火灾自动报警系统设计
系 部：电气工程系 专 业：机电一体化 姓 名：李伟 学 号：200802120111
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摘 要
宾馆火灾自动报警系统是随时警惕火灾、及时报警和输出联动灭火信号的忠实哨兵。该系统的设计主要涵盖以下六个方面：传感器的选型、单片机的选取、接口芯片的选取、报警装置的设计、电源的设计以及联动消防装置的设计。火灾自动报警系统通过一定的方式向火灾报警控制器发出火灾报警信号，火灾报警控制器收到报警信号后，立即发出声光报警，并打开消防联动装置。本设计的检测装置由离子感烟传感器UD-02和与之配套的专用集成电路DQ-295等组成，通过对现场的火灾参数采集，模/数转换，地址编码，然后传送给单片机，由单片机进行相应的运算处理，判断现场是否发生火灾。这种信号处理方式将单片机用于火灾模式判别，可以根据火灾发生时，火灾参数的发展变化规律来识别真假火灾，不同于传统单一的定值判别方式，有利于提高火灾判别的准确性。
[关键词] 火灾自动报警系统 监测 控制 消防联动
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火灾自动报警系统设计
ABSTRACT
Fire Auto-alarm system of hotel is used to monitor the fire in the room continuously ,then report the corresponding information to the public as well as control the fire preventional device.It contains six aspected contents mainly,that are sensors,a single Chip MircroComputer, the I/O integrated Connection chip,the Auto-alarm device,the design of the Power source and the linkaged fire preventional device.
Fire Auto-alarm system of hotel sends out the correlated signal to the single Chip MircroComputer in some way,then the single Chip MircroComputer will drive the Acousto-optics alarm device and the linkaged fire preventional device after receive the signal.In this Paper,the mointor deveice is made of Ion feeling smoke sensor with the model of UD-02 and its corresponding integrated connection chip with the model of DQ-295.It will gather all the fire Parameter ,then Process the data in A/D converter in order to judge whether there may be a fire or not,the core unit of this Processing way of signal is a single Chip MircroComputer,it has the ability to identificate the true or false fire according to the processed date.It is very advantage to inhance the accurate degree of the fire.
Keywords: Fire Auto-alarm system； monitor； control ；
linkaged fire preventional device
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目录
第一章 绪论 ............................................................................................. 5
1.1 本论文的研究背景 .......................................................................................... 5 1.2 火灾自动报警系统的发展与现状 .................................................................. 5
第二章 系统原理及总体方案设计 ......................................................... 7
