2017畢業(yè)論文-基于AT89S51單片機(jī)的火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

《2017畢業(yè)論文-基于AT89S51單片機(jī)的火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2017畢業(yè)論文-基于AT89S51單片機(jī)的火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc（32頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（2008）火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)是現(xiàn)代樓宇建筑很重要的一個(gè)環(huán)節(jié),對(duì)人身安全及財(cái)產(chǎn)的保護(hù)有這不可或缺的意義。火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以51系列的單片機(jī)AT89S51和W77E58為核心,采用無(wú)線通訊技術(shù)構(gòu)成的檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)由檢測(cè)發(fā)射部分和接收控制部分兩部分組成。檢測(cè)部分針對(duì)發(fā)生火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生的煙霧與溫度的變化進(jìn)行設(shè)計(jì)，煙霧檢測(cè)采用了Motorola公司生產(chǎn)的具有聲光報(bào)警電路的MC14468芯片，配合外圍電路構(gòu)成；溫度檢測(cè)采用數(shù)字溫度傳感器件DS18B20構(gòu)成。通訊收發(fā)部分使用美國(guó)Nordic公司最新推出的基于無(wú)線通信的 nRF401型單片射頻

2、收發(fā)器，采用了無(wú)線通信和FSK（頻移鍵控）調(diào)制解調(diào)技術(shù)，工作頻率穩(wěn)定且抗干擾能力強(qiáng)，不需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，外圍電路簡(jiǎn)單，使用方便。關(guān)鍵字：火災(zāi)報(bào)警;無(wú)線;單片機(jī);27The design on the fire detection and alarm systemAbstract: The fire detection alarm system is a very important part of the modern building, and it has the unique significance to the personal safety and property protec

3、tion. The design on the fire detection and alarm system discussed how the wireless technology constitute the detection alarm system on the base of the series from 51 SCM AT89S51 and W77E58. The system mainly consist of the sending part of testing and receving part of control. The testing part was de

4、signed to the smoke and temperature changes on fire, The smoke testing part used the MC14468 chip with a sound and light alarm circuit produced by the Motorola company, with the external circuit. The temperature testing part consist of the digital temperature sensor of a DS18B20. The communication t

5、ransceivers part used the nRF401 single radio transceiver based on the latest wireless communications which was produced by the United States Nordic companies. This part used the wireless communications and FSK (FSK) modem technology, and it has the features of the stable frequency, strong anti-inte

6、rference ability, the simple external circuit, easy to use. And it also need no data encoding.Keyword: fire alarm; wireless; SCM;目錄1概 述12系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案12.1智能報(bào)警系統(tǒng)的總體構(gòu)成12.2報(bào)警系統(tǒng)的功能及工作過(guò)程32.2.1報(bào)警系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能32.2.2系統(tǒng)的基本工作過(guò)程33用戶端探測(cè)器設(shè)計(jì)33.1防火探測(cè)器電路設(shè)計(jì)43.1.1溫度探測(cè)器53.1.2離子感煙探測(cè)器54用戶端自動(dòng)報(bào)警器設(shè)計(jì)94.1用戶端自動(dòng)報(bào)警器總體設(shè)計(jì)94.2聲光報(bào)警電路94.3用戶端自

7、動(dòng)報(bào)警器軟件編制104.3.1探測(cè)模塊程序設(shè)計(jì)114.3.2報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)114.3.3控制模塊程序設(shè)計(jì)125管理監(jiān)控中心中央控制器設(shè)計(jì)125.1中央控制器硬件總體設(shè)計(jì)125.1.1 LED數(shù)碼顯示模塊的設(shè)計(jì)145.1.2上位機(jī)連接模塊的設(shè)計(jì)165.2管理監(jiān)控中心報(bào)警器硬件電路的連接185.3管理監(jiān)控中心端自動(dòng)報(bào)警器軟件編制185.3.1接受信息模塊程序設(shè)計(jì)185.3.2報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)185.3.3控制模塊程序設(shè)計(jì)196無(wú)線通訊模塊的設(shè)計(jì)196.1通訊模塊總體設(shè)計(jì)196.1.1 nRF401天線設(shè)計(jì)與外部連接196.1.2無(wú)線通訊模塊的電路設(shè)計(jì)216.2發(fā)射部分設(shè)計(jì)226.3接受部分設(shè)計(jì)2

8、26.4通訊模塊軟件設(shè)計(jì)227系統(tǒng)的抗干擾措施238結(jié) 束 語(yǔ)25致 謝26參考文獻(xiàn)27附 錄28附錄1源程序28附錄2設(shè)計(jì)圖紙28火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1概 述針對(duì)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況，住宅智能安全防范系統(tǒng)是我國(guó)未來(lái)智能住宅建設(shè)的重點(diǎn)發(fā)展方向。智能化火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)是依托無(wú)線網(wǎng)作傳輸媒體的報(bào)警系統(tǒng)。無(wú)線收發(fā)器采用美國(guó)Nordic公司最新推出的基于無(wú)線通信的nRF401型單片射頻收發(fā)器，該芯片采用了無(wú)線通信和FSK（頻移鍵控）調(diào)制解調(diào)技術(shù)，工作頻率穩(wěn)定且抗干擾能力強(qiáng)，不需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，外圍電路簡(jiǎn)單，使用方便。由于采用低發(fā)射功率和高接收靈敏度的設(shè)計(jì)方案，因此不受無(wú)線電管理?xiàng)l例的限制，無(wú)須辦理許可

9、證。nRF401的引入是本系統(tǒng)的突出特點(diǎn)之一，極大的提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，這對(duì)系統(tǒng)安全是相當(dāng)重要的。與傳統(tǒng)的區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)相比，具有硬件簡(jiǎn)單、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，而對(duì)于實(shí)行物業(yè)管理的居民區(qū)以及機(jī)關(guān)、事業(yè)單位的辦公區(qū)則采用分戶對(duì)值班室的聯(lián)網(wǎng)方案。 火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)符合國(guó)家建設(shè)部對(duì)普及型住宅小區(qū)的要求，實(shí)現(xiàn)功能包括：能對(duì)住宅的火災(zāi)實(shí)行自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警；住宅設(shè)置緊急呼叫系統(tǒng)；用戶端自動(dòng)報(bào)警器對(duì)各傳感器的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和控制；小區(qū)管理中心中央控制器對(duì)各用戶端自動(dòng)報(bào)警器完成數(shù)據(jù)的采集和信號(hào)的傳輸。 智能報(bào)警系統(tǒng)主要包含用戶端電子防火系統(tǒng)及監(jiān)控管理控制中心兩大部分。用戶端的電子防火系統(tǒng)又包括探測(cè)器、自動(dòng)報(bào)警器及輸出等組

