一种基于单片机的智能火灾报警器设计

设计、实现如下功能：①火情探测功能：为了能够实时可靠地达到火灾报警功能，火灾报警系统需要通过多种途径进行火情探测。在实际应用环境中，火灾隐患各不相同，用户可以选用探测温度、检测烟雾及可燃气体等适合的火情探测方法，使火灾探测更直接有效；②声光报警功能：当室内温度、烟雾或可燃气超过预设的报警临界值时，表明产生危险火情，要同时进行声光报警。③外接电路自动消防措施功能：本设计预留有外接控制消防措施的接口电路，当系统报警时可以进一步自动采取消防措施，如：风扇排烟功能。

图1系统组成结构框

2硬件设计

21主控电路设计

主控电路如图2所示。以STC89C51/52单片机最小系统为基础，对应引脚连接相应采集电路的输入和显示报警电路的输出即可。STC89C51/52是一种低电压低功耗、性能较高微控制器，技术成熟度高，成本很低，适合火灾报警器的批量生产。

22烟雾采集电路设计

烟雾采集电路如图3所示。在这个电路中，有两个部分，主要是烟雾传感器MQ-2检测烟雾，将电压信号传递给模-数转换器ADC0832，模-数转换电路将模拟电压信号转换成数字信號传送给单片机，单片机再读取相应的数值进行分析判断、控制处理。本设计选用MQ-2型气体传感器，是一款适用范围很广的低成本传感器。其响应速度快、灵敏度高、抗干扰能力强、长寿命，能同时探测烟雾和多种可燃气体使其具有广泛的探测范围，同时驱动电路也较为简单。ADC0832 为A-D转换芯片，其最高分辨可达2^8级，可以满足一般的模拟量转换为数字量的需求。其转换速度快，稳定性能强。具有芯片使能控制端，即使是多器件挂接，处理器控制也方便灵活。

图3烟雾采集电路23温度采集电路设计

温度采集电路如图4所示。采用数字温度传感器DS18B20，DS18B20是一种常用高集成度智能温度采集器件。在一个普通三极管大小的封装里集成了半导体温敏器件、A-D转换单元和存储单元。其三个引脚除VCC和GND外，数据引脚将采集转换得到的数字温度值通过一线通信接口传输到单片机对应引脚，大大提高了系统的抗干扰能力，同时节约了单片机的引脚资源。

24液晶显示电路设计

液晶显示电路如图5所示。采用LCD1602显示温度。1602直接由单片机驱动，耗能很低，散热小，直接降低了电路的功耗，屏幕显示质量高。如果采用成本更低的显示数码管，由于需要不断进行刷新，显示画面会造成闪烁，而且会消耗很多电能，不利用电池供电。而液晶显示都是以数字方式传输显示信息，简化了与单片机系统的接口，电路设计也相应简化直观。本设计采用字符型液晶模块1602显示预设值和检测值，1602可显示2乘16个字符，能方便显示ASCII码中的可显示字符，如：字母、数字等。通过自定义还可显示简单的汉字。1602是一款物美价廉的液晶显示屏，在通信系统，智能操作仪表和办公设备的自动化中被广泛的应用。

25声光报警电路设计

声光报警电路如图6所示。本设计利用不同颜色的LED指示不同的报警源。蜂鸣器由一个三极管和连接三极管基极限流电阻进行驱动。三极管Q1起控制负载的开关作用，基极为低时三极管饱和导通，蜂鸣器报警发声；基极为低时三极管截止，蜂鸣器停止发声。

26按键设置电路设计

按键设置电路如图7所示。本设计采用按键低电平触发方式，单片机初始化时，将连接按键的引脚口置高，当按键按下时，会给单片机发一个低电平，单片机对此信号进行采集处理。按键复位后，单片机内部的上拉电阻仍使该引脚保持高电平。在用单片机采集按键信息时，为了准确要对按键信号去除抖动，本设计采用了软件延时去抖动的通用方法。

27接口电路设计

电源接口电路如图8所示。采用DC5V接入6脚自锁按键开关作为整个系统的电源开关。下载接口电路如图9所示。没有编程器时使用USB-TTL烧写单片机程序，避免了多次起拔芯片。图10所示风扇接口电路既可在当烟雾报警时示意外接风扇驱散烟雾，也可作为其他负载电路的控制输入以便采取进一步的消防措施。

3设计实现过程及测试

本设计单片机程序用Keil C51进行编写开发，Proteus软件进行仿真调试，Protel进行电路板设计并制板，焊接无误后进行测试。经测试，智能火灾报警器灵敏度很高，能够实时显示当前的烟雾值和温度值，温度和烟雾的报警值可以通过按键设定。当温度超过预设温度值时，红色LED亮，蜂鸣器报警；当烟雾值超过上限时，黄色LED亮，蜂鸣器报警，风扇启动排烟功能。

参考文献：

[1]赵景波，董文丽Protel99SE实用教程[M].北京：电子工业出版社，2015

[2]宋雪松，李东明崔长胜手把手教你51单片机[M].北京：清华大学出版社，2014

[作者简介]随旭东（1996—），男，汉族，北京人，大专生在读。研究方向：电子信息技术。