基于STC89C52單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

賈應(yīng)煒

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000)

DesignoftheFireAlarmSystemBasedonSTC89C52MCU

JIAYingwei

(ShaanxiPolytechnicInstitute，Xianyang712000，China)

摘要：為了克服在的復(fù)雜環(huán)境中單一傳感器檢測火災(zāi)時(shí)，出現(xiàn)誤報(bào)、漏報(bào)現(xiàn)象，以數(shù)字溫度傳感器DS18B20和煙霧離子MQ-2傳感器作為火警探測器，單片機(jī)STC89C52為控制核心，設(shè)計(jì)一套簡單實(shí)用、抗干擾能力強(qiáng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，軟件設(shè)計(jì)采用煙霧濃度分級(jí)制，并對溫度檢測范圍設(shè)限。

關(guān)鍵詞：火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)；單片機(jī)STC89C52；DS18B20傳感器；MQ-2傳感器

中圖分類號(hào)：TP391

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-2257(2015)04-0050-03

收稿日期：2015-01-12

作者簡介：賈應(yīng)煒(1979-)，男，陜西咸陽人，碩士，講師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用。

Abstract：In order to overcome the single sensor detection in complex environment in the fire alarm，false positives，false negative phenomenon，system based on the digital temperature sensor DS18B20 and smoke ion MQ-2 sensor as the fire detector，STC89C52 single chip as the control core，design a set of simple and practical，strong anti-interference ability of the fire alarm system，the hardware of the system adopts modular structure，software the design for the use of smoke density rating system，the temperature detection range limits.

Keywords：firealarmsystem；MCUSTC89C52；DS18B20sensor；MQ-2sensor

0引言

在工業(yè)和民用建筑中火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)已成為必要的裝置，其對建筑起著極其重要的安全保護(hù)作用。現(xiàn)代化建筑的安防系統(tǒng)對火警裝置自動(dòng)化程度要求越來越高，如高校圖書館、高檔酒店賓館、工廠廠房、大型寫字樓、檔案館和博物館等場所，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是這些場所的重要安防裝置[1-2]?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便控制和撲滅火災(zāi)，減少損失，保障生命安全。目前，火警安防系統(tǒng)向智能化、高可靠、微型化、兼容性和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。火災(zāi)探測傳感器的性能決定火警系統(tǒng)的性能，現(xiàn)代新型火警系統(tǒng)自動(dòng)化程度的提高，能有效減少火警誤報(bào)、漏報(bào)概率。

1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的火警系統(tǒng)如圖1所示，其主要由火災(zāi)檢測傳感器、單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示器與報(bào)警器等組成?；馂?zāi)檢測傳感器可檢測感應(yīng)火災(zāi)情況，將火情信息轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的電信號(hào)?；馂?zāi)檢測傳感器的選型，可由具體環(huán)境空間情況確定?？紤]到報(bào)警器的靈敏度及報(bào)警準(zhǔn)確度因素，系統(tǒng)采用離子感煙傳感器和溫度傳感器。系統(tǒng)原理：煙霧傳感器的功能是將被探測的煙霧濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，經(jīng)A/D后送入STC89C52單片機(jī)，處理器再結(jié)合溫度傳感器探測環(huán)境的溫度值，對煙霧濃度值與溫度值進(jìn)行分析處理，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

圖1　系統(tǒng)硬件的組成

2系統(tǒng)硬件電路

2.1單片機(jī)小系統(tǒng)

系統(tǒng)下位機(jī)采用處理器STC89C52作為控制核心。STC89C52有8位的CPU、片內(nèi)自帶振蕩器、128 B的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器達(dá)4 KB，外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的尋址范圍達(dá)64KB、接口資源豐富，功能強(qiáng)大。STC89C52單片機(jī)構(gòu)成的最小系統(tǒng)如圖2所示，其外圍有時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。圖2中，X1、C1和C2共同構(gòu)成單片機(jī)的時(shí)鐘電路。X1為石英晶體振蕩器，為單片機(jī)的工作提供精準(zhǔn)的12 MHz的工作時(shí)鐘，C1和C2為微調(diào)電容，其典型值為22 pF。系統(tǒng)復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位，由S1，C3，R共同構(gòu)成單片機(jī)的復(fù)位電路。

