学位论文-—基于单片机的火灾应急照明系统设计.doc

毕业设计说明书中文摘要 基于单片机的火灾应急照明系统设计摘要:火灾是指在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。人类能够对火进行利用和控制，是文明进步的一个重要标志。所以说人类使用火的历史与同火灾作斗争的历史是相伴相生的，人们在用火的同时，不断总结火灾发生的规律，尽可能地减少火灾及其对人类造成的危害。火灾，几乎是和火的利用同时发生的，随着现代社会的不断发展，现代家庭用火、用电量正在逐年增加，火灾发生的频率越来越高，火灾不仅毁坏物质财产，造成社会秩序的混乱，还直接或间接危害生命，给人们的心灵造成极大的危害。每年都有许多人被火灾夺去生命。由于人们的疏忽而发生的火灾与爆炸，不仅造成人员的大量伤亡，还承受着严重的经济损失。本文设计了一种在火灾情况下由单片机控制的应急照明系统。本次设计以MCS-51单片机为核心，符合消防应急灯具国家标准GB17945-2000。论文首先分析了常用消防应急灯如何工作，随后说明火灾情况下如何触发应急照明，然后介绍本次设计的系统如何实现应急照明，着重介绍单片机的工作、火灾信号处理和火灾信号延时处理。关键字：单片机 火灾应急照明 传感器毕业设计说明书外文摘要Design of emergency lighting system based on single chip fire ABSTRACT The fire is out of control in time and space on the disaster caused by burning. In a variety of disasters, fire is most often, the most common one of the main disasters threatening public safety and social development. Human beings can on Fire use and control, is an important symbol of civilization and progress. So that human use of fire history with the same Fire fighting history associated with health, people in fire at the same time, constantly sum up the rule of fire occurrence,As far as possible damage to reduce fire and cause for mankind. Fire, and fire are almost the use of simultaneous,With the continuous development of modern society, modern home with fire, electricity consumption is increasing year by year, more and more high frequency of fire, fire not only destroy the material property, cause social disorder, but also directly or indirectly harm to life, the soul of the people caused great harm. Every year many people killed by fire. Fire and explosion due to the negligence of the people, not only caused a large number of casualties, also suffer serious economic losses.This paper introduces a design of emergency lighting system in case of fire by single-chip microcomputer control. This design to MCS-51 microcontroller as the core, in line with the national fire emergency luminaries standard GB17945-2000. The thesis first analyzes how to use fire emergency lamp. Then, how to trigger emergency lighting a fire situation. Then it describes how the system design to achieve