李衛(wèi)兵，于 京，朱恭生

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院 北京100176）

禁煙警示器系統(tǒng)設(shè)計

李衛(wèi)兵，于 京，朱恭生

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院 北京100176）

國家和地方相繼出臺了控?zé)煑l例，為了輔助監(jiān)控與警示，基于GP2Y1010AU灰塵傳感器，設(shè)計了香煙煙霧探測與語音警示電路，當(dāng)探測到一定濃度的香煙煙霧時，進(jìn)行語音警示并LED警示燈閃爍提醒，香煙煙霧報警閾值可在0～500 μg/m3范圍內(nèi)改變，以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靈敏度，達(dá)到了公共場合禁止吸煙警示的效果，以MQ-2煙霧傳感器探測燃燒煙霧，具有火災(zāi)報警作用。

香煙煙霧探測；PM2.5檢測；語音播報；液晶顯示；閾值調(diào)節(jié)

國家在2015年出臺了《中華人民共和國公共場所控制吸煙條例》，北京市、上海市、杭州市等19個省市也修訂和出臺了控制吸煙條例[1-2]，但仍然有部分人改不掉公共場合吸煙的習(xí)慣，而相應(yīng)執(zhí)法力量不足，存在公共場合吸煙情況，損害大部分人的利益?，F(xiàn)有建筑物內(nèi)的煙霧探測電路一般采用離子型、光電型、激光型煙感探測器，用于探測火災(zāi)煙霧，進(jìn)行火災(zāi)報警[3-7]，這些探測器要求煙霧濃度足夠高時才能輸出報警信號，對于檢測香煙煙霧靈敏度不夠，無法實現(xiàn)香煙煙霧探測功能。本文采用灰塵傳感器探測香煙煙霧，設(shè)計了一款煙感警示器，靈敏度高，響應(yīng)快，當(dāng)探測到香煙煙霧超過設(shè)定閾值時，系統(tǒng)就會觸發(fā)進(jìn)行聲光報警，同時語音警示“公共場合，禁止吸煙”或者播報其他警示語音，起到輔助監(jiān)督警示作用。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計方案

系統(tǒng)整體設(shè)計方案如圖1所示，以AT89S52單片機(jī)為控制核心，香煙煙霧/PM2.5探測模塊采用夏普GP2Y1010AU0F灰塵傳感器，信號經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后送控制器處理，并通過1602液晶顯示PM2.5值，控制器設(shè)置香煙煙霧報警閾值并可通過濃度閾值調(diào)節(jié)模塊調(diào)節(jié)器靈敏度，當(dāng)檢測到香煙煙霧時，觸發(fā)語音模塊并經(jīng)功放模塊驅(qū)動發(fā)出語音警示，火災(zāi)煙霧探測模塊采用MQ-2傳感器。

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計方案

2 電路設(shè)計

2.1 香煙煙霧/PM2.5探測電路

采用夏普公司的GP2Y1010AU光學(xué)濃度檢測傳感器，此傳感器內(nèi)部成對角分布的紅外發(fā)光管和光電晶體管，檢測空氣中的塵埃所反射的光，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換電路，依靠輸出脈沖的值來判斷顆粒濃度[8-9]。GP2Y1010AU0F內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳如圖2所示，3腳為紅外發(fā)光管驅(qū)動信號，要求輸入周期為10 ms，輸入脈沖寬度為0.32 ms的脈沖信號，5腳為輸出信號端，需要對應(yīng)輸入信號高脈沖計時0.28 ms時讀取輸出電壓值，對應(yīng)輸出電壓和濃度關(guān)系可讀出PM2.5濃度值。

圖2 GP2Y1010AU0F內(nèi)部結(jié)構(gòu)

