基于单片机的火灾报警系统的设计

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　　1.引言
　　在我国，随着经济和城市化进程的快速发展，不仅在城市中各种高楼大厦林立，楼内布线错综复杂，极易发生火灾[1]，而且在农村，越来越多的住房也建成了复式楼的结构，家庭用电设备日益增多，但大部分农村群众用电安全意识不强，，也导致火灾频发，因此火灾已成为影响人们生命财产安全的最大隐患之一，而且发生数量及对人们的生命财产危害程度近年来还呈逐年上涨趋势。所以安装火灾报警系统成为防范发生严重火灾的最后一道屏障。本文设计了一种以单片机为控制核心的火灾报警简易系统，最后用Proteus进行仿真验证，证明了系统的正确性和可行性。
　　2.系统总体设计方案
　　本系统的硬件设计框图如图1所示，该系统中离子感烟传感器的探头将探测的物理信号转换为电压信号，经信号放大电路处理后送入单片机，单片机对该信号进行判断，如果该值超出安全范围，单片机就会立即输出报警信号。与此同时，温度传感器负责检测环境的温度，并将采集到的温度信息通过单总线的接口方式传送给单片机，单片机对采集到的温度值进行判断，如果环境中的温度超出预先设定的温度范围，单片机也会输出相应的报警信号。其显示电路能够准确的显示出火灾险情的具体地点，报警电路对工作人员起到警示的作用，从而及时的警示工作人员做出相应的处理。

　　3.硬件电路设计
　　3.1 单片机最小系统
　　本 系统中单片机采用的是ATMEL公司的AT89C51芯片。该芯片是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器(RAM)，采用高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内部结构包含中央处理器、程序存储器、数据存储器、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大模块，同时还包含数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。单片机加上晶振和复位电位就构成了单片机最小系统[2]。
　　3.2 电源模块设计
　　电源模块主要由整流电路、滤波电路、集成稳压电路等组成。
　　其原理图如图2所示。220V的交流电通过变压器TR1转变为14V的交流电，经D1～D4(1N4007)整流以后将14V的交流电压变成脉动的18V的直流电压，再经滤波电容C1(1000μF)和C2(0.01μF)滤除纹波，输出的直流电压经U1(7805)稳压后得到的+5V的电压，为单片机电路供电。电容C3(0.1μF)能改善负载的瞬态影响，从而为单片机提供稳定的工作电压。
　　3.3 烟雾检测电路模块
　　本设计中烟雾传感器采用MQ-2型普通气敏烟雾传感器，它的工作原理简单，性能可靠，其工作电压也是+5V，可以采用单片机的电源即可。MQ-2的引脚共有6个，接线简单方便，它的1、2、3引脚接电源，5引脚接地，4、6脚作为信号输出，接入ADC0832进行AD转换，因在Proteus中没有烟雾传感器，所以在此用一个可调电位器代替进行仿真。
　　3.4 温度检测电路模块
　　系统中的温度传感器采用的是DS18B20芯片[3]，该器件无需外部元件，可用数据总线供电，电压范围为3.0V至5.5V，无需备用电源，测量温度范围为-55℃至+125℃、精度为±0.5℃，功耗低，其最主要的优点是采用独特的单总线接口方式，简化了温度传感器的应用。它共有3个引脚，一个接单片机的供电电源，一个接地，它的数据输入/输出引脚在本设计中与单片机的P2.4脚相连。
　　3.5 设限、报警及显示电路
　　本系统还包含按键控制、声光报警和LCD显示这三个部分。LCD用于实时显示被测环境中的温度并显示当前的报警信息；设置键用于设置温度和烟雾的设计界面，按一下设置温度上限，按add键用于增加温度上限，按dec用于减少温度上限，按设置键两下用于设置温度下限值，按add键用于升高温度下限，按dec用于降低温度下限，按设置键三下进入设置温度界面，按开始键进行系统的仿真。
　　当系统正常运行时，LCD显示器实时的显示被检测系统的温度。当温度传感器或烟雾传感器检测到被检测环境有异常时，便会启动报警系统，并通过LCD显示器显示出报警信息，同时扬声器发出响亮的报警声，发光二极D2闪烁，以提醒值班人员注意。
　　4.软件设计
　　为了便于系统维护和功能扩充，采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体 功能都是通过子程序调用实现的。本系统主要包括主程序、温度数据采集子程序、烟雾数据采集子程序、火灾判断与报警子程序等。主程序的流程图如图3所示。
　　5.系统仿真
　　本系统采用单片机常用字的仿真软件Proteus进行仿真，在设置好温度和烟雾浓度以后，进行仿真，其仿真结果如图4所示。

　

　　6.结论
　　本设计采用AT98C51单片机作为控制中心，采用7805稳压芯片供电、MQ-2检测烟雾浓度、DS18B20测控温度、LCD进行实时检测结果显示，并能通过声光报警，组成了一个完整简便的火灾报警系统，Proteus仿真体现了该系统设计的正确性。它能为火灾的积极抢救提供很大的帮助，同时又造价低、安装方便、可靠性强、适合用于工厂、学校等人员密集的场所，也适用于人烟稀少的农村家庭。
　　
　　

李小路

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