2.1 系统原理 .......................................................................................................... 7 2.2 系统设计 .......................................................................................................... 7
2.2.1 系统各模块的设计 ................................................................................................... 8 2.2.2 系统总构架的设计 ................................................................................................... 8
第三章 系统硬件设计 ............................................................................. 8
3.1 硬件组成 .......................................................................................................... 8 3.2 烟雾信号采集模块 .......................................................................................... 8
3.2.1 离子感烟传感器工作原理........................................................................................ 8 3.2.2 UD—02 型离子感烟传感器 .................................................................................... 14
3.3 单片机控制中心 ............................................................................................ 16
3.3.1 时钟电路和工作方式 ............................................................................................. 16 3.3.2 中断系统 ................................................................................................................. 17
3.4 声光报警模块 ................................................................................................ 21
3.4.1 声音报警电路 ......................................................................................................... 21 3.4.2 LED显示器 .............................................................................................................. 20
3.5 电源系统设计 ................................................................................................ 21 3.6 消防联动装置 ................................................................................................ 22
第四章 系统软件设计 ........................................................................... 24
4.1 主程序设计 .................................................................................................... 24 4.2 查找报警点子程序 ........................................................................................ 25 4.3 显示及报警子程序 ........................................................................................ 26
总结 ......................................................................................................... 27 参考文献 ................................................................................................. 28 致谢 ......................................................................................................... 29
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第一章 绪论
1.1 本论文的研究背景
近年来，随着科学技术日新月异的发展，生产力水平达到了前所未有的高度。城市现代化在这样的背景下发展速度越来越快，高层建筑异军突起，宾馆行业也跻身其中。
由于高层建筑都有建筑高度高、建筑面积大、用电设备多、供电要求高、人员集中等特点，这些都给高层建筑的防火问题提出了很高的要求。而最近几年，我国因特大恶性火灾导致的多起群死群伤事件已引起有关部门的高度重视，高层宾馆、大型商场等人员集中地区的防火问题被提上日程。在这些场所内，各种电气电子设备高度集中且处于长期运行状态，电气设备过载、过热、短路的火灾隐患较多；另外，由于此类场所人群集中且易燃物较多，也从客观上制造了火灾隐患。一旦发生火灾将很难及时救助，势必要给国家和个人带来不可估量的损失。
为此，在过去相当长的一段时期内，人类不得不对火灾发生过程进行专项研究，截至目前，已经形成了较为成熟的概念。火灾的发生和发展过程是一个复杂的物理化学过程，而且与环境的相关性很强。一般情况下，一场火灾发生过程都伴随着烟、温、光等信号的产生。基于不同环境及不同燃烧物成分的火灾的生成气成分、烟雾的粒径构成、温场分布及光谱均有不同，因此，火灾过程涉及多个物理和化学参数，而且特征性比较强，与一般的扰动有着本质的区别。基于上述特性，早期火灾探测技术应运而生，尤其是火灾多元复合探测技术在火灾探测领域得到广泛采用，如采用物理参数复合的烟温复合探测器，采用不同波段光传感器复合的双波段火焰探测器等。
上述一切条件都促使了火灾报警系统的诞生。火灾自动报警系统是随时警惕火灾、及时报警和输出联动灭火信号的忠实哨兵，是早期报警的有力手段。实践证明，设置先进的火灾自动报警和自动灭火系统是高层建筑做好自防自救的关键。《羊城晚报》称火灾自动报警系统为“全天候的功勋卫士”。
1.2 火灾自动报警系统的发展与现状
一些发达国家对超早期火灾探测报警技术的研究与产品开发十分重视。早在20世纪80年代，日本、美国、英国、瑞士、德国、法国、澳大利亚等国相继开始投入大量的科研经费、科技力量进行技术产品的专门研究和开发。
火灾探测报警系统可靠性的提高体现在用智能技术处理传感器提供的火灾信息
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上——人们建立了多种火灾探测算法、模糊逻辑、神经网络模式，也有从事研究非火灾探测的模式。而各种单一传感器提供的火灾信息均混杂非火灾信息，从而，给从传感器提供的火灾信息上判别火灾增加了难度。于是，人们开始探索新型探测原理的传感器件（如气体气味传感器等）和复合探测器，取得显著成效的是对火灾过程的多参数进行监测的复合传感器。它对火灾产生的多种参数进行多种信息的分析，排除干扰，确定火灾，从而提高了判断火灾的准确性。而与之配套的硬件则采用复合多传感等传感方式，为判断火灾提供更加充分的火灾信息。成熟的产品有烟、温复合智能火灾探测报警系统，并已用于实际工程。
我国的火灾报警器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。目前已有多家科研院所和厂家致力于研发适合我国消防领域特点的火灾自动报警监控联网技术及相关产品，在部分城市建立了火灾报警监控网络系统，在消防监控和灭火救援方面发挥了重要作用。虽然我国应用自动报警装置的时间并不长，但是据不完全统计，准确报警事例已达数千次。资料显示，凡装有自动报警系统的建筑物中，当火情发生时，由于能够及时报警，把火灾消灭在初期，从而大大减少了火灾的危害。随着现代科技的发展，火灾探测与报警技术也在不断提高。作为一门多专业、多学科的综合性火灾探测与报警技术，近几年得到了迅速发展，已成为人类与火灾作斗争的重要手段。
加入WTO以来，面对高新技术的发展机遇和国内市场国际化的竞争挑战，我国消防电子产品逐渐和世界接轨，向高可靠、智能化、网络化的早期火灾探测报警技术发展。
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第二章 系统原理及总体方案设计
2.1 系统原理
宾馆火灾自动报警系统的设计主要涵盖以下六个方面：传感器的设计、单片机的选取、接口芯片的选取、报警装置、电源以及消防联动装置的设计。
宾馆火灾自动报警系统如图2-1所示。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，产生声光报警信号，同时打开联动消防装置。
