煙霧溫度火災(zāi)報警器的設(shè)計

楊華博+趙靜雅+徐江紅

摘要：當(dāng)前國內(nèi)火災(zāi)發(fā)生的比例中，由家庭引發(fā)的火災(zāi)占到了全國的30%左右，在我國的一些大中型城市里，幾乎每天都會發(fā)生火災(zāi)，因此防火工作越來越重要。但目前國內(nèi)大多數(shù)設(shè)計都偏向于大型公共場所，極少有家庭使用型。因此，我們應(yīng)考慮到家庭的條件，設(shè)計開發(fā)出一款適和家庭需求的家用煙霧溫度火災(zāi)報警器來填補市場的空缺。這種報警器應(yīng)具備家庭需求的基本要求與功能，該文設(shè)計了一款適合家用型的煙霧溫度火災(zāi)報警器。該設(shè)計是以單片機和傳感器以及采集芯片為核心設(shè)計出的一款報警器。同時具備溫度報警與煙霧報警功能。核心器件選用的是51系列型號為STC89C52的單片機、MQ-2的煙霧傳感器和DS18B20的溫度傳感器。主要構(gòu)成的電路有放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換、顯示、單片機控制、報警以及安全保護電路。且設(shè)計簡單，實用性高，價格低廉。使單片機在報警系統(tǒng)的控制中得到了充分的利用。該文主要針對報警器的各個組成部分做了詳細介紹和闡述，并對軟件的設(shè)計做了重點分析和理解，并解析了未來煙霧溫度報警器的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：煙霧報警器；單片機；傳感器

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）34-0272-02

1 概述

20世紀30年代，隨著科技的發(fā)展、政府的大力提倡調(diào)控、人們生活水平提高安全意識的不斷增強，民眾對家庭居住的舒適性和安全性開始有了較高的要求，國外開始研發(fā)煙霧報警器，并且發(fā)展十分迅速。世界上第一臺家用可燃氣體報警器于1964年問世。隨后，報警器的研發(fā)進入了井噴式增長階段。隨之，人們對火災(zāi)報警以及自動消防系統(tǒng)的要求也越來越高。為了減少火災(zāi)悲劇的發(fā)生，就必須對環(huán)境中的溫度及煙霧濃度進行全日制現(xiàn)場檢測，采用安全可靠的先進檢測儀表，嚴密監(jiān)測，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，避免事故發(fā)生，才能確保工業(yè)安全和家庭生活安全。

20世紀70年代初期，我國開始研制發(fā)煙霧報警器，研制初，期主要應(yīng)用在煉油方面。后來逐漸擴展到了所有的危險作業(yè)。但主要是引進國外先進的生產(chǎn)工藝與技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，不斷地改進，創(chuàng)新實踐，逐漸形成了自己的特色。1997年日本新宇宙股份有限公司與上海燃氣創(chuàng)立合資公司，在上海開始家用型氣體報警器的生產(chǎn)和售賣。2007年在中國設(shè)立獨資公司，開始進行工業(yè)用氣體檢測報警器的生產(chǎn)和售賣。

2 設(shè)計意義

直至目前為止，我國的火災(zāi)報警技術(shù)依舊不夠成熟，仍舊存在著許多的漏洞。例如智能化程度較低、準(zhǔn)確度較差等。雖然我國的火災(zāi)報警器都進行了智能化設(shè)計。但是，由于對傳感器件的闡述，解析較少，軟件開發(fā)還不夠成熟，以至于火災(zāi)報警系統(tǒng)難以準(zhǔn)確地判斷出火災(zāi)的等級、煙霧的濃度等數(shù)據(jù)，造成誤判、漏報；其次，網(wǎng)絡(luò)化程度較低。我國的火災(zāi)報警器體現(xiàn)形式主要是通過控制中心火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和區(qū)域、集中火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。安裝形式過于集散，各區(qū)域自成體系，無法集中起來，使區(qū)域網(wǎng)絡(luò)化；其次，控制器與探測器之間的連接也有待改善。兩者由于是通過銅芯絕緣導(dǎo)線或銅芯電纜穿管相接。使得耗材增多、成本也連帶著升高了許多。并且有不耐高溫、易磨損等缺點。從而大大減少了火災(zāi)報警器在國內(nèi)的傳播與使用。

3 關(guān)鍵技術(shù)

該設(shè)計解決了國產(chǎn)報警器智能化較低、判斷較差的一些問題。通過軟件來控制硬件。在安裝探測器的監(jiān)測點上，探測器將煙霧信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后送出模擬信號，通過電纜線將信號傳輸?shù)娇刂破髦械膯纹瑱C內(nèi)，通過軟件的處理，輸出報警器狀態(tài)的控制信號，從而點亮報警器的指示燈報警并且使蜂鳴器發(fā)出聲響。從對設(shè)計的要求來分析，可分為探測采集部分、單片機控制報警部分以及電源。

