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1、长春工业大学学士论文毕业设计、毕业论文题 目 火灾报警与消防连动系统的设计 学 院 电气与电子工程学院 专业班级 指导教师 姓 名 摘 要目前，随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，由此引起的火灾也越来越多，在我们生活中到处潜伏着火灾隐患。为了避免火灾以及减少火灾造成的损失，我们必须按照“隐患险于明火，防患胜于救灾，责任重于泰山”的概念设计和完善火灾自动报警系统，将火灾消灭在萌芽状态，最大限度地减少社会财富的损失。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射巡检信号，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
2、灾时，可实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警及与上位机串口通信等，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾传感器，具有一定的实用价值。消防泵、喷洒泵启动，防烟和排烟风机启动、切除非消防电源、电梯迫降、防火卷帘的下降逻辑编制，任何确认火灾信号均联动消防设施动作。在系统设计上，自动确认，用两组探测器或两种不同类别的火灾探测器同时报警后确定。确认火灾后，切除非消防电源和电梯迫降；火灾报警后应停止空调送风，关闭电动防火阀，启动有关部位的防烟和排烟风机、排烟阀等，并接收反馈信号。 关键词 单片机 火灾报警 传感器 联动控制系统AbstractNow, with el
3、ectronic products used in human life more and more widely,the resulting fire, more and more, we live in fire hazards lurking around everywhere. To avoid fires and reduce fire losses,we must follow the “hidden dangers fire in prevention is better than disaster relief, the responsibility is extremely
4、heavy”the concept design and improvement of automatic fire alarm system, fire nipped in the bud,the maximum reduce the loss of social wealth.The system can be installed in all fire uints, which is responsible for continuously monitoring the side to start the inspection singal, monitor the site of te
5、mperature, concentration, and continuous feedback to the alarm controller, 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, fault diagnosis, concentration display, alarm
6、limit settings, delay alarm and serial communication with the host computer is a simple structure, stable performance, easy to use, inexpensive, intelligent smoke sensor, has some practical value.Fire pump, sprinkler pump starts, smoke and exhaust fan starts, the removal of non-fire power, the eleva
7、tor landing, fire shutter down logic preparation, any confirmation of fire signal fire facilities are linked actions. In the system design, automatic recognition, with two sets of two different types of detectors or fire detectors alarm at the same time determined. Confirmed after the fire, the remo
