烟雾检测器设计___学士毕业论文.doc

1、1目录1 功能说明32 感烟火灾探测器的介绍32.1 离子感烟探测器32.2 光电感烟探测器42.3 两 者 比 较 42.4 其他感烟探测器53 MC14468 传感器63.1 MC14468 的结构特点及工作原理63.2 MC14468 传感器应用举例74 AT89C51 单片机94.1 AT89C51 单片机管脚说明94.2 AT89C51 单片机振荡器特性114.3 AT89C51 单片机芯片擦除125 无线收发芯片 nRF401126 RFID 系统157 烟雾检测器系统设计157.1 烟雾检测器总体结构157.2 烟雾检测器系统设计168 烟雾检测器系统软件设计208.1 软件设计

2、208.2 软件设计流程图229 智能火灾报警系统的设计239.1 智能火灾报警系统的设计应用239.2 智能探测器数量的确定2310 软件设计程序清单及部分注释24参 考 文 献2721 功能说明电子科技的飞速发展，给古老的火灾报警系统生产带来了巨大的变革，现代的电子技术的研发，产生了一系列的火灾自动报警系统。现代建筑的特点是楼层不断加高，这主要是从缓解城市用地的紧张的角度出发，同时还便于集中供电、供热 、供气，便于集中管理和控制。现在，不论是 普通型（比如民用住宅）还是豪华型（比如高级宾馆）的高层建筑，都日益重视防火和安全技术的普及应用。因为其楼层多、人员密集，如果发生火灾，疏散困难，扑救

3、也困难，势必造成严重的人员伤亡和财产损失。为了保障高层建筑的安全可靠，必须设计出具有可靠性高、实时性好的火灾自动报警与消防系统，其要求是：(1)当有火情发生时，能以最快的速度检测报警，并能检测火情发生的具体地点（特定的地址编码）；(2)经查实确认后，能及时的通报消防部门灭火；(3)系统本身应有自身故障检测的功能，如系统欠电压报警和自检功能等，保证自动报警系统功能完好；(4)较高的系统抗干扰能力，防止系统发生误报警。目前，虽然已经有多种火灾自动报警系统，但大多还属于脱机方式，最终要靠人来联系消防部门，往往由于不能及时报警而造成巨大损失。如果能够以在线的方式直接工作，将很大程度上减轻财产损失和人员

4、伤亡。我们正是着眼于这一问题，力图从根本上解决脱机信号传输方式存在的问题，直接将信号通过无线传输技术发送给主控室或消防部门，达到第一时间救火、灭火的目的 1。2 感烟火灾探测器的介绍2.1 离子感烟探测器离子型烟雾报警器，它在内外电离室里面有放射源镅 241，电离产生的正、负离子，在电场的作用下各向正负电极移动。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。一旦有烟雾进入外电离室，烟雾达到 3.0%/ft 时就干扰了带3电粒子的正常运动，使电流，电压就有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，于是就发出了信号达到报警的目的 2。由 于 离 子 烟 雾 报 警 器 对 小 粒 子 较 敏 感 ，

5、 所 以 在 烹 饪 时 会 有 较 快 的 反 应 。 如果 你 遇 到 过 这 类 问 题 ， 你 可 以 有 以 下 几 种 选 择 ： (1)将 烟 雾 报 警 器 安 装 在 离 烹 饪 的 地 方 较 远 处 ， 那 么 烟 雾 粒 子 到 达 报 警 器 时就 会 变 弱 很 多 ， 如 果 你 选 择 了 这 种 方 法 ， 就 应 该 弄 清 楚 空 气 的 流 动 方 向 。 否 则也 起 不 到 什 么 效 果 。 (2)安 装 一 个 光 电 烟 雾 报 警 器 。 当 发 生 的 火 灾 产 生 的 是 较 小 的 粒 子 ， 你 可 能失 去 较 早 报 警 的 机

6、 会 ， 但 是 你 也 省 去 多 个 烟 雾 报 警 器 失 灵 的 麻 烦 。 (3)安 装 一 个 离 子 /光 电 联 合 烟 雾 报 警 器 。 如 果 两 种 传 感 器 结 合 在 一 起 ， 离子 传 感 器 的 敏 感 度 可 以 设 置 的 小 一 些 ， 这 样 装 置 就 会 减 少 误 报 ， 同 时 你 也 可 以拥 有 一 个 对 蔓 延 快 的 熊 熊 大 火 和 蔓 延 较 慢 的 闷 烧 的 火 灾 都 有 较 大 灵 敏 度 的 烟 雾报 警 器 。 (4)安 装 一 个 有 静 音 功 能 的 离 子 烟 雾 报 警 器 。 这 样 你 可 以 让 报