the emergency lighting, emphatically introduces the main microcontroller work, fire signal processing and fire signal processing delay.Key words：Singlechip Sensor 目录1 引言51.1消防应急照明的技术背景51.2相关技术研究现状及趋势51.3本次研究思想62设计工作72.1常用消防应急灯介绍72.1.1应急照明的分类72.1.2自带电源型消防应急灯具工作原理72.1.3消防应急灯具的国家标准82.2火灾信号处理92.3系统总体方案102.3.1系统总体功能概述102.3.2系统硬件总体构架112.3.3系统软件总体构架123 火灾应急照明系统硬件设计133.1系统核心芯片选择133.1.1传感器介绍133.1.2.80C51芯片143.1.3.A/D转换器163.2复位电路183.3数据采集电路193.4信号处理电路213.5应急照明及报警电路224火灾应急照明系统软件设计244.1火灾应急照明系统程序设计244.1.1主程序流程图244.2.2数据采集子程序25总结28参考文献291 引言1.1消防应急照明的技术背景所谓应急照明，是指在非正常情况下才能使用的照明设施，包括：备用照明、疏散照明、安全照明。随着我国综合国力的不断增强，人民生活水平的日益提高，公众聚集场所越来越多，公众聚集场所火灾事故也日益频繁，特别是群死群伤恶性火灾时有发生，不但造成了大量人员伤亡，而且影响了社会政治稳定。这些火灾的发生，大多是因为这些场所发生火灾时缺少必要可靠地应急照明和疏散指示，致使火灾发生后被困人员不能及时疏散，被烟熏窒息而死。消防应急灯具作为一种重要的消防器材，广泛应用于宾馆、商场、娱乐场所等公众聚集场所，其功能是这些场所发生火灾或市电断电后，应急灯具自动照明，引导被困人员疏散。消防应急疏散照明技术是一项重要的就生疏散技术。近几年来，随着国民经济的高速发展，高大而复杂的智能建筑日益增多，对消防安全的要求越来越高，消防应急灯具的品种不断增多，性能不断改进，技术水平有了提高。未来应急疏散照明技术发展有以下几大特点：1. 荧光灯、白炽灯光源技术被场致发光光源技术所取代。2. 低位应急照明安装技术将得到广泛应用。3. 向智能化、环保等高科技方向发展。1.2相关技术研究现状及趋势 我国目前尚未出台火灾应急照明设计的专门标准或规范，现有规范所规定的名词、术语、标准及其做法尚不统一。网上有不少关于火灾预警的设计和很多的普通消防应急设计。有不少专家也提出了他们的看法：“火灾应急照明系统是建筑安全保障体系的一个重要组成部分。完善的火灾应急照明设计，应在电源设置、导线选型与敷设、灯具选择及布置、灯具控制方式、疏散指示灯等各个环节严格执行相关规范，保证在火灾紧急状态下发挥应有的作用。” 可见，现在火灾应急照明技术还是不太成熟的。大部分研究都在处理应急照明灯的外部硬件设备。也由于本人的能力有限，本次设计主要从软件方面应用单片机处理火灾信号实现应急照明。1.3本次研究思想 本次设计首先分析常用应急灯如何实现应急照明，然后介绍如何触发火灾应急照明，接着说明系统如何实现火灾应急照明，着重介绍单片机是如何工作的。说明每个模块的驱动。2设计工作2.1常用消防应急灯介绍2.1.1应急照明的分类按照不同的标准应急照明可分为不同的类型，表2-1所示为应急照明的具体分类表。 按功能分 照明或标志照明和标志消防应急灯 按工作方式分 持续工作型、非持续工作型按应急供电方式分 自带电源型、集中电源型按工作实现方式分 独立控制型、集中控制型、字母控制型 按安装高度分 高位安装型、低位安装型、高地位复合安装型 按用途分 消防应急照明灯、消防应急标志灯、消防应急照明标志灯表2-1应急照明的分类表2.1.2自带电源型消防应急灯具工作原理对于常明应急疏散应急标志灯和应急疏散照明灯具来说，由于应用要求的多样性，他们在这些元件的选择上也会有很大的差异。下面简要说明两种应急灯具的器件构成和工作原理：对于常明应急疏散标志灯来说，目前市场上一般采用滤光散射LED作为光源，也有部分厂家会使用EL（场致发光源）和荧光灯。由于绿光LED的功耗较小，其使用的蓄电池一般为3.6V。且电池容量也不大（800mAH）。常明应急疏散标志的外观一般偏薄，内部不能直接使用电力变压器降压以提供控制电路所需工作电源，一般在控制电路中引入由电子变压器为主体的开关电源。目前其控制电路主要由分离器件搭配使用IC（如555、LM358）完成。状态显示灯一般由红黄绿三色LED灯来表示，状态显示灯一般安装在应急灯的侧面。测试开关一般和状态显示灯放置在一起，一般采用普通的按钮开关，它的作用主要是便于建筑管理人员的日常维护和检查。常明应急疏散标志灯的工作原理：如果市电电压正常并且电池电压和光源状况也正常，则状态指示灯绿灯、充电状态灯红灯亮，故障则指示灯灭，控制电路控制开关给LED灯供电，保持疏散显示正常，同时控制电路检测市电电压、电池电压和光源，提供充电回路给蓄电池就行慢充电；如果满充电完成，则充电指示灯红灯灭。