基于單片機的家用無線火災報警系統設計

余震

（江蘇省常州技師學院，江蘇常州，213000）

0 引言

對于傳統火災報警系統，主要選用基于總線制的開關式預警方案，通過利用有線方式，報警模塊、檢測模塊能夠對信號進行傳輸，布線是非常復雜的，在出現火災時，極易出現連接線損壞問題，而在對環境信息進行采集時，常常會對單一傳感器進行選用，進而常常會出現漏報、誤報火災現象。在當前時期，因為火災報警系統的價格非常偏高，所以安裝火災報警系統的普通家庭并不多。

在對住宅環境信息進行采集時，筆者主要對傳感器進行選用，通過利用無線數據傳輸技術，對信息進行傳輸，進而能夠對傳統火災報警系統的技術缺陷進行有效避免。在家用無線火災報警系統中，不但對傳統的聲光報警電路進行選用，而且還對GSM模塊進行了集成，通過移動網絡，可以向用戶發送家庭的火災信息，針對用戶的損失，能夠最大程度的對其進行降低。基于單片機的家用無線火災報警系統，能夠使足普通家庭對火災防范的需求進行有效滿足。

1 總體方案設計

針對基于單片機的家用智能無線火災報警系統，它的主要結構大致能夠劃分為兩大類，即:其一，住宅環境信息采集部分，包括Nrf 2 4L01無線信息傳輸模塊、AT89C52單片機、MQ-2離子式煙霧傳感器等；其二，火災報警部分，包括GSM報警模塊、GSM報警模塊、聲光報警電路、Nrf24L01無線信息接收模塊等。針對住宅環境中出現的不正常的煙霧信息、溫度信息，當住宅信息采集部分將其采集到時，則在無線發送模塊作用下，信息便會被傳輸至火災報警部分內，而在對不正常信號接收到以后，火災報警部分便會對GSM短信報警、聲光報警進行啟動。其中，家用無線火災報警系統的工作原理，如圖1所示。

圖1 家用無線火災報警系統的工作原理

2 系統硬件的設計

2.1 單片機連接電路和傳感器的設計

傳統火災報警器主要對單一傳感器進行選用，極易出現漏報、誤報火災災情問題，為能夠對其進行有效解決，在本次設計中，主要對MQ-2離子式煙霧傳感器、DS18B20數字溫度傳感器進行選用，同時對住宅環境的煙霧信息、溫度信息進行采集。其中，對于DS18B20，它屬于單總線類型，在相同集成電路中，能夠集成全部轉換電路、傳感元件，一條數據線能夠連接DS18B20和單片機，接口并不復雜，安裝5V驅動電壓，通過對數據線進行利用，以實現電的供應，分辨率是0.5℃，-55 -175℃是溫度的測量范圍，火災測量的需求是絕對能夠滿足的。MQ-2具有多種特點，如便于使用、反應非常靈敏、價格不高等。在對煙霧探測到時，MQ-2內部便會出現電壓，煙霧濃度和電壓屬于正比關系，將電壓作為主要依據，能夠對煙霧濃度進行計算出來。MQ-2傳感器中輸出的電壓是一種模擬電壓，只有A/D對其進行有效轉換為數字電壓后，控制芯片才能夠對其進行成功識別和有效處理，其中，ADC08320是主要選用的模數轉換芯片。針對單片機的P2.5引腳，溫度傳感器的數據引腳能夠對其進行直接連接。對于MQ-2所采集到的模擬信號，只有ADC0832模數轉換芯片將其進行轉換為數字信號之后，才能夠向單片機內進行傳輸。

2.2 單片機連接電路、接收模塊、無線發送的設計

在家用無線火災報警系統中，為對信息進行傳輸，主要對基于Nrf24L01芯片的無線通信模塊進行選用，裝有3V工作電壓，在掉電模式中，電流值是900 uA；在待機模式中，電流值是22 uA；主要對2.4GHz的ISM頻段進行選用，2 Mbps是最高工作速率，能夠有效調整高效信息，具有非常強的抗干擾能力，能夠對單片機進行直接連接，進而能夠正常使用。

