灾增加了难度，人们于是开始研究基于新型探测原理的传感器件（如气体传感器等）和复合探测器，对火灾过程的多参数进行监测，配以智能判别技术，以达到减少误报，提高可靠性的目的。细微特征的辨识也是从提供信息角度识别火灾的一种方法。采用单片机的智能火灾探测器，可以打破采样受控制器控制的被动局面，主动获取对于识别真假火灾参数非常重要的细微信息。第二章 总体设计及方案论证火灾智能监测及防火卷帘门自动
13、控制系统是有传感器，信号变换，单片机及相应的信号显示、输出部分组成。通过温度和烟雾传感器采集信号，经过单片机与其设定值进行比较后，根据差值和内部的软件设计来对温度高低和烟雾浓度进行检测及控制，及时准确的报警和灭火，实现物资损失降低到最小。2.1 工艺技术要求由于本系统是为直接应用于工厂，所以所有参数必须与相关产品相匹配，下面我们就以硅钢片退火的相关参数为例来进行设计：1、利用单片机结合各类传感器，实现楼宇（库房） 现场温度、烟气信号的实时动态监测，实时显示监测数据。2、当火灾发生时，由计算机控制系统发生把盆景及控制信号。3、报警信号包括声、光报警和电话语音报警，并通过通讯接口给相关部门发送火灾
14、位置信号。4、控制信号用于卷帘门的自动控制（温感一步降、烟感两步降，同时具有手动控制功能）和自动喷淋、排风换气装置的启动，要求系统控制精度高，响应速度快 ，动作时间小于5秒，工作可靠。5、本设计可以独立单元房间（面积100平方米）设计，要求系统可以方便地实现扩展。2.2 系统设计思想系统硬件及信号由AT89C51单片机内部有非易失性Flash存储器分别包含128 字节RAM 、32 条I/O 口线、3 个16 位定时/计数器、6 输入4 优先级嵌套中断结构、1 个串行I/O口（可用于多机通信、I/O扩展或全双工UART）以及片内振荡器和时钟电路。使用AT89C51芯片，能够满足需要，还可以使外
15、围器件尽可能少，另外价格也便宜，所以选用它。防火门及相应的控制、动力机构安装完毕后，首先要确定时间。通过传送信号给单片机，通知单片机要开始设置时间。有3个时间要设置：防火门的全程上升时间和全程下降时间及从顶下降到中位所需的时间。所确定的时间被存在EEPROM中。上述3个时间存入EEPROM后，就可以随意按动“上”、“下”、“停”3个按钮中的任何一个，使防火门运行或停止。通常使防火门停在最高处，当火灾发生时，防火门向下运行，切断火势曼延的通路。发生火灾时，防火门的工作模式有如下几种，我们可以预先做以下设置。1）烟雾二步降。发生火灾，一般都是烟先窜到防火门，火后一步到。防火门的传感器感知到烟信号后
16、，防火门立即开始下降，并发出声光报警信号。防火门下降到中位（通常门已关闭一半，下面一半开着，让人逃生）停止下降，延时一段时间，以便让里面的人逃生，而后继续下降（称作第二步下降），直到防火门完全关闭为止。在第二步下降过程中，只要有人按动“上”、“下”、“停”3个按钮中的任何一个，门就会自动上升到中位，以便人逃离火场。2）烟温二步降。火灾发生，烟雾先到达，这时防火门附近的温度还处在正常范围。防火门感知此烟，立即下降到中位，并在中位停下来，以便人员逃生。在防火门附近的温度上升到一定的高度以前，防火门将一直停在中位。当防火门的感应系统感知到防火门附近的温度达到比较高的程度后，防火门开始第二步下降，从中
17、位下降到把整个门关闭。因为只有温度达到一定的高度，才说明火将曼延过来，须迅速彻底关闭防火门。防火门在第二步下降的过程中，若有人按动“上”、“下”、“停”3个按钮中任何一钮，门都将上升到中位。到达中位后，将立刻开始下降，但只要有人再次按任何一钮，门仍将上升到中位。不论是烟雾二步降还是烟温二步降，当门彻底关闭后，只要有人按上述3个钮任一钮，门就上升到中位，以让人逃离火场。3）高温处理。不论初始设置的是烟雾二步降还是烟温二步降，只要高温先到达或是与烟雾信号同时到达，防火门都将从顶不停地一直下降到底。还有一种情形也会导致“高温处理”：若火灾发生时没有高温，当防火门从顶下降到中位前或下降到中位后在中位停
18、留的时间内，检测到有高温信号，防火门系统将自动转入高温处理，立即开始第二步下降。火扑灭后，防火门系统检测到既无烟又无高温，则确认火已灭，便自动关闭报警信号，防火门自动上升到正常位置。2.3 方案论证2.3.1 单片机的选择单片机是本方案的灵魂，所以我们选择是需要慎之又慎，下面我们来拿8031和AT89C51做一下比较。8031片内不带程序存储器ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。用户若想对写入到EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。 由
