禁煙警示器系統設計

李衛兵，于 京，朱恭生

（北京電子科技職業學院 北京100176）

禁煙警示器系統設計

李衛兵，于 京，朱恭生

（北京電子科技職業學院 北京100176）

國家和地方相繼出臺了控煙條例，為了輔助監控與警示，基于GP2Y1010AU灰塵傳感器，設計了香煙煙霧探測與語音警示電路，當探測到一定濃度的香煙煙霧時，進行語音警示并LED警示燈閃爍提醒，香煙煙霧報警閾值可在0～500 μg/m3范圍內改變，以調節系統的靈敏度，達到了公共場合禁止吸煙警示的效果，以MQ-2煙霧傳感器探測燃燒煙霧，具有火災報警作用。

香煙煙霧探測；PM2.5檢測；語音播報；液晶顯示；閾值調節

國家在2015年出臺了《中華人民共和國公共場所控制吸煙條例》，北京市、上海市、杭州市等19個省市也修訂和出臺了控制吸煙條例[1-2]，但仍然有部分人改不掉公共場合吸煙的習慣，而相應執法力量不足，存在公共場合吸煙情況，損害大部分人的利益。現有建筑物內的煙霧探測電路一般采用離子型、光電型、激光型煙感探測器，用于探測火災煙霧，進行火災報警[3-7]，這些探測器要求煙霧濃度足夠高時才能輸出報警信號，對于檢測香煙煙霧靈敏度不夠，無法實現香煙煙霧探測功能。本文采用灰塵傳感器探測香煙煙霧，設計了一款煙感警示器，靈敏度高，響應快，當探測到香煙煙霧超過設定閾值時，系統就會觸發進行聲光報警，同時語音警示“公共場合，禁止吸煙”或者播報其他警示語音，起到輔助監督警示作用。

1 系統整體設計方案

系統整體設計方案如圖1所示，以AT89S52單片機為控制核心，香煙煙霧/PM2.5探測模塊采用夏普GP2Y1010AU0F灰塵傳感器，信號經AD轉換后送控制器處理，并通過1602液晶顯示PM2.5值，控制器設置香煙煙霧報警閾值并可通過濃度閾值調節模塊調節器靈敏度，當檢測到香煙煙霧時，觸發語音模塊并經功放模塊驅動發出語音警示，火災煙霧探測模塊采用MQ-2傳感器。

圖1 系統整體設計方案

2 電路設計

2.1 香煙煙霧/PM2.5探測電路

采用夏普公司的GP2Y1010AU光學濃度檢測傳感器，此傳感器內部成對角分布的紅外發光管和光電晶體管，檢測空氣中的塵埃所反射的光，經光電轉換電路，依靠輸出脈沖的值來判斷顆粒濃度[8-9]。GP2Y1010AU0F內部結構及引腳如圖2所示，3腳為紅外發光管驅動信號，要求輸入周期為10 ms，輸入脈沖寬度為0.32 ms的脈沖信號，5腳為輸出信號端，需要對應輸入信號高脈沖計時0.28 ms時讀取輸出電壓值，對應輸出電壓和濃度關系可讀出PM2.5濃度值。

圖2 GP2Y1010AU0F內部結構

GP2Y1010AU外部接線圖如圖3所示。電源Vcc通過電阻R2和C4給傳感器供電，晶體管Q1用于增加傳感器3腳的驅動能力，由AT89S52單片機的P3.1口驅動，5腳為輸出信號，接 AD轉換器ADC0832的CH0輸入端。

圖3 GP2Y1010AU外部接線圖

2.2 AD轉換電路

采用8位串行AD轉換器ADC0832，雙通道A/ D轉換，工作頻率為250 kHz，轉換時間為32 μs，8引腳結構[10-11]。1腳為片選使能，低電平芯片使能，2腳CH0模擬輸入通道0，3腳CH1模擬輸入通道1，5腳DI數據信號輸入，選擇通道控制，6腳DO數據信號輸出，轉換數據輸出，由于DO端與DI端在通信時不同時使用且單片機的接口是雙向的，可以將DO和DI并聯在一根數據線上使用，7腳CLK芯片時鐘輸入，腳Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入（復用），ADC0832轉換電路如圖4所示。

