烟雾温度火灾报警器的设计

杨华博+赵静雅+徐江红

摘要：当前国内火灾发生的比例中，由家庭引发的火灾占到了全国的30%左右，在我国的一些大中型城市里，几乎每天都会发生火灾，因此防火工作越来越重要。但目前国内大多数设计都偏向于大型公共场所，极少有家庭使用型。因此，我们应考虑到家庭的条件，设计开发出一款适和家庭需求的家用烟雾温度火灾报警器来填补市场的空缺。这种报警器应具备家庭需求的基本要求与功能，该文设计了一款适合家用型的烟雾温度火灾报警器。该设计是以单片机和传感器以及采集芯片为核心设计出的一款报警器。同时具备温度报警与烟雾报警功能。核心器件选用的是51系列型号为STC89C52的单片机、MQ-2的烟雾传感器和DS18B20的温度传感器。主要构成的电路有放大、模数转换、显示、单片机控制、报警以及安全保护电路。且设计简单，实用性高，价格低廉。使单片机在报警系统的控制中得到了充分的利用。该文主要针对报警器的各个组成部分做了详细介绍和阐述，并对软件的设计做了重点分析和理解，并解析了未来烟雾温度报警器的发展趋势。

关键词：烟雾报警器；单片机；传感器

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）34-0272-02

1 概述

20世纪30年代，随着科技的发展、政府的大力提倡调控、人们生活水平提高安全意识的不断增强，民众对家庭居住的舒适性和安全性开始有了较高的要求，国外开始研发烟雾报警器，并且发展十分迅速。世界上第一台家用可燃气体报警器于1964年问世。随后，报警器的研发进入了井喷式增长阶段。随之，人们对火灾报警以及自动消防系统的要求也越来越高。为了减少火灾悲剧的发生，就必须对环境中的温度及烟雾浓度进行全日制现场检测，采用安全可靠的先进检测仪表，严密监测，及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保工业安全和家庭生活安全。

20世纪70年代初期，我国开始研制发烟雾报警器，研制初，期主要应用在炼油方面。后来逐渐扩展到了所有的危险作业。但主要是引进国外先进的生产工艺与技术，在此基础上，不断地改进，创新实践，逐渐形成了自己的特色。1997年日本新宇宙股份有限公司与上海燃气创立合资公司，在上海开始家用型气体报警器的生产和售卖。2007年在中国设立独资公司，开始进行工业用气体检测报警器的生产和售卖。

2 设计意义

直至目前为止，我国的火灾报警技术依旧不够成熟，仍旧存在着许多的漏洞。例如智能化程度较低、准确度较差等。虽然我国的火灾报警器都进行了智能化设计。但是，由于对传感器件的阐述，解析较少，软件开发还不够成熟，以至于火灾报警系统难以准确地判断出火灾的等级、烟雾的浓度等数据，造成误判、漏报；其次，网络化程度较低。我国的火灾报警器体现形式主要是通过控制中心火灾自动报警系统和区域、集中火灾自动报警系统。安装形式过于集散，各区域自成体系，无法集中起来，使区域网络化；其次，控制器与探测器之间的连接也有待改善。两者由于是通过铜芯绝缘导线或铜芯电缆穿管相接。使得耗材增多、成本也连带着升高了许多。并且有不耐高温、易磨损等缺点。从而大大减少了火灾报警器在国内的传播与使用。

3 关键技术

该设计解决了国产报警器智能化较低、判断较差的一些问题。通过软件来控制硬件。在安装探测器的监测点上，探测器将烟雾信号转换为电信号，然后送出模拟信号，通过电缆线将信号传输到控制器中的单片机内，通过软件的处理，输出报警器状态的控制信号，从而点亮报警器的指示灯报警并且使蜂鸣器发出声响。从对设计的要求来分析，可分为探测采集部分、单片机控制报警部分以及电源。

