第 1 頁(yè) 共 59 頁(yè) 第一章 緒 論 題 來(lái)源及背景 火災(zāi)和煤氣泄漏是世界上發(fā)生頻率較高的災(zāi)害，幾乎每天都有火災(zāi)或煤氣泄漏事件發(fā)生，一旦發(fā)生火災(zāi)和煤氣泄露，將對(duì)人的生命財(cái)產(chǎn)造成極大的危害，于是人們開始尋求一種預(yù)先發(fā)現(xiàn)災(zāi)害的方法，以便控制和撲滅火災(zāi)，減少損失，保障生命安全。安保系統(tǒng)就是為了滿足這一需求而研制出來(lái)的，并越來(lái)越被人們所接受，其自身技術(shù)水平也隨著人們需求的不斷提高，在功能、結(jié)構(gòu)、形式等方面不斷地完善。 內(nèi)外安保系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展情況 用安保系統(tǒng)的發(fā)展歷程 家用安保系統(tǒng)，從發(fā)展過程來(lái)看，大 體可分為三個(gè)階段 : 第一階段為多線型安保系統(tǒng)，每個(gè)探測(cè)電路除需提供兩根電源線外，還需要提供一根報(bào)警信號(hào)線，探測(cè)電路電源由報(bào)警系統(tǒng)提供，探測(cè)電路的信號(hào)線均連接到報(bào)警顯示盤上，報(bào)警時(shí)點(diǎn)亮相應(yīng)的指示燈，如日本“日探”公司生產(chǎn)的 災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。此類系統(tǒng)的功能一般以報(bào)警為主，輔以一些簡(jiǎn)單的聯(lián)動(dòng)功能 (也為多線制 )，如驅(qū)動(dòng)警鈴等，其報(bào)警器隊(duì)外圍探測(cè)電路，無(wú)故障檢測(cè)功能，只會(huì)對(duì)電源線的斷線作出故障反應(yīng)，安裝此類系統(tǒng)比較繁鎖，特別是校線工作量較大。 第二階段為總線型安保系統(tǒng)，已采用微處理器控制。其線制一般為四線制、三線制、二線制。探測(cè)電路和模塊通過總線與控制器實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳送。其探測(cè)電路的輸出形式為開關(guān)量，它的靈敏度在制造時(shí)，通過硬件決定，不可調(diào)整。此類系統(tǒng)可通過各種模塊對(duì)各聯(lián)動(dòng)設(shè)備實(shí)行較復(fù)雜的控制。此類系統(tǒng)已具有系統(tǒng)自檢以及對(duì)外圍器件的故障檢驗(yàn)等功能，但對(duì)故障類型不能區(qū)分。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)大多數(shù)為此類產(chǎn)品。由于此類產(chǎn)品具有先進(jìn)的報(bào)警和控制功能施工、安裝較為方便，且價(jià)格較低，己被大量使用。 第三階段為智能型安保系統(tǒng)，由于采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，傳感器輸出信號(hào)的調(diào)理具有智能性，其智能化程度大大提高。探測(cè)電路的 輸出形采用模擬量，并可通過軟件對(duì)其靈敏度根據(jù)使用場(chǎng)合、時(shí)間進(jìn)行設(shè)定和調(diào)整，可設(shè)定白天、夜間、休息日不同靈敏度。對(duì)探測(cè)電路的使用環(huán)境參數(shù)變化較大的所，靈敏度設(shè)定相對(duì)低一些，對(duì)環(huán)境較穩(wěn)定或一些重要的場(chǎng)所，靈敏度設(shè)定相高一些，這一功能可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性，減少誤報(bào)。 用安保系統(tǒng)在國(guó)外的發(fā)展情況 國(guó)外一些較發(fā)達(dá)的國(guó)家，具有火災(zāi)及煤氣泄漏預(yù)防、報(bào)警、撲救、善后處理等比較 第 2 頁(yè) 共 59 頁(yè) 完善的消防體系。政府每年都要撥出大筆資金用于消防設(shè)備更新、人員培訓(xùn)以及消防設(shè)施維護(hù)。德國(guó)、日本、美國(guó)等國(guó)家就采用計(jì)算機(jī)與用戶終端 的傳感器或者用戶終端信號(hào)采集器相連，對(duì)火災(zāi)及煤氣泄漏自動(dòng)報(bào)警設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控以及故障遠(yuǎn)程傳輸。例如：美國(guó)、加拿大、英國(guó)、澳大利亞、日本等國(guó)家在建設(shè)和應(yīng)用城市火災(zāi)及煤氣泄漏自動(dòng)報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)方面均有可供借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)。他們將自動(dòng)火災(zāi)及煤氣泄漏報(bào)警作為公共報(bào)警手段接入監(jiān)控系統(tǒng)，并有效運(yùn)行多年，使消防指揮中心能夠快速準(zhǔn)確判斷危害地點(diǎn)、類型，并調(diào)度消防部隊(duì)迅速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，自動(dòng)報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)在此起到了很大的作用。此外，這些國(guó)家在監(jiān)控系統(tǒng)管理方面比較規(guī)范，專門成立一個(gè)監(jiān)控服務(wù)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的責(zé)任是保證火災(zāi)及煤氣泄漏報(bào)警數(shù)據(jù)通信暢通 ，為用戶服務(wù)，對(duì)用戶負(fù)責(zé)，同時(shí)向消防部隊(duì)傳送可靠的報(bào)警信息，而消防部門的主要責(zé)任是對(duì)此類服務(wù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行資質(zhì)審查及監(jiān)督管理。這種管理運(yùn)作方式已經(jīng)取得了良好的效果。 用安保系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況 我國(guó)火災(zāi)及煤氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)起步較發(fā)達(dá)國(guó)家晚幾十年，從上世紀(jì) 70 年代我國(guó)才開始研制生產(chǎn)火災(zāi)及煤氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品。進(jìn)入 80 年代后，國(guó)內(nèi)主要廠家也多是模仿國(guó)外產(chǎn)品，或是引進(jìn)國(guó)外技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，沒有真正意義上的核心技術(shù)，并且市場(chǎng)也剛剛開始發(fā)育。