基于單片機(jī)的家用無線火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計

余震

（江蘇省常州技師學(xué)院，江蘇常州，213000）

0 引言

對于傳統(tǒng)火災(zāi)報警系統(tǒng)，主要選用基于總線制的開關(guān)式預(yù)警方案，通過利用有線方式，報警模塊、檢測模塊能夠?qū)π盘栠M(jìn)行傳輸，布線是非常復(fù)雜的，在出現(xiàn)火災(zāi)時，極易出現(xiàn)連接線損壞問題，而在對環(huán)境信息進(jìn)行采集時，常常會對單一傳感器進(jìn)行選用，進(jìn)而常常會出現(xiàn)漏報、誤報火災(zāi)現(xiàn)象。在當(dāng)前時期，因為火災(zāi)報警系統(tǒng)的價格非常偏高，所以安裝火災(zāi)報警系統(tǒng)的普通家庭并不多。

在對住宅環(huán)境信息進(jìn)行采集時，筆者主要對傳感器進(jìn)行選用，通過利用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，對信息進(jìn)行傳輸，進(jìn)而能夠?qū)鹘y(tǒng)火災(zāi)報警系統(tǒng)的技術(shù)缺陷進(jìn)行有效避免。在家用無線火災(zāi)報警系統(tǒng)中，不但對傳統(tǒng)的聲光報警電路進(jìn)行選用，而且還對GSM模塊進(jìn)行了集成，通過移動網(wǎng)絡(luò)，可以向用戶發(fā)送家庭的火災(zāi)信息，針對用戶的損失，能夠最大程度的對其進(jìn)行降低。基于單片機(jī)的家用無線火災(zāi)報警系統(tǒng)，能夠使足普通家庭對火災(zāi)防范的需求進(jìn)行有效滿足。

1 總體方案設(shè)計

針對基于單片機(jī)的家用智能無線火災(zāi)報警系統(tǒng)，它的主要結(jié)構(gòu)大致能夠劃分為兩大類，即:其一，住宅環(huán)境信息采集部分，包括Nrf 2 4L01無線信息傳輸模塊、AT89C52單片機(jī)、MQ-2離子式煙霧傳感器等；其二，火災(zāi)報警部分，包括GSM報警模塊、GSM報警模塊、聲光報警電路、Nrf24L01無線信息接收模塊等。針對住宅環(huán)境中出現(xiàn)的不正常的煙霧信息、溫度信息，當(dāng)住宅信息采集部分將其采集到時，則在無線發(fā)送模塊作用下，信息便會被傳輸至火災(zāi)報警部分內(nèi)，而在對不正常信號接收到以后，火災(zāi)報警部分便會對GSM短信報警、聲光報警進(jìn)行啟動。其中，家用無線火災(zāi)報警系統(tǒng)的工作原理，如圖1所示。

圖1 家用無線火災(zāi)報警系統(tǒng)的工作原理

2 系統(tǒng)硬件的設(shè)計

2.1 單片機(jī)連接電路和傳感器的設(shè)計

傳統(tǒng)火災(zāi)報警器主要對單一傳感器進(jìn)行選用，極易出現(xiàn)漏報、誤報火災(zāi)災(zāi)情問題，為能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效解決，在本次設(shè)計中，主要對MQ-2離子式煙霧傳感器、DS18B20數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行選用，同時對住宅環(huán)境的煙霧信息、溫度信息進(jìn)行采集。其中，對于DS18B20，它屬于單總線類型，在相同集成電路中，能夠集成全部轉(zhuǎn)換電路、傳感元件，一條數(shù)據(jù)線能夠連接DS18B20和單片機(jī)，接口并不復(fù)雜，安裝5V驅(qū)動電壓，通過對數(shù)據(jù)線進(jìn)行利用，以實現(xiàn)電的供應(yīng)，分辨率是0.5℃，-55 -175℃是溫度的測量范圍，火災(zāi)測量的需求是絕對能夠滿足的。MQ-2具有多種特點，如便于使用、反應(yīng)非常靈敏、價格不高等。在對煙霧探測到時，MQ-2內(nèi)部便會出現(xiàn)電壓，煙霧濃度和電壓屬于正比關(guān)系，將電壓作為主要依據(jù)，能夠?qū)熿F濃度進(jìn)行計算出來。MQ-2傳感器中輸出的電壓是一種模擬電壓，只有A/D對其進(jìn)行有效轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓后，控制芯片才能夠?qū)ζ溥M(jìn)行成功識別和有效處理，其中，ADC08320是主要選用的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。針對單片機(jī)的P2.5引腳，溫度傳感器的數(shù)據(jù)引腳能夠?qū)ζ溥M(jìn)行直接連接。對于MQ-2所采集到的模擬信號，只有ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將其進(jìn)行轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號之后，才能夠向單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行傳輸。

2.2 單片機(jī)連接電路、接收模塊、無線發(fā)送的設(shè)計

在家用無線火災(zāi)報警系統(tǒng)中，為對信息進(jìn)行傳輸，主要對基于Nrf24L01芯片的無線通信模塊進(jìn)行選用，裝有3V工作電壓，在掉電模式中，電流值是900 uA；在待機(jī)模式中，電流值是22 uA；主要對2.4GHz的ISM頻段進(jìn)行選用，2 Mbps是最高工作速率，能夠有效調(diào)整高效信息，具有非常強(qiáng)的抗干擾能力，能夠?qū)纹瑱C(jī)進(jìn)行直接連接，進(jìn)而能夠正常使用。

