基于单片机的智能火灾预警系统设计与实现

刘青

（滁州职业技术学院，安徽滁州239000）

基于单片机的智能火灾预警系统设计与实现

刘青

（滁州职业技术学院，安徽滁州239000）

为了防范可燃气体泄漏发生火灾等意外伤亡事件，本文设计了一种经济、实用的温度与烟雾智能检测系统。系统以AT89C52为控制器，采用MQ-2烟雾传感器、DS18B20温度传感器及外围电路对空气中可燃气体的浓度和温度值进行检测，当超过预设值时开启声光报警。文中详细介绍了智能检测系统的硬件电路与软件设计流程，实现了数据采集与显示、数字过滤与阀值设定、灯光闪烁与喇叭报警等功能。

烟雾报警；AT89C52；火灾检测；系统设计

引言

随着经济的快速发展，燃气的使用率越来越高，而每年因燃气泄漏而引发的火灾、中毒等安全伤亡事件让人触目惊心，如何确保可燃气体的安全使用，防范火灾等意外发生，越来越受到人们的重视。目前市场上虽然也有些可燃气体检测的装置，但要么比较昂贵，又或者操作比较麻烦，居民使用率不高，为此，本文设计了一种经济、实用的温度与烟雾智能检测系统。文中进行了智能检测系统总体框架设计，重点是系统硬件电路和软件流程设计，实现了数据智能采集与预警等功能，验证了系统的灵敏度与稳定性，该智能检测系统具有一定的市场应用和推广价值。

一、系统架构设计

本设计以单片机为控制中心，以烟雾传感器、温度传感器、A/D转换和放大电路构成数据采集系统，以液晶显示、蜂鸣器报警、灯光闪烁为输出系统，使用按键设定报警阀值，实现了一种智能火灾预警装置，系统整体结构框图如图1所示。系统使用烟雾传感器将环境中的烟雾信息采集转换成电信号，经放大电路处理后送A/D转换，将烟雾的模拟信号转换成数字信号，环境中的烟雾和温度信息经单片机多次采样、过滤处理后与预设阀值比较，有温度或烟雾数据超限后即可进行声光报警，该系统实现了温度与烟雾信息实时监测、显示和火灾预警功能。[1][2]

图1 系统结构框图

二、系统硬件设计

本系统采用8位通用的A T89C52为C P U,它自带8k B可反复擦写Flash R O M，具有低电压和高性能等特性；19引脚X T AL1和18引脚X T AL2与石英晶体相连，与A T89C52自带的反相放大器构成晶振电路，为系统产生时钟；9引脚R S T连接复位电路，使用10uF电容C1避免高频谐波对电路的干扰,S1为手动复位开关；21引脚（P2.0）与DS18B20相连，构成单线双向温度采集电路，DS18B20具有掉电数据保护功能，在-10～+85℃范围内，精度为± 0.5℃；26引脚（P2.5）与一个电阻和三极管的基极串连构成预警电路，经三极管对电路放大后传入蜂鸣器；32引脚（AL E）与74L S112触发器相连，74L S112是JK触发器，与A DC0808相连，构成分频电路；系统的A/D转换芯片采用的是A DC0808，它具有8路模拟开关、比较器、译码器与地址锁存，是一种单片型逐次逼近式A/D转换器，实现烟雾浓度等模拟数据的转换；系统的烟雾浓度检测使用的是M Q-2烟雾传感器，它可以将空气中气体的浓度等相关的信息转化成电信号，经A DC0808转换后交给单片机的是一个反应烟雾浓度的电压值，然后匹配预设的烟雾浓度报警值判断是否发出预警；系统采用5v电源供电，A T89C52外围电路原理图如图2所示，系统电路原理图使用Pro t e l D XP 2004软件进行作图。[3]

系统采用L CD1602显示经过采集、转换、过滤后的数据，可以直接观察到实时采集的烟雾浓度和温度值；电路设计了功能设置按键、加法按键、减法按键和系统复位按键，通过功能按键选择烟雾和温度选项，通过加法和减法按键设置烟雾和温度报警预定阀值，再按一下设置按键，退出设置。系统开始正常检测烟雾温度值，当烟雾超过的时候红灯和蜂鸣器声光报警，当温度超过时候黄灯和蜂鸣器声光报警。

图2 数据采集及报警电路原理图

三、系统软件设计

软件部分设计主要实现烟雾与温度的信息采集和数据过滤功能，软件开发环境为K e i l u V i s i on3，使用C语言进行进行编程。系统上电后，程序首先进行初始化工作，包括先对I/O口状态设定、定时器工作方式、寄存器与中断允许寄存器的设定等。初始化完成后进入检测状态，首先读取用户预设烟雾和温度阀值，再实时对烟雾和温度信息进行循环不间断性采集，对采集的烟雾数据进行滤波处理，最后对采集处理的数据与预设阀值进行判断，是否进行预警，并对数据进行存储显示。[4]

图3 烟雾滤波算法程序流程图

为了避免脉冲干扰等因素导致烟雾采集的信息失真，本系统采用多次采样，假定采样次数为N次，采样后对N个数据进行冒泡排序运算，去掉其中的最大值和最小值，再取过滤后的N-2个数的平均值，依此算法对采集的数据进行过滤，保障预警信息的准确性，尽可能降低误报、错报率。N的取值可以根据实际应用的需求而设定，本文为提高预测速度，N取值为5，即调用A/D连续进行5次采样，去掉其中的最大值和最小值，计算其余3个值的平均值，将这个平均值送入寄存器。如图3所示为烟雾滤波算法的程序流程图。[5][6]

程序中读取温度子函数代码如下：

四、总结

本文阐述了一种基于A T89C52的温度与烟雾智能检测的火灾预警系统设计，实现了数据显示、阀值设置、声光报警、温度和烟雾浓度数据的智能检测等功能。系统采用点燃蜡烛、打火机等产生烟雾和温度源进行了多次测试，温度测试情况与购买的温度计进行了对比，精确度在0.2°C左右，超过阀值能及时报警并延时。该系统是一种简单、经济、实用的火灾检测与报警装置，市场应用领域广泛，有一定的实用价值。

[1]程望斌,刘凌等.基于单片机的火灾烟雾报警系统设计[J].湖南理工学院学报,2014,(03)：41-44.

[2]昝杰.温度和烟雾监测及远程报警系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学,2015.

[3]张可菊,高云华.浅谈无线烟雾报警系统的设计[J].赤峰学院学报,2015,(08)：42-43.

[4]建树,许亮亮.基于单片机的多点温度烟雾测控系统设计[J].微计算机信息.2009，(20).

[5]卜锡滨等.数字电子技术[M].北京：中国水利水电出版社,2011.

[6]谢维成，杨家国等.单片机原理与应用及C51程序设计[M].北京：清华大学出版社,2010.

TP393-34

A

1671-5993（2017）02-0036-03

2017-04-13

安徽省高校优秀青年人才支持计划重点项目（gxyqZD2017122）；滁州职业技术学院人才培养模式创新实验区项目（zlgc2016011）。

刘青（1982-），男，安徽怀远人，硕士，讲师，研究方向：无线传感网。