無線藍牙火災報警器的設計

朱桂玉 李自成 吳俞江 張?zhí)煳?朱俊丞

摘 要 本文是基于單片機的無線藍牙監(jiān)控火災報警器的研究，重點地指出火災報警器的火災預警的重要性。首先，結(jié)合實際情況選擇了MQ-2煙霧傳感器和DS18B20溫度傳感器。其次，選擇了STC89C52單片機作為控制系統(tǒng)的核心并利用編程軟件將所有的模塊搭建起來。最后，進行了系統(tǒng)調(diào)試，結(jié)果表明本課題設計的火災報警器能夠正常地運行，能夠很好地實現(xiàn)溫度、煙霧預警及實時無線監(jiān)控功能?？傮w而言，該煙霧溫度報警器是由硬件配置和軟件設計兩部分組成。在單片機STC89C52強大的處理運算功能下，繼而對硬件的各個電路進行特定的驅(qū)動，從而使之實現(xiàn)火災報警的功能[1]。

關(guān)鍵詞 單片機 火災報警器 傳感器 無線監(jiān)控

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）06-0097-03

1 系統(tǒng)總體設計方案

1.1 火災報警器的設計思路

本論文設計的煙霧檢測火災報警器同傳統(tǒng)的煙霧報警器有著一定的升級，該報警器不僅可以很好地檢測環(huán)境周圍的煙霧濃度并對火情的發(fā)生做出報警，還可以通過無線模塊對使用環(huán)境周圍的煙霧濃度、溫度實施實時地監(jiān)控，盡可能地方便了我們對火情的掌握。該報警器的基本組成有：煙霧信號采集電路、溫度信號采集電路、單片機最小系統(tǒng)電路、LCD顯示電路、按鍵電路、無線藍牙模塊電路及聲光報警電路。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

為使煙霧報警器在火情發(fā)生之前做出報警，其設計必須使得該火災報警器能夠在惡劣的環(huán)境下有效工作，這就需要該煙霧報警器有著相對較寬的溫度工作區(qū)間，另外還必須具備實時顯示、動作迅速的特點。總之，其目的就是為了盡可能減少人身財產(chǎn)的損失和火災事故的發(fā)生。

1.2 MQ-2系列煙霧傳感器的工作原理

MQ-2煙霧傳感器是一種氣敏型半導體煙霧傳感器，其被廣泛地應用于家用報警器之中。該煙霧傳感器的工作機理也很簡單，即利用傳感器上的二氧化錫對環(huán)境的敏感度而產(chǎn)生不同的電阻輸出來判斷煙霧情況[2]。該煙霧傳感器是根據(jù)二氧化錫電阻率的變化情況來判斷周圍環(huán)境的煙霧存在情況。

MQ-2煙霧傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由結(jié)構(gòu)圖可知，該煙霧報警器的核心組成由3部分組成，分別是微型的三氧化二鋁陶瓷層、二氧化錫敏感層和固定在塑料或不銹鋼體上的敏感元件。

1.3 MQ-2煙霧傳感器的重要指標

眾所周知，煙霧傳感器的工作環(huán)境都是易燃易爆炸的場所，如果說傳感元件的加熱絲發(fā)生電源短路故障或其他短路故障時，極有可能在元件端口處發(fā)生過熱和放電現(xiàn)象。一般情況下其供電電源選擇為（5±0.2）V，發(fā)熱電阻（31±3）Ω。MQ-2煙霧傳感器工作的參數(shù)如表1所示。

2 系統(tǒng)的硬件組成電路

2.1 STC89C52單片機最小系統(tǒng)電路

單片機的最小系統(tǒng)電路，分別由復位電路、時鐘電路和電源電路組成，下面將對單片機STC89C52最小系統(tǒng)電路的基礎電路進行簡要介紹。

1.電源電路：即負責給單片機的正常運行供電。在實際選擇中STC89C52有5V和3V的工作電壓，為使得設計更加簡單，故在本設計中選取5V的STC89C52單片機。

2.時鐘電路：時鐘電路在單片機中有著極為重要的地位，時鐘電路是否正常運行決定了單片機能否正常工作。

3.復位電路：在系統(tǒng)運行中，單片機和計算機都會有異常運行的情況出現(xiàn)，為避免異常工作持續(xù)，便給單片機設置了一個復位電路。

2.2 MQ-2煙霧傳感及A/D轉(zhuǎn)換電路

ADC0832是一款常用的模數(shù)轉(zhuǎn)化芯片，在工業(yè)控制等自動化控制系統(tǒng)中應用廣泛。另外，該芯片獨具特色的雙通道輸出還可作為數(shù)據(jù)檢驗，可更好地減小數(shù)據(jù)誤差。

ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片一共有8個引腳，可實際情況下ADC0832的DI、DO并不是同時工作的，因引腳（DI）、引腳（DO）且同單片機之間的通信是雙向進行的，故而在實際硬件接線時只需將DI和DO引腳的出線口聯(lián)與單片機連接，通過這樣的方式也極大地簡化了電路PCB板的焊接。

2.3 溫度采集電路和無線藍牙電路

DS18B20溫度采集電路采用DS18B20溫度傳感器十分的方便，采集的溫度信號不用經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器便能直接送至單片機STC89C52。

在火災報警系統(tǒng)中添加了如圖3所示的無線藍牙模塊，該無線藍牙模塊的結(jié)構(gòu)簡單，一共有4個引腳，其中引腳1和引腳4分別用于接地和接5V的直流電源。引腳2與單片機的P3.0端口連接，用作數(shù)據(jù)信號的接收。引腳3與單片機的P3.1端口連接，用作數(shù)據(jù)信號的發(fā)送。在對HC-05無線藍牙模塊硬件接線后再在PC端上進行配置便能成功地將HC-05無線藍牙模塊的實時監(jiān)控功能用于火災報警系統(tǒng)了。

2.4 聲光報警電路

聲光報警電路如圖4所示，在火災報警器系統(tǒng)[3]的運用中十分重要，當單片機對采集的煙霧和溫度信息處理分析后可知是否需要發(fā)出火災報警信號[4]。

該火災報警信號蜂鳴聲的觸發(fā)正是因為單片機的P2.4口由高電平變?yōu)榱说碗娖綇亩沟萌龢O管Q38550的基級得電，在三極管的放大作用下使得蜂鳴器發(fā)出刺耳的警報聲。

3 火災報警器的實物調(diào)試

本文設計制作的火災報警器，在使用該無線藍牙監(jiān)控火災報警器時，須準備好所需要的具體設備，即火災報警器、手機、5V的直流電源（直接連接電腦的USB端）、可燃氣體模擬器（打火機），為使得本課題調(diào)試方便，故選擇USB接口來為火災報警器進行供電。

首先，需要將火災報警器的藍牙模塊插至火災報警器的藍牙端，然后通過數(shù)據(jù)線給火災報警器通上5V的直流電源，當LCD1602液晶顯示器亮屏時，火災報警器便可以正常運行了。

MQ-2煙霧傳感器是一種用于檢測可燃氣體及烷烴類氣體的常用傳感器，在本設計的實物調(diào)試中，準備好了待調(diào)試的火災報警器，為待測準備過程，通過LCD1602液晶顯示器，可以清晰地看到我們預設的煙霧報警值為3000，實時煙霧值為300近似于無煙霧濃度的初值。且當煙霧濃度值超過3000的那一刻起，一直都有聲光報警信號發(fā)出。

從硬件設計的角度看，單片機STC89C52發(fā)揮著最為核心的作用，承擔著煙霧傳感器經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后電壓信號和DS18B20溫度傳感器信號的處理和分析，并判斷是否發(fā)出聲光火災報警信號。從系統(tǒng)設計的角度看，該系統(tǒng)最先需采集煙霧和溫度信號，在與預先設定的報警值進行分析對比后再做出是否報警。

在以單片機為主體，多種傳感器合理運用的前提下，使得本設計成功地制造出了火災煙霧報警系統(tǒng)。通過模擬火災的溫度及煙霧條件，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可以很好地實現(xiàn)火災預警，相信在實際運用中定能有效避免火災的發(fā)生。

參考文獻：

[1] 龔惠東.基于單片機的智能火災報警器自行設計研究[J].大眾標準化，2021（04）：156-158.

[2] 張思祥，甘凱，周圍.提高火災煙霧傳感器檢測精度的方法[J].傳感器與微系統(tǒng)，2021，40（01）：151-153.

[3] 蔣松云.基于單片機溫度和煙霧檢測報警系統(tǒng)的設計[J].電子制作，2017（11）：21-22.

[4] 徐妙婧，祖一康.基于單片機的煙霧檢測報警系統(tǒng)設計[J].電腦知識與技術(shù)，2016，12（35）：276-277.