王鵬彪+劉鈺+張志美
摘 要:本文設(shè)計(jì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)和空氣煙霧濃度監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89S52RC實(shí)現(xiàn)控制電路,采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度,采用煙霧毒氣傳感器MQ-2實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣中煙霧濃度實(shí)時(shí)采集,利用無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信收發(fā)芯片NRF24L01實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度及煙霧濃度現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控及預(yù)警。該系統(tǒng)體積小,便于多點(diǎn)監(jiān)測(cè),智能控制且性能穩(wěn)定,可供家用及公共場(chǎng)所的火災(zāi)監(jiān)測(cè)。
關(guān)鍵詞:SoC;AT89S52RC;煙霧傳感器MQ-2;溫度傳感器DS18B20;無(wú)線(xiàn)
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.111
1 前言
隨著社會(huì)的進(jìn)步和生產(chǎn)的需要,利用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方式應(yīng)用已經(jīng)滲透到生活各個(gè)方面,因此利用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)新產(chǎn)品必然在當(dāng)今社會(huì)成為一個(gè)焦點(diǎn)。在現(xiàn)實(shí)生活中,這種無(wú)線(xiàn)采集系統(tǒng)已經(jīng)被成功應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事國(guó)防、機(jī)器人控制等許多重要領(lǐng)域。特別是無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可以有效的實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警,減少損失。
本文基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)消防報(bào)警系統(tǒng),該設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義,可以應(yīng)用于預(yù)防火災(zāi)、預(yù)防煤氣中毒、煤炭資源開(kāi)采等諸多方面,具有設(shè)計(jì)小巧、多點(diǎn)式的檢測(cè)、無(wú)線(xiàn)報(bào)警、智能控制、性?xún)r(jià)比高、操作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定和功能強(qiáng)大的特點(diǎn)。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了Nordic公司新推出的射頻芯片NRF24L01射頻芯片,利用單片機(jī)STC89S52RC控制實(shí)現(xiàn)短距離無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信。該系統(tǒng)包括發(fā)送和接收兩個(gè)模塊。發(fā)送部分以單片機(jī)STC89S52RC為核心,溫度傳感器DS18B20和煙霧傳感器MQ-2負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集環(huán)境溫度和煙霧濃度,單片機(jī)負(fù)責(zé)將傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)NRF24L01無(wú)線(xiàn)傳送給接收部分。接收模塊NRF24L01負(fù)責(zé)將、接收的溫度和煙霧濃度數(shù)據(jù),單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)顯示和報(bào)警功能,若采集到的數(shù)據(jù)超過(guò)安全設(shè)定值則通過(guò)蜂鳴器報(bào)警,系統(tǒng)還包括人機(jī)交互模塊,根據(jù)環(huán)境不同設(shè)置不同的安全閾值,有效地適應(yīng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的需要,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的火災(zāi)預(yù)警。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.1 主控電路
本文采用STC89S52RC作為主控制芯片[1-3]??刂齐娐分饕?fù)責(zé)轉(zhuǎn)換傳感器采集的數(shù)據(jù),并實(shí)現(xiàn)報(bào)警控制,同時(shí)控制無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。圖1所示單片機(jī)最小系統(tǒng)。
2.2 檢測(cè)電路
本設(shè)計(jì)包含2類(lèi)傳感器,分別是溫度傳感器DS18B20和煙霧傳感器MQ-2。 其中單線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持 "一線(xiàn)總線(xiàn)"接口的溫度傳感器。DS18B20引腳圖及接線(xiàn)圖如下圖所示。
MQ-2傳感器是以清潔空氣中電導(dǎo)率較低的金屬氧化物二氧化錫(SnO2)為主體的N型半導(dǎo)體氣敏元件。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在煙霧氣體時(shí),傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中煙霧氣體濃度的增加而增大。MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器采集到的煙霧濃度模擬信號(hào)必須經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)。
QM-2氣體傳感器開(kāi)機(jī)通電時(shí),內(nèi)阻小,需開(kāi)機(jī)預(yù)熱幾分鐘,才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),應(yīng)用過(guò)程中要注意這一過(guò)程。
2.3 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊
本文采用射頻收發(fā)器件nRF24L01作為收發(fā)模塊的核心器件[4-5],工作頻段為2.4 GHz~2.5 GHz ISM頻段。單片機(jī)通過(guò)配置使能發(fā)射或接收端CE及CSN,SCK,MOSI,MISO,SPI,IRQ引腳端,控制nRF24L01模塊收發(fā)數(shù)據(jù)。
2.4 聲光報(bào)警模塊
聲光報(bào)警電路主要通過(guò)彩燈的閃爍和蜂鳴器鳴響引起用戶(hù)的注意,當(dāng)外界溫度或空氣煙霧濃度超過(guò)預(yù)設(shè)溫度上下限時(shí),單片機(jī)調(diào)用報(bào)警子程序。該電路由蜂鳴器和數(shù)碼管組成,具體電路如圖所示。
3 軟件設(shè)計(jì)
單片機(jī)對(duì)NRF24L01無(wú)線(xiàn)模塊以及DS18B20、 MQ-2進(jìn)行初始化之后,從DS18B20讀取溫度數(shù)據(jù),從MQ-2讀取煙霧數(shù)據(jù),由單片機(jī)處理數(shù)據(jù),通過(guò)調(diào)用無(wú)線(xiàn)發(fā)送程序?qū)囟群蜔熿F濃度數(shù)據(jù)發(fā)送給接收端,經(jīng)過(guò)處理之后在液晶顯示器LCD1602上顯示,同時(shí)接收端單片機(jī)分析采集到的溫度和濃度值是否超過(guò)設(shè)定閾值,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及報(bào)警功能。
3.1 發(fā)送部分流程圖
發(fā)送部分主要功能是利用傳感器網(wǎng)絡(luò)采集溫度與煙霧濃度數(shù)據(jù),并通過(guò)NRF24L01將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送出。
3.2 接收部分流程圖
接受部分包括接受數(shù)據(jù)顯示和判斷報(bào)警兩部分。單片機(jī)通過(guò)控制無(wú)線(xiàn)接收模塊,接收來(lái)自遠(yuǎn)端傳感器的采集數(shù)據(jù),并在LCD1602液晶屏上顯示。單片機(jī)的另一個(gè)功能是比較實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值,若溫度值或煙霧濃度值超過(guò)閾值則啟動(dòng)報(bào)警程序,流程圖如圖10所示。
4 結(jié)論與展望
本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的消防報(bào)警系統(tǒng),該系統(tǒng)包括傳感器采集電路、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、單片機(jī)控制電路和煙霧溫度報(bào)警電路四大部分構(gòu)成。根據(jù)設(shè)計(jì)要求、使用環(huán)境、成本等因素,選用MQ.2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器和直接數(shù)字輸入式的溫度傳感器DS18B20。經(jīng)測(cè)定該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,能根據(jù)環(huán)境溫度和煙霧濃度實(shí)時(shí)報(bào)警,可用于家庭、學(xué)校及公共場(chǎng)所的消防預(yù)警。
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