基于单片机的远程烟雾报警系统

摘要

随着科学技术的不断革新与进步，能源的安全开发和利用已经形成了一个非常重要的课题与探究方向。日常生活中液化石油天然气，干燥的枯木，形形色色的电子用品，各种类型的装修建材均为易燃易爆产品，这为火灾的形成埋下了不小的隐患。水火无情，人们对于火灾的对抗方面不能只停留在灭火层面，更多的人希望在火灾未形成时将其扼杀，从而避免或减少火灾带来的经济和人员损失。一款火灾报警器对做到防范于未然的重要性不言而喻。设计的报警器系统用单片机技术以及电阻烟雾传感器、火焰传感器、温度传感器三种传感器作为核心并结合其它相应的电子技术组成一个高效完整的自动预报火情系统。报警器通过时刻不间断地收集空气中的温度、烟雾、可燃气体的浓度，整合实时的数据后进行综合火情的处理判断。收集的数据信号一旦超出设定的报警指数,火警器的声光报警就会被启动，发出警报，提醒人们有火灾隐患。这款警报的总体设计简单、高效、便捷、智能化、成本低、总体实用性强。

关键词：烟雾；温度；报警器；传感器；单片机

2 整体方案设计

2.1 系统概述

主该系统采用STC89C52单片机作为核心架构，排线结合电容电阻晶振元器件，完成单片机的最小系统。此外，烟雾采集模块采用MQ-2传感器，由于MQ-2输出信号为模拟信号，在此使用模数转换芯片ADC0832，转化芯片可以将模拟信号转化为数字信号传递到单片机；温度模块使用DS18B20数字化温度传感器，直接使用总线与单片机接口相连；显示模块配备LED1602液晶，实时监控烟雾浓度、外界温度、气体阀值等信息；报警模块选用蜂鸣器和LED板，LED显示器可对烟雾各项信息直观显示。本设计包括3个按键用与调节报警阀值预设值，更改状态信息，本电路采用USB 5V电压供电。

2.2 系统框图

               2-1 系统框图

2.3 最小系统电路

单片机STC89C52系统电路分区模块部一般分为三部，定义为晶振电路、复位电路、电源电路。
晶振电路内部配备2个电阻大小均为30pF的电容C2和C3，内部连接一个12M的晶振。为了使晶振能正常工作，需要保持电容大小范围为15-33pF。这是因为晶振优良的工作环境与温度值得大小在一定单位内成正比。起振状态需要电容器的协作，保持电路工作环境始终起振，内部单位晶振片应当靠近单片机。
单片机复位电路在系统通电后容易受到外界环境干扰，因此给电路配备了复位键，点击复位键整个系统清零并重新开始。复位电路包含一个10uF的电容C1和一个电阻为10K的外界R4。电容电压值大小受外界电压大小影响，由于电容在电压变化中电子流动缓慢因此立刻清除电压，外界系统通电后，RESET脚连接高电平电路，而更改外界的RC值大小，电路高电平会随着RC的更改同样连续变化。51单片机的RESET脚外接高电平时，一般电路一次复位仅需电流值改变两个周期即可。因此RC的取值可以影响到电路复位的周期。
电源方面采用直流直接供电方式，电压设定为5V，可采用电池或者其他便携式充电工具直接供电。
STC89C52外接一个10K的排阻R1与单片机PO口，所以P0口兼容执行双向I/O口功能。
STC89C52单片机能在高电平或者低电平下运行,单片机通电后有高电压电路和低电压电路2种模式。复位键执行内部ROM的0000H；外接电源接低电平,直接进行电源复位改为外部ROM的0000H执行。31脚（EA）需要接高电平,只有EA接高时，通电后的单片机才可以直接从内部读写执行。（图3-3为系统分区电路）如下图2-2所示：

图2-2 单片机最小系统

3 程序流程图设计

3.1 总体程序流程图设计

本程序大体上是先开始点亮液晶，接着开始使液晶显示初始化，随后报警器设定值立即初始化。整个程序都是根据预设定程序处理。下图3-2主函数流程图：

图3-2主函数流程图

4 电路调整测试

调试是指系统的调整、测试。调整在测试的基础上不改变元器件特性或参数，改变外界环境或者变量，以达到修改电路的目的。而测试是在电路组装完成后对电路状态进行测量。

4.1 调试方法

电路模块调试方法大致上分为两类。一类是边安装边调试，边安装边调试的过程是是把复杂的电路分不分模块单元依照整体电路图调试，即把复杂的电路图拆分为模块单元，依次对这些模块调试基础上进行整体扩大调试，整个模块结束后整机调试。这种方法适用于复杂电路调试。另一类是电路框架结合一起，确定整体完整框架后统一焊接，焊接检测无误后一次性调试，这种调试方式适用于简单的电路。本课题调试方式为边安装边调试。

