施文

摘 要：設(shè)計(jì)目的：現(xiàn)在的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)大都采用51單片機(jī)，但是性能較低，應(yīng)用環(huán)境少，類型比較單一，而且不能夠?qū)崿F(xiàn)智能自動(dòng)化檢測。正是因?yàn)槿绱?，基于STM32的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。設(shè)計(jì)方法：本文采用軟件和硬件相結(jié)合的方法，完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)之后進(jìn)行仿真調(diào)試，然后再燒錄到硬件中進(jìn)行調(diào)試。設(shè)計(jì)路徑：該系統(tǒng)的硬件部分所包含的硬件電路比較多，其不僅包括煙霧濃度檢測以及按鍵電路，還包括聲光報(bào)警電路以及最小系統(tǒng)等。該系統(tǒng)的軟件在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該將煙霧檢測子程序以及溫濕度檢測子程序等作為重心來進(jìn)行調(diào)試。結(jié)論：本系統(tǒng)具有功能簡單，性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，還能便攜式的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng);STM32;MQ-2

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1671-2064（2019）22-0044-02

0 引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，我國提高了對安全問題的重視程度，尤其是重視自己所居住的環(huán)境的安全問題。其中發(fā)生火災(zāi)較為常見，對人們的生活安全造成威脅。火災(zāi)報(bào)警其實(shí)就是對一些布置方案進(jìn)行選擇，從而完成環(huán)境數(shù)據(jù)化控制裝置的構(gòu)建?？梢圆扇o線布置方案來完成這項(xiàng)工作，同時(shí)還可以采取計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)布置方案來完成。然后對一些專用的媒體裝置進(jìn)行運(yùn)用，以此來構(gòu)建數(shù)據(jù)交互方案，以便媒體裝置能夠起到報(bào)警作用。除此之外，還可以通過計(jì)算機(jī)技術(shù)以及無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)對家中的電器的遠(yuǎn)距離控制，以此提高安全性，從而更好地對人們的財(cái)產(chǎn)進(jìn)行保護(hù)，滿足了當(dāng)前人們?nèi)找嬖鲩L的安全便捷需要。相較于當(dāng)前的家居系統(tǒng)有了較大程度的進(jìn)步，這不僅與科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展有關(guān)，這還和人們對于環(huán)境的內(nèi)在需要有著密切的聯(lián)系。

1 總體設(shè)計(jì)

如圖1所示為總體設(shè)計(jì)框架圖。單片機(jī)最小系統(tǒng)是一個(gè)單元，其可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，除此之外，還可以對設(shè)備進(jìn)行有效控制。在進(jìn)行利用來對外圍電路進(jìn)行控制的過程中，需要和外圍電路進(jìn)行通訊。在本系統(tǒng)中，顯示模塊只用來對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。傳感器模塊所完成的是對一些數(shù)據(jù)信息的采集，其包括溫濕度以及煙霧值等數(shù)據(jù)。ESP8266主要用于手機(jī)與監(jiān)控模塊通信，在手機(jī)APP中顯示數(shù)據(jù)。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 總體系統(tǒng)電路

總體系統(tǒng)電路包括最小系統(tǒng)、煙霧檢測電路、無線傳輸電路、顯示電路設(shè)計(jì)、蜂鳴器報(bào)警電路、繼電器控制電路、溫濕度檢測電路、按鍵電路電路設(shè)計(jì)。

2.2 煙霧檢測電路設(shè)計(jì)

MQ-2傳感器要想得到電壓大小的變化，除了需要對電阻的阻值大小進(jìn)行檢測，還需要對電壓信號進(jìn)行處理，這一過程需要對電壓信號進(jìn)行轉(zhuǎn)變，或者對信號進(jìn)行放大處理，從而成功采取電信號，處理后芯片就能夠?qū)ζ鋽?shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，并對其數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。假定經(jīng)過芯片識(shí)別，其數(shù)值超過一定的大小，報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)，繼而報(bào)警。

