基于51單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)

摘 要：為了減少火災(zāi)的危害，增大人們的安全，設(shè)計(jì)了一款以煙霧傳感器、溫度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骱蛦纹瑱C(jī)為核心的報(bào)警裝置。設(shè)有3個(gè)紅色LED燈，對(duì)應(yīng)火焰報(bào)警、溫度超限報(bào)警、煙霧超限報(bào)警，其中一個(gè)或多個(gè)超限就會(huì)啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，報(bào)警閾值可通過按鍵調(diào)節(jié)大小，且掉電保存。本火災(zāi)報(bào)警裝置是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、智能化的火災(zāi)報(bào)警裝置，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：火災(zāi)；煙霧；溫度；報(bào)警器；單片機(jī)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.118

0 前言

現(xiàn)如今，我國(guó)城市中各種大型公共場(chǎng)所以及建筑越來越多，說明了我國(guó)經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的發(fā)展迅速，但是無(wú)形中也增加了火災(zāi)隱患，而且目前來看火災(zāi)的數(shù)量和造成的損失也逐步在上升。市面上急需一種穩(wěn)定性好、操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)的智能型火災(zāi)報(bào)警控制設(shè)備。根據(jù)上述的情況，以及為了滿足人們的需求，本次設(shè)計(jì)一個(gè)可以對(duì)火災(zāi)特征進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、報(bào)警的基于51單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警裝置。該智能火災(zāi)報(bào)警裝置可及時(shí)檢測(cè)火源，不僅能夠提前發(fā)現(xiàn)火情，而且及時(shí)有效的進(jìn)行預(yù)防，使人們的經(jīng)濟(jì)損失降為最低，很大程度上保證了人們的安全性。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)包括溫度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌熿F傳感器、液晶顯示模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊等。本次系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖設(shè)計(jì)如圖1所示。

本次設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為主控制芯片，完成火焰的檢測(cè)以及報(bào)警。采用MQ-2煙霧檢測(cè)模塊，DS18B20溫度檢測(cè)模塊。火焰檢測(cè)使用火焰檢測(cè)模塊，該模塊完成了信號(hào)的檢測(cè)、放大、比較等處理，最終輸出高低電平信號(hào)給單片機(jī)，1602液晶模塊作為顯示部分。可以對(duì)煙霧濃度值、溫度值、報(bào)警值等進(jìn)行顯示。蜂鳴器、led燈作為報(bào)警模塊。火焰報(bào)警提示、煙霧報(bào)警提示、溫度報(bào)警提示分別由三個(gè)led燈來表示，不管任何一個(gè)檢測(cè)結(jié)果超量，蜂鳴器都會(huì)進(jìn)行聲音報(bào)警。三個(gè)按鍵進(jìn)行系統(tǒng)的操作輸入，能夠?qū)?bào)警的數(shù)值進(jìn)行調(diào)節(jié)。供電常用的USB 5V進(jìn)行供電。

2 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)

2.1 主控制器電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)：主控制最小系統(tǒng)電路圖設(shè)計(jì)如圖2所示。最小系統(tǒng)是由復(fù)位電路、晶振電路組成，由5V電源給系統(tǒng)供電。

2.2 煙霧檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

MQ-2煙霧模塊是二氧化錫材質(zhì)制成的，遇見煙霧氣體會(huì)使半導(dǎo)體中的電子密度變小，電阻變小[1]。因?yàn)镸Q-2輸出的是模擬量所以要將檢測(cè)結(jié)果通過芯片ADC0832轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，再輸送到單片機(jī)進(jìn)行處理。電源電壓加在MQ-2的1腳、3腳之間，當(dāng)其中的氣體濃度上升，必然造成傳感器的電阻減小，那么電阻的減小會(huì)造成MQ-2的4腳、6腳對(duì)地輸出的電壓變大，因此，氣體濃度和輸出電壓是成正比的。煙霧濃度采集電路如圖3所示。

2.3 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

美國(guó)DALLAS公司制造的DSl8B20溫度傳感器經(jīng)過改進(jìn)后，成為了DSl820的升級(jí)版，它可以將所檢測(cè)的溫度直接讀出，而且能夠按照要求利用編程完成9-12位的數(shù)字直讀方式。采用數(shù)字式DS18B20溫度模塊，第一引腳接地，第二引腳是數(shù)據(jù)輸入輸出口，接4.7K的上拉電阻，第三引腳接VCC，完成溫度的檢測(cè)。如圖4所示。

2.4 火焰檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用火焰探測(cè)傳感器對(duì)環(huán)境中是否有火焰進(jìn)行檢測(cè)，能夠檢測(cè)火焰與波長(zhǎng)在760 -1100 納米區(qū)域內(nèi)的光源[2]。該模塊只有3個(gè)引腳，其中的VCC和GND是給該火焰模塊提供供電的，剩下一個(gè)IO引腳

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與單片機(jī)P10口進(jìn)行連接，用于傳輸是否有火焰信號(hào)。如圖5所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

首先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，其次對(duì)溫度值、煙霧濃度值、與設(shè)定的值進(jìn)行對(duì)比，若某一項(xiàng)或多項(xiàng)大于設(shè)定值或者檢測(cè)到火焰，則啟動(dòng)報(bào)警的同時(shí)對(duì)應(yīng)的LED燈也會(huì)亮起，如果若小于設(shè)定值則結(jié)束。

4 系統(tǒng)測(cè)試

本設(shè)計(jì)設(shè)有3個(gè)紅色LED燈，每個(gè)紅色LED燈對(duì)應(yīng)一個(gè)傳感器，報(bào)警閾值可通過按鍵調(diào)節(jié)大小。系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

設(shè)置煙霧上限值為33、溫度上限值為25，是否有火焰，如煙霧和溫度超過上限值或出現(xiàn)火焰，三者出現(xiàn)一項(xiàng)則報(bào)警器報(bào)警，多個(gè)超限也會(huì)啟動(dòng)報(bào)警。

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)所研究的基于51單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警裝置，設(shè)置了溫度和煙霧濃度值的上限值，同時(shí)還有檢測(cè)火焰感應(yīng)模塊，如果出現(xiàn)一項(xiàng)或者多項(xiàng)值超過上限值蜂鳴器就會(huì)報(bào)警。對(duì)于人身安全具有很重要的作用，不僅能夠預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生，而且在有毒氣體的侵害方面有著不可磨滅的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)本系統(tǒng)可應(yīng)用在各種公共場(chǎng)所，以此來預(yù)防火災(zāi)、爆炸、可燃性氣體泄漏等危險(xiǎn)突發(fā)狀況。相信在未來，該系統(tǒng)會(huì)有很大的發(fā)展空間以及使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]幸敏，寧愛民，龍祖連，倪杰.基于nRF2401A的無(wú)線環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].廣西教育，2014（27）：190-192.

[2]王悅茗，岳敏，黃文.基于單片機(jī)的溫度及煙霧濃度報(bào)警設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2013，26（01）：103-104.

作者簡(jiǎn)介：董云峰（1977-），男，黑龍江大慶人，教師，研究方向：智能控制。