传感器 信号调理电路 采样保持比较 传感器 信号调理电路 采样保持比较 传感器 信号调理电路 采样保持比较 火 灾 监 控 模 块 声光报警 显示记录 联动消防 图2-1 火灾自动报警系统原理图
2.2 系统设计
2.2.1 系统各模块的设计
第一，传感器的设计。传感器的作业环境是非常关键的一环，这决定了在具体环境中传感器的选型问题。传感器所要达到的任务目标必须准确无误地反应传感器在规定的工作环境中的作用。基于宾馆火灾的特殊情况，本设计选用离子感烟探测器。相对于感温探测器和气体探测器，离子感烟探测器能在火灾超早期作出准确判断。传感器的设计是本设计的中心任务，具体情况将在随后的章节中进行详述。
第二，单片机的选取。根据要求，本设计选用的单片机为AT89C51。该单片机的具体情况将在随后的章节中进行阐述。
第三，接口芯片。本设计的接口芯片采用并行接口芯片8243。有关8243的资料将会在随后的章节中谈到。
第四，报警装置。本设计的报警装置采用声光报警装置：首先，起火房间会发出声音报警；同时，起火楼层总服务台处也会产生声音报警并会显示具体的着火房间。
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报警装置的设计在随后章节会详细说明。
第五，电源的设计。当单片机探测到着火房间后，会自动切断宾馆用电电路，同时在不影响正常工作的前提下，转换为备用电源供电。电源设计见随后章节。
第六，消防联动装置。当单片机探测到火情后，会自动打开联动消防装置。消防联动装置的设计见随后章节。 2.2.2 系统总构架的设计
该宾馆火灾自动报警系统，能对监测点进行自动检测，一旦出现火情能立即报警，并能指示出发生火灾的房间。本火灾报警系统具有结构简单、可靠性高、成本低等特点。若要换其他的传感器，该系统还可以用于防盗报警、煤气泄漏报警等。
由于该系统主要用于多点集中检测报警，故能对受监测点进行巡回检测。为防止误报警，当检测到某房间有火情时，该系统应该延时3秒钟后再检测一次，若确有火情方可报警，并用数字指示出发生火灾地点。该系统的传感器选用开关量传感器。系统终端部分选用音响报警电路及数码显示电路。
硬件电路如图2-2所示，主机选用AT89C51单片机，4线/7线译码器选用74LS48，数码显示部分选用BS212共阴数码管，报警电路可选用一片KD9561及放大器、扬声器来构成，多点检测电路选用8243并行I/O口。由于8243每片有四个口，每个口有四个点，故每片8243可监测16个房间，图2-2用了两片8243，根据需要，还可增加8243的数量。
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报警电路 P2.0 P1.0~P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P2.4~P2.7 4 4
P2.3 P2.2 16 8243 CS PROG P2 7 74LS48 16 8243 CS PROG P2 BS212 图2-2 火灾报警系统硬件结构图
AT89C51 9
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第三章 系统硬件设计
宾馆火灾自动报警系统硬件的设计在2.2中已经作了初步的探讨，本章将继续讲述该系统硬件的设计并予以深化。
3.1 硬件组成
通过对火灾情况的分析，本设计采用如图3-1所示的硬件组成，报警器硬件由烟雾信号采集模块，声光报警模块以及联动消防模块组成。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组成联动消防装置。其中，1为传感器，将现场烟雾浓度这一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），使之满足比较转换电路的要求；3为比较转换电路，完成将烟雾传感器输出的模拟信号转换为数字信号。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。下面对上述的各模块进行详细的介绍。
1 烟 雾 传 感 器 信 号 处 理 2 比 较 转 换 3 4声 光 报 警 系 统
图3-1 火灾自动报警系统硬件框图
5 单片机系统 AT89C51 6 联 动 消 防 装 置 3.2 烟雾信号采集模块
图3-1中1，2，3组成烟雾数据采集模块，将现场烟雾浓度这一非电信号转化为电信号，并以数字量的形式送给单片机。 3.2.1 离子感烟传感器工作原理
离子感烟传感器是应用放射性同位素组成的火灾报警专用传感器，其传感灵敏度
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高，可靠性好，目前已经得到广泛应用。
离子感烟传感器由两个电离室组成，外电离室有空与外界相通，烟雾可进入电离室，而内电离室是密封的，烟雾不能进入。由于烟雾进入外电离室，使内外两电离室离子电流不同，传感器就输出与烟雾成正比的传感信号。
离子感烟传感器的工作原理如图3-2所示：
图3-2 离子感烟探测器工作原理图
在正常工作状态下，放射源发出的射线电离了电离室的空气，便有电流从A经B流向C，这时电离室是一个典型的电阻元件。初始条件下，在B点的电位Vb是相对稳定的，烟雾进入AB之间的检测室时，电离状态发生变化，导致AB之间的电阻阻值变化，而BC间组成的参照室因不感觉烟的存在，基本保持阻值初始状态不变，根据欧姆定律，在B点上分压值发生相应的变化，这一变化经过电路放大，做为火警信号输出，从而实现烟信号到电信号的转变。在电极之间放有α放射源241镅，由于它持续不断地放射出α射线，α粒子以高速运动，撞击空气分子，从而使极板间空气分子电离为正离子和负离子(电子)，这样电极之间原来不导电的空气具有了导电性，实现这个过程的装置我们称它为电离室。