8、val of non-fire power and the elevator landing; fire alarm should stop after the air supply, turn off the electric fire damper, start the relevant parts of the smoke and exhaust fan, exhaust valves, etc., and receive feedback signals. Keywords ： SCM fire alarm sensor Coordinated control system 目 录第一
9、章 绪 论11.1选题的背景及意义11.2国内外的现状21.3本文所做的工作2第二章 火灾报警与消防联动系统的工作原理32.1系统总体功能的概述32.2火灾报警系统的类型42.3火灾探测器类型与原理5第三章 系统的硬件设计83.1系统硬件总体概述83.2核心芯片AT89S5283.3集成温度传感器AD590103.4气体传感器TGS202113.5 热释电红外传感器123.6 电源电路143.7数码管驱动芯片ICM7218143.8 数据采集系统ADC0809153.9单片机外围接口电路163.10信号处理电路183.11 A/D转换模块193.12声音报警电路203.13 数码管显示电路21
10、3.14灯光报警及控制键电路223.15 备用电源自动投入装置24第四章 系统的软件设计254.1主程序流程图254.2主程序初始化流程图274.3滤波子程序274.4线性化子程序294.5报警子程序294.6键盘处理子程序32第五章 火灾报警与消防联动系统335.1消火栓系统联动335.2 自动喷水灭火系统联动345.3 防排烟系统联动345.4气体灭火系统联动355.5 火灾报警的联动35结论36致谢37参 考 文 献38附录4039长春工业大学学士论文第一章 绪 论1.1选题的背景及意义经济正在快速发展的中国出现了诸多隐患，其中火灾给人类带来的危害更是人类的一颗毒瘤。如福建省长乐市拉丁酒
11、吧发生特大火灾，共造成15人死亡。武汉汉正街火灾受火面积达2000多平方米。央视新址北配楼火灾损失高达50亿元。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，造成社会秩序的紊乱，而且还会直接威胁生命安全，给人们的心灵造成极大的伤害。如何防范火灾的源头是人们首先考虑的问题，但是火灾还是在人们放松的时候悄然降临。如果不能在源头上遏制火灾的发生，那就只能研究如何让火灾的发生的概率降低、让火灾对人们的伤害最小。火灾自动报警系统能迅速监测火情，可发现人们不易发觉早期的火灾特征，可将火灾带来的生命财产损失降到最低限度。火灾发生的早
12、期，会使得燃烧物质分解，释放出大量的有毒气体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的浓度变化，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益。随着我国经济实力不断加强，国际地位的日益
13、提高，在室内空间的如雨后春笋般地在中国乃至世界范围内都出现了很多由火灾引发的问题。这些问题不得不引发全人类的担忧，也成为了人们关心的重点。如何防止火灾对社会财富和对人身安全造成危害是当今社会管理者的一大课题。而作为安全守护者的火灾报警与消防联动控制系统的结合，也就成为了室内空间建筑的重要组成部分。随着智能技术的发展，将室内自动化系统和火灾自动报警的一些功能混合起来，将消防联动系统设备纳入室内自动化系统中去控制，室内自动化系统中的各项子系统实现智能化集成，是今后的规范和技术值得进一步研究探讨的问题。继而能够在火灾发生时对人们的工作和生活造成最小的影响。防止人们因为意外或天灾中，在火灾中导致重大的
14、人身威胁和财产的安全。所以火灾报警与消防联动系统的完美结合显得尤为重要，越来越受人们的关注。1.2国内外的现状 我国的火灾自动报警行业，自1980年起经历了从无到有、从小到大、从弱到强的发展过程。1994年第五届北京国际消防展，部分国外厂商推出智能型火灾自动报警控制系统，给参观者以耳目一新的感觉。而国内厂商展出的最好产品也只是传统型探测器总线报警系统，还有许多厂家只能展出多线制报警系统，国内国外在产品技术上具有明显的差别。到了1996年第六届北京国际消防展，国外厂商全部推出智能报警系统，而国内部分厂商也推出了智能报警系统，鼓舞了民族工业的斗志，显然，国内外厂商在产品技术上的差别在逐步缩小。日、
