基于STC89C52单片机的火灾报警系统设计

贾应炜

(陕西工业职业技术学院，陕西 咸阳 712000)

DesignoftheFireAlarmSystemBasedonSTC89C52MCU

JIAYingwei

(ShaanxiPolytechnicInstitute，Xianyang712000，China)

摘要：为了克服在的复杂环境中单一传感器检测火灾时，出现误报、漏报现象，以数字温度传感器DS18B20和烟雾离子MQ-2传感器作为火警探测器，单片机STC89C52为控制核心，设计一套简单实用、抗干扰能力强的火灾报警系统。系统硬件采用模块化结构，软件设计采用烟雾浓度分级制，并对温度检测范围设限。

关键词：火灾报警系统；单片机STC89C52；DS18B20传感器；MQ-2传感器

中图分类号：TP391

文献标识码：A

文章编号：1001-2257(2015)04-0050-03

收稿日期：2015-01-12

作者简介：贾应炜(1979-)，男，陕西咸阳人，硕士，讲师，研究方向为计算机技术与应用。

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

在工业和民用建筑中火灾报警系统已成为必要的装置，其对建筑起着极其重要的安全保护作用。现代化建筑的安防系统对火警装置自动化程度要求越来越高，如高校图书馆、高档酒店宾馆、工厂厂房、大型写字楼、档案馆和博物馆等场所，火灾报警系统是这些场所的重要安防装置[1-2]。火灾报警系统可以预先发现火灾并及时发出报警信号，以便控制和扑灭火灾，减少损失，保障生命安全。目前，火警安防系统向智能化、高可靠、微型化、兼容性和网络化方向发展。火灾探测传感器的性能决定火警系统的性能，现代新型火警系统自动化程度的提高，能有效减少火警误报、漏报概率。

1系统方案设计

设计的火警系统如图1所示，其主要由火灾检测传感器、单片机最小系统、显示器与报警器等组成。火灾检测传感器可检测感应火灾情况，将火情信息转换成与之对应的电信号。火灾检测传感器的选型，可由具体环境空间情况确定。考虑到报警器的灵敏度及报警准确度因素，系统采用离子感烟传感器和温度传感器。系统原理：烟雾传感器的功能是将被探测的烟雾浓度信号转换为标准的电信号，经A/D后送入STC89C52单片机，处理器再结合温度传感器探测环境的温度值，对烟雾浓度值与温度值进行分析处理，产生报警信号。

图1　系统硬件的组成

2系统硬件电路

2.1单片机小系统

系统下位机采用处理器STC89C52作为控制核心。STC89C52有8位的CPU、片内自带振荡器、128 B的内部数据存储器、内部程序存储器达4 KB，外部的数据存储器和程序存储器的寻址范围达64KB、接口资源丰富，功能强大。STC89C52单片机构成的最小系统如图2所示，其外围有时钟电路和复位电路。图2中，X1、C1和C2共同构成单片机的时钟电路。X1为石英晶体振荡器，为单片机的工作提供精准的12 MHz的工作时钟，C1和C2为微调电容，其典型值为22 pF。系统复位电路采用按键复位，由S1，C3，R共同构成单片机的复位电路。

图2　单片机小系统电路

2.2烟雾传感器控制电路

系统采用MQ-2离子感烟探测器，其具有性能稳定、价格低廉和使用简洁等特点。MQ-2传感器对烟雾特别敏感，能够预先由烟雾判断火情，提前进行预报。MQ-2烟雾检测电路如图3所示。VH为加热电压，其保证传感器温度维持在一定范围。输出电压UO取自电阻RL，当MQ-2探测到烟雾时，RL两端产生电压，电压大小与烟雾浓度在一定范围成线性关系。VC为工作电压，一般VC和VH用同一个电源。MQ-2的输出为模拟量，需经A/D转换成数字量后单片机才能识别。系统采用ADC0832作为模数转换器，烟雾传感器的输出端UO接到ADC0832的CH0，将模数转化后输入单片机。

