基于52单片机的智能粮仓火灾报警系统设计

李明泽 李涛 胡凯

摘  要： 粮仓火灾事故会带来难以估量的经济损失，结合现有技术，设计低成本的“粮仓防火”系统显得十分必要且意义重大。现在很多火灾报警器都是为一些大型建筑而研发的，诸如“粮仓”这种关乎国计民生的重要场所的防火系统却略显陈旧。利用单片机技术，设计和研发一种低成本、高可靠性、具有较高效率的智能火灾报警系统具备可行性。本文以STC89C52单片机为核心设计了一种基于温度、烟雾检测的粮仓智能火灾报警系统。系统使用烟雾传感器、温度传感器实时监测粮仓内的烟雾浓度和温度，通过LCD液晶显示器显示监测数据。系统报警器经过信号采集模块采集信号后把采集结果传送到单片机进行数据判定，如果超过设定阈值，则实现声光报警，否则继续监测。

关键词： 单片机;烟雾浓度传感器;温度传感器;火灾报警器

中图分类号： TP368.1    文献标识码： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.05.008

本文著录格式：李明泽，李涛，胡凯，等. 基于52单片机的智能粮仓火灾报警系统设计[J]. 软件，2019，40（5）：3841

【Abstract】： With the increasing frequency of fire accidents， many people realize the importance of fire prevention. Many fire alarms are now developed for large buildings， but there are few flammable and important places like granaries. Therefore， it is necessary to develop an economical， simple and efficient intelligent fire alarm detection system. In this paper， an intelligent fire alarm system for granary based on temperature and smoke detection is designed with STC89C52 microcontroller as the core. The system can monitor the temperature and smoke signal of the granary in real time with temperature sensor and smoke sensor， and display the concentration on LCD. After the alarm acquires the signal through the signal acquisition module， it transmits the acquisition result to the single-chip microcomputer for data determination. If the set threshold value is exceeded， the acousto-optic alarm will be realized; otherwise， the detection will continue.

【Key words】： MCU; Smoke concentration sensor; Temperature sensor; Fire alarm

0  引言

在人类生活逐步进入现代化的今天，火灾仍旧是威胁人类生命财产安全的重要危害之一[1-2]。采用已有的成熟技术进行火灾预警、将成熟的技术应用到面临火灾威胁却还未曾建立预警系统的领域是单片机应用技术研发者们需要重点关注的问题[3]。利用基于单片机的智能粮仓火灾报警检测系统，在火灾发生的初期发现火情，控制火情，将火灾造成的损失降到最低[4]。本系统可安装在粮仓等重要的场所，采用烟雾浓度传感器以及温度传感器对现场烟雾浓度和实时温度进行监测。监测结果通过线路不断反馈给MCU，由MCU控制器处理接收到的信号，并通过提前设定的阈值判断是否有火灾发生。当系统监测到火情时，有MCU控制器发送控制信号给声光报警模块，进而触發声光报警。系统具有显示烟雾浓度、显示实时温度、自行诊断故障、延时报警;报警阈值参数设置等功能。系统通过串口与上位机进行通信，其结构简单、价格低廉、便于部署、智能化等特点，具有一定的实用价值。

1  系统总体设计

本系统主要由MCU模块、温度传感器、烟雾浓度传感器、LCD液晶显示模块、声光报警模块组成。系统通过温度传感器监测现场实时温度、通过烟雾浓度传感器探测烟雾浓度，并将具体的监测结果送入A/D芯片进行数/模转换;转换后的信号再送入MCU控制逻辑单元进行判断，并将监测结果实时显示在LCD1602液晶显示模块中。系统一旦监测到烟雾浓度或实时温度超过了预先设定的阈值，就会通过MCU向声光报警模块发送控制信号，进一步触发声光报警系统，向用户发出声光报警信号。系统总体结构如图1所示。

2  系统硬件设计

2.1  主机模块

STC89C52是一种带有8KB可编程存储芯片的8位MCU，功耗低。STC89C52具有以下功能标准：RAM大小为256KB，32位I/O口线[5-6]。STC89C52可下降到0HZ静态逻辑操作。