15、美、英等发达的资本主义国家都有众多的火灾自动报警产品制造厂商先后加盟中国的市场。中外合资企业，这就意味着可以连续不断注入国外的新工艺、新技术、新设备，不断地向市场推出更新的产品。在我国火灾自动报警制造行业中容纳了上千人的专业科技人员，但过于分散，不利于形成拳头向世界先进水平冲击，这是中国这一行业发展的一大遗憾。如果把这些专业科技人员相对集中，那将是一支坚强的科技队伍，攀登火灾报警行业的世界高峰，将会大有希望。1.3本文所做的工作 整个系统以AT89S52单片机为核心，将烟传感器及温度传感器接入单片机，经微机运算和逻辑判断，经专用声光报警集成电路来进行火灾报警，异常（烟感、温感和红外其中之一动作
16、）报警，故障报警及消防联动，从而实现消防一体化。本系统采用AT89S52单片机为核心完成以下要求：1) 要求所设计的装置具有感烟传感器、感温的差温传感器和红外传感器，能够对室内及温度的突变进行报警。2) 如传感器遗落，布线故障，内部元件损坏发生故障报警。3) 如三只传感器中有一个动作表示室内有异常现象，该装置能发异常报警信号。如烟感、温感及红外同时动作说明有火灾，该装置发火灾报警。第二章 火灾报警与消防联动系统的工作原理2.1系统总体功能的概述火灾发生后伴随着有火焰，光，热变化发生，这时预先放置的火灾探测器就接受到异常信号，自动启动火灾自动报警系统控制器，如果有人员观察到火灾也可以手动的开启火
17、灾报警按键。之后在各处显示器上就会显示出火灾发生以提醒人员，同时启动消防控制器联动装置，另一方面如火灾形势较大启动预先设置好的消防通信通知火警灭火。火灾报警系统一般是由火灾探测器、火灾报警控制器、火灾报警装置、手动火灾报警按钮、消防联动和电源组成。火灾探测器是火灾自动报警控制系统最关键的部件之一，它是以探测物质燃烧过程中产生的各种物理现象（燃烧气体、烟雾粒子、温度、火焰等）为依据，是整个系统自动检测的触发器件，能不间断地监视和探测被保护区域的火灾初期。火灾报警控制器能接受探测信号，转换成声、光报警信号，指示着火部位和记录报警信息。并且可以通过自动灭火控制装置启动自动灭火设备和联动控制设备，自动
18、监视系统正确运行和对特定故障给出声光报警。火灾报警装置是指在火灾自动报警系统中，用以接受、显示和传递火灾报警信号，并能发出控制信号和具有它辅助功能的控制指示设备。手动火灾报警按钮是当有人发现有火情的情况下，手动按下按钮，向报警控制器送出报警信号。消防联动设备是火灾自动报警与消防联动系统的执行部件，消防控制中心接到报警后能自动启动消防联动设备。系统框图组成部分：1) 温度、气体和红外传感器2) 信号处理电路3) AD转换电路4) 核心芯片AT89S525) 状态指示灯、浓度显示6) 红外、声光报警7) 按键8) 串口通信设备9) 手动按钮10) 消防联动设备传感器放大电路AD转换AT89S52单
19、片机串口通信手动按钮状态指示灯红外、声光报警浓度显示按键消防联动 图2-1 系统的整体框图2.2火灾报警系统的类型在火灾自动报警系统中，用以接收、显示和传递火灾报警信号，并能发出控制信号和具有其它辅助功能的控制指示设备称为火灾报警装置。火灾报警控制器就是其中最基本的一种。火灾报警控制器担负着为火灾探测器提供稳定的工作电源；监视探测器及系统自身的工作状态；接收、转换、处理火灾探测器输出的报警信号；进行声光报警；指示报警的具体部位及时间；同时执行相应辅助控制等诸多任务。是火灾报警系统中的核心组成部分。 根据火灾报警系统中所使用的探测器种类的不同，火灾报警系统可以分为以下四种：1) 感温型火灾报警系
20、统 由于火灾发生时燃烧物会产生大量的热量，使得周围温度迅速变化。感温型火灾报警系统就是通过判断周围温度变化而产生响应的火灾报警系统，再把温度的变化转换为电信号以达到判断报警的目的。根据探测温度参数的不同，一般可以将感温型火灾报警系统分为定温式、温差式等几种。2) 感烟型火灾报警系统烟雾是早期火灾的重要特征之一。在火灾发生的初期，由于温度比较低，许多物质都处于引燃阶段，产生大量的烟雾。感烟型火灾报警系统就是对空气中可见或不可见的烟雾粒子进行探测，然后将烟雾浓度的变化转换为电信号来触发报警。感烟型火灾报警系统主要有激光感烟式、光电感烟式和离子感烟式等。3) 感光型火灾报警系统 物质燃烧不但会产生烟
