郭燕

南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院

基于單片機(jī)的消防監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的研究

郭燕

南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院

本設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)為核心，與MQ-5煙霧傳感器、DS18B20溫度傳感器相結(jié)合，能同時(shí)監(jiān)控?zé)熿F濃度、可燃?xì)怏w濃度、溫度三種指標(biāo)。選用無(wú)線傳輸?shù)姆绞絹?lái)實(shí)現(xiàn)消防監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的多點(diǎn)監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的顯示和及時(shí)穩(wěn)定可靠預(yù)報(bào)火災(zāi)險(xiǎn)情。該設(shè)計(jì)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的消防監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

單片機(jī)；煙霧傳感器；溫度傳感器；消防監(jiān)控預(yù)警

現(xiàn)代社會(huì)火災(zāi)頻頻發(fā)生，嚴(yán)重威脅社會(huì)的安定，消防監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)成為現(xiàn)代建筑中必不可少的一個(gè)重要設(shè)施。為了能夠可靠預(yù)報(bào)火災(zāi)險(xiǎn)情，并將火災(zāi)撲滅在萌芽狀態(tài)，最大限度減少生命財(cái)產(chǎn)損失，本論文設(shè)計(jì)了一種智能化消防監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。以AT89S52單片機(jī)為核心，與MQ-5煙霧傳感器、DS18B20溫度傳感器相結(jié)合，能同時(shí)監(jiān)控?zé)熿F濃度、可燃?xì)怏w濃度、溫度三種指標(biāo)。通過(guò)無(wú)線傳輸把采集到的信號(hào)傳送給接收模塊，LCD顯示器顯示采集模塊采集到的信息。若是采集到的信息超過(guò)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，蜂鳴器響、閃爍燈閃爍以達(dá)到報(bào)警的目的。

1　整體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于此消防監(jiān)控系統(tǒng)能夠可靠無(wú)誤預(yù)測(cè)到火災(zāi)險(xiǎn)情，并能顯示相關(guān)參數(shù)且及時(shí)報(bào)警?；诖嗽O(shè)計(jì)思想和原則，消防監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)可自動(dòng)多點(diǎn)采集環(huán)境中的煙霧濃度、可燃?xì)怏w濃度和溫度三種指標(biāo)，并且將采集到的數(shù)據(jù)傳送到控制器進(jìn)行處理然后與預(yù)設(shè)定的值進(jìn)行比較，只要這三種指標(biāo)中的任意一種超過(guò)預(yù)先設(shè)定值并可實(shí)現(xiàn)聲報(bào)警和光報(bào)警。

2　硬件設(shè)計(jì)

消防監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的硬件電路主要由控制電路、煙霧監(jiān)測(cè)電路、可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)電路、溫度監(jiān)測(cè)電路、光報(bào)警電路、聲報(bào)警電路、顯示電路等組成。選用無(wú)線傳輸?shù)姆绞絹?lái)實(shí)現(xiàn)消防監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的多點(diǎn)監(jiān)控，此設(shè)計(jì)可以監(jiān)控一個(gè)環(huán)境中兩個(gè)不同位置的煙霧濃度、可燃?xì)怏w濃度和溫度。當(dāng)消防監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)工作后，主控電路不斷通過(guò)煙霧監(jiān)測(cè)電路監(jiān)測(cè)當(dāng)前環(huán)境中的煙霧濃度和可燃?xì)怏w濃度，通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)電路監(jiān)測(cè)當(dāng)前環(huán)境下的溫度，然后與預(yù)先設(shè)定的限值進(jìn)行比較。如果監(jiān)測(cè)到的值只要有一項(xiàng)超過(guò)限值，那么會(huì)有光報(bào)警和聲報(bào)警。

主控電路選用可編程的AT89S52單片機(jī)，AT89S52單片機(jī)是一種低功耗，高性能且自帶有8KB可編程Flash存儲(chǔ)器的8位CMOS微處理器。AT89S52單片機(jī)較8051單片機(jī)的里面多了一個(gè)8K字節(jié)的Flash程序存儲(chǔ)器，一個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)中斷源，還多了128字節(jié)內(nèi)部RAM，并且與8051完全兼容。

煙霧監(jiān)測(cè)電路和可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)電路均選用MQ-5傳感器來(lái)制作。MQ-5煙霧傳感器是氣敏式煙霧傳感器，一旦煙霧傳感器檢測(cè)到周圍有煙霧或者可燃?xì)怏w好比丁烷、丙烷、甲烷時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨著傳感器周圍可燃?xì)怏w濃度的增加而變大。通過(guò)簡(jiǎn)單的電路可以把電導(dǎo)率變?yōu)榕c之相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)通過(guò)ADC0832轉(zhuǎn)換后就可以得到煙霧濃度下的相應(yīng)電壓值，從而可以依據(jù)這個(gè)設(shè)定出理想的煙霧強(qiáng)度報(bào)警值。該傳感器使用壽命長(zhǎng)，制作成本低，只需要基本的驅(qū)動(dòng)電路就可以運(yùn)行。煙霧濃度監(jiān)測(cè)電路圖如圖1所示。

