基于單片機(jī)的火災(zāi)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王瑞榮

摘要：火災(zāi)檢測系統(tǒng)不僅可以幫助早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患，減少財(cái)產(chǎn)損失，同時(shí)也能保障財(cái)產(chǎn)安全，具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。通過運(yùn)用單片機(jī)和溫度煙霧傳感器核心模塊并與其他一些聲光報(bào)警模塊相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一種符合要求的火災(zāi)檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由單片機(jī)STC89C52、溫度傳感器、煙霧傳感器、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)碼管顯示等部件構(gòu)成?？梢詫?shí)現(xiàn)溫度值顯示與溫度報(bào)警值的設(shè)定、煙霧濃度顯示與煙霧報(bào)警值的設(shè)定以及聲光報(bào)警等功能，具有智能化、簡單方便和性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。

Abstract： Fire detection system can not only help early detection of fire hazards， reduce property losses， but also protect property safety， and has great practical significance. A fire detection system which meets the requirements is designed by using MCU and core module of temperature smoke sensor and combining with other acoustooptic alarm modules. The specific functions include temperature value display and temperature alarm value setting， smoke concentration display and smoke alarm value setting， as well as acoustooptic alarm and other functions， with the characteristics of intelligent， simple and convenient and stable performance. The system consists of STC89C52 microcontroller， temperature sensor， smoke sensor， A/D conversion， digital display and other major components.

關(guān)鍵詞：火災(zāi)檢測;單片機(jī);傳感器

Key words： fire detection;microcontrollers （MCU）;sensors

中圖分類號(hào)：TP732 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）09-0145-03

0 ?引言

火是一種人類必須生存利用的能源，對(duì)人類的生產(chǎn)意義很大，對(duì)其自身的了解以及防護(hù)是生活的重要必備知識(shí)。火災(zāi)的發(fā)生原因是很多的，是不受控制的，燃燒起來破壞周邊環(huán)境的一種災(zāi)害。在日常生活所見的各種災(zāi)害中，它是影響相對(duì)來說比較巨大，且發(fā)生頻率比較高，危害性較大，普遍地影響著人民群眾日常生活以及社會(huì)穩(wěn)定團(tuán)結(jié)的可怕性災(zāi)害。這幾年我們國家的火災(zāi)形勢不怎么樂觀，在不樂觀的情況下，人們漸漸意識(shí)到了火災(zāi)的重大危險(xiǎn)性，漸漸重視了火災(zāi)預(yù)防。火災(zāi)的發(fā)生帶來了一些不可避免的危害損失，然后人們開始尋找方法來檢測火災(zāi)，可以早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，早些預(yù)防撲滅來保障人們的生命安全。隨后火災(zāi)檢測系統(tǒng)就漸漸地出現(xiàn)了，做到早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患，保障生命財(cái)產(chǎn)安全，減少一切損失?；馂?zāi)檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)減少了火災(zāi)危險(xiǎn)的發(fā)生，不斷地完善也使社會(huì)有了良好的保障。

1 ?系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

火災(zāi)檢測系統(tǒng)一般由兩部分組成，分別是火災(zāi)探測裝置與火災(zāi)報(bào)警裝置。通過對(duì)火災(zāi)發(fā)生時(shí)的溫度、煙霧濃度、可燃顆粒物、可燃?xì)怏w的檢測，把這些物理化學(xué)方面的火災(zāi)信號(hào)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)所需的電信號(hào)，然后經(jīng)過單片機(jī)的處理判斷分析，進(jìn)而發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，最后利用遠(yuǎn)程報(bào)警功能上傳給消防指揮中心的消防工作人員，同時(shí)準(zhǔn)確報(bào)告出發(fā)生火災(zāi)的一些詳細(xì)信息，比如具體時(shí)間與地點(diǎn)。本檢測系統(tǒng)主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、溫度和煙霧數(shù)據(jù)檢測電路、數(shù)碼顯示電路、按鍵控制電路、電源電路、聲光和遠(yuǎn)程報(bào)警電路等模塊組成。實(shí)現(xiàn)的功能主要包括：①對(duì)周圍溫度或煙霧濃度進(jìn)行檢測，當(dāng)出現(xiàn)周圍溫度過高或煙霧濃度較大時(shí)，能發(fā)出反常報(bào)警信號(hào);②當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)故障時(shí)會(huì)發(fā)出信號(hào)[5];③當(dāng)檢測到的溫度和煙霧濃度同時(shí)超過報(bào)警上限值時(shí)，能發(fā)出火災(zāi)聲音和燈光報(bào)警，然后迅速利用遠(yuǎn)程報(bào)警電路將火災(zāi)信息上傳給消防部門。該系統(tǒng)選用STC89C52單片機(jī)作為核心器件，同時(shí)結(jié)合DS18B20溫度傳感器和MQ-2半導(dǎo)體氣體傳感器作為檢測信號(hào)的采集部分，另外還配合單片機(jī)外圍的按鍵控制、數(shù)碼顯示等電路構(gòu)成完整系統(tǒng)。