19、于上述类型的单片机应用的早，影响很大，已成为事实上的工业标准。后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作，也推出了同类型的单片机，如同一种单片机的多个版本一样，虽都在不断的改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。我们统称这些与8051内核相同的单片机为51系列单片机。 在众多的51系列单片机中，要算 ATMEL 公司的AT89C51更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为 ATMEL AT89Cx 做的编程器均带
20、有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。而且AT89C51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。 单对AT89C51来说，在实际电路中可以直接互换8051和8751，替换8031只是第31脚有区别，8031因内部没有ROM，31脚需接地（GND），单片机在启动后就到外面程序存储器读取指令；而8051/8751/89c51因内部有程序存储器，31脚接高电平（Vcc），单片机启动后直接在内部读取指令。也就是51芯片的31脚控制着单片机程序从内部读取还是从外部读取，31脚接电源，程序从内部读取，3
21、1脚接地，程序从外部读取，其他无须改动。另外，AT89C51替换8031后因不用外存储器，不必安装原电路的外存储器和373芯片。由于内部RAM的存在，可以减少I/O扩展芯片、锁存器及片外RAM等等，使整个设计显得简单明了，所以我们选择AT89C51。 2.3.2 模数转换器的选择A/D转换器的种类很多，就位数来分，有8位、10位、12位、16位等。位数越高，其分辨率也越高，但价格也越贵。而就其结构而言，有单一的A/D转换器，有内含多路开关的A/D转换器。根据本设计的需要，我选择的A/D转换器是ADC0809。 ADC0809是美国Analog Device公司生产的8位逐次逼近式模数转换器，转
22、换速率高，自带三态输出缓冲电路，可直接与各种典型的8位或16位的微处理器相连而无需附加逻辑接口电路，且能与CMOS及TTL兼容。是目前我国应用最为广泛，价格始终的A/D转换器。加之内部含有三态输入缓冲电路，可直接与各种微处理器连接，且无须附加逻辑接口电路，内部设置的高精参考电压源和时钟电路，使它不需要任何外部电路和时钟信号，就能完成A/D转换功能，应用非常方便。第三章 单片机AT89C51原理AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机。片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATM
23、EL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51 指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。3.1引脚说明3.1.1 主要性能参数：AT89C51管脚图，如图3-1。图3-1 AT89C51管脚图与MCS-51产品指令系统完全兼容 4K字节可重擦写Flash闪速存储器1000次擦写中期全静态操作：0Hz24MHz三级加密程序存储器128*8字节内部RAM32个可编程I/O口线2个16位定时/计数器6个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电式 3.1.2 功能特性概述
24、：AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪存存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容。但振荡器停止工作并禁止其它所有工作直到下一个硬件复位。3.1.3 AT89C51方框图，如下图3-2图3-2 AT89C51内部结构图3.1.4 引脚功能说明 ：电源电压 GND：地 P0口：P0口是一组8位漏
25、极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对断口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0接受指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号来低时会
26、输出一个电流（I）。Flash编程和程序校验期间，P1口接受底8位地址。 P2口：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号来低电平时会输出一个电流（I）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX RI指令）时，P2口行上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个
