基于單片機(jī)的多功能火災(zāi)報(bào)警器的設(shè)計(jì)與研究

魏 雅

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

基于單片機(jī)的多功能火災(zāi)報(bào)警器的設(shè)計(jì)與研究

魏 雅

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

多功能火災(zāi)報(bào)警器采用ATC89C52單片機(jī)為核心控制器，利用煙霧傳感器MQ-2檢測(cè)煙霧濃度、通過ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)處理，使用溫度傳感器DS18B20檢測(cè)溫度，通過液晶LCD1602顯示當(dāng)前的煙霧值和溫度值，通過按鍵設(shè)定相應(yīng)的閥值。當(dāng)環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度或溫度等發(fā)生變化時(shí)，單片機(jī)控制相應(yīng)的報(bào)警電路，并驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。經(jīng)過軟硬件設(shè)計(jì)、調(diào)試與測(cè)試，系統(tǒng)能在緊急狀態(tài)下發(fā)出報(bào)警，并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的滅火裝置，自動(dòng)滅火，達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。

檢測(cè)煙霧濃度；檢測(cè)溫度；單片機(jī)；傳感器

系統(tǒng)中的火災(zāi)報(bào)警器能檢測(cè)環(huán)境中的溫度和煙霧的濃度，并且與提前設(shè)置好的安全閥值進(jìn)行比較，如果檢測(cè)到的溫度值或者煙霧的濃度超過了安全閥值，系統(tǒng)會(huì)通過單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并且驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的負(fù)載處理當(dāng)前的危險(xiǎn)情況。

1 硬件設(shè)計(jì)與研究

依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的需求，整個(gè)系統(tǒng)包括主控電路模塊、按鍵模塊、聲光報(bào)警模塊等。設(shè)計(jì)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)

在整個(gè)系統(tǒng)中由煙霧傳感器[1]1MQ-2采集煙霧的濃度，用溫度傳感器DS18B20采集當(dāng)前的溫度，他們各自將采集到的數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)AT89C52[2]，單片機(jī)將采集到的信息處理后推送到LCD1602顯示屏上顯示，同時(shí)與設(shè)定的閥值比較并作出判斷，然后根據(jù)設(shè)定做出相應(yīng)的處理，使整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，完成報(bào)警并啟動(dòng)相應(yīng)的負(fù)載處理滅火等工作。整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)具體如圖2所示。

（1）主控模塊電路。主控模塊電路包括主控芯片、晶振電路、復(fù)位電路3部分，主控芯片接收數(shù)據(jù)并完成控制功能，采用AT89C52做主控芯片。

AT89C52單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式：內(nèi)部時(shí)鐘方式、外部時(shí)鐘方式[3]。其連接如圖2所示，晶振的振蕩頻率值為12 MHz。

單片機(jī)的復(fù)位有手動(dòng)按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩種，本系統(tǒng)中采用手動(dòng)按鍵復(fù)位。當(dāng)按鍵按下后，RST[4]引腳得到高電平信號(hào)，持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期，完成復(fù)位，當(dāng)松開按鍵時(shí)，電容充電，RST電位被拉低，經(jīng)過一定的延時(shí)，單片機(jī)就脫離復(fù)位狀態(tài)，進(jìn)入正常工作模式。單片機(jī)在電源、晶振電路及復(fù)位電路的配合下正常工作。

圖2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（2）煙霧探測(cè)電路的設(shè)計(jì)。常見的煙霧傳感器有MQ-5，MQ-2等，其中MQ-5煙霧傳感器[5-6]可以測(cè)量液化氣、甲烷、煤制氣，測(cè)量范圍為300～5 000 ppm。而MQ-2煙霧傳感器可以測(cè)量可燃?xì)怏w、煙霧等，測(cè)量范圍為300—10 000 ppm，它還具有廣泛的優(yōu)點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)選用MQ-2煙霧傳感器。因其采集到的是模擬量，所以還需要給MQ-2串聯(lián)一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器將輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，單片機(jī)才可處理。在本系統(tǒng)中，采用ADC0832的8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片。

（3）溫度采集電路設(shè)計(jì)。溫度采集電路采用可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器[7]芯片DS18B20。其測(cè)溫范圍－55℃～＋125 ℃，固有測(cè)溫分辨率0.5℃，工作電源為3～5 V/DC；在使用中不需要任何外圍元件。其在系統(tǒng)中的接法見圖2所示的溫度采集電路部分。

