基于单片机的烟雾报警系统设计

田亚立,梁 波,尹少荣,杜佳敏

（宁夏工业职业学院，宁夏银川,750021）

基于单片机的烟雾报警系统设计

田亚立,梁 波,尹少荣,杜佳敏

（宁夏工业职业学院，宁夏银川,750021）

城市人口密度不断增加的同时，火灾隐患日益加剧，烟雾检测也越来越受到人们的重视，所以需要开发出小型、可靠、廉价的烟雾报警系统。本设计以STC89C52单片机为中心，通过DS18B20及MQ-2检测外部环境，并可实时报警和显示采集信息。文中介绍了烟雾报警系统的硬件电路及软件流程。

单片机；烟雾检测；硬件设计；火灾报警

随着中国城市化进程的不断推进，城市人口密度不断提高。人们享受便利生活的同时，也增加了火灾的隐患。近年来，不断发生的重大火灾事件提醒我们，在很多情况下是因为不能及时发现火情错过了最佳抢救时机才酿成的灾难，所以良好的火灾预警系统及有效的报警设施可以大大的降低不必要的损失。

为了降低火灾危害，就需要设计出可靠性强、实时性好的火灾自动报警系统，笔者设计的火灾的报警不仅在火灾现场进行声光报警，还将火灾信息及时通知业主或实验室管理员。

1 烟雾报警系统的总体设计

烟雾报警系统首先通过烟雾传感器及温度传感器对现场的环境进行实时监测，监测数据经过A/D转换器送入单片机进行信号处理，根据数据分析结果确定是否报警及发送报警信息。

2 烟雾报警系统的硬件设计

烟雾报警系统需对环境中的烟雾浓度进行检测，并可以实时报警的设备。其电路主要包括电源模块、烟雾检测模快、温度检测模块、声光报警模块、显示模块和远程报警模块等几部分。

2.1 电源模块

电源模块的主要作用是将AC220V电能转化为DC5V的装置。AC220V通过变压器转换为AC18V，整流桥将AC18V转换为DC20V。直流信号通过电容滤波送入到三端稳压器7805中后经滤波电容C3，输出DC5V电信号，其电路如图1-1所示。

2.2 烟雾检测模块

烟雾检测采用MQ-2烟雾传感器，输出模拟量范围为0～5V。传感器引脚1、2.3接+5V电源，引脚5接地，引脚4、6并接接入CH0端，经ADC0832采集后就可以得到各种烟雾浓度下的电压值，以便设定出理想的烟雾强度报警值。

2.3 温度检测模块

温度检测采用数字量输出的DS18b20温度传感器。DS1820可以以0.5℃的增量值在0.5℃至+125℃的范围内测量温度，数据在单线接口上串行发送。

2.4 声光报警模块

图1-1 火灾烟雾报警器的电源电路

当检测到现场数据超过设定值（报警值）时，单片机的P3.6口输出低电平信号，三极管Q5导通，声光报警电路工作。发光二极管发光，蜂鸣器发出报警声。

2012年以来，中国经济的增长速度进入下降区间，2017年GDP增长率仅为6.9%相比2012年的7.7%下降了0.8%。由于经济增速的下降，我国政府一直采取了相对宽松的货币政策，成为经济体增加杠杆的客观条件；此外，监管分业而治使得跨部门的协同监管具有一定难度，使得很多金融创新品存在监管漏洞，从而诱发金融创新“野蛮”生长，这也为经济增杠杆提供了金融手段[1]。我国债务杠杆率上升迅速引起了社会各界的广泛关注，2015年年底，中央经济工作会议明确提出了“去杠杆”的指导意见，要求加强监管防范系化解风险[2]。

2.5 显示模块

显示模块采用4位LED数码管显示，用于显示检测数据集报警信息。数码管采用动态显示的方法，段选信号由P1口控制，位选信号由P2.4-P2.7控制。

2.6 远程报警

本设计中单片机的串口发送接口TXD和串口接收接口RXD，分别与TC35i模块的RXD和TXD口连接，实现串口数据的发送和接收。

除此之外，在报警系统的硬件设计中还设置了手动测试机及手动报警值设置按键。

3 烟雾报警系统的软件设计

烟雾报警系统的软件设计主要包括主程序和报警模块等。

3.1 主程序模块

系统上电后，程序执行初始化子程序，这部分的功能包括I/O口输入输出状态的设定，寄存器清零、初始化定时器等。DS18B20 温度传感器及MQ-2烟雾传感器负责采集外部信息。DS18B20检测到的数字信号直接输入单片机，MQ-2检测的模拟信号须经A/D转换后输入单片机，单片机经过数据处理将结果通过LED显示，计算结果将决定报警输出模块是否工作。

3.2 报警模块

4 结论

本系统是以STC89S52单片机为核心而设计的烟雾报警系统。系统可以实现报警限设置、温度及烟雾浓度信息采集、故障自诊断、声光报警、远程短信报警、温度显示、浓度等级显示等功能，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的火灾报警器，具有一定的实用价值。

[1] 张勇.火灾报警系统设计思路探讨[J].价值工程,2012,(13):160～161

[2] 张立新.单片机典型外围器件及应用[M].北京:人民邮电出版社,2006

[3] 聂巍,李晓青.智能火灾报警系统设计[J].信息通信,2012(2).

[4] 李中望.一种智能火灾报警系统的设计方案.安防科技，2008，8：12-13.

田亚立，1982年，性别：女，民族：汉族，籍贯：宁夏，职称：助教，学位：硕士，研究方向：电路与系统。

表1 两系统的比较结果

由表1可以看出，新系统的信噪比门限为-83dB,而没有加入小波滤波的旧系统，其信噪比门限仅为-13dB。因此可见，新的系统提高了高频下微弱信号的检测性能。

3 本章小结

电磁超声进行高压输电线路缺陷检测的不足就是回波信号被强大的噪声覆盖，普通方法难以检测出来。本章引入了小波去噪，研究了小波变换理论，并将小波变换与常见的信号处理方法（如傅里叶变换方法）进行了比较，将小波技术与混沌检测技术结合起来，很好地解决了高频环境中检测微弱超声信号的问题。经过仿真实验，很好地证明了此方法的优越性,输出信噪比门限降低，能有效检测到强噪声中的有用超声信号，且具有良好的鲁棒性。

参考文献

[1] 蔡成良，丁一工等著．EMT-I型输电线路损伤检测仪研制报告[M]．湖北省：湖北省电力试验研究所．1999．

[2] 蔡成良．输变电设备无损检测技术[M]．北京：中国电力出版社．2010．

[3] 王晓希．特高压输电线路状态监测技术的应用[J]．电网技术．2007，31(22)．

作者简介

王海滨(1980年-)，男，山东济宁人，讲师，在加拿大University of Saskatchewan获得博士学位并任该校博士后，现任河海大学物联网工程学院讲师，主要研究领域为集成电路中的辐射效应和防辐射加固技术。

林善明(1964年-)，男，副教授，硕士， 主要研究领域为图像处理。

Design of smoke alarm system based on single chip microcomputer

Tian Yali,Liang Bo,Yin Shaorong,Du Jiamin
（Ningxia Institute of Industry Technology,Yinchuan Ningxia,750021）

This design takes STC89C52 microcontroller as the center,through the DS18B20 and MQ-2 detection of the external environment,and can real-time alarm and display the collection information.The hardware circuit and software flow of the smoke alarm system are introduced in this paper.

single chip microcomputer;smoke detection;hardware design;fire alarm

由宁夏工业职业学院2014年科研项目经费支持的项目。