基于電阻式傳感器的火災(zāi)報警器設(shè)計

王康 張 強 楊志強 黃朝亮 阮鵬鳴 陳偉

摘 要：本文設(shè)計了一種火災(zāi)報警器，它能對溫度、火光、煙霧等進行實時監(jiān)測，一旦達到預(yù)警值將發(fā)出警報，利用GSM通信模塊，自動向戶主發(fā)送短信通知、撥打電話，并打開滅火裝置。51系列單片機為核心，采用多種電阻式傳感器對溫度、火光、煙霧等情況進行數(shù)據(jù)采樣，是一種結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，使用方便，智能化的火災(zāi)報警器。

關(guān)鍵詞：電阻式傳感器；火災(zāi)報警器；GSM；單片機

1硬件電路設(shè)計

本報警器使用溫度傳感器檢測溫度，火焰?zhèn)鞲衅鳈z測火焰，使用煙霧傳感器檢測可燃氣體，使用STC89C52單片機作為系統(tǒng)控制核心。室內(nèi)溫度變化、光照強度與煙霧濃度等變化引起傳感器中電阻值變化，轉(zhuǎn)換為電壓量的變化，模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，最后數(shù)字信號傳送到單片機，單片機對接收到的信號進行判斷。若超出所設(shè)定的閾值則預(yù)警，并通過發(fā)短信、打電話的方式通知戶主檢查災(zāi)情，甚至可在戶主不在現(xiàn)場的情況下，遠程控制滅火；當未超過所設(shè)定的閾值時，系統(tǒng)處于待機狀態(tài)。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，電路原理如圖2所示。

（1）STC89C52單片機

STC89C52是一種低功耗、高性能8位微控制器，具有8K可編程Flash 存儲器、中央處理器、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、EEPROM、定時/計數(shù)器、I/O接口、UART接口和中斷系統(tǒng)、SPI接口、高速A/D轉(zhuǎn)換、PWM以及硬件看門狗、電源監(jiān)控、片內(nèi)RC振蕩器等模塊。本系統(tǒng)設(shè)計主要應(yīng)用其PWM、四路10位高速A/D轉(zhuǎn)換模塊、SPI接口、定時/計數(shù)器、I/O接口等功能模塊。

（2）電阻式傳感器

本報警器用到三種電阻式傳感器：溫度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、煙霧傳感器，它們敏感元件分別是熱敏電阻，光敏電阻，氣敏電阻，具體工作原理如圖3所示。

其中，敏感元件是傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分，并輸出與被測量成確定關(guān)系的物理量（包括電學(xué)量）；轉(zhuǎn)換元件是將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量即非電物理量（如溫度、光強、煙霧等）轉(zhuǎn)換為適于傳輸或測量的電學(xué)量（如電路參數(shù)量、電壓、電流等）；轉(zhuǎn)換電路功能是將電路參數(shù)量（如電阻、電感、電容等）轉(zhuǎn)換成便于測量的電學(xué)量，例如電壓、電流等。

溫度傳感器是一種雙端固態(tài)熱敏傳感器，可以根據(jù)溫度的微小變化來改變其電阻值，其溫度特性與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電機制密切相關(guān)。它是一種由高度敏感的金屬氧化物制成的固態(tài)器件，它們在分子水平上運行，當最外層（價電子）電子變得活躍會產(chǎn)生負溫度系數(shù)，或者活性降低，產(chǎn)生正溫度系數(shù)，熱敏電阻增加。利用這種電阻隨溫度顯著變化的特性制成。

火焰?zhèn)鞲衅髦械墓饷綦娮枋抢昧蚧艋蛭舻劝雽?dǎo)體材料制成的特殊電阻器，其工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在特定波長光的照射下，其阻值迅速減小。光照產(chǎn)生的載流子參與導(dǎo)電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光照愈強，阻值就愈低。

煙霧傳感器屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏電阻，屬于表面離子式N型半導(dǎo)體。處于200～300攝氏度時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當與煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘收到煙霧的調(diào)制而變化，就會引起表面導(dǎo)電率的變化。利用這一點就可以獲得這種煙霧濃度的信息，煙霧的濃度越大，導(dǎo)電率越大，輸出電阻越低，則輸出的模擬信號就越大。

（3）GSM通信模塊

本設(shè)計中GSM通信采用SIM800L模塊，可支持4頻GSM/GPRS，工作的頻段為：GSM850、EGSM900、DCS1800和PCS1900MHz，工作電壓3.7-4.2V（電流峰值1A），模塊上電自動開機，自動尋網(wǎng)。通過GSM模塊可向預(yù)設(shè)電話號碼報警，亦可向GSM模塊撥打電話查詢實時溫度。

正常情況下，單片機循環(huán)啟動溫度傳感器測量溫度并存儲，當GSM模塊收到有電話打入的信號后，把信號傳給單片機，再由單片機控制GSM模塊，向打入的號碼發(fā)送實時的溫度情況，即溫度查詢。當超過溫度閾值時，自動撥打主人電話進行報警。

（4）聲光報警模塊

本模塊用發(fā)光二極管和蜂鳴器來實現(xiàn)聲光報警功能。單片機控制BEEP腳的高低電平來控制蜂鳴器和LED工作，Q7為NPN型三極管。BEEP為高電平時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器和LED燈接地；BEEP為低電平時，三極管截止，蜂鳴器和LED不報警。R34為上拉電阻，R35和R36為限流電阻。

2軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的程序由C語言編寫，程序流程如圖4所示，程序流程如下：

（1）通電，系統(tǒng)初始化；

（2）采用中斷方式通過傳感器采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)；

（3）數(shù)據(jù)采集后，系統(tǒng)會自主判斷周圍情形是否會發(fā)生火災(zāi)，如果沒有出現(xiàn)火災(zāi)趨勢則返回；如果有火災(zāi)趨勢，進行聲光報警，撥打電話給戶主，采取相應(yīng)措施；

（4）當異常報警結(jié)束后（火災(zāi)的趨勢已被遏制），系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)，繼續(xù)檢測。

3結(jié)語

本文主要對基于電阻式傳感器的火災(zāi)報警器進行了研究和分析，先對報警器的整體設(shè)計思路進行了簡要說明，之后對單片機、電阻式傳感器、GSM通信模塊以及其它電路模塊進行了詳細介紹，并且對報警器主程序做了說明。結(jié)果顯示，火災(zāi)報警器對于預(yù)防火災(zāi)具有良好的效果，而且，本設(shè)計價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，尤其適合于家庭小居室的使用要求，具有一定的應(yīng)用價值。

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