圖2　單片機(jī)小系統(tǒng)電路

2.2煙霧傳感器控制電路

系統(tǒng)采用MQ-2離子感煙探測器，其具有性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉和使用簡潔等特點(diǎn)。MQ-2傳感器對煙霧特別敏感，能夠預(yù)先由煙霧判斷火情，提前進(jìn)行預(yù)報(bào)。MQ-2煙霧檢測電路如圖3所示。VH為加熱電壓，其保證傳感器溫度維持在一定范圍。輸出電壓UO取自電阻RL，當(dāng)MQ-2探測到煙霧時(shí)，RL兩端產(chǎn)生電壓，電壓大小與煙霧濃度在一定范圍成線性關(guān)系。VC為工作電壓，一般VC和VH用同一個(gè)電源。MQ-2的輸出為模擬量，需經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后單片機(jī)才能識(shí)別。系統(tǒng)采用ADC0832作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，煙霧傳感器的輸出端UO接到ADC0832的CH0，將模數(shù)轉(zhuǎn)化后輸入單片機(jī)。

圖3　MQ-2型煙霧傳感器測試電路

2.3溫度傳感器控制電路

系統(tǒng)溫度檢測采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，DS18B20結(jié)構(gòu)分為3部分：溫度報(bào)警觸發(fā)器TH與TL、溫度傳感器和64位激光ROM。DS18B20是一種單總線傳感器，其輸出是數(shù)字信號(hào)， 單片機(jī)可直接識(shí)別。該器件采用獨(dú)特的單總線接口方式，接口極為簡單。驅(qū)動(dòng)電壓為3～5.5 V，可直接用數(shù)據(jù)總線供電。溫度測量范圍較寬，通常為-55～+125 ℃。DS18B20的分辨率可達(dá)0.5 ℃，其輸出溫度信號(hào)是以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式，一共是16位二進(jìn)制編碼，以串行形式輸出，由數(shù)據(jù)線DQ送至單片機(jī)。DS18B20與單片機(jī)連接電路如圖4所示。

圖4　DS18B20與單片機(jī)連接電路

2.4報(bào)警電路

由STC89C52實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警控制。蜂鳴器為無源蜂鳴器，低電平時(shí)發(fā)出聲音。當(dāng)室內(nèi)可燃性氣體濃度、煙霧濃度或溫度超過設(shè)定的極限值時(shí)，單片機(jī)將P3.7置為高電平，三極管導(dǎo)通，揚(yáng)聲器發(fā)出蜂鳴報(bào)警，直到有工作人員將電路斷開，或煙霧、溫度降到限值以下。蜂鳴器負(fù)極接地，正極接三極管輸出。

2.5顯示電路

圖5　LCD1602液晶與單片機(jī)接口電路

系統(tǒng)采用的顯示器件為液晶LCD1602。LCD1602與單片機(jī)接口電路如圖5所示。這種液晶模塊為點(diǎn)陣型結(jié)構(gòu)，由多個(gè)5×7或5×11點(diǎn)陣字符位構(gòu)成，通常專用于顯示符號(hào)、數(shù)字和字母。LCD1602接口采用標(biāo)準(zhǔn)的16管腳， 3端口為LCD1602對比度調(diào)節(jié)端口，通常接1個(gè)10 kΩ的電位器調(diào)節(jié)顯示器對比度；控制端為第4，5，6端口，分別接單片機(jī)P2.4，P2.5，P2.6端口，其中，第4端口RS為寄存器選擇端，RS=1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，RS=0時(shí)選擇指令寄存器；第5端口RW為讀寫端口，RW=1時(shí)，進(jìn)行讀操作，RW=0時(shí)，進(jìn)行寫操作；第6端口EN為使能端；第7～14端口為8位雙向數(shù)據(jù)端，接單片機(jī)P0端口。

