焦金偉 張述勇 張屹帆

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 電氣與信息學(xué)院，黑龍江 大慶163319）

1 概述

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，防火工作越來越重要，但國內(nèi)許多研究開發(fā)都集中在大型火災(zāi)報警器上。因此，我們需要開發(fā)結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟實用的家用煙霧報警器，以滿足市場需求。

世界上首個接觸燃燒家用燃氣泄漏報警器在日本面世，而該產(chǎn)品第二年就大量出口并成為全國各大相關(guān)設(shè)備廠家的青睞產(chǎn)品，當(dāng)然火災(zāi)報警設(shè)備也在不斷的升級，升級過的報警設(shè)備可以適配多種需要檢測的氣體。我國于20 世紀(jì)70 年代初開始著手開發(fā)火災(zāi)報警系統(tǒng)，主要緣由最開始的煉油系統(tǒng)需要更高的安全標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)的設(shè)備生產(chǎn)模式多樣，品類也較為齊全，使用范圍也從最開始的單一煉油系統(tǒng)逐漸擴展到所有的危險操作環(huán)境中的報警器，同時產(chǎn)品的數(shù)量也在不斷增加。從最開始的引進國外先進的傳感器技術(shù)和先進的生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)，逐漸學(xué)習(xí)研發(fā)并形成了適用于自己國家現(xiàn)狀的設(shè)備。近些年來，設(shè)備的多樣性和在不同環(huán)境中的工作穩(wěn)定性也取得了較為長足的進步。[2]

本文主要研究火災(zāi)報警系統(tǒng)的整體設(shè)計及功能，對檢測和報警系統(tǒng)進行整體功能分析，主要實現(xiàn)硬件和軟件程序方面的設(shè)計，并對所選用的主要芯片進行介紹，分模塊來實現(xiàn)各個部分的功能。最終制作出一個可以實際使用的火災(zāi)檢測和報警系統(tǒng)。

2 方案設(shè)計

火災(zāi)報警系統(tǒng)的基本元件構(gòu)成有傳感器電路、單片機電路、顯示電路、聲光報警電路等組成，這些元件構(gòu)成的火災(zāi)報警系統(tǒng)對周圍環(huán)境進行檢測，并對事故進行及時的報警。

火災(zāi)報警系統(tǒng)一般的處理方式為工作延時方式，同時以STC89C52 單片機作為整個系統(tǒng)的核心設(shè)備，而在煙霧傳感器上選擇MQ-2 半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器來收集場景內(nèi)的煙霧情況，溫度傳感器選擇DS18B20 溫度傳感器來對周圍環(huán)境進行溫度檢測，并與外部電路構(gòu)成一個整體的火災(zāi)報警器。

設(shè)計包含了以下幾部分：電源、煙霧傳感器、按鍵控制、溫度傳感器、STC89C52 單片機、顯示電路、報警部分。電路框圖如圖1 所示：

圖1 總體設(shè)計框圖

該設(shè)備采用單片機STC89C52 來作為整個設(shè)備核心組件。整個系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件控制。通過火災(zāi)報警設(shè)備煙霧傳感器和溫度傳感器將檢測到的相應(yīng)的環(huán)境信息轉(zhuǎn)換為設(shè)備可識別的信息。在單片機中，經(jīng)軟件識別并處理，之后發(fā)送相應(yīng)火災(zāi)報警狀態(tài)控制信號，之后驅(qū)動蜂鳴器和指示燈進行報警。同時提供環(huán)境預(yù)警值可視化設(shè)置功能。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

主控芯片選擇STC89C52,單片機的供電電壓和USB接口提供的電壓都是5V。所以使用USB正好滿足此次設(shè)計的電源電壓的需求，而且USB提供的電壓很穩(wěn)定，所以此次設(shè)計本人采用相對穩(wěn)定的USB來給單片機進行供電。復(fù)位電路單片機的復(fù)位電路是必不可缺少的，我們用的最多的其實也是復(fù)位電路，但是單片機的復(fù)位電路比較簡單。

3.1 煙霧檢測電路

煙霧檢測采用MQ-2 傳感器。經(jīng)過采集計算處理后就可以得到各種煙霧濃度下的和濃度標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的值。根據(jù)這個值從而設(shè)定出符合當(dāng)前環(huán)境下的煙霧強度報警值。煙霧傳該器的4 個引腳輸出隨煙霧濃度變化的直流電流信號，之后通到比較器U1A中的2腳，Rp 構(gòu)成比較器的接收門檻電壓。當(dāng)接收高濃度輸出電壓高于門檻電壓，比較器輸出的為低電平。相反，輸出的為高電平。而傳感器的靈敏度是非線性的，所以轉(zhuǎn)換也是非線性的。電路如圖2 所示，封裝好的氣敏元件有6 只功能針狀管腳，其中4 個用于信號取出，2個用于提供加熱電流。中間相互對稱的引腳是H 和H'為加熱引腳，1 腳和2 腳是A 和A'.4 腳和6 腳是B 和B'.A-A'和B-B'管腳在電路中是短接的。加熱絲接電源和地，兩側(cè)的引腳任意一個接電源，另一個做輸出，而且同時都是兩個腳引出。

圖2 煙霧濃度采集電路

3.2 報警電路

設(shè)計要求有燈光和聲音報警裝置，所以在電路中加入了蜂鳴器和二極管，單片機P3.6 端口和對應(yīng)的電阻和三極管基極串聯(lián)用來控制蜂鳴器和二極管的工作狀態(tài)，正常狀態(tài)時，蜂鳴器和二極管都處于不工作狀態(tài)。當(dāng)周圍環(huán)境滿足報警參數(shù)，單片機發(fā)出信號參數(shù)使蜂鳴器發(fā)出報警聲音和使二極管發(fā)亮，來達到報警的要求。電路圖如圖3 所示，D1 為二極管、B1 為蜂鳴器。

圖3 聲音、燈光報警電路圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在實際運行環(huán)境中，傳感器的初始化加載是設(shè)備運行的第一步。傳感器進行初始化加載時，因為MQ-2 型煙霧傳感器在非電源的時候有自己的化學(xué)狀態(tài)這個狀態(tài)對我們使用會產(chǎn)生一些影響，在重新的通入電流后，傳感器因為在非電源下的狀態(tài)原因并不能立即收集周圍環(huán)境的煙霧信息，所以需要一些工作時間來對其進行初始化加載的操作。在程序初始化執(zhí)行完畢后，MQ-2 型半導(dǎo)體煙霧傳感器正式進入工作狀態(tài)為整個設(shè)備提供硬件支持，同時系統(tǒng)進入準(zhǔn)監(jiān)控狀態(tài)。主程序流程框圖如圖4 所示。

圖4 溫度傳感器接口電路圖

5 結(jié)論

在整個報警系統(tǒng)工作流程中，火災(zāi)報警系統(tǒng)實時獲取周圍煙霧的具體需要檢測的信息后，通過ADC0832 芯片進行相應(yīng)計算處理并轉(zhuǎn)換，再由單片機進行進一步的邏輯分析處理，判斷系統(tǒng)是否要啟動報警模塊，最后傳出值控制報警系統(tǒng)進行報警。在基本的設(shè)計功能完成后，高溫預(yù)警值和煙霧預(yù)警值的設(shè)置使的報警器更能適用于他所適用的環(huán)境，這也使得火災(zāi)報警系統(tǒng)更加完善。