如果在市电正常情况下，出现电池开路、电池短路等故障，故障指示灯（黄灯）亮，提示管理人员需要对系统进行检查和维修；当市电电压低于应急转换电压时，控制电路转入应急状态，此时备用电源和光源的通路被打开，保证光源能正常的工作；当电池电压低于规定的放电电压时，控制电路应断开电池的所有放电回路，同时整个控制电路应停止工作以避免蓄电池的漏电。对于双头应急疏散照明灯，其光源可以是白炽投射灯、荧光灯、卤素灯等，由于一般对照明灯亮度要求较高，很少会使用LED作为光源；基于同样的原因，应急疏散照明灯使用的蓄电池种类较多、电池容量更大。目前使用的有3.6V、6V、12V等多种电池，同时一般要求电池额定容量大于1000mAH。由于应急照明灯对体积要求不高，所以市场上大部分采用的是小功率电力变压器。控制电路相对常明应急疏散灯控制电路简单，因为不需要提供常明通路。状态显示灯和测试开关的功能和设置和常明疏散灯类似，不过安放位置在应急灯的正面。应急疏散照明等的工作原理和常明应急疏散灯类似，不同的是试点情况下，光源不亮，因此，应急疏散照明灯应能检测光源开路是否，如果出现光源故障，故障指示灯亮。2.1.3消防应急灯具的国家标准下表2-2列出了和控制电路设计直接相关的标准GB17945-2000。考虑到该标准属于对消防应急灯的基本要求，所以从提高产品性能的目的出发，本课题的主题设计完全遵循这个标准。表2-2 GB17945-2000标准序号 参数 具体标准5.1.1应急转换时间消防应急灯具应急转换时间应不大于5s，离危险区域实用的消防应急灯具应急转换时间不大于0.25s5.1.2应急工作时间消防应急灯具的应急工作时间应不小于90min5.1.7主电故障保护应急状态下不受主电供电线路短路、接地的影响5.1.8测试按钮消防应急照明灯具应设有模拟交流电源供电故障的自复式实验按钮，不应设影响应急功能的开关5.1.9故障显示自带电源型消防应急照明灯具应设置主电、充电、故障状态指示灯。主电状态用红色，充电状态用绿色，故障状态用黄色5.1.10光源故障保护消防应急灯具在未接入光源、光源不能正常工作或光源规格不符合要求等异常情况时，内部元件表面温度应不超过90，且不影响电池的正常充电。光源正常后，消防应急灯具应能正常工作。5.1.15充电保护消防应急灯具应具有过充电保护和充电回路短路保护，充电回路短路时其内部器件表面温度不应超过90。重装电池后，应急灯具应能正常工作。消防应急灯的充电时间应大于24h，最大连续过充电电流不应超过0.05CSA5.1.16过放电保护电池放电终止电压应不小于额定电压的80%，放电终止后，在未重新充电条件下，即使电池电压恢复，消防应急灯具也不应重新启动，且静态泄放电流不应大于0.1CSA5.1.18转换电压消防应急灯具在主电电压为132-187V范围内，不应由主电状态转入应急状态。由主电状态转入应急状态时的主电电压应在132-187V范围内，由应急状态转为正常状态的电压不应大于187V5.1.20连续转换应急照明状态消防应急照明灯具应能完成10次“完全充电-放电终止-完全充电”循环的充电、放电过程。末次放电时间应不低于首次放电时间的85%2.2火灾信号处理 火灾的发生和发展是一个非常复杂的非平稳过程，火灾一旦发生便以接触式（物质流）和非接触式（能量流）的形式向外释放能量。接触式包括可燃气体、燃烧气体和烟雾、气溶胶等。非接触式包括声音、辐射等。火灾探测技术就是利用敏感元件将火灾中出现的物理化学特征转换为另一种易于处理的物理量。各种探测器对应的火灾物理参量如下图2-1所示。 辐射-火焰探测器 火焰（非接触式） 形状-图像探测器 温度-感温传感器 静电探测器 火灾 燃烧产物 固体产物 微粒 离 （接触式） 感烟探测器 光 烟雾形状-图像传感器 气体产物-气体传感器 燃烧声音（非接触式）-声音传感器图2-1各种探测器对应的火灾物理参量图2.3系统总体方案2.3.1系统总体功能概述火灾应急系统一般由火灾探测器、应急照明系统组成。火灾探测器通过对火灾发出的物理、化学现象气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、光（火焰）的探测，将探测到的火情信号转化成电信号传递给单片机。单片机将接收到的电信号经分析处理后发出火灾报警信号，打开应急灯，其整体功能如图2-2所示。传 感 器放大电路A/D转换 单片机状态指示灯应急灯按键通过串口通信发 送火灾信号图2-2系统整体功能图2.3.2系统硬件总体构架该系统主要由数据采集模块、单片机控制模块、应急照明模块组成，系统整体结构如图2-3所示。 烟雾 温度信号处理电路 A/D转换电路 单片机火灾应急照明数据采集模块图2-3系统整体结构图系统的工作原理是：先通过传感器将现场的温度、烟雾等非电信号转为电信号，调理电路将传感器输出的电信号进行调理（放大、滤波等），使之满足A/D转换的要求，最后由A/D转换电路完成由温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换，单片机判断现场是否发生火灾。