基于STC89C52單片機的煙霧報警器軟件設計

于博+歐陽宏基

摘 要：隨著當今社會經濟的飛速發展與易燃材料的大量應用，所以，就有必要來研制一種結構相對簡單、經濟，且實用的煙霧檢測及報警系統來滿足防火的需要。本系統以STC89C52單片機為基礎的煙霧報警器軟件設計以MQ-2氣體傳感器為檢測節點，系統通過檢測待測區域的氣體與煙霧的氣體濃度，經過對相關獲取信號的調整處理，數據采集到單片機進行D/A轉換處理，進行了軟件設計實現，在進行測試中達到了設計預期目標，體現在當被測煙霧濃度超過預設數值，進行報警，該系統集成度高，設計簡單，可滿足多種場合的煙霧報警。

關鍵詞：STC89C52單片機；煙霧報警；仿真開發

中圖分類號：TP311.1 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

近年來，智能建筑的迅速發展，工業與生活等面臨火災的各種隱患變得愈發廣泛，安全防火已經從過去的人工控制發展為目前的火災智能報警、智能滅火階段。目前存在的傳感器設計中，設計者對傳感器和電路設計對報警器對煙霧的響應反饋影響很關鍵，在綜合分析了氣敏式傳感器、離子式煙霧傳感器、光電傳感器后，選擇了應用廣泛和對煙霧反饋及時的氣敏式傳感器。本文根據傳感器的類型給出一種基于STC89C52單片機的煙霧報警器的設計。該系統的硬件設計方面，首先從總體設計方案入手進行需求分析，然后按照系統功的要求對各硬件電路單元進行分析設計，其次進行硬件設計和軟件仿真，設計要求達到了對于家庭和工廠的氣體泄漏裝置，同時對家庭液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測，報警器能夠達到一定數值后自動報警。

2 基于STC89C52單片機的煙霧報警器的硬件電路設計（Design of hardware circuit of smoke alarm based on STC89C52 single chip microcomputer）

在信號采集前端節點，煙霧檢測傳感器一般我們選取的傳感器的型號是可燃氣體傳感器MQ-2，在具體檢測中，該型號的氣體傳感器在材料選取的介質氣敏材料是在純凈的空氣中電導率一般較低的二氧化錫。當火災發生時，會產生可燃氣體、煙霧、溫度增高的變化，同時該傳感器的電導率會引起系列變化，具體體現在隨著空氣中的各種可燃氣體濃度的增高而引起了電導率的數值增大。我們只需要簡單的電路設計，就能夠將該濃度煙霧數據轉化為數字信號的進行輸出。在具體實踐中，該氣體傳感器對大部分氣體靈敏度高，具體體現在液化氣、丙烷、氫氣等，同時對天然氣和其他可燃物產生的蒸汽的檢測效果也很靈敏。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，另外煙霧中含有多種MQ-2可檢測的其他，則其可作為煙霧傳感器使用，是一款適合多種應用的低成本傳感器。圖1為硬件原理圖。

3 傳感器性能分析（Sensor performance analysis）

圖2是氣體傳感器的結構圖，圖3是傳感器的基本測試電路。該傳感器需要施加兩個電壓：加熱器電壓（VH）和測試電壓（VC）。其中VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。VC則是用于測定與傳感器串聯的負載電阻（RL）上的電壓（VRL）[1]。這種傳感器具有輕微的極性，VC需用直流電[2]源。在滿足傳感器電性能要求的前提下，VC和VH可以共用同一個電源電路。為更好利用傳感器的性能，需要選擇恰當的RL值。

3.1 靈敏度特性

儀器傳感器的氣敏材料的測量精度關系著火災發生時的報警啟動時間，同時測量結果的數值與被測量真值的真實結果偏離程度是要關注的重點。在火災煙霧報警中，精度是一個相對的數值，任何一種測量的精密程度高低都只能是相對的，都不是絕對數值的精確，為使測量結果準確可靠.盡量減少誤差，提高測量精度必須充分認識測量可能出現的誤差，以便采取必要的措施來加以克服。通常在測量中有基本誤差、補償誤差、絕對誤差、相對誤差、系統誤差、隨機誤差、過失誤差與抽樣誤差等[3]。MQ-2煙霧傳感器[4]靈敏度曲線如圖4所示。