10、成部分，并將模塊化思想引入此系統(tǒng)，從而使整個(gè)系統(tǒng)的功能更完善、靈活、可調(diào)。系統(tǒng)包含硬件電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面，實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括電路原理設(shè)計(jì)、元器件(芯片)選擇與特性測(cè)試、編制程序及軟件調(diào)試、設(shè)計(jì)外觀及制板、產(chǎn)品抗干擾。另外，在滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)的前提下，不僅要考慮到系統(tǒng)的易用性，還要努力降低成本，使其經(jīng)濟(jì)實(shí)用，在保證靈敏度的情況下，盡量降低誤報(bào)率，確保在同類產(chǎn)品中的競(jìng)爭(zhēng)地位。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1智能報(bào)警系統(tǒng)的總體構(gòu)成 智能住宅火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方案是參照國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，結(jié)合我國(guó)住宅建設(shè)的實(shí)際情況，以及各相關(guān)方面的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r，為滿足新時(shí)期居民的居住要求，真正實(shí)現(xiàn)智能化報(bào)警的要求來(lái)確

11、定的?；馂?zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)是一種新型的電子安全報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是將電子探測(cè)和智能控制技術(shù)相結(jié)合，系統(tǒng)總體構(gòu)成包括火災(zāi)檢測(cè)探測(cè)器、用戶端自動(dòng)報(bào)警器、管理監(jiān)控中心中央控制器與通訊線路四個(gè)模塊，系統(tǒng)組成框圖如圖2-1所示。用戶端自動(dòng)報(bào)警器（AT89S51）溫度探測(cè)器離子煙霧探測(cè)器防火探測(cè)器開(kāi)關(guān)量的輸入緊急呼救開(kāi)關(guān)通訊模塊工作燈報(bào)警燈故障燈報(bào)警蜂鳴器警示信息報(bào)警蜂鳴器LED數(shù)碼顯示報(bào)警通訊模塊小區(qū)監(jiān)控管理中心中央控制器CPU(W77E58)聯(lián)動(dòng)模塊主控計(jì)算機(jī)圖 2-1 智能火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)組成框圖用戶端自動(dòng)報(bào)警器安裝于居民住宅內(nèi)，用于對(duì)居民住宅各個(gè)不同部位的不同類型探測(cè)器(離子感煙、溫度)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控

12、制，并對(duì)從各個(gè)探測(cè)器采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，及時(shí)報(bào)警，并與中央控制器建立聯(lián)系，將相關(guān)信息傳送至中央控制器中。小區(qū)監(jiān)控管理中心中央控制器安裝于住宅小區(qū)的值班室內(nèi)，可以同時(shí)控制、管理多個(gè)用戶端自動(dòng)報(bào)警器，主要用于接收處理從用戶端報(bào)警器傳來(lái)的數(shù)據(jù)信息，一旦收到報(bào)警信息立即進(jìn)行存儲(chǔ)以備查詢，主控計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)中央控制器的查詢可顯示出各種報(bào)警信息，同時(shí)由高響度喇叭等設(shè)備告知值班人員，以便及時(shí)做出相應(yīng)的處理。2.2報(bào)警系統(tǒng)的功能及工作過(guò)程2.2.1報(bào)警系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能（1）報(bào)警功能：一旦有火警發(fā)生，立即發(fā)出報(bào)警，能準(zhǔn)確到具體樓層、具體房間、具體探測(cè)器；（2）自動(dòng)記錄功能：即時(shí)記錄異樣情況，以

13、中文打??；（3）資料檔案功能：能儲(chǔ)存歷史火警資料，為做好防火工作提供依據(jù)；（4）狀態(tài)指示功能：對(duì)一切消防設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行顯示；（5）信息反饋功能：可對(duì)任何樓層的火警信息由計(jì)算機(jī)喇叭或電鈴發(fā)出火警報(bào)警聲以引起值班人員的警覺(jué)；（6）疏散指示功能：一旦發(fā)生火警，能將火災(zāi)樓層按設(shè)定的疏散方案及時(shí)顯示于電腦的顯示屏上，協(xié)助指揮員分析火情，指導(dǎo)疏散；（7）滅火準(zhǔn)備功能：一旦發(fā)生火警，能自動(dòng)啟動(dòng)消防水泵投入運(yùn)行，為消防栓的滅火提供充足的水源。 （8）用戶端自動(dòng)報(bào)警器內(nèi)提供備用電源，在沒(méi)有市電的情況下，交直流供電自動(dòng)切換，確保系統(tǒng)在停電時(shí)能繼續(xù)工作。2.2.2系統(tǒng)的基本工作過(guò)程用戶端的防范現(xiàn)場(chǎng)，一旦發(fā)生災(zāi)情

14、，與之相應(yīng)的報(bào)警探測(cè)器(各種火災(zāi)傳感器及手動(dòng)報(bào)警按鈕等)則立即向用戶端自動(dòng)報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。接到警情事件后，自動(dòng)報(bào)警器立即進(jìn)行確認(rèn)(多次巡檢中斷信號(hào))，若50s后無(wú)人解除警情同時(shí)警情確認(rèn)無(wú)誤后，進(jìn)行事件的現(xiàn)場(chǎng)聲(蜂鳴器)、光(LED)報(bào)警。在用戶端自動(dòng)報(bào)警器的面板上設(shè)有按鈕以及三色警燈(LED)，三色警燈分別指示火災(zāi)防火報(bào)警、正常工作及系統(tǒng)出現(xiàn)故障的狀態(tài)，即報(bào)警燈(紅)、工作燈(綠)和故障燈(黃)。與此同時(shí)，前端自動(dòng)報(bào)警器通過(guò)通訊線路向小區(qū)監(jiān)控中心發(fā)送報(bào)警信號(hào)，從小區(qū)監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)屏幕上不但可以準(zhǔn)確地區(qū)別顯示出報(bào)警的類別(火警、緊急呼救等)，還可以顯示出報(bào)警的單位、地址、電話號(hào)碼及聯(lián)系人等

15、信息，并由中央控制器打印出報(bào)警的有關(guān)信息，同時(shí)報(bào)警信息發(fā)送至主控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)，以備查詢。3用戶端探測(cè)器設(shè)計(jì)探測(cè)器電路設(shè)計(jì)是本課題電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一，探測(cè)器電路部分，由多種類型傳感器實(shí)現(xiàn)多元信號(hào)綜合檢測(cè)是本系統(tǒng)中探測(cè)電路部分的基本設(shè)計(jì)思想，多元信號(hào)檢測(cè)一方面完成火情的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)任務(wù)，另一方面大大降低了探測(cè)器部分的誤報(bào)率，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性。3.1防火探測(cè)器電路設(shè)計(jì)防火探測(cè)器是由溫度探測(cè)和離子感煙探測(cè)構(gòu)成的復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器。多傳感器設(shè)計(jì)思想解決了傳統(tǒng)單一防火探測(cè)器一直存在的誤報(bào)率高的問(wèn)題，增強(qiáng)了火災(zāi)探測(cè)的可靠性。復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器原理示意圖如圖3-1所示。由于單元探測(cè)技術(shù)所采用的單一參數(shù)

