專利名稱：單片機監(jiān)控處理的火警告警裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種告警裝置，確切地說，涉及一種利用單片微計算機作主控制器，再輔助必要的外設(shè)器件和火警敏感器，能在發(fā)生火警時，迅速、及時地給出聲光告警信號和打印記錄，并自動控制相應(yīng)的多種執(zhí)行機構(gòu)動作，以便最大限度減少火災(zāi)損失的火警告警裝置，屬于告警控制裝置技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)在，按照政府的有關(guān)規(guī)定，在重要建筑物內(nèi)，都必須安裝火警告警裝置，如商店、機關(guān)、銀行、倉庫、博物館、醫(yī)院、飯店、圖書館等以及其他需要防范火災(zāi)的場所。一旦發(fā)生火災(zāi)險情，該裝置能立即自動發(fā)出特殊的聲光訊號，引起人們警戒，以便及時采用措施，排除險情和隱患；同時，還應(yīng)能夠記錄災(zāi)情發(fā)生時間、地點等數(shù)據(jù)，供日后分析火災(zāi)原因、明確責(zé)任使用。為此，人們研制了多種火警告警裝置，如《互控直通式火災(zāi)報警自動控制器》(專利號CN89210555.0)、《多功能報警器》(專利號CN92217596.9)等。
進入八十年代后，隨著微電子學(xué)和計算機科學(xué)的發(fā)展，人們開始應(yīng)用微處理器芯片作為智能化儀器的控制中樞，以充分發(fā)揮微型計算機在數(shù)據(jù)采集與實時處理上的巨大優(yōu)勢，并取得了重大成果。限于當(dāng)時微處理器集成電路芯片的制造技術(shù)水平，國內(nèi)在火警告警裝置中使用的電腦是以TP－801單板機和之后發(fā)展的MCS－51系列單片機為代表的，這些告警裝置充分發(fā)揮了微型計算機的各種性能特點，在保障國家財產(chǎn)和人民生命安全上都發(fā)揮了很好的防范作用，但確也存在一些缺陷和不足的地方一是上述微型計算機的CPU芯片(如Z80、Z80A或MCS－51系列的8031等)都只有一個累加器，其算術(shù)和邏輯運算全部靠它獨自周旋處理，使數(shù)據(jù)處理過程出現(xiàn)“瓶頸”現(xiàn)象，從而使指令運行速度減慢，嚴(yán)重影響微處理器輸入／輸出口的功能發(fā)揮，所以其檢測敏感的范圍受到限制而較小，或者使裝置的功能受到局限有的只能報警，而不能采取更多的其他防范或緊急處置措施。造成這個結(jié)果的另一個原因則是其時鐘頻率較低，如Z80CPU為2MHz，Z80ACPU為4MHz，8031為6MHz。二是上述電腦都是采用中斷方式進行告警信號傳輸與處理的，對于當(dāng)時器件的主振頻率低、累加器數(shù)目少、數(shù)據(jù)處理時效長的技術(shù)狀況是適宜的，也是迫不得已的。但是，由于中斷而產(chǎn)生的程序跳躍，可能引起程序“飛跑”，使告警控制裝置失控的現(xiàn)象也難以完全避免杜絕了，而且，因干擾而產(chǎn)生的脈沖信號常常會被誤認(rèn)為中斷信號，造成誤報警的弊病也經(jīng)常發(fā)生。據(jù)悉，北京市某大型商場就是因為火警報警器多次誤報，使工作人員麻痹大意；一旦真的發(fā)生火情時就掉以輕心，沒有及時采取必要措施，終于釀成重大火災(zāi)，損失慘重。三是上述電腦都不具有現(xiàn)場編程的功能。
本實用新型的目的是提供一種能夠克服上述現(xiàn)有電腦告警裝置缺陷，使用8098準(zhǔn)16位單片機作主控制器的火警告警監(jiān)控處理裝置。