如果在极板P1和P2间加上一个电压E，极板间原来做杂乱无章运动的正负离子，此时在电场的作用下，正负离子做有规则的运动。正离子向负极运动，负离子向正极运动，从而形成了电离电流I。施加的电压E愈高，则电离电流愈大。当电离电流增加到一定值时，外加电压再增高，电离电流也会增加，此电流称之为饱和电流Is，如图3-3所示。
电离室又可分为双极性和单极性两种.整个电离室全部α射线所照射，电离室内的空气都被电离，我们把这种电离室称为双极性电离室。
所谓单极性电离室，是指电离室局部被α射线所照射，使一部分形成电离区，而未被a射线所照射的部分则为非电离区。这样在同一个电离室内分为两个性质不同
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区域。如图3-4所示。我们把这个非电离区称为主探测区。
电离电流 I 饱和电流 图3-3 电离电流和电压的关系
外加电压 E
图3-4 单极性电离室工作原理
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一般离子感烟探测器的电离室均设计成单极性的，因为当发生火灾时烟雾进入电离室后，单极性电离室要比双极性电离室的电离电流变化大，也就是说可以得到较大的电压变化量，从而可以提高离子感烟探测器的灵敏度.在实际的离子感烟探测器设计中，是将两个单极性电离室串联起来，一个作为检测电离室(也叫外电离室)，结构上做成烟雾容易进入的型式;另一个作为补偿电离室(也叫内电离室)，做成烟粒子很难进入，而空气又能缓慢进入的结构型式.电离室采用这种串联的方式，主要是为了减少环境温度、湿度、气压等自然条件的变化对电离电流的影响，提高离子感烟探测器的环境使用能力和稳定性。
如图3-5所示：
补偿电离室 U1 开关电路 回路电压U U2 检测电离室 图3-5 检测电离室和补偿电离室示意图
当外电离室进入燃烧生成物或者烟雾时，部分正离子和负离子被吸附到燃烧生成物和烟雾颗粒上，（燃烧生成物或者烟雾要比离子大1000倍左右），所以它们在电场中的速度就比原来要慢的多，并且在移动中还有部分正负离子中和，这样到达正负极板的离子数量想对减少，即离子电流变小。烟雾数量越多，离子电流就越小。而内电离室是封闭的，无烟尘离子进入，离子电流是恒定的。内电离室与外电离室是串连的，如图3-6所示。无烟雾时，A点电位约为1/2E。若有烟雾，外电离室的离子电流减小，等效电阻增加，A点电位下降，其下降程度与烟雾数量成正比。有烟雾和无烟雾时其电位差可达1V以上。
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图3-6 离子感烟传感器等效电路图
内电离室 R1 等效电阻 R A U A 外电离室 +E +E 3.2.2 UD—02 型离子感烟传感器
UD—02 型离子感烟传感器具有灵敏度高、可靠性好，性能符合标准等特点。它有两个电子室及一个放射源（AM241）,对外有三个引出脚：A电极（接电源正端+9V）、B电极（接地）、C电极（收集电极即输出端），外形如图3-7所示。
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A 外离子室 C 内离子室 C A A B B
图3-7 UD-02型传感器
UD—02 型离子感烟传感器主要电参数：
在20±5℃近海平面清洁空气条件下，收集电极（即C电极）的平衡电位为5.0～5.6V；有烟雾时，收集电极的电位变化可达1.1～1.2V。极间电容为4PF，AM241放射源为0.81～0.99uCi；器件重量为12g,主要结构材料为不锈钢和塑料。
用电加热器加热到440～480℃时，对不同材料所产生的烟雾，其传感器收集电极电位变化1.0V时的灵敏度见表3-1所示：
表3-1 UD—02 型离子感烟传感器对烟雾灵敏度（收集电极电位变化△V＝1.0V） 燃烧材料 硅橡胶 乙烯基材料
纸烟 过滤纸 棉花
烟雾含量（mg/m26 29 115 40 56
3）
阴暗度(%)
1.0 1.1 3 1.8 2.5
3.3单片机控制中心
本设计是基于单片机的声光火灾报警器，单片机是其中的核心部件，它就像大脑一样，是设计中的枢纽。
AT89C51是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机、片内带有4K字节的FLASH
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可编程，可擦除只读存储器（EPROM），它采用了COMS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术。而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容。片内的FLASH存储器允许在系统内可改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此AT89C51是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机、可方便应用在与本次设计相关的控制领域。 3.3.1 时钟电路和工作方式
