室内环境烟雾测控系统设计

为了提高对单片机的认识和了解，尤其是对烟雾传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用广泛和典型的原则而设计了本系统。

本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这烟雾报警系统。

目前，随着国内经济发展的需要，各大中城市都侧重于兴建大型豪华宾馆酒店办公楼购物商场等公共场所，在定程度上，就加大了防火灭火的困难，迫切需要在智能建筑中设计套火灾自动报警系统。

火灾自动报警系统探测火灾隐患，肩负安全防范重任，是智能建筑中建筑设备自动化系统的重要组成部分。

智能建筑中的火灾自动报警系统设计首先必须符合火灾自动报警系统设计规范的要求，同时也要适应智能建筑的特点，合理选配产品，做到安全适用技术先进经济合理。

火灾自动报警系统有区域报警系统，集中报警系统和控制中心报警系统三种基本形式，具体采用何种报警，可根据工程建设规模，保护对象的性质，区域划分和消防管理机构等因素综合分析后确定。

本设计采用集中报警系统，将所监视的若干区域内的传感器输入的电压信号，以声光形式显现出来，将着火区域和该区域的具体着火部位显示在屏幕上。

随着人们对火灾初期特征研究和火灾探测技术研究的不断深入，些发达国家对早期火灾探测报警技术的研究与产品开发十分重视。

早在世纪年代，日本美国英国瑞士德国澳大利亚等国家就开始投入大量的科研经费科技力量进行技术研究和产品开发。

对于易燃易爆场所，旦爆炸起火，火势蔓延速度之快，难以控制等特点，人们开发研制了在火灾爆炸事故之前，从可燃气体浓度方面进行故障和火灾爆炸危险性等方面预测的线型可燃气体探测报警系统。

它采用光学原理利用不同气体在光谱特性的差别进行气体浓度探测，从根本上解决了点型可燃气体传感元件中毒稳定性差寿命短等缺陷，用于大面积可燃气体探测报警时，性能价格比较高，其原理可扩展用于其他场所气体泄漏的监测。

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。

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。

而各种单传感器提供的火灾信息均混杂非火灾信息，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。

成熟的产品有温烟复合型智能火灾探测报警系统，并已用于实际工程。

本课题采用气敏传感器单片机实现对空气中烟雾浓度进行实时测量，通过数码管实时显示。

本课题设计了人机对话环节，通过键盘来根据具体情况设定空气中气体浓度的上限值，当检测环境中的烟雾浓度时，气体浓度超过阈值时，通过声光报警功能，来提示可能存在的危险情况，并打开通风风扇来降低危险的发生。

而且这气敏传感器对其他危险气体也有效，可以用与检测煤气甲烷等气体的能力。

目前烟雾报警器的普及率还很低，但它确是今后重要的安全仪器之。

本方案所设计的烟雾浓度测量报警装置是应用于居民家庭和企事业单位对烟雾浓度的实时监控和报警，它可大大降低由烟雾所引起的中毒火灾爆炸等事故的发生率。

本报测量式和外部振荡方式。

本次设计采用内部振荡方式。

在引脚和外接晶体振荡器简称晶振或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。

由于单片机内部有个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。

内部振荡方式的外部电路如图所示。

在此方案中，两电容器容量为，两电容起稳定振荡频率快速起振的作用。

晶振频率的典型值为，采用的情况也比较多。

此种振荡方式所得的时钟情号比较稳定，实用电路中使用较多。

晶振电路时为系统提供基本的时钟信号。

引脚和与晶体振荡器及电容按图所示方式连接。

晶振电容片内与非门作为反馈放大元件构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容的容量有关，但主要是由晶振频率决定。

本设计中采用作为系统的外部晶振。

电容取值为。

图时钟电路看门狗电路设计在设计中，为了防止程序的跑飞，采用了在工业监控系统和微处理器中已得到广泛应用的看门狗电路，它可以有效的防止程序的跑飞，并自动将系统恢复正常工作状态。

当外来干扰导致数据总线总线或控制总线上的数字信号错乱时，将引发系列的后果，特别是程序指针计数器值受干扰而改变时，将引起程序跑飞，使系统出现死机或其他些不可预知的情况。

看门狗电路的设计可以采用硬件看门狗和软件看门狗两种方法，硬件看门狗采用冷启动，而软件看门狗采用热启动，从可靠性角度来说，硬件看门狗的可靠性比软件看门狗的可靠性要强，所以在本次设计中采用硬件看门狗电路。

