淺析基于單片機的智能火災報警系統

曹旻罡

【摘 要】本文主要研究了基于單片機的智能火災報警系統，首先介紹了該系統的硬件結構，包括單偏激、溫度和煙霧傳感器、A/D轉換電路、LCD顯示電路和報警電路的結構和硬件設計，而后設計了系統的主控程序流程、MQ-2離子感煙煙霧傳感器、溫度傳感器的工作流程，從而實現了基于單片機的智能火災報警系統。

【關鍵詞】火災報警系統；傳感器；A/D轉換電路；報警電路

0 概述

現代化建筑中，火災報警系統已經成為必不可少的安保裝置，對于工業生產、人們聲明財產安全來說意義重大。隨著當前科學技術水平不斷增高，人們對于智能建筑中起到安防作用的智能火警報警系統的自動化、智能化要求越來越高，在很多如圖書館、賓館、寫字樓、博物館等建筑中，都期望有智能火災報警系統來提高整個建筑的安全水準。目前，微型化、智能化、網絡化的火警報警系統已經在廣泛應用，其火災探測器在系統功能表現上具有非常優異的性能，自動化程度也非常高，可靠性和穩定性也十分令人滿意。所以，基于單片機的智能火災報警系統的研究，可以有效地提高智能建筑的安全等級，并為人們在火災發生時提供可靠、準確的報警信號，極大地保障了人們的生命財產安全。

1 基于單片機的智能火災報警系統硬件結構

基于單片機的智能火災報警系統，要以單片機最小片上系統為核心，結合火災檢測的溫度傳感器、煙霧傳感器等來實時檢測現場的火災發生情況，將實際的自然模擬信號轉變成電信號，而后經A/D轉換電路輸入的單片機中進行邏輯判斷，如果超出了閾值設定，就會通過顯示電路和報警電路進行火災報警。此外，為了方便人為的管理操作，在智能火災報警系統中增設人機交互接口，通過按鍵電路對智能火災報警系統進行控制，同時有復位電路保證對該系統的維護與管理。基于此思路，設計基于單片機的智能火災報警系統，如圖1所示，整個智能火災報警系統結構示意圖。

在火災傳感器方面，為了提高煙霧傳感器的性能，在系統設計中選用了個性價比高、性能穩定的MQ-2離子感煙煙霧傳感器，該傳感器對煙霧特別敏感，可以通過煙霧濃度來將其轉化成模擬電信號，經過后期信號處理后傳輸到單片機中進行判斷火災情況。特別說明的是，在對MQ-2離子感煙煙霧傳感器，需要經過專門的A/D轉換電路，將模擬電信號量轉變成數字信號量，從而傳輸到單片機中進行數據處理，在整個系統中國，選用ADC0832芯片作為模數轉換電路，該芯片輸入端連接MQ-2離子感煙煙霧傳感器的輸出，而輸出端則與單片機相連。

在溫度傳感器方面，為了提高傳感器工作性能，在該系統中選用DS18B20芯片作為火災現場數據傳感的芯片，該芯片屬于數字傳感器范疇，能夠將火災現場的溫度變化直接轉化成數字量，所以可以與單片機直接相連，從而將火災現場數據傳輸到單片機中。DS18B20數字溫度傳感器分為三個部分，第一部分為溫度報警觸發器，第二部分為溫度傳感器，第三部分為激光ROM。在該芯片中，有一條單總線傳感器，通過溫度傳感器對溫度的感知，可在內部處理后直接生成數字信號，傳輸到單片機中進行識別。DS18B20芯片采用二級制補碼形式，溫度識別分辨率為0.5，適用范圍是-55℃到125℃，在單總線中，將溫度模擬量轉變成數字量傳輸到單片機中。

2 基于單片機的智能火災報警系統軟件流程設計

針對智能火災報警系統的軟件流程設計，主要涉及到系統主流程設計、MQ-2粒子感煙煙霧傳感器驅動程序設計、溫度傳感器驅動程序設計三個方面，從而保證整個系統的控制與運轉。

2.1 系統主程序流程設計

基于單片機的智能火災報警系統的主控程序設計，主要是完成各個模塊、各個芯片的初始化功能、子程序調用、外部報警電路、顯示電路驅動等流程，而子程序調動則是包括了MQ-2離子感煙煙霧報警器、DS18B20數字式溫度傳感器兩部分。基于單片機的智能火災報警系統的主要流程如下：

a）系統上電；

b）數據初始化（包括液晶顯示屏顯示的數據內容等）、芯片功能初始化（寄存器、A/D轉換芯片、液晶顯示器等芯片的控制與使能信號等）、定時器初始化；

c）調用溫度傳感器判斷子程序，返回當前現場溫度值；

d）判斷是否超過閾值；

e）如果沒有超過閾值，則調用煙霧傳感器子程序，返回當前現場煙霧濃度值；如果超過閾值，則跳轉到步驟h）；

f）如果沒有超過閾值，則判斷是否有人工報警按鍵按下；如果超過閾值，則跳轉到步驟h）；

g）如果沒有人工報警按鍵按下，則跳轉到步驟c）；如果有人工報警按鈕按下，則執行下一步操作；

h）發送報警信號給蜂鳴器；發送報警信息到液晶顯示屏；

i）判斷是否清楚按鍵按下？

j）如果否，則啟動定時器，定時兩分鐘，是程序延遲2分鐘，持續報警和持續顯示，2分鐘后跳轉到步驟c）；如果是，則跳轉到步驟c）

2.2 MQ-2離子感煙煙霧傳感器程序流程設計

MQ-2例子感煙煙霧傳感器子程序主要是通過傳感器獲取現場的煙霧濃度，經過A/D轉換后即可得到相應現場的煙霧濃度值，而后傳輸到單片機中進行判斷是否超過了閾值。在系統設計中，為了將濃度值進行量化對比，通過分等級來判斷，如果空氣中煙霧濃度小于5ML/L，則為F0等級；煙霧濃度大于5ML/L且小于20ML/L，則為F1等級；煙霧濃度大于20ML/L且小于40ML/L，則為F2等級；煙霧濃度大于40ML/L且小于80ML/L，則為F3等級；煙霧濃度大于80ML/L且小于120ML/L，則為F4等級；煙霧濃度大于120ML/L，則為F5等級。通過煙霧傳感器獲取的煙霧濃度值，而后將其傳輸到單片機中，通過單片機的邏輯判斷來判斷是否有火災發生，從而發送報警和火災顯示信號。

2.3 DS18B20溫度傳感器程序流程設計

DS18B20溫度傳感器為數字式傳感器，不需要A/D轉換電路即可獲取現場溫度的數字量。所以主控程序只需要給溫度傳感器發送控制執行，而后采集傳回的數據量即可。最后與溫度閾值繼續對比，超出閾值則進行火災報警。

3 總結

智能火災報警系統對于提升當前智能建筑的安全等級來說具有非常重要的現實意義。基于單片機的智能火災報警系統，可以以溫度傳感器、煙霧傳感器的實時數據為依據，將現場的模擬信號轉變成電信號，處理之后得到對應的數字量，單片機在主控程序控制下將其與預先設定的閾值進行對比，超出閾值后即可進行火災報警。智能火災報警系統提高了火災報警效率和準確度，為人們的生命財產安全奠定了堅實的基礎。

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[責任編輯：張濤]endprint