基于單片機的智能火災預警系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

劉青

（滁州職業(yè)技術學院，安徽滁州239000）

基于單片機的智能火災預警系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

劉青

（滁州職業(yè)技術學院，安徽滁州239000）

為了防范可燃氣體泄漏發(fā)生火災等意外傷亡事件，本文設計了一種經(jīng)濟、實用的溫度與煙霧智能檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)以AT89C52為控制器，采用MQ-2煙霧傳感器、DS18B20溫度傳感器及外圍電路對空氣中可燃氣體的濃度和溫度值進行檢測，當超過預設值時開啟聲光報警。文中詳細介紹了智能檢測系統(tǒng)的硬件電路與軟件設計流程，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與顯示、數(shù)字過濾與閥值設定、燈光閃爍與喇叭報警等功能。

煙霧報警；AT89C52；火災檢測；系統(tǒng)設計

引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，燃氣的使用率越來越高，而每年因燃氣泄漏而引發(fā)的火災、中毒等安全傷亡事件讓人觸目驚心，如何確?？扇細怏w的安全使用，防范火災等意外發(fā)生，越來越受到人們的重視。目前市場上雖然也有些可燃氣體檢測的裝置，但要么比較昂貴，又或者操作比較麻煩，居民使用率不高，為此，本文設計了一種經(jīng)濟、實用的溫度與煙霧智能檢測系統(tǒng)。文中進行了智能檢測系統(tǒng)總體框架設計，重點是系統(tǒng)硬件電路和軟件流程設計，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)智能采集與預警等功能，驗證了系統(tǒng)的靈敏度與穩(wěn)定性，該智能檢測系統(tǒng)具有一定的市場應用和推廣價值。

一、系統(tǒng)架構設計

本設計以單片機為控制中心，以煙霧傳感器、溫度傳感器、A/D轉換和放大電路構成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以液晶顯示、蜂鳴器報警、燈光閃爍為輸出系統(tǒng)，使用按鍵設定報警閥值，實現(xiàn)了一種智能火災預警裝置，系統(tǒng)整體結構框圖如圖1所示。系統(tǒng)使用煙霧傳感器將環(huán)境中的煙霧信息采集轉換成電信號，經(jīng)放大電路處理后送A/D轉換，將煙霧的模擬信號轉換成數(shù)字信號，環(huán)境中的煙霧和溫度信息經(jīng)單片機多次采樣、過濾處理后與預設閥值比較，有溫度或煙霧數(shù)據(jù)超限后即可進行聲光報警，該系統(tǒng)實現(xiàn)了溫度與煙霧信息實時監(jiān)測、顯示和火災預警功能。[1][2]

圖1 系統(tǒng)結構框圖

二、系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)采用8位通用的A T89C52為C P U,它自帶8k B可反復擦寫Flash R O M，具有低電壓和高性能等特性；19引腳X T AL1和18引腳X T AL2與石英晶體相連，與A T89C52自帶的反相放大器構成晶振電路，為系統(tǒng)產(chǎn)生時鐘；9引腳R S T連接復位電路，使用10uF電容C1避免高頻諧波對電路的干擾,S1為手動復位開關；21引腳（P2.0）與DS18B20相連，構成單線雙向溫度采集電路，DS18B20具有掉電數(shù)據(jù)保護功能，在-10～+85℃范圍內，精度為± 0.5℃；26引腳（P2.5）與一個電阻和三極管的基極串連構成預警電路，經(jīng)三極管對電路放大后傳入蜂鳴器；32引腳（AL E）與74L S112觸發(fā)器相連，74L S112是JK觸發(fā)器，與A DC0808相連，構成分頻電路；系統(tǒng)的A/D轉換芯片采用的是A DC0808，它具有8路模擬開關、比較器、譯碼器與地址鎖存，是一種單片型逐次逼近式A/D轉換器，實現(xiàn)煙霧濃度等模擬數(shù)據(jù)的轉換；系統(tǒng)的煙霧濃度檢測使用的是M Q-2煙霧傳感器，它可以將空氣中氣體的濃度等相關的信息轉化成電信號，經(jīng)A DC0808轉換后交給單片機的是一個反應煙霧濃度的電壓值，然后匹配預設的煙霧濃度報警值判斷是否發(fā)出預警；系統(tǒng)采用5v電源供電，A T89C52外圍電路原理圖如圖2所示，系統(tǒng)電路原理圖使用Pro t e l D XP 2004軟件進行作圖。[3]

