基于單片機(jī)的火災(zāi)智能報(bào)警控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張江亞 王靜 李煥娜

摘要：本設(shè)計(jì)利用STC89C52RC單片機(jī)和MQ-2電阻式半導(dǎo)體煙霧傳感器設(shè)計(jì)出一種火災(zāi)智能報(bào)警控制系統(tǒng)，相對(duì)于普通火災(zāi)報(bào)警器，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)性價(jià)比相對(duì)較高，使用時(shí)間長(zhǎng)、智能化程度更高、總體構(gòu)造簡(jiǎn)單、靈敏、穩(wěn)定、且有較高實(shí)用的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：煙霧、報(bào)警器、STC89C52RC

一 前言

1.1火災(zāi)報(bào)警器的發(fā)展趨勢(shì)

在上世紀(jì)九十年代的時(shí)候，火災(zāi)報(bào)警儀器的市場(chǎng)還是主要由外國(guó)的產(chǎn)品占據(jù)著，外國(guó)的產(chǎn)品的安全度高，耐用性好，并且技術(shù)高新。當(dāng)時(shí)我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，對(duì)火災(zāi)報(bào)警器的需求很大。我國(guó)政府推出了相關(guān)的扶持政策，中國(guó)的企業(yè)也看到了市場(chǎng)的巨大需求，進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警器的研究，來提升我國(guó)火災(zāi)報(bào)警器的缺口。經(jīng)過專家們幾年的辛苦鉆研，我國(guó)的火災(zāi)報(bào)警器的技術(shù)及質(zhì)量漸漸追趕上來。

1.2火災(zāi)報(bào)警器的現(xiàn)狀及特點(diǎn)

依靠中國(guó)多年的基本建設(shè)發(fā)展，火災(zāi)報(bào)警行業(yè)也得到了高速的發(fā)展，還擁有了同海外知名企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的能力。從消防報(bào)警產(chǎn)品的科技成分上來講，和國(guó)外產(chǎn)品相比較，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的差異甚微，而且有很多指標(biāo)也比國(guó)外產(chǎn)品好很多。但國(guó)內(nèi)產(chǎn)品還有很多問題：相比較于國(guó)外消防報(bào)警儀器的快速穩(wěn)定生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)還處于起步階段，需要不斷的成長(zhǎng)和更新;所以我們和國(guó)外的報(bào)警儀器在質(zhì)量等方面有不少的不足的地方;且在我們正有規(guī)?；拇笮推髽I(yè)和集團(tuán)形成，便可以領(lǐng)到國(guó)內(nèi)的企業(yè)們向海外市場(chǎng)發(fā)起沖擊，并最后將擁有國(guó)外消防報(bào)警市場(chǎng)。

二 煙霧檢測(cè)報(bào)警器的方案設(shè)計(jì)

2.1煙霧檢測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì)思路

煙霧檢測(cè)報(bào)警器是可查出空氣中的煙霧含量，還能過報(bào)警的產(chǎn)品，產(chǎn)品的根本構(gòu)成有：煙霧含量接收系統(tǒng)，單片機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)，模擬變化系統(tǒng)。目前煙霧信號(hào)采集儀器都是通過煙霧傳感器，來把煙霧信號(hào)變化成虛擬的電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路ADC1852通過煙霧檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)射的模擬信號(hào)改變?yōu)閱纹瑱C(jī)能夠認(rèn)知的數(shù)字信號(hào)后傳輸給單片機(jī)。單片機(jī)將這個(gè)數(shù)據(jù)執(zhí)行濾波處理，還將分析后的數(shù)據(jù)加以改變，區(qū)分這個(gè)特定數(shù)（又稱火災(zāi)指數(shù)）是大還是相同，要是大于就會(huì)運(yùn)行防火災(zāi)系統(tǒng)發(fā)出火災(zāi)響聲，相同就處于合適狀況。

