基于STM32芯片的樓宇火災遠程自動報警系統

楊彥偉 雒志秀 鄭肖宇 亢麗變 方舟

摘要：在我國經濟建設高速發展的今天，各種現代化樓宇對火災自動報警提出了更高的要求。本設計是在STM32為主控芯片的基礎上，通過NRF24L01無線收發裝置，使LCD1602顯示災情并在同一時刻蜂鳴器響，從而達到遠程報警的目的。本次設計是為實現樓宇火災報警的方便，對保護人身安全和財產安全具有現實意義。

關鍵詞：NRF24L01無線射頻收發器，自動報警

中圖分類號：TP273

文獻標識碼：A

DOI： 10.3969/j.issn.1003-6970.2015.08.024

0 引言

當今社會，火災問題成為了社會一大安全隱患，而在這其中高樓建筑因為其與人們生活息息相關，倍受人們關注。在我們的生活中有許多家用電器（電視機、電冰箱、空調等）、裝潢材料、甚至于我們經常穿的衣服，一不小心都有可能引發高樓建筑起火，嚴重情況下會導致人員大面積傷亡，造成嚴重損失。由此可知，火災遠程自動報警系統技術，在高樓建筑中的應用是有光明前景的。

現代社會，無線遠程報警系統中是使用煙霧傳感器，煙霧傳感器將采集的濃度變化傳送至控制器，控制器做出相應反應，這一過程同時進行，速度快，以此來實現遠程自動報警。傳統火災自動報警由開關量報警器來實現報警，不僅效率低下，而且很可能誤報警，產生社會恐慌。無線遠程火災報警與傳統火災報警系統相比較下，可以明顯感知：將開關量報警器改為煙霧傳感器與單片機的結合，使系統確定火災發生的數據以及智能化處理更加準確，使錯誤報警發生的概率降低。在微處理器高速發展的今天，低價位、低功耗、高性能的單片機處處可見。使用單片機以后，更加方便了我們的設計，許多以前必須要硬件來完成的功能，現在可以通過控制軟件程序來實現，測量的數據更為準確，硬件部分更好控制，連接電路結構更加簡單，增加了電路的可靠性。如今，火災報警方面新技術發展的越來越快，技術越來越成熟，在整體電路設計不做大調整的前提下，使用更新報警新技術，加入最新的火災報警新技術，從而改變部分程序，更好的實現系統功能，使火災報警更加準確，性能更加可靠。

本設計是使用STM32單片機結合NRF24L01無線射頻收發技術而開發的報警系統。本文主要針對火災報警系統中的各個組成部分分別進行介紹。本文設計的火災遠程自動報警系統能有效的防止和減少火災危害，解決傳統的火災報警系統不能解決的問題，對保護人身安全和財產安全具有實際意義。

1 系統總體功能

本設計主要以STM32單片機作為整個系統的控制中心，通過NRF24L01無線收發模塊和煙霧傳感器對現場探測進行的實時監測，來控制LCD1602液晶顯示器顯示安全或危險、蜂鳴器報警和通知消防人員。系統主要由STM32主控芯片模塊、煙霧傳感器模塊、無線收發模塊、液晶顯示器模塊、蜂鳴器模塊五部分組成。主控模塊主要判斷火災采集煙塵等的濃度作出相應指令，即在液晶顯示器上顯示災情，蜂鳴器警示火災發生；無線收發模塊主要讓消防部門知曉災情發生，實現及時報警。具體硬件連接框圖如下圖1所示。

2 系統硬件設計

設計系統的硬件部分主要由主控芯片、無線收發模塊、蜂鳴器、液晶顯示器、煙霧傳感器五部分組成。系統硬件設計主要包括信息采集部分與信息接受部分、液晶顯示與蜂鳴器部分。

2.1 系統硬件部分

1）主控芯片的選取

STM32單片機具有穩定性，低功耗、低成本、程序模塊化的特點。其接口較為簡單。芯片內部具有可編程FLASH存儲器，具有最大的集成度復位電路、低電壓檢測、調壓器、精確的RC振蕩器等；簡單的結構和易用的工具，并且該款產品被眾多工業級別的嵌入式控制系統所采用，為其提供高靈活性和高可靠的工作性能。相對于5 1單片機功能更加強大，實現的功能更多。

