基于STM32的智能烟雾报警系统

2018-02-27李宗灏

网络安全技术与应用 2018年2期

关键词：烟雾报警单片机

◆李宗灏

基于STM32的智能烟雾报警系统

◆李宗灏

(太原师爱中学山西 030002)

本文介绍了基于STM32的智能烟雾报警系统的设计方案。采用模块化的方式，详细阐述了系统的硬件组成以及软件实现，给出了相应部分模块的电路图，实现了对烟雾的及时探测报警以及切断使用场所总电源的功能，可以在家庭、商场等环境使用。

STM32；烟雾报警；切断电源

0 引言

近年来，全球每年发生的火灾高达上百万起，其中住宅和公共商场的火灾比例最高，占总火灾数的80%以上。而装有烟雾报警器和防火喷头的情况下，火灾导致的损失便可以降低很多。发生的大多火灾中，由用电器引起的火灾又占绝大部分，因此，在火灾发生后，能及时切断火灾场所的电源是降低火灾损失的关键所在。本烟雾报警系统可以利用无线模块控制电源开关，实现对用电器的及时断电，从而有效降低火情的扩散。同时，选用强大的STM32控制芯片可以进行其他功能扩展，实现智能全面的系统预防。

1 系统方案设计

本文设计的智能烟雾报警系统以STM32芯片为控制单元，以MQ-2半导体烟雾传感器作为火灾烟雾识别模块，结合具有超低功耗的OLED液晶显示屏进行对烟雾值的实时显示。系统框图如图1所示。

图1 系统框图

由MQ-2烟雾传感器对环境的烟雾进行实时检测，该传感器可以把烟雾浓度值转化为电信号，STM32单片机进行对电信号的定时中断采集，同时控制液晶屏显示所采集的测量值，同时判断采集的电压值是否大于阈值，如果大于阈值那么控制烟雾报警器工作，同时切断室内的主电源，本系统利用备用电源继续工作。

2 模块设计

烟雾传感器使用通用的MQ-2模块，该传感器使用范围极广，灵敏度高、响应快、稳定性好、寿命长，而且驱动电路简单。敏感材料是一种N型半导体，当环境中的一氧化碳扩散到传感器的气室时，引起表面导电率的变化，烟雾浓度越大，导电率越大，会使输出电阻降低输出模拟信号越大。

STM32是意法半导体集团的一款功能强大的嵌入式芯片，性能高、成本低、功耗低，而且软件的移植性很强。内含3个12位的A/D转换器，具有双采样和保持能力，其转换速率在微秒级。其次，选用这款控制芯片是为了进行之后的系统功能扩展，可以结合智能家居进行改进设计。

OLED液晶显示屏是超低功耗的新一代显示屏，具有自发光、广视角、极高的对比度。通过调节供电电压可以实现对液晶屏的亮度调节。

外接的备用电源可以实现正常情况下的充电，火灾发生后放电的功能。总的工作流程图如图2所示。

图2 电路工作流程图

上电后先进行系统的初始化，同时完成传感器的预热，此后，传感器便可以长期稳定工作。电源部分需要先进行变压器降压到12V后，采用线性稳压芯片LM1117进行进一步线性稳压，实现对各个功能模块的供电。系统正常工作后，传感器输出模拟量，STM32单片机的AD口对该模拟量进行特定时间的中断处理，并对采集的模拟量转化为数字量。接着，单片机驱动OLED液晶屏进行数据的显示，同时判断采集值是否大于阈值电压，当大于阈值时，单片机驱动蜂鸣器工作并通过无线装置发送指令控制电源开关关闭总电源，系统的备用电源开始工作。无线模块采用常见的NRF2401模块，内置2.4GHz天线，体积小巧，可实现室内范围的数据传输。主要模块电路如图3所示。

图3 （a）单片机最小系统模块；（b）蓝牙模块；（c）传感器模块

如图3（a）为单片机最小系统模块，选择功能引脚B1作为模拟数据采集的输入端，单片机内部处理后通过定义的S1，S2引脚进行对OLED显示屏的数据输入控制，同时通过定义的引脚A11和A10进行对无线模块的数据传输。

3 系统软件实现

为了便于系统的开发，系统软件采用模块化的设计方法，应用C语言进行编程。单片机初始化程序可调用库函数直接实现，各功能模块的引脚需要自行配置。首先定义每个引脚的功能，主函数在大循环中进行调用。

初始化后，每6s进行一次中断，程序进入烟雾检测子程序，每次采样的时间间隔为2s，为了避免误报警，系统继续连续5次采样校准对比，进行操作后，如果结果为1，则系统开始报警，否则系统继续在低功耗模式下进行数据采集。当系统开始报警时，单片机的A8引脚输出高电压，驱动三极管集电极端的蜂鸣器工作，同时，主程序中的无线模块部分的命令开始执行。此时，系统板的无线模块进行数据的发送，电源端的无线接收端接收指令，关闭所在环境的总电源，单片机输出指令信号使系统板的备用电源开始工作。其中，在主控电路上的无线模块设置为数据发送模式，在电源开关的无线模块设置为数据接收模式后进行装配。

在定义引脚的功能时，我们可以多引出些引脚，单片机的AD口都要进行配置，方便以后的功能扩展使用。