仓库火警自动报警系统设计毕业论文.doc

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1、毕 业 设 计（ 论 文 ）题目仓库火警自动报警系统设计作者学院专业学号指导教师二一四 年 六 月 三 日摘 要本文设计了一种基于单片机AT89S52、数码管驱动芯片ICM7218、ADC0808数模转换器，74LS373锁存器，集成温度传感器AD590和气体传感器TGS202等，利用多传感器信息融合技术，完成语音报警的实用、可靠的单片机语音自动报警系统，着重讲述了该系统的组成形式及工作原理。该系统能自动完成对布测点检测，确认火警后能自动报警，并显示火情点，记录火灾发生时间。本系统主要安装在物资仓库，它负责不断地向所监视的现场发送巡检信号，监视现场的温度、浓度等，并不断反馈给报警控制器，控制器

2、将接到的信号与内存的正常整定值比较、判断确定火灾。关键词：单片机；传感器；火灾报警器ABSTRACTThis paper designed a based on single chip AT89S52 devices, digital tube driver chip ICM7218, ADC0808 da converter, 74 ls373 flip-latch, TGS202 integrated temperature sensor AD590 and gas sensor, etc., using multi-sensor information fusion technology

3、, complete the automatic voice alarm, practical, reliable microcomputer voice alarm system, and focuses on the form and work principle of the system. The system can automatically complete the BuCe point detection, after confirmation of fire automatic alarm, and display the fire point, record the fir

4、e time. This system is mainly installed in material warehouse, it is responsible for constantly send the monitored on-site inspection signal, monitoring the scene of the temperature, concentration, etc., and feedback to alarm controller, the controller will receive signals compared with normal setti

5、ng value of the memory, judgment, determine the fire. Keywords: microcontrollers; sensor; fire-alarm湖南科技大学本科生毕业设计（论文）目 录第一章 引 言11.1选题背景及意义11.2本文所做的工作11.3火灾自动报警系统的结构及特点1第二章 仓库火灾自动报警系统的工作原理32.1 总体功能简介32.2 仓库火灾报警系统的分类32.3 火灾探测器的原理42.3.1烟雾感应火灾探测器52.3.2 温度感应火灾探测器62.3.3 光感应火灾探测器7第三章 总体系统硬件设计93.1 核心芯片选择93.

6、1.1 单片机芯片AT89S5293.1.2 集成温度传感器AD590103.1.3 气体传感器TGS202113.1.4 数码管驱动芯片ICM7218123.1.5 模数转换器ADC0808123.1.6 74LS373锁存器133.2 单片机外围接口电路143.3 信号处理电路153.4 A/D转电路153.5 声音报警电路173.6 数码管显示电路173.7 状态指示灯及控制键电路18第四章 总体系统软件设计214.1 系统软件编程214.2 单片机AT89S52软件部分设计23第五章 结论27参 考 文 献28致 谢29附 录30-ii- 第一章 引 言1.1选题背景及意义仓库是生产、

7、生活资料集中储存的地方，也是战略物资的重要基地，随着社会生产的发展，各种物资必将日益增多，特别是化工原料、农药、化肥、医药制品、化学试剂等，它们具有不同程度的爆炸、易燃、毒害、腐蚀等危险特性，一旦发生火灾，就会在短时间内烧毁大量物资，造成巨大经济损失，直接影响国计民生和国内外贸易。因此，做好仓库火灾消防安全工作，保障人民消费物资供应，保障储存物资的安全，减少火灾损失，具有极其重要的意义。火灾自动报警系统是为了尽早探测到火灾的发生并发出火灾警报、启动有关防火、灭火装置而在建筑物中设置的一种自动消防设施。通过设置在建筑物中的自动火灾探测装置和手动报警装置，火灾自动报警系统可以在火灾发生的初期自动探

