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1、本科毕业设计说明书1 引言1.1 火灾报警器的起源和发展火灾作为危害人类生存的大敌，越来越受到人们的重视。随着高层建筑的不断增多，火灾隐患增加。一旦发生火灾，将对人的生命财产造成极大的危害，于是人们开始寻求一种早期发现火灾的方法，以便控制和扑灭火灾，减少损失，保障生命安全。火灾报警器就是为了满足这一需要而研制出来的，已成为保护人身和财产安全必不可少的重要手段。现代化建筑中设置火灾自动报警系统，尤为重要。近年来，各部门对火灾自动报警系统的要求，不仅表现在数量上日益增多，而且对其功能和可靠性等方面提出更高的要求，这给我国消防工作带来新课题，并将进步促进我国火灾自动报警系统的研制、生产、和应用的发展
2、1。近年来，随着科学技术的飞跃发展，基于单片机有体积小、功耗小、成本低、价格廉以及控制功能强等，它的应用领域日益广泛。目前国内各种家用电器已普遍采用单片机控制取代传统的控制电路，做成单片机控制系统，如洗衣机、电冰箱、空调机等的控制器。在办公自动化领域，现代办公室中使用的大量通信、信息产品多数都采用了单片机，如通用计算机系统中的键盘译码、磁盘驱动、打印机等。在商业营销领域，已广泛使用的电子称、收款机、条形码阅读机、仓储安全监测系统等中已纷纷采用单片机构成专用系统。在工业自动化领域，如工业过程控制、过程监测、工业控制器及机电一体化控制系统等，这些系统除一些小型工控机外，许多都是以单片机为核心的单机
3、或多机网络系统，在智能仪表与集成智能传感器传统的控制电路及汽车电子与航空航天电子系统方面同样都用到了单片机2。单片机的应用正在不断的走向深入，这必将导致传统的单片机技术的日益革新。在实时监测和自动控制的单片机系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，现代火灾报警器就是采用单片机作为核心部件完成的。1.2 开发智能火灾报警系统的意义 由于开关量火灾报警系统受到开关量探测器工作原理的限制。尽管开发人员常常通过多种确认的方法来消除误报警，但也无法从根本上动态的反映出火灾变化的全过程，更不能实现对监视现场的环境进行自动学习，积累“经验”，从而准确的分析、判断现场的各种非火灾因素和真实的火灾信号，以及
4、对各种非火灾因素造成的探测器灵敏度的漂移进行补偿。于是，国内开始了对智能火灾报警控制系统的研究和开发。开发智能火灾报警系统的重大意义就是要在实现准确可靠的早期报警的同时，方便用户对系统的安装、调试，并且提供强有力的系统维护手段，降低系统的维护费用。1.3 本文设计的内容(1) 本系统是具有高可靠性的16路火灾报警器。(2) 以单片机为核心，设计硬件主控制器电路总体框图。(3) 对每个分框图分别设计具体电路。对火灾以声，光形式报警, 显示，控制电路功耗不大于10瓦.使用220伏交流电源、或12伏直流电源工作、两套电源互为备用。(4) 设计相应的软件流程图。(5) 依据流程图设计控制程序。(6)
5、画出整体电路图。1.4 本论文的设计安排第一章是引言部分。第二章是整体设计方案，根据设计要求做了整体设计的规划，对设计的主要部件做了初步选用并画出设计总框图以便以后设计按此进行。第三章是各部分硬件的设计，这部分要进行具体的设计并且要对所设计的器件有一定的讲解。第四章是软件的设计部分，这部分要有程序流程图和主要的程序部分。第五章是结论部分，这部分要对火灾报警器的设计过程中得到的知识做一总结。2 总体设计方案火灾报警器的设计可采用多种方法，如简单的模拟电路设计也可以完成报警功能，也可采用火灾报警专用集成电路c14467来完成报警功能，这些火灾报警器不能对多处火灾集中监控，在发生报警时不能准确的判断
6、这是线路故障还是火灾发生且不能在短时间内判断是哪处发生故障或发生火灾3。我们要设计的是对16处进行的火灾监控，只需在值班室就可以监控。要在值班室对16路进行监控，就需要把报警器安装在值班室，为了在短时间内就能发现报警我们采用声光报警。虽报警系统发生报警，但我们还得判断这是线路故障造成的报警还是火灾发生造成的报警，而且要在短时间内知道这发生在哪一处房间，使损失降到最低。完成这一系统的功能采用简单电路是难以完成的，这是总体方案设计中比较难的部分，从各方面考虑，计划采用单片机来完成这些功能。2.1 整体设计思想基于上面的介绍，我们对整体设计思路做一叙述，假设我们的控制核心就采用单片机。第一步必须有传
7、感器及火灾探测器去感受信号，当火灾发生，火灾探测器需要把感受到的信号以高低电平的形式输出，传到接口电路，转换成单片机所能接受的电平。第二步当信号输入到单片机后，通过程序进行自检和故障检查。若探测器与火灾报警器之间的连线中断或探测器失效时，面板上显示相应的房间号，并发出单调的音响信号并通过火灾巡回检测程序判断输入信号有无火灾信号还是干扰信号，若是火灾信号，则显示器显示发生火灾的房间号码，报警灯闪烁和发出变调的音响信号。2.2 部分设计的初定2.2.1 火灾探测器的选用火灾探测器有感烟的和感温的。在许多情况下，火灾往往是先有烟而后起火的，因此使用感烟型传感器更能早发现火情，减少火灾损失。离子感烟型
8、传感器的灵敏度高而且价格低，因此我们在此采用离子感烟传感器。2.2.2 单片机的选用单片机的应用，首先是它的控制功能，即在于实现计算机控制。而在线控制应用方面，由于计算机身处系统之中，因此对计算机有体积小、功耗小、成本低、价格廉以及控制功能强等要求，对这些要求真可谓是非单片机莫属了。80C51是INTEL公司MCS-51系列单片机中最基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。80C51内置中央处理单元、1
