数字语音火灾报警器设计.docx

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数字语音火灾报警器设计

数理与信息工程学院

课程设计

题目：

语音数字联网火灾报警器设计

专业：

计算机科学与技术（专升本）

班级：

计056班

姓名：

程美琪学号：

05191107

实验地点：

数理与信息工程学院电子系统设计室

指导老师：

余水宝

成绩：

（2006.6）

目录

第1节引言………………………………………………………………………1

1.1报警系统概述……………………………………………………………1

1.2系统主要特点……………………………………………………………1

1.3系统组成…………………………………………………………………2

第2节系统硬件设计……………………………………………………………3

2.1系统的硬件构成及功能…………………………………………………3

2.2温度烟雾信号采集模块…………………………………………………3

2.3声光报警模块……………………………………………………………5

2.4单片机与Modem通信模块……………………………………………6

第3节系统软件设计……………………………………………………………8

3.1报警器监控程序设计……………………………………………………8

3.2数据采集子程序…………………………………………………………9

3.3火灾判断与报警程序……………………………………………………9

3.4程序清单…………………………………………………………………9

结束语……………………………………………………………………14

参考文献………………………………………………………………………15

语音数字联网火灾报警器

数理与信息工程学院05计算机专升本程美琪

指导教师：

余水宝

第1节引言

我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。

目前国内厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发，他们采用集中区域报警控制方式，其系统复杂、成本较高。

而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位，需要设置一种单一或区域联网、廉价实用的火灾自动探测报警装置，因此，研制一种结构简单、价格低廉的语音数字联网火灾报警器是非常必要的。

1.1报警系统概述

现场火灾报警器通过对传感器火情信息的检测，使用智能识别算法实现对火灾的监测。

当报警器监测到火情信息后，直接通过Modem经公用电话交换网迅速向消防指挥中心报告火情信息（包括火灾单位编码、单位名称、火情级别以及报警时间等），同时产生声光报警信号，并按事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关负责人。

消防指挥中心根据接收到的火警信息，立即在消防信息数据库中查询单位位置、周围道路、交通、水源情况等基本信息，根据所获得的信息迅速确定最佳救火方案，通过网络将出警命令直接下达各消防中队。

1.2系统主要特点

本文研制的用于小型防火单位的语音数字联网火灾报警器具有以下特点：

（1）能对室内烟雾（CO2，CO）及温度突变进行报警（声光报警）。

（2）如果出现硬件故障（如传感器遗落、内部元器件损坏等），能发出故障报警。

　　（3）如果只有一种参数出现异常（如烟雾浓度过大或是温度较高），能发出异常报警信号，令值班人员到现场处理。

　　（4）如果烟雾和温度同时出现异常，则说明有火灾，发出火灾警报，并及时将火灾信息上报消防指挥中心。

　　现场模拟实验表明，本系统安全可靠，误报率低。

且由于其体积小、操作维护方便、成本低廉等，具有广阔的应用前景。

1.3系统组成

一般小型防火单位火灾报警系统如图1所示。

第2节系统硬件设计

2.1系统的硬件构成及功能

如图2所示，报警器硬件由温度烟雾信号采集模块、声光报警模块以及单片机与Modem通信模块组成。

图中1，2，3组成数据采集模块，4，5组成声光报警模块，5，6，7组成单片机与Modem通信模块。

其中，1为传感器（包括烟感和温感），将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号；2为信号调理电路，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；3为A/D转换电路，完成将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。

声光报警模块由单片机和报警电路组成，由单片机控制实现不同的声光报警（异常报警、故障报警、火灾报警）功能。

单片机与Modem通信模块由单片机、GM16C550串行端口扩展芯片和RS232电平转换电路组成，实现报警器经Modem与消防指挥中心的通信。

下面对上述各模块进行简要介绍。

2.2温度烟雾信号采集模块

要准确地进行火灾报警，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。

　　AD590是美国Analog Devices公司生产的一种电流型二端温度传感器。

电路如图3所示。

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1μA/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10 kΩ的电阻R1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。

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4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0.06%）时，VA端获得适当的电压（设为3 V）。

A/D转换电路采用了常用的8位8通道数模转换专用芯片ADC0809，电路如图5所示。

温度、烟雾传感器的输出分别接到ADC0809的IN0和IN1。

ADC0809的通道选择地址A，B，C分别由89C51的P0.0～P0.2经地址锁存器74LS373输出提供。

当P2.7=0时，与写信号WR共同选通ADC0809。

图中ALE信号与ST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。

例如，输出地址7FF8H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7FF9H可选通通道IN1，实现对烟雾传感器输出的模拟量进行转换。