8、测到火灾，并通过警报装置发出火灾警报，组织人员撤离，同时启动防烟、排烟及防火、灭火设施，以便于人员撤离，防止火灾发展和蔓延，控制和扑灭火灾4。1.2本文所做的工作本文采用AT89S52单片机、温度传感器、气体传感器以及LED显示灯模块设计了一种智能火灾报警器，可以实现声光报警、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功能。是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的火灾报警器，具有一定的实用价值。本系统采用ATMEL公司的AT89S52单片机作为处理器，主要完成以下工作：1. 基于AT89S52的火灾报警检测设计方案。2. 温度传感器AD590、烟雾传感器TGS

9、202、A/D转换芯片ADC0809的选择以及与单片机的接口电路设计。3. LED数码管驱动芯片ICM7218与单片机的接口电路及其与数码管的硬件连接。4. 设计主要软件程序模块，完成软件设计。1.3火灾自动报警系统的结构及特点 火灾自动报警系统基本组成11国标火灾自动报警系统设计规范对于火灾自动报警系统的基本组成规定如下：火灾自动报警系统一般由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置和电源部分组成 触发器件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器件，他主要包括火灾探测器和手动火灾报警按钮 火灾报警装置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

10、和具有其他辅助功能的控制指示设备称为火灾报警装置，他是火灾自动报警系统中的核心组成部分 火灾警报装置在火灾自动报警系统中，用以发出区别于环境声、光的火灾警报信号的装置称为火灾警报装置 电源火灾自动报警系统属于消防用电设备，其主电源应当采用消防电源，备用电源采用蓄电池第二章 仓库火灾自动报警系统的工作原理2.1 总体功能简介仓库火灾报警系统由火灾探测器，区域报警器和集中报警器组成。火灾发出的物理、化学现象气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、（火焰）传到火灾探测器，火灾探测器将探测到的火情信号转化成火警电信号传递给火灾报警控制器。区域报警器将接收到火警信号后经分析处理发出一些声光报警信号，

11、警示消防控制中心的值班人员，并显示出发生火灾的仓库。集中报警是将接收到的信号以声光形式表现出来，其屏幕上也显示出着火的仓库，利用本机专用电话还可迅速发出指示和向消防队报警。另外，也可以控制有关的灭火系统或将火灾信号传输给消防控制室。总体电路的框图如图2-1.0所示8： 单片机探测传感器状态指示灯放大电路a/d转换声音报警浓度显示串口通信按键图2-1.0 总体原理及组成框图2.2 仓库火灾报警系统的分类由于火灾报警系统中所使用的探测器种类的不同，仓库火灾报警系统可以分为四种5：（1）温度感应火灾报警系统 因为火灾发生时燃烧物体会产生大量的热量，让得周围的温度迅速发生变化，温度感应火灾报警系统就是

12、根据判断周围的温度变化而产生响应的火灾报警系统，然后再把温度的变化转换为可识别的电信号以达到判断报警的目的，由于探测温度参数的不同，一般可以将温度感应火灾报警系统分为定温式、温差式两种。（2）烟雾感应火灾报警系统烟雾是早期火灾的重要特性之一，在火灾发生的开始，由于温度比较低，很多物体都处于阴燃烧状态，会产生大量的烟雾粒子。烟雾感应火灾报警系统就是对空气中可见的或不可见的烟雾粒子进行探测，根据烟雾浓度的变化转换为可识别的电信号来触发报警装置，烟雾感应火灾报警系统主要有激光烟雾感应式、光电烟雾感应式和离子烟雾感应式三种。（3）光感应火灾报警系统 物体燃烧产生烟雾和热量的同时也会产生可见的或不可见的

13、光辐射，光感应火灾报警系统就是通过响应火灾中产生的光特性，也就是扩散火焰的光强度和闪烁频率来触发报警系统的。由于感应的敏感波长不同，可以将光感应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）复合火灾报警系统 要是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，那么它就是复合火灾报警系统。目前复合火灾报警系统有温度烟雾感应、烟雾光感应、温度光感应等几种类型。2.3 火灾探测器的原理火灾探测器是建筑物火灾自动报警系统的重要组成部分，也叫探头或敏感头。它的任务是探测火灾的发生，向报警系统发送火灾信号，向人们报警。探测器是怎样探测到火

