施文

摘 要：设计目的：现在的火灾报警系统大都采用51单片机，但是性能较低，应用环境少，类型比较单一，而且不能够实现智能自动化检测。正是因为如此，基于STM32的火灾报警系统应运而生。设计方法：本文采用软件和硬件相结合的方法，完成系统的软件设计之后进行仿真调试，然后再烧录到硬件中进行调试。设计路径：该系统的硬件部分所包含的硬件电路比较多，其不仅包括烟雾浓度检测以及按键电路，还包括声光报警电路以及最小系统等。该系统的软件在进行设计的过程中应该将烟雾检测子程序以及温湿度检测子程序等作为重心来进行调试。结论：本系统具有功能简单，性能稳定的优点，还能便携式的特点。

关键词：火灾报警系统;STM32;MQ-2

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）22-0044-02

0 引言

随着我国科学技术水平的不断提升，我国提高了对安全问题的重视程度，尤其是重视自己所居住的环境的安全问题。其中发生火灾较为常见，对人们的生活安全造成威胁。火灾报警其实就是对一些布置方案进行选择，从而完成环境数据化控制装置的构建。可以采取无线布置方案来完成这项工作，同时还可以采取计算机以及网络布置方案来完成。然后对一些专用的媒体装置进行运用，以此来构建数据交互方案，以便媒体装置能够起到报警作用。除此之外，还可以通过计算机技术以及无线技术实现对家中的电器的远距离控制，以此提高安全性，从而更好地对人们的财产进行保护，满足了当前人们日益增长的安全便捷需要。相较于当前的家居系统有了较大程度的进步，这不仅与科学技术水平的发展有关，这还和人们对于环境的内在需要有着密切的联系。

1 总体设计

如图1所示为总体设计框架图。单片机最小系统是一个单元，其可以对数据进行处理，除此之外，还可以对设备进行有效控制。在进行利用来对外围电路进行控制的过程中，需要和外围电路进行通讯。在本系统中，显示模块只用来对采集到的数据进行显示。传感器模块所完成的是对一些数据信息的采集，其包括温湿度以及烟雾值等数据。ESP8266主要用于手机与监控模块通信，在手机APP中显示数据。

2 硬件设计

2.1 总体系统电路

总体系统电路包括最小系统、烟雾检测电路、无线传输电路、显示电路设计、蜂鸣器报警电路、继电器控制电路、温湿度检测电路、按键电路电路设计。

2.2 烟雾检测电路设计

MQ-2传感器要想得到电压大小的变化，除了需要对电阻的阻值大小进行检测，还需要对电压信号进行处理，这一过程需要对电压信号进行转变，或者对信号进行放大处理，从而成功采取电信号，处理后芯片就能够对其数据进行识别，并对其数据进行处理。假定经过芯片识别，其数值超过一定的大小，报警系统就会启动，继而报警。

2.3 無线传输电路设计

在本系统中还需要使用wifi模块，这个模块是由安可信所供应的，其型号为esp8266。要想其能进行运用来进行数字信号交流，就需要对串口进行运用，除此之外，还需要对单片机进行利用。这个模块可以被配置成为多种模式，其中就包括服务器模式，在对这个模式进行使用的时候，需要创建一个热点，这时我们就可以对手机与其进行数字信号交流，这和家中安装的路由器功能相似。

2.4 显示电路设计

对于小型控制系统来说，显示功能大部分都使用LCD显示装置。在这个过程中需要对通信状态进行维持，要不然很可能会出现连接不成功的现象。要想对一些数据进行显示的时候，可以将所需要显示的数据传送到显示模块，从而对其进行显示。

2.5 蜂鸣器报警电路设计

蜂鸣器需要将其C级与芯片的B6引脚进行连接，除此之外，还需要将其与一个一千欧姆的电阻进行连接，并将其接入到五伏的电压中。三极管不同于传统的机械开关，它具有诸多特性。假定In1电压数值相对比较小的时候，这时可以看成是开关断开，因为B极中没有电流流过，而且其C极是低电压，所以这两端都没有电流流过。