21、雾和热量，同时也会产生可见或不可见的光辐射。感光型火灾报警系统就是通过响应火灾中产生的光特性，即扩散火焰的光强度和闪烁频率，来触发报警系统的。根据感应的敏感波长，可以将感光型火灾报警系统分为对波长较短的光辐射敏感的紫外报警系统和对波长较长的光辐射敏感的红外报警系统。4) 复合型火灾报警系统 如果报警系统同时对温度、烟雾和光辐射中的两种或两种以上参数做出响应，那么它就是复合型火灾报警系统。目前复合型火灾报警系统有感温感烟型、感烟感光型、感温感光型等多种形式。2.3火灾探测器类型与原理在火灾自动报警系统中，自动或手动产生火灾报警信号的器件称为触发件，主要包括火灾探测器和手动火灾报警按钮。火灾探测器
22、是能对火灾参数(如烟、温度、火焰辐射、气体浓度等)响应，并自动产生火灾报警信号的器件。按响应火灾参数的不同，火灾探测器分成感温火灾探测器、感烟火灾探测器、感光火灾探测器、可燃气体探测器和复合火灾探测器五种基本类型。不同类型的火灾探测器适用于不同类型的火灾和不同的场所。手动火灾报警按钮是手动方式产生火灾报警信号、启动火灾自动报警系统的器件，也是火灾自动报警系统中不可缺少的组成部分之一。(一) 感烟式火灾探测器烟雾是火灾的早期现象，利用感烟式火灾探测器可以最早感受火灾信号即火灾参数，所以，感烟式火灾探测器是目前世界上应用较普及、数量较多的火灾探测器。目前，常用的感烟式火灾探测器是离子感烟式火灾探测
23、器和光电感烟式火灾探测器。1) 离子感烟式火灾探测器离子感烟式火灾探测器是采用空气离子化火灾探测方法构成和工作的，他是利用放射形同位素释放的高能量a射线将局部空间的空气电离产生正、负离子，在外加电压的作用下形成离子电流，当火灾产生的烟雾及燃烧产物即烟雾气溶胶进入电力空间（一般称为电离室）时，表面积较大的烟雾粒子将吸附其中的带电离子，产生离子电流变化，经电子线路加以检测，从而获得与烟浓度有直接关系的电信号，用于火灾确认和报警。采用空气离子化火灾探测法实现的感烟探测，对于火灾初起和引燃阶段的烟雾溶胶检测非常灵敏有效，可测烟雾粒径范围在左右。这类火灾探测器只适用于构成点型结构。根据这种火灾探测器内的
24、电离室的结构形式，离子感烟式火灾探测器可以分为双源感烟式和单源感烟式火灾探测器。2) 光电感烟式火灾探测器根据烟雾离子对光的吸收和散射作用，光电感烟式火灾探测器可分为减光式和散射光式两种类型。3) 减光式光电感烟式火灾探测器进入光电检测暗室内的烟雾粒子对光源发出的光产生吸收和散射作用，使得通过光路上的光通量减少，从而在受光元件上产生的光电流降低。光电流相对于初始标定值的变化量大小，反映了烟雾的浓度大小，据此可通过电子线路对火灾信息进行阈值放大比较、类比判断处理或火灾参数运算，最后通过传输电路产生相应的火灾信号，构成开关量火灾探测器、类比式模拟量火灾探测器或分布智能式智能化探测器。减光式光电感烟
25、火灾探测原理可用于构成点型结构的火灾探测器，但是，更适用于构成线型结构的火灾探测器，实现大面积火灾探测。4) 散射式光电感烟式火灾探测器进入遮光暗室的烟雾粒子对发光元件（光源）发出的一定波长的光产生散射作用（按照光散射定律，烟粒子需轻度着色，且当其粒径大于光的波长时将产生散射作用），使得处于一定夹角位置的受光元件（光敏元件）的阻抗发生变化，产生光电流。此光电流的大小与散射光强弱有关，并且由烟粒子的浓度和粒径大小及着色与否来决定。根据受光元件的光电流大小（无烟雾粒子时光电流大小约为暗电流），既当烟粒子浓度达到一定值时，散射光的能量就足以产生一定大小的激励用光电流，可以用于激励遮光暗室外部的信号处
26、理电路发出火灾信号。显然，遮光暗室外部的信号处理电路采用的结构和数据处理方式不同，可以构成不同类型的火灾探测器，如阈值报警开关量火灾探测器、类比判断模拟量火灾探测器和参数运算智能化火灾探测器。(二) 感温式火灾探测器 感温式火灾探测器可以根据其作用原理分为三大类：定温式火灾探测器、差温式火灾探测器、差定温式火灾探测器。1) 定温式火灾探测器定温式火灾探测器是在规定时间内，火灾引起的温度上升超过某个定值时启动报警的火灾探测器。他有点型和线型两种结构形式。2) 差温式火灾探测器差温式火灾探测器是在规定时间内，火灾引起的温度上升速率超过某个规定值时启动报警的火灾探测器。他有点型和线型两种结构。3)
27、差定温式火灾探测器差定温式火灾探测器结合了定温式和差温式两种感温作用原理并将两种探测器结构结合在一起。在消防工程中，常见的差定温式火灾探测器是将定温式、差温式两种感温火灾探测器组装结合在一起，兼有两者的功能，若其中某一功能失效，则另一种功能仍然起作用。因此，大大提高了火灾监测的可靠性。差定温式火灾探测器根据其工作原理，还可以分为机械式和电子式两种。电子式差定温火灾探测器在当前火灾探测报警及消防联动控制系统中用的比较普遍。他的定温探测和差温探测两部分都是由半导体电子电路来实现的。(三) 感光式火灾探测器感光式火灾探测器主要是指火焰光探测器，目前广泛使用紫外式和红外式两种类型。1) 紫外感光火灾探
