基于單片機(jī)的火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)

張德禹 陳玉玲

摘 要：設(shè)計(jì)主旨是以單片機(jī)為核心對火災(zāi)的發(fā)生進(jìn)行監(jiān)測，該系統(tǒng)是以AT89C51單片機(jī)為核心的一套檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)選用了溫度傳感器和煙霧傳感器實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。溫度采集模塊使用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，煙霧傳感器模塊同時(shí)配有報(bào)警系統(tǒng)，從而構(gòu)成火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的全部功能。

關(guān)鍵詞：溫度傳感器;煙霧傳感器;單片機(jī);火災(zāi)監(jiān)測

中圖分類號：TP274 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.06.015

作者簡介：張德禹（1998-），男，遼寧蓋州人，沈陽工學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)本科在讀，E-mail：165929648@qq.com。

通訊作者：陳玉玲（1981-），女，遼寧凌源人，講師，碩士，研究方向：圖像處理，E-mail：7450935@qq.com。

0 引言

信息時(shí)代的不斷發(fā)展促使火災(zāi)監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的不斷更新?lián)Q代，為了使系統(tǒng)能更好的應(yīng)用于新的環(huán)境，該類系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)一種快速、有效、準(zhǔn)確的監(jiān)測裝置，同時(shí)配有報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)超過報(bào)警值進(jìn)行報(bào)警，以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的可靠預(yù)防。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括主MCU控制模塊、煙霧探測模塊、溫度感應(yīng)模塊和報(bào)警模塊。主控單元采用的是AT89C51單片機(jī)與煙霧檢測器、溫度傳感器。系統(tǒng)通過主控制單元，微控制器AT89C51，連接到溫度傳感器和煙霧傳感器，將兩個(gè)系統(tǒng)的檢測值進(jìn)行分析，當(dāng)檢測到的兩組數(shù)值均高于設(shè)定危險(xiǎn)值時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)開始工作并控制蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)報(bào)警燈閃爍，直到工作人員按下復(fù)位按鈕，報(bào)警系統(tǒng)結(jié)束工作。

1.1 溫度傳感器設(shè)計(jì)

溫度傳感器模塊采用的是DS18B20型號的傳感器，經(jīng)過與單片機(jī)連接傳遞檢測信息，可用于環(huán)境溫度測控、溫度監(jiān)測以及過程監(jiān)控。同時(shí)配有寄存器，當(dāng)系統(tǒng)斷電時(shí)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。其中DS18B20的電源供電方式有兩種，外部供電和寄存電源供電，工作寄存電源供電是將單片機(jī)的VDD端與GND端接地，VDD端口實(shí)行外接電源供電。

1.2 煙霧傳感器設(shè)計(jì)

煙霧檢測模塊采用的是以單片機(jī)為核心，同時(shí)配備放大電路，將收集的信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，模擬信號被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸入到單片機(jī)中，進(jìn)而分析信息以確定是否達(dá)到設(shè)定的警報(bào)值，當(dāng)超出安全范圍時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行工作。為了提高傳感器的準(zhǔn)確度，警報(bào)器能夠向煙霧傳感器提供5 V電壓供電。

1.3 報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

報(bào)警系統(tǒng)主要基于單片機(jī)，同時(shí)配有指示燈、聲音報(bào)警器等附加功能模塊，為了保證傳遞的信息有效準(zhǔn)確，系統(tǒng)設(shè)定當(dāng)煙霧檢測裝置檢測到持續(xù)15 s的檢測值高于規(guī)定范圍時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)開始工作，同時(shí)報(bào)警系統(tǒng)中的發(fā)光二極管與單片機(jī)連接，以實(shí)現(xiàn)到達(dá)報(bào)警時(shí)報(bào)警燈進(jìn)行閃爍的功能要求。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 溫度傳感器設(shè)計(jì)

溫度傳感器部分的信息采集與處理主要是將單片機(jī)AT89C51與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中溫度傳感器DS18B20相連接，讀取序列號時(shí)，需要時(shí)序要求才能正確寫入溫度讀數(shù)程序。必須根據(jù)命令流程執(zhí)行MCU控制溫度轉(zhuǎn)換。首先對初始化時(shí)序進(jìn)行執(zhí)行，之后單片機(jī)發(fā)出指令跳過ROM，發(fā)出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換命令來轉(zhuǎn)換成溫度。

2.2 煙霧傳感器設(shè)計(jì)

在煙霧檢測裝置的信息采集部分以及信號放大電路中，濾波整流實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)信號功能，將滿足單片機(jī)要求的放大信號輸入到單片機(jī)中。該系統(tǒng)使用半導(dǎo)體煙霧探測器，它屬于電阻傳感器的類型。在操作中，需要向ADC發(fā)送一個(gè)參考電阻，以便通過放大器電路進(jìn)行配準(zhǔn)，這有利于減少硬件開銷并且易于使用。

煙霧傳感器的溫度范圍可以顯示在LCD顯示屏上，以獲得煙霧密度，當(dāng)煙氣濃度達(dá)到設(shè)定濃度值時(shí)，聲光報(bào)警和故障診斷功能開始工作，快速重新檢測和延時(shí)報(bào)警功能能夠有效保證信息準(zhǔn)確，避免發(fā)生誤報(bào)。并由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)濃度檢測，上位機(jī)保存記錄并完成實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測和控制要求，其中煙霧檢測濃度誤差在±5%之內(nèi)。

2.3 報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

聲音報(bào)警電路主要采用的是無源壓電式蜂鳴器，選用的是KM3712X型號，該類型的蜂鳴器體積較大，聲音比較響，適合用于火災(zāi)報(bào)警裝置。報(bào)警電路與單片機(jī)STC12C5412AD的P3.7接口連接。

當(dāng)檢測裝置確認(rèn)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，伴隨報(bào)警器工作，工作人員到達(dá)現(xiàn)場時(shí)，按下復(fù)位鍵報(bào)警器才會(huì)停止工作。若沒有按下復(fù)位鍵，系統(tǒng)仍會(huì)繼續(xù)報(bào)警提示。

3 系統(tǒng)總結(jié)

通過分析傳感器的特性與AT89C51單片機(jī)實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示電路、儲存器、通信電路等設(shè)計(jì)，數(shù)字溫度傳感器有效的降低成本，使應(yīng)用系統(tǒng)可靠性提高并且傳輸距離更遠(yuǎn)。

而煙霧傳感器為了保證安全，避免火災(zāi)發(fā)生導(dǎo)致的財(cái)產(chǎn)安全的危害，要求設(shè)備的靈敏度高，工作可長期穩(wěn)定，不易受環(huán)境變化而影響檢測狀態(tài)。充分利用數(shù)據(jù)處理來實(shí)現(xiàn)智能化。使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單、更穩(wěn)定、體積更小，其性能要求是溫度越高反應(yīng)越快，且穩(wěn)定性更高，該系統(tǒng)對煙霧傳感器外加5 V電壓持續(xù)加熱，當(dāng)傳感器電熱絲斷裂或傳感器接觸不良時(shí)，為了確保傳感器的可靠加熱，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行報(bào)警。

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、造價(jià)低廉、具有智能化的火災(zāi)監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。由于系統(tǒng)設(shè)定了煙霧報(bào)警器和溫度檢測器，使系統(tǒng)具有更好的可靠性，與此同時(shí)設(shè)定了延時(shí)報(bào)警，防止檢測失誤所帶來的不便。

參考文獻(xiàn)：

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