专利名称：单片机监控处理的火警告警装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种告警装置，确切地说，涉及一种利用单片微计算机作主控制器，再辅助必要的外设器件和火警敏感器，能在发生火警时，迅速、及时地给出声光告警信号和打印记录，并自动控制相应的多种执行机构动作，以便最大限度减少火灾损失的火警告警装置，属于告警控制装置技术领域。
现在，按照政府的有关规定，在重要建筑物内，都必须安装火警告警装置，如商店、机关、银行、仓库、博物馆、医院、饭店、图书馆等以及其他需要防范火灾的场所。一旦发生火灾险情，该装置能立即自动发出特殊的声光讯号，引起人们警戒，以便及时采用措施，排除险情和隐患；同时，还应能够记录灾情发生时间、地点等数据，供日后分析火灾原因、明确责任使用。为此，人们研制了多种火警告警装置，如《互控直通式火灾报警自动控制器》(专利号CN89210555.0)、《多功能报警器》(专利号CN92217596.9)等。
进入八十年代后，随着微电子学和计算机科学的发展，人们开始应用微处理器芯片作为智能化仪器的控制中枢，以充分发挥微型计算机在数据采集与实时处理上的巨大优势，并取得了重大成果。限于当时微处理器集成电路芯片的制造技术水平，国内在火警告警装置中使用的电脑是以TP－801单板机和之后发展的MCS－51系列单片机为代表的，这些告警装置充分发挥了微型计算机的各种性能特点，在保障国家财产和人民生命安全上都发挥了很好的防范作用，但确也存在一些缺陷和不足的地方一是上述微型计算机的CPU芯片(如Z80、Z80A或MCS－51系列的8031等)都只有一个累加器，其算术和逻辑运算全部靠它独自周旋处理，使数据处理过程出现“瓶颈”现象，从而使指令运行速度减慢，严重影响微处理器输入／输出口的功能发挥，所以其检测敏感的范围受到限制而较小，或者使装置的功能受到局限有的只能报警，而不能采取更多的其他防范或紧急处置措施。造成这个结果的另一个原因则是其时钟频率较低，如Z80CPU为2MHz，Z80ACPU为4MHz，8031为6MHz。二是上述电脑都是采用中断方式进行告警信号传输与处理的，对于当时器件的主振频率低、累加器数目少、数据处理时效长的技术状况是适宜的，也是迫不得已的。但是，由于中断而产生的程序跳跃，可能引起程序“飞跑”，使告警控制装置失控的现象也难以完全避免杜绝了，而且，因干扰而产生的脉冲信号常常会被误认为中断信号，造成误报警的弊病也经常发生。据悉，北京市某大型商场就是因为火警报警器多次误报，使工作人员麻痹大意；一旦真的发生火情时就掉以轻心，没有及时采取必要措施，终于酿成重大火灾，损失惨重。三是上述电脑都不具有现场编程的功能。
本实用新型的目的是提供一种能够克服上述现有电脑告警装置缺陷，使用8098准16位单片机作主控制器的火警告警监控处理装置。
本实用新型也是由单片机构成的主控制器及其外围接口芯片、器件(如存储器、键盘、数码显示器和打印机)，用于监测火警的敏感器及其驱动、检测电路，以及接收主控制器控制指令的多种执行机构所组成的，其特征在于主控制器采用美国intel公司的8098准16位单片机构成，该单片机地址总线中的六条高位地址线分别与两个三入八出译码器的输入端相连，用于扩展其外设接口，其中一个译码器用于扩展单片机的输入／输出接口，其输出端分别与EPROM、RAM、EEPROM、可编程键盘／显示接口芯片8279、可编程并行I／O扩展接口芯片8155和打印机相连接。另一个则用于扩展单片机的数据采集电路，其输出端分别与八条驱动验测电路相连。此外，8098芯片的第16位管脚(READY)与电擦除可编程只读存储器芯片2864的“片选”输入端相连；装有监测火警敏感器的八条驱动、检测电路，每两条共用一个“或”门电路分别与8098芯片的四个高速输入通道相连接。
1988年年底美国intel公司研制成功的8098单片机采用16位地址总线和8位数据总线结构，其内部CPU则为16位结构，这种准16位机的价格远低于原来的全16位机，但性能并不比后者逊色多少。如该芯片集成度高，集CPU和各种接口电路于一体，配置齐全，使片外的附加电路大大简化，有利于缩短应用系统的研制进程。其CPU的寄存器绝大多数为16位，共有232个累加器，都能“独自为战”，加上其三相时钟频率高(12MHz)和许多单元功能依靠硬件实现而占用CPU的时间少(例如高速输入／输出通道等)，使指令运行速度大幅度提高，消灭了“瓶颈”现象。此外，该芯片由于集成度高，结构组成紧凑，以及具有掉电保护电源等，使之具有高可靠性和抗干扰能力。上述特点均使原来的8位机单片机相形见绌。目前，除了在自身开发能力上略有逊色外，其他方面都是8位单片机无法与之媲美的。尤其是采用8098组成智能化控制仪表，可以集测量、控制、处理(实时、非实时)、记录、显示于一体，是目前自动控制领域中应用前景十分广阔的理想机种。