3.2 煙霧檢測傳感器電路原理圖

MQ-2煙霧傳感器電路原理如圖5所示。

其中U11（MQ-2）的PIN5與PIN2為加熱電路，對應結構圖中的兩個H端；PIN1、PIN3、PIN4、PIN6構成檢測電路。MQ-2傳感器的供電電壓Vc和加熱電壓Vh都為5V，負載電阻R20為5.1kΩ。ADC1（P1.1）在清潔空氣中的值以及檢測到煙霧時的值需要根據實際應用情況進行調整，以下僅為在實驗條件下做的不完全的實驗結果，僅供參考。在清潔空氣中，ADC1的AD采樣值為50左右；在煙霧中（燃燒紙產生的煙霧或者液化氣），ADC1的AD采樣值為大于85。當AD采集的數值大于85時表明檢測到煙霧。

4 軟件實現（Software implementation）

#include

void main（void）

{

uint j；

uart1_init（）； P1ASF=（1<

ADC_CONTR=ADC_360T|ADC_ON；

while（1）

{

delay_ms（500）；

j=adc10_start（1）； if（j>0x55）

Uart1_String（"YanWu"）；

}

}

uint adc10_start（uchar channel）

uint adc；

uchar i；

ADC_RES=0；

ADC_RESL=0；

ADC_CONTR=（ADC_CONTR & 0xe0）|ADC_START|channel；

i=250；

do{

if（ADC_CONTR & ADC_FLAG）

{

ADC_CONTR &= ～ADC_FLAG；

adc=（uint）ADC_RES；

adc=（adc<<2）|（ADC_RESL & 3）；

return adc；

}

}while（--i）；

return 1024；

}

5 使用STC-ISP軟件進行測試

設計完成后，該系統進行軟硬件要進行軟件測試，采用STC-ISP軟件進行測試，打開STC-ISP，在MCU Type欄目下選中單片機，選擇STC89C52，在數據傳輸過程中，采用人造煙霧來進行驗證，當ADC1（P1.1）采集的值大于85時，表示有煙霧，輸出字符串“YanWu”，如圖6所示。本仿真器對煙霧敏感度高，報警反應快，聯動報警達到了設計預期。

6 結論（Conclusion）

本系統采用了常見的STC89C52型單片機，同時搭配MQ-2型煙霧傳感器進行開發了火災自動報警系統。系統整體結構簡單、可靠性高、抗干擾能力強、使用簡潔。設計了適合工業和小型場合使用的可燃氣體報警儀。在設計中該系統能夠充分在運行中利用STC89C52型單片機其對的高速處理數據的能力和其搭載的豐富的單片機片內外設存儲器，從而實現了該系統的移動性強、智能化高，適應二次開發能力強。同時該系統集成度高、成本低，操作非常方便，達到了預期的設計目標。

參考文獻（References）

[1] 馬巧麗，林瑞全.基于STC12C5A60S2單片機的可燃氣體報警儀的設計[J].機電技術，2012（04）：111-113.

[2] 蔡曉艷，胡朝陽.基于STC89C52單片機的火災語音報警器的設計與實現[J].電子設計工程，2015（07）：67-69.

[3] 吳敏，劉旭明.基于AT89C52單片機的火災自動報警系統的仿真設計[J].金陵科技學院學報，2012，28（3）：30-31.

[4] 賈應煒.基于AT89C52單片機的火災報警系統設計[J].機械與電子，2015（04）：50-52.

[5] 黃志敏.基于單片機的火災報警系統設計[J].電子制作，2015（06）：42.

作者簡介：

于 博（1981-），男，碩士，講師.研究領域：嵌入式開發，圖像處理技術研究.

歐陽宏基（1982-），男，碩士，講師.研究領域：軟件工程，JAVAEE應用.