關(guān)于STM32火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

張國(guó)偉

[摘 要]當(dāng)前社會(huì)中出現(xiàn)火災(zāi)的情況十分普遍，而且也越來(lái)越頻繁，對(duì)人們的生命安全以及財(cái)產(chǎn)安全都造成較大的影響。為了能夠有效防止火災(zāi)的發(fā)生，人們不斷研究許多火災(zāi)預(yù)警的設(shè)備，可以靈敏和快捷預(yù)警火災(zāi)。在下文中主要分析火災(zāi)的報(bào)警系統(tǒng)即STM32設(shè)計(jì)情況，此系統(tǒng)通過(guò)的是紫外線感應(yīng)以及煙霧感應(yīng)方式而預(yù)警火災(zāi)，具有良好的靈敏度，性能也十分穩(wěn)定而且探測(cè)的方位較廣等，可以在廠房、倉(cāng)庫(kù)以及家庭等場(chǎng)合使用。

[關(guān)鍵詞]STM32火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；分析

[中圖分類號(hào)]TP277 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

當(dāng)前火災(zāi)出現(xiàn)頻率十分高，逐漸成為威脅社會(huì)發(fā)展以及公眾安全最大的災(zāi)害之一，同時(shí)人們也加緊研究出火災(zāi)報(bào)警的系統(tǒng)，可以通過(guò)報(bào)警系統(tǒng)而有效減少火災(zāi)對(duì)人們帶來(lái)的災(zāi)難。傳統(tǒng)報(bào)警器主要運(yùn)用的是紅外線感應(yīng)的方式進(jìn)行報(bào)警，此方式有較高的誤報(bào)率。隨著人們研究不斷深入，設(shè)計(jì)出STM32的單片機(jī)作為其中的主控核心，然后結(jié)合紫外線而實(shí)施探測(cè)，同時(shí)復(fù)合的是QM-2（煙霧傳感器設(shè)備）煙霧探測(cè)，這可以促使STM32在紫外線的感應(yīng)以及QM-2煙霧的感應(yīng)中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一般QM-2探測(cè)感受到煙霧則可以立刻發(fā)出預(yù)報(bào)警，如果遇到火焰時(shí)，紫外線感應(yīng)就可以在STM32中通過(guò)繼電器而實(shí)施控制并發(fā)生報(bào)警。此報(bào)警系統(tǒng)具有較高的靈敏度以及穩(wěn)定性，可以避免出現(xiàn)誤報(bào)警的情況，而且實(shí)際運(yùn)用的十分廣泛。

1 分析硬件設(shè)計(jì)情況

1.1 芯片擇用情況分析

在設(shè)計(jì)硬件設(shè)施方面，需要選擇良好的芯片。在本次設(shè)計(jì)中，芯片選用的是32位嵌入式微控制器，其中程序的存儲(chǔ)器容量大約是256KB，RAM的容量是48K，其中最高的運(yùn)行速度能夠達(dá)到72MHz，此64-LQFP中實(shí)施封裝形式，其在工作狀態(tài)下的電壓是3.3V，需要控制的工作溫度是-40℃至85℃，這一要求可以符合工業(yè)級(jí)的需要。因此，在芯片設(shè)計(jì)方面則主要包括的是配置晶振、芯片供電、配置引腳以及設(shè)置復(fù)位等相關(guān)的功能，設(shè)計(jì)連通的性能可以完成多種串口良好的通信，例如 CAN、IIC、SPI、UART和USB，在選擇多通道方面可以更加地優(yōu)化以及升級(jí)。

