基于STC89C52單片機的火災報警系統(tǒng)設計

賈應煒

(陜西工業(yè)職業(yè)技術學院，陜西 咸陽 712000)

DesignoftheFireAlarmSystemBasedonSTC89C52MCU

JIAYingwei

(ShaanxiPolytechnicInstitute，Xianyang712000，China)

摘要：為了克服在的復雜環(huán)境中單一傳感器檢測火災時，出現(xiàn)誤報、漏報現(xiàn)象，以數(shù)字溫度傳感器DS18B20和煙霧離子MQ-2傳感器作為火警探測器，單片機STC89C52為控制核心，設計一套簡單實用、抗干擾能力強的火災報警系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件采用模塊化結構，軟件設計采用煙霧濃度分級制，并對溫度檢測范圍設限。

關鍵詞：火災報警系統(tǒng)；單片機STC89C52；DS18B20傳感器；MQ-2傳感器

中圖分類號：TP391

文獻標識碼：A

文章編號：1001-2257(2015)04-0050-03

收稿日期：2015-01-12

作者簡介：賈應煒(1979-)，男，陜西咸陽人，碩士，講師，研究方向為計算機技術與應用。

Abstract：In order to overcome the single sensor detection in complex environment in the fire alarm，false positives，false negative phenomenon，system based on the digital temperature sensor DS18B20 and smoke ion MQ-2 sensor as the fire detector，STC89C52 single chip as the control core，design a set of simple and practical，strong anti-interference ability of the fire alarm system，the hardware of the system adopts modular structure，software the design for the use of smoke density rating system，the temperature detection range limits.

Keywords：firealarmsystem；MCUSTC89C52；DS18B20sensor；MQ-2sensor

0引言

在工業(yè)和民用建筑中火災報警系統(tǒng)已成為必要的裝置，其對建筑起著極其重要的安全保護作用?，F(xiàn)代化建筑的安防系統(tǒng)對火警裝置自動化程度要求越來越高，如高校圖書館、高檔酒店賓館、工廠廠房、大型寫字樓、檔案館和博物館等場所，火災報警系統(tǒng)是這些場所的重要安防裝置[1-2]?；馂膱缶到y(tǒng)可以預先發(fā)現(xiàn)火災并及時發(fā)出報警信號，以便控制和撲滅火災，減少損失，保障生命安全。目前，火警安防系統(tǒng)向智能化、高可靠、微型化、兼容性和網絡化方向發(fā)展?；馂奶綔y傳感器的性能決定火警系統(tǒng)的性能，現(xiàn)代新型火警系統(tǒng)自動化程度的提高，能有效減少火警誤報、漏報概率。

1系統(tǒng)方案設計

設計的火警系統(tǒng)如圖1所示，其主要由火災檢測傳感器、單片機最小系統(tǒng)、顯示器與報警器等組成?；馂臋z測傳感器可檢測感應火災情況，將火情信息轉換成與之對應的電信號?；馂臋z測傳感器的選型，可由具體環(huán)境空間情況確定?？紤]到報警器的靈敏度及報警準確度因素，系統(tǒng)采用離子感煙傳感器和溫度傳感器。系統(tǒng)原理：煙霧傳感器的功能是將被探測的煙霧濃度信號轉換為標準的電信號，經A/D后送入STC89C52單片機，處理器再結合溫度傳感器探測環(huán)境的溫度值，對煙霧濃度值與溫度值進行分析處理，產生報警信號。

圖1　系統(tǒng)硬件的組成

2系統(tǒng)硬件電路

2.1單片機小系統(tǒng)

系統(tǒng)下位機采用處理器STC89C52作為控制核心。STC89C52有8位的CPU、片內自帶振蕩器、128 B的內部數(shù)據存儲器、內部程序存儲器達4 KB，外部的數(shù)據存儲器和程序存儲器的尋址范圍達64KB、接口資源豐富，功能強大。STC89C52單片機構成的最小系統(tǒng)如圖2所示，其外圍有時鐘電路和復位電路。圖2中，X1、C1和C2共同構成單片機的時鐘電路。X1為石英晶體振蕩器，為單片機的工作提供精準的12 MHz的工作時鐘，C1和C2為微調電容，其典型值為22 pF。系統(tǒng)復位電路采用按鍵復位，由S1，C3，R共同構成單片機的復位電路。

圖2　單片機小系統(tǒng)電路

2.2煙霧傳感器控制電路

系統(tǒng)采用MQ-2離子感煙探測器，其具有性能穩(wěn)定、價格低廉和使用簡潔等特點。MQ-2傳感器對煙霧特別敏感，能夠預先由煙霧判斷火情，提前進行預報。MQ-2煙霧檢測電路如圖3所示。VH為加熱電壓，其保證傳感器溫度維持在一定范圍。輸出電壓UO取自電阻RL，當MQ-2探測到煙霧時，RL兩端產生電壓，電壓大小與煙霧濃度在一定范圍成線性關系。VC為工作電壓，一般VC和VH用同一個電源。MQ-2的輸出為模擬量，需經A/D轉換成數(shù)字量后單片機才能識別。系統(tǒng)采用ADC0832作為模數(shù)轉換器，煙霧傳感器的輸出端UO接到ADC0832的CH0，將模數(shù)轉化后輸入單片機。

