基于单片机火灾探测和火灾预警系统设计外文翻译资料

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基于单片机火灾探测和火灾预警系统设计

作者;曾宜山、钱俊

中国合肥工业大学，学院机械与汽车工程学院，2009年2月30日

摘 要

本文主要涉及硬件的设计，自动灭火系统，其目的是在封闭的可燃的地方检测。本系统采用作为探测装置与烟雾传感器和温度传感器的单芯片微型计算机。使用单片机，它可以实现自动灭火的目的。而且，该系统采用高压高氮气作为灭火剂，这是经济和环境友好型。它符合人类需要的环保要求。

1 介绍

火的使用促进了人类社会文明的发展与进程。然而，火并不完全受人掌控，例如火灾既对于人类的生命财产是重大的安全隐患，对人类赖以生存的生态环境也极易造成严重破坏。为预防火灾或减轻火灾的危害，发展一门集智能火焰探测功能与自动灭火功能于一体的控制系统极为重要。与已有的火焰警报系统相比，该系统拥有以下特性。第一，通过整合温度传感器和烟雾探测器能降低该系统无法识别和错误识别的几率。 第二，该系统能通过与人-机互动实现对易燃区域的监测。第三，该系统能实现多点数据记录并且扩大报警范围。最后，使用高压态氮进行灭火不会对环境造成破坏且具有良好经济效益。

2 系统的工作原理

2.1火灾探测参数

本系统选用烟火灾​​探测参数和温度检测。它有一个复杂的火灾探测系统的烟检测器，由热式光检测器组成。复合检测可以消除干扰，不会引起由于火灾信号没有多个信号参数实火引起的误报。这些信号包括灰尘，水，气和烟草烟雾。

2.2系统的整体规划设计

图1中所示的单芯片微型计算机为基础的自动报警和灭火系统的原理。该系统可分为两个模块：信号采集模块和信号处理模块。

图 1系统的工作原理的图。

2.2.1信号采集模块

信号采集模块包括烟雾检测器，温度检测器和信号处理电路。烟雾探测器主要是由红外发光二极管和光敏三极管组成。光源是一个红外发光二极管，它由振荡电路产生高频红外辐射脉冲。光电晶体管作为一个红外线接收器的光发射点，在一定距离处被固定。当火灾发生时，烟雾进入目标的烟雾浓度检测器。然后，光电晶体管接收的红外光的强度减少，并且光电晶体管的电阻增加，晶体管导通。信号处理后的输出电压V1大大减少。在温度检测器，具有正温度系数的热敏电阻被使用。火灾发生后，随着室内温度的温度信号电压V2缓慢增加。

2.2.2信号处理模块

控制部分由两大功能模块：A / D转换器，8279的键盘和监控模块的接口。见图2。

图2 控制电路的单芯片微型计算机系统的图。

前置放大器后的烟雾信号和温度信号进入A / D转换。 ADC0816的模拟信号转换成数字信号，发送到CPU中，程序中的设置对数字信号进行比较，并确定是否要开启光电隔离，以便控制继电器。这些继电器实现声光报警，声音报警和气体灭火高压氮气。连接8279与CPU芯片，接口扩展键盘和显示器的接口电路。报警温度值是通过键盘输入，它会显示在LED显示屏上。因此，它实现了人机交互，体现了人类智慧的强大。它的另一个优点是采用微型计算机。

3单片机电路设计

控制电路设计图已在图2中展示。其主要构成为8051晶片，16频数模转换器ADC0816，4times;4键盘，4位LED显示器以及其他接口。为提升抗干扰能力，设计了若干相应抗干扰系统。

3.1 ADC0816和8051芯片之间的接口设计

在系统中，接口电路ADC0816和8051的硬件使用中断，如图3所示。通过使用这种方法，在CPU启动后，主程序可以正确进行A / D转换。当A / D转换结束时，数模转换完成后，发送一个可以被8051的INT1所接收的EOC信号被作为转换结束标志，CPU随之将得到一个中断请求信号。在CPU做出应答后，数据将被读取及处理。