2.3 無線傳輸電路設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中還需要使用wifi模塊，這個(gè)模塊是由安可信所供應(yīng)的，其型號為esp8266。要想其能進(jìn)行運(yùn)用來進(jìn)行數(shù)字信號交流，就需要對串口進(jìn)行運(yùn)用，除此之外，還需要對單片機(jī)進(jìn)行利用。這個(gè)模塊可以被配置成為多種模式，其中就包括服務(wù)器模式，在對這個(gè)模式進(jìn)行使用的時(shí)候，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)熱點(diǎn)，這時(shí)我們就可以對手機(jī)與其進(jìn)行數(shù)字信號交流，這和家中安裝的路由器功能相似。

2.4 顯示電路設(shè)計(jì)

對于小型控制系統(tǒng)來說，顯示功能大部分都使用LCD顯示裝置。在這個(gè)過程中需要對通信狀態(tài)進(jìn)行維持，要不然很可能會(huì)出現(xiàn)連接不成功的現(xiàn)象。要想對一些數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示的時(shí)候，可以將所需要顯示的數(shù)據(jù)傳送到顯示模塊，從而對其進(jìn)行顯示。

2.5 蜂鳴器報(bào)警電路設(shè)計(jì)

蜂鳴器需要將其C級與芯片的B6引腳進(jìn)行連接，除此之外，還需要將其與一個(gè)一千歐姆的電阻進(jìn)行連接，并將其接入到五伏的電壓中。三極管不同于傳統(tǒng)的機(jī)械開關(guān)，它具有諸多特性。假定In1電壓數(shù)值相對比較小的時(shí)候，這時(shí)可以看成是開關(guān)斷開，因?yàn)锽極中沒有電流流過，而且其C極是低電壓，所以這兩端都沒有電流流過。

2.6 繼電器控制電路設(shè)計(jì)

在電路中要想對電流的輸入進(jìn)行準(zhǔn)確把控，需要對三極管進(jìn)行充分利用，需要將8550三極管投放到單片機(jī)和繼電器中間用來對信號進(jìn)行有效把控，以此來完成所需要的工作。只有在端口A15位高電平的時(shí)候，開關(guān)才能夠接通，從而會(huì)有電流流過，負(fù)載才開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.7 溫濕度檢測電路設(shè)計(jì)

在對本系統(tǒng)的濕度檢測電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，系統(tǒng)要求其對于濕度信息的采集誤差不超過百分之五，所以在對濕度傳感器進(jìn)行選擇的時(shí)候，應(yīng)該選擇一些測量精度相對比較高的濕度傳感器，此外從編寫代碼的角度來進(jìn)行考慮，本系統(tǒng)最終選擇DHT11，該傳感器功能比較簡單，只能夠用來對溫濕度進(jìn)行檢測，因此在程序進(jìn)行代碼編寫的時(shí)候，不需要花費(fèi)太多的精力就能夠完成軟件設(shè)計(jì)。

2.8 按鍵電路設(shè)計(jì)

要想保證按鍵輸入電路的電平狀態(tài)一直有效，需要將其與上拉電阻進(jìn)行連接，因?yàn)橹挥性诘碗娖降臅r(shí)候，其才是有效的。按鍵電路的輸入輸出口和其電路外部不需要都和上拉電阻進(jìn)行連接，只需要一方連接就可以。在對按鍵電路進(jìn)行設(shè)定的過程中，一定要保證獨(dú)立按鍵與查詢格式具備統(tǒng)一性。要想對按鍵電路圖有一個(gè)清楚地認(rèn)知。K1是設(shè)置，K2是數(shù)值加，K3是數(shù)值減。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

對本系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，主要對keil工具完成設(shè)計(jì)工作，具體的主程序工作流程圖請見下圖，在把電源和系統(tǒng)進(jìn)行連接之后，其主程序就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行初始化，然后對傳感器進(jìn)行控制來對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)會(huì)將處理好的數(shù)據(jù)傳送給顯示模塊來對其進(jìn)行顯示。