GP2Y1010AU外部接線圖如圖3所示。電源Vcc通過電阻R2和C4給傳感器供電，晶體管Q1用于增加傳感器3腳的驅(qū)動能力，由AT89S52單片機(jī)的P3.1口驅(qū)動，5腳為輸出信號，接 AD轉(zhuǎn)換器ADC0832的CH0輸入端。

圖3 GP2Y1010AU外部接線圖

2.2 AD轉(zhuǎn)換電路

采用8位串行AD轉(zhuǎn)換器ADC0832，雙通道A/ D轉(zhuǎn)換，工作頻率為250 kHz，轉(zhuǎn)換時間為32 μs，8引腳結(jié)構(gòu)[10-11]。1腳為片選使能，低電平芯片使能，2腳CH0模擬輸入通道0，3腳CH1模擬輸入通道1，5腳DI數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制，6腳DO數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出，由于DO端與DI端在通信時不同時使用且單片機(jī)的接口是雙向的，可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用，7腳CLK芯片時鐘輸入，腳Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用），ADC0832轉(zhuǎn)換電路如圖4所示。

圖4 ADC0832轉(zhuǎn)換電路

2.3 MQ-2煙霧探測電路

MQ-2氣體傳感器可用于可燃?xì)怏w、煙霧等的探測，靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、壽命長、驅(qū)動電路簡單[12-13]。MQ-2可燃?xì)怏w及煙霧探測電路如圖5所示，傳感器輸出信號通過電壓比較器LM393比較輸出，電位器RP設(shè)定比較閾值，當(dāng)傳感器探測到煙霧超過一定濃度時，LM393輸出低電平，LED發(fā)光二極管點亮警示。

2.4 語音警示電路

采用上海奔流電子有限公司的BMP5008語音錄放板，配備了專用錄音控制芯片BLR3808，外加SPI接口的NOR FLASH的設(shè)計，通過外掛不同容量的FLASH，可以獲得從30秒～32分鐘的錄音容量，錄音信息掉電后不會丟失，板上自帶穩(wěn)壓電路，支持5～6 V電壓直接輸入[14]，自行錄制禁煙警示語“公共場合 禁止吸煙”，由于BLR3808內(nèi)置功放為0.5 W，輸出功率不足以在公共場合起到警示作用，所以另行設(shè)計了25 W功放電路。

圖5 MQ-2煙霧探測電路

2.5 功放電路

采用TI公司TPA3116功放集成電路[15]，6～25 V直流單電源供電，在不使用外部散熱器的情況下在雙層PCB上可提供2×30 W/8 Ω的功率雙聲道輸出。集成了具有錯誤報告功能的自保護(hù)電路，其中包括過壓、欠壓、過熱、直流檢測和短路等保護(hù)。TPA3116D2高級振蕩器/PLL電路采用多開關(guān)頻率選項，抑制AM干擾。

2.6 繼電器控制模塊

由于功放電路功率比較大，采用12 V供電，為了與語音電路5 V供電電路信號傳輸，采用光電耦合繼電器控制電路[16]控制功放電路電源工作，達(dá)到控制信號和被控信號的電氣隔離。電路如圖6所示。

圖6 光電耦合繼電器模塊

2.7 液晶顯示電路

采用1602液晶顯示，電路圖如圖7所示。

圖7 1602液晶電路

3 系統(tǒng)主流程圖

系統(tǒng)主流程圖如圖8所示。

4 結(jié) 論

系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為控制核心，以夏普GP2Y1010AU0F灰塵傳感器采用光學(xué)原理同時探測香煙煙霧和PM2.5值，靈敏度高，響應(yīng)快，以8位AD轉(zhuǎn)換器ADC0832將模擬的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)單片機(jī)處理運算得出濃度值，通過1602液晶實時顯示，根據(jù)探測的香煙煙霧濃度，通過BMP5008語音錄放板進(jìn)行語音警示并LED警示燈閃爍提醒，香煙煙霧報警閾值可通過按鍵進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到公共場合禁止吸煙的警示的目的，系統(tǒng)以MQ-2煙霧傳感器探測燃燒煙霧，同時具有火災(zāi)報警功能。

圖8 系統(tǒng)主流程圖

[1]劉莘.應(yīng)盡快制定全國性控?zé)煼蒣J].中國衛(wèi)生監(jiān)督雜志，2016（1）:60-61.