單片機(jī)、接收模塊、無線發(fā)射三者進(jìn)行連接時，應(yīng)將拉電阻安裝在電路中，這樣才能夠?qū)σ螂妷哼^高而使無線模塊燒毀現(xiàn)象進(jìn)行有效預(yù)防。在連接環(huán)境檢測控制單片機(jī)U1和無線發(fā)射模塊時，應(yīng)有效連接單片機(jī)的PO口和模塊的引腳；在連接報警控制單片機(jī)U2和無線接收模塊時，應(yīng)連接P1口和模塊的引腳。

2.3 聲光報警電路的設(shè)計

NPNl晶體管、雙LED燈、蜂鳴器共同構(gòu)成聲光報警電路。針對有住宅環(huán)境檢測部分單片機(jī)所傳輸?shù)幕馂?zāi)信息，在火災(zāi)報警部分的單片機(jī)對其接收以后，聲光報警電路的P0.0引腳置位，在報警部分主控單片機(jī)作用下，便會變?yōu)榈碗娖剑瑫r能夠?qū)∟PN晶體管，LED報警燈開始發(fā)亮，蜂鳴器便會進(jìn)行報警。

2.4 單片機(jī)連接電路和GSM報警模塊的設(shè)計

在系統(tǒng)短信報警平臺中，主要運(yùn)用TC35 GSM通信模塊。將RS232通用串行接口置入TC35中，進(jìn)而能夠和單片機(jī)共同實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信，安有5V的工作電壓。設(shè)有1 800 MHz數(shù)據(jù)傳輸頻段，在其正常進(jìn)行工作時，會出現(xiàn)1W功耗；設(shè)有900 MHz數(shù)據(jù)傳輸頻段，在其正常進(jìn)行工作時，會出現(xiàn)2W功耗。在對AT命令進(jìn)行使用以后，通信模塊能夠接收、發(fā)送指令和數(shù)據(jù)，針對PDU、Text兩種格式的短消息，對其能夠進(jìn)行有效支持，當(dāng)系統(tǒng)需要進(jìn)行重新啟動或者通信出現(xiàn)故障時，通過對AT命令進(jìn)行使用，便能夠?qū)τ嘘P(guān)操作進(jìn)行完成。通過MAX232接口，單片機(jī)和GSM模塊能夠?qū)崿F(xiàn)有效連接。針對通信模塊發(fā)送的信息，通過TXD引腳、 RXD引腳，單片機(jī)便能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行有效控制。

2.5 輸入顯示電路的設(shè)計

將輸入鍵盤、顯示屏加入到連接電路內(nèi)，能夠?qū)τ嘘P(guān)參數(shù)顯示檢測信息進(jìn)行有效更改。為能夠?qū)鞲衅鞯拈]值進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，將5個按鍵接入到檢測模塊單片機(jī)的P2.0-P2.4這5個引腳。為能夠?qū)z測信息進(jìn)行顯示出來，應(yīng)在顯示屏中接入單片機(jī)的P0口。為能夠?qū)熿F濃度信息、溫度信息顯示出來，將單片機(jī)的P1口接至串口顯示屏。為能夠?qū)⒍绦磐ㄖ柎a輸入到系統(tǒng)內(nèi)，將矩陣鍵盤接至報警模塊單片機(jī)的P2.0-P2.7引腳。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 環(huán)境信息檢測軟件的設(shè)計

在運(yùn)用單片機(jī)以前，應(yīng)先對其進(jìn)行初始化操作，同時對所有傳感器的閉值進(jìn)行預(yù)先設(shè)置，在將傳感器傳來的信息予以接收以后，和閉值必須比較，假如單片機(jī)高于閉值，應(yīng)在火災(zāi)報警部分，對異常信息進(jìn)行無線傳輸。

3.2 報警軟件的設(shè)計

針對若火災(zāi)報警部分，一旦對不正常信息進(jìn)行接收，這便表明住宅中出現(xiàn)火災(zāi)，針對GSM短信報警信號、聲光報警信號，火災(zāi)報警部分的主控單片機(jī)便會對其進(jìn)行有效控制，信息接收方和發(fā)送方均能夠?qū)χ噶钸M(jìn)行有效解碼，以對信息進(jìn)行獲取。通過對PDU模式進(jìn)行運(yùn)用，能夠有效編碼發(fā)送短信、接收短信。然后運(yùn)用PDU格式，能夠向接收方傳輸編碼。

4 小結(jié)

將溫度傳感器閉值設(shè)為12℃，煙霧傳感器濃度電壓閉值設(shè)為2.5V。針對火災(zāi)溫度，運(yùn)用打火機(jī)的火焰溫度進(jìn)行模擬；針對煙霧，運(yùn)用打火機(jī)的燃?xì)膺M(jìn)行模擬。在溫度傳感器被火焰進(jìn)行接近，或者煙霧傳感器被燃?xì)膺M(jìn)行接近時，短信報警信號、聲光報警信號便會出系統(tǒng)中快速發(fā)出。通過有效測試，系統(tǒng)具有非常靈敏的反映，能夠進(jìn)行長約80米的無線傳輸，可以使普通家庭對火災(zāi)防范的需求進(jìn)行有效滿足。和傳統(tǒng)火災(zāi)報警系統(tǒng)比較，基于單片機(jī)的家用無線火災(zāi)報警系統(tǒng)，通過對多個傳感器進(jìn)行運(yùn)用，能夠?qū)Νh(huán)境信息進(jìn)行采集，對誤報率進(jìn)行有效降低，可以對火災(zāi)信息黃金線快速傳輸，同時，這種系統(tǒng)的使用、推廣的價值是非常高的。

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