基于單片機的多功能火災報警器的設計與研究

魏 雅

（陜西工業職業技術學院，陜西 咸陽 712000）

基于單片機的多功能火災報警器的設計與研究

魏 雅

（陜西工業職業技術學院，陜西 咸陽 712000）

多功能火災報警器采用ATC89C52單片機為核心控制器，利用煙霧傳感器MQ-2檢測煙霧濃度、通過ADC0832模數轉換器對檢測到的數據處理，使用溫度傳感器DS18B20檢測溫度，通過液晶LCD1602顯示當前的煙霧值和溫度值，通過按鍵設定相應的閥值。當環境中可燃氣體濃度或溫度等發生變化時，單片機控制相應的報警電路，并驅動負載工作。經過軟硬件設計、調試與測試，系統能在緊急狀態下發出報警，并驅動相應的滅火裝置，自動滅火，達到設計的目的。

檢測煙霧濃度；檢測溫度；單片機；傳感器

系統中的火災報警器能檢測環境中的溫度和煙霧的濃度，并且與提前設置好的安全閥值進行比較，如果檢測到的溫度值或者煙霧的濃度超過了安全閥值，系統會通過單片機發出控制信號，啟動報警系統發出報警信號，并且驅動相應的負載處理當前的危險情況。

1 硬件設計與研究

依據系統設計功能的需求，整個系統包括主控電路模塊、按鍵模塊、聲光報警模塊等。設計系統如圖1所示。

圖1 設計系統

在整個系統中由煙霧傳感器[1]1MQ-2采集煙霧的濃度，用溫度傳感器DS18B20采集當前的溫度，他們各自將采集到的數據傳送給單片機AT89C52[2]，單片機將采集到的信息處理后推送到LCD1602顯示屏上顯示，同時與設定的閥值比較并作出判斷，然后根據設定做出相應的處理，使整個系統協調工作，完成報警并啟動相應的負載處理滅火等工作。整個系統的硬件設計具體如圖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、復位電路3部分，主控芯片接收數據并完成控制功能，采用AT89C52做主控芯片。

AT89C52單片機的時鐘信號通常有兩種方式：內部時鐘方式、外部時鐘方式[3]。其連接如圖2所示，晶振的振蕩頻率值為12 MHz。

單片機的復位有手動按鍵復位和上電復位兩種，本系統中采用手動按鍵復位。當按鍵按下后，RST[4]引腳得到高電平信號，持續兩個機器周期，完成復位，當松開按鍵時，電容充電，RST電位被拉低，經過一定的延時，單片機就脫離復位狀態，進入正常工作模式。單片機在電源、晶振電路及復位電路的配合下正常工作。

圖2 系統硬件設計

（2）煙霧探測電路的設計。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]可以測量液化氣、甲烷、煤制氣，測量范圍為300～5 000 ppm。而MQ-2煙霧傳感器可以測量可燃氣體、煙霧等，測量范圍為300—10 000 ppm，它還具有廣泛的優點，因此本設計選用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串聯一個AD轉換器，AD轉換器將輸入的信號轉換成數字量，單片機才可處理。在本系統中，采用ADC0832的8位分辨率A/D轉換芯片。

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

（4）顯示電路設計。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為液晶顯示器對比度調整端，在系統中通過一個10 K的電位器調整對比度、RS為寄存器選擇，D0—D7為8位雙向數據線，剩下兩個引腳為背光源正極和背光源負極。

（5）聲光報警電路設計。聲光報警[8]電路如圖2所示，三極管Q1起開關作用，當有特殊情況時，單片機從P3.3位發出一個低電平信號，使三極管飽和導通，使蜂鳴器發聲；當正常情況下，單片機從P3.3位發出一個高電平信號而使三極管關閉，蜂鳴器停止發聲。

2 系統軟件設計

（1）系統總體軟件設計。首先系統初始化，先設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。系統開始運行，煙霧傳感器與溫度傳感器采集信號，將信號傳輸給單片機，單片機根據設定的閥值判斷，達到上限值進行聲光報警，再將煙霧濃度、溫度等數據送入液晶屏顯示。其總體流程如圖3所示。

圖3 系統總體流程

（2）煙霧報警程序的流程如圖4所示。首先系統初始化，系統開始運行，煙霧傳感器采集信號，通過AD將模擬信號轉換為數字信號，再傳輸單片機進行判斷，達到上限值進行聲光報警，再將煙霧濃度數據送入液晶屏顯示。

（3）溫度采集系統的軟件流程如圖5所示。

圖4 煙霧采集流程

圖5 溫度采集系統

3 結語

設計的火災報警探測器由傳感器電路和顯示電路等構成。控制處理器是以管腳資源豐富的AT89C52為核心，實現對探測器寫入信號和對信號進行編譯處理等功能。應用C語言編寫程序，并利用芯片的內部資源，提高了代碼執行率，減小了代碼的容量。由于該探測器具有很多優點，因此，該探測器有著良好的應用和市場前景。

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

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[3]王娟.基于nRF24L01和單片機的無線煤氣檢測及報警系統[J].信息系統工程，2016（2）：92.

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[7]唐先登，楊經國，李賀威，等.基于nRF24L01的多點無線環境監測系統的設計[J].電子設計工程，2015（5）：81-83.

[8]楊江，高紅亮，梅揚.基于nRF24L01智能環境監測系統設計[J].自動化技術與應用，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目；項目名稱：基于單片機的電動智能小車設計制作與應用；項目編號：2014KT-25。

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