關于STM32火災報警系統設計分析

張國偉

[摘 要]當前社會中出現火災的情況十分普遍，而且也越來越頻繁，對人們的生命安全以及財產安全都造成較大的影響。為了能夠有效防止火災的發生，人們不斷研究許多火災預警的設備，可以靈敏和快捷預警火災。在下文中主要分析火災的報警系統即STM32設計情況，此系統通過的是紫外線感應以及煙霧感應方式而預警火災，具有良好的靈敏度，性能也十分穩定而且探測的方位較廣等，可以在廠房、倉庫以及家庭等場合使用。

[關鍵詞]STM32火災報警系統；設計；分析

[中圖分類號]TP277 [文獻標識碼]A

當前火災出現頻率十分高，逐漸成為威脅社會發展以及公眾安全最大的災害之一，同時人們也加緊研究出火災報警的系統，可以通過報警系統而有效減少火災對人們帶來的災難。傳統報警器主要運用的是紅外線感應的方式進行報警，此方式有較高的誤報率。隨著人們研究不斷深入，設計出STM32的單片機作為其中的主控核心，然后結合紫外線而實施探測，同時復合的是QM-2（煙霧傳感器設備）煙霧探測，這可以促使STM32在紫外線的感應以及QM-2煙霧的感應中進行實時監控，一般QM-2探測感受到煙霧則可以立刻發出預報警，如果遇到火焰時，紫外線感應就可以在STM32中通過繼電器而實施控制并發生報警。此報警系統具有較高的靈敏度以及穩定性，可以避免出現誤報警的情況，而且實際運用的十分廣泛。

1 分析硬件設計情況

1.1 芯片擇用情況分析

在設計硬件設施方面，需要選擇良好的芯片。在本次設計中，芯片選用的是32位嵌入式微控制器，其中程序的存儲器容量大約是256KB，RAM的容量是48K，其中最高的運行速度能夠達到72MHz，此64-LQFP中實施封裝形式，其在工作狀態下的電壓是3.3V，需要控制的工作溫度是-40℃至85℃，這一要求可以符合工業級的需要。因此，在芯片設計方面則主要包括的是配置晶振、芯片供電、配置引腳以及設置復位等相關的功能，設計連通的性能可以完成多種串口良好的通信，例如 CAN、IIC、SPI、UART和USB，在選擇多通道方面可以更加地優化以及升級。

1.2 分析電源模塊的設計情況

在本系統中運用的是12V的直流電源實施供電，并且結合電壓調節器而將12V可以順利轉為5V。這一降壓電源屬于電源管理，可以輸出驅動電流3A，除此之外，還可以良好的調節負載以及線性特性。在該器件中還可以有效集成各種頻率補償以及固定頻率具體的發生器情況，此時開關的頻率是150KHz。通過特定設計而能夠更好地輸入對應的電壓，同時也可以在輸出負載情況下而設計良好的輸出電壓，可以控制誤報警率，其范圍是±4%，而振蕩的頻率中誤差控制的范圍是±15%，設計的待機電流是80μA，就能夠對外部環境而實施斷電，這可以在兩級的降頻中實施限流保護。如下圖1。

而將5V轉為3.3V中，主要通過的是AMS1117開關電源中的芯片做好對應的保障工作。AMS1117屬于正電壓中的輸出低壓差，可以較好地穩定三端的線性電路，而內部的集成出現過熱的情況，也可以保護以及限流電路，進而提升芯片以及電源系統穩定。其中最高的輸出電流是1A，而輸出的電壓精度高是2%，此外，溫度的范圍為：-20℃至120℃。

1.3 分析MQ2煙霧探測設計情況

由于MQ2在加熱電壓的情況下，如出現過大的情況，則導致其內部的信號細線會被燒斷，此時就會影響正常工作。在實際的設計方面，通過串聯電阻的方式而實施分壓，在設計方面則主要將MQ2中的空氣電導率保持較低。其中二氧化錫屬于半導體氣中的敏感材料，在傳感器環境中則可以對其中的可燃氣體實施及時傳遞，并且還可以隨著傳感器中電導率的變化情況以及隨空氣煙霧所具有的濃度則做好調整。在本次設計中采用的是較為簡單的方式，即主要通過電路中的電導率而有效轉化為煙霧濃度，并輸出對應的電壓信號，如果濃度越高的情況下，輸出的電壓就會越高，電路中通過轉換的方式實施控制，其電壓大約是0至3.3V，而且在輸入過程中則可以通過STM32中ADC而引腳并完成信號的處理工作。其中設計過程的加熱電壓是5±0.2V，而靈敏度則大于3dBV，此外，此響應的時間一般情況都是低于10S的，此模塊中的回復時間為30S，而模塊中的功耗也會低于0.7W。