28、测器当有机化合物燃烧时，其氢氧根在氧化反应中会辐射出强烈的波长为250nm的紫外光。因而，紫外感光火灾探测器就是利用火焰产生的强烈紫外辐射光来探测火灾的。紫外感光火灾探测器的敏感元件是紫外光敏管。他是在玻璃外壳内装着两根高纯度的钨或银丝制成的电极。当电极接受到紫外光辐射时立即发射出电子，并在两极的电场作用下被加速。由于管内充有一定量的氢气和氦气，所以当这些被加速而具有较大动能的电子同气体分子碰撞时，将使气体分子电离，电离后产生的正、负离子又被加速，他们又会使更多的气体分子分离。于是在极短的时间内，造成“雪崩”式的放电过程，从而式紫外光敏管由截止状态变成导通状态，驱动电路发出报警信号。2) 红外
29、感光火灾探测器红外感光火灾探测器是利用红外光元件的光电导或光伏效应来敏感的探测低温产生的红外辐射，红外辐射光波波长一般应大于0.76m。由于自然界中只要物体高于绝对零度都会产生红外辐射,所以,利用红外辐射探测火灾时,一般还要考虑物质燃烧时火焰的间歇性闪烁现象,以区别于背景红外辐射。物质燃烧时火焰的闪烁频率大约在。(四) 可燃气体探测器可燃气体的探测原理，按照使用的气敏元件或传感器的不同主要分为热催化原理、热导原理、气敏原理和三端电化学原理四种。催化型可燃气体探测器是利用难熔金属铂丝加热后的电阻变化来测定可燃气体浓度。当可燃气体进入探测器时，在铂丝表面引起氧化反应（无焰燃烧），其产生的热量使铂丝
30、的温度升高，而铂丝的电阻率便发生变化。第三章 系统的硬件设计3.1系统硬件总体概述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（包括温度、感烟和红外）将现场温度、烟雾等非典型信号转化为电信号，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，最后由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，单片机判断现场是否发生火灾。如果发生火灾，系统以声光的形式报警。A/D转换电路单片机声光报警数据采集模块信号调理电路烟雾、温度及红外传感器 图3-1 系统结构框图本文设计使用AT89S52单片机火灾报警系统具有以下特点:1) 能对室
31、内烟雾(, 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及红外异常)时，能发生异常报警信号，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、温度及红外出现异常)时，能立即发出语音、光火灾警报 。本系统安全可靠, 误报率低。且由于其体积小、操作维护方便、成本低廉等,具有广阔的应用前景。3.2核心芯片AT89S52在火灾报警系统的设计中，单片机是其中重要的核心部件。它一方面要接收来自烟、温度传感器送来的温度、烟雾对应的模拟信号和故障检
32、测信号，另一方面要对这两种信号分别进行处理，以控制后续电路进行相应动作。与此同时查询是否有键按下的请求。在单片机完成这些工作的过程中，尤其是信号处理中，比较浓度值后送入显示的软件实现比较复杂，要求单片机具备较快的运算速度，使检测人员能够较准确地观测到烟雾浓度，并根据情况进行相应的处理。并且也要考虑选择低价实用的机型，并为研制同一系列的低功耗产品做准备。根据多方面的比较，本设计选用ATMEL公司的AT89S52单片机作为控制器。AT89S52是一种低功耗、高性能COMS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和
33、引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。AT89S52的主要性能有：与MCS-51单片机产品兼容，8K字节在系统可编程Flash存储器，1000次擦写周期，全静态操作：0Hz-33MHz，三级加密程序存储器，32个可编程I/O口线，三个16个定时器/计数器，六个中断源，全双工UART串行通道，低功耗空闲和掉电模式，掉电后中断可唤醒，看门狗定时器，双数据指针，掉电标识符。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