火災(zāi)及煤氣泄漏報(bào)警產(chǎn)品真正發(fā)展是在 90 年代以后，隨著政府逐漸開放國(guó)門，國(guó)外 企業(yè)開始大量進(jìn)入中國(guó)消防市場(chǎng)，帶來(lái)先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)也促進(jìn)了市場(chǎng)的成熟。這時(shí)期，我國(guó)生產(chǎn)火災(zāi)及煤氣泄漏報(bào)警產(chǎn)品的企業(yè)也得到了快速發(fā)展，部分企業(yè)進(jìn)行了合資生產(chǎn)、技術(shù)合作，取得了不菲的成績(jī)，也造就了現(xiàn)今市場(chǎng)上許多有實(shí)力的商家，部分技術(shù)已接近或趕上了國(guó)際水平。 題研究?jī)?nèi)容及意義 題研究?jī)?nèi)容 本文設(shè)計(jì)的家用安保系統(tǒng)是以 片機(jī)作為控制中心，接受、處理火災(zāi)和煤氣泄露探測(cè)電路輸出的報(bào)警信號(hào)并進(jìn)行聲音報(bào)警，同時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的輔助控制等任務(wù)。本論文一共分為四部分介紹。第一部分是緒論；第二部分是 系統(tǒng)簡(jiǎn)介；第三部分是家用安保系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，分別介紹傳感器電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)機(jī)控制電路、聲音報(bào)警控制電路、排氣控制電路，溫度顯示電路以及小區(qū)聯(lián)動(dòng)等；第四部分是家用安保系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，介紹各部分軟件流程及整體軟件設(shè)計(jì)；第五部分是結(jié)論與展望。 題研究意義 家用安保系統(tǒng)是將探測(cè)與報(bào)警并加以控制處理的系統(tǒng)。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)及煤氣泄 第 3 頁(yè) 共 59 頁(yè) 漏隱患并報(bào)警，家庭住宅已采用家用安保報(bào)警系統(tǒng)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，住宅對(duì)火災(zāi)報(bào)警和煤氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)提出了更高的要求。家用安保系統(tǒng)己成為家庭住宅中必不可少的保安裝置 。因此，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用的家用安保系統(tǒng)有著防止和減少火災(zāi)危害、保護(hù)人身安全和財(cái)產(chǎn)安全的重要意義。 第 4 頁(yè) 共 59 頁(yè) 第二章 系統(tǒng)方案 論證 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是基于單片機(jī)的家用安保系統(tǒng)，就是利用傳感器對(duì)所需要的模擬信號(hào) (溫度、氣體信號(hào) )進(jìn)行采集，并用 A/D 轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)變成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，再由單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理，并向控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào) (顯示與報(bào)警等 )，同時(shí)可用數(shù)字鍵盤設(shè)置溫度報(bào)警和煤氣泄露報(bào)警等級(jí)等。系統(tǒng)方案論證如下： 述 使用家用安保系統(tǒng)的目的就是及早報(bào)告火災(zāi)及煤氣泄漏的發(fā)生，從而迅速有效的控制火災(zāi)及煤氣泄漏， 把損失降到最低。而通常設(shè)計(jì)的安保系統(tǒng)存在以下問題： 例分別為 31和 27 。而造成上述問題的罪魁禍?zhǔn)拙褪怯捎谌狈σ?guī)范、統(tǒng)一的通訊標(biāo)準(zhǔn)。 報(bào)現(xiàn)象也是目前主要存在的問題，環(huán)境中各種因素，如：靜電、灰塵顆粒、氣流、殺蟲劑、磁場(chǎng)、氣溫劇烈變化、水蒸氣等都會(huì)與火災(zāi)及煤氣泄漏發(fā)生時(shí)的狀況接近，從而使安保設(shè)備發(fā)生誤判而報(bào)警。 針對(duì)以上這些問題，能夠?qū)?zāi)情做出快速、精確探測(cè)和有效控制是目前急需解決的問題，所以本課題的目標(biāo)是：設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)單實(shí)用、 抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高的家用安保系統(tǒng)。 統(tǒng)方案分析 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)的家 用安保系統(tǒng)包括探測(cè)電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、顯示電路、聲音報(bào)警電路、鍵盤電路、排氣電路等，下面將對(duì)各部分電路進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。 一、探測(cè)電路 探測(cè)電路用于對(duì)住宅空間內(nèi)各區(qū)域的火災(zāi)信號(hào)及煤氣泄漏信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，傳感器就是能感知環(huán)境中此類信號(hào)參數(shù)的器件，也是構(gòu)成探測(cè)電路的核心器件。探測(cè)火災(zāi)信號(hào)的傳感器目前主要有氣敏型、感溫型、感煙型、感光型、感聲型五大類。由于建筑結(jié)構(gòu)和功能的多元化，為了準(zhǔn)確、及時(shí)地探測(cè)火災(zāi)，并進(jìn)行報(bào)警 ，對(duì)火災(zāi)探測(cè)元件提出了更高的要求。選擇火災(zāi)探元件器時(shí)必須充分考慮火災(zāi)探測(cè)元件的性能、建筑空間形狀、火災(zāi)特點(diǎn)和可能發(fā)生的危險(xiǎn)。 對(duì)于普通可燃燒物質(zhì)的表現(xiàn)形式，首先是產(chǎn)生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣供應(yīng)充分的條件下，才能達(dá)到全部燃燒，產(chǎn)生火焰，并散發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度升高（起火過程曲線如圖 2示）。 第 5 頁(yè) 共 59 頁(yè) 圖 2火過程曲線 如圖 2示，起火過程中，總是前兩個(gè)階段所占有的時(shí)間比較長(zhǎng)，這是燃燒的開始階段。如果要把火災(zāi)損失控制在最小限度，保證人身不受傷亡，那么火災(zāi)的探測(cè)元 件就應(yīng)該從此階段開始進(jìn)行探測(cè)為宜。