一款单片机智能烟雾报警系统的设计*

2018-12-21彭建英刘雨丽郭杰荣

机械工程与自动化 2018年6期

彭建英，刘雨丽，郭杰荣

(湖南文理学院物理与电子科学学院，湖南常德 415000)

0 引言

有关数据显示，我国年均发生火灾数十万起[1]。据中国消防在线讯，2016年我国发生火灾31.2万起，其中夜间火灾的发生机率低于白天，但亡人比例较高，22时至凌晨6时发生的火灾占20.6%，造成的死亡人数占总数的49.1%[2]。由此可见，火灾的及时报警十分重要，意识到危险的来临才能及时应对危机，把握好逃生时机。本文设计的智能烟雾报警系统可以实现火灾的实时监控与报警。通过烟雾传感器对空气进行24小时监测，并由数码管显示，一旦可燃气体浓度超过阈值，蜂鸣器响起，实现报警。警示火灾现场及附近的人员撤离，及时发现火情，给消防人员遏止灾情提供了更多的宝贵时间。

1 智能烟雾报警系统总体设计框图

本文设计的智能烟雾报警系统利用STC89C52单片机进行控制，烟雾传感器监测到空气中的可燃气体浓度，并将浓度值发送给STC89C52单片机，单片机再将数据发送至数码管显示，一旦可燃气体浓度超过安全范围，单片机发送指令至蜂鸣器，蜂鸣器驱动报警。

智能烟雾报警整体系统框图如图1所示。

图1 智能烟雾报警整体系统框图

2 智能烟雾报警系统硬件设计

2.1 MCU模块

MCU器件采用STC公司生产的STC89C52芯片。该芯片包含8 kB Flash、512 B RAM、32位I/O口线、看门狗定时器、内置4 kB EEPROM、MAX810复位电路，以及3个16位定时器/计数器、4个外部中断、1个7向量4级中断结构(兼容传统51的5向量2级中断结构)、全双工串行口。

2.2 MQ-2烟雾传感器

MQ-2烟雾传感器串口如图2所示。PIN1口连接+5 V电源，PIN4口接地，PIN2、PIN3口分别连接STC89C52单片机P3.0、P3.1口，接收、传送烟雾传感器所测浓度。

图2 MQ-2烟雾传感器

MQ-2烟雾传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大[3]。

2.3 报警模块

报警模块采用蜂鸣器进行报警，其工作原理如图3所示。

蜂鸣器Beep1一端接+5 V电源，一端通过三极管PNP连接单片机端口P2.5并接地。当P2.5输入高电平时，电路阻塞，蜂鸣器关闭；当P2.5输入低电平时，电路连通，蜂鸣器驱动，表示烟雾浓度超过设定值报警。

3 智能烟雾报警系统软件设计

3.1 程序流程

首先对程序初始化，然后判断是否有烟雾产生，若烟雾浓度正常，继续检测并显示烟雾浓度；若烟雾浓度超出设定范围进行报警，并显示烟雾浓度。程序流程如图4所示。

图3报警模块原理图图4程序流程图

3.2 程序解析

3.2.1 串口初始化

串口初始化代码如下：

void init_serial(void)//由以上理论进行串口初始化

{

TMOD=0x20;//定时器1产生波特率，工作方式2，位自动重载

TH1=0xFD;//赋初值9600=(2的SMOD次方/32)*(TI的溢出率)=(1/32)*11059200/(256-X)*12x=253

TL1=0xFD;//波特率设置为9600

SCON=0x50;

PCON=0;//smod=0

TR1=1;//

ES=1;//开启总中断

EA=1;//开启串口中断

}

3.2.2 烟雾浓度的查询与接收

根据MQ-2烟雾传感器的通信协议(如表1所示)，定义烟雾浓度的查询命令：unsigned char cmd_poll[]={0xff,0x01,0x86,0,0,0,0,0,0x79}。

STC89C52发送查询命令后，烟雾传感器将返回一串数据，根据表1中的返回数据串格式，对数据串进行帧解析，判断接收到的数据是否完整。数据完整的标准为：数据头为0xff，第二个数据为0x86，且数据串的个数为9个。若满足以上标准，则数据接收完整，提取出数据串中的第3、4个数据，将其转换为十进制浓度值，转换代码为：concentration=(int)(buf[2]<<8|buf[3])[4]。

完整程序略。