14、灾呢？火灾发生时，必然会产生烟雾、火焰或高温，探测器对这些都很敏感，会由于与他们的接触而改变平时的正常状态，引起电流、电压或机械部分发生变化或位移，再通过放大、传输等过程，向消防中控室发出火灾信号，并显示火灾发生的地点、部位。火灾探测器通常由探测信号处理单元，敏感元件和判断及指示电路等组成，也是火灾自动探测系统的组成部分之一，至少能向指示和控制设备提供一个适合的，可以用的电信号。根据其传感器的结构形式，火灾探测器有下列两种常见的形式：（1）点型火灾探测器响应一个小型传感器附近的火灾产生的化学和物理现象的火灾探测器件，这种探测器就是点型火灾探测器。现在在建筑对象中使用的火灾探测器，绝大部分是点型

15、火灾探测器。（2）线型火灾探测器响应某一连续线路附近的火灾产生的物理和化学现象的火灾探测器件，这种探测器是线型火灾探测器。一般在火灾发生时，都会伴随着产生火光、高温和烟雾，火灾探测器对这些都很敏感。当有火光、高温、烟雾产生的时候，它就会改变平时的正常状态，引起电压、电流或机械部分发生变化和位移，然后通过传输、放大等过程发出警报声，有的还能同时发出灯光信号并显示发生火灾的部位，地点。根据火灾探测器对不同火灾参量的响应，火灾探测器可以分烟雾感应、温度感应、光感应三种类型：2.3.1烟雾感应火灾探测器火灾作为一种失去控制的灾害性燃烧现象，在其发生的开始一般均会释放出烟雾颗粒，但通常烟雾的出现比火焰和

16、高温都要早。火灾早期最为重要的火灾参量之一的各种感烟探测技术随之不断出现。从最早期的离子烟雾感应技术一直到光电烟雾感应探测技术，和以及具有超高灵敏度的空气采样式烟雾探测器，烟雾感应火灾探测技术得到了广泛的发展与运用。根据统计，目前我国每年建筑中新安装的火灾探测器数量有（500600）万只，其中约80%为烟雾感应探测器，正占据着统治市场的地位。烟雾感应探测技术使人类在实现火灾早期报警向前迈进了一大步，极大地推动了火灾自动探测技术的发展。烟雾感应火灾探测器是利用一个小型烟雾传感器响应悬浮在其周围附近大气中的燃烧和热解产生的烟雾气溶胶(液态微粒或固态微粒)的一种火灾探测器，为离子烟雾感应探测器，光电

17、烟雾感应探测器和空气样烟雾感应探测器三种类型。（1）离子烟雾感应探测器离子烟雾感应火灾探测器是利用电离室离子流的变化基本正比于进入电离室的烟雾浓度来探测火灾的。电离室内的放射源（放射性元素：“镅241”）将室内的纯净空气电离，从而形成正、负离子。当两个收集极板间加一电压后，在极板间会形成电场，在通过电场的作用下，离子分别向正、负极板运动形成离子流。当烟雾粒子进入电离室后，由于烟雾粒子的直径大大超过被电离的空气粒子的直径。因而，烟雾粒子在电离室内对离子产生阻挡和俘获的双重作用，从而减少了离子流。（2）光电烟雾感应探测器光电烟雾感应火灾探测器是通过利用烟雾能够改变光的传播特性这一基本性质而研制的。

18、根据烟雾粒子对光线的散射和吸收作用，光电烟雾感应火灾探测器又分为散射光型和减光型两种。 减光型烟雾感应探测器由发光元件、受光元件和透射镜组成，平常光源发出的光，通过透镜射到光敏元件上，电路维持正常，如果有烟雾从中阻隔，到达光敏元件的光通量就会显著减弱，于是光敏元件就能把光强的变化转化成电信号的变化。光电流相对于初始设定值的变化量的大小，反映出了烟雾的浓度，据此可通过电子电路对火灾信息进行处理，然后通过放大电路发出相应的火灾信号。散射光型光电烟雾感应探测器由检测暗室、发光元件、受光元件和电子电路所组成。检测暗室可以说是一个特殊设计的“迷宫”，外部光线不能到达受光元件，但烟雾粒子却能进入其中。另外