16、火災(zāi)探測(cè)器(包括閾值觸發(fā)式和模擬量式)對(duì)火災(zāi)特征信號(hào)響應(yīng)靈敏度的不均勻性，導(dǎo)致它對(duì)實(shí)際火災(zāi)的探測(cè)能力受到了限制，尤其是用于對(duì)家庭住宅火情的準(zhǔn)確探知更是重要。因此，報(bào)警系統(tǒng)中對(duì)火災(zāi)信號(hào)的檢測(cè)采用多傳感器/多判據(jù)的火災(zāi)探測(cè)技術(shù)，將探測(cè)器探測(cè)到的多元火災(zāi)探測(cè)信息經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行綜合判斷，在軟件設(shè)計(jì)中加入了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能算法，仿真實(shí)現(xiàn)了多元同步智能探測(cè)。溫度探測(cè)器 MCU單片機(jī)預(yù)處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)離子感煙探測(cè)器圖3-1 復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器原理示意圖實(shí)際上，響應(yīng)各種不同類型的火災(zāi)，通常使用不同類型的火災(zāi)傳感器，比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3-1中所示。離子感煙探測(cè)器不僅可探測(cè)一般火情，對(duì)陰燃火尤其有極好的探測(cè)效果，主要用于火情早

17、期各種燃燒的煙霧顆粒進(jìn)行探測(cè)，這一點(diǎn)就彌補(bǔ)了感溫探測(cè)器對(duì)陰燃火不敏感，響應(yīng)速度慢以及不能區(qū)分是火災(zāi)的熱還是空調(diào)或烹飪蒸氣的熱等缺點(diǎn)。表3-1各種火災(zāi)探測(cè)器比較實(shí)驗(yàn)對(duì)照表傳感器類型單傳感器元件閾值探測(cè)器多傳感元件探測(cè)器實(shí)驗(yàn)火類型光電感煙探測(cè)差溫探測(cè)離子感煙探測(cè)離子和差溫復(fù)合探測(cè)木材明火不合適最佳最佳最佳木材熱解火最佳不合適合適合適綿繩陰燃火很合適不合適最佳最佳聚氨酯塑料火很合適合適很合適很合適正庚烷火很合適很合適最佳最佳無(wú)煙液體火不合適最佳不合適最佳3.1.1溫度探測(cè)器溫度探測(cè)器使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，5V直流電壓供電。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3

18、引腳TO92小體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為-55+125，可編程為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。 DS18B20的測(cè)溫原理是利用溫敏振蕩器的頻率隨溫度變化的關(guān)系，把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)受溫度影響的振蕩器周期的計(jì)數(shù)可實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。探測(cè)器中DS18B

19、20采用外接電源供電方式，保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)能提供足夠的電流，圖3-2中通過(guò)單片機(jī)的一個(gè)I/O口（P1.7）對(duì)DS18B20進(jìn)行控制并取得溫度值。DS18B20+5VMCUP1.7圖3-2 溫度探測(cè)器電路單片機(jī)不斷的對(duì)DS18B20檢測(cè)到的溫度進(jìn)行判斷，當(dāng)超過(guò)預(yù)設(shè)的溫度值時(shí)，就觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，這樣就實(shí)現(xiàn)的溫度檢測(cè)報(bào)警功能。3.1.2離子感煙探測(cè)器3.1.2.1離子感煙探測(cè)器的工作原理離子感煙式火災(zāi)探測(cè)器是采用空氣離化探測(cè)火災(zāi)方法構(gòu)成和工作的。它利用放射性同位素釋放的高能量射線將局部空間的空氣電離產(chǎn)生正、負(fù)離子，在外加電壓的作用下形成離子電流。當(dāng)火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧及燃燒產(chǎn)物，即煙霧氣

20、溶膠進(jìn)入電離空間（一般稱作電離室）時(shí)，表面積較大的煙霧顆粒將吸附其中的帶電粒子，產(chǎn)生離子電流變化，經(jīng)電子線路加以檢測(cè)，從而獲得與煙濃度有直接關(guān)系的電測(cè)信號(hào)，用于火災(zāi)確認(rèn)和報(bào)警。 系統(tǒng)中離子煙霧傳感器采用了UD-20型離子煙霧傳感器，它的靈敏度高，可靠性好，具有兩個(gè)電離室和一個(gè)放射源，其外形如圖3-3所示。A電極接9V電源正極，B電極接電源負(fù)極（地），C電極為收集電極。在205時(shí)，在空氣清潔的條件下，收集電極的平衡點(diǎn)位為55.6V；有煙霧時(shí)，收集電極的電位僅為1.11.2V，電壓差值較大，這樣可以保證判斷的準(zhǔn)確性。BAC進(jìn)煙孔圖3-3 UD-02 型離子式煙霧傳感器3.1.2.2 MC14468

21、的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理（1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)MC14468是美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的離子感煙探測(cè)報(bào)警專用芯片，為大規(guī)模CMOS電路構(gòu)造。它只需外接一個(gè)離子源和用于安裝離子源的離子室及少量的外部元件，即完成煙霧探測(cè)、報(bào)警的功能。當(dāng)探測(cè)到煙霧時(shí)，它能通過(guò)外接的壓電式換能器和內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出報(bào)警的功能。它主要具有以下一些特點(diǎn)：（a）內(nèi)置高輸入阻抗的場(chǎng)效應(yīng)管比較器；（b）內(nèi)含壓電式蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)電路，可以直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器；（c）探測(cè)信號(hào)輸入端具有保護(hù)二極管；（d）電池欠壓報(bào)警，電池電壓報(bào)警點(diǎn)可通過(guò)外接電阻設(shè)置；（e）探測(cè)閥值即靈敏度可通過(guò)電阻進(jìn)行設(shè)置；（f）具有一個(gè)I/O腳，允許40個(gè)報(bào)警單元相互連接在一起，組成一

22、個(gè)多點(diǎn)報(bào)警區(qū)域系統(tǒng)。（2）工作原理MC14468為雙列直插式（DIP）16腳封裝，其引腳如圖3-4所示。 圖3-4 MC14468封裝圖由圖可以看出它具有直接同離子室中的各極相連的引腳（引腳14、15、16）和發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)輸出引腳（引腳5）等。MC14468的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3-5所示。圖3-5 MC14468內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)含有振蕩器、定時(shí)器、鎖存器、報(bào)警控制邏輯電路，和高輸入阻抗的比較器、電阻網(wǎng)絡(luò)等。沒(méi)有檢測(cè)到煙霧時(shí)，MC14468內(nèi)部振蕩周期為1.67S。每個(gè)1.67S周期內(nèi)，內(nèi)部的電源都提供給整個(gè)芯片工作。除了LED閃亮、電池欠壓告警和有煙霧報(bào)警期間，它都不停的檢測(cè)有無(wú)煙霧，每24個(gè)周期檢

