基于單片機的火災檢測系統設計

王瑞榮

摘要：火災檢測系統不僅可以幫助早期發現火災隱患，減少財產損失，同時也能保障財產安全，具有較大的現實意義。通過運用單片機和溫度煙霧傳感器核心模塊并與其他一些聲光報警模塊相結合，設計出一種符合要求的火災檢測系統。該系統主要由單片機STC89C52、溫度傳感器、煙霧傳感器、A/D轉換、數碼管顯示等部件構成?？梢詫崿F溫度值顯示與溫度報警值的設定、煙霧濃度顯示與煙霧報警值的設定以及聲光報警等功能，具有智能化、簡單方便和性能穩定的特點。

Abstract： Fire detection system can not only help early detection of fire hazards， reduce property losses， but also protect property safety， and has great practical significance. A fire detection system which meets the requirements is designed by using MCU and core module of temperature smoke sensor and combining with other acoustooptic alarm modules. The specific functions include temperature value display and temperature alarm value setting， smoke concentration display and smoke alarm value setting， as well as acoustooptic alarm and other functions， with the characteristics of intelligent， simple and convenient and stable performance. The system consists of STC89C52 microcontroller， temperature sensor， smoke sensor， A/D conversion， digital display and other major components.

關鍵詞：火災檢測;單片機;傳感器

Key words： fire detection;microcontrollers （MCU）;sensors

中圖分類號：TP732 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）09-0145-03

0 ?引言

火是一種人類必須生存利用的能源，對人類的生產意義很大，對其自身的了解以及防護是生活的重要必備知識?；馂牡陌l生原因是很多的，是不受控制的，燃燒起來破壞周邊環境的一種災害。在日常生活所見的各種災害中，它是影響相對來說比較巨大，且發生頻率比較高，危害性較大，普遍地影響著人民群眾日常生活以及社會穩定團結的可怕性災害。這幾年我們國家的火災形勢不怎么樂觀，在不樂觀的情況下，人們漸漸意識到了火災的重大危險性，漸漸重視了火災預防。火災的發生帶來了一些不可避免的危害損失，然后人們開始尋找方法來檢測火災，可以早期發現火災，早些預防撲滅來保障人們的生命安全。隨后火災檢測系統就漸漸地出現了，做到早期發現火災隱患，保障生命財產安全，減少一切損失?；馂臋z測系統的設計減少了火災危險的發生，不斷地完善也使社會有了良好的保障。

1 ?系統設計方案

火災檢測系統一般由兩部分組成，分別是火災探測裝置與火災報警裝置。通過對火災發生時的溫度、煙霧濃度、可燃顆粒物、可燃氣體的檢測，把這些物理化學方面的火災信號轉化為系統所需的電信號，然后經過單片機的處理判斷分析，進而發出聲光報警信號，最后利用遠程報警功能上傳給消防指揮中心的消防工作人員，同時準確報告出發生火災的一些詳細信息，比如具體時間與地點。本檢測系統主要由單片機最小系統電路、溫度和煙霧數據檢測電路、數碼顯示電路、按鍵控制電路、電源電路、聲光和遠程報警電路等模塊組成。實現的功能主要包括：①對周圍溫度或煙霧濃度進行檢測，當出現周圍溫度過高或煙霧濃度較大時，能發出反常報警信號;②當出現系統故障時會發出信號[5];③當檢測到的溫度和煙霧濃度同時超過報警上限值時，能發出火災聲音和燈光報警，然后迅速利用遠程報警電路將火災信息上傳給消防部門。該系統選用STC89C52單片機作為核心器件，同時結合DS18B20溫度傳感器和MQ-2半導體氣體傳感器作為檢測信號的采集部分，另外還配合單片機外圍的按鍵控制、數碼顯示等電路構成完整系統。

1.1 硬件方案設計

基于單片機的火災檢測系統主要構成有溫度和煙霧檢測、單片機最小系統、數碼顯示、按鍵控制及電源和火災報警等。圖1為火災檢測系統的硬件電路總體方案設計框圖。

單片機作為火災檢測系統的核心，首先檢測采集信息，然后分析處理，最終啟動報警設備來執行報警信息。由于火災發生時間急，傳播速度快，就要求檢測系統的核心部分即單片機在實現控制時，具有較快的運行速度，以便于檢測人員第一時間準確無誤地收到溫度與煙霧濃度異常值，在最短的時間內做出處理來避免火災的發生，基于上述要求本系統選用STC89C52單片機。

