一种智能火灾报警系统的设计方案-李中望

安防系统设计20082一种智能火灾报警系统的设计方案李中望芜湖职业技术学院电气工程系，安徽，241001【摘要】智能火灾报警系统可以实时采集、记录、存储报警设备的各类事件，及时上传至监控中心，监控中心根据收到的信息发出相应的指令，指挥调度消防力量处理火警。【关键词】智能火灾报警系统实时采集指挥调度一、引言消防工作关系到国计民生。以往通常采用消防部门查访与防火单位自身管理监督相结合的方法，这需要耗费大量人力、物力和财力。随着城市建设智能化的不断深入，采取现代化的手段和管理方式，使用相关技术设备，对防火单位的报警系统进行科学的更新和改进已势在必行。二、系统总体结构介绍本系统可安装在各防火单位，它负责随时采集、记录、存储各防火单位火灾报警系统的各类事件，并通过通信网将采集的数据传送到监控中心，为消防调度中心提供数据。监控中心同时可通过通信网络和通讯机反向对火灾自动报警系统进行管理。系统的总体结构如图1看门狗电路（复位）外部多路模拟量A/D数子量串行并连上位机采集数据单片机模拟转换（监控开关装置中心）图1系统结构图显示模块从结构上来看，该系统大体上可分为以下几个模块：1、数据采集、处理模块本模块采用ATMEL公司的AT89C52单片机作为控制器，该单片机功能强大，能较好地完成火灾信号的采集以及直接控制工作。由于它与我们熟悉的MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，因此，使用起来比较图2内部振荡电路方便。2、A/D转换模块由于采集进来的信号为模拟量，而单片机只能加工和处理数字量，所以必须引入A/D转换模块。系统的A/D转换模块采用了8通道模拟开关74HC4051负责某一通道的模拟量输入，而TLC1549（TLC1549是美国德州仪器公司生产的带串行接口的10位模数转换器）则将这些模拟量转化为相应的数字量，输入单片机，供其分析处理。3、看门狗电路在智能控制系统的设计中，断电数据保存功能、看门狗功能、上电掉电复位功能、电源电压监控功能等对于系统来说非常重要。Xicro公司生产的X25045芯片集中了上述所有功能。这样的组合使系统的硬件设计大大简化。提高了系统的可靠性，降低了成本和系统功耗。X25045与单片机的硬件接口非常简单。它的信号线可与AT89C52的口线直接相连，并用软件来控制读写及选通。4、晶振模块在单片机芯片内部设置时钟电路，它的核心为一个高增益反相放大器。在芯片的外部跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了稳定的自激振荡器。在通常情况下，系统使用振荡频率为6MHz的石英晶体。在高速串行通信-48-20082安防系统设计的情况下，对振荡频率要求更高。本系统所采用的规格是11.0592MHz。振荡脉冲经过二分频后才作为系统的时钟信号。在二分频的基础上再三分频产生ALE信号。在二分频的基础上再六分频得到机器周期信号。5、手动控制与显示模块该系统设置了两个按键，供用户选择相关通道使用。一个为通道号加一键，一个为通道号减一键。显示部分由一个四位LED显示器及三极管驱动电路组成。本系统采用的是共阳极接法。显示器的第一位显示所选择的通道号，而后三位则显示该通道传送进来的相应的数字量。6、串行通信模块本系统为用户端设备，它除了对各种火灾报警系统的数据进行采集、分析之外，还要具有较强的通信功能，以便将有关的数据传送至消防监控中心，同时，监控中心也可通过该系统的通信网和报警通讯机反向对各防火单位的火灾自动报警系统进行管理。三、系统工作原理如有单位发生火灾险情时，相关数据信息就会传送给单片机系统。由于这些信息往往是一些连续变化的非电的模拟量，经过传感器处理转换为电模拟量。