因此，結(jié)合設(shè)計(jì)的實(shí)際需要，選擇感溫傳感器。本系統(tǒng)中，對(duì)各類感溫傳感器進(jìn)行比較后，根據(jù)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的實(shí)際情況出發(fā)，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)選擇了由 司生產(chǎn)的集成電路溫度傳感器 目前，用于檢測(cè)氣體成分的方法很多，常見的檢測(cè)氣體的方法有電化法、光學(xué)法、電氣法。氣敏傳感器主要是利用物理效應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)等機(jī)理制作而成。主要分類有半導(dǎo)體式、 固體電解質(zhì)式、電化學(xué)式和接觸燃燒式。 半導(dǎo)體電阻式氣敏傳感器是目前廣泛應(yīng)用的氣敏傳感器之一。它是利用金屬氧化物半導(dǎo)體與氣體接觸時(shí)，材料的電導(dǎo)率發(fā)生變化 的原理來(lái)制作的。 固體電解質(zhì)氣敏傳感器則是利用被測(cè)氣體在敏感電極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所生成的離子通過固體電解質(zhì)傳遞到參比電極，使電極間產(chǎn)生的電位隨氣體分壓而變化的原理來(lái)對(duì)氣體進(jìn)行檢測(cè)的。 電化學(xué)式氣敏傳感器是利用電極和電解質(zhì)組成的電池中，氣體與電極進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，從而使兩極間輸出的電流或電壓隨氣體濃度而變化的原理制作的。 燃燒式氣敏傳感器是基于強(qiáng)催化劑使氣體在其表面燃燒時(shí)產(chǎn)生熱量，而使貴金屬電極電導(dǎo)隨氣體濃度發(fā)生變化來(lái)對(duì)氣體進(jìn)行檢測(cè)的。 比較上述四類氣敏傳感器，半導(dǎo)體傳感器以其易于實(shí)現(xiàn)集成化、微型化靈敏度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，一直引起世 界各國(guó)科學(xué)家的重視和興趣。由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，以半導(dǎo)體傳感器為代表的各種固態(tài)傳感器相繼問世。這類傳感器主要是以半導(dǎo)體為敏感材料，在各種物理量的作用下引起半導(dǎo)體材料內(nèi)載流子濃度或分布的變化，通過檢測(cè)這些物理特性的變化，即可反應(yīng)被測(cè)參數(shù)值。它與各種結(jié)構(gòu)型傳感器相比，具有如下特點(diǎn)： 第 6 頁(yè) 共 59 頁(yè) 由于傳感器是基于物理變化的，因而沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件，可以做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、微型化； 靈敏度高，動(dòng)態(tài)性能好，輸出為電量； 采用半導(dǎo)體為敏感材料易于實(shí)現(xiàn)傳感器集成化、智能化； 功耗低，安全可靠。 本系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際應(yīng) 用需要選擇國(guó)產(chǎn)的 氣敏 傳感器來(lái)探測(cè)氣體的濃度。 二、 A/D 轉(zhuǎn)換電路 采集的溫度信號(hào)是模擬信號(hào)，需 轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號(hào)才能輸入單片機(jī)以識(shí)別。 A/D 轉(zhuǎn)換器是通過一定的電路，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的裝置，它是數(shù)據(jù)采集通道中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是信號(hào)轉(zhuǎn)換的一種主要方式。 A/D 轉(zhuǎn)換器種類很多，目前應(yīng)用廣泛的主要有 3 種，逐次逼進(jìn)式、雙積分式和 V/F 變換式。其轉(zhuǎn)換原理各不相同，本系統(tǒng)選擇逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器，其是使用最多的一種 A/D 轉(zhuǎn)換方法。逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器主要包含 D/較器、輸出鎖存器、移位寄存器和控制 邏輯等部分。其主要原理是，將輸入的待轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào) 一個(gè)推測(cè)信號(hào) 比較，根據(jù)推測(cè)信號(hào)大于還是小于輸入信號(hào)來(lái)決定需要增大還是減小該推測(cè)信號(hào)，以便逐步向輸入模擬信號(hào)逼近。推測(cè)信號(hào)由D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出獲得，當(dāng)推測(cè)信號(hào)與模擬信號(hào)相等時(shí)，向 D/A 轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字量就是對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)的數(shù)字量。 目前，中外廠家已生產(chǎn)出位數(shù) (如 8 位、 10 位、 12 位、 14 位、 16 位，直到 24 位不同的各種型號(hào)的 A/D 轉(zhuǎn)換器，本系統(tǒng)中選用了由美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的低功耗 8 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。 三、控 制芯片的確定： 在智能系統(tǒng)中，控制芯片起到核心的作用，它就像人的大腦一樣，控制身體的各個(gè)器官的工作。在智能系統(tǒng)中，模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示、鍵盤設(shè)定和報(bào)警等都要受到它的控制，目前，市場(chǎng)上的單片機(jī)種類很多，有 8 位、 16 位、 32 位的；有 司生產(chǎn)的，有 司生產(chǎn)的，也有 司生產(chǎn)的等等。不同的產(chǎn)品具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，從價(jià)格、性能、實(shí)際情況等諸多方面考慮，本次設(shè)計(jì)選擇了由 司生產(chǎn)的 片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心。 四、顯示電路 顯示電路的功能是將采集到的溫度數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)的形式直 觀低顯示出來(lái)，同時(shí)在鍵盤設(shè)定狀態(tài)下，顯示當(dāng)前設(shè)定的數(shù)值。