19、，发光元件与受光元件在检测暗室中成一定角度设置，并在其间设置遮光板，使得从发光元件发出的光不能直接到达受光元件上。（3）空气采样烟雾感应探测器空气采样烟雾感应探测器是通过管道抽取被保护的空间样本到中心检测室，以监视被保护空间内烟雾存在与否的火灾探测器。该探测器能够通过测试空气样本，了解烟雾的浓度，并根据预先确定的响应阈值给出相应的报警信号。 主动式空气采样烟雾感应火灾探测报警系统，也就是一种主动式的探测系统，其内置的抽气泵在管网中形成了一个稳定的气流，通过所敷设的管路抽样孔不停地从警戒区域抽取空气样品并送到探测室进行检测，为了防止空气中的灰尘或其他颗粒对检测造成干扰，所以采集的空气样品要经过一

20、道过滤网。2.3.2 温度感应火灾探测器温度感应火灾探测器是对警戒范围中的温度进行监测的一种探测器。物质在燃烧过程中会释放出大量热，使环境温度升高，致使探测器中热敏元件发生物理变化，从而通过将温度转变为电信号，传输给控制器，由其发出火灾信号。温度感应火灾探测器，根据其结构造型的不同分为线型感温探测器和点型感温探测器两种类型；又可以根据检测温度参数的特性不同，可分为差温式、定温式、及差定温组合式三类。定温类火灾探测器用于响应环境的异常高温，差温类火灾探测器响应环境温度异常变化的升温速率，差定温火灾探测器则是上面两种火灾探测器的组合。一种是运用金属热胀冷缩的特性：在正常情况下，探测器的电路处于断开

21、状态，当环境温度升到一定值时，金属的膨胀、延伸使电路接通，发出信号；另一种是利用易熔金属的特性，在探测器电路中固定一块低溶点合金，当温度上升到它的熔点时，金属熔化，借助弹簧的作用力，使触头接触，电路接通，发出报警信号。还有一种是温差型，当升温的速度超过特定值时，便会感应报警。（1）定温火灾探测器点型定温火灾探测器的工作原理是：当它的感温元件被加热到预定温度值时就会发出报警信号。它一般用于环境温度较高或环境温度变化较大的场所，用来监测火灾发生时温度的异常升高，常用的有双金属型，易熔合金型、水银接点型、热敏电阻型及半导体型几种。（2）差温火灾探测器通常当火灾发生时，室内局部温度将会以超过常温数倍的

22、异常速率升高。差温火灾探测器就是利用这种异常速率产生感应而研制的一种火灾探测器。当环境温度以不大于min/10 C的温升速率缓慢上升时，差温火灾探测器将不发出火灾报警信号，较为适用于发生火灾时温度快速变化的场所，它有点型和线型两种结构。 （3）差定温火灾探测器差定温火灾探测器是将差温式、定温式两种感温探测器结合在一起，同时兼有两种火灾探测功能的一种火灾探测器。其中一种功能失效，则另一种功能仍起作用，因而大大提高了可靠性，使用相当广泛。点型差定温火灾探测器主要有膜盒差定温、双金属片差定温和热敏电阻差定温火灾探测器三种。2.3.3 光感应火灾探测器物质在燃烧时除了产生大量的烟和热外，同时也产生波长

23、为400nm以下的紫外光、波长为400-700nm的可见光和波长为700nm以上的红外光。根据火焰辐射的紫外光和红外光具有特定的峰值波长范围，因此可以用光感应火灾探测器来探测火焰辐射的红外光和紫外光。光感应火灾探测器又称为火焰探测器，它对火灾的响应速度比感烟、感温火灾探测器快，其传感元件在接收辐射光后几毫秒，甚至几微秒内就能发出信号，特别适用于突然起火而无烟雾的易燃易爆场所。由于它不受气流扰动的影响，是唯一能在室外使用的火灾探测器。（1）红外光感应火灾探测器 红外光感应火灾探测器是对火焰辐射光中红外光敏感的一种探测器。红外光感应火灾探测器是利用红外光敏元件的光电导或光伏效应来敏感地探测低温产生