经过8通道(分别传送温度、烟雾浓度等信息)模拟开关74HC4051在单片机的指令下进行相应通道的选择后，被选中通道的信息便被传送进来。而其它几路通道将随之关闭。传过来的量都是模拟量，单片机不能直接进行处理。本系统设置了带串行接口的10位模数转换器TLC1549来完成A/D转换的任务。把相关的模拟量转化为数字量后，传给单片机。（将DATA/OUT端直接与单片机的P1.4口线相连）。在两个芯片的片选信号处理上也有所不同。多路开关的片选INH管脚接地，而对于TLC1549的片选/CS，我们将它与单片机的P1.7相连，因为我们必须考虑A/D转换器在进行A/D转换时，都有一个延时的过程。在每次转换结束后，TLC1549都有一个对于片选端的置位操作。另外，值得注意的是，TLC1549的时钟信号端I/OCLOCK与单片机的一条口线相连，因为模数转换需要自己定义一个时钟。74HC4051的OUT/IN端与TLC1549的ANALOGIN端相连，以完成模拟量与数字量的传输。数据被采集进来并被成功由模拟量转化为数字量后，接着就被传送到系统的显示模块，目的是为了让人们更直接地观察到相关数据。在本系统中，对LED显示器进行的是动态扫描，除了给显示器提供段的输入之外，还要对显示器作加位控制。用单片机的P0.0-P0.7八根口线作为段控线，而用P2.4-P2.7作为显示器的位控线。需要指出的是，为了保证发光二极管能够充分被点亮，还需加上三极管驱动电路。为了便于手动控制，系统中设置了两个按键（一个是加一键，一个是减一键）。主要用于选择相应的通道。由于键的数目较少，本系统采用的是独立式键盘，两个按键各占一条口线。分别接单片机的P1.6与P1.5。系统为了达到与上位机通信的目的，可以设置两个移位寄存器74LS164和74LS165。其中74LS164是串入并出的芯片，用于输出接口电路。单片机的P2.1口与74LS164的A脚相连，即通过芯片A端串行输入相关开关量数据。芯片的CLK时钟信号端接到单片机的P2.0。通过CLK信号的上升沿来控制内部的数据移位，将并行输出8位数据。在数据的输出端设置了相应数目的发光二极管，通过发光二极管的亮或灭直观地判断出每个开关量的状态。这样的话，我们能够知晓监控中心的具体要求。同理，下位机也需要经常地发送、反馈相关信息给上位机系统。这时就得输入开关量信息，由于口线资源有限。选择了74LS165作为移位寄存器，构成输入接口电路。我们在并行输入口处接了8个拨码开关，通过拨动开关来模拟下位机的开关量输入信号，它的输出端接到单片机的P2.2端。74LS165的SER端是用于填充数据移出后的空位的逻辑电平信号；而数据是否移动由CLK1和CLK2联合控制；其中CLK1端接到单片机的P2.3端。内部数据移位依靠时钟CLK1信号上升沿控制。在时钟信号的作用下，每次可移位输出一位数据给单片机。这样就可以给上位机发送指令了。为了保障系统正常运行，特别设置了以X25045为主体的看门狗电路。它担负着程序运行监视的重任，具有掉电复位等一系列功能。将其与单片机口线直接相连。其中，将片选信号/CS与单片机的P3.3相连，/CS电平的变化将复位看门狗定时器。它的SO脚为串行输出端，与单片机的P3.2相连。相关的数据将会由此脚输出。本系统中的X25045的串行时钟需要单独建立。我们分配单片机的P3.4给它，以提供时钟信号。X25045的SI脚与单片机的P3.5脚相连，主要是用于串行输入写入的数据、操作码和相关的字节地址。当本系统中的CPU正常工作时，每隔一段时间就输出一个脉冲，将看门狗复位。而当CPU掉入死循环时就不能正常送出复位脉冲了，此时，经过一段延时，看门狗芯片就会输出一个脉冲来使CPU复位。（下转第37页）-49-20082安防系统设计其中，Kp，Ki，Kd分别为比例、积分、微分系数。