2.6 继电器控制电路设计

在电路中要想对电流的输入进行准确把控，需要对三极管进行充分利用，需要将8550三极管投放到单片机和继电器中间用来对信号进行有效把控，以此来完成所需要的工作。只有在端口A15位高电平的时候，开关才能够接通，从而会有电流流过，负载才开始正常运转。

2.7 温湿度检测电路设计

在对本系统的湿度检测电路进行设计的过程中，系统要求其对于湿度信息的采集误差不超过百分之五，所以在对湿度传感器进行选择的时候，应该选择一些测量精度相对比较高的湿度传感器，此外从编写代码的角度来进行考虑，本系统最终选择DHT11，该传感器功能比较简单，只能够用来对温湿度进行检测，因此在程序进行代码编写的时候，不需要花费太多的精力就能够完成软件设计。

2.8 按键电路设计

要想保证按键输入电路的电平状态一直有效，需要将其与上拉电阻进行连接，因为只有在低电平的时候，其才是有效的。按键电路的输入输出口和其电路外部不需要都和上拉电阻进行连接，只需要一方连接就可以。在对按键电路进行设定的过程中，一定要保证独立按键与查询格式具备统一性。要想对按键电路图有一个清楚地认知。K1是设置，K2是数值加，K3是数值减。

3 软件设计

3.1 主程序设计

对本系统进行设计的过程中，主要对keil工具完成设计工作，具体的主程序工作流程图请见下图，在把电源和系统进行连接之后，其主程序就会自动进行初始化，然后对传感器进行控制来对数据进行采集，并将其转变为数字信号传送给单片机进行处理，单片机会将处理好的数据传送给显示模块来对其进行显示。

3.2 烟雾检测子程序设计

假定没有外部的控制信号输入，这时系统的烟雾传感器就会自动对烟雾数值进行检测，并将采集到的烟雾数据转变为数字信号，然后传送给单片机来进行处理，最终输送到显示模块来对其进行显示。

3.3 无线传输子程序设计

在将电源接入到发射端口的时候，其会对输入输出端口进行初始化，除此之外，其还会对定时器进行激活。接收端在接通电源时会进行和发射端相同的初始化工作，但也存在一定的区别，接收端的其他功能都是在中断子程序中来完成的。

3.4 显示子程序设计

单片机在对显示模块进行识别判断的时候，如果发现其处于不忙的状态时，就会输送一些数据和指令，这时显示模块就能够对这些内容进行显示。

3.5 温湿度检测子程序设计

本系统经过对多种因素进行分析和考虑，最终选择采取DHT11作为本系统的温湿度检测传感器。从完整性的角度来对其进行分析，DHT11的封装非常好，因此在对其进行运用的过程中不需要再增加一些其它的外置模块。不仅如此，该传感器的功能非常完善，所以在使用的过程中不需要增加一些功能模块就可以较好地完成任务。

4 系统调试

第一步，我们需要打开wifi，然后找到对应的名字的wifi，并输入密码完成连接，这时我们就连接上自己所创建的wifi了。第二步，安装网络调试助手，打开它并选择client模式，点击添加按钮，并输入IP号，接下来输入端口号，从而我们就可以与数据采集装置进行数字信号沟通了，我们也可以通过手机窗口看到装置输送过来的多种环境参数。

硬件调试。打开Keil，完成程序的绘制，之后对其进行编写翻译，并对这个过程提示的语法错误进行更改，然后再次编写翻译，从而完成数据配置。接下来可以对Jlink下載器完成软件下载，在使用过程中发现在当前的程序中仍然存在的缺陷和不足，并对其进行补充和完善，在这个过程中需要对逻辑和时序进行反复测试和调节，从而能够准确检测温度以及烟雾值，除此之外，还可以完成对湿度的检测，并将检测的结果在显示模块中进行显示。

5 结语

在本次的研究中，首先对火灾报警系统的数据需求进行研究和探讨，然后对传感器以及显示器和单片机进行设计，接下来完成软件的搭建，并对其进行调试。STM32单片机通过串行总线的方式发送信息给ESP8266模块，让该模块创建wifi热点，在wifi可以到达的范围内，我们可以通过连接手机APP连接到模块，这样模块和手机之间就搭建起来了通讯联系，这时单片机就可以将环境采集数据送到APP显示了。

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