23、測(cè)一次電壓是否正常，它是通過(guò)與比較器中的一個(gè)齊納穩(wěn)壓二極管相比較而得出，應(yīng)為整個(gè)探測(cè)裝置對(duì)功耗的要求比較高，所以經(jīng)12腳接的振蕩電容應(yīng)該選低泄露的電容，以提高電池壽命。當(dāng)MC14468檢測(cè)到有煙霧時(shí)，振蕩器的振蕩周期變?yōu)?0ms，壓電蜂鳴器振蕩驅(qū)動(dòng)電路啟動(dòng)，啟動(dòng)使能輸出為維持高電平160ms后，停止80ms。在停止期間，繼續(xù)檢測(cè)煙霧的變化，這時(shí)如果沒(méi)有檢測(cè)到煙霧，則禁止蜂鳴器振蕩電路振蕩，將不發(fā)出報(bào)警聲。在煙霧報(bào)警過(guò)程中，將禁止電池欠壓報(bào)警，同時(shí)LED發(fā)光二極管指示等閃亮，頻率約為1Hz。檢測(cè)輸入端的鄰近腳均設(shè)置有隔離保護(hù)，這三個(gè)腳的輸入端電壓必須在100mV以內(nèi)，為維持其泄露電流最小化，提高

24、其測(cè)量精度，15腳檢測(cè)輸入端內(nèi)部設(shè)置有保護(hù)二極管，防止靜電干擾等引起場(chǎng)效應(yīng)管損壞。煙霧探測(cè)的靈敏度和電池欠壓告警值可以通過(guò)外接電阻來(lái)設(shè)置，它們共用一個(gè)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)3腳將一電阻接到VDD，可設(shè)置電池欠壓告警電壓值，通過(guò)13腳將一電阻接至VSS可設(shè)置靈敏度級(jí)別；靈敏度級(jí)別的設(shè)置也可以通過(guò)改變離子室的結(jié)構(gòu)或離子源的強(qiáng)度。3.1.2.3離子感煙探測(cè)器電路設(shè)計(jì)（1）電路組成及工作原理當(dāng)UD-02檢測(cè)到煙霧顆粒時(shí)，其收集電極C產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)送到MC14468內(nèi)部電路處理后，由10、11腳輸出報(bào)警信號(hào)，它能驅(qū)動(dòng)其外圍連接的壓電陶瓷蜂鳴器或壓電式揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲，與此同時(shí)，還驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED）以1

25、Hz的頻率閃爍發(fā)光，利用聲光報(bào)警達(dá)到煙霧報(bào)警的最佳效果。MC14468的1腳（檢測(cè)輸出端）直接聯(lián)接單片機(jī)的INT0如圖3-6，當(dāng)檢測(cè)到煙霧時(shí)，其輸出的高電平通過(guò)INT0控制單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器T0工作，定時(shí)50 ms，T0溢出中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序。在檢測(cè)到煙霧時(shí)，MC14468自身的100 mV的滯后電壓會(huì)防止其他外界因素（如飛蟲）造成的誤報(bào)警，加以單片機(jī)產(chǎn)生50 ms的延時(shí)，更能提高系統(tǒng)的可靠性。每次T0記時(shí)開(kāi)始時(shí)，要由軟件重新置初值，從而不會(huì)由于50 ms期間MC14468管腳1上的信號(hào)消失或變低而導(dǎo)致下次運(yùn)行出錯(cuò)。 圖3-6離子感煙探測(cè)電路（2）各元器件的作用及參數(shù)的確定電路中的按鈕SB用

26、來(lái)檢查報(bào)警功能是否正常。當(dāng)按下SB時(shí)，9V電源經(jīng)R4、R5分壓后變成4.5V由UD-02的A電極輸入傳感器，模擬有煙霧時(shí)的狀態(tài)，使收集電極C的輸出電壓降低。只要在此狀態(tài)下報(bào)警電路會(huì)發(fā)出報(bào)警聲，就表明電路正常工作。限流電阻R1 = （9V-2V）/ 20 mA =350 （這里黃色發(fā)光二極管的工作電壓為2V，工作電流為20mA）。RT和CT分別為振蕩電阻和振蕩電容。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)外接的C2、R3、R2形成調(diào)制的變頻輸出，從而推動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。4用戶端自動(dòng)報(bào)警器設(shè)計(jì)4.1用戶端自動(dòng)報(bào)警器總體設(shè)計(jì)用戶端自動(dòng)報(bào)警器是系統(tǒng)的又一設(shè)計(jì)重點(diǎn)，自動(dòng)報(bào)警器組成框圖如圖4-1所示。系統(tǒng)微處理器采用美國(guó)ATME

27、L公司生產(chǎn)的AT89S51單片機(jī)，AT89S51采用CMOS工藝，是一種低功耗、高性能的，與INTEL 8051系列單片機(jī)完全兼容的8位微控制器，而且內(nèi)部集成看門狗定時(shí)器不再像8051那樣需要外接看門狗芯片，節(jié)省了硬件資源。AT89S51內(nèi)部具有4K字節(jié)的Flash(閃速)存儲(chǔ)器，可反復(fù)擦寫，在設(shè)計(jì)程序時(shí)可反復(fù)修改原程序、編譯、并燒寫到單片機(jī)，適合單片機(jī)最小系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與研制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能處理溫度探測(cè)器用戶端自動(dòng)報(bào)警器CPU AT89S51緊急呼叫按鈕輸入/輸出控制電路報(bào)警蜂鳴器LED指示燈離子感煙火災(zāi)探測(cè)器通訊模塊圖4-1用戶端自動(dòng)報(bào)警器組成框圖電路原理圖見(jiàn)附錄2.1。4.2聲光報(bào)警電路電路如

28、圖4-2（a）和（b）所示。當(dāng)用戶端系統(tǒng)確認(rèn)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，P2.0和P2.3輸出低電平，使得PNP三極管導(dǎo)通。由圖4-2（a）可知當(dāng)三極管Q1導(dǎo)通時(shí)紅色的LED發(fā)光，由圖4-2（b）可知當(dāng)三級(jí)管Q4導(dǎo)通時(shí)蜂鳴器發(fā)聲。限流電阻R11=(5V-2V)/20mA=150 （這里紅色發(fā)光二極管的工作電壓為2V，工作電流為20mA）。電阻R8和R15取值較大，防止三極管擊穿時(shí)反向電流過(guò)大，破壞單片機(jī)芯片。 圖4-2（a）發(fā)光報(bào)警電路 （b）聲音報(bào)警電路4.3用戶端自動(dòng)報(bào)警器軟件編制 用戶端軟件部分采用模塊化設(shè)計(jì)，分為主控模塊，探測(cè)模塊，報(bào)警模塊，通訊模塊。在Keil uVision2的環(huán)境里，應(yīng)用C語(yǔ)言

29、編寫。完整程序見(jiàn)附錄1。主程序流程圖見(jiàn)圖4-3。開(kāi) 始初始化T0是否溢出中斷？溫度是否超限？INT1是否中斷？NN NINT0中斷，重新置T0初值YYY返 回啟動(dòng)報(bào)警機(jī)制返 回圖4-3主程序流程圖程序初始化后，即對(duì)溫度、煙霧及緊急按鈕進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)緊急報(bào)警按鈕按下時(shí)INT1中斷啟動(dòng)報(bào)警機(jī)制；DS18B20的輸出端接至單片機(jī)P1.7口，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到溫度超過(guò)預(yù)設(shè)的溫限時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警機(jī)制；MC14468的1腳（檢測(cè)輸出端）直接聯(lián)接單片機(jī)的INT0，當(dāng)檢測(cè)到煙霧時(shí)，其輸出的高電平通過(guò)INT0控制單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器T0工作，定時(shí)50 ms，T0溢出中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，啟動(dòng)報(bào)警機(jī)制。啟動(dòng)報(bào)警機(jī)制后，紅色的