3.2 煙霧檢測子程序設(shè)計(jì)

假定沒有外部的控制信號輸入，這時(shí)系統(tǒng)的煙霧傳感器就會(huì)自動(dòng)對煙霧數(shù)值進(jìn)行檢測，并將采集到的煙霧數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，然后傳送給單片機(jī)來進(jìn)行處理，最終輸送到顯示模塊來對其進(jìn)行顯示。

3.3 無線傳輸子程序設(shè)計(jì)

在將電源接入到發(fā)射端口的時(shí)候，其會(huì)對輸入輸出端口進(jìn)行初始化，除此之外，其還會(huì)對定時(shí)器進(jìn)行激活。接收端在接通電源時(shí)會(huì)進(jìn)行和發(fā)射端相同的初始化工作，但也存在一定的區(qū)別，接收端的其他功能都是在中斷子程序中來完成的。

3.4 顯示子程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)在對顯示模塊進(jìn)行識(shí)別判斷的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)其處于不忙的狀態(tài)時(shí)，就會(huì)輸送一些數(shù)據(jù)和指令，這時(shí)顯示模塊就能夠?qū)@些內(nèi)容進(jìn)行顯示。

3.5 溫濕度檢測子程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)經(jīng)過對多種因素進(jìn)行分析和考慮，最終選擇采取DHT11作為本系統(tǒng)的溫濕度檢測傳感器。從完整性的角度來對其進(jìn)行分析，DHT11的封裝非常好，因此在對其進(jìn)行運(yùn)用的過程中不需要再增加一些其它的外置模塊。不僅如此，該傳感器的功能非常完善，所以在使用的過程中不需要增加一些功能模塊就可以較好地完成任務(wù)。

4 系統(tǒng)調(diào)試

第一步，我們需要打開wifi，然后找到對應(yīng)的名字的wifi，并輸入密碼完成連接，這時(shí)我們就連接上自己所創(chuàng)建的wifi了。第二步，安裝網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手，打開它并選擇client模式，點(diǎn)擊添加按鈕，并輸入IP號，接下來輸入端口號，從而我們就可以與數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行數(shù)字信號溝通了，我們也可以通過手機(jī)窗口看到裝置輸送過來的多種環(huán)境參數(shù)。

硬件調(diào)試。打開Keil，完成程序的繪制，之后對其進(jìn)行編寫翻譯，并對這個(gè)過程提示的語法錯(cuò)誤進(jìn)行更改，然后再次編寫翻譯，從而完成數(shù)據(jù)配置。接下來可以對Jlink下載器完成軟件下載，在使用過程中發(fā)現(xiàn)在當(dāng)前的程序中仍然存在的缺陷和不足，并對其進(jìn)行補(bǔ)充和完善，在這個(gè)過程中需要對邏輯和時(shí)序進(jìn)行反復(fù)測試和調(diào)節(jié)，從而能夠準(zhǔn)確檢測溫度以及煙霧值，除此之外，還可以完成對濕度的檢測，并將檢測的結(jié)果在顯示模塊中進(jìn)行顯示。

5 結(jié)語

在本次的研究中，首先對火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求進(jìn)行研究和探討，然后對傳感器以及顯示器和單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，接下來完成軟件的搭建，并對其進(jìn)行調(diào)試。STM32單片機(jī)通過串行總線的方式發(fā)送信息給ESP8266模塊，讓該模塊創(chuàng)建wifi熱點(diǎn)，在wifi可以到達(dá)的范圍內(nèi)，我們可以通過連接手機(jī)APP連接到模塊，這樣模塊和手機(jī)之間就搭建起來了通訊聯(lián)系，這時(shí)單片機(jī)就可以將環(huán)境采集數(shù)據(jù)送到APP顯示了。

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