在电动机刚启动的时候，转速会比较低，基本偏差最大，单片机控制直流电机正转，PWM平均输出电压增大，电机转速以加速升高；当转速达到规定转速范围时，单片机停止提高输出电压，同时PID算法不断调整电机转速，保证转速在规定的范围之内；在最后阶段，按实际试验总结的比例规律地减少PWM的输出电压，使电机均匀减速，直至停止。2、软件平台及设计本设计使用的AVR单片机软件开发平台主要是Windows环境中的ICCAVR集成开发环境，它是由一系列AVR单片机开发工具组成的开发工具软件，主要特点是：它是一个综合了编辑器和工程管理器的集成工作环境，纯32位的程序，支持长文件名，能直接产生INTELHEX格式文件的烧写文件和符合AVRStudio的调试文件，提供了全部的库源代码，并且用户能够根据库源代码对ICCAVR提供的库函数进行剪裁和扩充[6]。软件设计的主要思想是，在进入主程序后，首先对ATmega16及相应的外围电路进行初始化，然后进入循环来等待中断输入。在此循环中，异常状况检测被定为具有最高优先级的任务，其次是外部设备的手动输入，最后是一般的外部输入信号，如图4所示。进入主程序main()目标版初始化ATmega16初始化进入循环中断处理等待中断手动控制故障中断?图4软件设计流程3、实验结果及分析实验电机为德国FaulhaberMotor250W直流伺服电机,额定电枢电压50V，额定电流5A；编码器为HP公司的HE5540光电编码器，每转脉冲数为500。实验结果表明，速度控制平稳，PWM驱动器工作正常。从系统的阶越响应曲线可以看出，超调量小于10%，稳定时间为150ms左右，稳态误差小于5%。系统具有较好的快速性和控制精度。并且在匀加速和匀减速过程中表现出了比较稳定的加速度值，速度曲线与理想曲线相当接近。五、结论本文主要针对门禁控制系统的应用设计了一种直流电机控制系统，利用ATMEL公司的ATmega16芯片通过控制直流电机实现了门禁系统的进出口的管理功能。通过实验验证，用该单片机控制的门禁控制系统可以达到预期的要求，同时根据门禁系统的特殊要求，设计并实现了手动模式和自动模式之间的切换，实现了门禁控制系统功能，达到了较为理想的效果。【参考文献】[1]万宇杰.基于AVR单片机的水泥表面积测定仪设计[J].微计算机信息,2006,8:33-35。[2]耿德根.AVR高速嵌入式单片机原理与应用(修订版)[M].北京:北京航空航天大学,2002。[3]孙传友.测控电路及装置[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002。[4]王晓明.电动机的单片机控制[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002。[5]陶永华.新型PD控制及其应用[M].北京:机械工业出版社,1998。[6]沈文.AVR单片机C语言开发入门指导[M].北京:清华大学出版社,2003。[7]周彦,等·水厂二氧化氯控制系统的设计[J].计算机测量与控制,2006,14(6):785-802。转自《计算机测量与控制》2007年第12期（上接第49页）四、结论【参考文献】现代化城市不断高速发展，对于火灾报警系统的[1]李广弟，朱月秀，王秀山.单片机基础[M].北京:要求也越来越高。许多工程科技人员都在为这项意义北京航空航天大学出版社,2001重大的工作而刻苦钻研。智能化城市火灾报警系统已[2]万福君等.单片微机原理系统设计与开发应用并非传统意义上简单的报警设备，而是融入了计算机[M].合肥:中国科学技术大学出版社,1995技术、电子技术、自动控制技术、传感器的应用等各[3]李志忠,王永桢.数据采集和监控中的微机应用领域知识。伴随着科学技术的不断进步，火灾报警系[M].北京:清华大学出版社,1988转自《芜湖职业技术学院学报》2007第4期统必将得到更快的发展。-37-