「单片机的火灾报警系统设计」.pdf
单片机火灾报警系统 烟雾检测报警器设计思路 烟雾检测报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器，仪器的最基本组成部分应包括:烟雾信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路。烟雾信号采集电路一般由烟雾传感器和模拟放大电路组成,将烟雾信 号转化为模拟的电信号。模数转换电路将从烟雾检测电路送出的模拟信号 转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机。单片机对该数字信号进行 滤波处理,并对处理后的数据进行分析,是否大于或等于某个预设值(也 就是报警限),如果大于则启动报警电路发出报警声音,反之则为正常状 态。为方便检测与监控，使仪器测试人员及用户能够直观地观察到环境中 的可燃烟雾浓度值,可将浓度值送到显示屏中。方便调节报警限,可以加 入按键。为使报警装置更加完善，可以在声音报警基础上,加入光闪报警,变化的光信号可以引起用户注意，弥补嘈杂环境中声音报警的局限。以上是根据报警器应具备的功能,提出的整体设计思路。烟雾传感器的选型 烟雾传感器属于气敏传感器，是气-电变换器，它将可燃性气 体在空气中的含量(即浓度)转化成电压或者电流信号,通过 A/D 转换电路 将模拟量转换成数字量后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度 处理及报警控制等工作。传感器作为烟雾检测报警器的信号采集部分,是仪表的核心组成部分之一。由此可见，传感器的选型是非常重要的。烟雾检测报警器整体设计方案 该创新的烟雾检测报警器以 STC12410AD 单片机为控制核心，采用 MQ-2型电阻式半导体传感器采集烟雾信息。首先，传感器送来的烟雾浓度对应的微小的电压信号经过放大，转化成较大的电压信号送入 STC50AD 单片机;然后，在 ST12C510A单片机内 A/D 转换、浓度比较，对数据进行线性化处理,将数字化电压信号转化成为对应的十进制浓度值;最后,将实际可燃性气 体浓度送入液晶，并判断浓度值是否超出报警限,当浓度处于正常状态绿 灯长亮,当烟雾浓度超出设定的限定值时，发出声音报警并伴随红 灯闪亮。另外由于烟雾传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反应越 快,响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时间，保证传感器准确地、稳定地工作，报警器需要向烟雾传感器持续输出一个 5V 的电压。为了保 证其可靠性,在输出 5V 的电压的同时,进行故障监测。当传感器加热丝 或电缆线和传感器断线或接触不良时，进行故障报警,发出声光报警信号。当然几种状态的报警信号是各不相同的。烟雾检测报警器的结构 为适应家庭和工业等场所对可燃性易爆烟雾安全性要求,设计的可燃性烟雾报警仪应不仅能在较宽的温度范围工作，而且应具有显示可燃烟雾浓度、故障自检、延时报警功能及可接计算机进行现场远测和实时控制等功能。其目标是在传统的烟雾报警仪的基础上,尽量提高准确性,降低成本，缩小体积。报警器系统结构框图如图所示，系统以单片机为核心,配合外围电路共同完成信号采集、浓度显示、时间显示、状态显示、声音及闪烁报警、按键输入、故障自检等功能。报警器采用巡检的工作方式，进行两级 报警值设定，并发出不同的光、声信号。系统应采用高性能的单片机,要求工作稳定、测量精度高、通用性强、功耗低,保证报警器的精确性及可 靠性，而且最好体积小，成本低,有利于减少报警器的体积，降低报警器 的成本。可燃性气体检测报警器结构框图 烟雾检测报警器的功能 (）自诊断故障报警功能 当传感器加热丝或者电缆线发生断线或者接触不良的情况时,报警器发出警报，并且黄色指示灯闪烁，提醒用户检查传感器或者电路线接触情况，及时排除故障，保证安全。（2)烟雾浓度显示 通过液晶屏显示可燃烟雾的浓度值，并且可以切换到设置状态,通过键盘设置或者更改报警限值，以便于用户或检测人员随时观测烟雾浓度及更改报警限。(3)烟雾报警功能 当烟雾浓度连续0 秒取值都在报警限值之上，蜂鸣器开始报警,且声音越来越急促,并且伴随红灯闪烁。因为人对变化的信号更为敏 感，所以变化的声音及灯光更容易引起用户的注意。(4）防止报警器误报功能 快速重复检测及延时报警可以区别出是管道中可燃烟雾的泄漏，还是由于打开阀门时的微量烟雾的散失。(5)看门狗自检单片机状态功能 调用单片机中的看门狗程序,定时检查单片机工作状态，一旦发现单片机出现死循环状态，立即复位,保证报警器工作正常。（6)与上位机通讯功能 可以实现与计算机串口通讯，对报警器采取统一控制，以及便于采集 和处理数据，也可以在计算机上更改报警限值等。(7）自动控制相关安全装置的扩展功能 留有继电器接口,可以带动排风扇或大功率蜂鸣器，也可以控制管道电子阀门,可在报警的同时自动启动相关安全装置。烟雾检测报警器的硬件设计 在报警仪的设计中，单片机是其核心部件。它一方面要接收来自传感 器送来的烟雾浓度对应的模拟信号和故障检测信号,另一方面要对 两种信号分别进行处理，控制后续电路进行相应动作;与此同时查询是否 有键按下的请求。在单片机完成这些的工作中，尤其是信号处理中,比较 浓度值后送入显示的软件实现比较复杂,要求单片机具备较快的运算速 度,使检测人员能够较准确地观测到烟雾浓度,并根据情况做进行 相应处理。并且也要考虑选择低价实用的机型，并为研制同一系列的低功 耗产品做准备。根据多方面的比较,本设计选用宏晶科技生产的 SC12 系列单片机。声音报警电路 声音报警电路图如下图所示。报警装置采用无源压电式 K712x 型蜂鸣器2，较一般的蜂鸣器体积大，声音响亮,适用于家用煤气报警 器的报警声音源。当单片机 STC12C50D 的7 脚(P.7）置时，三极 管 Q1 导通，蜂鸣器报警。本报警器采用单片机 STC2C541AD 的 PM 功 能,如果烟雾浓度达到报警限,单片机控制3 7(PM)口输出占空比一定 的脉冲，报警时蜂鸣器会发出如警车警笛的声音。声音报警电路图 数码管显示电路 报警器浓度显示采用共阳数码管。显示浓度级别，其主要技术参数如下：模块工作电压：.75.5V 工作电流:80ma，每段 10ma 字高：1.4m环境相对湿度:85%视角:6：0 工作温度：-1+50 显示方式:反射式正显示存储温度：-200 接口方式：线并行接口
