基于單片機(jī)的家庭煙霧報(bào)警系統(tǒng)

文/胡喻杰 楊龍成

由于科技的發(fā)展以及各類家電走入千家萬戶，越來越多的隱患也將隨之而產(chǎn)生。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和通報(bào)火災(zāi)，減少和防止火災(zāi)危害，就一定要把火災(zāi)危害制止在發(fā)生之前，一套精準(zhǔn)及時(shí)的煙霧報(bào)警系統(tǒng)就顯得極為重要，第一時(shí)間檢測煙霧濃度，在火災(zāi)苗頭之前進(jìn)行消防措施，能夠成功的消除火災(zāi)所造成的一系列事故，減少損失。因此，家庭煙霧報(bào)警系統(tǒng)將成為一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。

圖1：家庭煙霧報(bào)警系統(tǒng)系統(tǒng)框架圖

1 家庭煙霧報(bào)警系統(tǒng)介紹

家庭煙霧報(bào)警系統(tǒng)是實(shí)時(shí)檢測周圍環(huán)境中煙霧濃度數(shù)值，一旦煙霧濃度達(dá)到一定值，便會(huì)通過蜂鳴器進(jìn)行聲音預(yù)警的一套家用設(shè)備系統(tǒng)。整套設(shè)備系統(tǒng)由單片機(jī)控制電路、蜂鳴器聲音預(yù)警電路、安全保護(hù)電路、數(shù)據(jù)采集模擬轉(zhuǎn)換電路組成。

本系統(tǒng)主要針對家庭等中小型應(yīng)用場所，對火災(zāi)煙霧檢測的敏銳性要求較高，設(shè)計(jì)出來的報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)該對煙霧檢測實(shí)時(shí)高效。因此選擇的傳感器MQ-2 作為煙霧報(bào)警器的核心元器件，采集液化氣、丙烷、氫氣等可燃?xì)怏w濃度數(shù)值。將檢測的信息轉(zhuǎn)變成電信號，緊接著送出模擬信號，這時(shí)AD 采集電路進(jìn)行信號采集，在CC2530 單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行識別判斷、查詢等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出煙霧報(bào)警狀態(tài)控制信號以此驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出觸發(fā)信號。裝置受到指令，即作出聲音報(bào)警，整體系統(tǒng)具有很好的示警效果（如圖1所示）。

本系統(tǒng)按照要求來進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，必須包含以下幾個(gè)部分：

（1）CC2530 單片機(jī)的控制部分。

（2）傳感器MQ-2 煙霧檢測部分。

（3）蜂鳴器聲音報(bào)警部分。

圖2：元件外形結(jié)構(gòu)

圖3：蜂鳴器電路圖

圖4：串口調(diào)試助手界面

2 家庭煙霧報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)施

2.1 單片機(jī)CC2530

CC2530 是用于IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。它可以做到用很低的材料成本價(jià)格完成一個(gè)強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。并且CC2530 單片機(jī)的運(yùn)行模式也很多樣，這就使得其在運(yùn)行超低功耗要求的系統(tǒng)時(shí)會(huì)特別適應(yīng)，運(yùn)行模式之間出現(xiàn)轉(zhuǎn)換的時(shí)候，轉(zhuǎn)換會(huì)很快速，讓能源的消耗進(jìn)一步得到降低。當(dāng)然CC2530 還有很多強(qiáng)大的功能，結(jié)合的領(lǐng)先的RF 收發(fā)器的卓越性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KB RAM 等。

2.2 傳感器MQ-2

MQ-2 氣體傳感器（如圖2所示）適宜于液化氣、苯、烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測，因此MQ-2 氣體傳感器準(zhǔn)確來說是一個(gè)多種氣體探測器。MQ-2 型傳感器對天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對烷類煙霧更為敏感，在實(shí)驗(yàn)中嘗試用具有刺激性非可燃性煙霧進(jìn)行干擾測試，多次實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出的抗干擾性很強(qiáng)，能夠有效精準(zhǔn)進(jìn)行區(qū)分。（經(jīng)過測試：對烷類的感應(yīng)度比紙張木材燃燒產(chǎn)生的煙霧要好的多，輸出的電壓升高的比較快）。

MQ-2 氣體傳感器的探測范圍極其的廣泛，對于家庭等中小型應(yīng)用場所能夠充分展示它的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、壽命長、驅(qū)動(dòng)電路簡單等。總體來說是一款多種氣體探測應(yīng)用的低成本傳感器。

2.3 蜂鳴器

本系統(tǒng)采用市場上最常見的蜂鳴器（電路圖如圖3所示）作為家庭煙霧報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警裝置。當(dāng)煙霧傳感器檢查到液化氣、丙烷、氫氣等可燃?xì)怏w濃度過高時(shí)，將向蜂鳴器發(fā)出觸發(fā)信號。裝置受到指令，即作出聲音報(bào)警。

3 家庭煙霧報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行效果

本系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的模擬運(yùn)行的演示，首先將節(jié)點(diǎn) S1 開關(guān)撥到左邊，讓CC2530 單片機(jī)和串口進(jìn)行連接，打開串口調(diào)試助手，進(jìn)入如圖4.1 所示界面，在串口參數(shù)設(shè)置選擇正確的端口號以及9600-8-N-1 串口配置，選擇16 進(jìn)制發(fā)送，16 進(jìn)制接收，把煙霧傳感器狀態(tài)讀取指令 0A 03 00 34 00 01 c4 bf 復(fù)制到發(fā)送區(qū)，打開串口，點(diǎn)擊發(fā)送：0A 03 00 34 00 01 c4 bf 返回：0A 03 02 00 BB 5D F6

其中00 BB 是返回的煙霧值，當(dāng)用手握著煙霧傳感器或?qū)熿F傳感器呼出可燃性氣體，數(shù)值便會(huì)上升（如圖4所示）。

4 結(jié)論

本文主要針對家庭等小型應(yīng)用場所，提出基于以單片機(jī)CC2530 作為控制器的智能煙霧報(bào)警系統(tǒng)，通過MQ-2 氣體傳感器來檢測煙霧濃度，在單片機(jī)的A/D 模塊轉(zhuǎn)化后，并配合蜂鳴元器件實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警功能。并通過代碼對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測試，在實(shí)物調(diào)試后，此系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測出空氣中的煙霧濃度，并且及時(shí)通過蜂鳴器警報(bào)，具有很好的示警效果。最終實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果達(dá)到了家庭煙霧報(bào)警系統(tǒng)的預(yù)期。