一种小型WiFi火灾检测报警仪的设计

刘 佳，朱 洁，陈仲夏，李 澍

（正德职业技术学院，江苏 南京 210000）

1 设计目的

文章设计的是一款可以收集周边环境烟雾浓度与温度信息，从而在火灾发生时可以远程报警的无线火灾监测报警器。无线火灾检测报警设备可以在某空间无人时自行监测有关火灾信息[1]，为人民的生命财产安全提供了一定程度上的保障，简洁、低廉的整体构架与自行运作的特性使其多适用于如居民住宅的小型空间内[2]，简单、有效地为人们提供了一定的消防保障[3]。

2 系统设计

2.1 整体设计

本课题收集周边环境中烟雾浓度的数值，并由下位机在超出额定数值时向上位机发出报警信号，从而启动声光报警系统的火灾烟雾监测报警系统。系统包括：STC89C52单片机模块、烟雾与温度传感器模块、报警模块、显示电路模块、无线通信模块等。

针对家居环境与工业场所对可燃性易爆烟雾的安全指标[4]，本设计中烟雾监测报警器配备了数值显示屏，采取延时工作模式，选用STC89C52单片机作为核心数据处理元件，MQ-2型烟雾传感器与DS18B20型温度传感器分别承担测量环境内烟雾浓度与温度的数据收集的功能，nRF24L01无线模块承担上下位机之间的数据传输任务，最终将相关数据显示在液晶屏上，并在数值达到预设阀值时自动报警，从而实现火灾预警的智能自动化。系统框架如图1所示。

图1 整体设计框架

2.2 各模块的功能

（1）单片机模块：通过判断传感器收集数据是否达到设定阀值，控制报警模块运作，并向显示模块传输数据。

（2）传感器模块：收集测验环境中的烟雾浓度与温度数值，并交由单片机核心处理。

（3）显示电路模块：用于显示测验环境与预先设定的烟雾浓度、温度值。

（4）无线通信模块：用于上下位电路模块的数据传输。

（5）报警模块：在测定值达到阀值时启动蜂鸣器。

整个系统采用单片机作为设计核心，串联起各部件模块，通过传感器收集周边环境烟雾浓度与温度信息，当单片机判定超过设定阀值时，可以通过无线模块向下位电路发送报警信号，从而控制报警模块报警并可时刻显示测量信息于显示屏上。

2.3 系统调试

系统调试的具体步骤如下：

（1）因为电路整体全部采用手工焊接，所以可能存在人工焊接所带来的虚焊、毛刺等问题，需通过初步目测排查修缮。

（2）使用万用表检测连线或接点的连接是否通畅，排除电源线与地线之间的短路现象。

（3）连接电源后复查各部件电源端是否正常运作。

（4）联机检查各功能完整性。

将收、发两块电路板分别接入电源，按下启动按钮。从液晶屏与指示灯的间断闪烁得知各功能在正常运作。后通过检测源的靠近观察液晶屏上数值是否正常变化，发现了软件程序延时现象的出现。在优化了相应软件部分后再次实验，在给定标准数据的情况下多次测量周边环境中的烟雾浓度数据，误差均在2.55%爆炸下限（Lower Explosive Limit，LEL）之内，在规定的误差范围（±5%）LEL之内，说明系统电路已具备能够完成预期目标的能力。系统调试过程，如图2—4所示。将两块电路分别连接电源后，指示灯亮起，说明电路均已正常运行。

通过使用打火机靠近烟雾传感器释放C4H10气体，液晶屏正常显示相应浓度数值，并在超出设定浓度的情况下触发报警。报警红灯亮起，蜂鸣器运作。

图2 火灾监测报警器开机示例

图3 火灾监测报警器烟感示例

图4 火灾监测报警器温感示例

直接用手握住温度传感器原件，体温的传输使得显示屏中测定温度值正常上升，并在达到温度阀值时也顺利通过灯管与蜂鸣器报警[5-6]。

3 结语

文章设计一种小型无线火灾烟雾监测报警器，以单片机为控制核心，采用了时下流行的无线传输技术，可以实现对室内环境的实时检测。系统分为发送端和接收端两大部分，发送端负责收集环境参数，并实时将数据进行处理；接收端负责将发送端发来的数据进行接收、转换并显示、预警。本系统体积小、成本低，具有一定的市场应用价值。

该设计使得具备低成本与简单构造两点优势的无线火灾烟雾监测传感器得以实现。通过在空间较小场所的装配，可以为空间内的灾害预防提供初步简单有效的保障，简单的架构也使得其功能性的增添成为可能，本设计也有可能被完善成多监测渠道的多功能灾害预防智能设备。