黃志敏　中山市中等專業(yè)學(xué)校　廣東中山　528458

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基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃志敏中山市中等專業(yè)學(xué)校廣東中山528458

【文章摘要】

火災(zāi)報警器是當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)生活中較為常用的火災(zāi)預(yù)警裝置，對國民經(jīng)濟(jì)及人員生命財產(chǎn)安全起到了重要的保障作用。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，智能控制芯片的應(yīng)用使得火災(zāi)報警器反應(yīng)靈敏度大幅提升，對早期火情發(fā)現(xiàn)與控制起到了重要的推動作用。為此，本文以AT89C51單片機(jī)為例，對基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報警系統(tǒng)展開了全面的設(shè)計(jì)和分析。

【關(guān)鍵詞】

單片機(jī)；火災(zāi)報警系統(tǒng)；聲光報警模塊

0　前言

近年來，火災(zāi)發(fā)生率及死亡人數(shù)呈現(xiàn)出顯著上升態(tài)勢，據(jù)我國國家安全部門統(tǒng)計(jì)，2013年，由火災(zāi)直接導(dǎo)致人員傷亡的人數(shù)高達(dá)266人，同比增長3.2%，對社會公共秩序及人員生命財產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重威脅。在此背景下，加強(qiáng)對智能化火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并以此來確保公民的生命財產(chǎn)安全已成為當(dāng)前消防部門和國家相關(guān)安全部門需要著重開展的關(guān)鍵工作。

1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本文所設(shè)計(jì)的單片機(jī)智能報警器主要包括：單片機(jī)、聲光報警模塊。單片機(jī)智能報警器工作原理為：當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，單片機(jī)智能報警器內(nèi)部的煙霧傳感器通過各個智能節(jié)點(diǎn)將煙霧信號采集并實(shí)施二階濾波處理，之后將已經(jīng)處理過的信號經(jīng)由單片機(jī)中模數(shù)轉(zhuǎn)換器將煙霧信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號。通過無線傳輸?shù)男问絺鬏數(shù)缴漕l模塊發(fā)射出去，射頻接收模塊接收到信號后傳輸給單片機(jī)，由單片機(jī)對火災(zāi)狀態(tài)進(jìn)行自主判斷，并通過聲光報警模塊發(fā)出預(yù)警。

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1AT89C51單片機(jī)

AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為諸多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。

2.2轉(zhuǎn)換芯片

ADC0804數(shù)模轉(zhuǎn)換專用芯片是本文單片機(jī)智能火災(zāi)報警器主要應(yīng)用的轉(zhuǎn)換芯片。該芯片屬于連續(xù)漸進(jìn)式轉(zhuǎn)換器，除了自身轉(zhuǎn)換速度及傳喚效率較快、分辨率較高等特點(diǎn)外，還具有生產(chǎn)步驟簡單、成本低廉特點(diǎn)，為單片機(jī)智能火災(zāi)報警器的推廣使用提供了較大的幫助。同時其只有數(shù)據(jù)總線，不需要額外架設(shè)地址總線及地址鎖存器，更換方便靈活。

2.3聲光報警模塊

聲光報警電路中蜂鳴器的工作電流較大，使得單片機(jī)的輸入/輸出端口無法對其進(jìn)行直接驅(qū)動，故需要對電路進(jìn)行放大后再對蜂鳴器的信號傳出進(jìn)行驅(qū)動，可以借助三極管來實(shí)現(xiàn)電路的放大，聲光報警電路如圖1所示。首先，由單片機(jī)的P1.0引腳對聲光報警電路進(jìn)行控制，當(dāng)引腳輸出低電平時，三極管得以導(dǎo)通，系統(tǒng)中蜂鳴器的電流得以形成回路，并發(fā)出聲音報警;若P1.0引腳并未發(fā)出低電平，則三極管的導(dǎo)通被截止，無聲音報警發(fā)生。其次，由單片機(jī)的P2.0口對光束報警進(jìn)行控制，與聲音報警的原理相似，當(dāng)P2.0口輸出低電平時，發(fā)光二極管發(fā)出光束閃爍，進(jìn)而形成光報警，而P2.0口無低電平輸出時，發(fā)光二極管則處于“停歇”狀態(tài)，無光報警發(fā)生。

圖1　聲光報警電路

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)所使用的軟件編程系統(tǒng)為Keil C51，是51系列的能夠兼容單片機(jī)C語言的軟件開發(fā)系統(tǒng)。Keil軟件開發(fā)系統(tǒng)提供了連接器、宏匯編以及庫管理和C編譯器等完整的軟件開發(fā)方案，通過UVision集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)而將上述各個方案進(jìn)行有機(jī)連接，Keil軟件既可以在WinXP系統(tǒng)中運(yùn)行，又可以在Win7系統(tǒng)中運(yùn)行，對系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

3.2報警系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

在程序流程圖中主要涉及到了兩個初始化，分別為單片機(jī)自身的初始化與無線接收模塊的初始化。系統(tǒng)的主程序是一個信號的無線循環(huán)過程，實(shí)現(xiàn)流程為：（1）在上電后，單片機(jī)智能報警系統(tǒng)的各部分與nRF24L01均完成各自的初始化;（2）采用中斷信號傳輸?shù)姆绞绞够馂?zāi)報警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)的采集; （3）數(shù)據(jù)采集完畢后，系統(tǒng)對當(dāng)前環(huán)境下是否發(fā)生火災(zāi)進(jìn)行判斷，若無火災(zāi)發(fā)生，則返回信號采集，若相關(guān)數(shù)據(jù)滿足火災(zāi)發(fā)生情況，則系統(tǒng)發(fā)出異常報警（主要以聲光報警的方式實(shí)現(xiàn)）;（4）在異常報警結(jié)束后（火災(zāi)結(jié)束或火災(zāi)所發(fā)出的煙霧信號不足以刺激報警系統(tǒng)的發(fā)出煙霧報警信號時），系統(tǒng)發(fā)生復(fù)位，并返回開始階段進(jìn)行初始化。

結(jié)論：本文以基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報警系統(tǒng)作為主要研究對象，通過對系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行簡要介紹，進(jìn)而分別對AT89C51單片機(jī)、ADC轉(zhuǎn)換芯片和聲光報警模塊等系統(tǒng)硬件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和報警系統(tǒng)主程序展開設(shè)計(jì)和分析。研究結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的基于AT89C51單片機(jī)的火災(zāi)報警系統(tǒng)通過各部分硬件模塊和軟件模塊的相互配合，能夠有效實(shí)現(xiàn)對火災(zāi)的報警預(yù)防。

【參考文獻(xiàn)】

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