本次設(shè)計(jì)采用 8 段 示器構(gòu)成顯示電路。 五、鍵盤電路 鍵盤是智能系統(tǒng)的輸入設(shè)備，它是向人們提供通道來(lái)控制智能系統(tǒng)的工作。在本系統(tǒng)中用于設(shè)置溫度上限報(bào)警和室內(nèi)煤氣濃度報(bào)警等級(jí)。實(shí)際應(yīng)用中，有單按鍵組成的鍵盤和矩陣按鍵組成的鍵盤，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，單按鍵電路簡(jiǎn)單，但不便于人們使用，而 第 7 頁(yè) 共 59 頁(yè) 矩陣按鍵比較直觀易懂，特別適合民用。因此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的鍵盤采用 34 矩陣鍵盤 。 六、聲音報(bào)警電路 聲音報(bào)警電路的功能是當(dāng)室內(nèi)發(fā)生災(zāi)情時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音來(lái)提醒人們采 取相應(yīng)措施來(lái)解決災(zāi)情。 七、排氣電路 拍氣電路通過啟動(dòng)排氣扇來(lái)排出當(dāng)室內(nèi)發(fā)生災(zāi)情時(shí)室內(nèi)泄露的煤氣，以及降低火災(zāi)釋放出的溫度和煙霧濃度。 統(tǒng)方案確定 方案選擇的好壞，影響系統(tǒng)的性能、成本、可靠性等多方面因素。根據(jù)上述方案的分析，添加小區(qū)聯(lián)動(dòng)，以 控制核心實(shí)現(xiàn)所要求功能的小型智能家用安保系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計(jì)框圖如圖 2示： 圖 2統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)框圖 單片機(jī)控制系統(tǒng) 聲音報(bào)警電路 火災(zāi)探測(cè)電路 煤氣泄漏探測(cè)電路 溫度 氣體濃度 顯示電路 排氣電路 小區(qū)控制（上位機(jī)） A/盤電路 第 8 頁(yè) 共 59 頁(yè) 第三章 家用安保系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 家用安保系統(tǒng)的硬件由探測(cè)電路模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換電路模塊 、 單片機(jī)控制模塊和系統(tǒng)監(jiān)視模塊組成。探測(cè)模塊用于對(duì)住宅空間內(nèi)各區(qū)域的火災(zāi)信號(hào)及煤氣泄漏信號(hào)進(jìn)行探測(cè)， A/D 轉(zhuǎn)換電路模塊 將探測(cè)的電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)。單片機(jī)控制模塊完成火災(zāi)及煤氣泄漏信號(hào)查詢、處理。監(jiān)視模塊完成對(duì)危險(xiǎn)的報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)處理、通訊等功能。下面對(duì)這些電路的設(shè)計(jì)分別進(jìn)行介紹。 測(cè)電路模塊設(shè)計(jì) 在一個(gè)基本的報(bào)警系統(tǒng)中，作為探測(cè)報(bào)警信號(hào)的探測(cè)電路必不可少的部分，其性能的可靠性直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)、可靠性及能否安全工作，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗起關(guān)鍵作用。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)高效、 可靠、穩(wěn)定的探測(cè)電路是一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)工作。本系統(tǒng)的探測(cè)電路包括兩部分，一是對(duì)火災(zāi)探測(cè)電路，這部分主要是通過探測(cè)溫度信號(hào)來(lái)完成對(duì)火災(zāi)信號(hào)的探測(cè)；二是對(duì)煤氣泄漏探側(cè)電路，則是通過探測(cè)氣體信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)其探測(cè)。 災(zāi)探測(cè)電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用的由 司生產(chǎn)的集成電路溫度傳感器 具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，該器件輸出電壓與攝氏溫度線性成比例。因而，從使用角度來(lái)說， 用開爾文標(biāo)準(zhǔn)的線性溫度傳感器相比更有優(yōu)越之處， 需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以提供 1/4C 的常用的室溫精度。主 要工作參數(shù)如下： 工作電壓：直流 430V； 工作電流：小于 133A； 輸出電壓： +6V 1V； 輸出阻抗： 1載時(shí) 精度： 精度（在 +25C 時(shí)）； 漏泄電流：小于 60A； 比例因數(shù)：線性 +C ； 非線性值： 1/4C ； 校準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)； 封裝：密封 體管封裝或塑料 體管封裝； 使用溫度范圍： 55+150C 額定范圍。 第 9 頁(yè) 共 59 頁(yè) 火災(zāi)探測(cè)電路采用核心部件是 電電壓為直流 15V 時(shí)，工作電流為120功耗極低，在全溫度范圍工作時(shí)，電流變化很小。 輸出電壓與攝氏溫度的線 性 關(guān)系可用公式 (3示， 0C 時(shí)輸出為 0 V，每升高 1C，輸出電壓增加 10 電源供應(yīng)模式有單電源與正負(fù)雙電源兩種，其接法如圖 3-1(a)與圖 3-1(b)所示。正負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的測(cè)量，單電源模式在 25C 下電流約為 50 非常省電。本系統(tǒng)采用的是單電源模式 ，設(shè)計(jì)的火災(zāi)探測(cè)電路如圖 3示。 )=10CTC (3圖 3-1(a) 單電源模式 圖 3-1(b) 雙電源模式 420V) 0C l 第 10 頁(yè) 共 59 頁(yè) 圖 3災(zāi)探測(cè) 電路 氣泄漏探測(cè)電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需要選擇 的 國(guó)產(chǎn) 氣敏 傳感器來(lái)探測(cè)氣體的泄露，氣敏 傳感器 是以金屬氧化物 主體材料的 N 型半導(dǎo)體氣敏元件，當(dāng)元件接觸還原性氣體時(shí)，其電導(dǎo)率隨氣體濃度的增加而迅速升高。 氣敏元件 適用于天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、烯類氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣、煙霧等的檢測(cè)，屬于 N 型半導(dǎo)體元件。