2）無線收發模塊的選取

NRF24L01具有極低的電流消耗，在發射模式下工作時，當功率為0時，發射的電流與接受的電流都極低。并且在多功率模式（掉電和空閑模式）下更利于節能。可直接與單片機接口連接，外接原件口少方便快捷。在無障礙情況傳輸距離達到240m。NRF24L01無線射頻收發器是工作在2.4GHz頻段的。

3）煙霧傳感器的選取

煙霧傳感器采用低功耗CMOS微處理器；內部采用離子式煙霧傳感；光學迷宮；可以感知環境中待測氣體的濃度變化，可以單獨的測一種氣體，排除其他氣體，抗干擾能力強；結構設計采用獨特的超薄式結構，牢固的同時，降低了成本；煙霧傳感器的性能穩定，不容易損壞；使用特殊材料防潮、防塵，在使用情況下避免非因素條件的干擾。

4）液晶顯示器的選取

LCD1602液晶顯示器具有多種顯示形式，例如可以顯示數字、字母等。可以識別英文字母、阿拉伯數字、日本片假名。液晶顯示器的功耗比其他顯示器消耗電量要少得多，價格便宜。LCD1602的顯示內容豐富多彩，顯示質量高。整體結構設計超薄輕巧，從而使體積減小，制作成本減少，方便操作。在我們所用的單片機中就可見。

5）蜂鳴器的選取

無源蜂鳴器的理想信號是方波，內部沒有震蕩源，需要驅動的電流才能發生，必須用2K～5K的方波去驅動它。而它程序控制方便，用起來省事，價格便宜，聲音頻率可控，可以做出“多來米發索拉西”的效果。在一些特例中，可以與LED復用一個控制口。

2.2 系統信息采集與信息接受部分

采集部分：這個部分我們使用煙霧傳感器采集環境內的煙霧濃度，煙霧傳感器有較好的靈敏度，能有效的檢測環境中煙霧的濃度，如二氧化碳、煙塵等的濃度變化，將數據傳送至單片機，單片機進行處理，將數值傳送到NRF24L01無線發送端，完成信息的采集。正是由于煙霧傳感器的高靈敏度，使得我們在剛發生災情的情況下就可以了解災情。

接收部分：NRF24L01無線接收端接受來自NRF24L01無線發送端傳來的煙霧濃度值，傳送至單片機，單片機進行信息處理。在這過程中必須檢測數據是否接收，之后進行判斷是否達到也報警濃度范圍。整個系統在這一過程中都在運行。

這兩部分的完成使消防人員可以很快的接受災情報告，并及時援助。

2.3 液晶顯示與蜂鳴器

煙霧傳感器采集到的煙霧濃度變化值經單片機判斷，若沒有達到預設值蜂鳴器不響，LCD1602顯示“OK”字樣；超過設定范圍，進行報警操作，蜂鳴器響，LCD1602顯示“Dangerous”。主要實現人員對于環境的實時監控。

3 系統軟件設計

3.1 主程序介紹

系統的主程序要完成STM32單片機系統的初始化、設置各模塊的程序，調用各個處理子程序，然后轉入相應的程序，如延時函數等的調用、數據的采集與處理。在其中，“數據的采集”我們寄存器來判斷數據是否接受完成燈，“采集的濃度”我們通過控制電位器阻值來實現，使液晶顯示器顯示與蜂鳴器響應。系統流程圖如圖2。

3.2 “亮點應用”24L01的程序介紹

24L01無線收發模塊的程序由接收程序與發送程序組成，從而實現信息的發送與傳輸。首先，要對24L01進行初始化設置，在整個程序中運用到延時函數的調用、寄存器數值的讀取、變量的設置等。必須注意的是：在這過程中要檢測數據是否接受或發送。

接收程序與發送程序兩者具有共同的程序，使編程過程簡單了許多。24L01的程序主要包括以下幾個：

（1） nrf2401_init（）； （2）nrf_rx_mode（）； （3）uart_init（）； （4）delaylOOms（）；

4 結論

經過單片機的處理，若在設定的范圍內，蜂鳴器不響，LCD1602液晶“OK”字樣；超過設定范圍，進行報警操作，蜂鳴器響，LCD1602液晶顯示“Dangerous”字樣。基于STM32芯片的火災遠程自動報警系統實現了在火災發生時，能夠正確傳送信息，在第一時間通知相關部門災情情況，實現求援助的功能。使用STM32單片機，經過NRF24L01無線收發模塊的信息傳輸，使整個過程的效率提升，并且提高了樓宇生活的安全系數，人們的生活更加有保障，具有廣泛的應用前景。