30、LED閃爍、蜂鳴器鳴叫，并且同時(shí)通過(guò)串口發(fā)送災(zāi)情數(shù)據(jù)由nRF401發(fā)射到控制監(jiān)控中心。4.3.1探測(cè)模塊程序設(shè)計(jì)void int1_buttom() interrupt 2 /外部中斷1，用戶端緊急按鈕按下 warning(); /啟動(dòng)報(bào)警void timer0_ISR() interrupt 1 /定時(shí)器0溢出中斷，檢測(cè)到煙霧 TH0 = 0 x3C; /為T0填入初值，定時(shí)時(shí)間為50ms TL0 = 0 xB0; warning(); void int0_ISR() interrupt 0 /外部中斷0，煙霧消失。 TH0 = 0 x3C; /為T0填入初值，定時(shí)時(shí)間為50ms TL0 =

31、 0 xB0;void read_ temperature() /讀取溫度 4.3.2報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)sbit LED_RED =P20; / 定義P2.0口，紅色ledsbit Beef =P23; / 定義P2.3，蜂鳴器void warning()LED_RED =0; / 點(diǎn)亮LEDBeef=0； / 蜂鳴器鳴叫transmint_data(); / 發(fā)送數(shù)據(jù)給控制中心4.3.3控制模塊程序設(shè)計(jì)void main() timer0_init(); / 定時(shí)器0初始化 serial_init(); / 串口初始化 while(1) / 反復(fù)檢測(cè) read_temperature(); /

32、讀取溫度 if(sdata50)warning(); /超限報(bào)警5管理監(jiān)控中心中央控制器設(shè)計(jì)小區(qū)管理監(jiān)控中心中央控制器是系統(tǒng)中至關(guān)重要的一部分，它是主控計(jì)算機(jī)與用戶端自動(dòng)報(bào)警器之間的橋梁、紐帶，負(fù)責(zé)主控計(jì)算機(jī)與自動(dòng)報(bào)警器之間的指令、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸，可以連接多個(gè)用戶端自動(dòng)報(bào)警器。住宅小區(qū)中住戶的數(shù)目成百上千，每戶都安裝有一個(gè)用戶端自動(dòng)報(bào)警器，由于通訊距離、速度和質(zhì)量的限制，不可能每一個(gè)自動(dòng)報(bào)警器都和主控計(jì)算機(jī)之間直接進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)的通訊，所以采用中央控制器作為中間橋梁，可以對(duì)自動(dòng)報(bào)警器不間斷查詢，同時(shí)將自動(dòng)報(bào)警器報(bào)警信息等數(shù)據(jù)事先存在中央控制器，等待主控計(jì)算機(jī)查詢。中央控制器實(shí)現(xiàn)的主要功能是：

33、當(dāng)用戶端探測(cè)器監(jiān)測(cè)到警情時(shí)，通過(guò)住宅內(nèi)的自動(dòng)報(bào)警器傳輸至住宅小區(qū)管理監(jiān)控中心的中央控制器，并向相關(guān)部門(管理中心或戶主)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。主控計(jì)算機(jī)將中央控制器接收到的報(bào)警信息準(zhǔn)確顯示，如警情發(fā)生的住戶名稱、地址等，提示保安人員迅速確認(rèn)警情，及時(shí)趕赴現(xiàn)場(chǎng)，以確保住戶人身和財(cái)產(chǎn)安全。5.1中央控制器硬件總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的中央控制器作為主控計(jì)算機(jī)和自動(dòng)報(bào)警器之間的橋梁，是數(shù)據(jù)的中間存儲(chǔ)站，組成框圖如圖5-1 所示，它包括上位機(jī)連接模塊、通訊模塊、LED數(shù)碼顯示模塊、高響度喇叭和水泵聯(lián)動(dòng)模塊。系統(tǒng)微處理器采用Winbond公司推出的一個(gè)快速8051 兼容微控制器W77E58，它的內(nèi)核經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)，提高了時(shí)

34、鐘速度和存儲(chǔ)器訪問(wèn)周期速度。經(jīng)過(guò)這種改進(jìn)以后，在相同的時(shí)鐘頻率下，它的指令執(zhí)行速度比標(biāo)準(zhǔn)8051 要快許多。一般來(lái)說(shuō)，按照指令的類型，W77E58的指令執(zhí)行速度是標(biāo)準(zhǔn)8051的1.53倍。整體來(lái)看，W77E58的速度比標(biāo)準(zhǔn)的8051快2.5倍。在相同的吞吐量及低頻時(shí)鐘情況下，電源消耗也降低。由于采用全靜態(tài)CMOS設(shè)計(jì)，W77E58能夠在低時(shí)鐘頻率下運(yùn)行。工作電壓為4.5V-5.5V，具有1KB片上外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，當(dāng)用戶應(yīng)用時(shí)使用片上SRAM代替外部SRAM，可節(jié)省更多I/O口。通訊模塊中央控制器CPUW77E58LED數(shù)碼顯示水泵聯(lián)動(dòng)高響度喇叭電平轉(zhuǎn)化模塊PC機(jī)圖5-1 中央控制器組成框圖該芯

35、片具有如下特點(diǎn)：（1）8位CMOS微控制器；（2）每4個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期的高速結(jié)構(gòu)，最大外部時(shí)鐘頻率為40MHZ；（3）與標(biāo)準(zhǔn)80C52管腳兼容；（4）指令與MCS-51兼容；（5）4個(gè)8位I/O口；（6）一個(gè)附加的4位I/O口和等待狀態(tài)控制信號(hào) (僅限44腳PLCC/QFP 封裝) ；（7）3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；（8）12個(gè)中斷源，2級(jí)中斷能力；（9）片上振蕩器及時(shí)鐘電路；（10）二個(gè)增強(qiáng)型全雙工串行口；（11）32KB，F(xiàn)lash EPROM；（12）256字節(jié)片內(nèi)暫存RAM；（13）片內(nèi)1KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（用MOVX指令訪問(wèn)）；（14）可編程看門狗定時(shí)器；（15）軟件復(fù)位；（1

36、6）2個(gè)16位數(shù)據(jù)指針；（17）對(duì)外部RAM及外設(shè)的訪問(wèn)周期可以進(jìn)行軟件編程。5.1.1 LED數(shù)碼顯示模塊的設(shè)計(jì)5.1.1.1元器件的介紹系統(tǒng)中使用了LED動(dòng)態(tài)掃描顯示技術(shù)。顯示譯碼器選用了目前廣泛使用的七段字符顯示器BS201，根據(jù)實(shí)際情況一共使用了六位；BCD-七段顯示譯碼器使用了可以直接驅(qū)動(dòng)共陰極半導(dǎo)體數(shù)碼管BS201的SN7448；位選功能的實(shí)現(xiàn)選用了占用單片機(jī)端口較少的74SL138譯碼器。（1） 七段字符顯示器BS201BS201是磷砷化鎵發(fā)光二極管，發(fā)出的光線呈橙紅色。如圖5-2是BS201的外形圖和等效電路，這種數(shù)碼管的每個(gè)線段都是一個(gè)發(fā)光二極管，每一段的工作電流在10mA左