1.4 分析火災的紫外線設計情況

在紫外線實施檢測的模塊中，運用R9533紫外線的特隆管，此方式能夠探測出185nm至260nm中所包含的不同光譜敏感源，但是在驅動模塊中的電路結構情況設計可以參見下圖2。在此電路設計中，紫外線的特隆管屬于驅動電路，可以將其作為信號中的處理電路，其中的電源是直流+12V供電，而且恒壓狀態下的電路轉換是+5V ，在高壓轉換中，其中的電路會升至+350V，進而可以驅動R9533實施工作，一般紫外線開始接收的情況下，產生的脈沖波是+3.3V，通過良好集電極方式而保持開路，并在輸出和輸入STM32中 ADC引腳完成對應的信號處理。具體情況可以見下圖二。

1.5 分析報警模塊設計情況

如果監測遇到火情發生的情況，STM32就開始出現電壓信號，而且三極管（即8050）可以進行導通而吸合繼電器，此時就可以導通報警燈電路，能夠完成對應的報警。

2 分析檢測情況

在本次設計中，系統軟件包括三個不同的部分，具體情況如下：第一，MQ2煙霧實施檢測的程序；第二，紫外線的檢測程序；第三，報警模塊的程序。其中MQ2中煙霧的檢測程序主要是在沒有煙霧的狀態而實施輸出電壓，即是0，同時其電壓值還可以隨著煙霧濃度而逐漸升高。因此，這就需要在測試中采用香煙所產生煙霧情況作為其中的一個檢測量，同時設置一個良好的閾值。如果遇到閾值的情況，則可以及時觸發接口并中斷，而且節點還處于退出的休眠狀態，然后則可以在STM32中而上傳一些異常狀態，進而可以有效判斷出煙霧產生情況，然后結合指示燈的閃爍情況。

在紫外線的檢測程序中，主要針對的是紫外線傳感器，如果遇到正常的情況下，其中輸出的電壓是 0V，此時傳感器的輸出電壓可以和火焰強度實際增大而逐漸增大。在探測中，則可以在火焰中通過特定波段方式而能夠對脈沖量和持續時間完成檢測量，一旦火焰如果達到對應的預定值時，則可以喚醒對應的模塊，使其順利進入工作狀態，通過STM32而輸出相關的脈沖信號。在此模塊中，可以實施低電壓方式控制高電壓。

對于MQ2的檢測，主要是檢測煙霧模塊，如果在無煙房間中，此時的煙霧傳感器通過測試，其返回值大約是0V。但是，在點燃香煙的情況，如果其距離50cm的情況下，此時煙霧中的傳感器測試中返回值大約是2.5V，如果濃煙的情況下， MQ2煙霧中的傳感器實施測試，返回值大約是3.3V。紫外線的傳感器處于正常工作狀態下，電壓是12V，此時檢測方式中通過的是蠟燭火焰，在測量紫外線中，實施傳感器監測距離大約是16M，此時傳感器電流是0.025A，而報警的電流是0.036A，最大的功率是0.432W，而且耗電量也是低的。紫外線中的傳感器特隆管是零，正面是180°則可以測量出敏感度，然后繪制出對應的圖形，見下圖 3。通過傳感器中的觀察，可以將感應角度的范圍調節為正面120°。

3 結語

在本文中主要分析報警系統設計情況以及實驗情況，并驗證報警系統的功能，如果遇到煙霧以及發生火焰的情況，此時的系統可以快速做出響應，并能夠啟動報警。在此設計中，系統還有良好的優點，如靈敏度良好、性能穩定，而且探測方位也十分廣泛，可以最大限度預警火災，最大程度地降低火災對人們的生命和財產造成的危害。

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