靈敏度較高，穩(wěn)定性較好，響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間短 。其具有以下特點(diǎn)： 用于可燃性氣體的檢測(cè) ( )； 靈敏度高 ； 響應(yīng)速度快 ； 輸出信號(hào)大 ； 壽命長(zhǎng)，工作穩(wěn)定可靠 。 氣敏 傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)如表 3示。 712V 第 11 頁(yè) 共 59 頁(yè) 表 3氣敏 傳感器的主要技術(shù)指標(biāo) 加熱電壓（ 應(yīng)時(shí)間 (10S 回路電壓（ 最大 4V 恢復(fù)時(shí)間 (30S 負(fù)載 電阻 （ 2件功耗 潔空氣中電阻 （ 2000 測(cè)范圍 5010000敏度（ S= 4(在 1000 ) 使用壽命 2 年 煤氣泄漏探測(cè)電路 采用 氣敏傳感器來(lái)探測(cè)氣體的泄露，電路如圖 3示。探測(cè)電路中的氣敏傳感器以 輸出經(jīng) 壓跟隨器加到差動(dòng)放大器 出是放大同相輸入端和反相輸入端的差動(dòng)放大信號(hào)。 同相放大器，通過電阻 R 可調(diào) 增益，也就是調(diào)節(jié) 8 比較器的同相輸入端的電壓控制其輸出，進(jìn)而與單片機(jī)的 一同控制其報(bào)警等級(jí)，從而完成對(duì)煤氣泄露的報(bào)警。 第 12 頁(yè) 共 59 頁(yè) 圖 3氣泄漏 探測(cè) 電路 2184 13 頁(yè) 共 59 頁(yè) 號(hào)放大電路 由于溫度傳感器 氣敏傳感器 輸出的電壓范圍 均約 為 0，雖然 這些 電壓范圍在 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入允許電壓范圍內(nèi)，但該電壓信號(hào)較弱， 此時(shí)就需要通過運(yùn)算放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大， 如果不進(jìn)行放大直接進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換則會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換 成的數(shù)字量太小、精度低。 集成運(yùn)算放大器是具有差分輸入和直接耦合電路的高增益、寬頻帶的電壓放大器。 它的成本低 , 用途廣泛。當(dāng)集成運(yùn)算放大器外接不同的反饋網(wǎng)絡(luò)后 ,能實(shí)現(xiàn)多種電路功能：可作為放大器、模擬運(yùn)算、有源濾波、振蕩器、轉(zhuǎn)換器 ( 如：電流 /壓轉(zhuǎn)換器、頻率 /電壓轉(zhuǎn)換器等 )、可構(gòu)成非線性電路 (如：對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器、乘法器等 )等。集成運(yùn)算放大器的類型很多，按特性分類有：通用型、高精度型、低功耗型、高速型、單電源型和低噪聲型等。按構(gòu)造分類有：雙極型、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管輸入型、 等。 系統(tǒng)中選 用通用型放大器 出的電壓信號(hào)進(jìn)行幅度放大，還可對(duì)其進(jìn)行阻抗匹配、波形變換、噪聲抑制等處理。 其主要極限參數(shù) ( 最大額定值 ) 如下 ： 最大電源電壓： 18V； 最大差分電壓 ( 同相端與反向端之間的輸入電壓 ): 30V； 最大輸入電壓 : 15V； 允許工作溫度 :0 C +70 C ； 允許功耗 : 最大輸出電壓 : 比電源電壓略低 。 系統(tǒng)采取同相輸入，電壓放大倍數(shù)為 5 倍， 輸入信號(hào)來(lái)自溫度傳感電路或煤氣泄漏傳感電路，經(jīng)信號(hào)放大后輸出到 A/D 轉(zhuǎn)換 電路，完成信號(hào)放 大， 電路圖如圖 3示。 第 14 頁(yè) 共 59 頁(yè) 20002號(hào)放大電路 ， 采集的溫度信號(hào)是模擬信號(hào)，需 轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號(hào)才能輸入單片機(jī)以識(shí)別。 目前，中外廠家已生產(chǎn)出位數(shù) (如 8 位、 10 位、 12 位、 14 位、 16 位，直到 24 位 )不同的各種型號(hào)的 A/D 轉(zhuǎn)換器，本系統(tǒng)中選用 8 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 引腳圖如圖 3示。它共有 28 個(gè)引腳，其中： 7輸出數(shù)據(jù)線； 8 路模擬電壓輸入端； 路地址輸入； 啟動(dòng)信號(hào)輸入端，下降沿有效； 路地址鎖存信號(hào)，用來(lái)鎖存 地址輸入，上升沿有效； 變換結(jié)束狀態(tài)信息，高電平表示一次變換以結(jié)束； 讀允許信號(hào)，高電平有效； 時(shí)鐘輸入端； )、 )參考電壓輸入端。 第 15 頁(yè) 共 59 頁(yè) 圖 3腳圖 工作時(shí)鐘為 10次變換時(shí)間為 100s。 作時(shí)的定是關(guān)系如圖 3示。 從圖中可以看到，在進(jìn)行 A/D 變換時(shí)， 路地址應(yīng)先送到 入端。 然后在 入端加一個(gè)正跳變脈沖，將路地址鎖存到 部的路地址寄存器中。這樣，對(duì)應(yīng)路的模擬電壓輸入就和內(nèi)部變換電路接通。為了啟動(dòng)變換工作序列，必須在加一個(gè)負(fù)跳變信號(hào)。此后變換工作開始進(jìn)行，標(biāo)志 在工作的狀態(tài)信息是 高電平 (閑狀態(tài) )變?yōu)榈碗娖?(工作狀態(tài) )。一旦變換結(jié)束， 號(hào)就又由低電平變?yōu)楦唠娖?。此時(shí)只要在 加一個(gè)高電平，即可打開數(shù)據(jù)線的三態(tài)緩沖器從7 數(shù)據(jù)線讀得一次變換后的數(shù)據(jù)。 第 16 頁(yè) 共 59 頁(yè) 圖 3時(shí)關(guān)系 經(jīng)過 換器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量在輸入到單片機(jī)時(shí)，要通過地址鎖存器 將到單片機(jī)擴(kuò)展總線上。 系統(tǒng)選擇地址鎖存器 74 到單片機(jī)擴(kuò)展總線上。鎖存器 (3S,鎖存允許輸入有回環(huán)特性 )，常應(yīng)用在地址鎖存及輸出口的擴(kuò)展中。 74低功耗肖特基 存器，內(nèi)部有 8 個(gè)相同的 D 型 (三態(tài)同相 )鎖存器，由兩個(gè)控制端 (11 腳 G 或 1 腳 制。當(dāng) 地時(shí)，若G 為高電平， 74收輸出的地址信號(hào)；如果 G 為低電平，則將地址信號(hào)鎖存。