2.2  烟雾浓度传感器模块

该模块采用MQ-2烟雾浓度传感器。该传感器采集的烟雾浓度信号属于模拟信号[7-8]，由于MCU难以处理模拟信号，因此还需要引入A/D转换模块。系统通过ADC0832芯片将模拟信号转换成数字信号之后再送入MCU进行处理。A/D转换中，系统将烟雾浓度传感器模块的输出信号接入到ADC0832芯片的通道0上进行转换;单片机的P12，P13以及P15连接ADC0832芯片的通信管脚，通过这些连接设置即可完成烟雾浓度数据的A/D转换。电路连接如2图所示。

2.3  温度传感器模块

本系统采用的DS18B20温度传感器适应比较宽泛的电压范围，对空气温度的敏感性高，不会产生冗余数据[9]。DS18B20温度传感器芯片可直接输出串行数字信号，供核心控制模块处理，因为单片机的接口信号是数字信号。

2.4  LCD液晶模块

单片机系统虽然不能提供强大的显示功能，但是对于基本信息的显示还是能够胜任。LCD1602是工程中常见的液晶显示模块，具备显示通用字符的功能，完全可以实现对数字和通用字符等信息的显示[10]。该模块具有易于控制、价格低廉等优点，在工业界应用广泛。本系统采用LCD1602液晶显示模块显示现场烟雾浓度以及现场实时温度信息。本系统在设计过程中对于系统参数的设置也用到了LCD1602液晶显示模块。具体电路如图3所示。

2.5  声光报警模块

对人类而言，声音信号和强光信号是绝好的报警信号。大多数的报警系统也都采用声光报警以引起人们的注意，以及时阻止灾情蔓延、将经济损失降到最低。本系统所采用的声光报警电路，声音报警器采用常用的蜂鸣器，因为系统要发出较大的声音就需要较大的电流。而单片机在其I/O端口提供的电流无法直接驱动它运作，放大电路用三极管实现，模块电路如图4所示。

2.6  按键输入模块

在单片机系统中，按键电路常用于设置系统参数或进行系统控制。本系统在使用过程中，用户通过按键将系统参数（温度阈值、烟雾浓度阈值）键入系统，MCU在实时监测过程中将监测到的信号与设定好的阈值进行比较，一旦实时信号超过了设定阈值后就会触发报警。本系统仅采用4个按键，分别是紧急报警键、数据增加键、数据减少键以及系统设置键。当我们在生活中遇到紧急情况的时候，便可以迅速按下按键之中的紧急报警键，在这个时候蜂鸣器就会报警。按键控制电路的电路图如图5所示。

3  系统软件设计

3.1  主控程序设计

系统的软件设计基于面向过程程序设计思想、采用模块化结构进行设计。系统通过主程序调用各子程序模块完成各项功能。系统子程序模块包括烟雾浓度传感器模块子程序、DS18B20温度传感器模块子程序、声光报警模块子程序。程序刚刚启动时，首先启用烟雾浓度传感器和温度传感器实时采集现场烟雾浓度以及实时温度信号;信号经过A/D转换后传入MCU进行信号分析;从而判断是否有火灾发生。主控程序流程图如图6所示。

3.2  烟雾浓度传感器程序设计

在程序开始以后，烟雾浓度传感器首先对环境烟雾浓度信息进行采集，经AD转换后，当烟雾浓度超过系统预先设置的阈值后，MCU向声光报警模块发送控制信号，进一步触发声光报警器发出声光报警信号。程序流程图如图7所示。

3.3  温度传感器程序设计

系统在初始化完毕主控程序后，便启动温度传感器子程序，以控制温度传感器实时获取周围环境温度;之后将温度信号送入MCU，MCU将实时温度信号与事先设定的温度阈值进行比较，当现场实时温度超过设定阈值后就向声光报警模块发送控制信号;进一步触发声光报警器发出声光报警信号。程序流程图如图8所示。

4  结论

在粮食仓库这种比较重要的场所，防范火灾是重中之重。本设计以STC89C52单片机为主控制器，使用ADC0832数模转换芯片，LCD1602显示屏，烟雾、温度传感器等元件设计了智能粮仓火灾报警系统。本设计可以实时地监测粮仓的火灾发生时的各种属性，满足火灾报警的制作要求，并且系统成本比较低廉、制作操作简便，很好的实现了火灾报警的功能，具有较好的应用和实用价值。

参考文献

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