基于51單片機火災報警的設計

張思思　蔡蓉

摘要：目前，隨著電子產品在人類生活中的使用越來越廣泛，由此引起的火災也越來越多，在我們生活的四周到處潛伏著火災隱患。為了避免火災以及減少火災造成的損失，我們必須按照“隱患險于明火，防患勝于救災，責任重于泰山”的概念設計和完善火災自動報警系統，將火災消滅在萌芽狀態，最大限度地減少社會財富的損失。設計一款以STC89C52單片機作為報警器的核心控制器，用溫度傳感器DS18B20和煙霧傳感器MQ-2作為火災探測器的火災報警系統，系統硬件部分采用模塊化結構，軟件設計采用煙霧濃度分級制，并對溫度檢測范圍設限，且實時監控溫度和濃度。該系統實用、抗干擾性強；具有體積小、成本低的特點，能及時發現火災隱患并報警，在現代智能建筑中也起著極其重要的安全保障作用。

關鍵詞：火災報警器系統，單片機STC89C52，DS18B20傳感器，MQ-2傳感器

“火災”，是指在空間或時間失去控制而燃燒所造成的災害。隨著科技的發展，越來越多的隱患在工業生產和人們的日常生活中產生。各種災害中，火災是最經常、最普遍的威脅人身安全和社會發展進步的主要災害之一。對于火災，相信大家都很熟悉，隨時都可以聽到或者看到各種各樣的火災，小則失去錢財，大則家破人亡。火災的危害性越來越大。實踐證明，隨著社會和經濟的發展，消防工作的重要性也應該越來越突出。由此，火災報警器在消防工作上的作用也就尤為突出了。

一、目的和意義

生活中因為一些人缺乏火災安全的防范意識而引起火災，火災發生后不能在第一時間就知道情況，最后釀成事故，讓原本美滿幸福的家庭瞬間毀于一旦。因為火災一旦發生在家庭，處理不當沒有及時報警，就會造成人員的傷亡。對于廣大的居民，尤其是獨居的老人，無人看護的病人、幼小的兒童等弱勢群體在遇到火災時，逃生能力不強，行動不便，逃生所需時間相對比較長，對他們來說火災早期的報警，爭取了更多的逃生時間或者及時通知了救援人員，避免造成人員的傷亡，顯得更加重要。因此可見，讓人們學習火災安全意識，了解家庭火災的主要起因是一個非常迫切的工作。提前做好預防火災的工作，能做到未雨綢繆。但是百密有一疏，再好的防預工作都不可能完全杜絕火災發生，只有利用火災報警器才能最大程度的減少因為火災帶來的損失或火災嚴重事故發生的概率。

二、硬件設計模塊設計

火災報警系統主要用到的是煙霧報警器，煙霧報警器是能夠檢測環境中的煙霧濃度，并具有報警功能的儀器。該報警系統的最基本組成部分應包括：單片機主控電路、溫度檢測模塊、煙霧檢測模塊、按鍵控制模塊、數碼管顯示模塊、LED指示燈模塊、蜂鳴器報警模塊、排氣扇驅動模塊和灑水驅動模塊等部分組成。

主要以STC89C52為主控單元；濃度的采集由MQ-2傳感器構成；溫度的采集由DS18B20構成；溫度和濃度值在數碼管上顯示。同時還添加了報警功能，通過蜂鳴器實現，當溫度高于溫度設定值時，紅燈亮并且蜂鳴器間斷報警，當煙霧濃度高于煙霧濃度設定值時，黃燈亮并且蜂鳴器間斷報警，當溫度和濃度同時高于設定值時，紅燈閃爍并且蜂鳴器持續報警。本系統還可通過按鍵調整溫度和煙霧濃度的設定值。本設計通過DS18B20讀取溫度；通過MQ-2讀取煙霧濃度，再用A/D轉換成數字信號。通過數碼管顯示溫度和煙霧濃度。循環檢測空氣中的溫度和煙霧濃度，判斷溫度和煙霧濃度是否超過設定值。通過實現一系列功能設定，實現顯示溫度和煙霧濃度等信息。按鍵可以設置溫度，煙霧的報警值，并且有相應的報警功能。

1、主控單元模塊

單片機的選型在火災報警器的設計中，單片機是其核心部件。它一方面要接收來自傳感器送來的溫度、煙霧的信號，另一方面要對這兩種信號分別進行分析處理，以控制蜂鳴器報警電路進行相應動作。本系統要求單片機具備較快的運算速度，抗干擾能力強和低功耗的特點。根據多方面的比較，選用由宏晶科技公司生產的STC89C52單片機作為控制系統的核心。

2、溫度檢測模塊

溫度檢測模塊主要采用溫度傳感器DS18B20測取溫度信息，然后使單片機與溫度傳感器進行通訊，讀取溫度信息。

DS18B20采用電源供電的方式，此時DS18B20的1腳接地、2腳為信號線與單片機的P1.5相連、3腳來接電源。DS18B20溫度傳感器檢測環境的溫度，把溫度值傳給單片機，使單片機根據環境的溫度與設定的溫度進行對比，如果只有環境的溫度超過設定值，則單片機給出相應的反映，P1.7引腳為低電平，紅燈亮；蜂鳴器間斷報警。

3、煙霧檢測模塊

煙霧報警模塊的設計選用MQ-2煙霧傳感器，MQ-2煙霧傳感器不僅具有探測范圍廣、高靈敏度、快速響應恢復、驅動電路簡單、壽命長等優點，還能檢測火災，檢測燃氣泄露，是一個可檢測多種可燃性氣體，應用廣泛，成本低的傳感器。并且MQ-2煙霧傳感器所使用的氣敏材料是在潔凈的空氣中電導率較低的二氧化錫（SnO2）。當傳感器所處環境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號，本系統中MQ-2傳感器的4腳輸出隨煙霧濃度變化的直流信號，被加到比較器LM393的2腳，R6與VCC構成比較器的門檻電壓。

由于物理量和測量范圍的不同，傳感器的工作機理和結構就不同。通常煙霧傳感器輸出的電信號是模擬信號。當信號的數值符合A/D轉換器的輸入等級時，可以不用放大器放大；當信號的數值不符合A/D轉換器的輸入等級時，就需要放大器放大。所以MQ-2半導體氣體煙霧傳感器要想把采集到的煙霧濃度模擬信號傳送給單片機控制器就必須經過將模擬信號經過A/D轉換器轉化為可以識別的電信號給單片機。

三、總結

本論文設計的煙霧報警器由煙霧信號采集電路與單片機控制電路兩大部分構成。根據設計要求、使用環境、成本等因素，選用MQ-2型半導體電阻式煙霧傳感器。該傳感器是對以烷類煙霧為主的多種煙霧有良好敏感特性的廣譜型半導體敏感器件。它的靈敏度適中，具有響應與恢復特性好，長期工作穩定性、重現性、不易受環境影響及抗溫濕度影響等優點。

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指導老師：蔡蓉（1988-），女，湖南益陽人，湖南人文科技學院，主要研究方向為電子信息獲取與處理。