本實用新型也是由單片機構(gòu)成的主控制器及其外圍接口芯片、器件(如存儲器、鍵盤、數(shù)碼顯示器和打印機)，用于監(jiān)測火警的敏感器及其驅(qū)動、檢測電路，以及接收主控制器控制指令的多種執(zhí)行機構(gòu)所組成的，其特征在于主控制器采用美國intel公司的8098準(zhǔn)16位單片機構(gòu)成，該單片機地址總線中的六條高位地址線分別與兩個三入八出譯碼器的輸入端相連，用于擴展其外設(shè)接口，其中一個譯碼器用于擴展單片機的輸入／輸出接口，其輸出端分別與EPROM、RAM、EEPROM、可編程鍵盤／顯示接口芯片8279、可編程并行I／O擴展接口芯片8155和打印機相連接。另一個則用于擴展單片機的數(shù)據(jù)采集電路，其輸出端分別與八條驅(qū)動驗測電路相連。此外，8098芯片的第16位管腳(READY)與電擦除可編程只讀存儲器芯片2864的“片選”輸入端相連；裝有監(jiān)測火警敏感器的八條驅(qū)動、檢測電路，每兩條共用一個“或”門電路分別與8098芯片的四個高速輸入通道相連接。
1988年年底美國intel公司研制成功的8098單片機采用16位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部CPU則為16位結(jié)構(gòu)，這種準(zhǔn)16位機的價格遠(yuǎn)低于原來的全16位機，但性能并不比后者遜色多少。如該芯片集成度高，集CPU和各種接口電路于一體，配置齊全，使片外的附加電路大大簡化，有利于縮短應(yīng)用系統(tǒng)的研制進程。其CPU的寄存器絕大多數(shù)為16位，共有232個累加器，都能“獨自為戰(zhàn)”，加上其三相時鐘頻率高(12MHz)和許多單元功能依靠硬件實現(xiàn)而占用CPU的時間少(例如高速輸入／輸出通道等)，使指令運行速度大幅度提高，消滅了“瓶頸”現(xiàn)象。此外，該芯片由于集成度高，結(jié)構(gòu)組成緊湊，以及具有掉電保護電源等，使之具有高可靠性和抗干擾能力。上述特點均使原來的8位機單片機相形見絀。目前，除了在自身開發(fā)能力上略有遜色外，其他方面都是8位單片機無法與之媲美的。尤其是采用8098組成智能化控制儀表，可以集測量、控制、處理(實時、非實時)、記錄、顯示于一體，是目前自動控制領(lǐng)域中應(yīng)用前景十分廣闊的理想機種。
本實用新型就是利用8098準(zhǔn)16位單片機作CPU的一種智能化自動控制裝置。由于該單片機的多累加器結(jié)構(gòu)以及本身配置的高速輸出／輸入通道，使CPU可對其采集的火警數(shù)據(jù)進行快速處理和傳遞，不但消除了原先8位單板機的“瓶頸”現(xiàn)象，還為本實用新型采用四個高速輸入口的并行工作方式巡檢采集數(shù)據(jù)來代替原來的中斷工作方式提供了可能和條件。這種巡檢工作方式對于提高報警裝置的工作可靠性，避免誤報警可以說是一個革命性的改進措施。
本實用新型的一個重要技術(shù)改進是利用8098的高位地址線經(jīng)譯碼器片選來擴展接口，這種方法電路簡單可靠，而擴展的接口較多。例如本實用新型只用兩個三、八譯碼器就可以最多擴展16個輸出／輸入接口。8098這種擴展外設(shè)接口的方法在告警控制裝置領(lǐng)域中尚是首次應(yīng)用成功。此外，本實用新型還充分利用8098單片機本身特點，使外圍電路數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本降低，同時具有監(jiān)測范圍廣，監(jiān)控點可多達584個；并且對開關(guān)信號和模擬信號都能接續(xù)處理。一旦發(fā)生火情，可以控制相應(yīng)的多種執(zhí)行機構(gòu)采取拉電閘、鳴笛、開啟水龍頭等動作，以引起警戒和及時采取消防措施。同時顯示發(fā)生火災(zāi)的地點(房間號)和打印記錄，供日后分析事故使用。實際上，本實用新型的應(yīng)用并不局限于火警告警處理上，只要在其監(jiān)測線路上配置適宜的敏感器和裝備相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，它完全可以用作防盜、防有害氣體或汛情、地震等自然災(zāi)害的自動監(jiān)測和告警處理裝置。


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)組成框圖。
圖2A與圖2B為本實用新型的電路邏輯圖。