硬件看门狗可采用的芯片也有好多种，如等等，本次设计采用的是。

是美国公司生产的低价格单片机监控电路。

它减少了在微处理器系统中采用分离元件来实现监控功能所用的元器件数量和复杂性，并能提高系统的可靠性和准确性。

它除有看门狗作用以外，还有电源电压检测和上电手动复位的功能。

在图中，芯片的用于监测电源电压，如果端输入的与电源电压成正比的电压低于，则端输出为低电平，这个负脉冲可以作为微处理器的中断脉冲，但由于本次设计在掉电后没有什么需要保护的数据，所以此功能没用。

看门狗电路监测着单片机的状态。

如果单片机在秒之内没有触发看门狗输入端并且端不是处于三态状态，那么将变为低电平。

旦信号产生或者输入为三态，看门狗定时器就会被清零且不计数。

除非信号消失而且端置为高电平或者低电平即不是处于高阻状态，看门狗定时器又将开始计数。

图看门狗电路原理图在本方案中的接口电路如图所示。

在图中，电阻和分压产生电源门限值。

当此脚的电压低于时，即电源电压低于额定值时，将产生个脉冲信号，可以用于向单片机发出中断，使完成应急处理。

在软件的编制中，每次程序通过定时器中断对的位操作向的看门狗输入端输入个负脉冲。

如果程序出现跑飞现象，程序将不能正常运行，这个定时发出的脉冲也得不到保障。

当单片机超过秒未向的看门狗输入端发脉冲信号，内部的定时器将会强制将拉到低电平，这个低电平通过产生复位信号。

单片机复位后从初始状态开始运行，从而保证系统的可靠性，起到了看门狗的作用。

转换电路设计转换电路的主要作用是将型烟雾传感器采集得到的模拟电压信号转换为单片机可识别的数字信号，然后才能用单片机进行各种处理，可以采用的转换器有很多种，有串行转换器，和并行转换器，有位的位的等等，本次设计考虑到适用性原则采用位并行转换器。

的介绍是带有位转换器路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的组件。

它是逐次逼近式转换器，可以和单片机直接接口。

的内部逻辑结构由个路模拟开关个地址锁存与译码器个转换器和个三态输出锁存器组成。

多路开关可选通个模拟通道，允许路模拟量分时输入，共用转换器进行转换。

三态输出锁器用于锁存转换完的数字量，当端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

引脚结构条模拟量输入通道对输入模拟量要求信号单极性，电压范围是，若信号太小，必须进行放大输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。

地址输入和控制线条为地址锁存允许输入线，高电平有效。

当线为高电平时，地址锁存与译码器将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。

，和为地址输入线，用于选通上的路模拟量输入。

通道选择表如下表所示。

表通道选择表数字量输出及控制线条为转换启动信号。

当上跳沿时，所有内部寄存器清零下跳沿时，开始进行转换在转换期间，应保持低电平。

为转换结束信号。

当为高电平时，表明转换结束否则，表明正在进行转换。

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。

，输出转换得到的数据，输出数据线呈高阻状态。

为数字量输出线。

为时钟输入信号线。

因的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为为参考电压输入。

应用说明内部带有输出锁存器，可以与单片机直接相连。

初始化时，使和信号全为低电平。

送要转换的哪通道的地址到端口上。

在端给出个至少有宽的正脉冲信号。

是否转换完毕，我们根据信号来判断。

当变为高电平时，这时给为高电平，转换的数据就输出给单片机了。

为转换启动信号。

当上跳沿时，所有内部寄存器清零下跳沿时，开始进行转换在转换期间，应保持低电平。

为转换结束信号，当为高电平时，表明转换结束否则，表明正在进行转换。

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。

，输出转换得到的数据，输出数据线呈高阻状态。

为数字量输出线。

为时钟输入信号线。

因的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由选择的通道外界提供，通常使用频率为。

，为参考电压输入。

接口电路设计在本次设计中的接口电路连接图如图所示，将单片机的位数据线接到的位数据线，把的根地址线直接接地以确定通道号，此次设计中采用是用通道作为模拟信号输入端，所以将三位地址线直接接地。

在此次采用的方式中，的转换结果寄存器在概念上定位为单片机外部单元的只读寄存器，而通道号锁存器在概念上定位为单片机同个外部单元的只写寄存器。

同个外部单元的只读寄存器与只写寄存器使用同个地址，就像系列单片机的串行发送缓冲器与串行接收缓冲器使用同个地址样，不会发生混乱。

采用这种连接方式有个特点，那就是单片机要把最低位二进制数据通过数据总线写的地址锁存器，然后作为通道地址使用。

图转换接口电路显示电路设计显示电路可以采用显示显示或者指针式显示种方案，指针式显示在本次设计中存在指示不准确的缺点在前面已做过介绍。

同时又考虑到显示亮度大，在夜晚很方便而且价格便宜，所以本次设计采用显示。

显示又有动态显示和静态显示两种方案可供选择，它们各有