北京工商大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院 李 文 張家輝 魏 彤 羅浩東 尚經(jīng)開

基于單片機(jī)的室內(nèi)防火智能檢測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)

北京工商大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院 李 文 張家輝 魏 彤 羅浩東 尚經(jīng)開

室內(nèi)火災(zāi)的有效防治關(guān)系到千家萬戶的生命和財(cái)產(chǎn)安全，智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在現(xiàn)代智能建筑中起著極其重要的安全保障作用。本文以51單片機(jī)為控制核心，使用溫濕度、光度傳感器和煙霧傳感器MQ-2綜合監(jiān)測(cè)，在考慮經(jīng)濟(jì)適用的前提下實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)火災(zāi)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警。

單片機(jī)；智能檢測(cè)；傳感器；室內(nèi)火災(zāi)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，大型的住宅、辦公區(qū)域及購物商場(chǎng)越來越多，建筑內(nèi)由于電氣老化、煤氣泄漏或其他易燃易爆物品的存在引發(fā)的火災(zāi)不容忽視。智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和傳統(tǒng)意義上的簡單的報(bào)警設(shè)備相比，融入了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器的應(yīng)用等各領(lǐng)域知識(shí)。上世紀(jì)九十年代以來，隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，自動(dòng)控制、智能儀表等技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了以微機(jī)為控制核心的通用火災(zāi)報(bào)警器?；馂?zāi)預(yù)防的關(guān)鍵就是要在火災(zāi)發(fā)生的早期，準(zhǔn)確地判斷火警、預(yù)報(bào)火警，從而保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。為了使火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)更加靈敏高效，本設(shè)計(jì)以51單片機(jī)為控制器，借助溫濕度、光照和煙霧傳感器，共同監(jiān)測(cè)預(yù)警建筑內(nèi)的火災(zāi)隱患。該設(shè)計(jì)通過多種傳感器、LCD屏、單片機(jī)的配合實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查看當(dāng)前室內(nèi)參數(shù)，并且可以針對(duì)參數(shù)過高實(shí)現(xiàn)報(bào)警反應(yīng)，可以運(yùn)用在實(shí)際生活中，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

1.整體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)STC89C52的檢測(cè)與控制系統(tǒng)，運(yùn)用多個(gè)傳感器，LCD1602顯示屏等器件與keil編程軟件以及單片機(jī)燒錄工具配合實(shí)現(xiàn)。傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，由STC89C52單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，LCD1602顯示屏實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與報(bào)警，整體方案見圖1。

2.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)

STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS八位微控制器，使用Flash貯器技術(shù)并擁有8Kflash，512字節(jié)RAM，看門狗定時(shí)器，32個(gè)I/O口，3個(gè)16位計(jì)時(shí)器/定位器，4個(gè)外部中斷，內(nèi)帶4K字節(jié)EEPROM存儲(chǔ)空間。該單片機(jī)可直接使用串口下載，使用起來較為方便，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHZ，制造成本低。主要用于接受并處理來自傳感器的溫度、濕度等數(shù)字信號(hào)，并將處理后信號(hào)傳至LCD屏。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

2.2 傳感器

DHT11溫濕度傳感器是通過單總線與微處理器與單片機(jī)間進(jìn)行通訊。傳感器內(nèi)部濕度和溫度數(shù)據(jù) 40Bit 的數(shù)據(jù)一次性傳給單片機(jī)，數(shù)據(jù)采用校驗(yàn)和方式進(jìn)行校驗(yàn)。應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度復(fù)合傳感器技術(shù)并且單限制串行接口，僅僅需要一個(gè) I/O 口，使系統(tǒng)連接可以更簡潔，功耗極低。作為新型單總線數(shù)字溫濕度傳感器體積小功耗低、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、控制簡單。工作時(shí)M0發(fā)送起始信號(hào) -＞ DHT響應(yīng)信號(hào) -＞ DHT通知M0準(zhǔn)備接受信號(hào) -＞ DHT發(fā)送準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù) -＞ DHT結(jié)束信號(hào)-＞ DHT內(nèi)部重測(cè)環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)并記錄數(shù)據(jù)等待下一次M0的起始信號(hào)。主要用于檢測(cè)當(dāng)下溫度與濕度，通過數(shù)字信號(hào)的形式傳送給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)通訊。

光敏傳感器采用光電集成傳感器On9658，在可見光范圍內(nèi)高度敏感，感應(yīng)照度可調(diào)，輸出電流隨光照度線性變化。煙霧傳感器MQ-2不但具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點(diǎn)，并且它的抗干擾能力強(qiáng)、壽命長。MQ-2氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。

2.3 LCD顯示屏

LCD1602是一種工業(yè)字符型液晶，原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣就可以顯示出圖形。分為背光不背光兩種，能同時(shí)顯示32個(gè)字符，專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣液晶模塊。控制簡單，性價(jià)比高。適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)和易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，主要用于顯示當(dāng)下各參數(shù)值的顯示。

圖2 主程序流程圖

3.軟件設(shè)計(jì)

用keil軟件將各傳感器代碼和LCD1602代碼整合在一起，利用代碼規(guī)定溫濕度的正常范圍，若不在該范圍則報(bào)警，以實(shí)現(xiàn)溫度過高或過低的報(bào)警功能。完成編譯后利用Keil生成hex文件用于之后PC端與單片機(jī)間的代碼傳輸。最終代碼利用STC-ISP軟件（單片機(jī)下載編程燒錄軟件）通過USB下載線從電腦傳至STC89C52RC單片機(jī)中，實(shí)現(xiàn)PC端與單片機(jī)的串口通信。 主程序流程圖如圖2所示。

4.結(jié)論

本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心元件，利用多傳感器綜合監(jiān)測(cè)和室內(nèi)火災(zāi)相關(guān)聯(lián)的主要參數(shù)，并實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)值且具有報(bào)警功能。整體電路簡單、數(shù)據(jù)精度高、成本低、具有較好的實(shí)用價(jià)值。

[1]郭天祥．51單片機(jī)c語言教程[M]．電子工業(yè)出版社,2009．

[2]徐愛鈞著．Keil C51單片機(jī)高級(jí)語言應(yīng)用編程技術(shù)[M]．北京：電子工業(yè)出版社,2015,10．

[3]余永權(quán)．ATMEL89系列單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002：25-40．

注：本文資助項(xiàng)目：北京市級(jí)大學(xué)生科學(xué)研究與創(chuàng)業(yè)行動(dòng)計(jì)劃（項(xiàng)目編號(hào)：201710011157）。

張家輝（1997—），北京人，本科生，就讀于北京工商大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院。

李文，山東德州人，博士，副教授，研究方向?yàn)殡娮蛹夹g(shù)應(yīng)用。