基于PIC16F676单片机的点型光电感烟探测器设计
发布时间:2007/8/15 0:00:00 访问次数:476
火灾是人类面临的最大威胁之一，火灾探测对防御火灾具有举足轻重的作用。光电感烟探测器是目前消防中使用的主要探测器之一。光电感烟探测器分为两大类：其中“线型光电感烟”是利用烟雾对光束能量的衰减原理制成的光电感烟探测器，该探测器正常工作需要比较长的空间距离，所以称之为“线型”，否则，烟雾对光束能量的衰减太小不能获取足够的报警信息；“点型光电感烟”是利用烟雾对光束的散射原理制作的光电感烟探测器，该探测器总体积不超过１０×１０×１０ｃｍ，所以称之为“点型”。本文主要介绍基于ＰＩＣ１６Ｆ６７６单片机的点型光电感烟探测器的设计方法。
１ 点型光电感烟原理
点型光电感烟探测器是“主动”式探测器，其工作原理见图１。没有烟雾时，由于光学迷宫的特殊设计（即红外发光二极管与光电接收二极管的轴向夹角成钝角等等），光电接收二极管不能直接接收到红外发光二极管（在火灾报警领域主要采用红外波段，波长在９００ｎｍ左右）发射的光信号，当有火灾发生时，烟雾扩散到探测器的迷宫之内会对红外发光二极管的发射光产生散射，从而使光电接收二极管能够接收到散射光信号，光信号的大小标志着烟雾浓度，也标志着火灾燃烧的程度。
光学迷宫的主要功能是阻止外部的杂散光进入光电接收二极管的探测领域，吸收内部杂散光信号以降低本底，同时保证烟雾的通畅进入。总之，光学迷宫的作用是保证没有烟雾进入迷宫时放大器的输出信号（本底信号）最小，而当有烟雾进入迷宫时，光电接收二极管能接收到足够的被烟雾散射的光信号，然后经过放大和识别以形成报警信号。
２ PIF16F676单片机的模数转换
ＰＩＣ１６Ｆ６７６单片机有８个模数转换输入通道，共用一套采样、保持、模数转换电路。其中模数转换电路负责把模拟信号转换成１０位数字信号。与模数转换模块相关的寄存器主要有ＡＤＣＯＮ０、ＡＤＣＯＮ１、ＡＢ-ＳＥＬ、ＡＤＲＥＳＨ、ＡＤＲＥＳＬ。寄存器的位定义及其相应功能简介见表１。如果模数转换的时钟源采用内部晶振，则该模数转换电路还可以工作在单片机的睡眠模式。
表1 与模数转换模块相关的主要寄存器
假设对模数转换模块的使用要求是：放大信号由模拟输入通道管脚ＰＩＮ７(ＲＣ３／ＡＮ７)输入；模数转换生成的１０位二进制数据从寄存器ＡＤＲＥＳＨ的最高位开始存放；模数转换模块采用的参考电压是单片机工作电压ＶＤＤ，采用的时钟取自内部晶振；则寄存器的部分设置程序如下：
;以下６句对模数转换模块相关寄存器进行初始化
ＭＯＶＬＷ Ｂ＇０００１１１００＇;
ＭＯＶＷＦ ＡＤＣＯＮ０;
ＭＯＶＬＷ Ｂ＇０１１１００００＇;
ＭＯＶＷＦ ＡＤＣＯＮ１;
ＭＯＶＬＷ Ｂ＇１０００００００＇;
ＭＯＶＷＦ ＡＢＳＥＬ；
以下是模数转换模块完成一个完整的模数转换所采用的程序片断：
ＢＳＦ ＡＤＣＯＮ０,ＡＤＯＮ;
;以下４句完成模拟数据的采样延时
ＭＯＶＬＷ ＳＡＭＰＬＥ ＴＩＭＥ
ＭＯＶＷＦ ＴＥＭＰ０
ＦＯＲ_ＳＡＭＰＬＥ ＤＥＣＦＳＺ ＴＥＭＰ０,１