27、访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接受高位地址和其它控制信号。 P3口：P3是一组带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作输入口使用时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（I）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是他的第二功能，见表3-1。表3-1P3口还接受一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 ALE/PROG非：当访问外部程序存储
28、器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG非）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作，该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。 PSEN非：程序储存允许（PSEN非）输出是外部程序存储器的读选信号，当AT89C51由外部程序存储
29、器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN非有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的PSEN非信号不出现。 EA/Vpp：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须得保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。 XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。
30、3.2 工作特性3.2.1 时钟振荡器AT89C51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器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图3-3。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路，对外电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30pF（10pF），而如使用陶瓷谐振器建议选择40pF（10F）。用户也可以采用外部时钟。采用外部时
31、钟的电路如下图所示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，电脑最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。图3-3 振荡电路3.2.2 空闲节电模式AT89C51有两种可用软件编程的省电模式，它们是空闲模式和掉电模式。这两种方式是控制专用寄存器PCON（即电源中指寄存器）中的PD（PCON.1）和IDL（PCON.0）位来实现的。PD是掉电模式，当PD=1时，激活掉电工作模式，单片机进入掉电工作状态。IDL是空闲等待方式，当I
32、DL=1时，激活空闲工作模式，单片机进入睡眠状态。如需同时进入两种工作模式，即PD和IDL同时为1，则先激活掉电模式。在空闲工作模式状态，CPU保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。终止空闲工作模式的方法有两种，其一是任何一条被允许的中断的事件被激活，IDL被硬件清楚，即可中指空闲工作模式，程序会首先响应中断，进入中断服务程序，执行完中断服务程序并紧随RET1指令后，下一条要执行的指令就是使单片机进入空闲模式那条指令后面的一条指令。其二是通过硬件复位也可将空闲工作模式终止
33、。需要注意的是，当由硬件复位来种植空闲工作模式时，CPU通常是从激活空闲模式那条指令的下一条指令开始继续执行程序的，要完成内部复位操作，硬件复位脉冲要保持两个机器周期有效，在这种情况下，内部禁止CPU访问片内RAM，而允许访问其它端口，为了避免可能对端口产生意外写入，即或空闲模式的那条指令后一条指令不应是一条对端口或外部存储器的写入指令。3.2.3 掉电模式在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内RAM 和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。推出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不包括RAM中的内容，在恢复到正常工作电