1.1 硬件方案設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的火災(zāi)檢測系統(tǒng)主要構(gòu)成有溫度和煙霧檢測、單片機(jī)最小系統(tǒng)、數(shù)碼顯示、按鍵控制及電源和火災(zāi)報(bào)警等。圖1為火災(zāi)檢測系統(tǒng)的硬件電路總體方案設(shè)計(jì)框圖。

單片機(jī)作為火災(zāi)檢測系統(tǒng)的核心，首先檢測采集信息，然后分析處理，最終啟動(dòng)報(bào)警設(shè)備來執(zhí)行報(bào)警信息。由于火災(zāi)發(fā)生時(shí)間急，傳播速度快，就要求檢測系統(tǒng)的核心部分即單片機(jī)在實(shí)現(xiàn)控制時(shí)，具有較快的運(yùn)行速度，以便于檢測人員第一時(shí)間準(zhǔn)確無誤地收到溫度與煙霧濃度異常值，在最短的時(shí)間內(nèi)做出處理來避免火災(zāi)的發(fā)生，基于上述要求本系統(tǒng)選用STC89C52單片機(jī)。

本系統(tǒng)選用MQ-2煙霧半導(dǎo)體傳感器，作為N型半導(dǎo)體式氣體傳感器，它具有較好的靈敏度，同時(shí)可以檢測各種可燃性氣體。其缺點(diǎn)就是以模擬信號(hào)作為輸出信號(hào)，所以需要將傳感器采集到的煙霧濃度這一模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)換后的可識(shí)別的電信號(hào)傳輸給只識(shí)別電信號(hào)的微控制器。應(yīng)注意在設(shè)計(jì)中，機(jī)器的氣敏元件被接通時(shí)，電阻會(huì)非常小，但經(jīng)過一段時(shí)間后，就會(huì)返回到原本的穩(wěn)定狀態(tài)。鑒于上述情況，該煙霧傳感器最好能在工作時(shí)提前預(yù)熱一段時(shí)間。使用改傳感器探測，再經(jīng)過ADC0832后，可以得到煙霧濃度的電壓。煙霧濃度采集電路如圖2所示。

按鍵控制電路包括四個(gè)按鍵控制，如圖3所示。分別為設(shè)置按鍵、加功能按鍵、減功能按鍵和緊急報(bào)警按鍵。當(dāng)遇到重要情況時(shí)，按下這個(gè)緊急報(bào)警按鍵會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，按下除設(shè)置鍵外的兩個(gè)功能鍵可關(guān)閉緊急報(bào)警。設(shè)置鍵主要用來設(shè)定系統(tǒng)溫度與煙霧濃度報(bào)警限值。加和減鍵是實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)數(shù)值作用選用蜂鳴器元件實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警，通過三極管的基極與一個(gè)電阻串聯(lián)并且該電阻需要與單片機(jī)端口相連接以實(shí)現(xiàn)控制蜂鳴器是否發(fā)聲。報(bào)警電路如圖4所示。

數(shù)碼顯示電路采用4位共陽數(shù)碼管，電路如圖5所示。單片機(jī)控制數(shù)碼管顯示不同的四位數(shù)字，煙霧濃度值在前面兩位顯示，可顯示范圍為0到9;后面兩位顯示具體的溫度值，可實(shí)現(xiàn)0到99度溫度范圍的顯示。

