测控技术与仪器毕业设计（论文）-智能火灾报警系统设计.doc

JIUJIANG UNIVERSITY毕 业 设 计 题 目 智能火灾报警系统设计 英文题目 Intelligent fire alarm system design 院 系 机械与材料工程学院 专 业 测控技术与仪器 姓 名 年 级 指导教师 二零一二年六月摘 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，在我们生活得四周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。 智能火灾报警系统是微电子技术、信息技术、通信技术、计算机技术等当代新技术与传统的火灾探测及防火安全技术有机结合的产物。消防电子产品及其应用开发技术的不发展，高效可靠的火灾探测方法及多种形式的智能火灾自动报警系统形式的出现，带来了许多新的相关技术课题，其中智能化火灾探测与报警、系统工程设计与应用、系统工程施工机维护管理是智能消防安全体系的重要环节。关键词： 单片机 火灾报警 传感器ABSTRACTNow, with electronic 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 heavy," the concept design and improvement of automatic fire alarm system, fire nipped in the bud, the maximum reduce the loss of social wealth.Intelligent fire alarm system is microelectronics technology, information technology and communication technology, the computer technology, contemporary new technology and the traditional fire detection and fire prevention safety technology of the organic combination of product. Fire electronic products and its application development of technology development, high efficient and reliable fire detection method and the many kinds of forms of intelligent automatic fire alarm system forms of appear, brought a number of new technology related to the topics, including intelligent fire detection and alarm, system engineering design and application, system engineering construction machine maintenance management is intelligent fire safety system important segment. Keywords ： SCM fire alarm sensor目 录第一章 绪 论11.1 选题背景 11.2 火灾探测器11.3 系统的设计思想2第二章 前向通道的设计52.1 温度传感器52.2 烟雾传感器82.3 单片机的选择162.4 运算放大器92.5 A/D转换器102.6 键盘输入11第三章 后向通道的设计153.1 卷帘门电机正反转控制153.2 自动喷淋控制163.3 显示部分163.4 报警电路17第四章 软件设计154.1 设计思想154.2 流程图16第五章 结束论22参考文献24致谢23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，为自动消防系统作好前期准备。1.2 火灾探测器1、 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。2、 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。1.3 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，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。第二章 前向通道的设计2.1 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2-1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2-1 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。