图3　MQ-2型烟雾传感器测试电路

2.3温度传感器控制电路

系统温度检测采用DS18B20数字温度传感器，DS18B20结构分为3部分：温度报警触发器TH与TL、温度传感器和64位激光ROM。DS18B20是一种单总线传感器，其输出是数字信号， 单片机可直接识别。该器件采用独特的单总线接口方式，接口极为简单。驱动电压为3～5.5 V，可直接用数据总线供电。温度测量范围较宽，通常为-55～+125 ℃。DS18B20的分辨率可达0.5 ℃，其输出温度信号是以二进制补码形式，一共是16位二进制编码，以串行形式输出，由数据线DQ送至单片机。DS18B20与单片机连接电路如图4所示。

图4　DS18B20与单片机连接电路

2.4报警电路

由STC89C52实现声音报警控制。蜂鸣器为无源蜂鸣器，低电平时发出声音。当室内可燃性气体浓度、烟雾浓度或温度超过设定的极限值时，单片机将P3.7置为高电平，三极管导通，扬声器发出蜂鸣报警，直到有工作人员将电路断开，或烟雾、温度降到限值以下。蜂鸣器负极接地，正极接三极管输出。

2.5显示电路

图5　LCD1602液晶与单片机接口电路

系统采用的显示器件为液晶LCD1602。LCD1602与单片机接口电路如图5所示。这种液晶模块为点阵型结构，由多个5×7或5×11点阵字符位构成，通常专用于显示符号、数字和字母。LCD1602接口采用标准的16管脚， 3端口为LCD1602对比度调节端口，通常接1个10 kΩ的电位器调节显示器对比度；控制端为第4，5，6端口，分别接单片机P2.4，P2.5，P2.6端口，其中，第4端口RS为寄存器选择端，RS=1时选择数据寄存器，RS=0时选择指令寄存器；第5端口RW为读写端口，RW=1时，进行读操作，RW=0时，进行写操作；第6端口EN为使能端；第7～14端口为8位双向数据端，接单片机P0端口。

3系统的软件设计

3.1主控程序设计

系统各功能模块硬件与软件均采用了模块化结构，并通过主程序调用各子程序完成各功能。系统子程序包括：MQ-2传感器模块子程序、DS18B20传感器模块子程序、火灾分析判断和报警模块子程序。主程序的流程如图6所示。程序开始运行时，首先采集烟雾传感和温度传感器的信号，经过信号处理以后，判断是否有火灾发生。

图6　主程序的流程

3.2烟雾传感器程序设计

图7　烟雾传感器程序设计流程

烟雾传感器程序设计流程如图7所示。在程序开始以后，烟雾传感器首先对环境烟雾浓度信息进行采集，经A/D转换后，用烟雾浓度数据对烟雾浓度进行分等级。烟雾等级数据放在disdata中，由主函数里的xianshi()函数调用。系统将烟雾浓度等级分为6个级别：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是用于判断是否报警用的。当烟雾浓度达到一定值的时候，烟雾传感器处理电路便会输出报警信号，主控程序对这一报警信号处理后发出声光报警信息。

3.3温度传感器程序设计

温度传感器程序设计流程如图8所示。在主控程序完成初始化以后，温度传感器首先对环境温度进行采集，并将采集到的数据进行处理。程序对处理后的数据与当前设定的预警范围进行比较，当温度值超出这一预警范围后便会发出报警信号，主控程序对这一报警信号处理后发出声光报警信息。

图8　温度传感器程序设计流程

4系统测试

在系统测试中，主要测试温度传感器报警和烟雾传感器报警性能。测试环境：在实验室里，将系统置于密闭容器内，设置温度预警值为40 ℃，烟雾浓度预警等级设置为四级(F3)。系统加电，并分别开启密闭容器内电阻加热装置和烟雾产生装置。系统测试结果如表1所示。系统可根据环境情况设置温度值和烟雾浓度等级预警，以便更加准确判断火灾并作出预警。

表1系统测试结果

序号烟雾等级温度预警值报警否1小于F3小于40℃不报警2小于F3大于40℃不报警3大于F3小于40℃不报警4大于F3大于40℃报警

5结束语

采用单片机STC89C52、MQ-2型烟雾传感器和数字温度传感器DS18B20，组成火灾自动报警系统。针对传统火灾报警器的阈值判断、条件参数固化等缺点，将火警系统温度传感器与烟雾传感器有机结合，并根据环境不同进行设置参数，可有效避免火灾误报和漏报情况。系统整体结构简单、可靠性高、抗干扰能力强、使用简洁。

参考文献：

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