浅析基于单片机的智能火灾报警系统

曹旻罡

【摘 要】本文主要研究了基于单片机的智能火灾报警系统，首先介绍了该系统的硬件结构，包括单偏激、温度和烟雾传感器、A/D转换电路、LCD显示电路和报警电路的结构和硬件设计，而后设计了系统的主控程序流程、MQ-2离子感烟烟雾传感器、温度传感器的工作流程，从而实现了基于单片机的智能火灾报警系统。

【关键词】火灾报警系统；传感器；A/D转换电路；报警电路

0 概述

现代化建筑中，火灾报警系统已经成为必不可少的安保装置，对于工业生产、人们声明财产安全来说意义重大。随着当前科学技术水平不断增高，人们对于智能建筑中起到安防作用的智能火警报警系统的自动化、智能化要求越来越高，在很多如图书馆、宾馆、写字楼、博物馆等建筑中，都期望有智能火灾报警系统来提高整个建筑的安全水准。目前，微型化、智能化、网络化的火警报警系统已经在广泛应用，其火灾探测器在系统功能表现上具有非常优异的性能，自动化程度也非常高，可靠性和稳定性也十分令人满意。所以，基于单片机的智能火灾报警系统的研究，可以有效地提高智能建筑的安全等级，并为人们在火灾发生时提供可靠、准确的报警信号，极大地保障了人们的生命财产安全。

1 基于单片机的智能火灾报警系统硬件结构

基于单片机的智能火灾报警系统，要以单片机最小片上系统为核心，结合火灾检测的温度传感器、烟雾传感器等来实时检测现场的火灾发生情况，将实际的自然模拟信号转变成电信号，而后经A/D转换电路输入的单片机中进行逻辑判断，如果超出了阈值设定，就会通过显示电路和报警电路进行火灾报警。此外，为了方便人为的管理操作，在智能火灾报警系统中增设人机交互接口，通过按键电路对智能火灾报警系统进行控制，同时有复位电路保证对该系统的维护与管理。基于此思路，设计基于单片机的智能火灾报警系统，如图1所示，整个智能火灾报警系统结构示意图。

在火灾传感器方面，为了提高烟雾传感器的性能，在系统设计中选用了个性价比高、性能稳定的MQ-2离子感烟烟雾传感器，该传感器对烟雾特别敏感，可以通过烟雾浓度来将其转化成模拟电信号，经过后期信号处理后传输到单片机中进行判断火灾情况。特别说明的是，在对MQ-2离子感烟烟雾传感器，需要经过专门的A/D转换电路，将模拟电信号量转变成数字信号量，从而传输到单片机中进行数据处理，在整个系统中国，选用ADC0832芯片作为模数转换电路，该芯片输入端连接MQ-2离子感烟烟雾传感器的输出，而输出端则与单片机相连。

在温度传感器方面，为了提高传感器工作性能，在该系统中选用DS18B20芯片作为火灾现场数据传感的芯片，该芯片属于数字传感器范畴，能够将火灾现场的温度变化直接转化成数字量，所以可以与单片机直接相连，从而将火灾现场数据传输到单片机中。DS18B20数字温度传感器分为三个部分，第一部分为温度报警触发器，第二部分为温度传感器，第三部分为激光ROM。在该芯片中，有一条单总线传感器，通过温度传感器对温度的感知，可在内部处理后直接生成数字信号，传输到单片机中进行识别。DS18B20芯片采用二级制补码形式，温度识别分辨率为0.5，适用范围是-55℃到125℃，在单总线中，将温度模拟量转变成数字量传输到单片机中。

2 基于单片机的智能火灾报警系统软件流程设计

针对智能火灾报警系统的软件流程设计，主要涉及到系统主流程设计、MQ-2粒子感烟烟雾传感器驱动程序设计、温度传感器驱动程序设计三个方面，从而保证整个系统的控制与运转。