如果发生火，系统将打开应急照明。2.3.3系统软件总体构架为了便于系统维护和功能扩充，采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。本系统主要包括数据采集子程序、火灾判断与报警子程序等，系统程序流程如下图2-4所示。初始化烟雾温度信号采集判断应急照明手动复位是否正常是是图2-4系统程序流程图为了降低误打开应急照明率，系统采用多次采集、多次判断的方法。每次数据采集后根据得到的数据对现场情况进行判断，然后综合多次判断结果做出最终的火情判断。主程序是一个无限循环体，其流程是：首先在上电之后系统的各部分，包括单片机各个端口输入输出的设置、外围驱动电路和数据存储电路等完成初始化，其次是对芯片内的程序进行初始化，接下来执行火灾应急照明系统中的数据采集任务，数据通信任务和查询判断任务。3 火灾应急照明系统硬件设计3.1系统核心芯片选择3.1.1传感器介绍a. AD590温度传感器选择合适的温度和烟雾传感器是准确报警的前提，综合考虑各因素，本文选择集成温度传感器AD590和气体传感器TGS202用作采集系统的敏感元件。由于AD590是电流型温度传感器，他的输出同绝对温度成正比，即1A/k，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1k的电阻R和一个100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10mV/K，应用电路如图3-1所示。 图3-1 AD590应用电路图b.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CO2、CO、甲烷、煤气等多种气体,他灵敏度高,稳定性好,适合于火灾中气体的探测。如图3-2所示,当TGS202探测到CO2或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0106%)时,VA端获得适当的电压。图3-2 TGS202应用电路图3.1.2.80C51芯片图3-3为80C51的引脚图。图3-3 80C51芯片的引脚图下面按引脚功能分为4个部分叙述各个引脚的功能。（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。 （A）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。 （B）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 （C）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。 （D）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（MS52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 (A)P0口（39脚22脚）：P0.0P0.7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。 (B)P1口（1脚8脚）：P1.0P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。对于MCS52子系列单片机，P1.0和P1.1还有第2功能：P1.0口用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2；P1.1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。 (C)P2口（21脚28脚）：P2.0P2.7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口接收输入的8位地址。(D)P3口（10脚17脚）：P3.0P3.7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3-1所示。表3-1 P3口的第2功能 引脚 第二功能P3.0 RXD（串行口输入端）P3.1TXD（串行口输出端）P3.2INT0（中断0请求输入端，低电平有效）P3.3INT1（中断1请求输入端，低电平有效）P3.4T0（定时器/计数器0计数脉冲端）P3.5T1（定时器/计数器1计数脉冲端）P3.6WR(数据存储器写选信信号输出端，低电平有效)P3.7RD（数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）综上所述，MCS51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点： 1).