7、 警 器 降 低 灵敏 度 15 分 钟 ， 抽 烟 或 做 饭 时 避 免 刺 耳 的 报 警 声 。2.2 光电感烟探测器光 电 式 感 烟 探 测 器 由 光 源 、 光 电 元 件 和 电 子 开 关 组 成 。 利 用 光 散 射 原 理 对火 灾 初 期 产 生 的 烟 雾 进 行 探 测 ， 并 及 时 发 出 报 警 信 号 。 按 照 光 源 不 同 ， 可 分 为一 般 光 电 式 、 激 光 光 电 式 、 紫 外 光 光 电 式 和 红 外 光 光 电 式 等 4 种 3。光电型烟雾报警器，它有一个发光元件和一个光敏元件，平常光源发出的光，通过透镜射到光敏元件上，电路维

8、持正常，如果有烟雾从中阻隔，到达光敏元件上的光就显著减弱，达到 3.0%/ft 时光敏元件就把光强的变化变成电的变化，通过放大电路向人们报警。光电感烟探头是一种检测燃烧产生的烟雾微粒的火灾探测器。光电感烟作为前期、早期火灾报警是非常有效的。对于要求火灾损失小的重要地点，火灾初期有阴燃阶段，产生大量的烟和少量的热，很少或没有火焰辐射的火灾，都适合选用 4。2.3 两 者 比 较离 子 烟 雾 报 警 器 对 微 小 的 烟 雾 粒 子 的 感 应 要 灵 敏 一 些 ， 对 各 种 烟 能 均 衡 响4应 ； 而 前 向 式 光 电 烟 雾 报 警 器 对 稍 大 的 烟 雾 粒 子 的 感 应

9、 较 灵 敏 ， 对 灰 烟 、 黑 烟响 应 差 些 。 当 发 生 熊 熊 大 火 时 ， 空 气 中 烟 雾 的 微 小 粒 子 较 多 ， 而 闷 烧 的 时 候 ，空 气 中 稍 大 的 烟 雾 粒 子 会 多 一 些 。 如 果 火 灾 发 生 后 ， 产 生 了 大 量 的 烟 雾 的 微 小粒 子 ， 离 子 烟 雾 报 警 器 会 比 光 电 烟 雾 报 警 器 先 报 警 。 这 两 种 烟 雾 报 警 器 时 间 间隔 不 大 ， 但 是 这 类 火 灾 的 蔓 延 极 快 ， 此 类 场 所 建 议 安 装 离 子 烟 雾 报 警 器 较 好 。另 一 类 是 闷 烧

10、火 灾 发 生 后 ， 产 生 了 大 量 的 稍 大 的 烟 雾 粒 子 ， 光 电 烟 雾 报 警 器 会比 离 子 烟 雾 报 警 器 先 报 警 ， 这 类 场 所 建 议 安 装 光 电 烟 雾 报 警 器 。 如 果 你 想 将 两者 的 长 处 兼 而 有 之 ， 你 可 以 在 要 求 安 装 烟 雾 报 警 器 的 地 方 将 两 种 烟 雾 报 警 器 都安 上 。2.4其他感烟探测器红 外 光 束 感 烟 探 测 器 采 用 UV185 260nm 火 焰 窄 光 谱 信 号 轨 对 轨 采 集 /全脉 冲 分 析 技 术 （ PPW） 设 计 ， 避 免 了 传 统 探

11、 测 器 的 易 受 干 扰 的 弱 点 。 采 用 斜 率递 增 信 号 检 测 技 术 （ PAM） 对 探 测 环 境 进 行 监 测 ， 提 高 了 探 测 器 的 稳 定 性 及 持续 使 用 性 。 保 证 了 探 测 器 在 尽 量 降 低 误 报 的 同 时 ， 快 速 完 成 火 焰 识 别 检 测 火 情的 能 力 ， 通 过 CPU 对 探 测 管 监 控 ， 延 长 了 探 测 管 的 使 用 寿 命 。 探 测 器 适 用 于 各类 ： 油 库 、 酒 库 、 飞 机 库 、 化 工 设 备 场 所 、 军 事 设 备 场 所 、 液 化 气 站 、 电 站 等火 灾