2.1 系统主程序流程设计

基于单片机的智能火灾报警系统的主控程序设计，主要是完成各个模块、各个芯片的初始化功能、子程序调用、外部报警电路、显示电路驱动等流程，而子程序调动则是包括了MQ-2离子感烟烟雾报警器、DS18B20数字式温度传感器两部分。基于单片机的智能火灾报警系统的主要流程如下：

a）系統上电；

b）数据初始化（包括液晶显示屏显示的数据内容等）、芯片功能初始化（寄存器、A/D转换芯片、液晶显示器等芯片的控制与使能信号等）、定时器初始化；

c）调用温度传感器判断子程序，返回当前现场温度值；

d）判断是否超过阈值；

e）如果没有超过阈值，则调用烟雾传感器子程序，返回当前现场烟雾浓度值；如果超过阈值，则跳转到步骤h）；

f）如果没有超过阈值，则判断是否有人工报警按键按下；如果超过阈值，则跳转到步骤h）；

g）如果没有人工报警按键按下，则跳转到步骤c）；如果有人工报警按钮按下，则执行下一步操作；

h）发送报警信号给蜂鸣器；发送报警信息到液晶显示屏；

i）判断是否清楚按键按下？

j）如果否，则启动定时器，定时两分钟，是程序延迟2分钟，持续报警和持续显示，2分钟后跳转到步骤c）；如果是，则跳转到步骤c）

2.2 MQ-2离子感烟烟雾传感器程序流程设计

MQ-2例子感烟烟雾传感器子程序主要是通过传感器获取现场的烟雾浓度，经过A/D转换后即可得到相应现场的烟雾浓度值，而后传输到单片机中进行判断是否超过了阈值。在系统设计中，为了将浓度值进行量化对比，通过分等级来判断，如果空气中烟雾浓度小于5ML/L，则为F0等级；烟雾浓度大于5ML/L且小于20ML/L，则为F1等级；烟雾浓度大于20ML/L且小于40ML/L，则为F2等级；烟雾浓度大于40ML/L且小于80ML/L，则为F3等级；烟雾浓度大于80ML/L且小于120ML/L，则为F4等级；烟雾浓度大于120ML/L，则为F5等级。通过烟雾传感器获取的烟雾浓度值，而后将其传输到单片机中，通过单片机的逻辑判断来判断是否有火灾发生，从而发送报警和火灾显示信号。

2.3 DS18B20温度传感器程序流程设计

DS18B20温度传感器为数字式传感器，不需要A/D转换电路即可获取现场温度的数字量。所以主控程序只需要给温度传感器发送控制执行，而后采集传回的数据量即可。最后与温度阈值继续对比，超出阈值则进行火灾报警。

3 总结

智能火灾报警系统对于提升当前智能建筑的安全等级来说具有非常重要的现实意义。基于单片机的智能火灾报警系统，可以以温度传感器、烟雾传感器的实时数据为依据，将现场的模拟信号转变成电信号，处理之后得到对应的数字量，单片机在主控程序控制下将其与预先设定的阈值进行对比，超出阈值后即可进行火灾报警。智能火灾报警系统提高了火灾报警效率和准确度，为人们的生命财产安全奠定了坚实的基础。

【参考文献】

[1]张改莲.基于单片机的智能火灾报警系统设计[J].机电一体化，2016，（12）：59-61.

[2]申景，张丽丽.基于单片机的家用无线火灾报警系统设计[J].消防科学与技术，2016，（10）：1421-1424.

[3]丁庆哲.基于单片机的智能火灾报警系统的设计[J].黑龙江科技信息，2016，（09）：91.

[4]黄志敏.基于单片机的智能火灾报警系统设计[J].电子制作，2016，（06）：42.

[5]韩泽欣，杨雪松.基于单片机的智能火灾报警系统[J].甘肃科技，2013，（01）：25-26+59.

[责任编辑：张涛]endprint