本实用新型就是利用8098准16位单片机作CPU的一种智能化自动控制装置。由于该单片机的多累加器结构以及本身配置的高速输出／输入通道，使CPU可对其采集的火警数据进行快速处理和传递，不但消除了原先8位单板机的“瓶颈”现象，还为本实用新型采用四个高速输入口的并行工作方式巡检采集数据来代替原来的中断工作方式提供了可能和条件。这种巡检工作方式对于提高报警装置的工作可靠性，避免误报警可以说是一个革命性的改进措施。
本实用新型的一个重要技术改进是利用8098的高位地址线经译码器片选来扩展接口，这种方法电路简单可靠，而扩展的接口较多。例如本实用新型只用两个三、八译码器就可以最多扩展16个输出／输入接口。8098这种扩展外设接口的方法在告警控制装置领域中尚是首次应用成功。此外，本实用新型还充分利用8098单片机本身特点，使外围电路数量少，结构简单、工作可靠、成本降低，同时具有监测范围广，监控点可多达584个；并且对开关信号和模拟信号都能接续处理。一旦发生火情，可以控制相应的多种执行机构采取拉电闸、鸣笛、开启水龙头等动作，以引起警戒和及时采取消防措施。同时显示发生火灾的地点(房间号)和打印记录，供日后分析事故使用。实际上，本实用新型的应用并不局限于火警告警处理上，只要在其监测线路上配置适宜的敏感器和装备相应的执行机构，它完全可以用作防盗、防有害气体或汛情、地震等自然灾害的自动监测和告警处理装置。
图1是本实用新型的结构组成框图。
图2A与图2B为本实用新型的电路逻辑图。
如图1所示，本实用新型是利用准16位8098单片机作CPU的智能化告警控制器，装置配备有两个译码器(即片选1和片选2)，通过单片机的高位地址线进行片选来扩展其接口。其中译码器1(片选1)输出端分别与EPROM、RAM、EEPROM、显示／键盘接口芯片8279、并行I／O扩展接口芯片8155和打印机TP－16相连接，其输入端与CPU的地址线A15、A14、A13相连；译码器2(片选2)输出端则接有8条装有火警敏感器的驱动与探测电路1～8，其输入端与CPU的地址线A9、A10、A11相连(参见图2A)。每条探测电路可以安装63个编码火警探测敏感器和10个非编码火警敏感器，整个装置就可以监控584个测控点，监测范围大。每条探测电路采用微机化的二总线方式传输巡检编码和敏感器送回的火警信号。每两条推动、探测电路共用一个“或”门电路，分别与8098芯片的四个高速输入通道HSI10、11、12、13相连。本实用新型采用这四个高速输入口并行自动巡检工作方式与现有的告警装置只用一个中断口传输告警信号的工作方式比较，可大大缩短巡检周期和提高告警装置的工作可靠性，避免发生误告警。本实用新型采用的8098芯片具有多个特殊功能寄存器，这些寄存器都具有累加器功能，使CPU对运算数据可以进行快速处理和频繁的输出／输入。所有这些，都是本实用新型进行巡检工作方式的硬件保障措施。
片选1所连接的I／O接口芯片中有电擦除可编程只读存贮器2864，为本实用新型采用现场编程工作——直接显示楼层和房间号提供了条件。由于该芯片最大存储时间为10毫秒，而8098芯片的读脉冲脉宽只有220微秒，写脉冲宽度最小只有131微秒，最大为203微秒，为解决其可靠存贮信息，本实用新型在硬件上采取把2864芯片的片选(CE)端接到8098芯片的第16脚(READY)参见图2A。软件上采用循环数据查询方法，确保读出数据与写入数据一致后才告停止。
图2A和图2B展示了本实用新型的控制逻辑电路。下面结合其工作流程介绍之。