4.2 调试步骤

（1）检查电路的安全性；初步完成电路板焊接后,不能直接通电，而是应当先排查电路是否有误焊、断焊的情况，对焊接过程中可能出现的错线，少线，多线，短路或断路进行系统性的排查和修改，查线时也可以采用万用表，调至“Ω×1”档,连接元器件器脚排查，杜绝接触不良的问题。
（2）通电观察；在完成通电检查的步骤之后，排除焊接问题后开始接通电源，此时不急于对整个电路工作状态的检测。而是应当观察整个电路是否有故障，例如电路是否有烟烧味，电路是否短触，有无明显漏电现象，一旦发现电路在通电过程中有以上现象产生，立刻断电后重复第一步直到通电后无上述现象，此时开始重新通电调试。通电过程中使用电压表对各元器件通过的电压测比，使电路在正常工作环境运行，以此保证数据的正确性。
（3）单元电路调试；通电调试过程中按照“一对一”标准，对确定的部件分区调试的。调试过程中电流指向不能与电路图标注有误差，串联电路中需要将流向下一级电流作为电信号的输出信号。
单元电路调试中静态调试指仅对当前模块定向电流调试，不允许有其他电流影响，保证数据的真实性，这种静态调试方式的好处是可以找出坏掉的元件。动态调试则是类似于分级电路形式，将上一处电流信号作为下一部分信号的原始信号，通过二级信号对一级信号的处理，可以依据示波器对信号的函数图像进行处理，找出幅值、峰值、临界点、频率等。因此一般情况下更能反映电路真实情况的动态指标作为主要参考资料。结合静态单元调试整个单元电路才更有说服力。
（4）整机联调；完成模块单元电路调试后，下一步应进行整体联调。整机联调区别于单元调试的是整机联调有着大局性，将整个电路的尽收眼底。同时对单元电路进行补充和对比，方便找出不足之处，解决了错误方向，利于最后电路完整形态表现满足设计要求。
各单元电路调试好后对整体电路调试方式主要是观察和测量动态性指数浮点，对比设计指标。

4.3 调试结果

经过不懈的努力，通过硬件电路设计以及软件设计最终完成设计。实物调试结果如下。如图4-1所示，接通电源按下电源开关，该火灾报警系统可以正常工作。显示屏第一行显示的是气体浓度和气体浓度报警值，第二行显示的是温度值和温度报警值报警值。

图4-1 接通电源

对火灾报警检测如图4-2所示:当有火焰的时候，温度对应的LDE灯便会变亮。
经过系统的调试，设计的火灾报警系统可以正常工作，，包含了烟雾传感器、火焰传感器、温度传感器三种传感器模块。该智能火灾报警器通过时刻不间断地收集空气中的温度、烟雾、可燃气体的浓度，整合实时的数据后进行综合火情的处理判断。收集的数据信号一旦超出设定的报警指数,火警器的声光报警就会被启动，发出警报，提醒人们有火灾隐患。这款警报的总体设计简单、高效、便捷、智能化、成本低、总体实用性强。

5 结论

经过四个月的努力，此设计的方向——基于单片机控制的智能火灾报警系统已接近尾声。本设计虽为常见的单片机系统程序，但它同样兼容了程序和模块设计。麻雀虽小五脏俱全，该设计囊括了几乎单片机程序的所有方向，它设计开始，经历了程序论证、连接板线、软件编程等方面最终程序成功完成。
火灾烟雾报警器是以单片机为核心，结合合成模块功能，将控制器、感应器、系统内部、各个分区系统之间相互连接，实现数据与信号相互交合。设计从火灾烟雾报警器控制理论出发结合实际生产应用可能遇到的难点，重新更正设计方向做了一定的改变，完成了可实际使用的控制报警器硬件辅和软件结合运行的实际可操作性。
社会正朝着工业化的大方向发展，因此日常生活中防火工作便是重中之重，家庭报警器仍是发展的一项薄弱部分。价格高昂的大型火灾报警系统不适合日常使用，研制一款经济、适用面广的家庭烟雾报警器是非常有市场价值的课题。
通过本次设计，我加深了对单片机编程课题以及传感器层次的研究，了解了单片机各部分的大小功能。理论来源于实践，通过查询文献和收集有关的资料，以及对教师的交流，增加了我的动手能力和研究深度。打破以往仅从书本中学习知识的困境，将思维不仅仅束缚在固定框架中，从困区走出，有了更多解决办法的手段，看透重点，活学活用，解决问题。