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P2、P0口组成16位地址总线；由P0口分时复用作为数据总线。3.1.3.A/D转换器 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AD转换器。ADC0809是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，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。芯片引脚图如图3-4所示,内部结构图如下图3-5所示。图3-4 ADC0809引脚图 图3-5 ADC0809内部结构图ADC0809的引脚功能：D7-D0:8位数字量输出引脚IN0-IN7：8位模拟量输入引脚VCC：+5V工作电压GND：接地REF（+）：参考电压正端REF（-）：参考电压负端START:A/D转换启动信号输入端ALE：地址锁存允许信号输入端ADC0809的主要性能指标为：（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128s。3.2复位电路 复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。80C51的复位信号是从REST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果REST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位，本设计采用的是手动按钮复位。手动按钮复位需要人为在复位输入端REST上加入高电平,采用的办法是在REST端和正电源VCC之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则VCC的+5V电平就会直接加到REST端，系统复位。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，设计完全能够满足复位的时间要求。复位电路中SW-PB为手动复位开关，电容C1可避免高频谐波对电路的干扰。80C51的复位电路如下图3-6所示。图3-6 80C51晶振和复位电路原理图3.3数据采集电路 本设计中的A/D使用的是通用8位芯片ADC0809，烟雾、温度传感器的输出端经过放大电路后分别接到ADC0809的IN0和IN1。ADC0809的通道选择地址由80C51的P0.0P0.2经地址锁存器74LS373输出提供。 芯片的几个重要管脚功能如下：ALE：地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0-IN7上的一路模拟量输入.当P2.0=0时，与写信号WR共同选通ADC0809。 START：转换启动信号，当START上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，START应保持低电平。 EOC：转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。由于本设计中数模转换芯片使用的是ADC0809，其工作的时钟信号为500KHz，因其内部没有时钟电路，时钟信号由外部80C51的ALE端口提供。系统80C51与ADC0809接口电路如下图3-7所示。图3-7 80C51与ADC0809接口电路图当80C51的ALE端口不访问外部存储器时，80C51的ALE端以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，故晶振设定12MHz，再经过二分频电路，单片机即可向ADC0809输出500KHz的时钟信号。二分频电路由D触发器实现，R、S端接地，D接Q非，Q端作为输出端，CLK接80C51的ALE端。D触发器的特性方程为： 由于当CP=1时，D触发器有效；CP=0时，触发器保持原来状态。故D触发器能实现对ALE端口的信号二分频。由于本火灾报警系统只采集温度、烟雾信号，经过调理的温度、烟雾信号分别进入ADC0809的IN-0和IN-1端口，其余输入引脚接地，8个数字量输出引脚接80C51的P0口。单片机的P0口接受ADC0809传输来8位数字量，向A/D输出的8位地址经地址锁存器74LS373锁存，选择低3位地址作为A/D的通道选通地址。ADC0809通道选通如下表3-2所示。表3-2 ADC0809通道选通表通入通道IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7A00001111B00110011C01001010 本设计使用74LS373作为地址锁存器，当三态允许控制端OE为低电平时，输出端O0O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，O0O7呈高阻态，既不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。