本系統選用MQ-2煙霧半導體傳感器，作為N型半導體式氣體傳感器，它具有較好的靈敏度，同時可以檢測各種可燃性氣體。其缺點就是以模擬信號作為輸出信號，所以需要將傳感器采集到的煙霧濃度這一模擬信號進行模數轉換，把轉換后的可識別的電信號傳輸給只識別電信號的微控制器。應注意在設計中，機器的氣敏元件被接通時，電阻會非常小，但經過一段時間后，就會返回到原本的穩定狀態。鑒于上述情況，該煙霧傳感器最好能在工作時提前預熱一段時間。使用改傳感器探測，再經過ADC0832后，可以得到煙霧濃度的電壓。煙霧濃度采集電路如圖2所示。

按鍵控制電路包括四個按鍵控制，如圖3所示。分別為設置按鍵、加功能按鍵、減功能按鍵和緊急報警按鍵。當遇到重要情況時，按下這個緊急報警按鍵會發出聲光報警，按下除設置鍵外的兩個功能鍵可關閉緊急報警。設置鍵主要用來設定系統溫度與煙霧濃度報警限值。加和減鍵是實現調節數值作用選用蜂鳴器元件實現聲音報警，通過三極管的基極與一個電阻串聯并且該電阻需要與單片機端口相連接以實現控制蜂鳴器是否發聲。報警電路如圖4所示。

數碼顯示電路采用4位共陽數碼管，電路如圖5所示。單片機控制數碼管顯示不同的四位數字，煙霧濃度值在前面兩位顯示，可顯示范圍為0到9;后面兩位顯示具體的溫度值，可實現0到99度溫度范圍的顯示。

選用收發電路MT8880作為遠程報警電路，但需要提前儲存幾個報警電話號碼。通過STC89C52單片機控制MT8880報警電路，實現計算機相互之間的遠程數據傳輸。一旦發生火災，通過調用遠程報警電路就可以撥打提前設置的多個號碼，對于不接通的電話號碼，直接撥打下一個。

1.2 軟件方案設計

軟件設計要考慮到整個檢測系統的即時性、靈活性和可行性。通過設計流程圖并且編寫調試系統各個部分程序來完成各個部分的功能。此系統主要包括溫度和煙霧數據采集子程序、濾波及線性化處理子程序、按鍵控制子程序和火災報警子程序等。首先對傳感器進行預熱處理，并利用程序同時對傳感器進行故障檢測，目的是查找內部線路中是否存在接觸不良問題。然后單片機STC89C52把用傳感器采集到的煙霧濃度信號并經過模數轉換與檢測到的溫度信號結合，經過一系列的處理后，把檢測到周圍環境中的實際數值與之前弄好的報警限值判斷誰高誰低，判斷是否發出報警信號，最終將采集到的溫度、煙霧濃度值通過數碼管顯示出來。圖6為具體的軟件設計程序流程圖。

在整個檢測系統中，煙霧濃度信息經ADC0832轉換后結合溫度信息，由單片機進行比對數值大小，判斷一下是否需要啟動報警。預熱幾分鐘后，程序就開始執行初始化程序，初始化的作用是設定輸出狀態，寄存器初始化，保證中斷功能等。第一步設置定時初值為五十毫秒，第二步設置定時器0，進而選擇方式1。第三步是定時器0中斷的允許位置1，開啟定時器0，設置報警限初值。

2 ?硬件調試

首先需要仔細觀察，由于系統全部電路都手工焊接在萬用板上，要認真檢查電路中的每一個焊點。觀察焊接后的板子上有沒有虛焊情況和出現毛剌等。其次是萬用表來測試電路，用萬用表來核對第一步檢查時存在可疑的連線或焊點，判斷其是否連通，有沒有滿足設計要求，并且特別要注意檢查地線與電源之間有沒有發生短路。然后是通上電進行檢查。最終是進行聯機檢查。

3 ?小結

本系統實物可以設置溫度報警值和煙霧濃度報警值，還可以具有緊急報警和手動取消緊急報警的功能。當發現周圍環境不正常時可按下緊急鍵進行報警，此系統還具備一定的掉電保存作用，這些性能參數都存儲在單片機內部。另外本檢測系統還可以檢測溫度，在高溫火災情況下，系統中的蜂鳴器也會產生報警聲。系統其余按鍵具有加、減作用，可以隨時設定報警限值。進行硬件調試后，系統基本功能可以正常發揮，同時也滿足報警要求。

參考文獻：

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