其工作原理是， 74輸出端 7 可直接與總線相連，當(dāng)三態(tài)允許控制端 低電平時(shí)， 7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng) 高電平時(shí)， 7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端 高電平時(shí)， Q 隨數(shù)據(jù) D 而變。當(dāng) 低電平時(shí)， Q 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。 74引腳圖如圖 3示，真值表如表 3示。 E 7 地址 鎖存 啟動(dòng) 第 17 頁(yè) 共 59 頁(yè) 圖 34腳圖 表 34值表 74出端符號(hào) 如下 ： 數(shù)據(jù)輸入端 三態(tài)允許控制端（低電平有效） 鎖存允許端 輸出端 74要工作 參數(shù) 如下 ： 電源電壓 ： 7V； 輸入電壓： 7V； 輸出高阻態(tài)時(shí)高電平電壓 ： 工作溫度： 070 ； 第 18 頁(yè) 共 59 頁(yè) 存儲(chǔ)溫度： 50 。 外接變換時(shí)鐘和參考電壓，在實(shí)際應(yīng)用中變換時(shí)鐘常將單片機(jī)的時(shí)鐘經(jīng)分頻得到，而參考電壓常用現(xiàn)成的由廠家提供的高精度電源集成塊。時(shí)鐘的變換電路由 4013 雙 D 觸發(fā)器構(gòu)成，經(jīng) 4 次分頻后得到 變換時(shí)鐘 500換時(shí)鐘電路的時(shí)鐘輸入由單片機(jī)的 輸出，其電路圖如圖 3示。 圖 3換時(shí)鐘電路 系統(tǒng) A/D 轉(zhuǎn)換 電路由 換器、 74址鎖存器和雙 D 觸發(fā)器 4013構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集的溫度模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換 。因此，只要使用 換器的輸入通道 可。并用低 3 位數(shù)據(jù)線通過 74址鎖存器控制采集通道，同時(shí)使用片機(jī)的 控制 換器的讀寫控制。設(shè)計(jì)中采用延時(shí)方式模數(shù)轉(zhuǎn)換， 單片機(jī) 制 開始轉(zhuǎn)換、延時(shí)等待 A D 轉(zhuǎn)換結(jié)束以及讀出轉(zhuǎn)換好的 8 位數(shù)字量至單片機(jī)進(jìn)行處理。 其電路如圖 3示。 第 19 頁(yè) 共 59 頁(yè) )1528，單片機(jī)的作為系統(tǒng)的核心是無(wú)可質(zhì)疑的，他完成對(duì)系統(tǒng)控制 ，單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)的好壞，直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、安全性等性能指標(biāo)。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)好的單片機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)安保系統(tǒng)的成敗起決定性作用。 根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，選擇由 司生產(chǎn)的 片機(jī)。 一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 (低電壓，高性能 微處理器，該器件采用 密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 令集和 輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， 89一種高效微控制器。 片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)， 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出 (I/O)端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器， 2 個(gè)全雙工串行通信口，它可以按照常規(guī)方法編程，也可以在線編程 (其將同用的微處理器和 儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 儲(chǔ)器可有效降低開發(fā)成本。 片機(jī)的引腳圖如圖 3示。 圖 3腳圖 引腳說明如下： 第 21 頁(yè) 共 59 頁(yè) 0 腳 ): 接地 。 0 腳 ): 主電源 +5V。 9 腳 ): 接外部晶體的一端。在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于 片機(jī)，該端引腳必須接地；對(duì)于 片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端 。 8 腳 ): 接外部晶體的另一端。在片內(nèi)它是一個(gè)振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率。若需采用外部時(shí)鐘電路，對(duì)于 片機(jī)，該引腳輸入外部時(shí)鐘 脈沖；對(duì)于 片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮 。 腳 ): 單片機(jī)剛接上電源時(shí)，其內(nèi)部各寄存器處于隨機(jī)狀態(tài)，在該腳輸入 24個(gè)時(shí)鐘周期寬度以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位 ( 9 腳 ): 在訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端輸出負(fù)脈沖作為存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。向片外存儲(chǔ)器取指令期間， 號(hào)在 12 個(gè)時(shí)鐘周期中兩次生效。不過，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效 號(hào)不出現(xiàn)。 同樣可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) 們根據(jù) 出端是否有信號(hào)輸出，可以判別 80否在工作 。 0 腳 ): 在訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端輸出負(fù)脈沖作為存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。 向片外存儲(chǔ)器取指令期間， 號(hào)在 12 個(gè)時(shí)鐘周期中兩次生效。不過，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效 號(hào)不出現(xiàn)。 同樣可驅(qū)動(dòng) 8個(gè) 們根據(jù) 以判別 80 1 腳 ): 當(dāng) 輸入高電平時(shí)， 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址 0000H 單元開始執(zhí)行程序。當(dāng)?shù)刂烦?4，將自動(dòng)執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器 的程序。