淺析基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

曹旻罡

【摘 要】本文主要研究了基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，首先介紹了該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，包括單偏激、溫度和煙霧傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、LCD顯示電路和報(bào)警電路的結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)，而后設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的主控程序流程、MQ-2離子感煙煙霧傳感器、溫度傳感器的工作流程，從而實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)；傳感器；A/D轉(zhuǎn)換電路；報(bào)警電路

0 概述

現(xiàn)代化建筑中，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)成為必不可少的安保裝置，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)、人們聲明財(cái)產(chǎn)安全來說意義重大。隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)水平不斷增高，人們對(duì)于智能建筑中起到安防作用的智能火警報(bào)警系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化要求越來越高，在很多如圖書館、賓館、寫字樓、博物館等建筑中，都期望有智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)來提高整個(gè)建筑的安全水準(zhǔn)。目前，微型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的火警報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)在廣泛應(yīng)用，其火災(zāi)探測(cè)器在系統(tǒng)功能表現(xiàn)上具有非常優(yōu)異的性能，自動(dòng)化程度也非常高，可靠性和穩(wěn)定性也十分令人滿意。所以，基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的研究，可以有效地提高智能建筑的安全等級(jí)，并為人們?cè)诨馂?zāi)發(fā)生時(shí)提供可靠、準(zhǔn)確的報(bào)警信號(hào)，極大地保障了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，要以單片機(jī)最小片上系統(tǒng)為核心，結(jié)合火災(zāi)檢測(cè)的溫度傳感器、煙霧傳感器等來實(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的火災(zāi)發(fā)生情況，將實(shí)際的自然模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，而后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路輸入的單片機(jī)中進(jìn)行邏輯判斷，如果超出了閾值設(shè)定，就會(huì)通過顯示電路和報(bào)警電路進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警。此外，為了方便人為的管理操作，在智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中增設(shè)人機(jī)交互接口，通過按鍵電路對(duì)智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行控制，同時(shí)有復(fù)位電路保證對(duì)該系統(tǒng)的維護(hù)與管理。基于此思路，設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，如圖1所示，整個(gè)智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

在火災(zāi)傳感器方面，為了提高煙霧傳感器的性能，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用了個(gè)性價(jià)比高、性能穩(wěn)定的MQ-2離子感煙煙霧傳感器，該傳感器對(duì)煙霧特別敏感，可以通過煙霧濃度來將其轉(zhuǎn)化成模擬電信號(hào)，經(jīng)過后期信號(hào)處理后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中進(jìn)行判斷火災(zāi)情況。特別說明的是，在對(duì)MQ-2離子感煙煙霧傳感器，需要經(jīng)過專門的A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬電信號(hào)量轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)量，從而傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在整個(gè)系統(tǒng)中國(guó)，選用ADC0832芯片作為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，該芯片輸入端連接MQ-2離子感煙煙霧傳感器的輸出，而輸出端則與單片機(jī)相連。

在溫度傳感器方面，為了提高傳感器工作性能，在該系統(tǒng)中選用DS18B20芯片作為火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳感的芯片，該芯片屬于數(shù)字傳感器范疇，能夠?qū)⒒馂?zāi)現(xiàn)場(chǎng)的溫度變化直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，所以可以與單片機(jī)直接相連，從而將火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中。DS18B20數(shù)字溫度傳感器分為三個(gè)部分，第一部分為溫度報(bào)警觸發(fā)器，第二部分為溫度傳感器，第三部分為激光ROM。在該芯片中，有一條單總線傳感器，通過溫度傳感器對(duì)溫度的感知，可在內(nèi)部處理后直接生成數(shù)字信號(hào)，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中進(jìn)行識(shí)別。DS18B20芯片采用二級(jí)制補(bǔ)碼形式，溫度識(shí)別分辨率為0.5，適用范圍是-55℃到125℃，在單總線中，將溫度模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中。

2 基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì)