34、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。图3-2 AT89S52引脚图3.3集成温度传感器AD590AD590是利用PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。（热敏器件）它的主要特性如下：1) 流过器件的电流等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：mA/K式中：流过器件（AD590）的电流，单位为mA；T-热力学温度，单位为K。2) AD590的测温范围为。AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在范围变化，电流 变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反
35、接也不会被损坏。3) 输出电阻为710MV。精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在范围内，非线性误差为0.3。AD590温度感测器是一种已经IC化的温度感测器, 它会将温度转换为电流,在8051的各种课本中常看到它, 相当常用到。 其规格如下：1) 温度每增加1,它会增加1A输出电流。2) 可量测范围。 3) 供应电压范围。 AD590的输出电流值说明如下： 其输出电流是以绝对温度零度(-273)为基准,每增加1,它会增加1A输出电流,因此在室温25时,其输出电流Io=(273+25)=298A。测量Vo时,不可分出任何电流,否则量测值会不准。Vo的值为Io乘上10
36、K,以室温25而言,输出值为2.98V(10K298A)。 电路分析：由于AD590是电流型温度传感器，它的输出同绝对温度成正比，及1uAK，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10千欧的电阻R1和一个100欧的可调电阻W，将电流量变为电压量送入ADC0809。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10mVK, 温度0时输出为0，温度25时输出为2.982V。这样便于A/D转换器采集数据。AD590典型应用电路如下图3-3:图3-3 AD590应用电路3.4气体传感器TGS202火灾中气体烟雾主要是二氧化碳和一氧化碳，TGS2
37、02气体传感器能探测二氧化碳、一氧化碳、甲烷、煤气等多种气体，它的灵敏度很高，稳定性好，适合于火灾中气体的探测。如下图3-4所示，当TGS202探测到二氧化碳或一氧化碳时，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（如一氧化碳浓度达到0.06%）时，VA端获得适当的电压。（设为3V）图3-4 TGS202检测电路3.5 热释电红外传感器 热释电红外传感器（PIR）是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外而输出电信号的传感器，其自动化节能装置能检测人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可
38、驱动各种控制电路，如电源开关控制、防火报警、自动览测等。 自然界中存在的各种物体如人体、木材、火焰、冰等都会发出不同波长的红外线，利用红外传感器可对其进行检测。根据工作原理，红外传感器分为热型和量子型两类，热型红外传感器也称热释电红外传感器或被动红外传感器。与量子型相比，其频响速度较慢，灵敏度较低，但响应的红外线波长范围较宽，价格便宜，并可在常温下工作。它是目前在防盗报警、火灾监测、自动门等非接触温度测量等领域应用最广泛的传感器。其原因为：1) 被检测对象自身发射红外线，可不必另设光源。2) 大气对、三个被称为“大气窗口”的特定波段的红外线吸收甚少，可非常容易被检测。3) 中、远红外线不受可见
39、光影响，可不分昼夜进行检测。下图3-5（a）是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时d端接电源正极，g端接电源负极，s端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。即两个热释电元件串联并且极性相反，当处于安全环境中时，两个热释电元件产生热释电效应相同，会产生相同数量的电荷。由于极性相反连接，所以相互抵消，此时无电压输出。但当处于
40、火灾时，两个热释电元件感应到红外线差异，所产生的电荷不一样，就会产生电压。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。 图3-5（a）PIR内部电路图本设计所用的热释电红外传感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如下图3-5（b）所示，在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到火势信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出