如圖1所示，本實用新型是利用準(zhǔn)16位8098單片機作CPU的智能化告警控制器，裝置配備有兩個譯碼器(即片選1和片選2)，通過單片機的高位地址線進行片選來擴展其接口。其中譯碼器1(片選1)輸出端分別與EPROM、RAM、EEPROM、顯示／鍵盤接口芯片8279、并行I／O擴展接口芯片8155和打印機TP－16相連接，其輸入端與CPU的地址線A15、A14、A13相連；譯碼器2(片選2)輸出端則接有8條裝有火警敏感器的驅(qū)動與探測電路1～8，其輸入端與CPU的地址線A9、A10、A11相連(參見圖2A)。每條探測電路可以安裝63個編碼火警探測敏感器和10個非編碼火警敏感器，整個裝置就可以監(jiān)控584個測控點，監(jiān)測范圍大。每條探測電路采用微機化的二總線方式傳輸巡檢編碼和敏感器送回的火警信號。每兩條推動、探測電路共用一個“或”門電路，分別與8098芯片的四個高速輸入通道HSI10、11、12、13相連。本實用新型采用這四個高速輸入口并行自動巡檢工作方式與現(xiàn)有的告警裝置只用一個中斷口傳輸告警信號的工作方式比較，可大大縮短巡檢周期和提高告警裝置的工作可靠性，避免發(fā)生誤告警。本實用新型采用的8098芯片具有多個特殊功能寄存器，這些寄存器都具有累加器功能，使CPU對運算數(shù)據(jù)可以進行快速處理和頻繁的輸出／輸入。所有這些，都是本實用新型進行巡檢工作方式的硬件保障措施。
片選1所連接的I／O接口芯片中有電擦除可編程只讀存貯器2864，為本實用新型采用現(xiàn)場編程工作——直接顯示樓層和房間號提供了條件。由于該芯片最大存儲時間為10毫秒，而8098芯片的讀脈沖脈寬只有220微秒，寫脈沖寬度最小只有131微秒，最大為203微秒，為解決其可靠存貯信息，本實用新型在硬件上采取把2864芯片的片選(CE)端接到8098芯片的第16腳(READY)參見圖2A。軟件上采用循環(huán)數(shù)據(jù)查詢方法，確保讀出數(shù)據(jù)與寫入數(shù)據(jù)一致后才告停止。
圖2A和圖2B展示了本實用新型的控制邏輯電路。下面結(jié)合其工作流程介紹之。
開機后，先進行時間初始化。通過按撳圖2B下側(cè)的4×5鍵盤(圖示為keyboard)中的時間初值鍵，使10個數(shù)碼顯示管全黑。然后用鍵盤分別輸入年、月、日、時、分?jǐn)?shù)據(jù)各兩位，8098CPU經(jīng)可編程鍵盤／顯示接口芯片8279讀入上述數(shù)值，再通過片選1(譯碼器74LS138)選中8155可編程并行I／O擴展接口芯片，把數(shù)據(jù)送入M5832時鐘芯片，此后時鐘即從初始值運行。每隔一定時間，CPU通過8155芯片讀出實時時間數(shù)值，經(jīng)片選1把該數(shù)值經(jīng)8279芯片送至數(shù)碼顯示器顯示。然后進行地址編碼初始化。按地址初始化鍵，8098CPU經(jīng)數(shù)據(jù)鎖存器74LS373和兩個數(shù)據(jù)緩存器74LS125將數(shù)據(jù)送出，再由用摩托羅拉145026通信接口芯片和場效應(yīng)管組成的驅(qū)動探測電路向掛有火警傳感器的兩總線發(fā)出全部可能安裝敏感器的地址編碼。當(dāng)所發(fā)的編碼與敏感器地址一致時，該敏感器將返回一個信號，這些返回信號也由此二總線經(jīng)各自的74LS28或門電路后分別進入8098的四個高速輸入口HSI10、HSI11、HSI12和HSI13中的一個，再由CPU與138片選1將數(shù)據(jù)送到EEPROM芯片2864存入，同時選中8279芯片，使地址編碼顯示在數(shù)碼顯示管上。這時就可以在現(xiàn)場編程通過鍵盤輸入每個敏感器所在的樓層及房間號，該數(shù)據(jù)經(jīng)8279和CPU存入電擦除可編程只讀存儲器芯片2864。這樣當(dāng)火警敏感器發(fā)生故障或火警時，就可以直接顯示和打印其樓層和房間號(打印機型號為TP－16，參見圖2A)。這種現(xiàn)場編程、直接顯示房間號碼的方法，比起以前的告警控制器只顯示敏感器編碼的方式可以大大方便現(xiàn)場值班人員，以利他們接到報警后立刻對火警現(xiàn)場采取措施。