1.2 分析電源模塊的設(shè)計(jì)情況

在本系統(tǒng)中運(yùn)用的是12V的直流電源實(shí)施供電，并且結(jié)合電壓調(diào)節(jié)器而將12V可以順利轉(zhuǎn)為5V。這一降壓電源屬于電源管理，可以輸出驅(qū)動(dòng)電流3A，除此之外，還可以良好的調(diào)節(jié)負(fù)載以及線性特性。在該器件中還可以有效集成各種頻率補(bǔ)償以及固定頻率具體的發(fā)生器情況，此時(shí)開關(guān)的頻率是150KHz。通過(guò)特定設(shè)計(jì)而能夠更好地輸入對(duì)應(yīng)的電壓，同時(shí)也可以在輸出負(fù)載情況下而設(shè)計(jì)良好的輸出電壓，可以控制誤報(bào)警率，其范圍是±4%，而振蕩的頻率中誤差控制的范圍是±15%，設(shè)計(jì)的待機(jī)電流是80μA，就能夠?qū)ν獠凯h(huán)境而實(shí)施斷電，這可以在兩級(jí)的降頻中實(shí)施限流保護(hù)。如下圖1。

而將5V轉(zhuǎn)為3.3V中，主要通過(guò)的是AMS1117開關(guān)電源中的芯片做好對(duì)應(yīng)的保障工作。AMS1117屬于正電壓中的輸出低壓差，可以較好地穩(wěn)定三端的線性電路，而內(nèi)部的集成出現(xiàn)過(guò)熱的情況，也可以保護(hù)以及限流電路，進(jìn)而提升芯片以及電源系統(tǒng)穩(wěn)定。其中最高的輸出電流是1A，而輸出的電壓精度高是2%，此外，溫度的范圍為：-20℃至120℃。

1.3 分析MQ2煙霧探測(cè)設(shè)計(jì)情況

由于MQ2在加熱電壓的情況下，如出現(xiàn)過(guò)大的情況，則導(dǎo)致其內(nèi)部的信號(hào)細(xì)線會(huì)被燒斷，此時(shí)就會(huì)影響正常工作。在實(shí)際的設(shè)計(jì)方面，通過(guò)串聯(lián)電阻的方式而實(shí)施分壓，在設(shè)計(jì)方面則主要將MQ2中的空氣電導(dǎo)率保持較低。其中二氧化錫屬于半導(dǎo)體氣中的敏感材料，在傳感器環(huán)境中則可以對(duì)其中的可燃?xì)怏w實(shí)施及時(shí)傳遞，并且還可以隨著傳感器中電導(dǎo)率的變化情況以及隨空氣煙霧所具有的濃度則做好調(diào)整。在本次設(shè)計(jì)中采用的是較為簡(jiǎn)單的方式，即主要通過(guò)電路中的電導(dǎo)率而有效轉(zhuǎn)化為煙霧濃度，并輸出對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，如果濃度越高的情況下，輸出的電壓就會(huì)越高，電路中通過(guò)轉(zhuǎn)換的方式實(shí)施控制，其電壓大約是0至3.3V，而且在輸入過(guò)程中則可以通過(guò)STM32中ADC而引腳并完成信號(hào)的處理工作。其中設(shè)計(jì)過(guò)程的加熱電壓是5±0.2V，而靈敏度則大于3dBV，此外，此響應(yīng)的時(shí)間一般情況都是低于10S的，此模塊中的回復(fù)時(shí)間為30S，而模塊中的功耗也會(huì)低于0.7W。

1.4 分析火災(zāi)的紫外線設(shè)計(jì)情況

在紫外線實(shí)施檢測(cè)的模塊中，運(yùn)用R9533紫外線的特隆管，此方式能夠探測(cè)出185nm至260nm中所包含的不同光譜敏感源，但是在驅(qū)動(dòng)模塊中的電路結(jié)構(gòu)情況設(shè)計(jì)可以參見(jiàn)下圖2。在此電路設(shè)計(jì)中，紫外線的特隆管屬于驅(qū)動(dòng)電路，可以將其作為信號(hào)中的處理電路，其中的電源是直流+12V供電，而且恒壓狀態(tài)下的電路轉(zhuǎn)換是+5V ，在高壓轉(zhuǎn)換中，其中的電路會(huì)升至+350V，進(jìn)而可以驅(qū)動(dòng)R9533實(shí)施工作，一般紫外線開始接收的情況下，產(chǎn)生的脈沖波是+3.3V，通過(guò)良好集電極方式而保持開路，并在輸出和輸入STM32中 ADC引腳完成對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理。具體情況可以見(jiàn)下圖二。