當(dāng) 入低電平時(shí)， 訪問片外程序存儲(chǔ)器。在對(duì) 87程時(shí)，此引腳用于施加編程電壓 (39 腳 32 腳 )： 為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8電流。當(dāng) 的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 程時(shí)， 作為原碼輸入口，當(dāng) 行校驗(yàn)時(shí)， 出原碼，此時(shí) 部必須被拉高 。 (1 腳 8 腳 )： 是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， 緩沖器能接收輸出 4電流。 管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， 被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 程和校驗(yàn)時(shí)， 作為第八位地址接收 。 (26 腳 21 腳 )： 為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， 緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) 電流，當(dāng) 被寫 1時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為 第 22 頁(yè) 共 59 頁(yè) 輸入。并因此作為輸入時(shí)， 的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器進(jìn)行存取時(shí)， 輸出地址的高八位。在給出地址 1時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， 輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 在 程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào) 。 (10 腳 17 腳 )： 管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出4 個(gè) 電流。當(dāng) 寫入 1后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， 將輸出電流（ 是由于上拉的緣故。 也可作為 一些特殊功能口，如表 3示： 表 33 口特殊功能 端口 引腳 備選功能 行輸入口 行輸出口 部中斷 0 部中斷 1 0 記時(shí)器 0 外部輸入 1 記時(shí)器 1 外部輸入 部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 主要特性： 與 容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8 位內(nèi)部 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 第 23 頁(yè) 共 59 頁(yè) 片機(jī)時(shí)鐘電路與復(fù)位電路 時(shí)鐘電路與復(fù)位電路不是單片機(jī)的內(nèi)部電路，但它們卻是單片機(jī)運(yùn)行所必須的最基本的外加電路，雖然某些新型單片機(jī)已將復(fù)位電路集成在單片機(jī)內(nèi)，但對(duì)本系統(tǒng)所選擇設(shè)計(jì)單片機(jī)控制模塊而言，時(shí)鐘電路與復(fù)位電路的設(shè)計(jì)是必不可少的。 一、時(shí)鐘電路 片機(jī) 內(nèi)有一個(gè)構(gòu)成時(shí)鐘 振蕩器的高增益反相放大器，引腳 別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩電路。外部諧振電路并行連接石英晶體或陶瓷諧振器和負(fù)載電容 接電容的大小影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性。本電路設(shè)計(jì)選擇外接晶體，晶體的頻率為 12值選擇 33計(jì)的電路如圖 3示。 圖 3鐘電路 二、復(fù)位電路 在設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，必須 了解單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)和復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工作時(shí)，會(huì)經(jīng)常要求進(jìn)入復(fù)位工作狀態(tài)，因而要求復(fù)位電路必須能準(zhǔn)確、可靠地工作，單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)與應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)位狀態(tài)也是密切相關(guān)的。 1. 單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài) 本系統(tǒng)選擇的單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的 腳上出現(xiàn) 24 個(gè)振蕩脈沖 (2 個(gè)機(jī)器周期 )以上高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了保證系統(tǒng)可靠的復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，通常使 腳保持 10上的高電平。只要 持高電平，則 片機(jī) 就循環(huán)復(fù)位；當(dāng) 高電平變?yōu)榈碗娖揭院螅瑔纹瑱C(jī)就從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。復(fù)位不影響單片機(jī)內(nèi)部的 上電復(fù)位時(shí)，由于是重新供電， 斷電時(shí)的數(shù)據(jù)丟失。復(fù)位以后 初始復(fù)位狀態(tài)如表 3示。 _3P 33P Y 12M 第 24 頁(yè) 共 59 頁(yè) 表 3片機(jī)的復(fù)位狀態(tài) 專用寄存器 復(fù)位狀態(tài) 專用寄存器 復(fù)位狀態(tài) 000H P 07H 000H 0P 000B E 0000B 000B 通常單片機(jī)的復(fù)位操作有上電復(fù)位、信號(hào)復(fù)位、運(yùn)行監(jiān)視復(fù)位。本系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際需要采用上電復(fù)位，并且添加手動(dòng)復(fù)位，設(shè)計(jì)出上電復(fù)位與開關(guān)復(fù)位組合電路。此電路既能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)上電時(shí)的復(fù)位操作，保證單片機(jī)上電后立即進(jìn)入規(guī)定的復(fù)位狀態(tài)，又能實(shí)現(xiàn)在家用安保系統(tǒng)做出報(bào)警后，以手動(dòng)復(fù)位使單片機(jī)重新進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。