图3 ADC0816和8051芯片之间的接口电路

ADC0816芯片的转换起始信号START由片选信号线P2.1引脚和WR的或非运算决定。ALE连接到START。模拟信号的传送由通道选择信号和转换起始信号决定。输出使能信号OE是由读信号RD和片选信号P2.1 的或非运算所决定。当ADC0816进行一次读取操作后，转换数据就会紧接着输出。转换结束信号EOC通过一个非门连接到8051的INT1引脚。当转换结束后，EOC从低电平变为高电平。经过非门后，单片机的INT1管脚从高电平变为低电平，从而触发转换结束中断，通知CPU转换完成。

根据在图3中的行选择和解码连接，ADC0816的模拟通道0〜16的地址是复用的。一种可行的分配方法是：FDF0H〜FDFFH。输入电压VIN=“D * VREF/255=5D/255。

3.2键盘接口电路的设计

在键盘接口电路设计的过程中，按键，功能和相应布线的数量取决于数字输入和控制功能要求。根据设计，键盘上有16个4times;4排列的操作键。可用的 14个操作键为：

标有0〜9数字键。

“确认”键：按下该键后，设置和更改系统工作参数。

“CLR”键：需要修改报警温度时，按下该键可以清除显示器。

“STP”键：在过程中系统报警，按下该键可以关闭了警钟，并关闭高压氮气控制阀。

图4键盘接口电路

键盘接口电路如图4所示。该电路使用三条扫描线SL0〜SL2。这些扫描线的信号由3-8译码器74LS1383-8进行译码，并通过译码器输出线Y0，Y1进行输出。这两条线和8279的八条返回线建立起一个2times;8矩阵。由于第16个按键是复位键，它不与8279连接。当按键（4times;4）以矩阵形式连接，8279将它们设置为0到15的连续值。具体说来，按键编号为0至9的按键与其所表示的数字值一致。这的属性大大方便了设计上的关键处理。当按键按下后，根据按键的输入，8279外部中断引脚通知微计算机处理。

3.3显示接口电路的设计

主要用于显示功能的器件包括LED（发光二极管显示器）和LCD（液晶显示器）。这两种显示器均具有消耗低、结构灵活、易于连接的特点。本设计使用的是LED显示器。在图5中所示的显示器的接口电路中，8279的两条输出总线OUTB0〜OUTB3和OUTA0〜OUTA3通过两个6位输入-输出反向驱动芯片7404连接到一个共阴极LED的段选端，因此它可以输入段选码。由于共有4个LED显示装置，所以8279是一个8个字符的显示器。它的扫描线SL0〜SL2以编码的方式输出信号，并驱动芯片74LS138通过3-8线译码器实现在显示器上的位选控制。8279状态/控制端口为7FFFH，数据端口为7FEFH。

图5显示器的接口电路。

4 系统的软件设计

该系统首先需要对环境的温度和烟雾信息进行检测并将其转换成数字信号。当系统所得到的监测值大于预先设定的阈值时，火焰警报器将以声和光的形式启动。与此同时，高压态氮控制阀门将被开启以释放气体灭火。本系统的软件流程图如图6中所示。

开始

定义

复位

键盘输入

N

Y

Y

Y

N

N

图6软件的流程图

5结语

火焰燃烧是一种带有多种特性参数的复杂现象。在探测初级阶段仅仅通过测量单个参数很难同时追求高精度及大范围。这篇文章中讨论的火焰探测技术通过使用由温度传感器和烟雾探测器组成的集成探测器以实现更加精确地反映起火时的综合情况。因此它能综合判断烟雾，温度，光以及其他多种相关参数，并有效实现对火灾的探测预警。该系统通过连接单片机实现电路控制，探测方式智能化。该火焰探测器能满足人类对安全防火的需求，并能广泛运用于工业生产中。

确认：

这份报告由安徽省大学国家科学研究计划支持

项目编号：ZD2008004-2

参考文献

[1范维澄，王清安。简明教程火灾科学。中国科技大学出版社，合肥，1995年。

[2]吴龙标，袁宏永。火灾探测与控制工程。科技大学出版社，合肥，1999年的技术。

[3]赵晓玲，苏梅军。在封闭可燃的地方自动消防系统的研究。机床与液压，2004，1。

[4]陈涛，袁宏永，范维澄。火灾探测技术研究的展望。《火灾科学》2001。

[5]赵锦里，肖兴达。微控制器的基础与应用。中国机械工业出版社，北京，2008。

[6]王华祥，张淑英。传感器主要应用。天津大学出版社，1999。

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