圖4 ADC0832轉換電路

2.3 MQ-2煙霧探測電路

MQ-2氣體傳感器可用于可燃氣體、煙霧等的探測，靈敏度高、響應快、穩定性好、壽命長、驅動電路簡單[12-13]。MQ-2可燃氣體及煙霧探測電路如圖5所示，傳感器輸出信號通過電壓比較器LM393比較輸出，電位器RP設定比較閾值，當傳感器探測到煙霧超過一定濃度時，LM393輸出低電平，LED發光二極管點亮警示。

2.4 語音警示電路

采用上海奔流電子有限公司的BMP5008語音錄放板，配備了專用錄音控制芯片BLR3808，外加SPI接口的NOR FLASH的設計，通過外掛不同容量的FLASH，可以獲得從30秒～32分鐘的錄音容量，錄音信息掉電后不會丟失，板上自帶穩壓電路，支持5～6 V電壓直接輸入[14]，自行錄制禁煙警示語“公共場合 禁止吸煙”，由于BLR3808內置功放為0.5 W，輸出功率不足以在公共場合起到警示作用，所以另行設計了25 W功放電路。

圖5 MQ-2煙霧探測電路

2.5 功放電路

采用TI公司TPA3116功放集成電路[15]，6～25 V直流單電源供電，在不使用外部散熱器的情況下在雙層PCB上可提供2×30 W/8 Ω的功率雙聲道輸出。集成了具有錯誤報告功能的自保護電路，其中包括過壓、欠壓、過熱、直流檢測和短路等保護。TPA3116D2高級振蕩器/PLL電路采用多開關頻率選項，抑制AM干擾。

2.6 繼電器控制模塊

由于功放電路功率比較大，采用12 V供電，為了與語音電路5 V供電電路信號傳輸，采用光電耦合繼電器控制電路[16]控制功放電路電源工作，達到控制信號和被控信號的電氣隔離。電路如圖6所示。

圖6 光電耦合繼電器模塊

2.7 液晶顯示電路

采用1602液晶顯示，電路圖如圖7所示。

圖7 1602液晶電路

3 系統主流程圖

系統主流程圖如圖8所示。

4 結 論

系統以AT89S52單片機為控制核心，以夏普GP2Y1010AU0F灰塵傳感器采用光學原理同時探測香煙煙霧和PM2.5值，靈敏度高，響應快，以8位AD轉換器ADC0832將模擬的電壓信號轉換為數字信號，經單片機處理運算得出濃度值，通過1602液晶實時顯示，根據探測的香煙煙霧濃度，通過BMP5008語音錄放板進行語音警示并LED警示燈閃爍提醒，香煙煙霧報警閾值可通過按鍵進行調整，以達到公共場合禁止吸煙的警示的目的，系統以MQ-2煙霧傳感器探測燃燒煙霧，同時具有火災報警功能。

圖8 系統主流程圖

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Design of anti-smoking warning indicator system

LI Wei-bing，YU Jing，ZHU Gong-sheng
（Beijing Polytechnic，Beijing 100176，China）

National and local successively introduced tobacco-control regulation，in order to assist monitoring and warning，based on GP2Y1010AU dust sensor，design of the smoke detection and voice alarm circuit，when detected a certain concentration of cigarette smoke，voice alarm and LED warning lights flashing warning，Cigarette smoke alarm threshold can change within 0～500 μg/m3range，to adjust the sensitivity of the system，to achieve the effect of smoking is forbidden in public places the alert，MQ-2 smoke sensor detection burning smoke，a fire alarm function.

cigarette smoke detection；PM2.5 detection；voice broadcast；LCD；threshold adjustment

TN98

A

1674－6236（2017）10-0066-03

2016-04-18稿件編號：201604182

北京電子科技職業學院校內課題立項（YYK2016003）

李衛兵（1971—），男，山東濱州人，碩士，副教授。研究方向：電子技術應用、電磁兼容。