(1)时钟电路
AT89C51内部有一个由反向放大器所构成的振荡电路，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端，时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式时钟电路如图3-11所示。在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。晶体可以在1.2MHZ到12MHZ之间选择。电容值在5--30PF之间选择。电容的大小可起频率微调作用，外部方式的时钟电路如图所示，XTAL1接地XTAL2接外部振荡器。对外部振荡器信号无特殊要求。只要保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHZ的方波信号。
+5V XTAL1 XTAL2 内部方式 时钟电路 外部 振荡器 OC门 XTAL1 XTAL2 外部方式 时钟电路
图3-11 内部方式和外部方式的时钟电路
(2)省电工作方式
AT89C51有两种可用软件来选择的省电方式——空闲工作方式和掉电工作方式。这两种方式是由专用寄存器PCON（电源调制寄存器）中的PCON.1和IDL（CON.0）位来控制。PD是掉电方式位，当PD=1时，激活掉电工作方式，ILD空闲方式位，当ILD=1时，激活空闲工作方式。若PD和IDL同时为1，则先激活掉电方式。
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3.3.2 中断系统
中断技术是计算机一项很重要的技术。中断系统是指能够实现中断功能的相关硬件电路和软件程序。中断系统的功能主要为了解决快速的CPU与慢速的外设间的矛盾。有了中断系统能使计算机的功能更强、效率更高、使用更加方便灵活。
MCS—51系列单片机中，不同类型的单片机，其中断源数量不同。8051单片机的中断系统包括5个中断源、中断请求标志位（分别在特殊功能寄存器TCON和SCON中）、中断允许控制寄存器IE、中断优先级寄存器IP及内部硬件查询电路等部分。5个中断源分为2个中断优先级，可实现两级中断嵌套，IE控制CPU是否响应中断请求。由IP设置个中断源的优先级，同一优先级内的各中断源同时提出中断请求时，由内部查询电路确定其响应次序。
(1)系统的基本组成
MCS-51系列单片机有5个中断源。中断源分为2个中断优先级，即高优先级和低优先级，每个中断源的优先级都可由软件来设定。
MCS-51的中断系统由4个与中断有关的特殊功能寄存器(TCON、SCON的相关位作中断源的标志位)、中断允许控制寄存器IE、中断优先级管理(IP寄存器)和中断顺序查询逻辑电路等组成。
①中断源：MCS-51单片机有五个中断源。其中
、
为外部中断源，其中断
和
设
请求信号分别由P3.2、P3.3引脚输入，可选择低电平有效或下降沿有效(由置)。内部中断源有T0、T1溢出中断。串行口发送/接收共用一个中断源。
②中断请求标志位：有五个中断请求标志位。标志位分别为IE0、IE1、TF0、TF1、TI/RI。
③中断允许：两级串联式中断允许。EA=1,开CPU中断；开某个中断源中断时，还需将对应中断源的中断允许位(EX0、ET0、EX1、ET1、ES)置位。中断允许控制位存放在特殊功能寄存器IE中。
④中断优先级：MCS-51单片机中断分二级，即高级和低级。对于每个中断源均可通过中断优先级控制寄存器中相应位控制，当某中断源的优先控制位置“1”时，该中断源设置为高级，否则为低级。对于同级中断源，由内部硬件查询逻辑来确定响应次序。
⑤中断源的入口地址：不同中断源均有不同的中断矢量，当某中断源的中断请求被CPU响应之后，CPU将通过硬件自动地把相应中断源的中断入口地址(又称中断矢量地址)装入PC中，即从此地址开始执行中断服务程序。因此，使用时一般在此地址单
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元中存放一条跳转指令，当CPU响应中断时，使单片机自动执行相应入口地址的跳转指令，然后再通过该跳转指令跳至到用户安排的中断服务程序的入口处。MCS-51单片机各中断源的矢量地址是固定的。中断源的入口地址分别为：
外部中断0中断： 0003H 最高级
TO定时器0中断： 000BH
外部中断1中断： 0013H
T1定时器1中断： 001BH 串行口输入/输出中断： 0023H 最低级 (2)中断控制部分的功能
8051单片机中断控制部分由4个专用寄存器组成，他们的功能分述如下： ①中断请求标志寄存器。
5个中断源的中断请求标志位以及定时器/计数器的控制位，均设置在定时控制寄存器TCON和串行口控制寄存器SCON中。
②中断开放和屏蔽
MCS-51单片机中，设有一个专用寄存器IE（称为中断允许寄存器）。其作用是用来对各中断源进行开放或屏蔽的控制。
③中断优先级设定
MCS-51单片机的中断分为2个优先级，每个中断源的优先级都可以通过中断优先级寄存器IP中的相应位来设定。
④中断管理
受IP寄存器控制，CPU将各中断源的优先级分为高低2级，并遵循以下2条基本原则：
1)低优先级中断源可以被高优先级中断源中断，反之不能。 2)一种中断一旦得到响应，与它同级的中断不能再中断它。