探測采集部分主要是由煙霧傳感器負責(zé)。煙霧傳感器作為報警器中的核心器件，是無法被取代的。不同于煙霧報警器，它是一種模擬傳感器，可以通過檢測煙霧的濃度來實現(xiàn)火災(zāi)的防范。是測量裝置的重要環(huán)節(jié)，該設(shè)計中所使用的是MQ-2煙霧傳感器。它所使用的材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率十分低的二氧化錫和單晶半導(dǎo)體。對天然氣、丙烷、氫氣等都有十分高的靈敏度，并且使用壽命長，價格便宜，只需要簡單的電路就可驅(qū)動。當(dāng)傳感器所處的環(huán)境存在天然氣等可燃氣體時。傳感器中的電導(dǎo)率將會隨著空氣中可燃氣體濃度的上升而增加，隨后將煙霧轉(zhuǎn)換為電信號并傳輸出去，從而獲得火災(zāi)現(xiàn)場的相關(guān)信息。值得注意的是，煙霧傳感器是在加熱的情況下開始工作的，且在穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)，溫度越高，延時越小，即傳輸信息的速度越快。

在實現(xiàn)單片機的控制功能中，需要單片機具有高速處理數(shù)據(jù)的能力，使得當(dāng)煙霧濃度信號傳輸給單片機時，檢測人員必須能夠通過LED數(shù)碼管顯示及時的觀測到煙霧的濃度等級，進而做出一系列的決策。因此，在單片機控制部分的設(shè)計上，選用了型號為STC89C52的單片機作為核心元器件。它是一款低功耗、高性能CMOS位的微控制器，可以任意選擇機器周期，并且指令代碼可以完全兼容傳統(tǒng)的8051。具有EEPROM功能和看門狗功能，并且具有正常、空閑、掉電、省電等多種工作模式。其中，掉電模式典型功耗大概在0.1uA，可通過外部終端喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序；空閑模式典型功耗2mA；正常工作模式典型功耗4mA-7Ma等復(fù)雜的片內(nèi)外設(shè)。并且具有高速的數(shù)據(jù)處理能力。而在單片機控制部分正是利用了其高速數(shù)據(jù)處理能力和復(fù)雜的片內(nèi)外設(shè)。使得儀器變得更加微小和智能。同時也加快了報警器市場的開拓。

對于報警系統(tǒng)來說，最重要的莫過于探測器。沒有任何一種探測器能夠適應(yīng)所有的環(huán)境，都有一定的局限性。因此，本章的報警器設(shè)計選用了兩種探測器，一種是上文所說的煙霧傳感器，而另一個就是溫度傳感器了。而DS18B20溫度傳感器具有體積小、成本低、抗干擾能力強、精度高等優(yōu)點。測溫范圍為-55℃-125℃，且溫度轉(zhuǎn)換的延時較DS1820更為短。它與傳統(tǒng)的熱敏電阻不同，它可以通過簡單的編程在數(shù)碼管上以數(shù)字的形式將所測溫度直接體現(xiàn)出來。當(dāng)煙霧濃度和火災(zāi)溫度達到一定的值時，它將所感受到的溫度轉(zhuǎn)換為輸出信號，通過纜線傳送給控制電路，完成信號的處理后驅(qū)動蜂鳴器和報警器發(fā)出聲響。

而電源的供電方式則選擇的是干電池供電。通過實驗驗證，當(dāng)以四節(jié)1.5V的干電池做電源時，電池所產(chǎn)生的電壓完全能夠保證單片機、傳感器穩(wěn)定的工作，且成本較低，更換方便。至于蓄電池，雖然輸出電壓穩(wěn)定，又有很強的電流驅(qū)動能力，但由于體積偏大，在考慮到家庭使用的情況下，連接在報警器上面極為不便，因此，選擇干電池作為供電來源。

4 結(jié)論

隨著時代的進步和科技的發(fā)展，單片機對我們的生活造成的影響將會越來越大，社會的需求也會逐漸增加。它將會廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)等各個部門，可以說，對于社會的發(fā)展，它是不可或缺的存在。傳感器作為一種檢測裝置，他能夠?qū)⑺惺艿降男盘柾ㄟ^軟件的處理轉(zhuǎn)換為電信號和模擬信號并輸出，用于滿足信息的顯示、處理、控制、傳輸以及儲存等要求。傳感器廣泛應(yīng)用于社會發(fā)展及人類生活的各個領(lǐng)域，國內(nèi)傳感器主要分布在機械設(shè)備制造、家用電器、科學(xué)儀器儀表、醫(yī)療衛(wèi)生、電子通信以及汽車等領(lǐng)域。幾乎每個現(xiàn)代化項目都無法脫離傳感器獨立存在。正因為有了它的存在，才讓物體有了嗅覺、觸覺和味覺等感官，讓物體漸漸變得活了起來。對于兩者合成的產(chǎn)物，煙霧報警器來說，更會深入到人們的生活當(dāng)中，保障著人們的生活與生產(chǎn)的安全，促進著社會文明和科技的發(fā)展，與人們息息相關(guān)。

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