24、的红外辐射的，红外辐射光波波长一般大于700nm。由于自然界中只要物体高于绝对零度都会产生红外辐射，因此，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330Hz之间。燃烧产生的辐射光经过红外滤光片的过滤，只有红外光进入探测器内部，红外光经过凸透镜聚焦在红外光敏元件上，将光信号转换成电信号，其放大电路根据火焰闪烁频率鉴别出火焰燃烧信号并进行放大。为防止现场其他红外光辐射源偶然波动可能引起的误动作，红外探测器还有一个延时电路，它给探测器一个相应的响应时间，用来排除其他红外源的偶然变化对探测器的干扰。延时时间的长短根据光场特

25、性和设计要求选定，通常有3s、5s、10s和30s等几档。当连续鉴别所出现信号的时间超过给定要求后便触发报警装置，发出火灾报警信号。（2）紫外光感应火灾探测器紫外光感应探测器是对火焰辐射光中的紫外光敏感的一种探测器。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紫外光。紫外光感应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，对爆燃火灾和无烟燃烧（酒精）火灾尤为适用。紫外光感应火灾探测器由紫外光敏管、透紫石英玻璃窗、紫外线试验灯、光学遮护板、反光环、电子电路及防爆外壳等组成。发生火灾时，大量的紫外光通过透紫玻璃片射入光敏管，光子能量激发金属内的自由电子，使电子逸出金属表面，光电

26、子受到电场的作用而加速；由于管内充有一定的惰性气体，当光电子与气体分子碰撞时，惰性气体分子被电离成正离子和负离子（电子），而电离后产生的正、负离子又在强电场的作用下被加速，从而使更多的气体分子电离。由于在极短的时间内，造成“雪崩”式放电过程，使紫外光敏管内阻变小，紫外光敏管导通，产生报警信号。第三章 总体系统硬件设计3.1 核心芯片选择3.1.1 单片机芯片AT89S52 仓库火灾自动报警器的设计中，单片机是它的核心部件。它一方面要接收来自探测器送来的温度、烟雾对应的模拟信号和故障检测信号，另一方面又要对这两种信号分别进行处理，以控制后续电路进行相应的动作。同时查询是否有键按下的请求。在单片机

27、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。同时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。所以根据多方面的比较，本设计选用ATMEL公司的AT89S52单片机作为控制器1。AT89S52是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。器件采用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编

28、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，功能强大的计算机AT89S52可为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案3。AT89S52具有以下标准功能：8K字节Flash存储空间，支持最大64K外部存储扩展，256字节程序运行空间。根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在0-33M之间。32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路3。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持多种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计

29、数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，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。可以在4V到5.5V宽电压范围内正常工作。不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。根据本次设计的具体情况，采用双列直插DIP-40封装。AT89S52的引脚图如图3-1.0，图3-1.1所示：图3-1.0 封装AT89S52引脚 图3-1.1 AT89S52元件图3.1.2 集成温度传感器AD590温度传感器从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互

30、作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。AD590是AD公司利用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）。AD590的测温范围为55+150。AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V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，因而器件反接也不会被损坏。输出电阻为710MW。精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。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

31、出电流Io=(273+25)=298A。由于AD590是电流型温度传感器，它的输出同绝对温度成正比，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的应用电路如图3-1.2所示，实物如图3-1.3所示： 图3-1.2 AD590应用电路 图3-1.3 AD5903.1.3 气体传感器TGS202气体传感器是一种将某种气体体积

32、分数转化成对应电信号的转换器，探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。如图3-1.4所示，当TGS202探测到CO或CO时，传感器的内阻变小，V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CO浓度达到0.06）时，V端获得适当的电压（设为3V）。电路图如图3-1.4所示图3-1.4 TGS202电路3.1.4 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L ED 数码管驱动电路, 28 脚双列封装,是一种多功能L ED 数码管驱动芯片,可与多种单片机接口使用。ICM

33、7218 的输出可直接驱动L ED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。其引脚图和内部框图如图3-1.5示图3-1.5 ICM7218引脚图及内部框图3.1.5 模数转换器ADC0808模数转换器即A/D转