3)当CPU同时收到几个同一优先级的中断请求时，按自然优先级顺序确定应该响应哪个中断请求；其自然优先级由硬件形成，排列如下：
中断源 同级自然优先级 外部中断0 最高级 定时器0中断 外部中断1 18
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定时器1中断 串行口中断 最低级 ⑤中断相应的阻断
在中断处理过程中，若发生下列情况，中断相应会受到阻断： 1)同级或高优先级的中断正在进行；
2)现在的机器周期不是执行指令的最后一个机器周期，即正在执行的指令还没完成前不响应任何中断；
3)正在执行的是中断返回指令RETI或是访问专用寄存器IE或IP的指令。CPU在执行RETI或读写IE或IP之后，不会马上相应中断请求，至少要在执行其它一条指令之后才会响应。
若存在上述任一种情况，中断查询结果就被取消。 ⑥中断处理过程
中断处理过程分为三个阶段，即中断响应、中断处理和中断返回。由于不同的计算机有不同的中断系统硬件结构，其中断相应的方式也有所不同。8051单片机的中断响应与中断返回由CPU硬件自动完成，而中断处理由软件完成。它们的详细过程在此就不赘述。
3.3 声光报警模块
数码显示部分选用BS212共阴数码管，报警电路选用一片KD9561及放大器、扬声器来构成。 3.3.1 声音报警电路
声音报警电路在单片机P2口的控制下，可以在检测到火灾时发出声音报警信号。声音信号由专门的语音芯片PB2130UP002A提供，由单片机的P2.0控制。只有当该信号为高电平时，芯片才会根据控制端的控制信号发出报警声，否则不会发声报警。由于该报警器约需10mA的驱动电流，因此，选择TTL系列集成电路7406或7407低电平驱动。
如图3-12所示。
图中3-12中，驱动器的输入端接AT89C51的P2.0，当P2.0输出高电平“1”时，7406的输出为低电平，使压电蜂鸣器引线获得将近5V的直流电压，而产生蜂鸣音响；当P2.0端输出低电平“0”时，7406输出端升高到约+5V，压电蜂鸣器的两引线间的
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直流电压降至接近于0V，发音停止。
图3-12 声音报警接口
3.3.2 LED显示器
由P2口的P2.4~P2.7分别控制BS212共阴数码管，予以进行光报警并显示着火的房间号。LED是发光二极管的缩写。通常所说的LED显示器由7个发光二极管组成，其排列形状分别如图3-13和3-14所示。
LED显示器中发光二极管有两种接法，分别是共阴极接法和共阳极接法。本设计中选用的是BS212共阴数码管，故在此只谈共阴极接法——把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。七段发光二极管，加上一个小数点位，共计八段。因此，提供给LED显示器的字型代码正好一个字节。各位代码的关系如表3-2所示：
表3-2 各位代码的关系
代码位 显示段
D7 dp
D6 g
D5 f
D4 e
D3 d
D2 c
D1 b
D0 a
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图3-13 符号和引脚 图3-14 共阴极LED显示器
用LED显示器显示十六进制数的字型代码如表3-3所示。
表3-3 十六进制数字行代码表
字型 共阴极 字型 共阴极
0 3F 8 7F
1 06 9 6F
2 5B A 77
3 4F B 7C
4 66 C 39
5 6D D 5E
6 7D E 79
7 07 F 71
灭 00
3.4 电源系统设计
电源系统设计在实际开发单片机应用系统中占有很重要的位置。由于很多实际应用系统工作环境比较复杂，所以电源设计就有很高的要求，既要稳定，又要有很高的抗干扰能力。对于要求较高的系统，通常电源选择比较可靠的专业厂家设计的稳压电源系统。本章的电源系统，选择稳压的电源，然后通过电源检测控制部分电路连接到主板的电源系统。
单片机检测到火灾信息后，应该能够自动切断主电源，所以该系统的电源设计要求具有备用电源。另外，电源检测控制部分电路还要连接到电池上，一旦发生断电现象，电源检测控制部分电路要及时地切换到电池上，并且报告故障。通常，把稳压电源成为主电，电池成为备电。
由于火灾自动报警系统的连线要求是24V电压，所以电源系统选择的是能输出24V和5V的稳压电源模块以及24V备电电池。
综上所述，电源系统设计主要是设计电源检测控制部分电路，其要完成的任务如下：
(1)检测电源部分电压情况并及时报告故障。 (2)检测电池部分电压情况并及时报告故障。
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(3)如果主电路发生故障，及时切换到备电且不能影响CPU正常工作。 (4)根据第3点的要求，需要在电源检测控制部分电路上设计储电部分，通常采用几个大容量的电解电容并连到5V电压上即可。
(5)具有将备电电池24V电压降到5V电压的电路。 电源电路板设计图如图3-17所示。
+24V主电采样 DC 备电+24V LM2576T-5.0 图3-17 电源电路板设计图
地线 输出+5V 输出+24V +5V主电采样 主电+24V +24V备电采样 3.5 消防联动装置
