基于单片机的火灾检测系统设计

王瑞荣

摘要：火灾检测系统不仅可以帮助早期发现火灾隐患，减少财产损失，同时也能保障财产安全，具有较大的现实意义。通过运用单片机和温度烟雾传感器核心模块并与其他一些声光报警模块相结合，设计出一种符合要求的火灾检测系统。该系统主要由单片机STC89C52、温度传感器、烟雾传感器、A/D转换、数码管显示等部件构成。可以实现温度值显示与温度报警值的设定、烟雾浓度显示与烟雾报警值的设定以及声光报警等功能，具有智能化、简单方便和性能稳定的特点。

Abstract： Fire detection system can not only help early detection of fire hazards， reduce property losses， but also protect property safety， and has great practical significance. A fire detection system which meets the requirements is designed by using MCU and core module of temperature smoke sensor and combining with other acoustooptic alarm modules. The specific functions include temperature value display and temperature alarm value setting， smoke concentration display and smoke alarm value setting， as well as acoustooptic alarm and other functions， with the characteristics of intelligent， simple and convenient and stable performance. The system consists of STC89C52 microcontroller， temperature sensor， smoke sensor， A/D conversion， digital display and other major components.

關键词：火灾检测;单片机;传感器

Key words： fire detection;microcontrollers （MCU）;sensors

中图分类号：TP732                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）09-0145-03

0  引言

火是一种人类必须生存利用的能源，对人类的生产意义很大，对其自身的了解以及防护是生活的重要必备知识。火灾的发生原因是很多的，是不受控制的，燃烧起来破坏周边环境的一种灾害。在日常生活所见的各种灾害中，它是影响相对来说比较巨大，且发生频率比较高，危害性较大，普遍地影响着人民群众日常生活以及社会稳定团结的可怕性灾害。这几年我们国家的火灾形势不怎么乐观，在不乐观的情况下，人们渐渐意识到了火灾的重大危险性，渐渐重视了火灾预防。火灾的发生带来了一些不可避免的危害损失，然后人们开始寻找方法来检测火灾，可以早期发现火灾，早些预防扑灭来保障人们的生命安全。随后火灾检测系统就渐渐地出现了，做到早期发现火灾隐患，保障生命财产安全，减少一切损失。火灾检测系统的设计减少了火灾危险的发生，不断地完善也使社会有了良好的保障。

1  系统设计方案

火灾检测系统一般由两部分组成，分别是火灾探测装置与火灾报警装置。通过对火灾发生时的温度、烟雾浓度、可燃颗粒物、可燃气体的检测，把这些物理化学方面的火灾信号转化为系统所需的电信号，然后经过单片机的处理判断分析，进而发出声光报警信号，最后利用远程报警功能上传给消防指挥中心的消防工作人员，同时准确报告出发生火灾的一些详细信息，比如具体时间与地点。本检测系统主要由单片机最小系统电路、温度和烟雾数据检测电路、数码显示电路、按键控制电路、电源电路、声光和远程报警电路等模块组成。实现的功能主要包括：①对周围温度或烟雾浓度进行检测，当出现周围温度过高或烟雾浓度较大时，能发出反常报警信号;②当出现系统故障时会发出信号[5];③当检测到的温度和烟雾浓度同时超过报警上限值时，能发出火灾声音和灯光报警，然后迅速利用远程报警电路将火灾信息上传给消防部门。该系统选用STC89C52单片机作为核心器件，同时结合DS18B20温度传感器和MQ-2半导体气体传感器作为检测信号的采集部分，另外还配合单片机外围的按键控制、数码显示等电路构成完整系统。

1.1 硬件方案设计

基于单片机的火灾检测系统主要构成有温度和烟雾检测、单片机最小系统、数码显示、按键控制及电源和火灾报警等。图1为火灾检测系统的硬件电路总体方案设计框图。

单片机作为火灾检测系统的核心，首先检测采集信息，然后分析处理，最终启动报警设备来执行报警信息。由于火灾发生时间急，传播速度快，就要求检测系统的核心部分即单片机在实现控制时，具有较快的运行速度，以便于检测人员第一时间准确无误地收到温度与烟雾浓度异常值，在最短的时间内做出处理来避免火灾的发生，基于上述要求本系统选用STC89C52单片机。