ＧＯＴＯ ＦＯＲ_ＳＡＭＰＬＥ
;以下３句监测模数转换过程的完成与否
ＢＳＦ ＡＤＣＯＮ０,ＧＯ_ＤＯＮＥ
;启动模数转换
ＣＯＮＶＥＲＴＩＮＧ ＢＴＦＳＣ ＡＤＣＯＮ０,ＧＯ_ＤＯＮＥ
ＧＯＴＯ ＣＯＮＶＥＲＴＩＮＧ
ＢＣＦ ＡＤＣＯＮ０,ＡＤＯＮ ;关闭模数转换
３ 探测器与总线的接口
该探测器与总线的接口包括编码输入电路和回执输出电路。
３．１ 编码输入电路
编码输入电路是总线与探测器的接口，用于把总线编码的电平幅度（一般２４Ｖ）降低到适合单片机输入的要求(一般５Ｖ)。由于输入编码信号经过远距离长线传输后，部分信号会发生畸变。故应用编码输入电路对总线编码信号进行滤波，以消除总线干扰，同时可利用比较器电路对输入编码信号做整形。一般情况下，为了降低成本，该比较器可用分离元件搭建，而单片机ＰＩＣ１６Ｆ６７６内部恰好集成了一个功能强大的比较器，该比较器的正向输入是单片机的管脚１３(ＲＡ０／ＡＮ０／ＣＩＮ＋), 反向输入为单片机的管脚１２（ＲＡ１／ＡＮ１／ＣＩＮ－），输出是管脚１１（ＲＡ２／ＡＮ２／ＣＯＵＴ）。与此比较器相关的寄存器有ＣＭＣＯＮ和ＶＲＣＯＮ,具体功能参见表２。
表2 与比较器模拟相关的关键性寄存器
如果对比较器的使用要求是：模拟信号由单片机管脚１２（连接比较器的负向）输入；参考电压选自片内参考电压（参考电压设定为３Ｖ）（连接比较器的正向）；比较器的输出结果不反向（即比较器正向输入大于负向输入则比较器输出高电平，反之输出低电平），则此与比较器相关的寄存器ＣＭＣＯＮ、ＶＲＣＯＮ设置程序
火灾是人类面临的最大威胁之一，火灾探测对防御火灾具有举足轻重的作用。光电感烟探测器是目前消防中使用的主要探测器之一。光电感烟探测器分为两大类：其中“线型光电感烟”是利用烟雾对光束能量的衰减原理制成的光电感烟探测器，该探测器正常工作需要比较长的空间距离，所以称之为“线型”，否则，烟雾对光束能量的衰减太小不能获取足够的报警信息；“点型光电感烟”是利用烟雾对光束的散射原理制作的光电感烟探测器，该探测器总体积不超过１０×１０×１０ｃｍ，所以称之为“点型”。本文主要介绍基于ＰＩＣ１６Ｆ６７６单片机的点型光电感烟探测器的设计方法。
１ 点型光电感烟原理
点型光电感烟探测器是“主动”式探测器，其工作原理见图１。没有烟雾时，由于光学迷宫的特殊设计（即红外发光二极管与光电接收二极管的轴向夹角成钝角等等），光电接收二极管不能直接接收到红外发光二极管（在火灾报警领域主要采用红外波段，波长在９００ｎｍ左右）发射的光信号，当有火灾发生时，烟雾扩散到探测器的迷宫之内会对红外发光二极管的发射光产生散射，从而使光电接收二极管能够接收到散射光信号，光信号的大小标志着烟雾浓度，也标志着火灾燃烧的程度。
光学迷宫的主要功能是阻止外部的杂散光进入光电接收二极管的探测领域，吸收内部杂散光信号以降低本底，同时保证烟雾的通畅进入。总之，光学迷宫的作用是保证没有烟雾进入迷宫时放大器的输出信号（本底信号）最小，而当有烟雾进入迷宫时，光电接收二极管能接收到足够的被烟雾散射的光信号，然后经过放大和识别以形成报警信号。