針對(duì)智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的軟件流程設(shè)計(jì)，主要涉及到系統(tǒng)主流程設(shè)計(jì)、MQ-2粒子感煙煙霧傳感器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、溫度傳感器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)三個(gè)方面，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的控制與運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.1 系統(tǒng)主程序流程設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的主控程序設(shè)計(jì)，主要是完成各個(gè)模塊、各個(gè)芯片的初始化功能、子程序調(diào)用、外部報(bào)警電路、顯示電路驅(qū)動(dòng)等流程，而子程序調(diào)動(dòng)則是包括了MQ-2離子感煙煙霧報(bào)警器、DS18B20數(shù)字式溫度傳感器兩部分。基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的主要流程如下：

a）系統(tǒng)上電；

b）數(shù)據(jù)初始化（包括液晶顯示屏顯示的數(shù)據(jù)內(nèi)容等）、芯片功能初始化（寄存器、A/D轉(zhuǎn)換芯片、液晶顯示器等芯片的控制與使能信號(hào)等）、定時(shí)器初始化；

c）調(diào)用溫度傳感器判斷子程序，返回當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)溫度值；

d）判斷是否超過閾值；

e）如果沒有超過閾值，則調(diào)用煙霧傳感器子程序，返回當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)煙霧濃度值；如果超過閾值，則跳轉(zhuǎn)到步驟h）；

f）如果沒有超過閾值，則判斷是否有人工報(bào)警按鍵按下；如果超過閾值，則跳轉(zhuǎn)到步驟h）；

g）如果沒有人工報(bào)警按鍵按下，則跳轉(zhuǎn)到步驟c）；如果有人工報(bào)警按鈕按下，則執(zhí)行下一步操作；

h）發(fā)送報(bào)警信號(hào)給蜂鳴器；發(fā)送報(bào)警信息到液晶顯示屏；

i）判斷是否清楚按鍵按下？

j）如果否，則啟動(dòng)定時(shí)器，定時(shí)兩分鐘，是程序延遲2分鐘，持續(xù)報(bào)警和持續(xù)顯示，2分鐘后跳轉(zhuǎn)到步驟c）；如果是，則跳轉(zhuǎn)到步驟c）

2.2 MQ-2離子感煙煙霧傳感器程序流程設(shè)計(jì)

MQ-2例子感煙煙霧傳感器子程序主要是通過傳感器獲取現(xiàn)場(chǎng)的煙霧濃度，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后即可得到相應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的煙霧濃度值，而后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中進(jìn)行判斷是否超過了閾值。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了將濃度值進(jìn)行量化對(duì)比，通過分等級(jí)來判斷，如果空氣中煙霧濃度小于5ML/L，則為F0等級(jí)；煙霧濃度大于5ML/L且小于20ML/L，則為F1等級(jí)；煙霧濃度大于20ML/L且小于40ML/L，則為F2等級(jí)；煙霧濃度大于40ML/L且小于80ML/L，則為F3等級(jí)；煙霧濃度大于80ML/L且小于120ML/L，則為F4等級(jí)；煙霧濃度大于120ML/L，則為F5等級(jí)。通過煙霧傳感器獲取的煙霧濃度值，而后將其傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，通過單片機(jī)的邏輯判斷來判斷是否有火災(zāi)發(fā)生，從而發(fā)送報(bào)警和火災(zāi)顯示信號(hào)。

2.3 DS18B20溫度傳感器程序流程設(shè)計(jì)

DS18B20溫度傳感器為數(shù)字式傳感器，不需要A/D轉(zhuǎn)換電路即可獲取現(xiàn)場(chǎng)溫度的數(shù)字量。所以主控程序只需要給溫度傳感器發(fā)送控制執(zhí)行，而后采集傳回的數(shù)據(jù)量即可。最后與溫度閾值繼續(xù)對(duì)比，超出閾值則進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警。

3 總結(jié)

智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)于提升當(dāng)前智能建筑的安全等級(jí)來說具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，可以以溫度傳感器、煙霧傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為依據(jù)，將現(xiàn)場(chǎng)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，處理之后得到對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，單片機(jī)在主控程序控制下將其與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行對(duì)比，超出閾值后即可進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警。智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)提高了火災(zāi)報(bào)警效率和準(zhǔn)確度，為人們的生命財(cái)產(chǎn)安全奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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[責(zé)任編輯：張濤]endprint