基于单片机的火灾监测系统

    张德禹 陈玉玲

    摘 要：设计主旨是以单片机为核心对火灾的发生进行监测，该系统是以AT89C51单片机为核心的一套检测系统，系统选用了温度传感器和烟雾传感器实现相关功能。温度采集模块使用DS18B20数字温度传感器，烟雾传感器模块同时配有报警系统，从而构成火灾监测系统的全部功能。

    关键词：温度传感器;烟雾传感器;单片机;火灾监测

    中图分类号：TP274 ? ? ? ?文献标识码：A

    doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.06.015

    作者簡介：张德禹（1998-），男，辽宁盖州人，沈阳工学院电气工程及其自动化专业本科在读，E-mail：[email protected]。

    通讯作者：陈玉玲（1981-），女，辽宁凌源人，讲师，硕士，研究方向：图像处理，E-mail：[email protected]。

    0 引言

    信息时代的不断发展促使火灾监测报警系统的不断更新换代，为了使系统能更好的应用于新的环境，该类系统应设计一种快速、有效、准确的监测装置，同时配有报警系统，当超过报警值进行报警，以实现火灾的可靠预防。

    1 系统设计

    系统设计主要包括主MCU控制模块、烟雾探测模块、温度感应模块和报警模块。主控单元采用的是AT89C51单片机与烟雾检测器、温度传感器。系统通过主控制单元，微控制器AT89C51，连接到温度传感器和烟雾传感器，将两个系统的检测值进行分析，当检测到的两组数值均高于设定危险值时，报警系统开始工作并控制蜂鸣器报警，同时报警灯闪烁，直到工作人员按下复位按钮，报警系统结束工作。

    1.1 温度传感器设计

    温度传感器模块采用的是DS18B20型号的传感器，经过与单片机连接传递检测信息，可用于环境温度测控、温度监测以及过程监控。同时配有寄存器，当系统断电时对系统数据进行保存。其中DS18B20的电源供电方式有两种，外部供电和寄存电源供电，工作寄存电源供电是将单片机的VDD端与GND端接地，VDD端口实行外接电源供电。

    1.2 烟雾传感器设计

    烟雾检测模块采用的是以单片机为核心，同时配备放大电路，将收集的信号转换为模拟信号，模拟信号被转换为数字信号并输入到单片机中，进而分析信息以确定是否达到设定的警报值，当超出安全范围时，报警系统进行工作。为了提高传感器的准确度，警报器能够向烟雾传感器提供5 V电压供电。

    1.3 报警系统设计

    报警系统主要基于单片机，同时配有指示灯、声音报警器等附加功能模块，为了保证传递的信息有效准确，系统设定当烟雾检测装置检测到持续15 s的检测值高于规定范围时，报警系统开始工作，同时报警系统中的发光二极管与单片机连接，以实现到达报警时报警灯进行闪烁的功能要求。

    2 硬件设计

    2.1 温度传感器设计

    温度传感器部分的信息采集与处理主要是将单片机AT89C51与火灾报警系统中温度传感器DS18B20相连接，读取序列号时，需要时序要求才能正确写入温度读数程序。必须根据命令流程执行MCU控制温度转换。首先对初始化时序进行执行，之后单片机发出指令跳过ROM，发出启动转换命令来转换成温度。

    2.2 烟雾传感器设计

    在烟雾检测装置的信息采集部分以及信号放大电路中，滤波整流实现调节信号功能，将满足单片机要求的放大信号输入到单片机中。该系统使用半导体烟雾探测器，它属于电阻传感器的类型。在操作中，需要向ADC发送一个参考电阻，以便通过放大器电路进行配准，这有利于减少硬件开销并且易于使用。

    烟雾传感器的温度范围可以显示在LCD显示屏上，以获得烟雾密度，当烟气浓度达到设定浓度值时，声光报警和故障诊断功能开始工作，快速重新检测和延时报警功能能够有效保证信息准确，避免发生误报。并由上位机实现浓度检测，上位机保存记录并完成实现远程检测和控制要求，其中烟雾检测浓度误差在±5%之内。

    2.3 报警系统设计

    声音报警电路主要采用的是无源压电式蜂鸣器，选用的是KM3712X型号，该类型的蜂鸣器体积较大，声音比较响，适合用于火灾报警装置。报警电路与单片机STC12C5412AD的P3.7接口连接。

    当检测装置确认发生火灾时，伴随报警器工作，工作人员到达现场时，按下复位键报警器才会停止工作。若没有按下复位键，系统仍会继续报警提示。

    3 系统总结

    通过分析传感器的特性与AT89C51单片机实时时钟显示电路、储存器、通信电路等设计，数字温度传感器有效的降低成本，使应用系统可靠性提高并且传输距离更远。

    而烟雾传感器为了保证安全，避免火灾发生导致的财产安全的危害，要求设备的灵敏度高，工作可长期稳定，不易受环境变化而影响检测状态。充分利用数据处理来实现智能化。使系统结构更简单、更稳定、体积更小，其性能要求是温度越高反应越快，且稳定性更高，该系统对烟雾传感器外加5 V电压持续加热，当传感器电热丝断裂或传感器接触不良时，为了确保传感器的可靠加热，系统会进行报警。

    4 结束语

    本设计是一种结构简单、性能稳定、使用方便、造价低廉、具有智能化的火灾监测报警系统，具有很好的实际应用价值。由于系统设定了烟雾报警器和温度检测器，使系统具有更好的可靠性，与此同时设定了延时报警，防止检测失误所带来的不便。

    参考文献：

    [1] 彭军.传感器与检测技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.

    [2] 李永生，杨莉玲.半导体气敏元件的选择性研究[J].仪表技术与传感器，2003（3）：7-9.