37、右，因而也把它叫做LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。（2） BCD-七段顯示譯碼器SN7448在顯示模塊中起到驅(qū)動(dòng)譯碼的作用。共陰數(shù)碼管的譯碼電路SN7448內(nèi)部有限流電阻，故后接數(shù)碼管時(shí)不需外接限流電阻。但SN7448拉電流能力?。?mA）,灌電流能力大（6.4mA）, 所以一般都要外接電阻推動(dòng)數(shù)碼管，如下圖5-3。其譯碼真值表如表5-1所示。表5-1 為BCD-七段顯示譯碼器的真值表輸 入輸 出A B C Da b c d e f g 顯示的數(shù)字0 0 0 01 1 1 1 1 1 0 00 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 10 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 20 0 1

38、1 1 1 1 1 0 0 1 30 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 40 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 50 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 6 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 71 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 81 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 9（3）74LS138譯碼器74LS138譯碼器在動(dòng)態(tài)顯示模塊中起位選的作用，當(dāng)某一位的共陰極輸入為0時(shí)即選通。其真值表如表5-2所示。表5-2為74LS138的譯碼器真值表輸 入輸 出G1G2A+G2BCBA1111111110111111111000001111111100011011

39、11111001011011111100111110111110100111101111010111111011101101111110110111111111105.1.1.2硬件電路的連接顯示模塊電路如圖5-3所示。圖5-3顯示模塊電路當(dāng)用戶端有災(zāi)情發(fā)生時(shí)，通過(guò)通訊線路傳送到控制管理中心，然后由單片機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)火災(zāi)確切位置的顯示。顯示的主要是事先定義好的有意義的數(shù)字，從左起兩位為樓號(hào)，中間兩位是樓層號(hào)，右邊兩位是房號(hào)。系統(tǒng)中只假設(shè)兩棟不同樓號(hào)，在不同樓層，不同房號(hào)的一對(duì)數(shù)據(jù)，由程序判斷傳送過(guò)來(lái)的災(zāi)情數(shù)據(jù)。用戶端傳送數(shù)據(jù)0X01時(shí)，表示一號(hào)樓第一層的一號(hào)房有災(zāi)情，顯示數(shù)據(jù)為010101；當(dāng)用戶

40、端傳送的數(shù)據(jù)為0X11時(shí)，表示二號(hào)樓的第一層的一號(hào)房有災(zāi)情，顯示數(shù)據(jù)為020101。因此可以根據(jù)實(shí)際情況定義相應(yīng)的數(shù)據(jù)對(duì)。5.1.2上位機(jī)連接模塊的設(shè)計(jì)5.1.2.1元器件的介紹（1） 電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232單片機(jī)的串口是使用TTL電平標(biāo)準(zhǔn)的，它的邏輯1電平是5V，邏輯0電平是0V，而電腦串行口所使用的是RS232C的電平標(biāo)準(zhǔn)，它的邏輯1電平是-3V-12V，邏輯0電平是+3V+12V。圖5-4 MAX232芯片MAX232是一種把電腦的串行口RS232信號(hào)電平轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所用到的TTL信號(hào)電平的，芯片如上圖5-4所示。（2）9芯連接器圖5-5及表5-3分別為9芯連接器的外觀圖形和信號(hào)說(shuō)明。

41、162DSRDCD7RTSRXD83TXD94CTS5RIDTRGNDDB9圖5-5 9芯D型連接器表5-3 9芯連接器信號(hào)說(shuō)明引腳號(hào)信號(hào)名稱方向含義3TXD輸出數(shù)據(jù)發(fā)送端2RXD輸入數(shù)據(jù)接收端7RTS輸出請(qǐng)求發(fā)送（計(jì)算機(jī)要求發(fā)送數(shù)據(jù)）8CTS輸入清除發(fā)送（Moden準(zhǔn)備接受數(shù)據(jù)）6DSR輸入數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備就緒5SG-信號(hào)地1DCD輸入數(shù)據(jù)載波檢測(cè)4DTR輸出數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒（計(jì)算機(jī)）9RI輸入響鈴指示系統(tǒng)中只用到2、3、5三個(gè)引腳，構(gòu)成了最簡(jiǎn)單的連接方式。5.1.2.2硬件電路的連接單片機(jī)與上位連接的電路如圖5-6所示 圖5-6單片機(jī)與上位機(jī)的連接模塊當(dāng)W77E58接受到報(bào)警數(shù)據(jù)后，即通過(guò)串行

42、口往上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)。上位機(jī)接受到災(zāi)情數(shù)據(jù)后即可進(jìn)行相應(yīng)的處理。5.2管理監(jiān)控中心報(bào)警器硬件電路的連接 見(jiàn)附錄2.2。 5.3管理監(jiān)控中心端自動(dòng)報(bào)警器軟件編制監(jiān)控管理中心主要是對(duì)用戶端傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，當(dāng)檢測(cè)到有報(bào)警信息時(shí)立即啟動(dòng)報(bào)警機(jī)制。主要進(jìn)行如下工作：高響度喇叭警示；LED數(shù)碼管顯示出現(xiàn)火災(zāi)的方位；啟動(dòng)水泵開(kāi)關(guān)，為滅火做好準(zhǔn)備；通過(guò)串口發(fā)送相關(guān)災(zāi)情數(shù)據(jù)到PC機(jī)，進(jìn)行相關(guān)處理。主程序流程如圖5-7所示。開(kāi) 始初始化N是否接受到報(bào)警信息？Y啟動(dòng)報(bào)警機(jī)制 圖5-7主程序流程圖 5.3.1接受信息模塊程序設(shè)計(jì) 接受信息控制請(qǐng)見(jiàn)通訊模塊軟件設(shè)計(jì)部分。5.3.2報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì) sbit Bell=

43、P17; / 定義P1.7，電鈴sbit Relay=P16; / 定義P1.6，繼電器水泵聯(lián)動(dòng)warning() / 啟動(dòng)報(bào)警Bell=0; / 響鈴Relay=0; / 打開(kāi)繼電器display(); / 顯示火災(zāi)方位5.3.3控制模塊程序設(shè)計(jì)void main() serial_init(); /串口初始化 receive_data(); / /接收數(shù)據(jù) while(1) 6無(wú)線通訊模塊的設(shè)計(jì)6.1通訊模塊總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的通訊部分，主要使用的是挪威Nordic公司推出的nRF401無(wú)線通訊芯片。該芯片使用了433MHz ISM頻段（用于工業(yè)，科學(xué)研究，和微波醫(yī)療方面的應(yīng)用。應(yīng)用ISM頻段