3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1主控程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)各功能模塊硬件與軟件均采用了模塊化結(jié)構(gòu)，并通過主程序調(diào)用各子程序完成各功能。系統(tǒng)子程序包括：MQ-2傳感器模塊子程序、DS18B20傳感器模塊子程序、火災(zāi)分析判斷和報(bào)警模塊子程序。主程序的流程如圖6所示。程序開始運(yùn)行時(shí)，首先采集煙霧傳感和溫度傳感器的信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理以后，判斷是否有火災(zāi)發(fā)生。

圖6　主程序的流程

3.2煙霧傳感器程序設(shè)計(jì)

圖7　煙霧傳感器程序設(shè)計(jì)流程

煙霧傳感器程序設(shè)計(jì)流程如圖7所示。在程序開始以后，煙霧傳感器首先對環(huán)境煙霧濃度信息進(jìn)行采集，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，用煙霧濃度數(shù)據(jù)對煙霧濃度進(jìn)行分等級(jí)。煙霧等級(jí)數(shù)據(jù)放在disdata中，由主函數(shù)里的xianshi()函數(shù)調(diào)用。系統(tǒng)將煙霧濃度等級(jí)分為6個(gè)級(jí)別：F0(≤5 mL/L)、F1(≤20 mL/L)、F2(≤40 mL/L)、F3(≤80 mL/L)、F4(≤120 mL/L)、F5(≥120 mL/L)。temp是用于判斷是否報(bào)警用的。當(dāng)煙霧濃度達(dá)到一定值的時(shí)候，煙霧傳感器處理電路便會(huì)輸出報(bào)警信號(hào)，主控程序?qū)@一報(bào)警信號(hào)處理后發(fā)出聲光報(bào)警信息。

3.3溫度傳感器程序設(shè)計(jì)

溫度傳感器程序設(shè)計(jì)流程如圖8所示。在主控程序完成初始化以后，溫度傳感器首先對環(huán)境溫度進(jìn)行采集，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。程序?qū)μ幚砗蟮臄?shù)據(jù)與當(dāng)前設(shè)定的預(yù)警范圍進(jìn)行比較，當(dāng)溫度值超出這一預(yù)警范圍后便會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，主控程序?qū)@一報(bào)警信號(hào)處理后發(fā)出聲光報(bào)警信息。

圖8　溫度傳感器程序設(shè)計(jì)流程

4系統(tǒng)測試

在系統(tǒng)測試中，主要測試溫度傳感器報(bào)警和煙霧傳感器報(bào)警性能。測試環(huán)境：在實(shí)驗(yàn)室里，將系統(tǒng)置于密閉容器內(nèi)，設(shè)置溫度預(yù)警值為40 ℃，煙霧濃度預(yù)警等級(jí)設(shè)置為四級(jí)(F3)。系統(tǒng)加電，并分別開啟密閉容器內(nèi)電阻加熱裝置和煙霧產(chǎn)生裝置。系統(tǒng)測試結(jié)果如表1所示。系統(tǒng)可根據(jù)環(huán)境情況設(shè)置溫度值和煙霧濃度等級(jí)預(yù)警，以便更加準(zhǔn)確判斷火災(zāi)并作出預(yù)警。

表1系統(tǒng)測試結(jié)果

序號(hào)煙霧等級(jí)溫度預(yù)警值報(bào)警否1小于F3小于40℃不報(bào)警2小于F3大于40℃不報(bào)警3大于F3小于40℃不報(bào)警4大于F3大于40℃報(bào)警

5結(jié)束語

采用單片機(jī)STC89C52、MQ-2型煙霧傳感器和數(shù)字溫度傳感器DS18B20，組成火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。針對傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警器的閾值判斷、條件參數(shù)固化等缺點(diǎn)，將火警系統(tǒng)溫度傳感器與煙霧傳感器有機(jī)結(jié)合，并根據(jù)環(huán)境不同進(jìn)行設(shè)置參數(shù)，可有效避免火災(zāi)誤報(bào)和漏報(bào)情況。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、使用簡潔。

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