1.5 分析報(bào)警模塊設(shè)計(jì)情況

如果監(jiān)測(cè)遇到火情發(fā)生的情況，STM32就開始出現(xiàn)電壓信號(hào)，而且三極管（即8050）可以進(jìn)行導(dǎo)通而吸合繼電器，此時(shí)就可以導(dǎo)通報(bào)警燈電路，能夠完成對(duì)應(yīng)的報(bào)警。

2 分析檢測(cè)情況

在本次設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)軟件包括三個(gè)不同的部分，具體情況如下：第一，MQ2煙霧實(shí)施檢測(cè)的程序；第二，紫外線的檢測(cè)程序；第三，報(bào)警模塊的程序。其中MQ2中煙霧的檢測(cè)程序主要是在沒(méi)有煙霧的狀態(tài)而實(shí)施輸出電壓，即是0，同時(shí)其電壓值還可以隨著煙霧濃度而逐漸升高。因此，這就需要在測(cè)試中采用香煙所產(chǎn)生煙霧情況作為其中的一個(gè)檢測(cè)量，同時(shí)設(shè)置一個(gè)良好的閾值。如果遇到閾值的情況，則可以及時(shí)觸發(fā)接口并中斷，而且節(jié)點(diǎn)還處于退出的休眠狀態(tài)，然后則可以在STM32中而上傳一些異常狀態(tài)，進(jìn)而可以有效判斷出煙霧產(chǎn)生情況，然后結(jié)合指示燈的閃爍情況。

在紫外線的檢測(cè)程序中，主要針對(duì)的是紫外線傳感器，如果遇到正常的情況下，其中輸出的電壓是 0V，此時(shí)傳感器的輸出電壓可以和火焰強(qiáng)度實(shí)際增大而逐漸增大。在探測(cè)中，則可以在火焰中通過(guò)特定波段方式而能夠?qū)γ}沖量和持續(xù)時(shí)間完成檢測(cè)量，一旦火焰如果達(dá)到對(duì)應(yīng)的預(yù)定值時(shí)，則可以喚醒對(duì)應(yīng)的模塊，使其順利進(jìn)入工作狀態(tài)，通過(guò)STM32而輸出相關(guān)的脈沖信號(hào)。在此模塊中，可以實(shí)施低電壓方式控制高電壓。

對(duì)于MQ2的檢測(cè)，主要是檢測(cè)煙霧模塊，如果在無(wú)煙房間中，此時(shí)的煙霧傳感器通過(guò)測(cè)試，其返回值大約是0V。但是，在點(diǎn)燃香煙的情況，如果其距離50cm的情況下，此時(shí)煙霧中的傳感器測(cè)試中返回值大約是2.5V，如果濃煙的情況下， MQ2煙霧中的傳感器實(shí)施測(cè)試，返回值大約是3.3V。紫外線的傳感器處于正常工作狀態(tài)下，電壓是12V，此時(shí)檢測(cè)方式中通過(guò)的是蠟燭火焰，在測(cè)量紫外線中，實(shí)施傳感器監(jiān)測(cè)距離大約是16M，此時(shí)傳感器電流是0.025A，而報(bào)警的電流是0.036A，最大的功率是0.432W，而且耗電量也是低的。紫外線中的傳感器特隆管是零，正面是180°則可以測(cè)量出敏感度，然后繪制出對(duì)應(yīng)的圖形，見(jiàn)下圖 3。通過(guò)傳感器中的觀察，可以將感應(yīng)角度的范圍調(diào)節(jié)為正面120°。

3 結(jié)語(yǔ)

在本文中主要分析報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)情況以及實(shí)驗(yàn)情況，并驗(yàn)證報(bào)警系統(tǒng)的功能，如果遇到煙霧以及發(fā)生火焰的情況，此時(shí)的系統(tǒng)可以快速做出響應(yīng)，并能夠啟動(dòng)報(bào)警。在此設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)還有良好的優(yōu)點(diǎn)，如靈敏度良好、性能穩(wěn)定，而且探測(cè)方位也十分廣泛，可以最大限度預(yù)警火災(zāi)，最大程度地降低火災(zāi)對(duì)人們的生命和財(cái)產(chǎn)造成的危害。

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