系統(tǒng)采用L CD1602顯示經(jīng)過采集、轉換、過濾后的數(shù)據(jù)，可以直接觀察到實時采集的煙霧濃度和溫度值；電路設計了功能設置按鍵、加法按鍵、減法按鍵和系統(tǒng)復位按鍵，通過功能按鍵選擇煙霧和溫度選項，通過加法和減法按鍵設置煙霧和溫度報警預定閥值，再按一下設置按鍵，退出設置。系統(tǒng)開始正常檢測煙霧溫度值，當煙霧超過的時候紅燈和蜂鳴器聲光報警，當溫度超過時候黃燈和蜂鳴器聲光報警。

圖2 數(shù)據(jù)采集及報警電路原理圖

三、系統(tǒng)軟件設計

軟件部分設計主要實現(xiàn)煙霧與溫度的信息采集和數(shù)據(jù)過濾功能，軟件開發(fā)環(huán)境為K e i l u V i s i on3，使用C語言進行進行編程。系統(tǒng)上電后，程序首先進行初始化工作，包括先對I/O口狀態(tài)設定、定時器工作方式、寄存器與中斷允許寄存器的設定等。初始化完成后進入檢測狀態(tài)，首先讀取用戶預設煙霧和溫度閥值，再實時對煙霧和溫度信息進行循環(huán)不間斷性采集，對采集的煙霧數(shù)據(jù)進行濾波處理，最后對采集處理的數(shù)據(jù)與預設閥值進行判斷，是否進行預警，并對數(shù)據(jù)進行存儲顯示。[4]

圖3 煙霧濾波算法程序流程圖

為了避免脈沖干擾等因素導致煙霧采集的信息失真，本系統(tǒng)采用多次采樣，假定采樣次數(shù)為N次，采樣后對N個數(shù)據(jù)進行冒泡排序運算，去掉其中的最大值和最小值，再取過濾后的N-2個數(shù)的平均值，依此算法對采集的數(shù)據(jù)進行過濾，保障預警信息的準確性，盡可能降低誤報、錯報率。N的取值可以根據(jù)實際應用的需求而設定，本文為提高預測速度，N取值為5，即調用A/D連續(xù)進行5次采樣，去掉其中的最大值和最小值，計算其余3個值的平均值，將這個平均值送入寄存器。如圖3所示為煙霧濾波算法的程序流程圖。[5][6]

程序中讀取溫度子函數(shù)代碼如下：

四、總結

本文闡述了一種基于A T89C52的溫度與煙霧智能檢測的火災預警系統(tǒng)設計，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)顯示、閥值設置、聲光報警、溫度和煙霧濃度數(shù)據(jù)的智能檢測等功能。系統(tǒng)采用點燃蠟燭、打火機等產(chǎn)生煙霧和溫度源進行了多次測試，溫度測試情況與購買的溫度計進行了對比，精確度在0.2°C左右，超過閥值能及時報警并延時。該系統(tǒng)是一種簡單、經(jīng)濟、實用的火災檢測與報警裝置，市場應用領域廣泛，有一定的實用價值。

[1]程望斌,劉凌等.基于單片機的火災煙霧報警系統(tǒng)設計[J].湖南理工學院學報,2014,(03)：41-44.

[2]昝杰.溫度和煙霧監(jiān)測及遠程報警系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學,2015.

[3]張可菊,高云華.淺談無線煙霧報警系統(tǒng)的設計[J].赤峰學院學報,2015,(08)：42-43.

[4]建樹,許亮亮.基于單片機的多點溫度煙霧測控系統(tǒng)設計[J].微計算機信息.2009，(20).

[5]卜錫濱等.數(shù)字電子技術[M].北京：中國水利水電出版社,2011.

[6]謝維成，楊家國等.單片機原理與應用及C51程序設計[M].北京：清華大學出版社,2010.

TP393-34

A

1671-5993（2017）02-0036-03

2017-04-13

安徽省高校優(yōu)秀青年人才支持計劃重點項目（gxyqZD2017122）；滁州職業(yè)技術學院人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)項目（zlgc2016011）。

劉青（1982-），男，安徽懷遠人，碩士，講師，研究方向：無線傳感網(wǎng)。