图中ADC0809的转换结束状态信号EOC接到89C51的INT1引脚，当A/D转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，产生中断。

在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。

2.3　声光报警模块

声光报警电路在单片机P1口的控制下，可以根据不同情况（火灾、异常、故障）发出不同的声光报警信号。

声音信号由专用语音芯片提供。

通过给语音芯片的S1和S2端输入不同的逻辑电平（00，01，10，11），便可以获得4种不同的声音信号。

由单片机的P1.0和P1.1控制。

另外该芯片还需要一个选通信号，由P1.3提供。

只有当该信号为高电平时，芯片才会根据S1和S2端的控制信号发出不同的报警声，否则不会发声报警。

　　由P1口的P1.4～P1.7分别控制4个发光二极管，予以光报警，如图6所示。

P1.4～P1.7控制的灯依次为绿色（正常信号灯）、黄色（故障信号灯）、红色（异常信号灯）和红色（火灾信号灯）。

当这些输出端输出低电平时，对应的信号灯便会发光报警。

2.4单片机与Modem通信模块

当报警器监测到火灾信息后，除了在火灾现场产生声光报警信号外，还需要将火灾信息按事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关人员，并迅速上报消防指挥中心，为此，系统设计了单片机与Modem通讯模块，该模块由单片机、GM16C550串行端口扩展芯片和RS232电平转换电路组成。

AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

图7AT89C51引脚配置

AT89C51具有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

主要功能特性有：

Ø兼容MCS—51指令系统

Ø32个双向I/O口

Ø两个16位可编程定时/计数器

Ø1个串行中断

Ø两个外部中断源

Ø可直接驱动LED

Ø低功耗空闲和掉电模式

Ø4k可反复擦写（>1000次）FlashROM

Ø可编程UARL通道

Ø全静态操作0-24MHz

Ø128x8bit内部RAM

Ø共6个中断源

Ø3级加密位

Ø软件设置睡眠和唤醒功能

第3节系统软件设计

本系统的软件系统主要包括数据采集子程序、火灾判断与报警子程序以及Modem通讯子程序等。

为了便于系统维护和功能扩充，在程序设计过程中，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。

下面对部分模块作介绍。

3.1报警器监控程序设计

系统复位后，首先要进行初始化，包括对各个控制用寄存器的初始化、设置中断服务程序的入口地址、设置堆栈等。

监控程序流程图如图7所示。

3.2数据采集子程序

　　数据采集部分的程序设计包括：

驱动ADC0809的IN0和IN1进行A/D转换，分别由子程序（温度转换）和（烟雾浓度转换）完成；单片机接收转换好的数据，存入指定内存单元，由INT1中断服务程序完成。

每次驱动A/D转换后等待外部中断1，中断到来说明A/D转换已经完成，通过中断服务程序读取转换得到的数据。

3.3　火灾判断与报警程序

　　为了降低误报率，系统采用了多次采集、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：

00H表示正常、01H表示异常、02H表示火灾；然后综合多次判断结果做出最终的火情判断。

具体判断方法如下：

（1）对温度和烟雾进行了两次数据采集与判断

　　温度≥100℃，温度异常，置标志位为1，否则为0；烟雾（CO，CO2）浓度≥0.06%，烟雾浓度异常，置标志位为1，否则为0。

（2）根据温度和烟雾的异常标志位判断现场情况　　

    2个标志位均为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。

    （3）综合两次情况做最后判断，并予以报警　　

    若两次数据不相同，说明是误报，调故障报警子程序；否则按该单元中的数据调相应的报警子程序。

    00H为情况正常，返回。

    01H为情况异常，调异常报警子程序。

　　02H为现场有火灾，调火灾报警子程序，并向消防中心报告火情。

3.4　程序清单

ORG8000H

RESET:

SJMPMAIN

MAIN:

CLRP1.3

D1:

MOVR6,#FFH

D2:

MOVR7,#FFH

D3:

DJNZR7,D3

DJNZR6,D2

D4:

CPLP1.3

JBP1.3,D7

MOVR6,#FFH

D5:

MOVR7,#FFH

D6:

DJNZR7,D6

DJNZR6,D5

D7:

SETBP1.4

MOVR6,#FFH

D8:

MOVR7,#FFH

D9:

DJNZR7,D9

DJNZR6,D8

MOVR5,#02H

D10:

MOVC,P1.0

JNBP1.3,PINT0

SETBP1.2

MOVR4,#03H

D11:

MOVR6,#FFH

D12:

MOVR7,#FFH

D13:

DJNZR7,D13

DJNZR6,D12

DJNZR4,D11

ORLC,P1.1

JCPINT1

SETBP1.5

CLRACC.1

D14:

DJNZR5,D10

CLRP1.2

JNBP1.3,D4

CPLP1.4

SJMPD1

PINT0:

MOVR4,#03H

D15:

MOVR6,#FFH

D16:

MOVR7,#FFH

D17:

DJNZR7,D17

DJNZR6,D16

DJNZR4,D15

ANLC,P1.1

JNCPINT2

SETBP1.6

SETBP1.7

CLRACC.2

CLRACC.3

SJMPD14

PINT1:

ANLC,ACC.1

JCY1

CPLACC.1

SJMPD14

Y1:

CPLP1.5

SJMPD14

PINT2:

MOVC,P1.0

ORLC,P1.1

JCPINT3

ORLC,ACC.3

JCY2

CPLACC.3

Y2:

SETBP1.6

CLRP1.7

SJMPD14

PINT3:

ANLC,ACC.2

JCY3

CPLACC.2

SJMPD14

DJNZR4,D15

ANLC,P1.1

JNCPINT2

SETBP1.6

SETBP1.7

CLRACC.2

CLRACC.3

SJMPD14

PINT1:

ANLC,ACC.1

JCY1

CPLACC.1

SJMPD14

Y1:

CPLP1.5

SJMPD14

PINT2:

MOVC,P1.0

ORLC,P1.1

JCPINT3

ORLC,ACC.3

JCY2

CPLACC.3

Y2:

SETBP1.6

CLRP1.7

SJMPD14

PINT3:

ANLC,ACC.2

JCY3

CPLACC.2

SJMPD14

Y2:

SETBP1.6

CLRP1.7

SJMPD14

PINT3:

ANLC,ACC.2

JCY3

CPLACC.2

SJMPD14

Y3:

SETBP1.7

CLRP1.6

SJMPD14

结束语

此次报警器的设计，我虽然没有实际操作过,仍受益非浅,从中学到了很多新的知识。

本来我对报警器的设计一无所知,通过这次的设计报告,对其功能、特点和组成都有了一定的了解，对集成温度传感器AD590和气体传感器TGS202等元件也有所了解。

接着是程序设计，在这个程序中，我也学会了许多在书本上学不到的知识。

为了便于系统维护和功能扩充，此程序设计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。

由于这个程序比较复杂，又不是自己的设计思想，所以在学习的过程中碰到了许多问题，很多地方都不是很清楚。

例如：

为了降低误报率，系统采用了多次采集、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。

但是阅读这个程序的过程中问题多多，不过体会也蛮多。

一、在设计程序之前,务必要对所用单片机的内部结构有一个系统的了解,知道该单片机片内有哪些资源；

二、设计程序时，要有一个清晰的思路和一个完整的软件流程图；

三、在设计程序时,不能妄想一次就将整个程序设计好,"反复修改,不断改进"是程序设计的必经之路；

四、在设计程序过程中遇到问题是很正常的,但我们应该将每次遇到的问题都分析清楚,以免下次再碰到同样的问题.

这次的设计让我对单片机产生了更浓厚的兴趣。

这样一个过程的完成，对我来说，比听N节课都要有效果。

遗憾的是自己的水平有限，没能够做得更好，但在未来的日子里，我定会更加努力，相信自己的下一次设计一定会有更大的进步，这是我对自己的希望，更是对自己的鞭策。

最后，衷心感谢在设计过程中帮助我的老师和同学！

参考文献

[1]李广弟主编．单片机基础［M］．北京：

北京航空航天大学出版社，1994

[2]梁亚光主编．单片机的Modem通讯［J］．单片机与嵌入式系统应用，2001

[3]张毅坤主编．单片微型计算机原理及应用［M］．西安：

西安电子科技大学出版社，1998

[4]张鑫主编.单片机原理及应用.北京：

电子工业出版社，2005

[5]胡汉才编著.单片机原理及其接口技术.北京:

清华大学出版社，2004

[6]胡健主编.单片机原理及接口技术实践教程.北京:

机械工业出版社，2004