基于STM32的智能煙霧報警系統(tǒng)

◆李宗灝

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基于STM32的智能煙霧報警系統(tǒng)

◆李宗灝

(太原師愛中學 山西 030002)

本文介紹了基于STM32的智能煙霧報警系統(tǒng)的設計方案。采用模塊化的方式，詳細闡述了系統(tǒng)的硬件組成以及軟件實現(xiàn)，給出了相應部分模塊的電路圖，實現(xiàn)了對煙霧的及時探測報警以及切斷使用場所總電源的功能，可以在家庭、商場等環(huán)境使用。

STM32；煙霧報警；切斷電源

0 引言

近年來，全球每年發(fā)生的火災高達上百萬起，其中住宅和公共商場的火災比例最高，占總火災數(shù)的80%以上。而裝有煙霧報警器和防火噴頭的情況下，火災導致的損失便可以降低很多。發(fā)生的大多火災中，由用電器引起的火災又占絕大部分，因此，在火災發(fā)生后，能及時切斷火災場所的電源是降低火災損失的關鍵所在。本煙霧報警系統(tǒng)可以利用無線模塊控制電源開關，實現(xiàn)對用電器的及時斷電，從而有效降低火情的擴散。同時，選用強大的STM32控制芯片可以進行其他功能擴展，實現(xiàn)智能全面的系統(tǒng)預防。

1 系統(tǒng)方案設計

本文設計的智能煙霧報警系統(tǒng)以STM32芯片為控制單元，以MQ-2半導體煙霧傳感器作為火災煙霧識別模塊，結合具有超低功耗的OLED液晶顯示屏進行對煙霧值的實時顯示。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

由MQ-2煙霧傳感器對環(huán)境的煙霧進行實時檢測，該傳感器可以把煙霧濃度值轉化為電信號，STM32單片機進行對電信號的定時中斷采集，同時控制液晶屏顯示所采集的測量值，同時判斷采集的電壓值是否大于閾值，如果大于閾值那么控制煙霧報警器工作，同時切斷室內的主電源，本系統(tǒng)利用備用電源繼續(xù)工作。

2 模塊設計

煙霧傳感器使用通用的MQ-2模塊，該傳感器使用范圍極廣，靈敏度高、響應快、穩(wěn)定性好、壽命長，而且驅動電路簡單。敏感材料是一種N型半導體，當環(huán)境中的一氧化碳擴散到傳感器的氣室時，引起表面導電率的變化，煙霧濃度越大，導電率越大，會使輸出電阻降低輸出模擬信號越大。

STM32是意法半導體集團的一款功能強大的嵌入式芯片，性能高、成本低、功耗低，而且軟件的移植性很強。內含3個12位的A/D轉換器，具有雙采樣和保持能力，其轉換速率在微秒級。其次，選用這款控制芯片是為了進行之后的系統(tǒng)功能擴展，可以結合智能家居進行改進設計。

OLED液晶顯示屏是超低功耗的新一代顯示屏，具有自發(fā)光、廣視角、極高的對比度。通過調節(jié)供電電壓可以實現(xiàn)對液晶屏的亮度調節(jié)。

外接的備用電源可以實現(xiàn)正常情況下的充電，火災發(fā)生后放電的功能?？偟墓ぷ髁鞒虉D如圖2所示。

圖2 電路工作流程圖

上電后先進行系統(tǒng)的初始化，同時完成傳感器的預熱，此后，傳感器便可以長期穩(wěn)定工作。電源部分需要先進行變壓器降壓到12V后，采用線性穩(wěn)壓芯片LM1117進行進一步線性穩(wěn)壓，實現(xiàn)對各個功能模塊的供電。系統(tǒng)正常工作后，傳感器輸出模擬量，STM32單片機的AD口對該模擬量進行特定時間的中斷處理，并對采集的模擬量轉化為數(shù)字量。接著，單片機驅動OLED液晶屏進行數(shù)據的顯示，同時判斷采集值是否大于閾值電壓，當大于閾值時，單片機驅動蜂鳴器工作并通過無線裝置發(fā)送指令控制電源開關關閉總電源，系統(tǒng)的備用電源開始工作。無線模塊采用常見的NRF2401模塊，內置2.4GHz天線，體積小巧，可實現(xiàn)室內范圍的數(shù)據傳輸。主要模塊電路如圖3所示。

圖3 （a）單片機最小系統(tǒng)模塊；（b）藍牙模塊；（c）傳感器模塊

如圖3（a）為單片機最小系統(tǒng)模塊，選擇功能引腳B1作為模擬數(shù)據采集的輸入端，單片機內部處理后通過定義的S1，S2引腳進行對OLED顯示屏的數(shù)據輸入控制，同時通過定義的引腳A11和A10進行對無線模塊的數(shù)據傳輸。

3 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

為了便于系統(tǒng)的開發(fā)，系統(tǒng)軟件采用模塊化的設計方法，應用C語言進行編程。單片機初始化程序可調用庫函數(shù)直接實現(xiàn)，各功能模塊的引腳需要自行配置。首先定義每個引腳的功能，主函數(shù)在大循環(huán)中進行調用。

初始化后，每6s進行一次中斷，程序進入煙霧檢測子程序，每次采樣的時間間隔為2s，為了避免誤報警，系統(tǒng)繼續(xù)連續(xù)5次采樣校準對比，進行操作后，如果結果為1，則系統(tǒng)開始報警，否則系統(tǒng)繼續(xù)在低功耗模式下進行數(shù)據采集。當系統(tǒng)開始報警時，單片機的A8引腳輸出高電壓，驅動三極管集電極端的蜂鳴器工作，同時，主程序中的無線模塊部分的命令開始執(zhí)行。此時，系統(tǒng)板的無線模塊進行數(shù)據的發(fā)送，電源端的無線接收端接收指令，關閉所在環(huán)境的總電源，單片機輸出指令信號使系統(tǒng)板的備用電源開始工作。其中，在主控電路上的無線模塊設置為數(shù)據發(fā)送模式，在電源開關的無線模塊設置為數(shù)據接收模式后進行裝配。

在定義引腳的功能時，我們可以多引出些引腳，單片機的AD口都要進行配置，方便以后的功能擴展使用。

4 結束語

本文提出了一種基于STM32的煙霧報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)在火災發(fā)生后及時切斷所在環(huán)境電源的功能，有效避免火災的進一步擴散。同時，由于STM32的較強功能，可以進行功能擴展，與智能家居進行軟件或硬件的連通，為未來的家庭生活多添一份保障和舒適。

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