從而使得系統(tǒng)不至于在報(bào)警后不能回到初始狀態(tài)，系統(tǒng)功能更加 完善。 在該組合電路中，干擾容易串入復(fù)位端，影響單片機(jī)的復(fù)位可靠性。為了保證復(fù)位電路可靠地工作，并考慮住宅電壓波動(dòng)大，將 路接施密特電路后再接入 位端，設(shè)計(jì)的抗干擾上電復(fù)位與開關(guān)復(fù)位電路如圖 3示。 圖 3干擾上電復(fù)位與開關(guān)復(fù)位電路 第 25 頁(yè) 共 59 頁(yè) 統(tǒng)監(jiān)視模塊設(shè)計(jì) 家用安保系統(tǒng)完成對(duì)火災(zāi)信號(hào)和煤氣泄漏信號(hào)的探測(cè)、信號(hào)轉(zhuǎn)換及控制系統(tǒng)處理后，需通過監(jiān)視電路對(duì)報(bào)警信號(hào)做出聲音報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)有毒氣體和煙霧排放及與小區(qū)聯(lián)動(dòng)等，從而完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，保障人員和財(cái)產(chǎn) 的安全。系統(tǒng)監(jiān)視模塊包含 8255A 接口電路 、 聲音報(bào)警電路、顯示電路、排氣電路及小區(qū)聯(lián)動(dòng)四部分。 8255A 接口電路 在本系統(tǒng)中，和 片機(jī) 相連的引腳很多，但 片機(jī)的接口引腳只有 組，其中 的引腳又具有第二功能，不宜做數(shù)據(jù)輸入輸出口， 剩下的只有 。但由 來(lái)的八位數(shù)據(jù)占用 8 個(gè)端口，溫度顯示需要 11 個(gè)端口，矩陣鍵盤需要 7 個(gè)端口，加上其它輸出控制信號(hào)占用的端口，超過的 24 個(gè)端口。因此， 片機(jī)的端口不夠用，故在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，為了解決這一問題，須擴(kuò)展單片機(jī)的接口。 擴(kuò)展單片機(jī)接口的方法很多，可用的芯片也不少，如 8155、 8253、 8255A、 8279等。本設(shè)計(jì)中選用 8255A 接口芯片。 8255A 是 司生產(chǎn)的 一種通用的可編程并行 I/O 接口芯片，又稱 可編程外設(shè)接口芯片 (它采用 藝制造，單一 +5V 電源， 40 個(gè)引腳，雙列直插式封裝。它具有方式 0、方式 1、方式 2 三種工作方式，并且 這三種工作方式可以通過軟件編程來(lái)設(shè)定和改變。 8255A 與 列微處理器完全兼容，直接的位清 0/置 1 功能簡(jiǎn)化了控制應(yīng)用接口。 8255A 是應(yīng)用最廣的并行 I/O 接口芯片。 8255A 的結(jié)構(gòu)框圖如圖 3示，它由以下幾部分組成。 (1) 三個(gè)數(shù)據(jù)輸入輸出端口 A、 B、 C， 每個(gè)端口均為 8 位，可選擇輸入或輸出操作。 端口 A：一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存 /緩沖器和一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 端口 B：一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸入 /輸出、鎖存 /緩沖器和一個(gè) 8 位數(shù) 據(jù)輸入緩沖器。 端口 C：一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存 /緩沖器和一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸 入鎖存器（輸入無(wú)鎖存）。它可分為兩個(gè) 4 位端口使用，或用作與 A 口和 B 口配合的控制或狀態(tài)口，依工作方式而定。 第 26 頁(yè) 共 59 頁(yè) 圖 3255A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 (2) A 組控制和 B 組控制 這兩組控制部件接受讀寫控制邏輯來(lái)的命令，接收數(shù)據(jù)總線上的控制字，然后向相應(yīng)的端口發(fā)出命令，以控制其動(dòng)作。 A 組控制部件控制 A 口及 C 口高 4 位。 B 組控制部件控制 B 口及 C 口低 4 位。 (3) 數(shù)據(jù)總線緩沖器 該緩沖器為雙向三態(tài)的 8 位數(shù)據(jù)緩沖器，它是 8255 與 統(tǒng)數(shù)據(jù)總線之間的接口，所有的輸入、輸出數(shù)據(jù)，以 及 出的控制字和從 8255A 讀回的狀態(tài)信息都通過它來(lái)傳送。 (4)讀 /寫控制邏輯 接收 出的地址 控制（ 片選（ 號(hào)，產(chǎn)生給 A 組、 B 組的控制信號(hào)，以完成對(duì)數(shù)據(jù)、狀態(tài)及控制信息的傳送。 8255A 芯片的引腳如圖 3示。 第 27 頁(yè) 共 59 頁(yè) 圖 3255A 的引腳圖 面向系統(tǒng)總線的信號(hào)線有： 向數(shù)據(jù)線。 過它向 8255A 發(fā) 送命令、數(shù)據(jù)； 8255A 通過它向 送狀態(tài)、數(shù)據(jù)。 片選信號(hào)線 低電平 有效，由系統(tǒng)地址總線經(jīng) I/O 地址譯碼器產(chǎn)生。 過發(fā)高位端口地址信號(hào)使它變成低電平時(shí)，才能對(duì) 8255A 進(jìn)行讀寫操作。 讀信號(hào)線 該信號(hào)低電平有效， 過執(zhí)行 令，發(fā)出信號(hào)將數(shù)據(jù)或狀態(tài)信號(hào)從 8255A 讀至 寫信號(hào)線 該信號(hào)低電平有效， 過執(zhí)行 令，發(fā)寫信號(hào)將命令代碼或數(shù)據(jù)寫入 8255A。 位信號(hào)線，高電平有效，當(dāng) 號(hào)來(lái)到時(shí)，所有內(nèi)部寄存器都被清除，同時(shí) 3 個(gè)數(shù)據(jù)端口 被自動(dòng)置為輸入端口。 片內(nèi)部端口地址信號(hào)線，與系統(tǒng)地址 總線低位相連。該信號(hào)用來(lái)尋址8255A 內(nèi)部寄存器。兩位 地址，可形成片內(nèi)四個(gè)端口地址。 面向 I O 設(shè)備的信號(hào)線有： 口 A 的輸入輸出線 ； 口 B 的輸入輸出線 ； 口 C 的輸入輸出線 ； 第 28 頁(yè) 共 59 頁(yè) 這 24 根信號(hào)線均可用來(lái)連接 I O 設(shè)備，通過它們可以傳送數(shù)字量信息或開關(guān)量信息 。 +5V 電源。 線。 8255A 有兩個(gè) 8 位控制字：方式選擇控制字和 C 口按位置位復(fù)位控制字。這兩個(gè)控制字共用一個(gè)端口 地址，即控制字寄存器。為了區(qū)別這兩個(gè)控制字，規(guī)定了 為特征位，當(dāng) 時(shí)，則是方式選擇控制字；當(dāng) 時(shí)，則是 C