基于單片機的煙霧報警系統設計

田亞立,梁 波,尹少榮,杜佳敏

（寧夏工業職業學院，寧夏銀川,750021）

基于單片機的煙霧報警系統設計

田亞立,梁 波,尹少榮,杜佳敏

（寧夏工業職業學院，寧夏銀川,750021）

城市人口密度不斷增加的同時，火災隱患日益加劇，煙霧檢測也越來越受到人們的重視，所以需要開發出小型、可靠、廉價的煙霧報警系統。本設計以STC89C52單片機為中心，通過DS18B20及MQ-2檢測外部環境，并可實時報警和顯示采集信息。文中介紹了煙霧報警系統的硬件電路及軟件流程。

單片機；煙霧檢測；硬件設計；火災報警

隨著中國城市化進程的不斷推進，城市人口密度不斷提高。人們享受便利生活的同時，也增加了火災的隱患。近年來，不斷發生的重大火災事件提醒我們，在很多情況下是因為不能及時發現火情錯過了最佳搶救時機才釀成的災難，所以良好的火災預警系統及有效的報警設施可以大大的降低不必要的損失。

為了降低火災危害，就需要設計出可靠性強、實時性好的火災自動報警系統，筆者設計的火災的報警不僅在火災現場進行聲光報警，還將火災信息及時通知業主或實驗室管理員。

1 煙霧報警系統的總體設計

煙霧報警系統首先通過煙霧傳感器及溫度傳感器對現場的環境進行實時監測，監測數據經過A/D轉換器送入單片機進行信號處理，根據數據分析結果確定是否報警及發送報警信息。

2 煙霧報警系統的硬件設計

煙霧報警系統需對環境中的煙霧濃度進行檢測，并可以實時報警的設備。其電路主要包括電源模塊、煙霧檢測模快、溫度檢測模塊、聲光報警模塊、顯示模塊和遠程報警模塊等幾部分。

2.1 電源模塊

電源模塊的主要作用是將AC220V電能轉化為DC5V的裝置。AC220V通過變壓器轉換為AC18V，整流橋將AC18V轉換為DC20V。直流信號通過電容濾波送入到三端穩壓器7805中后經濾波電容C3，輸出DC5V電信號，其電路如圖1-1所示。

2.2 煙霧檢測模塊

煙霧檢測采用MQ-2煙霧傳感器，輸出模擬量范圍為0～5V。傳感器引腳1、2.3接+5V電源，引腳5接地，引腳4、6并接接入CH0端，經ADC0832采集后就可以得到各種煙霧濃度下的電壓值，以便設定出理想的煙霧強度報警值。

2.3 溫度檢測模塊

溫度檢測采用數字量輸出的DS18b20溫度傳感器。DS1820可以以0.5℃的增量值在0.5℃至+125℃的范圍內測量溫度，數據在單線接口上串行發送。

2.4 聲光報警模塊

圖1-1 火災煙霧報警器的電源電路

當檢測到現場數據超過設定值（報警值）時，單片機的P3.6口輸出低電平信號，三極管Q5導通，聲光報警電路工作。發光二極管發光，蜂鳴器發出報警聲。

2012年以來，中國經濟的增長速度進入下降區間，2017年GDP增長率僅為6.9%相比2012年的7.7%下降了0.8%。由于經濟增速的下降，我國政府一直采取了相對寬松的貨幣政策，成為經濟體增加杠桿的客觀條件；此外，監管分業而治使得跨部門的協同監管具有一定難度，使得很多金融創新品存在監管漏洞，從而誘發金融創新“野蠻”生長，這也為經濟增杠桿提供了金融手段[1]。我國債務杠桿率上升迅速引起了社會各界的廣泛關注，2015年年底，中央經濟工作會議明確提出了“去杠桿”的指導意見，要求加強監管防范系化解風險[2]。

