关于STM32火灾报警系统设计分析

张国伟

[摘 要]当前社会中出现火灾的情况十分普遍，而且也越来越频繁，对人们的生命安全以及财产安全都造成较大的影响。为了能够有效防止火灾的发生，人们不断研究许多火灾预警的设备，可以灵敏和快捷预警火灾。在下文中主要分析火灾的报警系统即STM32设计情况，此系统通过的是紫外线感应以及烟雾感应方式而预警火灾，具有良好的灵敏度，性能也十分稳定而且探测的方位较广等，可以在厂房、倉库以及家庭等场合使用。

[关键词]STM32火灾报警系统；设计；分析

[中图分类号]TP277 [文献标识码]A

当前火灾出现频率十分高，逐渐成为威胁社会发展以及公众安全最大的灾害之一，同时人们也加紧研究出火灾报警的系统，可以通过报警系统而有效减少火灾对人们带来的灾难。传统报警器主要运用的是红外线感应的方式进行报警，此方式有较高的误报率。随着人们研究不断深入，设计出STM32的单片机作为其中的主控核心，然后结合紫外线而实施探测，同时复合的是QM-2（烟雾传感器设备）烟雾探测，这可以促使STM32在紫外线的感应以及QM-2烟雾的感应中进行实时监控，一般QM-2探测感受到烟雾则可以立刻发出预报警，如果遇到火焰时，紫外线感应就可以在STM32中通过继电器而实施控制并发生报警。此报警系统具有较高的灵敏度以及稳定性，可以避免出现误报警的情况，而且实际运用的十分广泛。

1 分析硬件设计情况

1.1 芯片择用情况分析

在设计硬件设施方面，需要选择良好的芯片。在本次设计中，芯片选用的是32位嵌入式微控制器，其中程序的存储器容量大约是256KB，RAM的容量是48K，其中最高的运行速度能够达到72MHz，此64-LQFP中实施封装形式，其在工作状态下的电压是3.3V，需要控制的工作温度是-40℃至85℃，这一要求可以符合工业级的需要。因此，在芯片设计方面则主要包括的是配置晶振、芯片供电、配置引脚以及设置复位等相关的功能，设计连通的性能可以完成多种串口良好的通信，例如 CAN、IIC、SPI、UART和USB，在选择多通道方面可以更加地优化以及升级。

1.2 分析电源模块的设计情况

在本系统中运用的是12V的直流电源实施供电，并且结合电压调节器而将12V可以顺利转为5V。这一降压电源属于电源管理，可以输出驱动电流3A，除此之外，还可以良好的调节负载以及线性特性。在该器件中还可以有效集成各种频率补偿以及固定频率具体的发生器情况，此时开关的频率是150KHz。通过特定设计而能够更好地输入对应的电压，同时也可以在输出负载情况下而设计良好的输出电压，可以控制误报警率，其范围是±4%，而振荡的频率中误差控制的范围是±15%，设计的待机电流是80μA，就能够对外部环境而实施断电，这可以在两级的降频中实施限流保护。如下图1。

而将5V转为3.3V中，主要通过的是AMS1117开关电源中的芯片做好对应的保障工作。AMS1117属于正电压中的输出低压差，可以较好地稳定三端的线性电路，而内部的集成出现过热的情况，也可以保护以及限流电路，进而提升芯片以及电源系统稳定。其中最高的输出电流是1A，而输出的电压精度高是2%，此外，温度的范围为：-20℃至120℃。

1.3 分析MQ2烟雾探测设计情况

由于MQ2在加热电压的情况下，如出现过大的情况，则导致其内部的信号细线会被烧断，此时就会影响正常工作。在实际的设计方面，通过串联电阻的方式而实施分压，在设计方面则主要将MQ2中的空气电导率保持较低。其中二氧化锡属于半导体气中的敏感材料，在传感器环境中则可以对其中的可燃气体实施及时传递，并且还可以随着传感器中电导率的变化情况以及随空气烟雾所具有的浓度则做好调整。在本次设计中采用的是较为简单的方式，即主要通过电路中的电导率而有效转化为烟雾浓度，并输出对应的电压信号，如果浓度越高的情况下，输出的电压就会越高，电路中通过转换的方式实施控制，其电压大约是0至3.3V，而且在输入过程中则可以通过STM32中ADC而引脚并完成信号的处理工作。其中设计过程的加热电压是5±0.2V，而灵敏度则大于3dBV，此外，此响应的时间一般情况都是低于10S的，此模块中的回复时间为30S，而模块中的功耗也会低于0.7W。

