焦金伟 张述勇 张屹帆

（黑龙江八一农垦大学 电气与信息学院，黑龙江 大庆163319）

1 概述

随着社会经济的发展，防火工作越来越重要，但国内许多研究开发都集中在大型火灾报警器上。因此，我们需要开发结构简单，经济实用的家用烟雾报警器，以满足市场需求。

世界上首个接触燃烧家用燃气泄漏报警器在日本面世，而该产品第二年就大量出口并成为全国各大相关设备厂家的青睐产品，当然火灾报警设备也在不断的升级，升级过的报警设备可以适配多种需要检测的气体。我国于20 世纪70 年代初开始着手开发火灾报警系统，主要缘由最开始的炼油系统需要更高的安全标准。国内的设备生产模式多样，品类也较为齐全，使用范围也从最开始的单一炼油系统逐渐扩展到所有的危险操作环境中的报警器，同时产品的数量也在不断增加。从最开始的引进国外先进的传感器技术和先进的生产技术的基础，逐渐学习研发并形成了适用于自己国家现状的设备。近些年来，设备的多样性和在不同环境中的工作稳定性也取得了较为长足的进步。[2]

本文主要研究火灾报警系统的整体设计及功能，对检测和报警系统进行整体功能分析，主要实现硬件和软件程序方面的设计，并对所选用的主要芯片进行介绍，分模块来实现各个部分的功能。最终制作出一个可以实际使用的火灾检测和报警系统。

2 方案设计

火灾报警系统的基本元件构成有传感器电路、单片机电路、显示电路、声光报警电路等组成，这些元件构成的火灾报警系统对周围环境进行检测，并对事故进行及时的报警。

火灾报警系统一般的处理方式为工作延时方式，同时以STC89C52 单片机作为整个系统的核心设备，而在烟雾传感器上选择MQ-2 半导体气体烟雾传感器来收集场景内的烟雾情况，温度传感器选择DS18B20 温度传感器来对周围环境进行温度检测，并与外部电路构成一个整体的火灾报警器。

设计包含了以下几部分：电源、烟雾传感器、按键控制、温度传感器、STC89C52 单片机、显示电路、报警部分。电路框图如图1 所示：

图1 总体设计框图

该设备采用单片机STC89C52 来作为整个设备核心组件。整个系统由系统软件控制。通过火灾报警设备烟雾传感器和温度传感器将检测到的相应的环境信息转换为设备可识别的信息。在单片机中，经软件识别并处理，之后发送相应火灾报警状态控制信号，之后驱动蜂鸣器和指示灯进行报警。同时提供环境预警值可视化设置功能。

3 系统硬件设计

主控芯片选择STC89C52,单片机的供电电压和USB接口提供的电压都是5V。所以使用USB正好满足此次设计的电源电压的需求，而且USB提供的电压很稳定，所以此次设计本人采用相对稳定的USB来给单片机进行供电。复位电路单片机的复位电路是必不可缺少的，我们用的最多的其实也是复位电路，但是单片机的复位电路比较简单。

3.1 烟雾检测电路

烟雾检测采用MQ-2 传感器。经过采集计算处理后就可以得到各种烟雾浓度下的和浓度标准对应的值。根据这个值从而设定出符合当前环境下的烟雾强度报警值。烟雾传该器的4 个引脚输出随烟雾浓度变化的直流电流信号，之后通到比较器U1A中的2脚，Rp 构成比较器的接收门槛电压。当接收高浓度输出电压高于门槛电压，比较器输出的为低电平。相反，输出的为高电平。而传感器的灵敏度是非线性的，所以转换也是非线性的。电路如图2 所示，封装好的气敏元件有6 只功能针状管脚，其中4 个用于信号取出，2个用于提供加热电流。中间相互对称的引脚是H 和H'为加热引脚，1 脚和2 脚是A 和A'.4 脚和6 脚是B 和B'.A-A'和B-B'管脚在电路中是短接的。加热丝接电源和地，两侧的引脚任意一个接电源，另一个做输出，而且同时都是两个脚引出。

图2 烟雾浓度采集电路

3.2 报警电路

设计要求有灯光和声音报警装置，所以在电路中加入了蜂鸣器和二极管，单片机P3.6 端口和对应的电阻和三极管基极串联用来控制蜂鸣器和二极管的工作状态，正常状态时，蜂鸣器和二极管都处于不工作状态。当周围环境满足报警参数，单片机发出信号参数使蜂鸣器发出报警声音和使二极管发亮，来达到报警的要求。电路图如图3 所示，D1 为二极管、B1 为蜂鸣器。

图3 声音、灯光报警电路图

4 系统软件设计

在实际运行环境中，传感器的初始化加载是设备运行的第一步。传感器进行初始化加载时，因为MQ-2 型烟雾传感器在非电源的时候有自己的化学状态这个状态对我们使用会产生一些影响，在重新的通入电流后，传感器因为在非电源下的状态原因并不能立即收集周围环境的烟雾信息，所以需要一些工作时间来对其进行初始化加载的操作。在程序初始化执行完毕后，MQ-2 型半导体烟雾传感器正式进入工作状态为整个设备提供硬件支持，同时系统进入准监控状态。主程序流程框图如图4 所示。

图4 温度传感器接口电路图

5 结论

在整个报警系统工作流程中，火灾报警系统实时获取周围烟雾的具体需要检测的信息后，通过ADC0832 芯片进行相应计算处理并转换，再由单片机进行进一步的逻辑分析处理，判断系统是否要启动报警模块，最后传出值控制报警系统进行报警。在基本的设计功能完成后，高温预警值和烟雾预警值的设置使的报警器更能适用于他所适用的环境，这也使得火灾报警系统更加完善。