選用收發(fā)電路MT8880作為遠(yuǎn)程報(bào)警電路，但需要提前儲(chǔ)存幾個(gè)報(bào)警電話號(hào)碼。通過STC89C52單片機(jī)控制MT8880報(bào)警電路，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)相互之間的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。一旦發(fā)生火災(zāi)，通過調(diào)用遠(yuǎn)程報(bào)警電路就可以撥打提前設(shè)置的多個(gè)號(hào)碼，對(duì)于不接通的電話號(hào)碼，直接撥打下一個(gè)。

1.2 軟件方案設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)要考慮到整個(gè)檢測系統(tǒng)的即時(shí)性、靈活性和可行性。通過設(shè)計(jì)流程圖并且編寫調(diào)試系統(tǒng)各個(gè)部分程序來完成各個(gè)部分的功能。此系統(tǒng)主要包括溫度和煙霧數(shù)據(jù)采集子程序、濾波及線性化處理子程序、按鍵控制子程序和火災(zāi)報(bào)警子程序等。首先對(duì)傳感器進(jìn)行預(yù)熱處理，并利用程序同時(shí)對(duì)傳感器進(jìn)行故障檢測，目的是查找內(nèi)部線路中是否存在接觸不良問題。然后單片機(jī)STC89C52把用傳感器采集到的煙霧濃度信號(hào)并經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換與檢測到的溫度信號(hào)結(jié)合，經(jīng)過一系列的處理后，把檢測到周圍環(huán)境中的實(shí)際數(shù)值與之前弄好的報(bào)警限值判斷誰高誰低，判斷是否發(fā)出報(bào)警信號(hào)，最終將采集到的溫度、煙霧濃度值通過數(shù)碼管顯示出來。圖6為具體的軟件設(shè)計(jì)程序流程圖。

在整個(gè)檢測系統(tǒng)中，煙霧濃度信息經(jīng)ADC0832轉(zhuǎn)換后結(jié)合溫度信息，由單片機(jī)進(jìn)行比對(duì)數(shù)值大小，判斷一下是否需要啟動(dòng)報(bào)警。預(yù)熱幾分鐘后，程序就開始執(zhí)行初始化程序，初始化的作用是設(shè)定輸出狀態(tài)，寄存器初始化，保證中斷功能等。第一步設(shè)置定時(shí)初值為五十毫秒，第二步設(shè)置定時(shí)器0，進(jìn)而選擇方式1。第三步是定時(shí)器0中斷的允許位置1，開啟定時(shí)器0，設(shè)置報(bào)警限初值。

2 ?硬件調(diào)試

首先需要仔細(xì)觀察，由于系統(tǒng)全部電路都手工焊接在萬用板上，要認(rèn)真檢查電路中的每一個(gè)焊點(diǎn)。觀察焊接后的板子上有沒有虛焊情況和出現(xiàn)毛剌等。其次是萬用表來測試電路，用萬用表來核對(duì)第一步檢查時(shí)存在可疑的連線或焊點(diǎn)，判斷其是否連通，有沒有滿足設(shè)計(jì)要求，并且特別要注意檢查地線與電源之間有沒有發(fā)生短路。然后是通上電進(jìn)行檢查。最終是進(jìn)行聯(lián)機(jī)檢查。

3 ?小結(jié)

本系統(tǒng)實(shí)物可以設(shè)置溫度報(bào)警值和煙霧濃度報(bào)警值，還可以具有緊急報(bào)警和手動(dòng)取消緊急報(bào)警的功能。當(dāng)發(fā)現(xiàn)周圍環(huán)境不正常時(shí)可按下緊急鍵進(jìn)行報(bào)警，此系統(tǒng)還具備一定的掉電保存作用，這些性能參數(shù)都存儲(chǔ)在單片機(jī)內(nèi)部。另外本檢測系統(tǒng)還可以檢測溫度，在高溫火災(zāi)情況下，系統(tǒng)中的蜂鳴器也會(huì)產(chǎn)生報(bào)警聲。系統(tǒng)其余按鍵具有加、減作用，可以隨時(shí)設(shè)定報(bào)警限值。進(jìn)行硬件調(diào)試后，系統(tǒng)基本功能可以正常發(fā)揮，同時(shí)也滿足報(bào)警要求。

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