开机后，先进行时间初始化。通过按揿图2B下侧的4×5键盘(图示为keyboard)中的时间初值键，使10个数码显示管全黑。然后用键盘分别输入年、月、日、时、分数据各两位，8098CPU经可编程键盘／显示接口芯片8279读入上述数值，再通过片选1(译码器74LS138)选中8155可编程并行I／O扩展接口芯片，把数据送入M5832时钟芯片，此后时钟即从初始值运行。每隔一定时间，CPU通过8155芯片读出实时时间数值，经片选1把该数值经8279芯片送至数码显示器显示。然后进行地址编码初始化。按地址初始化键，8098CPU经数据锁存器74LS373和两个数据缓存器74LS125将数据送出，再由用摩托罗拉145026通信接口芯片和场效应管组成的驱动探测电路向挂有火警传感器的两总线发出全部可能安装敏感器的地址编码。当所发的编码与敏感器地址一致时，该敏感器将返回一个信号，这些返回信号也由此二总线经各自的74LS28或门电路后分别进入8098的四个高速输入口HSI10、HSI11、HSI12和HSI13中的一个，再由CPU与138片选1将数据送到EEPROM芯片2864存入，同时选中8279芯片，使地址编码显示在数码显示管上。这时就可以在现场编程通过键盘输入每个敏感器所在的楼层及房间号，该数据经8279和CPU存入电擦除可编程只读存储器芯片2864。这样当火警敏感器发生故障或火警时，就可以直接显示和打印其楼层和房间号(打印机型号为TP－16，参见图2A)。这种现场编程、直接显示房间号码的方法，比起以前的告警控制器只显示敏感器编码的方式可以大大方便现场值班人员，以利他们接到报警后立刻对火警现场采取措施。
初始化后，8098CPU复位就自动进入巡检警戒状态，CPU从2864芯片读出安放有火警敏感器的地址编码，经数据锁存器74LS373和缓存器74LS125依次向8条驱动与检测电路发出告警敏感器的编码地址。对于正常、故障和火警三种情况，可以得到三种不同的信息当收到正常信息时，CPU就从2864芯片中取出下一个敏感器地址编码，继续重复上述经由驱动与检测电路发送编码、进行巡检的过程。本实用新型在软件处理上，只发送装有火警敏感器的地址编码，不发送虚码，这样也可缩短巡检周期，提高工作效率。
当收到故障或火警信息时，首先CPU停止从时钟芯片5832读时间数值，显示器所显示的时间值就维持不变，显示火警发生时间。接着，经片选1选中8155的I／O扩展接口芯片，该芯片用作8098的并行数据输入／输出口，可以提供多个(图示为14个)可编程的并行输入／输出接口引线，这些接口引线可以驱动多种执行机构，例如驱动喇叭，发出告警或故障声响，也可以驱动指示灯，显示火警或故障；还可以拉电闸，开启消防水龙头、起动隔离门等。图2B右侧上方所示的14个方框即代表这些执行机构部件。最后，CPU经译码器片选选中打印机TP－16把发生火警或故障的时间、房号都输出打印备查。至此该敏感器的报警工作完成，8098CPU又开始对其他火警敏感器进行巡检监视。
权利要求1.一种由单片计算机监控处理的火警告警装置，包括有用单片机构成的主控制器及其外围接口器件存储器、键盘、数码显示器和打印机，用于监测火警的敏感器及其驱动、检测电路，以及接收主控制器控制指令的多种执行机构，其特征在于主控制器采用美国intel公司的8098准16位单片机构成；该单片机地址总线的六条高位地址线分别与两个三入八出译码器的输入端相连，用于扩展其外设接口；8098芯片的第16位管脚(READY)则与电擦除可编程只读存储器芯片2864的“片选”输入端相连；装有监测火警敏感器的八条驱动、检测电路，每两条共用一个“或”门电路分别与8098芯片的四个高速输入通道相连接。
2.如权利要求1所述的单片计算机监控处理的火警告警装置，其特征是上述两个与单片机高位地址线相连接的三入八出译码器，其中一个用扩展单片机的输入／输出接口，其输出端分别与EPROM、RAM、EEPROM、显示／键盘接口芯片8279、并行I／O扩展接口芯片8155和打印机相连接；另外一个则用于扩展单片机的数据采集电路，其输出端分别与八条驱动、检测电路相连。
专利摘要一种单片计算机监控处理的火警告警装置，是采用intel 8098准16位单片机作主控制器，辅以EPROM、RAM、EEPROM、键盘/显示接口芯片8279、并行I/O扩展接口芯片8155和打印机等外设，与八条装有监测火警敏感器的驱动、检测电路构成的。利用CPU地址线和译码器片选方法，扩展其外设接口。采用巡检工作方式监测火警，工作可靠，可防止误报警；能进行现场编程，方便值班人员；还可配设多种执行机构，及时报警和采取消防应急措施。
文档编号G08B17/00GK2189763SQ94206999
公开日1995年2月15日 申请日期1994年3月22日 优先权日1994年3月22日
发明者张家跃 申请人:张家跃