41、变为高电位，再经过三极管Q2的转化，输出OUT为低电平。图3-5（b）红外探测电路3.6 电源电路AT89S2单片机的工作电压范围：4.0V5.5V， 所以通常给单片机外接5V直流电源。连接方式为VCC(40脚）：接电源+5V端VSS(20脚）：接电源地端。本设计方案采用外接直流电源，然后通过使用7805稳压芯片，输出5V直流电源，给单片机及其它电路供电。图 3-6 电源电路3.7数码管驱动芯片ICM7218ICM7218 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LED 数码管驱动芯片,可与多种单片机接口使用。ICM72
42、18 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。ICM7218为双列直插式28引脚封装。其中2条写入控制线: 和MODE；8条数据线ID0ID7；16条LED显示驱动输出线（8段：SEGa
43、SEGg及D.P；8位：DIGIT1DIGIT7）；两条电源线VCC和GND。为写选通信号，低电平有效。MODE为写入模式控制字和写入显示数据控制线，MODE=1时，从ID4ID7写入的是模式控制字，ID0ID3此时无效，可以是任意值；当MODE=0时，从ID0ID7写入的是显示数据。图 3-7 ICM7218引脚图3.8 数据采集系统ADC0809为了满足多种需要，目前国内外各半导体器件生产厂家设计并生产了多种多样的ADC芯片。仅美国AD公司的ADC产品就有几十个系列、近百种型号之多。从性能上讲，它们有的精度高、速度快，有的则价格低廉。从功能上讲，有的不仅具有A/D转换的基本功能，还包括内部
44、放大器和三态输出锁存器；有的甚至还包括多路开关、采集保持器等，已发展为一个单片的小型数据采集系统。尽管ADC芯片的品种、型号很多，其内部功能强弱、转换速度快慢、转换精度高低有很大差别，但从用户最关心的外特性看，无论哪种芯片，都必不可少地包括以下四种基本信号引脚端:模拟信号输入端（单极性或双极性）；数字量输出端（并行或串行）；转换启动信号输入端；转换结束信号输出端。ADC 0809的精度为7位。它属CMOS器件，包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多
45、点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。主要技术指标和特性：1) 分辨率：8位2) 总的不可调误差：ADC 0809为1LSB3) 转换时间：取决于芯片时钟频率，如CLK=500KHz时，=128us4) 单一电源：+5V5) 模拟输入电压范围：单极性V；双极性5V,10V（需外加一定电路）6) 具有可控三态输出缓冲器7) 启动转换控制为脉冲式（正脉冲），上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使A/D转换开始8) 使用时不需进行零点和满刻度调节图3-8 ADC0809引脚图3.9单片机外围接口电路AT89S52单片机外围接口电路如图3-9所示，主要包括：a) 晶振电路：内部时钟电路的晶振频率
46、一般选择在4MHz到12MHz之间（该设计选用6MHz），外接两个谐振电容。该电容的典型值为30pF。该设计选用33Pf。b) 复位电路：单片机复位采用按键高电平复位，而单片机在平时复位端为低电平。c) 电源使用的是直流电源。晶振电路： 晶振电路为单片机AT89S52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C12、C13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3-9所示。由于外接电容C12、C1
47、3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。如果使用陶瓷谐振，则电容容量大小为。本设计中使用石英晶体，电容的容值设定为33pF。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。AT89S52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REST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