圖3　MQ-2型煙霧傳感器測試電路

2.3溫度傳感器控制電路

系統(tǒng)溫度檢測采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，DS18B20結構分為3部分：溫度報警觸發(fā)器TH與TL、溫度傳感器和64位激光ROM。DS18B20是一種單總線傳感器，其輸出是數(shù)字信號， 單片機可直接識別。該器件采用獨特的單總線接口方式，接口極為簡單。驅動電壓為3～5.5 V，可直接用數(shù)據總線供電。溫度測量范圍較寬，通常為-55～+125 ℃。DS18B20的分辨率可達0.5 ℃，其輸出溫度信號是以二進制補碼形式，一共是16位二進制編碼，以串行形式輸出，由數(shù)據線DQ送至單片機。DS18B20與單片機連接電路如圖4所示。

圖4　DS18B20與單片機連接電路

2.4報警電路

由STC89C52實現(xiàn)聲音報警控制。蜂鳴器為無源蜂鳴器，低電平時發(fā)出聲音。當室內可燃性氣體濃度、煙霧濃度或溫度超過設定的極限值時，單片機將P3.7置為高電平，三極管導通，揚聲器發(fā)出蜂鳴報警，直到有工作人員將電路斷開，或煙霧、溫度降到限值以下。蜂鳴器負極接地，正極接三極管輸出。

2.5顯示電路

圖5　LCD1602液晶與單片機接口電路

系統(tǒng)采用的顯示器件為液晶LCD1602。LCD1602與單片機接口電路如圖5所示。這種液晶模塊為點陣型結構，由多個5×7或5×11點陣字符位構成，通常專用于顯示符號、數(shù)字和字母。LCD1602接口采用標準的16管腳， 3端口為LCD1602對比度調節(jié)端口，通常接1個10 kΩ的電位器調節(jié)顯示器對比度；控制端為第4，5，6端口，分別接單片機P2.4，P2.5，P2.6端口，其中，第4端口RS為寄存器選擇端，RS=1時選擇數(shù)據寄存器，RS=0時選擇指令寄存器；第5端口RW為讀寫端口，RW=1時，進行讀操作，RW=0時，進行寫操作；第6端口EN為使能端；第7～14端口為8位雙向數(shù)據端，接單片機P0端口。

3系統(tǒng)的軟件設計

3.1主控程序設計

系統(tǒng)各功能模塊硬件與軟件均采用了模塊化結構，并通過主程序調用各子程序完成各功能。系統(tǒng)子程序包括：MQ-2傳感器模塊子程序、DS18B20傳感器模塊子程序、火災分析判斷和報警模塊子程序。主程序的流程如圖6所示。程序開始運行時，首先采集煙霧傳感和溫度傳感器的信號，經過信號處理以后，判斷是否有火災發(fā)生。

圖6　主程序的流程

3.2煙霧傳感器程序設計

圖7　煙霧傳感器程序設計流程

煙霧傳感器程序設計流程如圖7所示。在程序開始以后，煙霧傳感器首先對環(huán)境煙霧濃度信息進行采集，經A/D轉換后，用煙霧濃度數(shù)據對煙霧濃度進行分等級。煙霧等級數(shù)據放在disdata中，由主函數(shù)里的xianshi()函數(shù)調用。系統(tǒng)將煙霧濃度等級分為6個級別：F0(≤5 mL/L)、F1(≤20 mL/L)、F2(≤40 mL/L)、F3(≤80 mL/L)、F4(≤120 mL/L)、F5(≥120 mL/L)。temp是用于判斷是否報警用的。當煙霧濃度達到一定值的時候，煙霧傳感器處理電路便會輸出報警信號，主控程序對這一報警信號處理后發(fā)出聲光報警信息。

3.3溫度傳感器程序設計

溫度傳感器程序設計流程如圖8所示。在主控程序完成初始化以后，溫度傳感器首先對環(huán)境溫度進行采集，并將采集到的數(shù)據進行處理。程序對處理后的數(shù)據與當前設定的預警范圍進行比較，當溫度值超出這一預警范圍后便會發(fā)出報警信號，主控程序對這一報警信號處理后發(fā)出聲光報警信息。

圖8　溫度傳感器程序設計流程

4系統(tǒng)測試

在系統(tǒng)測試中，主要測試溫度傳感器報警和煙霧傳感器報警性能。測試環(huán)境：在實驗室里，將系統(tǒng)置于密閉容器內，設置溫度預警值為40 ℃，煙霧濃度預警等級設置為四級(F3)。系統(tǒng)加電，并分別開啟密閉容器內電阻加熱裝置和煙霧產生裝置。系統(tǒng)測試結果如表1所示。系統(tǒng)可根據環(huán)境情況設置溫度值和煙霧濃度等級預警，以便更加準確判斷火災并作出預警。

表1系統(tǒng)測試結果

序號煙霧等級溫度預警值報警否1小于F3小于40℃不報警2小于F3大于40℃不報警3大于F3小于40℃不報警4大于F3大于40℃報警

5結束語

采用單片機STC89C52、MQ-2型煙霧傳感器和數(shù)字溫度傳感器DS18B20，組成火災自動報警系統(tǒng)。針對傳統(tǒng)火災報警器的閾值判斷、條件參數(shù)固化等缺點，將火警系統(tǒng)溫度傳感器與煙霧傳感器有機結合，并根據環(huán)境不同進行設置參數(shù)，可有效避免火災誤報和漏報情況。系統(tǒng)整體結構簡單、可靠性高、抗干擾能力強、使用簡潔。

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