基于单片机的火灾报警系统设计与仿真

基于单片机的火灾报警系统设计与仿真内容摘要：

ADC0809 的输入要求是电压量 ， 所以在 AD590 的负极接出一个 1kΩ 的电阻 R 和一个 100Ω 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 VT 获得与绝对温度成正比的电压量 ， 即 10 mV/K。 图 31 AD590 应用电路图 AD590 +5V VT 10mv/K 100ΩW 1000Ω R 何凡：基于单片机的火灾报警系统设计 10 AD590 的规格如下： （ 1） 其输出电流是以绝对温度零度（ 273）为基准，温度每增加 1℃ ，它会增加 1 A 输出电流。 （ 2） 可测量范围 55℃ 到 +150℃。 （ 3） 供电电压范围 +4V 到 +30V。 （ 4） 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，非线形误差 177。 ℃。 TGS202 气体传感器 火灾中气体烟雾主要是 CO2 和 CO。 TGS202 气体传感器能探测 CO CO、甲烷、 煤气等多种气体，它灵敏度高，稳定性好，适合于火灾中气体的探测。 如图 32 所示，当 TGS202 探测到 CO2 或者 CO 时，传感器的内阻变小， VA 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 %）时， VA 端获得适当的电压（设为 5V）。 图 32 TGS202 应用电路图 VA V1 V2 R 四川理工学院本科毕业设计（论文） 11 ISD420 语音芯片 图 33 ISD1420 引脚 电源（ VCCA， VCCD）：芯片内部的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装上，这样可使噪声最小。 模拟和数字电源端最好分别走线，尽可能在靠近供电端处相连，而去耦电容应尽量靠近芯片。 地线（ VSSA， VSSD）：芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线，这两个脚最好在引脚焊盘上相连。 录音（ /REC）：低电平有效。 只要 /REC 变低（不管芯片处在节电状态还是正在放音），芯片即开始录音。 边沿触发放音 （ /PLAYE）：此端出现下降沿时，芯片开始放音。 电平触发放音（ /PLAYL）：此端出现下降沿时，芯片开始放音。 录音指示（ /RECLED）：处于录音状态时，此端为低，可驱动 LED。 话筒参考（ MIC REF）：此端是前置放大器的反向输入。 当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，提高共模抑制比。 自动增益控制（ AGC）： AGC 动态调节器整前置境益以补偿话 筒输入电平的宽幅 变化，使得录制变化很大的音量（从耳语到喧哗嚣声）时失真都能保持最小。 模拟输出（ ANA OUT）：前置放大器输出 .前置电压增益取决于 AGC 端的电何凡：基于单片机的火灾报警系统设计 12 平。 模拟输入（ ANA IN） ： 此端即芯片录音的输入信号。 对话筒输入来说， ANA OUT 端应通过外接电容连至本端。 喇叭输出（ SP+、 SP）： 这对输出端能驱动 16Ω 以上的喇叭。 单端使用时必须在输出端和喇叭间接耦合电容 ， 而双端输出既不用电容又能将功率提高 4 倍。 录音时 ， 它们都呈高阻态。 节电模式下 ， 它们保持为低电平。 外部时钟（ XCLK）：此端内部有下拉元件，不用时应接地。 输入时钟的占空比无关紧要，因为内部首先进行了分频。 地址（ A0~A7）：地址端有两个作用，取决于最高（ MSB）两位 A A6 的状态。 语音芯片与单片机的连接，常通过串行口来实现，串行口也可以通过辅助电路分时多用。 定义好串行口的工作方式（串行口控制寄存 器 SCON 字节地址为 98H，可位寻址），当由按键输入或其它需要语音输出时，串行口向 CPU 申请中 断，响应中断后， CPU 便可以从串行数据中识别出语音段编号，输出语音信号。 发送结束，中断由软件清零。 四川理工学院本科毕业设计（论文） 13 80C51 芯片 图 34 80C51 芯片的引脚图 下面按引脚功能分为 4 个部分叙述个引脚的功能。 （ 1）电源引脚 VCC 和 VSS VCC（ 40 脚）：接 +5V 电源正 端； VSS（ 20 脚）：接 +5V 电源正端。 （ 2）外接晶振引脚 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1（ 19 脚）：接外部石英晶体的一端。 在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成采用外部时钟时，对于 HMOS 单片机，该引脚接地；对于 CHOMS 单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。 XTAL2（ 18 脚）：接外部晶体的另一端。 在单片机内部，接至片内振荡器的反相放大器的输出端。 当采用外部时钟时，对于 HMOS 单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。 对于 CHMOS 芯片，该引脚悬空不接。 （ 3）控制信号或与其它 电源复用引脚 控制信号或与其它电源复用引脚有 RST/VPD、 ALE/P、 PSEN 和 EA/VPP 等 4种形式。 何凡：基于单片机的火灾报警系统设计 14 RST/VPD （ 9 脚 ） ： RST 即为 RESET， VPD 为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。 当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机复位到初始状态。 当 VCC 发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD(+5V)为内部 RAM 供电，以保证 RAM 中的数据不丢失。 ALE/P（ 30 脚）：当访问外部存储器时， ALE（允 许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在 P0 口的低 PSEN（ 29 脚 ）： 片外程序存储器读选通输出端 ， 低电平有效。 当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期 PESN 两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。 当访问外部数据存储器期间， PESN 信号将不出现。 