（4）顯示電路設(shè)計(jì)。顯示部分采用LCD1602液晶顯示模塊。其具體連接見圖2顯示部分電路。VSS為接地電源、VDD接5 V正電源、VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，在系統(tǒng)中通過一個(gè)10 K的電位器調(diào)整對(duì)比度、RS為寄存器選擇，D0—D7為8位雙向數(shù)據(jù)線，剩下兩個(gè)引腳為背光源正極和背光源負(fù)極。

（5）聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)。聲光報(bào)警[8]電路如圖2所示，三極管Q1起開關(guān)作用，當(dāng)有特殊情況時(shí)，單片機(jī)從P3.3位發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)，使三極管飽和導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲；當(dāng)正常情況下，單片機(jī)從P3.3位發(fā)出一個(gè)高電平信號(hào)而使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)。首先系統(tǒng)初始化，先設(shè)定好正常工作的上限和下限，也就是溫度與煙霧濃度的閥值。系統(tǒng)開始運(yùn)行，煙霧傳感器與溫度傳感器采集信號(hào)，將信號(hào)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)設(shè)定的閥值判斷，達(dá)到上限值進(jìn)行聲光報(bào)警，再將煙霧濃度、溫度等數(shù)據(jù)送入液晶屏顯示。其總體流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)總體流程

（2）煙霧報(bào)警程序的流程如圖4所示。首先系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)開始運(yùn)行，煙霧傳感器采集信號(hào)，通過AD將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再傳輸單片機(jī)進(jìn)行判斷，達(dá)到上限值進(jìn)行聲光報(bào)警，再將煙霧濃度數(shù)據(jù)送入液晶屏顯示。

（3）溫度采集系統(tǒng)的軟件流程如圖5所示。

圖4 煙霧采集流程

圖5 溫度采集系統(tǒng)

3 結(jié)語

設(shè)計(jì)的火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器由傳感器電路和顯示電路等構(gòu)成。控制處理器是以管腳資源豐富的AT89C52為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)器寫入信號(hào)和對(duì)信號(hào)進(jìn)行編譯處理等功能。應(yīng)用C語言編寫程序，并利用芯片的內(nèi)部資源，提高了代碼執(zhí)行率，減小了代碼的容量。由于該探測(cè)器具有很多優(yōu)點(diǎn)，因此，該探測(cè)器有著良好的應(yīng)用和市場(chǎng)前景。

[1]劉瑞濤.基于單片機(jī)控制的無線煙霧檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)[J].黑龍江科技信息，2014（8）：18.

[2]韓東奇，鄭琳.基于單片機(jī)的無線煤氣報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].數(shù)碼世界，2016（5）：54.

[3]王娟.基于nRF24L01和單片機(jī)的無線煤氣檢測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)[J].信息系統(tǒng)工程，2016（2）：92.

[4]侯杏娜，陳壽宏，唐萬順.基于NRF24L01的降雨量實(shí)時(shí)采集無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2014（22）：8.

[5]吳凱凱，仝倩.基于nRF24L01的軸承工件采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].城市建設(shè)理論，2015（12）：20-22.

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[7]唐先登，楊經(jīng)國(guó)，李賀威，等.基于nRF24L01的多點(diǎn)無線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2015（5）：81-83.

[8]楊江，高紅亮，梅揚(yáng).基于nRF24L01智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2014（2）：116-120.

Design and research of multifunctional fire alarm based on MCU

Wei Ya
（Shaanxi Polytechnic Institute, Xianyang 712000, China）

Multifunctional fire alarm uses ATC89C52 MCU as the core controller, takes advantages of smoke sensor MQ-2 detecting smoke concentration, processes the detected data through the ADC0832 converter , uses the temperature sensor DS18B20 detecting temperature,displays the current smoke and temperature values through the LCD LCD1602,and sets the corresponding threshold through the button. When the concentration of combustible gas in the environment or the temperature has changed, the MCU controls the corresponding alarm circuit and drives the loading. After the design, debugging and testing of hardware and software, the system can alarm in an emergent condition, and drive the corresponding fire extinguishing device, the automatic fire fighting, to achieve the design purpose.

detecting smoke concentration; detecting temperature; MCU; sensor

陜西省咸陽市科技局項(xiàng)目；項(xiàng)目名稱：基于單片機(jī)的電動(dòng)智能小車設(shè)計(jì)制作與應(yīng)用；項(xiàng)目編號(hào)：2014KT-25。

魏雅（1973— ），女，陜西咸陽，碩士，副教授；研究方向：電子信息，電子信息及計(jì)算機(jī)教學(xué)。