2.5 顯示模塊

顯示模塊采用4位LED數碼管顯示，用于顯示檢測數據集報警信息。數碼管采用動態顯示的方法，段選信號由P1口控制，位選信號由P2.4-P2.7控制。

2.6 遠程報警

本設計中單片機的串口發送接口TXD和串口接收接口RXD，分別與TC35i模塊的RXD和TXD口連接，實現串口數據的發送和接收。

除此之外，在報警系統的硬件設計中還設置了手動測試機及手動報警值設置按鍵。

3 煙霧報警系統的軟件設計

煙霧報警系統的軟件設計主要包括主程序和報警模塊等。

3.1 主程序模塊

系統上電后，程序執行初始化子程序，這部分的功能包括I/O口輸入輸出狀態的設定，寄存器清零、初始化定時器等。DS18B20 溫度傳感器及MQ-2煙霧傳感器負責采集外部信息。DS18B20檢測到的數字信號直接輸入單片機，MQ-2檢測的模擬信號須經A/D轉換后輸入單片機，單片機經過數據處理將結果通過LED顯示，計算結果將決定報警輸出模塊是否工作。

3.2 報警模塊

4 結論

本系統是以STC89S52單片機為核心而設計的煙霧報警系統。系統可以實現報警限設置、溫度及煙霧濃度信息采集、故障自診斷、聲光報警、遠程短信報警、溫度顯示、濃度等級顯示等功能，是一種結構簡單、性能穩定、使用方便、價格低廉、智能化的火災報警器，具有一定的實用價值。

[1] 張勇.火災報警系統設計思路探討[J].價值工程,2012,(13):160～161

[2] 張立新.單片機典型外圍器件及應用[M].北京:人民郵電出版社,2006

[3] 聶巍,李曉青.智能火災報警系統設計[J].信息通信,2012(2).

[4] 李中望.一種智能火災報警系統的設計方案.安防科技，2008，8：12-13.

田亞立，1982年，性別：女，民族：漢族，籍貫：寧夏，職稱：助教，學位：碩士，研究方向：電路與系統。

表1 兩系統的比較結果

由表1可以看出，新系統的信噪比門限為-83dB,而沒有加入小波濾波的舊系統，其信噪比門限僅為-13dB。因此可見，新的系統提高了高頻下微弱信號的檢測性能。

3 本章小結

電磁超聲進行高壓輸電線路缺陷檢測的不足就是回波信號被強大的噪聲覆蓋，普通方法難以檢測出來。本章引入了小波去噪，研究了小波變換理論，并將小波變換與常見的信號處理方法（如傅里葉變換方法）進行了比較，將小波技術與混沌檢測技術結合起來，很好地解決了高頻環境中檢測微弱超聲信號的問題。經過仿真實驗，很好地證明了此方法的優越性,輸出信噪比門限降低，能有效檢測到強噪聲中的有用超聲信號，且具有良好的魯棒性。

參考文獻

[1] 蔡成良，丁一工等著．EMT-I型輸電線路損傷檢測儀研制報告[M]．湖北省：湖北省電力試驗研究所．1999．

[2] 蔡成良．輸變電設備無損檢測技術[M]．北京：中國電力出版社．2010．

[3] 王曉希．特高壓輸電線路狀態監測技術的應用[J]．電網技術．2007，31(22)．

作者簡介

王海濱(1980年-)，男，山東濟寧人，講師，在加拿大University of Saskatchewan獲得博士學位并任該校博士后，現任河海大學物聯網工程學院講師，主要研究領域為集成電路中的輻射效應和防輻射加固技術。

林善明(1964年-)，男，副教授，碩士， 主要研究領域為圖像處理。

Design of smoke alarm system based on single chip microcomputer

Tian Yali,Liang Bo,Yin Shaorong,Du Jiamin
（Ningxia Institute of Industry Technology,Yinchuan Ningxia,750021）

This design takes STC89C52 microcontroller as the center,through the DS18B20 and MQ-2 detection of the external environment,and can real-time alarm and display the collection information.The hardware circuit and software flow of the smoke alarm system are introduced in this paper.

single chip microcomputer;smoke detection;hardware design;fire alarm

由寧夏工業職業學院2014年科研項目經費支持的項目。