2.2 烟雾传感器1、工作原理 离子烟雾传感器单电离室的工作原理，如图2-2所示。 图2-2 电离室工作原理图图2-2（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2-2（b）所示。实际使用的离子烟雾传感器电路如图2-3 所示。 图2-3 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2-3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。2.3 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，31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。 2.4 运算放大器AD595AD595具有热电偶信号放大和冰点补偿双重功能,AD595适用于型热电偶,是14脚DIP封装。AD595有二个等级(级和级),±3的校准准确度。 具有以下特性:· 低阻抗电压输出:10/ · 片内冰点补偿· 电源电压范围:+5V±15V · 低功耗:1MW· 热电偶断线报警功能 · 高阻抗差动输入· 可用作摄氏温度传感器 · 差动输入可抑制热电偶引线上的共模噪声电压 · 补偿、零点、标度系数都预先用激光校准· 可用于型热电偶由于热电偶的输出电势与温度成非线性关系,下列转换函数将决定芯片的实际输出电压:在控制系统中，传感器和检测电路输出的信号，一般都比较小，不能直接进行显示记录和控制。为此，当用传感器把非电量转换成电量后，大都需要放大。2.5 A/D转换器A/D转换器的功能是将模拟量电信号转换成数字量。在本设计中，我采用了ADC0809转换器，它可以将多路转换器输入的模拟量进行A/D转换，所以省略了多路开关。由于控制系统是对温度和烟的浓度进行检测，相当于A/D转换器的转换时间来说信号变化很慢，所以采样保持器（保持在A/D转换时间内输入的模拟信号不变）也可以省去。因此，模拟信号经过放大后可以直接进入A/D转换器。 ADC0809内部结构有模拟多路转换开关和A/D转换两大部分组成。模拟多路转换开关由8路模拟开关和3位地址锁存与译码器组成，地址锁存允许信号ALE将三位地址信号ADDC、ADDB和ADDA进行锁存，然后由译码电路选通其中一路摸拟信号加到A/D转换部分进行转换。A/D转换部分包括比较器、逐次逼近寄存器SAR、256R电阻网络、树状电子开关、控制与时序电路等，另外具有三态输出锁存缓冲器，其输出数据线可直接连CPU的DB。具体见下图2-4。图2-4 ADC0809内部结构ADC0809的引脚功能：D7-D0：8位数据输出线；IN7-IN0：8路模拟信号输入；ADDC、ADDB、ADDA：8路模拟信号输入通道的地址选择线；ALE：地址锁存允许，其正跳变锁存地址选择线状态，经译码选通对应的模拟输入信号；START：启动信号，上升沿使片内所有寄存器清零，下降沿启动A/D转换；EOC：转换结束，转换开始后，此引脚变为低电平，转换一结束，此引脚变为高电平；OE：输出允许，此引脚为高电平有效，当有效时，芯片内部三态数据输出锁存缓冲器被打开，转换结果送到D7-D0；CLOCK：时钟，最高可达1280KHz，由外部提供；REF（+）、REF（-）：参考电压正极、负极，通常REF（+）接Vcc，REF（-）接GND；Vcc：电源，+5V，GND：地线。在论文的硬件设计中ADC0809因内部带有三态门输出锁存器，故它可以直接和AT89C51的P0口相连，ALE和START由和P2.7口经或非门后控制，输出允许OE由和P2.7口经或非门后控制，转换结束输出信号EOC经反向器后和 INT1非相连，以提供A/D转换的中断方式。ADC0809的时钟输入信号CLK有ALE经二分频后提供，也可由外部500kHZ 时钟源提供，八路模拟量有IN7-IN0端输入。2.6 键盘输入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)。键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件译码器实现，并产生键编号或键值的称编码键盘，如BCD码键盘、ASCII码键盘等；靠软件识别的称为非编码键盘。在单片机组成的测控系统及智能化仪器中，用的最多的是非编码键盘。本系统中，采用4×2键盘。4×2的键盘结构如图所示，图中行线通过电阻接+5V，当键盘上没有健闭合时，所有的行线和列线断开，行线XO、X1呈高电平。当键盘上某一个键闭合时，该健所对应的行线与列线短路。例如，6号键按闭合时，行线Xl和列线Y1短路，此时Xl的电平由Y1的电平所决定，如果把行线接到微机的输人口，列线接到微机的输出口，则在微机的控制下，使列线Y1为低电平(0)，其余四根列线Y0、Y2、Y3都为高电平。然后微机通过输人口读行线的状态，如果X0、X1都为高电平，则Y1这一列上没有键闭合，如果读出的列线状态不全为高电平，则为低电子的行线和Y1相交的键处于闭合状态；如果Y1这一列上没有键闭合，接着使列线Y1为低电平，其余列线为高电平。用同样的方法检查Y2这一列上有无键闭合，以此类推，最后使列线Y3为低电平，其余的列线为高电平，检查Y3这一列上是否有健闭合。