34、换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真时采用ADC080

35、8进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。如图3-1.6所示：图3-1.6 ADC0808元件3.1.6 74LS373锁存器锁存器(Latch)是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路，它们可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。锁存，就是把信号暂存以维持某种电平状态。锁存器的最主要作用是缓存，其次完成高速的控制器与慢速的外设的不同步问题，再其次是解决驱动的问题，最后是解决一个 I/O 口既能输出也能输入的问题。373为三态输出的八D透明锁存器，共有 54S373 和 74LS373 两种线路。373 的输出端 Q0Q7 可直接与总线相连。当三态允许控制端 OE 为低电平时，Q0

36、Q7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 OE 为高电平时，Q0Q7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端 LE 为高电平时，Q 随数据 D 而变。当 LE 为低电平时，D 被锁存在已建立的数据电平。当 LE 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度都被改善 400mV。如图3-1.7所示：图3-1.7 74LS373元件3.2 单片机外围接口电路AT89S52单片机外围接口电路如图3-2.0所示，主要包括6 9： 1.晶振电路：内部时钟电路的晶振频率一般选择在4MHZ12MHZ之间（该设计选用6MHZ），外接两个谐振电容。该电

37、容的典型值为30pF,该设计选用33pF。 2.复位电路：单片机复位采用按键高电平复位，而单片机在平时则复位端为低电平0. 3.直流电源 图3-2.0单片机外围接口电路3.3 信号处理电路对于传感器输出的模拟信号，一般要用运算放大器对其进行调理或放大，以满足A/D转换器对输入模拟量幅值及极性的要求。在本报警器电路中，同样要对两类传感器的输出信号进行放大调理。电路图如图3-3.0所示，运算放大器接成电压放大电路。从传感器采集过来的微弱电压信号，经过电压放大器的放大，得到较强的模拟电压信号。采样时，把相应的模拟电压信号从Vi端送进LM324A进行放大处理后，从Vo端输出送入A/D转换电路2。图3-

38、3.0 信号处理电路3.4 A/D转电路经气敏传感器所检测的电压信号为模拟信号，无法直接被单片机所识别，所以在经过放大电路后对信号进行A/D装换，将模拟信号转化为数字信号输入单片机。A/D转换电路采用了常用的8位8通道数模转换常用芯片ADC0808，烟雾、温度传感器的输出端分别接到ADC0808的IN0和IN1。 ADC0808的通道选择地址由AT89S52的P0.0P0.2经地址锁存器74LS373输出提供。当P2.7=0时，与写信号WR共同选通ADC0808。其中ALE信号与ST信号连在一起，在WR信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。图中ADC0808转换结束状态信号EOC接到AT8

39、9S52的INT1引脚，当A/D转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，产生中断。在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。由于ADC0808片内无时钟，故利用8051提供的地址锁存使能信号ALE经D触发器二分频后获得时钟。因为ALE信号的频率是单片机时钟频率的1/6，如果时钟频率为6MHZ，则ALE信号的频率为1MHZ，经二分频后为500KHZ，与ADC0808的典型值吻合。电路图如图3-4.0所示图3-4.0 A/D转换电路3.5 声音报警电路由AT89S52的21脚实现对声音报警的控制。当可燃性气体浓度或温度超过限定值时，将P2.0置为低电平，三极管导通，扬声器发出鸣叫报警

40、。其电路原理图如图3-5.0所示6：图3-5.0 声音报警电路图3.6 数码管显示电路数据采集进来并被成功地由模拟量转化为数字量后，就被传送到系统的显示模块，让人更直接地观察到相关数据。在本系统中，对LED进行的是动态扫描，除了给显示器提供段的输入之外，还要对显示器进行位控制。显示器的第一位显示所选择的通道号，而后三位则显示该通道传送进来的相应的数字量。 本系统显示用的4位七段数码管由数码管专用驱动芯片ICM7218驱动，1、2、3、4、5、6、7脚分别接数码管的a、b、c、d、e、f、g，8、9、10、11脚为位选，分别控制4位数码管的亮灭，ID07为数据线，接单片机P1口，WRITE、MO