44、無(wú)需許可證，只需要遵守一定的發(fā)射功率，并且不要對(duì)其它頻段造成干擾即可），是真正的單片UHF無(wú)線收發(fā)一體芯片，它在一個(gè)20引腳的芯片中集成了高頻發(fā)射、高頻接受、PLL合成、FSK調(diào)制、FSK解調(diào)、多頻道切換的諸多功能，具有性能優(yōu)異、功耗低、使用方便等特點(diǎn)。不同于其他的RF芯片，nRF401通過(guò)單片機(jī)串口直接與MCU通信，而無(wú)需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曼切斯特編碼，這使得nRF401的外圍元件很少，只包括一個(gè)基準(zhǔn)晶振和幾個(gè)無(wú)源器件，沒(méi)有調(diào)試部件，給產(chǎn)品研制和生產(chǎn)都帶來(lái)了極大的方便。6.1.1 nRF401天線設(shè)計(jì)與外部連接與其他RF芯片不同，nRF401的外部連接是相當(dāng)簡(jiǎn)單的，只需外接幾個(gè)簡(jiǎn)單的元件，就可以實(shí)現(xiàn)

45、單片UHF無(wú)線接受和發(fā)送，其外部連接如圖6-1所示。圖6-1 nRF401內(nèi)部構(gòu)造以及外部連接nRF401的外部連接包括外接天線、參考晶振、PLL環(huán)路濾波、VCO電感和RF偏壓電阻及個(gè)部分，下面對(duì)其分別介紹。（1）參考晶振nRF401外接參考晶振為4MHz,通過(guò)內(nèi)部的頻率合成433MHz的工作頻率。其外接晶振的規(guī)格如下：（a）并聯(lián)諧振頻率f=4.0000MHz；（b）等效電容Co5pF；（c）串聯(lián)等效電阻ESR150；（d）等效負(fù)載電容Cl14pF；（e）頻率穩(wěn)定度35ppm。（2）PLL環(huán)路濾波器PLL環(huán)路濾波器為單端二階濾波器，其電路連接如圖6-1，建議電阻值為4.7k，與電阻一側(cè)的電容為

46、15nF，另一側(cè)電容為820pF。（3）VCO電感芯片中的VCO電路部分需要外接一個(gè)高Q值為22Nh VCO電感，其要求為Q45433MHz，精度2%。（4）RF偏壓電阻RF偏壓電阻用于調(diào)整輸出發(fā)射功率，最大功率可以調(diào)整到+10dBm，發(fā)射功率與電阻關(guān)系可以用圖6-2表示。圖6-2偏壓電阻阻值對(duì)應(yīng)的發(fā)射功率曲線（5）外接天線外接天線使用差分方式連接至nRF401的ANT1端和ANT2端，天線端推薦負(fù)載阻抗為400。功率放大器輸出是兩個(gè)開(kāi)路輸出三極管，配置成差分放大方式，功率放大器的VDD必須通過(guò)集電極負(fù)載，當(dāng)采用差分環(huán)形天線時(shí)，VDD必須通過(guò)環(huán)形開(kāi)線的中心輸入，典型差分天線的原理圖如圖6-3所

47、示。圖6-3 nRF401外接差分天線電路6.1.2無(wú)線通訊模塊的電路設(shè)計(jì)使用nRF401進(jìn)行無(wú)線通訊開(kāi)發(fā)，通信質(zhì)量與模塊的RF新能息息相關(guān)，因此nRF401通信模塊的硬件設(shè)計(jì)部分是十分重要的。為獲得較好的性能，應(yīng)該嚴(yán)格按照nRF401設(shè)計(jì)文檔設(shè)計(jì)，元器件選擇也盡量與文檔要求的一致，電路原理圖如圖6-4。圖 6-4 nRF401的應(yīng)用電路由于采用低發(fā)射功率和高接收靈敏度的設(shè)計(jì)方案，因此不受無(wú)線電管理?xiàng)l例的限制，無(wú)須辦理許可證。nRF401的引入是本系統(tǒng)的突出特點(diǎn)之一，它極大的提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，這對(duì)安全系統(tǒng)是相當(dāng)重要的。 6.2發(fā)射部分設(shè)計(jì)nRF401的串行口直接和單片機(jī)的串行口連接（DIN接

48、TXD，DOUT接RXD）， TXEN端的高/低電平由軟件設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)nRF401發(fā)射模式與接收模式之間的相互切換。當(dāng)需要發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，由晶振電路產(chǎn)生的4MHz頻率作為其內(nèi)部鎖相環(huán)的基準(zhǔn)頻率，經(jīng)鎖相環(huán)和壓控震蕩器進(jìn)行N倍頻后，中心頻率f0成為433.92MHz或434.33MHz（雙頻道），調(diào)制后，f=f0f=f015kHz（該芯片調(diào)制度為15 kHz），最后經(jīng)功率放大器放大后從PCB天線上發(fā)射出去。6.3接受部分設(shè)計(jì)nRF401從PCB天線上接收到調(diào)頻信號(hào)時(shí)，單片機(jī)置TXEN端為低電平，功率放大器被關(guān)斷從而進(jìn)入接收狀態(tài)。調(diào)頻信號(hào)依次經(jīng)低噪聲放大器放大，經(jīng)混頻器（其作用是抵消本機(jī)發(fā)送器與接收器之

49、間的高頻干擾）變成中頻，再經(jīng)帶通濾波器濾波和調(diào)制器解調(diào)后，成為數(shù)據(jù)輸出。這時(shí)單片機(jī)切換到發(fā)射模式，nRF401把得到的數(shù)據(jù)輸送給單片機(jī)，經(jīng)處理后從P1口輸出到LED上顯示（火情來(lái)源地信息），同時(shí)驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警。6.4通訊模塊軟件設(shè)計(jì)用戶端與監(jiān)控中心的程序流程如圖6-5。程序請(qǐng)見(jiàn)附錄1。開(kāi) 始開(kāi) 始初始化初始化檢測(cè)到災(zāi)情？NN是否接受到數(shù)據(jù)幀？Y發(fā)送一幀數(shù)據(jù)Y報(bào)警圖6-5 用戶端與監(jiān)控中心通信程序流程圖7系統(tǒng)的抗干擾措施用戶端自動(dòng)報(bào)警器以及中央控制器要在居民小區(qū)中完成與多種探測(cè)器的數(shù)據(jù)交換，工作環(huán)境較惡劣，易受到各種干擾的侵犯。根據(jù)其來(lái)源不同，主要有空間干擾(通過(guò)電磁輻射進(jìn)入)、過(guò)程通道干擾(通

50、過(guò)與自動(dòng)報(bào)警器及中央控制器相連的前向和后向通道進(jìn)入)、供電系統(tǒng)干擾以及印制板與電路間產(chǎn)生的相互干擾。所以在設(shè)計(jì)上，應(yīng)該采取必要的措施，免除和減小各種不良因素對(duì)系統(tǒng)的影響和損害，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。本系統(tǒng)主要采取以下幾個(gè)方面的措施來(lái)提高系統(tǒng)的抗干擾能力：（1）對(duì)于空間輻射干擾的抑制，主要解決辦法是屏蔽。靜電屏蔽使用導(dǎo)體材料即可。為達(dá)到電磁屏蔽的目的，可以把控制系統(tǒng)安裝在用鐵板做成的封閉機(jī)箱內(nèi)，來(lái)屏蔽外部靜電和電磁場(chǎng)的干擾。（2）設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)，合理布線，力求將系統(tǒng)中各元件之間、電路之間可能產(chǎn)生的不利影響限制在最低程度。（a）元件排列及信號(hào)走線盡量有序，短直，簡(jiǎn)潔，避免相鄰電路相互影響