本系统选用MQ-2烟雾半导体传感器，作为N型半导体式气体传感器，它具有较好的灵敏度，同时可以检测各种可燃性气体。其缺点就是以模拟信号作为输出信号，所以需要将传感器采集到的烟雾浓度这一模拟信号进行模数转换，把转换后的可识别的电信号传输给只识别电信号的微控制器。应注意在设计中，机器的气敏元件被接通时，电阻会非常小，但经过一段时间后，就会返回到原本的稳定状态。鉴于上述情况，该烟雾传感器最好能在工作时提前预热一段时间。使用改传感器探测，再经过ADC0832后，可以得到烟雾浓度的电压。烟雾浓度采集电路如图2所示。

按键控制电路包括四个按键控制，如图3所示。分别为设置按键、加功能按键、减功能按键和紧急报警按键。当遇到重要情况时，按下这个紧急报警按键会发出声光报警，按下除设置键外的两个功能键可关闭紧急报警。设置键主要用来设定系统温度与烟雾浓度报警限值。加和减键是实现调节数值作用选用蜂鸣器元件实现声音报警，通过三极管的基极与一个电阻串联并且该电阻需要与单片机端口相连接以实现控制蜂鸣器是否发声。报警电路如图4所示。

数码显示电路采用4位共阳数码管，电路如图5所示。单片机控制数码管显示不同的四位数字，烟雾浓度值在前面两位显示，可显示范围为0到9;后面两位显示具体的温度值，可实现0到99度温度范围的显示。

选用收发电路MT8880作为远程报警电路，但需要提前储存几个报警电话号码。通过STC89C52单片机控制MT8880报警电路，实现计算机相互之间的远程数据传输。一旦发生火灾，通过调用远程报警电路就可以拨打提前设置的多个号码，对于不接通的电话号码，直接拨打下一个。

1.2 软件方案设计

软件设计要考虑到整个检测系统的即时性、灵活性和可行性。通过设计流程图并且编写调试系统各个部分程序来完成各个部分的功能。此系统主要包括温度和烟雾数据采集子程序、滤波及线性化处理子程序、按键控制子程序和火灾报警子程序等。首先对传感器进行预热处理，并利用程序同时对传感器进行故障检测，目的是查找内部线路中是否存在接触不良问题。然后单片机STC89C52把用传感器采集到的烟雾浓度信号并经过模数转换与检测到的温度信号结合，经过一系列的处理后，把检测到周围环境中的实际数值与之前弄好的报警限值判断谁高谁低，判断是否发出报警信号，最终将采集到的温度、烟雾浓度值通过数码管显示出来。图6为具体的软件设计程序流程图。

在整个检测系统中，烟雾浓度信息经ADC0832转换后结合温度信息，由单片机进行比对数值大小，判断一下是否需要启动报警。预热几分钟后，程序就开始执行初始化程序，初始化的作用是设定输出状态，寄存器初始化，保证中断功能等。第一步设置定时初值为五十毫秒，第二步设置定时器0，进而选择方式1。第三步是定时器0中断的允许位置1，开启定时器0，设置报警限初值。

2  硬件调试

首先需要仔细观察，由于系统全部电路都手工焊接在万用板上，要认真检查电路中的每一个焊点。观察焊接后的板子上有没有虚焊情况和出现毛剌等。其次是万用表来测试电路，用万用表来核对第一步检查时存在可疑的连线或焊点，判断其是否连通，有没有满足设计要求，并且特别要注意检查地线与电源之间有没有发生短路。然后是通上电进行检查。最终是进行联机检查。

3  小结

本系统实物可以设置温度报警值和烟雾浓度报警值，还可以具有紧急报警和手动取消紧急报警的功能。当发现周围环境不正常时可按下紧急键进行报警，此系统还具备一定的掉电保存作用，這些性能参数都存储在单片机内部。另外本检测系统还可以检测温度，在高温火灾情况下，系统中的蜂鸣器也会产生报警声。系统其余按键具有加、减作用，可以随时设定报警限值。进行硬件调试后，系统基本功能可以正常发挥，同时也满足报警要求。

参考文献：

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[2]王玉成，黄超.多传感器火灾检测系统的设计[J].智慧工厂，2018（01）：62-65.

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