2.2煙霧傳感器的選型

本設(shè)計(jì)中采用的MQ-2型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導(dǎo)體。當(dāng)處于185-295度，二氧化錫招來環(huán)境里氧氣，導(dǎo)致氧分子附著上邊，這時(shí)二氧化錫中正電子會(huì)變少，這時(shí)電阻會(huì)上升。如果火災(zāi)發(fā)生，那么晶粒間界處勢(shì)壘會(huì)和煙霧含量成比例動(dòng)作，勢(shì)必導(dǎo)致電導(dǎo)率改變。利用這一點(diǎn)就可以獲得這種煙霧存在的信息。遇到可燃煙霧（如CH4等）時(shí)，原來吸附的氧脫附，而由可燃煙霧以正離子狀態(tài)吸附在二氧化錫半導(dǎo)體表面;氧脫附放出電子，煙霧以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使二氧化錫半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子密度增加，電阻值下降。而當(dāng)空氣中沒有煙霧時(shí)，二氧化錫半導(dǎo)體又會(huì)自 動(dòng)恢復(fù)氧的負(fù)離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是MQ-2型燃性煙霧傳感器檢測(cè)可燃煙霧的基本原理。

三 煙霧檢測(cè)報(bào)警器整體設(shè)計(jì)方案

3.1煙霧檢測(cè)報(bào)警器原理

STC89C52RC單片機(jī)是該報(bào)警器的關(guān)鍵元件，是否發(fā)生火災(zāi)則依靠 MQ-2傳感器。傳感器發(fā)出的電流信號(hào)，電流的幅度大小代表著煙霧的大小。該信號(hào)會(huì)擴(kuò)大，在傳到ADC0832.在這里邊把信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)給出的信號(hào)在警報(bào)值之下，那么代表環(huán)境是沒有發(fā)生火災(zāi)的，不會(huì)報(bào)警。如果給出的信號(hào)在警報(bào)值之上，那么代表環(huán)境是發(fā)生火災(zāi)的，就會(huì)報(bào)警。由于MQ-2傳感器停滯后，再次使用后，它會(huì)對(duì)溫度有要求，當(dāng)溫度達(dá)到一定程度以后該傳感器才會(huì)收到煙霧的信息。所以我們首先要對(duì)觸感器進(jìn)行升溫，時(shí)間為一百八十秒。

3.2單片機(jī)的選型

STC89C52RC它的特點(diǎn)有使用的電能少、較為綠色環(huán)保、運(yùn)行操作較高。片內(nèi)含8KB（可經(jīng)受1000次擦寫周期）的FLASH可編程可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM），器件采用CMOS工藝和ATMEL公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)器（NURAM）技術(shù)制造，其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容，片內(nèi)的FLASH存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)編程器來編程。

3.3 ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

ADC0832是與微處理器完全兼容的，并且有8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換的集成芯片。這個(gè)D/A芯片價(jià)格便宜、接口容易、轉(zhuǎn)換控制方便等優(yōu)點(diǎn)，它的適用范圍比較廣泛，尤其在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用頗為甚多。

一般情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK提供時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖到來之前DI端必須是高電平，表示啟動(dòng)位。在第2、3個(gè)時(shí)鐘脈沖到來之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。

3.4 狀態(tài)指示燈及控制鍵電路

狀態(tài)指示燈及控制鍵電路圖如圖3-5所示。單片機(jī)STC89C52RC的21腳（P2.0）、22腳（P2-1），控制輸出的狀態(tài)指示燈。如果未發(fā)生火災(zāi)那么綠色的指示會(huì)顯示，如果發(fā)生火災(zāi)那么紅色的指示會(huì)顯示，會(huì)采取應(yīng)急方式，如報(bào)警或者采取滅火方式。

四 煙霧檢測(cè)報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國(guó)Keil Software公司出品的KeilC51，KeilC51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之 高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能 體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。

五 總結(jié)

本文使用了自動(dòng)收取信號(hào)和模塊序列，經(jīng)過了透徹分析，了解中國(guó)及外國(guó)相像儀器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，正確的制出系統(tǒng)流程大綱。并對(duì)儀器的整體設(shè)計(jì)和各個(gè)組成部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)。

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（作者單位：河北科技學(xué)院）