烟雾检测的火灾自动探测报警系统设计

MC14468自身的100 mV的滞后电压会防止其他外界因素(如飞虫)造成的误报警，辅以单片机产生90 ms的延时，更能提高系统的可靠性。 nRF401的串行口直接和单片机的串行口连接(DIN接TXD，DOUT接RXD)，TXEN端的高／低电平由软件设置，可实现nRF401发射模式与接收模式之间的相互切换。当需要发射数据时，由晶振电路产生的4 MHz频率作为其内部锁相环的基准频率，经锁相环和压控振荡器进行N倍频后，最后经功率放大器放大后从PCB天线上发射出去。该装置采用9 V叠层电池供电，其中Rt和Ct分别为振荡电阻和振荡电容。LED采用高亮度发光二极管，R1为限流电阻。T2为压电陶瓷蜂鸣器(或压电扬声器)。T1为离子源，采用镅241，其放射性强度低至0．8μCi(即0．8微居里)，不会对人体造成伤害，也不会污染环境。R4和R5为分压电阻。在此系统中MC14468的第2脚(I／O)接有继电器，这是为自动启动灭火装置而设计的。只要烟雾传感器检测到烟雾，不但可以给单片机提供中断信号，而且能够自动通过继电器启动灭火的设备(此灭火设备可以是水龙头开关等，具体视实际情况而定)。
3．3 射频收发电路
单片机AT89C51是无线模块的核心，而nRF401用于数据的无线收发。nRF401的典型应用连接图如图5所示，可直接用于单片机或计算机串口异步传输。从图中可以看到，外围元件很少，包括一只基准晶振及几只无源器件，没有调试部件，天线用微带天线直接设计在线路板上，这给研制及生产带来了极大的方便。在此设计中，必须首先对单片机的串口数据传输速率进行设置，并应该确保发送端和接收端的数据传输速率设定为完全一致。在数据发送时，只需要将待发送的数据字节写入到单片机的SBUF寄存器单元；数据的接收由串口中断服务程序完成，单片机只需在串口接收中断服务程序中，将SBUF的内容读入所设置的接收缓冲区。

4 系统软件设计
单片机控制部分和数据传输部分采用串行传输，根据系统特点采用串行通信半双工制式的同步通信方式。此系统中采用的都是数字元件，可以直接提供电平信号，发送和接收数据时也是通过无线收发元件完成，因此无需用到通信协议。本系统中，AT89C51串行口工作于方式1，即每帧10位的异步通信格式：1位起始位，8位数据位(低位在前)，1位停止位。根据nRF401的传输特点，选择波特率1．2 kb／s，根据相应的关系设定定时器的初值和工作方式。
4．1 整体构思
软件部分主要是设计单片机的串行传输。当接收控制端接收到收据时，回送握手信号，以示发送下一帧数据；同时控制压电陶瓷蜂鸣器报警，并控制LED显示数据。若没接收到，即检测发射端没接收到应答信号，则重新发送，直至接收到为止。TXEN端的高／低电平由软件设置，可实现nRF401发射模式与接收模式之间的相互切换。
程序设计运用自上而下的思想，整个软件系统包括主程序、中断程序、显示程序、延时程序等子程序。主程序主要是对系统的初始化以及检测处理；中断程序主要是发送数据并通过nRF401发射出去；显示程序的功能是接收数据并送LED显示，同时启动报警；延时程序为了满足nRF401的发射模式与接收模式之间相互切换时序的需要。
4．2 主程序
主程序主要完成对单片机串口、定时器、寄存器等的初始化。当检测到有烟雾时，先由定时器T0定时90 ms。在此期间，若一直能检测到烟雾，确认有火情存在，则T0溢出中断，开始发送数据(可以是火情地址编码)，经由nRF401的PCB天线发射出去。INT1被设置为边沿触发方式，如果90 ms期间MC14468引脚1的信号消失或变低，都会引起外部INT1中断，计数器重新置初值。主程序流程如图6所示。

4．3 检测发射端中断子程序
检测发射端中断子程序的主要功能是时刻检查室内的烟雾浓度，一旦达到设定的灵敏度，就申请单片机外部INT1中断。中断程序中主要是完成数据的传输，通过与主机的两次握手来判定数据传输的正误，这在很大程度上保证了数据传输的有效性，提高了系统的可靠性。程序运行时，首先检测是否有手动报警和来自MC14468元件的报警信号。如果有报警信号，则马上启动T0定时器定时90 ms；定时完毕后再检测是否还有火灾信号，如果有则改变nRF401的模式，开始发送数据。首先发送请求信号，然后等待接收端的握手信号，一旦握手信号正确，则开始发送数据(发送的数据是预先设置韵2位数房间编码)。发送完毕后等待第二次握手信号，来判断数据是否正确接收。如果接收完毕则中断返回，继续重复上面的检测工作。此中断程序的流程如图7所示。

4．4 接收控制端中断子程序
接收控制端中断子程序主要是完成各个火灾检测地点火灾信息的接收，它时刻工作在串行口中断方式，接收各个从机的火灾信息。在接收数据时，保持和火灾发生地从机两次握手，并接收数据，刷新显示，同时启动报警电路，显示有火灾发生。接收控制端中断子程序的实现方式和检测发射端相似，其流程如图8所示。