基于單片機的火災監測系統
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摘 要：設計主旨是以單片機為核心對火災的發生進行監測，該系統是以AT89C51單片機為核心的一套檢測系統，系統選用了溫度傳感器和煙霧傳感器實現相關功能。溫度采集模塊使用DS18B20數字溫度傳感器，煙霧傳感器模塊同時配有報警系統，從而構成火災監測系統的全部功能。
關鍵詞：溫度傳感器;煙霧傳感器;單片機;火災監測
中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A
doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.06.015
作者簡介：張德禹（1998-），男，遼寧蓋州人，沈陽工學院電氣工程及其自動化專業本科在讀，E-mail：165929648@qq.com。
通訊作者：陳玉玲（1981-），女，遼寧凌源人，講師，碩士，研究方向：圖像處理，E-mail：7450935@qq.com。
0 引言
信息時代的不斷發展促使火災監測報警系統的不斷更新換代，為了使系統能更好的應用于新的環境，該類系統應設計一種快速、有效、準確的監測裝置，同時配有報警系統，當超過報警值進行報警，以實現火災的可靠預防。
1 系統設計
系統設計主要包括主MCU控制模塊、煙霧探測模塊、溫度感應模塊和報警模塊。主控單元采用的是AT89C51單片機與煙霧檢測器、溫度傳感器。系統通過主控制單元，微控制器AT89C51，連接到溫度傳感器和煙霧傳感器，將兩個系統的檢測值進行分析，當檢測到的兩組數值均高于設定危險值時，報警系統開始工作并控制蜂鳴器報警，同時報警燈閃爍，直到工作人員按下復位按鈕，報警系統結束工作。
1.1 溫度傳感器設計
溫度傳感器模塊采用的是DS18B20型號的傳感器，經過與單片機連接傳遞檢測信息，可用于環境溫度測控、溫度監測以及過程監控。同時配有寄存器，當系統斷電時對系統數據進行保存。其中DS18B20的電源供電方式有兩種，外部供電和寄存電源供電，工作寄存電源供電是將單片機的VDD端與GND端接地，VDD端口實行外接電源供電。
1.2 煙霧傳感器設計
煙霧檢測模塊采用的是以單片機為核心，同時配備放大電路，將收集的信號轉換為模擬信號，模擬信號被轉換為數字信號并輸入到單片機中，進而分析信息以確定是否達到設定的警報值，當超出安全范圍時，報警系統進行工作。為了提高傳感器的準確度，警報器能夠向煙霧傳感器提供5 V電壓供電。
1.3 報警系統設計
報警系統主要基于單片機，同時配有指示燈、聲音報警器等附加功能模塊，為了保證傳遞的信息有效準確，系統設定當煙霧檢測裝置檢測到持續15 s的檢測值高于規定范圍時，報警系統開始工作，同時報警系統中的發光二極管與單片機連接，以實現到達報警時報警燈進行閃爍的功能要求。
2 硬件設計
2.1 溫度傳感器設計
溫度傳感器部分的信息采集與處理主要是將單片機AT89C51與火災報警系統中溫度傳感器DS18B20相連接，讀取序列號時，需要時序要求才能正確寫入溫度讀數程序。必須根據命令流程執行MCU控制溫度轉換。首先對初始化時序進行執行，之后單片機發出指令跳過ROM，發出啟動轉換命令來轉換成溫度。
2.2 煙霧傳感器設計
在煙霧檢測裝置的信息采集部分以及信號放大電路中，濾波整流實現調節信號功能，將滿足單片機要求的放大信號輸入到單片機中。該系統使用半導體煙霧探測器，它屬于電阻傳感器的類型。在操作中，需要向ADC發送一個參考電阻，以便通過放大器電路進行配準，這有利于減少硬件開銷并且易于使用。
煙霧傳感器的溫度范圍可以顯示在LCD顯示屏上，以獲得煙霧密度，當煙氣濃度達到設定濃度值時，聲光報警和故障診斷功能開始工作，快速重新檢測和延時報警功能能夠有效保證信息準確，避免發生誤報。并由上位機實現濃度檢測，上位機保存記錄并完成實現遠程檢測和控制要求，其中煙霧檢測濃度誤差在±5%之內。
2.3 報警系統設計
聲音報警電路主要采用的是無源壓電式蜂鳴器，選用的是KM3712X型號，該類型的蜂鳴器體積較大，聲音比較響，適合用于火災報警裝置。報警電路與單片機STC12C5412AD的P3.7接口連接。
當檢測裝置確認發生火災時，伴隨報警器工作，工作人員到達現場時，按下復位鍵報警器才會停止工作。若沒有按下復位鍵，系統仍會繼續報警提示。
3 系統總結
通過分析傳感器的特性與AT89C51單片機實時時鐘顯示電路、儲存器、通信電路等設計，數字溫度傳感器有效的降低成本，使應用系統可靠性提高并且傳輸距離更遠。
而煙霧傳感器為了保證安全，避免火災發生導致的財產安全的危害，要求設備的靈敏度高，工作可長期穩定，不易受環境變化而影響檢測狀態。充分利用數據處理來實現智能化。使系統結構更簡單、更穩定、體積更小，其性能要求是溫度越高反應越快，且穩定性更高，該系統對煙霧傳感器外加5 V電壓持續加熱，當傳感器電熱絲斷裂或傳感器接觸不良時，為了確保傳感器的可靠加熱，系統會進行報警。
4 結束語
本設計是一種結構簡單、性能穩定、使用方便、造價低廉、具有智能化的火災監測報警系統，具有很好的實際應用價值。由于系統設定了煙霧報警器和溫度檢測器，使系統具有更好的可靠性，與此同時設定了延時報警，防止檢測失誤所帶來的不便。
參考文獻：
[1] 彭軍.傳感器與檢測技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2003.
[2] 李永生，楊莉玲.半導體氣敏元件的選擇性研究[J].儀表技術與傳感器，2003（3）：7-9.
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