这种逐行逐列地检查键盘状态的过程称为对键盘的一次扫描。CPU对键盘扫描可以采取程序控制的随机方式，CPU在空闲时扫描键盘，也可以采取定时控制方式，每隔一定时间，CPU对键盘扫描一次，CPU可随时响应健输入请求。也可以采用中断方式，当键盘上有键闭合时，向CPU请求中断，CPU响应键盘输入中断请求，对键盘扫描，以识别那一个键处于闭合状态，并对键输入信息做出相应处理。CPU对键盘上闭合键键号的确定，可根据行线和列线的状态计算求得，还可以根据行线和列线状态查表求得。键盘共八个：“”为使显示数字加一“”为使显示数字减一“”为显示屏的闪烁光标右移“”为显示屏的闪烁光标左移 “启动”为使整个系统运行 “停止”为使整个系统停止 “更改”为调解系统的设置以及切换温度和浓度的显示 “确认”为使系统设置值进行保存图2-5 键盘显示原理图第三章 后向通道的设计3.1 卷帘门电机正反转控制卷帘门自动控制工作原理：图3-1所示采用SSR的三相感应电动机的正反转控制电路。电路中，开关S接1侧时为控制电路正转，接2侧时控制电机反转。SSR（2）和SSR（3）同时导通是电动机正转，SSR（1）和SSR（4） 同时导通时电机反转。正转与反转SSR若同时导通，则会使电源短路而损坏SSR，为此，要增设VT1与VT2等构成的连锁电路。 图3-1 卷帘门自动控制原理图当单片机整个系统全部崩溃的时候，我们就采用紧急应急系统，采用电机手动系统，以便减少不必要的损失。卷帘门采用可逆控制与互锁。所谓“可逆”控制，就是可以同时控制电动机的正转和反转。产生过程中，各种产生机械常常要求具有上下、左右、前后、往返等具有方向运动控制，这就要求电动机能够实现可逆运行。如电梯的上下运行、起重机的吊钩的上升与下降、机床工作台的前进与后退及主轴的正转与反转等运动的控制，就是通过“可逆”控制实现的。由交流电动机工作原理可知，若将接至电动机的三相电源进线中的任意两相对调，即可使电动机反向旋转。所以我可用两个方向相反的单向控制线路组合而成可逆控制线路，如图3-2所示。 图3-2 卷帘门手动控制原理图按照电动机可逆运行操作顺序的不同，有“正-停-反”和“正-反-停”两种控制线路。如图3-2控制电路作反向操作控制时，必须首先按下钮SB1，然后再进行反向启动操作，因此它是“正-停-反”控制电路。当在有些生产工艺中，希望能直接实现正反转的变换控制。由于电动机正转的时候，按下反转按钮时首先应断开正转接触器线圈线路，待正转接触器释放后再接通反转接触器，为此可以采用两只复合按钮来实现。3.2 自动喷淋控制1、 固态继电器SSR工作原理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。固态继电器的方框图如图3-3所示。图3-3 固态继电器方框图2、自动喷淋工作原理 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。 自动喷淋电路图3-4如下 图3-4 自动喷淋原理图3.3 显示部分显示电路部分采用串行接口，静态锁存驱动，不但节约了系统的资源，而且简化编程。LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或接高电平）。之所以称为静态显示，是由于显示器中的各位相互独立，而且各位的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。也正因为如此，静态显示器的亮度都较高。MAX7219是微处理器和共阴极七段八位LED显示、图条/柱图显示或64点阵显示接口的小型串行输入/输出芯片。片内包括BCD译码器、多路扫描控制器、字和位驱动器和8X8静态RAM.外部只需要一个电阻设置所有LED显示器字段电流。MAX7219和微处理器只需三根导线连接，每位显示数字有一个地址由微处理器写入。允许使用者选择每位是BCD译码或不译码。使用者还可选择停机模式、数字亮度控制、从1-8选择扫描位数和对所有LED显示器的测试模式。MAX7219内部组成如图3-5所示。图3-5 MAX7219组成框图3.4 报警电路 语音报警电路自动拨号电路主要由模拟电路、脉冲鉴别、忙音解调和语音电路等部分组成。如图3-6所示。当警戒范围内出现移动人体时，模拟拨号电路会根据单片机输出的信号对电话机进行自动拨号。该部分电路主要由集成块NE555和计数/时译码器CD4017以及晶体管和继电器组成。话机的模拟摘机、模拟按下寄存输出键和寄存位置键是通过继电器触点的闭合完成的。拨号后反馈回来的信号有三种：拨号音、忙音和回铃音。若是忙音，系统将稍后重新拨号；若为回铃音，系统保存原状，等待对方摘机；若为拨号音，则启动语音电路，送出预先录制的语音信号。脉冲鉴别和忙音解调电路对这些信号进行鉴别。该部分由双运放LM358和解调器LM567组成。第一级解调器解调450Hz的拨号音信号，第二级解调器解调0.35Hz忙音信号。语音处理集成电路使用专用集成芯片T6668，外接一只256K位动态存储器41256，比特率选用32K。在对方摘机的条件下，录音信号从19脚输出，经外功放放大作为报警语音信号向对方输送。