34、平前，复位应无效，且必须保持一定时间一是振荡器重启动并稳定工作。3.2.4 程序存储器的加密AT89C51可使用对芯片上的3个加密位LB1，LB2，LB3进行编程（P）或不编程（U）来得到如下表3-2所示的功能：表3-2 加密位保护功能表注：表中的U表示未编程，P表示编程 当加密位LB1被编程时，在复位期间，EA端的逻辑电平被采样并所存，如果单片机上电后一直没有复位，则所存起的初始值是一个随机数，且这个随机数会一直到真正复位为止，为单片机能正常工作，被锁存的EA电平值必须与该引脚当前的逻辑电平一致，此外，加密位只能通过整片的方式擦除。3.2.5 Flash闪速存储器的编程 AT89C51单片机
35、内部有4K字节的Flash PEROM,这个Flash存储阵列出厂时已处于擦除状态（即所有存储单元的内容均为FFH），用户随时可对其进行编程。编程接口可接受高电压（+12V）或低电压（）的允许编程信号。低电压编程模式适合于用户在线编程系统，而高电压编程模式可与通用EPROM编程器兼容。AT89C51单片机中，有些属于低电压编程方式，而有些则是高电压编程方式，用户可从芯片上的型号而后读取芯片内的签名字节获得该信息，见表3-3。AT89C51的程序存储器阵列是采用字节写入方式编程的，每次写入一个字节，要对整个芯片PERROM程序存储器写入一个非空字节，必须使用片擦除的方式将整个存储器的内容清除。
36、表3-3AT89C51的程序存储器阵列是采用字节写入方式编程的，每次写入一个字节，要对整个芯片PERROM程序存储器写入一个非空字节，必须使用片擦除的方式将整个存储器的内容清除。3.2.6 编程方式 编程前，须按表3-4和图3-4及图3-5所示设置好地址，数据及控制信号，编程单元的地址加在P1口和P2口的P2.0-P2.3，数据P0口输入，引脚P2.6,P2.7和P3.6,P3.7的电平设置见表3-4，PSEN为低电平，RST保持高电平，EA/引脚是编程电源的输入端，按要求加上编程电源，ALE/PROG引脚输入编程脉冲（负脉冲）。编程时，可采用420MHz的时钟震荡器，AT89C51编程方法如
37、下：1 在地址线上加上要编程单元的地址信号。2 在数据线上加上要写入的数据字节。3 激活相应的控制信号。4 在高电压编程方式时，将EA/端加上+12V编程电压。5 每对Flash存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个ALE/PROG编程脉冲。改变编程单元的地址和写入的数据，重复15步骤，直到全部文件编程结束。每个字节写入周期是自身定时的，通常约为1.5ms。3.2.7 数据查询 AT89C51单片机用数据查询方式来检测一个写周期是否结束，在一个写周期中，如需读取最后写入的那个字节，则读出的数据的最高位（P0.7）是原来写入字节最高位的反码。写周期完成后，有效的数据就会出现在所有输
38、出端上，此时，可进入下一个字节写周期，写周期开始后，可在任意时刻进行数据查询。3.2.8 Ready/Busy字节编程的进度可通过“RDY/BSY”输出信号监测，编程期间，ALE变成高电平“H”后P3.4(RDY/BSY)端电平被拉低，表示正在编程状态（忙状态）。编程结束后，P3.4变为高电平准备就绪状态。3.2.9 程序效验如果加密位LB1，LB2没有进行编程，则代码数据可通过地址和数据线读回原编写的数据，采用下图3-4和图3-5的电路，程序存储器的地址由P1和P2口的P2.0 P2.3输入，数据由P0口读出，P2.6,P2.7和P3.6,P3.7的控制信号见表3-4，PSEN保持低电平，A
39、LE，EA和RST保持高电平，效验时，P0口必须接上10K左右的上拉电阻。3.2.10 Flash编程和效验的波形时序（高电压编程方式=12V及=5V）图3-4图3-53.2.11 芯片擦除利用控制信号的正确组合并保持ALE/PROG引脚10Ms的低电平脉冲宽度即将PEROM阵列（4K字节）和三个加密位整片擦除，代码阵列在片擦除操作中将任何非空单元写入“1”，这步骤需要在编程之前进行。3.2.12 读片内签名字节AT89C51单片机内有三个签名字节，地址为030H，031H和032H。用于声明该器件的厂商，型号和编程电压。读签名字节的过程和单元030H，031H及032H的正常效验相仿，只需将
40、P3.6和P3.7保持低电平，返回值意义如下： （030H）1EH声明产品由ATMEL公司制造； （031H）51H声明为AT89C51单片机； （032H）FFH声明12V编程电压；（032H）05H声明为5V编程电压。3.2.13 编程接口：表3-4 Flssh编程和校验特性采用控制信号的正确组合可对FLASH闪速存储阵列中的每一代码字进行写入和存储器的整片擦除，写操作周期是自身定时的，初始化后他将自动定时到操作完成。第四章 前向通道的设计41 温度传感器火灾总伴随着火焰、烟雾和温度，随着燃烧，室内温度将上升。将烟雾传感器作为第一感受器，温度传感器作为智能计算的补充传感器。当报警环境出现烟