41、DE是写控制位和模式控制位，分别接单片机P3.6、P2.6，其电路图如图3-6.0所示6：图3-6.0 数码管显示电路3.7 状态指示灯及控制键电路状态指示灯如图3-7.0所示，控制键电路如图3-7.1所示，单片机AT89S52的P2.2、P2.3、 P2.4控制输出的状态指示灯。绿灯亮表示正常状态，环境中没有火灾危险。黄灯亮表示传感器加热丝断线或者接触不良。红灯亮表示环境中烟雾浓度、温度超过报警限值，提醒用户尽快采取相应措施6。 控制键电路采用独立式按键设计。4个按键分别接到单片机AT89S52的P3.0、P3.1、 P3.2和RST，对于这种键各程序可以采用中断查询的方法，功能就是：检测是

42、否有键闭合，如有键闭合，则去除键抖动，判断键号并转入相应的键处理。4个键定义如下：P2.1：S1功能转换键，按此键则开始键盘控制。P2.5：S2加，按此键则温度设定值加一度或烟雾浓度增加0.01。P2.6：S3减，按此键则温度设定减少一度或烟雾浓度减少0.01。RST： S4复位键，使系统复位。图3-7.0 状态指示灯图3-7.1 控制键电路第四章 总体系统软件设计4.1 系统软件编程本系统的软件编程采用MCS51系列单片机汇编语言完成，并把显示程序作为一个子程序，这样能使主程序对其进行方便的调用，以下是程序的编码11：主程序：ORC 0000HIJMP MAINORG 001BHIJMP T

43、IINTORC 0030HMAIN: LCALL.INIT初始化子程序：INIT：CLR RSOCLR RS1MOV RO. #10HMOV R1.#00HMOVP1. #0FFHCLR TR1MOV TMOD.#19HMOV TL1.#18HMOVT H1.#OFCHSETB TR1SETB ET1SET EARET定时扫描子程序：T1INT:SETB RSOCLR EACLR TR1MOV A, #1EHADD A, TL1MOV TL1.AMOV A. #OFCHADDC A. TH1SETB TR1SET EAT1INT1:CJNE R1.#08H.T1INT2MOV 10H.20HM

44、OV 11H.21HMOV 12H.22HMOV 13H.23HMOV 14H.24HMOV 15H.25HMOV 16H.26HMOV 17H.27HT1LNT2：CJNE R1#08.T1INT3MOV A,ROSJMP T1INT4T1INT3：MOV A. ROADD A.#15MOVC A. A+PCT1INT4:LCALL.SENDLEDINC ROINC R1T1INTE:CLR RSODB 03H.9FH.25H.0DH.99H.49H.41H.1FH.01H.09H显示子程序:SENDLED:CLR P1.3MOV R2.#8SLED0: RRCAJNC SLED1SETB

45、P1.2SJMP SLED2SLED1:CLR P1.24.2 单片机AT89S52软件部分设计初始化主要是指对定时器工作方式寄存器、串口工作方式寄存器、中断允许寄存器等的设定。如当检测到有烟雾时，先由定时器T0定时90 ms，如果在此期间一直能检测到烟雾，那么就确认有火情存在，T0溢出中断，开始发送数据（可以是火情地址编码），然后经由nRF401的PCB天线发射出去。INT0被设置为下降沿触发，如果90 ms期间MC14468管脚1信号变低或消失，都会引起外部INT0中断，那么计数器重新置初值。当接收控制端接收到收据时，会回送握手信号，以表示发送下一帧数据，同时使蜂鸣器报警，并控制LED显示数据；如果没有接收到，即检测发射端没有接收到应答信号，则重新发送，直到接收到了为止。TXEN端的高/低电平由软件设置，可实现nRF401发射模式与接收模式之间的相互切换11。软件部分由主程序和温度采集等子程序组成：主程序监控软件是整个控制系统的核心，用来协调各执行模块和操作者的关系；子程序执行软件是用来完成各种实质性的功能如测量、数据转换、显示等。系统主程序流程图如图4-2.0所示：根据画出的流程图