图中三态允许控制端OE接地，表示三态门一直打开。锁存允许端LE为高电平时，输出端O0O7状态与输入端D0D7状态相同；当LE由“1”变为“0”时，数据输入锁存器中。LE端接至单片机的地址锁存允许ALE端。当P20=0时，与写信号WR共同选通ADC0809。图中ALE信号与START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。当ALE端口变为高电平，将74LS373输出端的低3位地址存入A/D的地址锁存器中，此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将A/D内的寄存器清零，下降沿启动A/D转换，之后EOC端变成低电平，指示转换正在进行。例如，输出地址F8H可选通通道IN0，实现对温度传感器输出的模拟量进行转换；输出地址F9H可选通通道IN1，实现对烟雾传感器输出的模拟量进行转换。ADC0809的转换结束状态信号EOC接到80C51的INT1引脚，当A/D转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，结果数据已存入锁存器,并产生产生中断。当80C51知道A/D转换完成后，P20与读信号RD共同控制下的A/D端口OE电平变为高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到单片机上。3.4信号处理电路 由于传感器输出的模拟信号比较微弱，且含有干扰信号，所以系统需要将信号进行放大、过滤。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，其电路如图3-8所示。图3-8信号处理电路图 图中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。3.5应急照明及报警电路1. 火灾信号数据处理办法火灾报警系统中使用的是温度传感器AD590和烟雾传感器TGS202，烟雾传感器输出电压V与温度P关系为：，温度传感器使用的灵敏度是。在本设计中应急温度设为57.烟雾应急浓度为3.2%英尺。经过计算可以得到输出火灾应急临界电压值为： 2. 火灾判断与应急照明 系统对温度和烟雾进行了两次数据采集与判断，每次信号采集后根据得到的数据与设定的阈值比较，当温度57时表明温度异常，置寄存器变量a为1，否则为0；当烟雾浓度3.2时表明烟雾浓度异常，置寄存器变量b为1，否则为0。综合两次温度烟雾信号的采集，根据温度和烟雾的寄存器变量a和b的状态，判断现场情况：2个寄存器变量均为0，表示情况正常；2个中仅有1个为1，表示情况异常；2个均为1，表示有火灾发生。系统对现场进行报警判断后，间隔20s后（通过系统的延时程序实现），再一次采集现场的温度烟雾信号进行判断，即每一次应急照明时间持续90min，直到系统做出下一次判断结果。图3-9应急照明及报警电路图上图3-9所示为应急照明及报警电路图，图中红、黄、绿三个发光二极管为共阳接法，所以当端口为低电平时被点亮，具体工作工程如下： 当系统状态为00时，表示正常，80C51的P2.2口变成低电平，绿灯亮； 当系统状态为01或10时，表示异常，P2.3口变为低电平，P2.0口变为高电平，黄灯亮，三极管Q1被接通，蜂鸣器报警；当系统状态为11时，表示发生火灾，P2.4口变为低电平，P2.1口变为高电平，红灯亮，三极管Q2接通，由于三极管Q2的接通使三极管Q3也接通，使应急照明电路接通。4火灾应急照明系统软件设计4.1火灾应急照明系统程序设计4.1.1主程序流程图为了便于系统维护，在火灾应急照明系统的软件设计中采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。既使得程序结构清晰，又便于以后进一步扩展其功能。本系统主要包括主程序、温度烟雾数据采集子程序、火灾判断与应急照明子程序等。系统程序流程图如图4-1所示。开始 初始化第一次温度烟雾信号采集与判断第二次温度烟雾信号采集与判断信号正常与否 应急照明 复位是否图4-1系统程序流程图主程序是一个无限循环体，其流程是：首先在上电之后系统的各部分包括单片机输出输入端口的设置、数据存储电路、外围驱动电路等完成初始化，接下来执行火灾报警系统的数据采集程序、火灾判断、应急照明程序。4.2.2数据采集子程序 数据采集是火灾报警系统中的重要环节。为了降低误报率，系统设计时对温度烟雾采用了两次采集、两次判断的方法。每次采集温度烟雾数据后，将数据存入单片机的寄存器，然后在火灾判断程序中，将采集的数据与设定的阈值进行比较，判断现场是否发生火灾。 具体流程是：系统初始化后，驱动ADC0809的IN0对温度信号进行A/D转换，单片机接受转换好的数据存入寄存器，由INT1中断服务程序完成；系统延时10ms，驱动ADC0809的IN1对烟雾信号进行A/D转换，