1.4 分析火灾的紫外线设计情况

在紫外线实施检测的模块中，运用R9533紫外线的特隆管，此方式能够探测出185nm至260nm中所包含的不同光谱敏感源，但是在驱动模块中的电路结构情况设计可以参见下图2。在此电路设计中，紫外线的特隆管属于驱动电路，可以将其作为信号中的处理电路，其中的电源是直流+12V供电，而且恒压状态下的电路转换是+5V ，在高压转换中，其中的电路会升至+350V，进而可以驱动R9533实施工作，一般紫外线开始接收的情况下，产生的脉冲波是+3.3V，通过良好集电极方式而保持开路，并在输出和输入STM32中 ADC引脚完成对应的信号处理。具体情况可以见下图二。

1.5 分析报警模块设计情况

如果监测遇到火情发生的情况，STM32就开始出现电压信号，而且三极管（即8050）可以进行导通而吸合继电器，此时就可以导通报警灯电路，能够完成对应的报警。

2 分析检测情况

在本次设计中，系统软件包括三个不同的部分，具体情况如下：第一，MQ2烟雾实施检测的程序；第二，紫外线的检测程序；第三，报警模块的程序。其中MQ2中烟雾的检测程序主要是在没有烟雾的状态而实施输出电压，即是0，同时其电压值还可以随着烟雾浓度而逐渐升高。因此，这就需要在测试中采用香烟所产生烟雾情况作为其中的一个检测量，同时设置一个良好的阈值。如果遇到阈值的情况，则可以及时触发接口并中断，而且节点还处于退出的休眠状态，然后则可以在STM32中而上传一些异常状态，进而可以有效判断出烟雾产生情况，然后结合指示灯的闪烁情况。

在紫外线的检测程序中，主要针对的是紫外线传感器，如果遇到正常的情况下，其中输出的电压是 0V，此时传感器的输出电压可以和火焰强度实际增大而逐渐增大。在探测中，则可以在火焰中通过特定波段方式而能够对脉冲量和持续时间完成检测量，一旦火焰如果达到对应的预定值时，则可以唤醒对应的模块，使其顺利进入工作状态，通过STM32而输出相关的脉冲信号。在此模块中，可以实施低电压方式控制高电压。

对于MQ2的检测，主要是检测烟雾模块，如果在无烟房间中，此时的烟雾传感器通过测试，其返回值大约是0V。但是，在点燃香烟的情况，如果其距离50cm的情况下，此时烟雾中的传感器测试中返回值大约是2.5V，如果浓烟的情况下， MQ2烟雾中的传感器实施测试，返回值大约是3.3V。紫外线的传感器处于正常工作状态下，电压是12V，此时检测方式中通过的是蜡烛火焰，在测量紫外线中，实施传感器监测距离大约是16M，此时传感器电流是0.025A，而报警的电流是0.036A，最大的功率是0.432W，而且耗电量也是低的。紫外线中的传感器特隆管是零，正面是180°则可以测量出敏感度，然后绘制出对应的图形，见下图 3。通过传感器中的观察，可以将感应角度的范围调节为正面120°。

3 结语

在本文中主要分析报警系统设计情况以及实验情况，并验证报警系统的功能，如果遇到烟雾以及发生火焰的情况，此时的系统可以快速做出响应，并能够启动报警。在此设计中，系统还有良好的优点，如灵敏度良好、性能稳定，而且探测方位也十分广泛，可以最大限度预警火灾，最大程度地降低火灾对人们的生命和财产造成的危害。

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