12、 萌 发 时 无 阴 燃 阶 段 或 较 少 阴 燃 阶 段 ， 而 以 直 接 产 生 明 火 为 主 的 场 所 。 具 有较 高 的 抗 干 扰 能 力 ， 不 受 风 雨 、 高 温 、 高 湿 及 自 然 人 工 光 源 等 影 响 ， 可 良 好 工作 于 室 内 环 境 5。 探 测 器 采 用 六 线 制 连 接 方 式 （ 两 根 电 源 线 ， 两 根 火 警 触 点 线 ， 两 根 故 障 触点 线 ） ， 报 警 时 火 警 触 点 由 常 开 变 常 闭 ， 报 故 障 时 故 障 触 点 由 常 闭 变 常 开 ， 可与 任 意 厂 家 的 火 灾 报 警 系 统

13、连 接 。还有一种叫管道抽吸式感烟探测器，它的工作原理与光电感应探测器中另一种散射型相似，通过烟雾的反射或散射产生光敏电流，主要用在船舶上。近年来还出现了激光感烟探测器，它也是利用光电感应原理，不同的是光源改用激光束。这种探测器采用半导体器件，体积小、价格低、耐震动、寿命长，很有发展前途 6。 53 MC14468传感器3.1 MC14468的结构特点及工作原理烟雾检测器 MC144671 和 MC14468 是美国摩托罗拉（ MOTOROLA）公司生产的离子感烟探测报警专用芯片，为大规模 CMOS 电路构造。它只需外接一个离子源和用于安装离子源的离子室及少量的外部元件，即完成烟雾探测、报警的

14、功能。当探测到烟雾时，它能通过外接的压电式换能器和内部的驱动电路发出报警声。它主要具有以下一些特点：(1)内置高输入阻抗的场效应管和比较器；(2)内含压电式蜂呜器的驱动电路，可以直接驱动蜂呜器；(3)探测信号输入端具有保护二极管；(4)电池欠压报警，电池电压报警点可通过外接电阻设置；(5)探测阀值即灵敏度可通过电阻进行设置；(6)具有电池极性反接保护功能（仅 MC144671 具有）；(7)MC14468 还具有一个 I/O 脚，允许 40 个报警单元相互连接在一起，组成一个多点报警区域系统。MC144671 和 MC14468 为双列直插式（DIP）16 脚封装，其引脚如图 3.1所示。由图

15、可看出它具有直接同离子室中的各极相连的引脚和发光二极管驱动输出脚等。MC 144671 和 MC14468 内含有振荡器、定时器、锁存器、报警控制逻辑电路和高输入阻抗的比较器、电阻网络等。没有检测到烟雾时，MC144671和 MC14468 的内部振荡器振荡周期为 1.67S。每个 1.67S 周期内，内部的电源都提供给整个芯片工作。除了 LED 闪亮、电池欠压告警和有烟雾报警期间，它都不停地检测有无烟雾，每 24 个周期检测一次电池电压是否正常，它是通过与比较器中的一个齐纳稳压二极管相比较而得出，因为整个探测装置对功耗的要示比较高，所以经 12 脚接的振荡电容应该选低泄漏的电容，以提高电池使

16、用寿命 7。6图 3.1 MC14468 与 MC14467-1 引脚功能当 MC144671 或 MC14468 一旦检测到有烟雾时，振荡器的振荡周期变为40MS，压电蜂鸣器振荡驱动电路启动，启动使能输出为维持高电平 160MS 后，停止 80MS。在停止期间，继续检测烟雾的变化，这时如果没有检测到烟雾，则禁止蜂鸣器振荡电路振荡，将不发出报警声。在烟雾报警过程中，将禁止电池欠压报警，同时 LED 发光二极管指示灯闪亮，频率约为 1Hz。检测输入端的邻近脚均设置有隔离保护，这三个脚的输入端电压必须在100MV 以内，以维持其泄漏电流最小化，提高其测量精度，15 脚检测输入端内部设置有保护二极管

