基于單片機的煙霧報警器的設計與實現

摘 要：本設計是利用MQ-2型的半導體可燃性氣體敏感元件煙霧傳感器來實現對煙霧的濃度的檢測，并且它靈敏度夠高、反應速度快、抗干擾性的能力比較強等優點。并且價格也經濟實惠，使用壽命也比較長。單片機則是選用的STC12C5410AD單片機，它里面包括A/D轉換、硬件乘法器、硬件脈寬調制器等資源，具有高速處理、低功消耗、抗干擾性性強等優點。以STC12C5410AD單片機和MQ-2型半導體電阻式煙霧傳感器、溫度傳感器以及火焰傳感器可實現聲音閃光燈報警的方式、故障的自我診斷、濃度顯示、報警限設置、延時報警以及與上位機串口通信的功能。是一種結構比較簡單、性能相對穩定、使用方便、價格實惠、智能化的報警裝置。資助具有一定的實用價值。根據其理論做出的成品進行相關的反復檢測后，得出：煙霧濃度設定值為3，溫度高低設定值為30℃時，報警器的各項工作情況都比較穩定和準確，火焰傳感器也相對比較穩定，能夠精確的進行報警。當溫度超過60℃時，會有1℃左右的誤差，能夠適用于廣大家居，工作場所。

關鍵詞：煙霧；報警器；單片機

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.261

1 選題背景及研究意義

目前為止，為了滿足不同地方的不同需求，所以不同的場所都會安裝不同功能的煙霧報警系統。煙霧報警系統的主要功能就是能夠實時的檢測當前的環境并能夠及時的報警提示該區域內的用戶及周圍的居民來做出相對應的防范措施。它就好比是一個稱職的警衛，能夠給正在忙碌或者休息中的用戶提供很強的安全感 。相對的，如果能在火災發生前能夠準確，及時的發現并且能夠快速的報警的話，對于提前預防所可能遇到的各種損失都能夠做出及時的各種措施。

2 國內外研究現狀

傳感器的發展起步相對較晚，但也有三個階段：結構傳感器階段、物性傳感器階段、智能型傳感器階段。在國內，傳感器技術的起步很早，但是卻不被人們看好。不管其運行速度和檢測效果都差強人意。直到1986年我國才正式將傳感器技術列入重點發展項目之一。雖然相對于其它國家而言比較落后，但是經過這么多年以來的發展和研究，我國的傳感器技術已初具規模了。

研究成果及特色：該報警器由于是多功能集煙霧、火災、溫度報警器于一體，該設計最大的特點是能夠交三種報警裝置集于一體，可以節省許多不必要的開支，可以不用安裝三個不同的報警器，能夠在各種場合安裝，家庭，公司以及公共場所都可以，應用廣泛，實際應用比較突出。

火災報警器的總體方案設計：

3 系統的功能要求

對于本系統的功能于研究成果中提出，詳細成果為以下：（1）對于火情的檢測：對于火災的報警我們應該提高其準確性和及時性，所以該系統需要使用多種方法進行檢測。所以在本課題的設計之中我們加入了對溫度的檢測裝置、火焰檢測裝置和煙霧濃度的檢測裝置來對有可能發生的火災進行檢測并實時進行報警。（2）聲光的報警功能：當探測區域煙霧濃度比較大，有火焰產生或是有故障等異常狀況發生的時候，報警器就會進行燈光閃爍報警并伴隨蜂鳴響動。

4 系統的技術性需求

熟悉并掌握該系統的工作原理和功能時，我們要大概的確定該系統的技術需求。

系統的組成和設計。大致上就是通過對溫度高低、煙霧濃度和火焰的感應來傳達到單片機上，然后單片機對獲得的數據進行快速整理和分析并輸出信號至終端，然后終端給出相應的顯示和動作，即當檢測值達到甚至超過設定值時，會顯示出檢測的數值并進行蜂鳴報警。

5 系統的硬件設計

主控制電路設計。本設計采用的單片機類型是與STC89C51區別不大但具備更多優點的STC89C52。STC89C52作為CMOS的8位微控制裝置，它能量消耗低且性能更高，在可編程Flash儲存器中更是具有8K系統。而且在單芯中，它能夠有效的在嵌入式控制應用系統中提供更高的靈活度和解決方案，即他擁有了8位CPU和可編程的Flash。

單片機的時鐘電路和復位電路的設計。相對于其它類型的單片機而言，本設計使用的STC類型的單片機優點更多更容易使用。

煙霧檢測AD采集電路。MQ-2型煙霧傳感器是作為本設計采用的主要傳感器之一。實驗時它能夠準確和及時的將所獲取的信號轉入至A/D轉換系統中并轉換成數字顯示在數碼管上。

電源模塊。使用帶USB連線進行供電，該供電方式多適用于實驗的時候使用，并且使用方便，不管是插在電腦上或者常用的充電寶上都能使用并且供電穩定。

溫度傳感器電路。對于煙霧傳感器而言，其工作方式與溫度傳感器是差不多的，只是相對的進行了煙霧的檢測然后進行A/D轉換傳至單片機內部工作。此外，本設計使用的是MQ-2型煙霧傳感器，所以并不能夠完全地檢測所有氣體。MQ-2型煙霧傳感器主要是對烷類氣體具有很強的過敏性，所以能夠有效的防止煤氣等的泄漏。

6 硬件的調式以及結果

調試的方法。電路成功地供電運行之后，我們要首先把顯示程序加載進去觀察，顯示的正常與否是決定我們選擇的重要指標。而在調試各個元器件的時候，我們要仔細、嚴謹地慢慢調試以達到理想的效果，當出現一些問題的時候，我們也有足夠的能力面對和想出更好的解決辦法。

調試后的結果。對儀器進行測試的時候，我們采用的是使火焰靠近火焰傳感器，在煙霧傳感器上釋放一定量的烷類氣體（典型的就是打火機釋放的烷氣）以及對溫度傳感器施加超過設定值的溫度來達到報警效果。

在實際生活應用中，本設計能夠作為一種正常的、重要的工具來對生活中的氣體、火焰和煙霧進行檢測以防止災情的發生。

7 結論

根據其理論做出的成品進行相關的反復檢測后，得出：煙霧濃度設定值為3，溫度高低設定值為30℃時，報警器的各項工作情況都比較穩定和準確，火焰傳感器也相對比較穩定，能夠精確的進行報警。當溫度超過60℃時，會有1℃左右的誤差，能夠適用于廣大家居，工作場所。符合大眾需求。

參考文獻：

[1]陳海宴.51單片機原理及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.

[2]胡漢才.單片機原理及接口技術[M].北京：清華大學出版社，1996.