消防联动装置的设计在火灾自动报警系统的总体设计中占据了重要的位置。本设计中的消防联动装置用的是电磁阀控制，其工作原理简单，操作简单，经济实用。装置具体见图3-18所示。
用单片机AT89C51控制24V直流电磁换向阀运动，信号通过单片机端口送出，经三极管的开关放大作用，接直流固态继电器，然后接负载，因为电磁阀是感性负载，其两端并联一个二极管。
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图3-18 消防联动装置
由于本设计中，消防联动装置的设计仅仅是设计的一部分，使用在特定环境时，其各项参数都不是恒定的值，但是工作原理大同小异，所以具体的电阻值及元件型号不用选定。在实际工程应用中，应根据情况再做变化。
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第四章 系统软件设计
4.1 主程序设计
主程序主要用来进行初始化，设置8243的口地址及控制字，并对检测结果进行核对、控制。其流程图如图4-1所示。
初始化 N 指向第一片8243P4口 有警否？ Y 调读数子程序 调用核对程序 N 有警否？ Y 调核对程序 口地址加1 调读数子程序 N 有警否？ Y 调用核对程序 口地址加1 调读数子程序 N 有警否？ Y 调核对子程序 N 指向第二片8243 读完否？ 口地址加1 Y 调读数子程序
图4-1 火灾报警系统的主程序流程
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4.4 查找报警点子程序
查找报警点子程序要完成三项任务：第一项任务是判断当前读的是8243四个口中的哪一个；第二项任务是判断这个口所在的片；第三项任务是判断这个口有哪几个点不为零。定义为PX.0～PX.4（X=4～7）。程序流程如图4-4所示。
根据流程图编程如下所列。
Y 是PX.1否 ? N 02H （R4） 取有报警口控制字 N 是P4口否？ Y 00H （R2） 调显示 调显示 01H （R4） Y 是PX.0否 ? N 是PX.2否 ? Y 03H （R4） N N 是P5口否？ Y 04H （R2） N 是P6口否？ Y 08H （R2） 00H （R3） Y 调显示 N 是第一片8243否？ N 是PX.3否 ? Y 04H （R4） 16H （R3） N 是P7口否？ Y 12H （R2） N Y 是第二片8243否？ 返回 调显示
图4-4 查找报警点子程序流程图
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4.5 显示及报警子程序
显示及报警子程序主要用于对所查找的报警点进行显示报警，其程序流程如图4-5所示。
计算报警点地址 置循环设计初值 显示高位数码 延时 显示低位数码 延时 N 循环显示完 否？ Y 返回 图4-5-1 显示及报警子程序
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总结
本文所设计的基于AT89C51单片机的火灾自动控制系统，是以宾馆、商场等人员密集且有较多易燃物的场所为设计对象的。本文在该系统的研究和设计中主要作了：系统硬件设计、系统软件设计等具体工作。在设计过程中，我遇到的最大的困难在于对传感器的选择和联动消防装置的设计。本人所学的专业是机电一体化，在专科阶段对传感器的接触很是有限，理论知识尚很欠缺，联动消防系统的设计是一个边缘交叉学科，属于自动化专业和土木建筑方向的建筑消防专业共同研究的内容。因此，在本设计中对联动消防装置的设计很是粗浅。毕业设计的全过程，在闫鲁超老师的耐心教导下，在同学的帮助下，都将难题逐一解决在本次设计中，由于采用了新型离子感烟传感器以及与之相配套的专用集成电路，输出的是开关量信号，省去了A/D转换这个看似必有的环节，使得本系统与传统的火灾自动报警系统有着很大的不同。从整体性能上看，配置更加优越、技术更为先进、操作更为方便，且扩展性能良好。当然，在工程设计与现场装配中，还是有一些问题有待今后进一步的研究、探讨和实现。如系统硬件设计方面、系统电路设计方面、系统软件设计方面。火灾自动报警控制系统的设计对减少人员伤亡，降低财产损失有着不容忽视的意义
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参考文献：
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致谢
非常感谢闫鲁超老师，在我毕业设计阶段给自己的指导，从选题、构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导，使我得以最终完成毕业论文设计。在学习中，老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！
感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在大学生活即将结束的最后的日子里，我们再一次演绎了团结合作的神话，把一个从来没有上手的课题，圆满地完成了。正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到了知识以外的东西，那就是团结的力量，感谢你们！
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