EA/Vpp（ 31 脚）： EA 为访问外部程序储器控制信号，低电平有效。 当 EA 端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器 4KB（ MS—52 子系列为 8KB）。 若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。 当 EA 端保持低电平时，无论片内有 无程序存储器，均只访问外部程序存储器。 对于片内含有 EPROM 的单片机，在 EPROM 编程期间，该引脚用于接 21V 的编程电源 Vpp。 （ 4）输入 /输出（ I/O）引脚 P0 口、 P1 口、 P2 口及 P3 口 P0 口（ 39 脚～ 22 脚）： ～ 统称为 P0 口。 当不接外部存储器与不扩展I/O 接口时，它可作为准双向 8 位输入 /输出接口。 当接有外部程序存储器或扩展I/O 口时， P0 口为地址 /数据分时复用口。 它分时提供 8 位双向数据总线。 对于片内含有 EPROM 的单片机，当 EPROM 编程时，从 P0 口输入指令字节，而当检验程序时，则输 出指令字节。 P1 口（ 1 脚～ 8 脚）： ～ 统称为 P1 口，可作为准双向 I/O 接口使用。 对于 MCS—52 子系列单片机， 和 还有第 2 功能： 口用作定时器 /计数器 2 的计数脉冲输入端 T2； 用作定时器 /计数器 2 的外部控制端 T2EX。 对于 EPROM 编程和进行程序校验时， P0 口接收输入的低 8 位地址。 P2 口（ 21 脚～ 28 脚）： ～ 统称为 P2 口，一般可作为准双向 I/O 接口。 当接有外部程序存储器或扩展 I/O 接口且寻址范围超过 256 个字节时， P2 口用于高 8 位地址总线送出高 8 位 地址。 对于 EPROM 编程和进行程序校验时， P2 口接四川理工学院本科毕业设计（论文） 15 收输入的 8 位地址。 P3 口（ 10 脚～ 17 脚）： ～ 统称为 P3 口。 它为双功能口，可以作为一般的准双向 I/O 接口，也可以将每 1 位用于第 2 功能，而且 P3 口的每一条引脚均可独立定义为第 1 功能的输入输出或第 2 功能。 P3 口的第 2 功能见下表 表 1 单片机 管脚含义 引脚 第 2 功能 RXD（串行口输入端 0） TXD（串行口输出端） TXD（串行口输出端） INT1（中断 1 请求输入端，低电平有效） T0（时器 /计数器 0 计数脉冲端） T1（时器 /计数器 1 数脉冲端） WR（数据存储器写选通信号输出端，低电平有效） RD（数据存储器读选通信号输出端，低电平有效） 综 上所述， MCS—51 系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点： （ 1） 980 单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚具有第 2 功能； （ 2） 单片机对外呈 3 总线形式，由 P P0 口组成 16 位地址总线；由 P0 口 时 复用作为数据总线。 A/D 转换芯片 在单片机控制系统中，控制或测量对象的有关变量，往往是一些连续 变化的模拟量，如温度、压力、流量、位移、速度等物理量。 但是大多数单片机本身只能识别和处理数字量，因此必须经过模拟量到数字量的转换 (A/D 转换 )，才能够实现单片机对被控对象的识别和处理。 完成 A/D 转换的器件即为 A/D 转换器。 A/D 转换器的主要性能参数有： （ 1） 分辨率分辨率表示 A/D 转换器对输入信号的分辨能力。 A/D 转换器的分辨率以输出二进制数的位数表示； （ 2） 转换时间转换时间指 A/D 转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得何凡：基于单片机的火灾报警系统设计 16 到稳定的数字信号所经过的时间。 不同类型的转换器转换速度相差甚远； （ 3） 转换误差转换误差表示 A/D 转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别，常用最低有效位的倍数表示； （ 4） 线性度线性度指实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移。 目前有很多类型的 A/D 转换芯片，它们在转换速度、转换精度、分辨率以及使用价值上都各具特色，综合全部因素设计决定采用美国国家半导体公司生产的CMOS 工艺 8 通道， 8 位逐次逼近式 A/D 转换器 ADC0809。 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。 是目前国内应用最广泛的 8 位通用 A/D 芯片。 如图 35。 图 35 ADC0809 引脚 图 ADC0809 的引脚功能： D7D0： 8 位数字量输出引脚。 IN0IN7： 8 位模拟量输入引脚。 VCC ： +5V工作电压。 GND ：地。 REF（ +）：参考电压正端。 REF（ ）：参考电压负端。 四川理工学院本科毕业设计（论文） 17 START： A/D转换启动信号输入端。 ALE：地址锁存允许信号输入端。 EOC： A/D转换结束信号，输出。 当启动装换时，该引脚为低电平，当 A/D转换结束时，该引脚输出 高电平。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。 当转换结束后，如果从该引脚输入高电平，则打开输出三态门，输出锁存器的数据从 D0~D7送出。 ADC0809主要性能指标： （ 1）分辨率为 8位。 （ 2）最大不可调误差： ADC0809为  1LSB。 （ 3）单电源 +5v供电，基准电压由外部提供，典型值为 +5v，此时允许输入模拟电压为 05V。 （ 4）具有锁存控制的 8路模拟选通开关。 （ 5）可锁存三态输出，输出电平与 TTL电平兼容。 （ 6）转换速度取于决芯片的时钟频率。 当时钟频率 500KHz时，转换时间为128μs。 数码显示电路 ICM7218 是 INTERSIL 公司生产的一种性能价格比较高的通用 8 位 LED 数码管驱动电路 ， 28 脚双列封装 ， 是一种多功能 LED 数码管驱动芯片 ， 可与多种单片机接口使用。 ICM7218 的输出可直接驱动 LED 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。 何凡：基于单片机的火灾报警系统设计 18 单片机外围 接口电 晶振电路 晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联在串联一个电容的二端网络，晶振电路为单片机工作提供时钟信号，这个信号就是单片机的工作速度，芯片中有一 个用于构成内部振荡器的高增益反向放大。