單片機智能火災報警器

焦金偉 張述勇 張屹帆

（黑龍江八一農墾大學 電氣與信息學院，黑龍江 大慶163319）

1 概述

隨著社會經濟的發展，防火工作越來越重要，但國內許多研究開發都集中在大型火災報警器上。因此，我們需要開發結構簡單，經濟實用的家用煙霧報警器，以滿足市場需求。

世界上首個接觸燃燒家用燃氣泄漏報警器在日本面世，而該產品第二年就大量出口并成為全國各大相關設備廠家的青睞產品，當然火災報警設備也在不斷的升級，升級過的報警設備可以適配多種需要檢測的氣體。我國于20 世紀70 年代初開始著手開發火災報警系統，主要緣由最開始的煉油系統需要更高的安全標準。國內的設備生產模式多樣，品類也較為齊全，使用范圍也從最開始的單一煉油系統逐漸擴展到所有的危險操作環境中的報警器，同時產品的數量也在不斷增加。從最開始的引進國外先進的傳感器技術和先進的生產技術的基礎，逐漸學習研發并形成了適用于自己國家現狀的設備。近些年來，設備的多樣性和在不同環境中的工作穩定性也取得了較為長足的進步。[2]

本文主要研究火災報警系統的整體設計及功能，對檢測和報警系統進行整體功能分析，主要實現硬件和軟件程序方面的設計，并對所選用的主要芯片進行介紹，分模塊來實現各個部分的功能。最終制作出一個可以實際使用的火災檢測和報警系統。

2 方案設計

火災報警系統的基本元件構成有傳感器電路、單片機電路、顯示電路、聲光報警電路等組成，這些元件構成的火災報警系統對周圍環境進行檢測，并對事故進行及時的報警。

火災報警系統一般的處理方式為工作延時方式，同時以STC89C52 單片機作為整個系統的核心設備，而在煙霧傳感器上選擇MQ-2 半導體氣體煙霧傳感器來收集場景內的煙霧情況，溫度傳感器選擇DS18B20 溫度傳感器來對周圍環境進行溫度檢測，并與外部電路構成一個整體的火災報警器。

設計包含了以下幾部分：電源、煙霧傳感器、按鍵控制、溫度傳感器、STC89C52 單片機、顯示電路、報警部分。電路框圖如圖1 所示：

圖1 總體設計框圖

該設備采用單片機STC89C52 來作為整個設備核心組件。整個系統由系統軟件控制。通過火災報警設備煙霧傳感器和溫度傳感器將檢測到的相應的環境信息轉換為設備可識別的信息。在單片機中，經軟件識別并處理，之后發送相應火災報警狀態控制信號，之后驅動蜂鳴器和指示燈進行報警。同時提供環境預警值可視化設置功能。

3 系統硬件設計

主控芯片選擇STC89C52,單片機的供電電壓和USB接口提供的電壓都是5V。所以使用USB正好滿足此次設計的電源電壓的需求，而且USB提供的電壓很穩定，所以此次設計本人采用相對穩定的USB來給單片機進行供電。復位電路單片機的復位電路是必不可缺少的，我們用的最多的其實也是復位電路，但是單片機的復位電路比較簡單。

3.1 煙霧檢測電路

煙霧檢測采用MQ-2 傳感器。經過采集計算處理后就可以得到各種煙霧濃度下的和濃度標準對應的值。根據這個值從而設定出符合當前環境下的煙霧強度報警值。煙霧傳該器的4 個引腳輸出隨煙霧濃度變化的直流電流信號，之后通到比較器U1A中的2腳，Rp 構成比較器的接收門檻電壓。當接收高濃度輸出電壓高于門檻電壓，比較器輸出的為低電平。相反，輸出的為高電平。而傳感器的靈敏度是非線性的，所以轉換也是非線性的。電路如圖2 所示，封裝好的氣敏元件有6 只功能針狀管腳，其中4 個用于信號取出，2個用于提供加熱電流。中間相互對稱的引腳是H 和H'為加熱引腳，1 腳和2 腳是A 和A'.4 腳和6 腳是B 和B'.A-A'和B-B'管腳在電路中是短接的。加熱絲接電源和地，兩側的引腳任意一個接電源，另一個做輸出，而且同時都是兩個腳引出。

圖2 煙霧濃度采集電路

3.2 報警電路

設計要求有燈光和聲音報警裝置，所以在電路中加入了蜂鳴器和二極管，單片機P3.6 端口和對應的電阻和三極管基極串聯用來控制蜂鳴器和二極管的工作狀態，正常狀態時，蜂鳴器和二極管都處于不工作狀態。當周圍環境滿足報警參數，單片機發出信號參數使蜂鳴器發出報警聲音和使二極管發亮，來達到報警的要求。電路圖如圖3 所示，D1 為二極管、B1 為蜂鳴器。

圖3 聲音、燈光報警電路圖

4 系統軟件設計

在實際運行環境中，傳感器的初始化加載是設備運行的第一步。傳感器進行初始化加載時，因為MQ-2 型煙霧傳感器在非電源的時候有自己的化學狀態這個狀態對我們使用會產生一些影響，在重新的通入電流后，傳感器因為在非電源下的狀態原因并不能立即收集周圍環境的煙霧信息，所以需要一些工作時間來對其進行初始化加載的操作。在程序初始化執行完畢后，MQ-2 型半導體煙霧傳感器正式進入工作狀態為整個設備提供硬件支持，同時系統進入準監控狀態。主程序流程框圖如圖4 所示。

圖4 溫度傳感器接口電路圖

5 結論

在整個報警系統工作流程中，火災報警系統實時獲取周圍煙霧的具體需要檢測的信息后，通過ADC0832 芯片進行相應計算處理并轉換，再由單片機進行進一步的邏輯分析處理，判斷系統是否要啟動報警模塊，最后傳出值控制報警系統進行報警。在基本的設計功能完成后，高溫預警值和煙霧預警值的設置使的報警器更能適用于他所適用的環境，這也使得火災報警系統更加完善。