基于单片机的多功能火灾报警器的设计与研究

魏 雅

（陕西工业职业技术学院，陕西 咸阳 712000）

基于单片机的多功能火灾报警器的设计与研究

魏 雅

（陕西工业职业技术学院，陕西 咸阳 712000）

多功能火灾报警器采用ATC89C52单片机为核心控制器，利用烟雾传感器MQ-2检测烟雾浓度、通过ADC0832模数转换器对检测到的数据处理，使用温度传感器DS18B20检测温度，通过液晶LCD1602显示当前的烟雾值和温度值，通过按键设定相应的阀值。当环境中可燃气体浓度或温度等发生变化时，单片机控制相应的报警电路，并驱动负载工作。经过软硬件设计、调试与测试，系统能在紧急状态下发出报警，并驱动相应的灭火装置，自动灭火，达到设计的目的。

检测烟雾浓度；检测温度；单片机；传感器

系统中的火灾报警器能检测环境中的温度和烟雾的浓度，并且与提前设置好的安全阀值进行比较，如果检测到的温度值或者烟雾的浓度超过了安全阀值，系统会通过单片机发出控制信号，启动报警系统发出报警信号，并且驱动相应的负载处理当前的危险情况。

1 硬件设计与研究

依据系统设计功能的需求，整个系统包括主控电路模块、按键模块、声光报警模块等。设计系统如图1所示。

图1 设计系统

在整个系统中由烟雾传感器[1]1MQ-2采集烟雾的浓度，用温度传感器DS18B20采集当前的温度，他们各自将采集到的数据传送给单片机AT89C52[2]，单片机将采集到的信息处理后推送到LCD1602显示屏上显示，同时与设定的阀值比较并作出判断，然后根据设定做出相应的处理，使整个系统协调工作，完成报警并启动相应的负载处理灭火等工作。整个系统的硬件设计具体如图2所示。

（1）主控模块电路。主控模块电路包括主控芯片、晶振电路、复位电路3部分，主控芯片接收数据并完成控制功能，采用AT89C52做主控芯片。

AT89C52单片机的时钟信号通常有两种方式：内部时钟方式、外部时钟方式[3]。其连接如图2所示，晶振的振荡频率值为12 MHz。

单片机的复位有手动按键复位和上电复位两种，本系统中采用手动按键复位。当按键按下后，RST[4]引脚得到高电平信号，持续两个机器周期，完成复位，当松开按键时，电容充电，RST电位被拉低，经过一定的延时，单片机就脱离复位状态，进入正常工作模式。单片机在电源、晶振电路及复位电路的配合下正常工作。

图2 系统硬件设计

（2）烟雾探测电路的设计。常见的烟雾传感器有MQ-5，MQ-2等，其中MQ-5烟雾传感器[5-6]可以测量液化气、甲烷、煤制气，测量范围为300～5 000 ppm。而MQ-2烟雾传感器可以测量可燃气体、烟雾等，测量范围为300—10 000 ppm，它还具有广泛的优点，因此本设计选用MQ-2烟雾传感器。因其采集到的是模拟量，所以还需要给MQ-2串联一个AD转换器，AD转换器将输入的信号转换成数字量，单片机才可处理。在本系统中，采用ADC0832的8位分辨率A/D转换芯片。

（3）温度采集电路设计。温度采集电路采用可组网数字温度传感器[7]芯片DS18B20。其测温范围－55℃～＋125 ℃，固有测温分辨率0.5℃，工作电源为3～5 V/DC；在使用中不需要任何外围元件。其在系统中的接法见图2所示的温度采集电路部分。

（4）显示电路设计。显示部分采用LCD1602液晶显示模块。其具体连接见图2显示部分电路。VSS为接地电源、VDD接5 V正电源、VL为液晶显示器对比度调整端，在系统中通过一个10 K的电位器调整对比度、RS为寄存器选择，D0—D7为8位双向数据线，剩下两个引脚为背光源正极和背光源负极。

（5）声光报警电路设计。声光报警[8]电路如图2所示，三极管Q1起开关作用，当有特殊情况时，单片机从P3.3位发出一个低电平信号，使三极管饱和导通，使蜂鸣器发声；当正常情况下，单片机从P3.3位发出一个高电平信号而使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。

2 系统软件设计

（1）系统总体软件设计。首先系统初始化，先设定好正常工作的上限和下限，也就是温度与烟雾浓度的阀值。系统开始运行，烟雾传感器与温度传感器采集信号，将信号传输给单片机，单片机根据设定的阀值判断，达到上限值进行声光报警，再将烟雾浓度、温度等数据送入液晶屏显示。其总体流程如图3所示。

图3 系统总体流程

（2）烟雾报警程序的流程如图4所示。首先系统初始化，系统开始运行，烟雾传感器采集信号，通过AD将模拟信号转换为数字信号，再传输单片机进行判断，达到上限值进行声光报警，再将烟雾浓度数据送入液晶屏显示。

（3）温度采集系统的软件流程如图5所示。

图4 烟雾采集流程

图5 温度采集系统

3 结语

设计的火灾报警探测器由传感器电路和显示电路等构成。控制处理器是以管脚资源丰富的AT89C52为核心，实现对探测器写入信号和对信号进行编译处理等功能。应用C语言编写程序，并利用芯片的内部资源，提高了代码执行率，减小了代码的容量。由于该探测器具有很多优点，因此，该探测器有着良好的应用和市场前景。

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Design and research of multifunctional fire alarm based on MCU

Wei Ya
（Shaanxi Polytechnic Institute, Xianyang 712000, China）

Multifunctional fire alarm uses ATC89C52 MCU as the core controller, takes advantages of smoke sensor MQ-2 detecting smoke concentration, processes the detected data through the ADC0832 converter , uses the temperature sensor DS18B20 detecting temperature,displays the current smoke and temperature values through the LCD LCD1602,and sets the corresponding threshold through the button. When the concentration of combustible gas in the environment or the temperature has changed, the MCU controls the corresponding alarm circuit and drives the loading. After the design, debugging and testing of hardware and software, the system can alarm in an emergent condition, and drive the corresponding fire extinguishing device, the automatic fire fighting, to achieve the design purpose.

detecting smoke concentration; detecting temperature; MCU; sensor

陕西省咸阳市科技局项目；项目名称：基于单片机的电动智能小车设计制作与应用；项目编号：2014KT-25。

魏雅（1973— ），女，陕西咸阳，硕士，副教授；研究方向：电子信息，电子信息及计算机教学。