單片機、接收模塊、無線發射三者進行連接時，應將拉電阻安裝在電路中，這樣才能夠對因電壓過高而使無線模塊燒毀現象進行有效預防。在連接環境檢測控制單片機U1和無線發射模塊時，應有效連接單片機的PO口和模塊的引腳；在連接報警控制單片機U2和無線接收模塊時，應連接P1口和模塊的引腳。

2.3 聲光報警電路的設計

NPNl晶體管、雙LED燈、蜂鳴器共同構成聲光報警電路。針對有住宅環境檢測部分單片機所傳輸的火災信息，在火災報警部分的單片機對其接收以后，聲光報警電路的P0.0引腳置位，在報警部分主控單片機作用下，便會變為低電平，同時能夠導通NPN晶體管，LED報警燈開始發亮，蜂鳴器便會進行報警。

2.4 單片機連接電路和GSM報警模塊的設計

在系統短信報警平臺中，主要運用TC35 GSM通信模塊。將RS232通用串行接口置入TC35中，進而能夠和單片機共同實現數據的通信，安有5V的工作電壓。設有1 800 MHz數據傳輸頻段，在其正常進行工作時，會出現1W功耗；設有900 MHz數據傳輸頻段，在其正常進行工作時，會出現2W功耗。在對AT命令進行使用以后，通信模塊能夠接收、發送指令和數據，針對PDU、Text兩種格式的短消息，對其能夠進行有效支持，當系統需要進行重新啟動或者通信出現故障時，通過對AT命令進行使用，便能夠對有關操作進行完成。通過MAX232接口，單片機和GSM模塊能夠實現有效連接。針對通信模塊發送的信息，通過TXD引腳、 RXD引腳，單片機便能夠對信息進行有效控制。

2.5 輸入顯示電路的設計

將輸入鍵盤、顯示屏加入到連接電路內，能夠對有關參數顯示檢測信息進行有效更改。為能夠對傳感器的閉值進行有效調節，將5個按鍵接入到檢測模塊單片機的P2.0-P2.4這5個引腳。為能夠對檢測信息進行顯示出來，應在顯示屏中接入單片機的P0口。為能夠對煙霧濃度信息、溫度信息顯示出來，將單片機的P1口接至串口顯示屏。為能夠將短信通知號碼輸入到系統內，將矩陣鍵盤接至報警模塊單片機的P2.0-P2.7引腳。

3 系統軟件設計

3.1 環境信息檢測軟件的設計

在運用單片機以前，應先對其進行初始化操作，同時對所有傳感器的閉值進行預先設置，在將傳感器傳來的信息予以接收以后，和閉值必須比較，假如單片機高于閉值，應在火災報警部分，對異常信息進行無線傳輸。

3.2 報警軟件的設計

針對若火災報警部分，一旦對不正常信息進行接收，這便表明住宅中出現火災，針對GSM短信報警信號、聲光報警信號，火災報警部分的主控單片機便會對其進行有效控制，信息接收方和發送方均能夠對指令進行有效解碼，以對信息進行獲取。通過對PDU模式進行運用，能夠有效編碼發送短信、接收短信。然后運用PDU格式，能夠向接收方傳輸編碼。

4 小結

將溫度傳感器閉值設為12℃，煙霧傳感器濃度電壓閉值設為2.5V。針對火災溫度，運用打火機的火焰溫度進行模擬；針對煙霧，運用打火機的燃氣進行模擬。在溫度傳感器被火焰進行接近，或者煙霧傳感器被燃氣進行接近時，短信報警信號、聲光報警信號便會出系統中快速發出。通過有效測試，系統具有非常靈敏的反映，能夠進行長約80米的無線傳輸，可以使普通家庭對火災防范的需求進行有效滿足。和傳統火災報警系統比較，基于單片機的家用無線火災報警系統，通過對多個傳感器進行運用，能夠對環境信息進行采集，對誤報率進行有效降低，可以對火災信息黃金線快速傳輸，同時，這種系統的使用、推廣的價值是非常高的。

參考文獻

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