9、28字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出(I/O)口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，80C51还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。80C51有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式2。在单片机的应用中，80C51是比较通用的，P0口，P1口，P2口共24个口用来做输入、输出口，足够本系统用。因此初步决定使用80C51作为此系统的核心部件。2.2.3 输入接口
10、电路由于要求设计16路火灾报警器，所以我们要用16路的探测器来探测。在探测器探测到的信号要传入控制器单片机时，要把信号转化为单片机能接收的电平，且需对16路信号巡回检测，采用单片机控制16选1的电开关来巡回检测，因此输入接口电路是非常重要的一部分设计。2.2.4 显示器与键盘的选用显示器可采用LED，由于只有16路，所以只用两个LED显示器即可。键盘有独立式键盘和行列式键盘。独立式键盘的缺点是需要占用较多的I/O口线。当单片机应用系统键盘中需要的按键比较少或I/O口线比较富余时，采用此类键盘。行列式键盘的键盘结构，能够有效地提高单片机系统中I/O的利用率4。因此初步设计采用行列式的44或43的
11、键盘。2.3 构造整体电路设计框图本系统是基于单片机控制的具有可靠性的16路火灾报警器。它以单片机为电路的主控制芯片。电路主要包括，火灾探测器、单片机及其扩充电路、输入、输出接口电路还有电源。电路框图如2.3所示。图2.3 整体框图3 硬件电路各部分的设计3.1 核心部分的设计3.1.1 80C51的引脚图及功能如左图3.1.1所示是40引脚双列直插的80C51管脚图。其中电源和晶振，大家都是比较了解的就不用在详细介绍。下面主要介绍80C51中比较重要的引脚的功能：(1)I/O口 有4个，32根。P08位、漏极开路的双向口I/O。当使用片外存储器时，作地址和数据分时复用。在程序校验期间，输出指
12、令字节（这时需要外加上拉电路）。P0作为总线时能驱动8个LSTTL负载。在本设计中此I/O口用做输 图3.1.1 80C51引脚图 出来给数码管提供输入信号。 P18位、准双向I/O口。在编程/校验期间，用做输入低位字节地址。P1口能驱动4个LSTTL负载。在此我们用它作为键盘的输入口。P28位、准双向I/O口。当使用片外存储器时，输出高8位地址。在编程/校验期间，接收高位字节地址。P2口可以驱动4个LSTTL负载。在此我们设计的采集信号输入口和报警输出口都是用的P2口。P38位、准双向I/O口，具有内部上拉电路。P3提供各种替代功能。在提供这些功能时，其输出锁存器应由程序置1。P3口可以输入
13、/输出4个LSTTL负载。P3.0RXD 串行输入口的输入。P3.1TXD（串行输出口），输出。P3.2INT0 ，在外部中断0的输入。P3.3INT1，外部中断1的输入。P3.4T0，定时器/计数器0的外部输入。P3.5T1，定时器/计数器1的外部。P3.6WR，低电平有效，输出，片外数据存储器写选通。P3.7RD，低电平有效，输出，片外数据存储器读选通。（2）控制线：共4根。RST复位输入信号，高电平有效，在振荡器工作时，在RST上作用两个机器周期以上的高电平，期间复位。EA/VPP片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。再编程时，其上施加21V的编程电压。ALE/PROG地址锁存允许信号
14、，输出。用作片外存储器访问时，低字节地址锁存。ALE一1/6的振荡频率稳定速率输出，可用作对外输出的时钟或用于定时。在EPROM编程期间，作输入。输入编程脉冲（PROG）。ALE可以驱动8个LSTTL负载。 PSEN片外程序存储器选通信号，低电平有效4。在从片外程序存储器取指令期间，在每个机器周期中，在PSEN有效时，程序存储器的内容被送上P0口PSEN可以驱动8个LSTTL负载。3.1.2 80C51单片机的复位方式复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态
15、时，为摆脱困境，也需按复位键以重新启动。主要的复位方式有三种：上电自动复位、按键电平复位和外部脉冲复位5。此次设计是用按键电平复位。按键电平复位是通过复位端经电阻与VCC电源接通而实现的，电路如图3.1.2所示。按键电平复位电路中的电阻、电容参数设置都适合与设计的振荡电路，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。 图3.1.2 按键电平复位3.1.3 80C51的时钟电路时序电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行而时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。在80C51单片机内带有时钟电路，因此只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件（晶体振荡器和电容），即可构成一个稳定的自激振荡器。在80C51芯片内部有一个高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容。80C51单片机的时钟电路如图3.1.3所示。 图3.1.3 80C51单片机的时钟电路由图可见，时钟电路由下列几部分组成：振荡器及定时控制元件、