２ PIF16F676单片机的模数转换
ＰＩＣ１６Ｆ６７６单片机有８个模数转换输入通道，共用一套采样、保持、模数转换电路。其中模数转换电路负责把模拟信号转换成１０位数字信号。与模数转换模块相关的寄存器主要有ＡＤＣＯＮ０、ＡＤＣＯＮ１、ＡＢ-ＳＥＬ、ＡＤＲＥＳＨ、ＡＤＲＥＳＬ。寄存器的位定义及其相应功能简介见表１。如果模数转换的时钟源采用内部晶振，则该模数转换电路还可以工作在单片机的睡眠模式。
表1 与模数转换模块相关的主要寄存器
假设对模数转换模块的使用要求是：放大信号由模拟输入通道管脚ＰＩＮ７(ＲＣ３／ＡＮ７)输入；模数转换生成的１０位二进制数据从寄存器ＡＤＲＥＳＨ的最高位开始存放；模数转换模块采用的参考电压是单片机工作电压ＶＤＤ，采用的时钟取自内部晶振；则寄存器的部分设置程序如下：
;以下６句对模数转换模块相关寄存器进行初始化
ＭＯＶＬＷ Ｂ＇０００１１１００＇;
ＭＯＶＷＦ ＡＤＣＯＮ０;
ＭＯＶＬＷ Ｂ＇０１１１００００＇;
ＭＯＶＷＦ ＡＤＣＯＮ１;
ＭＯＶＬＷ Ｂ＇１０００００００＇;
ＭＯＶＷＦ ＡＢＳＥＬ；
以下是模数转换模块完成一个完整的模数转换所采用的程序片断：
ＢＳＦ ＡＤＣＯＮ０,ＡＤＯＮ;
;以下４句完成模拟数据的采样延时
ＭＯＶＬＷ ＳＡＭＰＬＥ ＴＩＭＥ
ＭＯＶＷＦ ＴＥＭＰ０
ＦＯＲ_ＳＡＭＰＬＥ ＤＥＣＦＳＺ ＴＥＭＰ０,１
ＧＯＴＯ ＦＯＲ_ＳＡＭＰＬＥ
;以下３句监测模数转换过程的完成与否
ＢＳＦ ＡＤＣＯＮ０,ＧＯ_ＤＯＮＥ
;启动模数转换
ＣＯＮＶＥＲＴＩＮＧ ＢＴＦＳＣ ＡＤＣＯＮ０,ＧＯ_ＤＯＮＥ
ＧＯＴＯ ＣＯＮＶＥＲＴＩＮＧ
ＢＣＦ ＡＤＣＯＮ０,ＡＤＯＮ ;关闭模数转换
３ 探测器与总线的接口
该探测器与总线的接口包括编码输入电路和回执输出电路。
３．１ 编码输入电路
编码输入电路是总线与探测器的接口，用于把总线编码的电平幅度（一般２４Ｖ）降低到适合单片机输入的要求(一般５Ｖ)。由于输入编码信号经过远距离长线传输后，部分信号会发生畸变。故应用编码输入电路对总线编码信号进行滤波，以消除总线干扰，同时可利用比较器电路对输入编码信号做整形。一般情况下，为了降低成本，该比较器可用分离元件搭建，而单片机ＰＩＣ１６Ｆ６７６内部恰好集成了一个功能强大的比较器，该比较器的正向输入是单片机的管脚１３(ＲＡ０／ＡＮ０／ＣＩＮ＋), 反向输入为单片机的管脚１２（ＲＡ１／ＡＮ１／ＣＩＮ－），输出是管脚１１（ＲＡ２／ＡＮ２／ＣＯＵＴ）。与此比较器相关的寄存器有ＣＭＣＯＮ和ＶＲＣＯＮ,具体功能参见表２。
表2 与比较器模拟相关的关键性寄存器
如果对比较器的使用要求是：模拟信号由单片机管脚１２（连接比较器的负向）输入；参考电压选自片内参考电压（参考电压设定为３Ｖ）（连接比较器的正向）；比较器的输出结果不反向（即比较器正向输入大于负向输入则比较器输出高电平，反之输出低电平），则此与比较器相关的寄存器ＣＭＣＯＮ、ＶＲＣＯＮ设置程序
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