41、雾后，温度传感器根据设定温度值确定是否报警。为防止漏报，另一组温度传感器设定了温度的报警极限，当温度超过这个极限立刻报警。温度传感器利用半导体PN结的负温度系数工作，它有三路输出，其中两路测量温度梯度，一路测量极限温度。图4-1是一个温度传感器的结构单元。其基本工作原理是利用硅PN结的负温度系数测量环境温度。由、以及,经、分压给的基极提供一个电压基准。这个电压基准使得在常温下不导通，例如，假设在常温下，NPN晶体管的发射结在=0.65V时导通，而电压基准设定为0.60V，这时，处于截止状态。由于硅器件的发射结导通电压是负的温度系数(典型值为-2mV/)，随着温度上升，器件的导通电压线性下降。当
42、温度上升25时，的发射结导通电压下降为0.60V,达到设定值使导通。由原先的高电平输出下降为低电平输出。 图4-1 温度传感单元原理图作为电压基准，希望经、分压得到的电压值具有较低的温度系数。在这个电路中，利用正温度系数的齐纳击穿稳压管和PN结的负温度系数实现低温度系数的要求。防火系统采用了复合形式的智能型火灾传感电路，代替了过去的单一形式的传感器，如火焰传感器、温度传感器、烟雾传感器等，这样就不会出现误报情况。此传感器具有不受使用场所无交流电源的限制，静态功耗低、安装比较隐蔽、灵敏度高等特点。4.2 烟雾传感器4.2.1 工作原理离子烟雾传感器单电离室的工作原理，如图4-2所示。 图4-2
43、电离室工作原理图图4-2（a）是单电离室的结构图，P1和P2是一对电极，在电极之间放有放射性物质241Am，不断放出射线，高速运动的离子撞击极板间的空气分子，将其电离为正离子和负离子，从而使电极之间原来不导电的空气具有了导电性。如果在极板P1和P2之间加上一个电压E，极板间原来杂乱无章的正负离子，在电场的作用下作有规则的运动，从而在极板间形成电离电流，施加的电压越高，则电离电流越大，当电离电流增加到一定值时，将不再增加，此电流称为饱和电流，如图4-2（b）所示。实际使用的离子烟雾传感器电路如图4-3 所示。 图4-3 离子烟雾传感器电路图为了减少温度、湿度等环境条件变化对电离电流带来的影响，以
44、提高传感器工作的稳定性，将两个电离室串接起来与电源相接，上面的一个为补偿电离室，下面的一个为检测电离室，在结构上检测电离室做成烟雾容易进入的型式，而补偿电离室做成烟雾很难进入、而空气又能慢慢进入的型式。当有火灾发生时，烟雾进入检测电离室，由于烟离子的阻挡作用，一方面使电离后的正负离子在电场中的运动速度降低，另一方面使射线的电离能力降低，从而使检测电离室的电离电流减小，这一现象，相当于补偿电离室的等效电阻未变，而检测电离室的等效电阻变大，从而使A点的电位升高。显然烟雾浓度越大，烟离子的阻挡作用越强，A 点电位越高。这一电压信号经由T1、T2组成的跟随电路，传送给模/数转换电路，实现对烟雾浓度的采
45、样。采用离子源作为烟敏元件的突出特点是电流消耗极低，适合在系统中使用。图4-3中的为自检电阻器，由于离子源等效电阻很高（一般在10M以上），只要适当选择，就可使上的压降在正常情况下近似为0。对探测器进行自检时，一个逻辑高电压加到上，使传感器输出升高，单片机根据自检前后的模/数转换结果，可判断出模/数转换及传感器两个模块的功能是否正常。4.2.2 试验结果探测器试验是根据传输与火灾报警的基本要求进行的。4.2.2.1 工作方式试验因为模/数转换的时钟信号CLK是由程序产生的，所以不同的工作方式，将产生不同的时钟频率和转换周期。探测器若按先转换后接收方式工作，在时间段内，不接收数据，最高可达12.
46、5kHz，提高了有效转换速度，有助于减小采样保持器泄露电流的影响，但由于转换之后必须重新读取数据，却使转换周期变长，势必降低主控机对探测器的访问速度；若按边转换边接收方式工作，虽最高只能达到6.25kHz，降低了有效转换速度，但转换周期可在第14个时钟信号之后提前结束，从而缩短了转换周期，提高了主控机对探测器的访问速度；此外，在边转换边接收方式下，模数转换的位数还可灵活地选择，例如火灾报警一般只要有8位的转换精度就足够了，这时采用边转换边接收方式，可使控制信号由低变高的时间提前4个时钟周期。下面对几种输出模式的测试就是按8位精度边转换边接收方式进行的。4.2.2.2 输出模式试验为了给主控机提供火灾识别的依据，根据经验，主要试验了图4-4, 所示的3种输出模式。 图4-4 试验图形（1）环境漂移模式，将探测器置于有数人吸烟的适当大小的房间，形成薄烟缭绕的环境，然后记录探测器的输出数据，绘制出如图4-4(a)所示曲线，其特点是输出上下飘忽不定，但有一个接近平稳的均值；（2）突发干扰模式，在传感器的自检输入端施加