圖1　煙霧濃度監(jiān)測(cè)電路圖

可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)電路圖如圖2所示。

圖2　可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)電路圖

溫度檢測(cè)電路選用DALLAS公司獨(dú)特的一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20，該傳感器將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器等器件做在一個(gè)很小的集成電路芯片上，且其信號(hào)輸出采用單總線結(jié)構(gòu)直接輸出溫度信號(hào)的數(shù)字值。這種單總線結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸方式增加了信號(hào)的傳輸距離，抗干擾能力強(qiáng)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)溫效果準(zhǔn)確可靠，而且能同時(shí)支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20并聯(lián)在總線結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)分布測(cè)溫［1］。當(dāng)在-10℃～+85℃的區(qū)域內(nèi)，可確保測(cè)量偏差不超過(guò)0.5℃，當(dāng)在-55℃～+125℃的區(qū)域內(nèi)時(shí)，偏差也不超過(guò)2℃。DS18B20傳感器可以用編程來(lái)實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字讀數(shù)手段，而且使用者可以自己設(shè)定具有不易丟失性質(zhì)的報(bào)警上下限值。DS18B20傳感器的轉(zhuǎn)換速率比較高，進(jìn)行9位的溫度值的轉(zhuǎn)換僅需要93.75ms［2］。溫度監(jiān)測(cè)電路圖如圖3所示。

圖3　溫度監(jiān)測(cè)電路圖

光報(bào)警電路是根據(jù)單片機(jī)所給的電壓，決定LED中的電流流動(dòng)方向來(lái)驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光。當(dāng)單片機(jī)相關(guān)引腳為低電平時(shí)，LED亮。高電平時(shí)，LED滅。

聲報(bào)警電路是根據(jù)單片機(jī)輸出的高低電平來(lái)運(yùn)行蜂鳴器使其發(fā)出聲音。當(dāng)單片機(jī)的相應(yīng)管腳輸出為低電平的時(shí)候，三極管被導(dǎo)通，電流流過(guò)蜂鳴器使蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。當(dāng)單片機(jī)輸出為高電平的時(shí)候，三極管被截止，沒(méi)有電流通過(guò)蜂鳴器，于是蜂鳴器被關(guān)閉。

3　軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)使用編程軟件（keiluVision 4）編寫程序。編程語(yǔ)言選用C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。消防監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的控制器上的主控芯片采用AT89S52單片機(jī)，它的主要功能模塊包含：控制I/O端口、邏輯判斷處理、驅(qū)動(dòng)外部電路、語(yǔ)音報(bào)警和A/D采樣等，這些是智能化消防監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的重點(diǎn)體現(xiàn)［3］。

為了使系統(tǒng)方便修改，消防監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)選用是設(shè)計(jì)程序的方式是模塊化，這些模塊的作用是運(yùn)用調(diào)用子程序這個(gè)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這樣使程序有清晰的結(jié)構(gòu)，而且需要擴(kuò)展程序的時(shí)候也非常方便。這個(gè)系統(tǒng)主要包括主程序、火災(zāi)判斷、傳輸信號(hào)和報(bào)警子程序，還有火災(zāi)數(shù)據(jù)采集子程序。主程序是循環(huán)的，它的流程是：上電后系統(tǒng)的各個(gè)部分包含單片機(jī)的各個(gè)功能模塊都將進(jìn)行初始化，然后進(jìn)行的是消防報(bào)警的數(shù)據(jù)采集部分，之后開始判斷有沒(méi)有火災(zāi)，若沒(méi)有火災(zāi)則返回第一步初始化，如果檢測(cè)到火災(zāi)發(fā)生就進(jìn)行報(bào)警程序。

初始化程序?qū)崿F(xiàn)的功能包括各種I/O輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、寄存器初始化、中斷使能等。它先設(shè)置定時(shí)器的工作方式，之后再開系統(tǒng)中斷來(lái)響應(yīng)中斷定時(shí)，及時(shí)對(duì)溫度、煙霧和可燃?xì)怏w濃度進(jìn)行采樣。最后關(guān)閉蜂鳴器，打開燈，設(shè)置報(bào)警上下限初值。

采集數(shù)據(jù)處理子程序每次收集信號(hào)后都要進(jìn)行對(duì)比限定值。未達(dá)到限值就返回到初始化狀態(tài)，達(dá)到或超過(guò)限值就會(huì)進(jìn)行下一步即發(fā)送信號(hào)給單片機(jī)。采集數(shù)據(jù)處理子程序流程圖如圖4所示。

圖4　數(shù)據(jù)處理子程序流程圖

4　小結(jié)

本消防監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)在檢測(cè)環(huán)境溫度時(shí)速度快且測(cè)溫精度準(zhǔn)確，檢測(cè)環(huán)境煙霧濃度靈敏度高，能夠監(jiān)測(cè)多種可燃?xì)怏w，在實(shí)際應(yīng)用工作中抗干擾能力強(qiáng)，火災(zāi)險(xiǎn)情報(bào)警穩(wěn)定可靠，完全滿足特殊場(chǎng)消防安全場(chǎng)所的工作需要。同時(shí)由于不需要外圍芯片與單片機(jī)直接接口，硬件電路簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，具有廣泛應(yīng)用前景。

［1］百度文庫(kù).DS18B20應(yīng)用手冊(cè)［DB/OL］.http：//wenku.baidu. com/view/31f7840e52ea55810a687ef.htm l，2010，11-14

［2］梁一凡.一種實(shí)用型智能消防報(bào)警器的設(shè)計(jì)［J］.南方金屬，2012，8（187）39-40

［3］吳帆.火災(zāi)智能報(bào)警控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，2016，3（35）：383-386.

郭燕（1986-），女，江蘇泰州人，漢族，碩士研究生，助教，南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，研究方向：通信技術(shù)。