[2]宋慰祖.從最嚴(yán)控?zé)煑l例看立法、執(zhí)法和守法[J].北京人大，2016（1）:56-58.

[3]鄭大忞.基于AT89S52的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計[J].信息系統(tǒng)工程，2015（9）：26-27.

[4]徐曉璐.基于離子型煙霧傳感器的火災(zāi)報警系統(tǒng)探測節(jié)點設(shè)計[J].信息通信，2015，154（10）:57-58.

[5]張可菊，高云華.淺談無線煙霧報警系統(tǒng)的設(shè)計[J].赤峰學(xué)院學(xué)報，2015，31（8）:42-43.

[6]劉峰，劉光遠(yuǎn)，龍正吉，等.一種新型的激光煙霧濃度檢測系統(tǒng)研究[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2014（12）:141-146.

[7]段彥頻.無線煙霧探測及自動報警傳感器設(shè)計[J].中外建筑，2016（2）:95-96.

[8]蘭冰芯，諶海云，陳東，等.基于單片機(jī)的PM2.5測試儀的設(shè)計與實現(xiàn) [J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2014（11）：32-34.

[9]張靜，彭芳，王佳慶.環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測的實現(xiàn)及優(yōu)化[J].機(jī)電工程技術(shù)，2014，43（6）:62-65.

[10]鄭國軍.8位串行A_D轉(zhuǎn)換器ADC0832[J].電子世界，2002（9）:44-45.

[11]張亞林.基于C52控制的ADC0832應(yīng)用詳解[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013（3）:5-6.

[12]陳菁，劉然.家庭天然氣管道泄漏檢測系統(tǒng)的設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2015，38（4）:132-134，138.

[13]賈應(yīng)煒.基于STC89C52單片機(jī)的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計[J].機(jī)械與電子，2015（4）:50-53.

[14]葉鐘松，翁新華.超高壓帶電作業(yè)機(jī)器人語音系統(tǒng)設(shè)計分析[J].機(jī)械與電子，2010（1）:25-27.

[15]TPA3116D2 15-W，30-W，50-W Filter-Free Class-D StereoAmplifierFamilyWith AM Avoidance[EB/OL].（2015）[2005-09].http://www. ti.com/lit/ds/symlink/tpa3116d2.pdf

[16]夏鳳鳴，劉 英，李 灝，等.基于單片機(jī)的汽車右后門包邊機(jī)控制系統(tǒng) [J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2014，41（8）:19-21，26.

Design of anti-smoking warning indicator system

LI Wei-bing，YU Jing，ZHU Gong-sheng
（Beijing Polytechnic，Beijing 100176，China）

National and local successively introduced tobacco-control regulation，in order to assist monitoring and warning，based on GP2Y1010AU dust sensor，design of the smoke detection and voice alarm circuit，when detected a certain concentration of cigarette smoke，voice alarm and LED warning lights flashing warning，Cigarette smoke alarm threshold can change within 0～500 μg/m3range，to adjust the sensitivity of the system，to achieve the effect of smoking is forbidden in public places the alert，MQ-2 smoke sensor detection burning smoke，a fire alarm function.

cigarette smoke detection；PM2.5 detection；voice broadcast；LCD；threshold adjustment

TN98

A

1674－6236（2017）10-0066-03

2016-04-18稿件編號：201604182

北京電子科技職業(yè)學(xué)院校內(nèi)課題立項（YYK2016003）

李衛(wèi)兵（1971—），男，山東濱州人，碩士，副教授。研究方向：電子技術(shù)應(yīng)用、電磁兼容。