语音报警接口电路接口图3-6图 3-6 语音报警接口电路接口第四章 软件设计4.1 设计思想1、 主程序 主程序应包括AT89C51本身的初始化。还包括有关标志、暂存单元和显示缓冲区清零、T0、INT0、INT1初始化、开中断、温度浓度显示。2、 信号分析及调节PID参数的整定方法：在数字控制系统中，参数的整定是十分重要的，调节系统参数的好坏直接影响到调节品质。一般的生产过程都具有较大的时间常数，而数字PID控制系统的采样周期要小的多，所以数字调节器的参数整定，完全可以按照模拟调节器的各种参数整定方法进行分析和综合。但是，数字控制器与模拟调节器相比，即除了比例系数、积分时间T1和微分时间外，还有一个重要的参数-采样周期T。合理选择采样周期T，也是数字控制系统的关键之一。采样周期的确定由香农（Shannon）采样定理可知，当采样频率的上限为fs2fmax时，系统可真实的恢复到原来的连续信号。采样周期正确地选择，香农采样定理给出了从采样信号恢复连续信号的最低采样频率。实际上由于被控制对象的物理过程及参数的变化比较复杂，致使模拟信号的最高频率很难确定，所以常以下述几个方面考虑如何选取采样周期T：从调节品质上看，希望采样周期短，以减小系统纯滞后的影响，提高控制精度。通常保证在95%的系统的过度时间内，采样6次15次即可。从快速性和抗干扰性方面考虑，希望采样周期尽量短，这样给定值的改变可以迅速地通过采样得到反映，而不致产生过大的延时。从计算机的工作量和回路成本考虑，采样周期T应长些，尤其是回路控制时，应使每个回路都有足够的计算时间；当被控对象的纯滞后时间较大时，常选T=（1/4-1/8）。 从计算精度方面考虑，采样周期T不应过短，当主机字长较小时，若T过短，将使前后两次采样值差别小，调节作用因此会减弱。另外，若执行机构的速度较低，会出现这种情况，即新的控制量已输出，而前一次控制却还没完成，这样采样周期再短也将毫无意义，因此T必须大于执行机构的调节时间。总之，影响采样周期T的因素很多，应该针对不同情况选择适当的采样周期T。表4-1 采样周期的经验数据表被调量采样周期（秒）备 注流量15优选1秒压力310优选5秒液位68优选7秒温度1520或选纯滞后时间；串级系统，浓度1520优选18秒根据表4-1，系统的采样周期选为15秒。从理论上讲，采样频率越高，失真越小。但是从控制器本身而言，大都是依靠偏差信号进行调节计算的。采样周期T太小时，偏差信号也会过小，此时计算机将会失去调节作用，采样周期T过长又会引起误差。因此，采样周期T必须综合考虑。4.2 流程图1、 主程序流程图，如图4-1。图4-1 主程序流程图2 、 采样程序流程图，如图4-2。 图4-2 采样程序流程图3、 滤波程序流程图 数字滤波固然是消除微机控制系统干扰的好方法，但一定要注意，并不是在任何一个系统种都需要进行数字滤波。有时不适当的采用数字滤波反而适得其反，造成不良影响。如在自动调节系统中，采用数字滤波有进会把偏差值滤掉，因而使系统失去调节作用于。微机控制系统常直接放在生产现场，会受到很严重的干扰，可以采用滤波的方法来消除干扰。这里采用中值滤波，就是连续三次取样，取中间值作为本次取样值。三次取样值分别入在2CH，2DH，2EH中，取中间值放在累加器A中，同时也转存在2AH单元内，以备进行温度标度转换用。 图4-3 滤波程序流程图4、 PID算法流程图图4-4 PID算法流程图 5、电机流程图主要模块有3个：时间确定模块，按钮处理模块，火灾处理模块。时间确定模块"就是要确定3个时间：防火门的全程下降时间，全程上升时间和防火门由顶下降到中位所需时间，但不包括发生火灾时防火门在中位的暂停时间。这3个时间是防火门运行时系统对防火门进行具有一定智能动态跟踪和控制所必须的。按钮处理模块，就是要求当按“上”、“下”、“停”三按钮中的任何一个时，单片机系统都能作相应的处理。火灾处理模块，是当火灾发生时"系统根据工作模式的预先设置，采用相应的处理模式，以切断火势曼延的通道，并妥善解决被困人员的逃生问题。1） 时间确定模块此模块的N-S.流程图如图4-5所示。 图4-5 时间确定模块首先，要靠人把接在PB4上的按钮拨向“时间确定”一侧，即通过PB4把低电平送入单片机。然后按“上”按钮，使防火门上升到顶端；之后，再按“下” 按钮，使防火门开始全程下降；防火门触碰到底端的行程开关时，停。单片机的计时系统记下这一全程下降时间。再按“上”按钮，使防火门开始全程上升，防火门触碰到顶端的行程开关时，停。单片机的计时系统记下这一全程上升时间。再按“下”按钮，防火门下降。当防火门下降到我们认为比较合理的可以作为“中位”的位置时，按下“停”按钮，防火门停"单片机计时系统记下这一从顶下降到中位的时间。“中位”不一定指的是门从顶到底正中间的位置。对于一扇2M高的门来说，中位应是从底往上1.5M左右；对一扇约2.5M高的大门来说，中位应是从底往上看1.8M左右。火灾发生，烟雾二步降模式和烟温二步降模式中的门下降到中位时停，以便人能够从高度在1.5M到1.8M的通路逃生，也便于中位延时结束时，防火门经过第二步下降后，彻底关闭。门下降到中位后在中位悬停的时间，就是中位延时时间。这个时间不是在本模块内确定的，而是在火灾发生时，由火灾处理模块通过读取PB1，PB2，PB3三根线上的开关信号后定下来的!延时时间的长短由这3根线决定。