17、，防止静电干扰等引起场效应管损坏。烟雾检测的灵敏度和电池欠压告警值可通过外接电阻来设置，它们共用一个电阻分压网络，通过 3 脚将一电阻接到 VDD，可设置电池欠压告警电压值，通过13 脚将一电阻接至 VSS 可设置灵敏度级别；灵敏度级别的设置也可以通过改变离子室的结构或离子源的强度。电池欠压告警值一般设置为 7.0V 左右 8。MC14467-1 和 MC14468 还可以工作于一种自控模式，用来检测装置的工作状态，将 1 脚接至 VDI 可模拟检测出有烟情况。MC14468 还有一个 I/O 脚，可将 40 个检测单元构成的一个多点探测区域，在得电后的三个振荡器周期内，I/O 引脚处于无效状

18、态，以消除其它单元的意外变化引起的误报警等。为提高噪声抑制能力，它同其它单元信息交换主要采用电流传输方式 9。3.2 MC14468传感器应用举例我们用 MC 14468 设计的 TA-JY-9708 型家用火灾自动探测报警器的原理，离子室中的离子电流随着探测现场的烟雾变化而变化，从而产生微弱的电压变化7传的检测端 15,由 MC14468 内部的逻辑处理电路处理后，启动蜂鸣器驱动电路，蜂鸣器驱动电路经外接的 C10、R10、R9 形成调制的变频输出，从而推动蜂鸣器发出报警声。通过报普声音和发光二极管 V1 的闪烁等来判定所处的各种状态。当 V1 发光二极管闪亮，并且蜂鸣器发出刺耳的音频报警声

19、时，为本处有火灾报警信号。当只有刺耳的报警声，而发光二极管不闪亮时，为本区域探测网中其他地方报警，提醒用户注意危险。当为一短促的嘟嘟声，且 V1 发光二极管闪亮时，为电池欠压告警，提醒用户更换电池。当为一短促的嘟嘟声，且 V1 发光二极管不亮，则为探测报警器的灵敏度级别有所降低，提醒用户进行适当的维护，以提高其探测灵敏度。同时不同状态的闪亮频率还有所区别。蜂鸣器 XI 共有三个级，分别为 B 极、S 极、F 极，系美国进口，由中美合资南京华锋电子有限公司经销。B1 为 9V 叠层电池，探测报警器处于监控状态时电流只有 10 A 左右，所以一般情况下电池至少可以使用一年以上。图 3.2 中，R8

20、 用来设置电池欠压告警值可以根据需要来进行调整；R7 用来设置探测灵敏度，R4 为定时电阻，一般选用 8.2 M。V1 可选用目前市场上新推出的高亮度发光二极管，以减少损耗。R1、R2、V2 和 V3 是当接成区域报警网时用来保护芯片免遭意外干扰或静电等造成损坏。离子室所用放射源可选用镅 241(Am241)，强度约 0. 8 微居里即可。探测报警器安装后，一般每一个月要自检一次，检查报警等各种功能是否正常，为此设里了一自检按钮，安装在先体的外部供用户自检使用.整个装置内设有金属屏蔽层，可防止外部各种信号干扰。内置离子源强度较小，不会对环境造成污染，不会对人体有伤害，符合有关规范要求 10。8

21、图 3.2 TA-JY-9708 型家用火灾自动探测报警器原理图类似 MC14467-1 和 MC14468 的芯片还有家托罗拉公可生产的 MC14678 和MC14570。它们的基本工作原理相同，只是因其内部无电池欠压告警电路，只能通过外接集中供电电源头实现.比较实用于一个较大的住宅小区，采用统一的电源并在布线时引至每一安装此装置的居民家中即可 11。4 AT89C51单片机4.1 AT89C51单片机管脚说明AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器 (FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压

22、，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 12。AT89C51 管脚（如图 4.1 所示）说明：VCC:供电电压。GND:接地。P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/

23、地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P 1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P 1 口作为第八位地址接收。P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P 2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，

24、且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P 2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存9取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P 2口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流(ILL) 这是

25、由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示：口管脚备选功能P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 /INT0(外部中断 0)P3.3 /INT1(外部中断 1)P3.4 T0(记时器 0 外部输入)P3.5 T1(记时器 1 外部输入)P3.6 /WR(外部数据存储器写选通)P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST:复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在

26、FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX,MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。10/EA/VPP:当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源(VPP)。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。图 4.1 AT89C51 管脚图4.2 AT89C51单片机振荡器特性