初始化后，8098CPU復(fù)位就自動進入巡檢警戒狀態(tài)，CPU從2864芯片讀出安放有火警敏感器的地址編碼，經(jīng)數(shù)據(jù)鎖存器74LS373和緩存器74LS125依次向8條驅(qū)動與檢測電路發(fā)出告警敏感器的編碼地址。對于正常、故障和火警三種情況，可以得到三種不同的信息當(dāng)收到正常信息時，CPU就從2864芯片中取出下一個敏感器地址編碼，繼續(xù)重復(fù)上述經(jīng)由驅(qū)動與檢測電路發(fā)送編碼、進行巡檢的過程。本實用新型在軟件處理上，只發(fā)送裝有火警敏感器的地址編碼，不發(fā)送虛碼，這樣也可縮短巡檢周期，提高工作效率。
當(dāng)收到故障或火警信息時，首先CPU停止從時鐘芯片5832讀時間數(shù)值，顯示器所顯示的時間值就維持不變，顯示火警發(fā)生時間。接著，經(jīng)片選1選中8155的I／O擴展接口芯片，該芯片用作8098的并行數(shù)據(jù)輸入／輸出口，可以提供多個(圖示為14個)可編程的并行輸入／輸出接口引線，這些接口引線可以驅(qū)動多種執(zhí)行機構(gòu)，例如驅(qū)動喇叭，發(fā)出告警或故障聲響，也可以驅(qū)動指示燈，顯示火警或故障；還可以拉電閘，開啟消防水龍頭、起動隔離門等。圖2B右側(cè)上方所示的14個方框即代表這些執(zhí)行機構(gòu)部件。最后，CPU經(jīng)譯碼器片選選中打印機TP－16把發(fā)生火警或故障的時間、房號都輸出打印備查。至此該敏感器的報警工作完成，8098CPU又開始對其他火警敏感器進行巡檢監(jiān)視。
權(quán)利要求1.一種由單片計算機監(jiān)控處理的火警告警裝置，包括有用單片機構(gòu)成的主控制器及其外圍接口器件存儲器、鍵盤、數(shù)碼顯示器和打印機，用于監(jiān)測火警的敏感器及其驅(qū)動、檢測電路，以及接收主控制器控制指令的多種執(zhí)行機構(gòu)，其特征在于主控制器采用美國intel公司的8098準(zhǔn)16位單片機構(gòu)成；該單片機地址總線的六條高位地址線分別與兩個三入八出譯碼器的輸入端相連，用于擴展其外設(shè)接口；8098芯片的第16位管腳(READY)則與電擦除可編程只讀存儲器芯片2864的“片選”輸入端相連；裝有監(jiān)測火警敏感器的八條驅(qū)動、檢測電路，每兩條共用一個“或”門電路分別與8098芯片的四個高速輸入通道相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的單片計算機監(jiān)控處理的火警告警裝置，其特征是上述兩個與單片機高位地址線相連接的三入八出譯碼器，其中一個用擴展單片機的輸入／輸出接口，其輸出端分別與EPROM、RAM、EEPROM、顯示／鍵盤接口芯片8279、并行I／O擴展接口芯片8155和打印機相連接；另外一個則用于擴展單片機的數(shù)據(jù)采集電路，其輸出端分別與八條驅(qū)動、檢測電路相連。
專利摘要一種單片計算機監(jiān)控處理的火警告警裝置，是采用intel 8098準(zhǔn)16位單片機作主控制器，輔以EPROM、RAM、EEPROM、鍵盤/顯示接口芯片8279、并行I/O擴展接口芯片8155和打印機等外設(shè)，與八條裝有監(jiān)測火警敏感器的驅(qū)動、檢測電路構(gòu)成的。利用CPU地址線和譯碼器片選方法，擴展其外設(shè)接口。采用巡檢工作方式監(jiān)測火警，工作可靠，可防止誤報警；能進行現(xiàn)場編程，方便值班人員；還可配設(shè)多種執(zhí)行機構(gòu)，及時報警和采取消防應(yīng)急措施。
文檔編號G08B17/00GK2189763SQ94206999
公開日1995年2月15日 申請日期1994年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月22日
發(fā)明者張家躍 申請人:張家躍