51、；（b）盡量避免過(guò)長(zhǎng)的平行走線，減少布線的分布電容；（c）接地線盡量加寬以減少接地電阻，并解決好接地點(diǎn)問(wèn)題；（d）避免印制電路形成環(huán)路接受噪聲形成干擾；（e）按鈕等存操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，必須利用RC電路加以吸收。（3）CMOS芯片的阻抗很高，易受外界的干擾，故電路中不使用的輸入端不允許懸空，否則會(huì)引起邏輯電平不正常。根據(jù)實(shí)際情況，將多余的輸入端與正電源或地相接。（4）電阻系統(tǒng)本身對(duì)靜電的防護(hù)也是至關(guān)重要的。靜電產(chǎn)生的原因主要有兩種模式：人體帶電和電場(chǎng)感應(yīng)帶電?？紤]人體帶電模式，鑒于人主要接觸開(kāi)關(guān)機(jī)控制CPU模塊，且主要是按鈕。為防止靜電危害，在按鈕的3個(gè)引線上對(duì)地分別串上3個(gè)防靜電電容，本系統(tǒng)使

52、用0.01uF的電容。8結(jié) 束 語(yǔ)至此火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已全部完成。系統(tǒng)以單片機(jī)智能芯片為核心，以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)作為傳輸媒介，以多傳感器融合檢測(cè)和聲光的報(bào)警四部分組成整體的框架，討論了各芯片的運(yùn)用和軟件的編制。設(shè)計(jì)的電路包括火災(zāi)探測(cè)電路、中央控制電路（單片機(jī)模塊）、報(bào)警電路（蜂鳴器，發(fā)光二極管聲光報(bào)警和LED數(shù)碼管顯示）、聯(lián)動(dòng)模塊電路（主要有水泵系統(tǒng)的控制和與上位機(jī)的連接）。火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的工作原理為：系統(tǒng)上電啟動(dòng)后，用戶端傳感器部分不斷的對(duì)探測(cè)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)。一旦發(fā)現(xiàn)有災(zāi)情（或緊急開(kāi)關(guān)摁下），經(jīng)過(guò)智能處理后（單片機(jī)）即進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警（蜂鳴器、發(fā)光二極管聲光報(bào)警），同時(shí)通過(guò)無(wú)線收發(fā)芯片nRF401

53、將災(zāi)情數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心。當(dāng)控制中心收到報(bào)警信息后，隨即進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警和LED數(shù)碼管顯示災(zāi)情發(fā)生地，同時(shí)打開(kāi)水泵開(kāi)關(guān)（保證噴淋系統(tǒng)可以正常運(yùn)行），以及將災(zāi)情數(shù)據(jù)進(jìn)一部傳送到上位機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存和相關(guān)的處理。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作為智能住宅安防系統(tǒng)中，是在防火報(bào)警方面開(kāi)發(fā)的一個(gè)嘗試，離最后的實(shí)用化、產(chǎn)品化還有相當(dāng)?shù)木嚯x。隨著微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和傳感器技術(shù)發(fā)展，還將會(huì)得到更大的發(fā)展空間。根據(jù)住宅小區(qū)安防報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)形式來(lái)分析，未來(lái)的火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)有三個(gè)主要發(fā)展趨勢(shì)：（1）利用電話網(wǎng)形成的報(bào)警系統(tǒng)。是通過(guò)各種傳感器自動(dòng)采集報(bào)警信號(hào)，經(jīng)專用報(bào)警控制箱及電話網(wǎng)傳送到接/處警中心進(jìn)行接/處警。該聯(lián)網(wǎng)方式技

54、術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠、功能多、價(jià)格適宜、使用操作方便，符合安防系統(tǒng)的要求。這類報(bào)警系統(tǒng)通常不需用特種業(yè)務(wù)號(hào)碼，其特點(diǎn)是組網(wǎng)靈活、覆蓋面廣。防范的區(qū)域可以包括一個(gè)城市，也可通過(guò)長(zhǎng)途電話網(wǎng)將其他城市連接起來(lái)共同防范。（2）利用總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)分布控制的總線聯(lián)網(wǎng)方式。各類控制器具有高度的智能和完善的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以方便實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間的通訊。（3）采用以太網(wǎng)傳輸方式。這種聯(lián)網(wǎng)方式下的智能報(bào)警系統(tǒng)終端可方便接入各種寬帶網(wǎng)絡(luò)(以太網(wǎng)LAN, ADSL、雙向HFC等)、采用TCP/IP協(xié)議，支持各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使用確認(rèn)重發(fā)機(jī)制，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，以穩(wěn)定可靠LINUX的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)SYB

55、ASE作為中心數(shù)據(jù)庫(kù)，可支持最大負(fù)荷的用戶數(shù)。致 謝在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我要衷心地感謝指導(dǎo)老師孫宏國(guó)！從做畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)始到結(jié)束，無(wú)論是在學(xué)習(xí)、工作還是生活中，都得到了孫老師無(wú)微不至的關(guān)懷和精心的指導(dǎo)！也正是孫老師以其深厚專業(yè)的知識(shí)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為本課題的設(shè)計(jì)提供了有效的指導(dǎo)和理論依據(jù)，才能使本課題得以圓滿結(jié)束和順利完成。本設(shè)計(jì)從選題、設(shè)計(jì)到編寫完稿，都得到老師的熱情指導(dǎo)，在此向我的老師表示我深切的謝意！設(shè)計(jì)中，有些單元設(shè)計(jì)部分由孫老師提供指導(dǎo)，并指導(dǎo)完成相關(guān)文字部分的編寫。孫老師治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，待人親切耐心，使我學(xué)到了課本上學(xué)不到的東西,在此向老師表示深深的感謝！ 閔 東 2008-6-9參考文

56、獻(xiàn)1 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.北京:高等教育出版社,2001.2 丁元杰.單片微機(jī)原理及應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.3 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:高等教育出版社,1998.4 黃繼昌.實(shí)用報(bào)警電路.北京:人民郵電出版社,2005.5 陳南.智能建筑火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社,2001.6 張立科.單片機(jī)通信技術(shù)與工程實(shí)踐.北京:人民郵電出版社,2005.7 范風(fēng)強(qiáng).單片機(jī)語(yǔ)言C51應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)集錦.北京:電子工業(yè)出版社,2005.8 趙亮.單片機(jī)C語(yǔ)言編程與習(xí)慣.北京:人民郵電出版發(fā)行,2003.9 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第四版）.北京.高等教育出版社，199910國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50116-98).北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,1999.11 nRF401.433MHz Single Chip RF Transceiver.Nordic,200212 13 15 16 附 錄附錄1源程序附錄1.1用戶端源程序附錄1.2監(jiān)控中心源程序附錄2設(shè)計(jì)圖紙附錄2.1原理圖附錄2.2 PCB圖