探测采集部分主要是由烟雾传感器负责。烟雾传感器作为报警器中的核心器件，是无法被取代的。不同于烟雾报警器，它是一种模拟传感器，可以通过检测烟雾的浓度来实现火灾的防范。是测量装置的重要环节，该设计中所使用的是MQ-2烟雾传感器。它所使用的材料是在清洁空气中电导率十分低的二氧化锡和单晶半导体。对天然气、丙烷、氢气等都有十分高的灵敏度，并且使用寿命长，价格便宜，只需要简单的电路就可驱动。当传感器所处的环境存在天然气等可燃气体时。传感器中的电导率将会随着空气中可燃气体浓度的上升而增加，随后将烟雾转换为电信号并传输出去，从而获得火灾现场的相关信息。值得注意的是，烟雾传感器是在加热的情况下开始工作的，且在稳定的温度范围内，温度越高，延时越小，即传输信息的速度越快。

在实现单片机的控制功能中，需要单片机具有高速处理数据的能力，使得当烟雾浓度信号传输给单片机时，检测人员必须能够通过LED数码管显示及时的观测到烟雾的浓度等级，进而做出一系列的决策。因此，在单片机控制部分的设计上，选用了型号为STC89C52的单片机作为核心元器件。它是一款低功耗、高性能CMOS位的微控制器，可以任意选择机器周期，并且指令代码可以完全兼容传统的8051。具有EEPROM功能和看门狗功能，并且具有正常、空闲、掉电、省电等多种工作模式。其中，掉电模式典型功耗大概在0.1uA，可通过外部终端唤醒，中断返回后，继续执行原程序；空闲模式典型功耗2mA；正常工作模式典型功耗4mA-7Ma等复杂的片内外设。并且具有高速的数据处理能力。而在单片机控制部分正是利用了其高速数据处理能力和复杂的片内外设。使得仪器变得更加微小和智能。同时也加快了报警器市场的开拓。

对于报警系统来说，最重要的莫过于探测器。没有任何一种探测器能够适应所有的环境，都有一定的局限性。因此，本章的报警器设计选用了两种探测器，一种是上文所说的烟雾传感器，而另一个就是温度传感器了。而DS18B20温度传感器具有体积小、成本低、抗干扰能力强、精度高等优点。测温范围为-55℃-125℃，且温度转换的延时较DS1820更为短。它与传统的热敏电阻不同，它可以通过简单的编程在数码管上以数字的形式将所测温度直接体现出来。当烟雾浓度和火灾温度达到一定的值时，它将所感受到的温度转换为输出信号，通过缆线传送给控制电路，完成信号的处理后驱动蜂鸣器和报警器发出声响。

而电源的供电方式则选择的是干电池供电。通过实验验证，当以四节1.5V的干电池做电源时，电池所产生的电压完全能够保证单片机、传感器稳定的工作，且成本较低，更换方便。至于蓄电池，虽然输出电压稳定，又有很强的电流驱动能力，但由于体积偏大，在考虑到家庭使用的情况下，连接在报警器上面极为不便，因此，选择干电池作为供电来源。

4 结论

随着时代的进步和科技的发展，单片机对我们的生活造成的影响将会越来越大，社会的需求也会逐渐增加。它将会广泛应用于工农业等各个部门，可以说，对于社会的发展，它是不可或缺的存在。传感器作为一种检测装置，他能够将所感受到的信号通过软件的处理转换为电信号和模拟信号并输出，用于满足信息的显示、处理、控制、传输以及储存等要求。传感器广泛应用于社会发展及人类生活的各个领域，国内传感器主要分布在机械设备制造、家用电器、科学仪器仪表、医疗卫生、电子通信以及汽车等领域。几乎每个现代化项目都无法脱离传感器独立存在。正因为有了它的存在，才让物体有了嗅觉、触觉和味觉等感官，让物体渐渐变得活了起来。对于两者合成的产物，烟雾报警器来说，更会深入到人们的生活当中，保障着人们的生活与生产的安全，促进着社会文明和科技的发展，与人们息息相关。

参考文献：

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